賀懷君

河鋼集團唐鋼公司

機械制造領(lǐng)域測量技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用分析

賀懷君

河鋼集團唐鋼公司

測量技術(shù)在機械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用，可以說是機械科學(xué)研究的“眼鏡”，測量技術(shù)經(jīng)過不斷完善和創(chuàng)新，已經(jīng)不再局限于以往的檢測功能。在一些性能較高的機械設(shè)備制造中，測量技術(shù)耗費的成本逐漸占據(jù)機械設(shè)備總成本的1/3，從中不難看出，在機械制造過程中，測量技術(shù)主要是了解生產(chǎn)情況，以及制造生產(chǎn)活動有序開展的手段。通過兩者的有機整合，才能更好的促進行業(yè)發(fā)展，為社會經(jīng)濟發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。由此看來，加強對機械制造領(lǐng)域測量技術(shù)的研究是十分有必要的，對于后續(xù)理論研究以及實踐工作開展具有一定參考價值。

機械制造；測量技術(shù)；發(fā)展應(yīng)用

1 先進測量技術(shù)的研究

1.1 雙目視覺測量技術(shù)

雙目視覺是模擬人類視覺原理，使用計算機被動感知距離的一種測量方法。從兩個點觀察一個物體，獲取不同視角下的圖像，根據(jù)圖像之間像素的匹配關(guān)系，通過三角測量原理計算出像素之間的偏移獲取物體三維信息。

雙目視覺的關(guān)鍵技術(shù)在于雙目相機標(biāo)定、特征點提取和立體匹配。雙目相機需要對單相機進行標(biāo)定，以確定其畸變系數(shù)、相機內(nèi)參矩陣等。然后利用已知世界坐標(biāo)系(標(biāo)定板)和圖像坐標(biāo)系(對標(biāo)定板圖像處理后結(jié)果)的對應(yīng)關(guān)系，計算出雙目相機在當(dāng)前位置關(guān)系下的參數(shù)信息。特征檢測需要將物體特征分割出來，通過點云匹配和三角計算得到物體的三維坐標(biāo)，然后進行各種幾何形貌的測量。其廣泛應(yīng)用于機器人導(dǎo)航、3D場景重建、逆向工程測量和復(fù)雜形貌測量。

1.2 白光干涉測量技術(shù)

與激光干涉測量技術(shù)相比，白光干涉測量技術(shù)(white light interferometry WLI)能夠以極高的軸向分辨率實現(xiàn)并行光學(xué)層析測量。其基本原理是：來自光源的光經(jīng)過分光鏡后分成兩束，一束被參考面反射，另一束被待測表面反射，兩束光最終在探測面會聚干涉，顯微鏡將待測件表面的形貌起伏轉(zhuǎn)化為干涉條紋信號，通過對干涉條紋提取重構(gòu)待測表面的三維形貌。

普通相移干涉測量，要求表面形貌起伏變化小于 1/4 波長，因此為了克服相位不確定性問題，需要進行相位解包裹等，而白光干涉測量法從內(nèi)在原理上克服了普通干涉顯微技術(shù)相位不確定性問題。白光干涉測量技術(shù)是一種重要的光學(xué)測量方法，可用于光纖傳感技術(shù)、光纖色散測量、表面形貌測量、膜厚測量、精確定位等。

2 機械制造領(lǐng)域測量技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用分析

2.1 多測量系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)融合

通過多測量系統(tǒng)的集成應(yīng)用，可以對裝配過程中各部件進行全方位一次測量，包括隱藏點和難測的關(guān)鍵點等，減少測量盲區(qū)、提高測量效率、降低測量誤差，從而保證裝配質(zhì)量。面向柔性裝配的多測量系統(tǒng)集成應(yīng)用框架，給出了多源異構(gòu)測量數(shù)據(jù)融合技術(shù)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)和基于濾波的融合算法。多數(shù)字化測量系統(tǒng)協(xié)同進行飛機數(shù)字化測量，給出了多傳感器融合的測量網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。多測量系統(tǒng)集成應(yīng)用以數(shù)字化測量設(shè)備為基礎(chǔ)，以高效率、高精度的裝配過程數(shù)據(jù)采集與反饋為目的，著重分析多測量系統(tǒng)測量過程的協(xié)同、多源異構(gòu)測量數(shù)據(jù)的融合。

不同數(shù)字化測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)則、數(shù)據(jù)格式等不一樣。以基于模型的統(tǒng)一測量數(shù)據(jù)集表示與互操作為基礎(chǔ)，首先應(yīng)實現(xiàn)數(shù)字化測量系統(tǒng)測量過程的協(xié)同，主要包括測量系統(tǒng)的建模、仿真與布局優(yōu)化，測量工藝過程規(guī)劃、仿真與優(yōu)化。其次，應(yīng)實現(xiàn)多測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)融合。在多種數(shù)字化測量系統(tǒng)協(xié)同工作時，共同構(gòu)建的數(shù)字化測量場將產(chǎn)生多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)，且在不穩(wěn)定狀態(tài)下測量時，易產(chǎn)生壞點、無效的數(shù)據(jù)。再次，對測量系統(tǒng)不確定度進行分析，并構(gòu)建測量系統(tǒng)工藝能力知識庫，為測量系統(tǒng)測量過程協(xié)調(diào)與數(shù)據(jù)融合提供支撐。最后，實現(xiàn)測量輔助裝配的姿態(tài)控制。

2.2 扭矩測量流程

2.2.1 傳感器供電

信號供電部分采用了變壓器的原理，在測量軸處安裝了原邊線圈和副邊線圈，原邊線圈通過軸承與軸上的副邊線圈連接安裝，相當(dāng)于“發(fā)電機”的定子，副邊線圈在軸上或者軸內(nèi)隨軸轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于“發(fā)電機”的轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子相對運動產(chǎn)生電勢，從而給應(yīng)變片傳感器供電。

2.2.2 扭矩信號的采集

旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器測量采用應(yīng)變電測技術(shù)。在彈性軸上粘貼應(yīng)變計組成測量電橋，當(dāng)彈性軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后引起電橋電阻值變化，應(yīng)變電橋電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕淖兓瘡亩鴮崿F(xiàn)扭矩測量。傳感器由彈性軸、測量電橋，儀器用放大器、接口電路組成。彈性軸是敏感元件，在45度和135度的方向上產(chǎn)生最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，這個時候承受的主應(yīng)力和剪應(yīng)力相等，測量電橋可以采用半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，并將它們接成差動全橋，其輸出電壓正比于扭轉(zhuǎn)軸所受的扭矩。

2.2.3 扭矩信號的發(fā)送

目前常見的扭矩信號傳輸方式有有線傳輸和無線傳輸兩種。無線傳輸近年來在非接觸式扭矩測量系統(tǒng)得到了應(yīng)用。其測量原理是：傳動軸上的機械應(yīng)變引起貼在該軸上的應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，使電橋失去平衡。運用頻率調(diào)制的原理，通過非接觸的方式，把信號由發(fā)送器發(fā)射出去。射頻和紅外是無線傳輸?shù)膬煞N形式。例如，由于空間限制，混合動力推土機的扭矩測量采用的就是無線傳輸?shù)姆绞健?/p>

機械制造中的重要組成部分包括測量技術(shù)，為了適應(yīng)機械制造領(lǐng)域的飛速發(fā)展，人們對測量技術(shù)的要求也不斷提高。人們必須著眼于先進的國際測量技術(shù)發(fā)展，找到我國機械制造領(lǐng)域中測量技術(shù)的發(fā)展方向，積極研發(fā)出更加完美的測量技術(shù)。

[1] 夏先均.基于機械制造領(lǐng)域測量技術(shù)的發(fā)展研究[J].裝備制造技術(shù)，2015，(3).

[2] 石志偉.簡述機械制造領(lǐng)域測量技術(shù)的發(fā)展方向[J].黑龍江科技信息，2012，(18).

[3] 邸桂芹.關(guān)于機械制造領(lǐng)域測量技術(shù)的發(fā)展研究[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012，(15).