賀懷君

河鋼集團(tuán)唐鋼公司

機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用分析

賀懷君

河鋼集團(tuán)唐鋼公司

測(cè)量技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用，可以說是機(jī)械科學(xué)研究的“眼鏡”，測(cè)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(cè)功能。在一些性能較高的機(jī)械設(shè)備制造中，測(cè)量技術(shù)耗費(fèi)的成本逐漸占據(jù)機(jī)械設(shè)備總成本的1/3，從中不難看出，在機(jī)械制造過程中，測(cè)量技術(shù)主要是了解生產(chǎn)情況，以及制造生產(chǎn)活動(dòng)有序開展的手段。通過兩者的有機(jī)整合，才能更好的促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。由此看來，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的研究是十分有必要的，對(duì)于后續(xù)理論研究以及實(shí)踐工作開展具有一定參考價(jià)值。

機(jī)械制造；測(cè)量技術(shù)；發(fā)展應(yīng)用

1 先進(jìn)測(cè)量技術(shù)的研究

1.1 雙目視覺測(cè)量技術(shù)

雙目視覺是模擬人類視覺原理，使用計(jì)算機(jī)被動(dòng)感知距離的一種測(cè)量方法。從兩個(gè)點(diǎn)觀察一個(gè)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(cè)量原理計(jì)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(jī)標(biāo)定、特征點(diǎn)提取和立體匹配。雙目相機(jī)需要對(duì)單相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，以確定其畸變系數(shù)、相機(jī)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(duì)標(biāo)定板圖像處理后結(jié)果)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出雙目相機(jī)在當(dāng)前位置關(guān)系下的參數(shù)信息。特征檢測(cè)需要將物體特征分割出來，通過點(diǎn)云匹配和三角計(jì)算得到物體的三維坐標(biāo)，然后進(jìn)行各種幾何形貌的測(cè)量。其廣泛應(yīng)用于機(jī)器人導(dǎo)航、3D場(chǎng)景重建、逆向工程測(cè)量和復(fù)雜形貌測(cè)量。

1.2 白光干涉測(cè)量技術(shù)

與激光干涉測(cè)量技術(shù)相比，白光干涉測(cè)量技術(shù)(white light interferometry WLI)能夠以極高的軸向分辨率實(shí)現(xiàn)并行光學(xué)層析測(cè)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(cè)表面反射，兩束光最終在探測(cè)面會(huì)聚干涉，顯微鏡將待測(cè)件表面的形貌起伏轉(zhuǎn)化為干涉條紋信號(hào)，通過對(duì)干涉條紋提取重構(gòu)待測(cè)表面的三維形貌。

普通相移干涉測(cè)量，要求表面形貌起伏變化小于 1/4 波長(zhǎng)，因此為了克服相位不確定性問題，需要進(jìn)行相位解包裹等，而白光干涉測(cè)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(cè)量技術(shù)是一種重要的光學(xué)測(cè)量方法，可用于光纖傳感技術(shù)、光纖色散測(cè)量、表面形貌測(cè)量、膜厚測(cè)量、精確定位等。

2 機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用分析

2.1 多測(cè)量系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)融合

通過多測(cè)量系統(tǒng)的集成應(yīng)用，可以對(duì)裝配過程中各部件進(jìn)行全方位一次測(cè)量，包括隱藏點(diǎn)和難測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)等，減少測(cè)量盲區(qū)、提高測(cè)量效率、降低測(cè)量誤差，從而保證裝配質(zhì)量。面向柔性裝配的多測(cè)量系統(tǒng)集成應(yīng)用框架，給出了多源異構(gòu)測(cè)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(cè)量系統(tǒng)協(xié)同進(jìn)行飛機(jī)數(shù)字化測(cè)量，給出了多傳感器融合的測(cè)量網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。多測(cè)量系統(tǒng)集成應(yīng)用以數(shù)字化測(cè)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(cè)量系統(tǒng)測(cè)量過程的協(xié)同、多源異構(gòu)測(cè)量數(shù)據(jù)的融合。

不同數(shù)字化測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)集表示與互操作為基礎(chǔ)，首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量過程的協(xié)同，主要包括測(cè)量系統(tǒng)的建模、仿真與布局優(yōu)化，測(cè)量工藝過程規(guī)劃、仿真與優(yōu)化。其次，應(yīng)實(shí)現(xiàn)多測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)融合。在多種數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)協(xié)同工作時(shí)，共同構(gòu)建的數(shù)字化測(cè)量場(chǎng)將產(chǎn)生多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)，且在不穩(wěn)定狀態(tài)下測(cè)量時(shí)，易產(chǎn)生壞點(diǎn)、無(wú)效的數(shù)據(jù)。再次，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)不確定度進(jìn)行分析，并構(gòu)建測(cè)量系統(tǒng)工藝能力知識(shí)庫(kù)，為測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量過程協(xié)調(diào)與數(shù)據(jù)融合提供支撐。最后，實(shí)現(xiàn)測(cè)量輔助裝配的姿態(tài)控制。

2.2 扭矩測(cè)量流程

2.2.1 傳感器供電

信號(hào)供電部分采用了變壓器的原理，在測(cè)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(jī)”的定子，副邊線圈在軸上或者軸內(nèi)隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于“發(fā)電機(jī)”的轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電勢(shì)，從而給應(yīng)變片傳感器供電。

2.2.2 扭矩信號(hào)的采集

旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器測(cè)量采用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)。在彈性軸上粘貼應(yīng)變計(jì)組成測(cè)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?hào)的變化從而實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。傳感器由彈性軸、測(cè)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(gè)時(shí)候承受的主應(yīng)力和剪應(yīng)力相等，測(cè)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(dòng)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(hào)的發(fā)送

目前常見的扭矩信號(hào)傳輸方式有有線傳輸和無(wú)線傳輸兩種。無(wú)線傳輸近年來在非接觸式扭矩測(cè)量系統(tǒng)得到了應(yīng)用。其測(cè)量原理是：傳動(dòng)軸上的機(jī)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(yùn)用頻率調(diào)制的原理，通過非接觸的方式，把信號(hào)由發(fā)送器發(fā)射出去。射頻和紅外是無(wú)線傳輸?shù)膬煞N形式。例如，由于空間限制，混合動(dòng)力推土機(jī)的扭矩測(cè)量采用的就是無(wú)線傳輸?shù)姆绞健?/p>

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

[1] 夏先均.基于機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)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(jiǎn)述機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)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(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的發(fā)展研究[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012，(15).