精密测量常识(精密测量技术 - 今日头条)

在工业生产与科研活动中，工业测量扮演着至关重要的角色。它不仅为产品设计与仿真提供技术支持，还涉及到产品的质量控制和运动状态监测。这一领域主要关注几何量度量的测量，同时也不乏色彩、温度、速度等物理量的检测。

「1. 精密测量的定义」

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作为工业测量的一部分，精密测量技术专注于以毫米级或更高精度进行的测量活动。随着现代工业对产品尺寸精度的提高要求，特别是在精密加工领域，如精密丝杠、齿轮等零件的制造，传统的测量工具如游标卡尺和千分尺已无法满足需求。此外，消费者对个性化产品的追求也使得制造业面临更多样化的测量任务，更快的测量速度，以及能够存储数据以供质量分析和追溯的需求。因此，精密测量技术成为企业竞争的重要手段。随着人工智能、机器学习等技术的发展，在线、自动化、高速和智能已成为精密测量系统和技术的发展趋势。精密测量设备不仅需要智能化水平，还要在完成一次测量后能自动连续进行下一批相同产品的测量，并在机器视觉等技术辅助下自动判断产品质量。进一步地，测量不仅仅是对产品合格与否的判定，它还需要与质量分析、加工制造、设计仿真等领域紧密结合，以提升生产效率和质量。

相较于传统的测量设备，智能测量设备更加复杂，融合了机械、电子和软件等多学科知识，包括无线射频识别技术（RFID）、机器视觉、协作机器人等多元领域的技术。这些技术使得从以人工为主转向全自动化检测成为可能，为智能制造提供了强有力的支持。本节主要介绍几何量测量的智能测量设备，涉及尺寸、形状和位置等相关参数的测量。

智能测量装备测量几何尺寸的方式主要有接触式和非接触式两种。接触式测量法是测量工具的传感器与被测零件表面直接接触的测量方法。例如，通过触针沿工件表面运动并持续获取测量点数据，这种过程也称为扫描，将采集到的形状数据转换为离散的几何点坐标数值，从而完成物体表面形状的建模。其特点是可靠性高、精度高和重复性好。然而，接触式测量的缺点是测量力可能会对测量工具和零件表面造成变形，影响测量不确定性，因此通常不适用于软性表面的测量。

图1 智能测量装备测量几何尺寸的方式

非接触式测量则是测量工具的传感器与被测零件表面不直接接触的测量方法。通过光电、电磁、超声波等技术为基础，在仪器的感受元件不与被测物体表面接触的情况下，即可获取被测物体的各种外表或内在的数据特征。非接触式测量的优点是测量传感器不与被测物体表面接触，对被测零件表面不会构成任何损伤，适合于复杂曲面以及软性表面零件的测量。非接触式测量采用相机探头传感器、激光传感器或CT技术的形式。

「2. 精密测量设备」

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1）三坐标测量机（CMM）

三坐标测量机（coordinate measuring machining，CMM）（图2）是一种在立体坐标系内进行三个方向移动测量的光学测量仪器，可以测量几何形状、长度及圆周分度等。三坐标测量机测量头分为接触式和非接触式两种，常用的测头为接触式测头，应用范围广、种类多样，测量方便灵活。但三坐标测量机的缺点是对测量环境要求高、不便携，测量范围小。

应用场景：适用于各种工业计量领域，包括汽车零部件测量、模具测量、齿轮测量等。

图2 三坐标测量机（来源：海克斯康）

2）关节臂测量机

关节臂测量机（图3）是一种便携式接触测量仪器，关节臂拥有6或7个自由度，可灵活旋转，模拟人手臂的运动方式对空间不同位置待测点进行接触。测头功能与三坐标测量机相似。一些厂家在其测头上附加小型结构光扫描仪，可实现快速扫描，结合接触式和非接触式系统的优点。

应用场景：适用于尺寸检测、点云扫描等。

图3 关节臂测量机（来源：海克斯康）

3）激光跟踪仪（laser tracker）

激光跟踪仪（图4）是一种以激光为测距手段配以反射标靶的仪器，同时配有绕两个轴转动的测角机构，形成一个完整球坐标测量系统。可用于测量静止目标、跟踪和测量移动目标或它们的组合。

应用场景：适用于大尺寸、超大尺寸工装测量与零部件匹配等任务。

图4 激光跟踪仪（来源：海克斯康）

4）拍照测量设备(digital photogrammetry)

拍照测量设备（图5）是用工业相机对物体进行连续拍照，然后运用图像处理软件及技术对拍摄的照片进行分析，计算被测物尺寸的一种方式。提供高速、3D拍照式测量解决方案。

应用场景：适用于快速数据采集及条件复杂的车间现场环境。

图5 拍照测量设备（来源：海克斯康）

5）光学三维测量设备

三维光学测量系统是采用光束进行测量的系统，具有非接触式的优点。这种系统也称三维蓝光扫描仪，根据传感方法不同，分为三维蓝光扫描仪、激光三维扫描仪、CT断层扫描仪等（图6）。

应用场景：适用于待测物体几何形状的全尺寸三维数字化检测，三维扫描仪具有工业级高精度和高稳定性，在严苛的环境下仍可提供高精度测量数据。

图6 光学三维测量设备（来源：海克斯康）

6）复合式影像测量机

复合式影像测量仪（图7），在同一台设备上完成工件所有类型特征的测量，避免在不同设备上二次装夹，节省上下料的时间和多台设备的投资。应用复合式传感器测量技术，实现快捷的光学测量与接触式扫描测量提升检测效率。

应用场景：适用于小、薄、软、复杂形状零部件的测量。

图7 复合式影像测量仪

7）在机测量设备

在机测量是以机床硬件为载体，附以相应的测量工具（如机床测头、机床对刀仪等），在工件加工过程中实时进行几何特征的测量，根据检测结果指导后续工艺的改进。

应用场景：适用于铣床、加工中心和车床等加工设备。

图8 在机测量设备

8）间隙轮廓表面测量设备

可进行轮廓测量和三维表面检测，为手持式非接触测量。满足从产品开发、制造到维修维护的一系列制造质量需求。

应用场景：适用于汽车、铁路、钢铁和航空航天等行业，如车身和车门之间的间隙和面差测量、车轮轮廓检查、制动盘测量等。

图9 间隙轮廓表面测量设备

9）机床高精度校准补偿设备

主要用于提供校准补偿，进行精确完整的几何分析，持续监测并实现机床和坐标测量机精度的提升。可用于机床设计与校准、计量仪器校准、电子/汽车/航空航天等行业以及研究领域。

图10 机床高精度校准补偿设备

来源：智造苑

(责任编辑：佚名)