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【摘要】 本文主要就高精度几何量测量技术和配套仪器设备发展现状展开分析，并契合实际情况进一步探究测量技术的未来发展趋势。
【关键词】 测量技术;高精度;几何量测量;仪器设备;发展趋势
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.025
Present Situation and Development Trend of High Precision Geometric Measurement Technology and Instruments
YAO Xing-yu
（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）
Abstract： This paper mainly analyzes the development status of high precision geometric measurement technology and supporting instruments and equipment，and further explores the future development trend of measurement technology in line with the actual situation.
Key words： measurementtechnology;high precision;geometric measurement;instrumentation;development trend
面对市场迅猛发展所提出的新要求，高精度的产品，成为了企业追求的主要方向，因此测量技术和仪器设备已经成为产品开发中不可或缺的力量。为了在激烈市场竞争中求得生存和发展，获得更多用户的支持，现代测量技术开始面向市场，积极整合现代化技术手段系统化发展，力求更好的满足市场发展需求，推动测量技术更高层次发展。
1 国内外测量技术和仪器的发展现状分析
1.1 国内测量技术和仪器发展现状
我国测量技术和仪器设备不断发展创新，在很大一段时间，已经距离国际发达国家水平相差无几，甚至部分项目已经居于世界前列。近些年来，国内生产制作的测量仪器设备类型逐渐多样化，如哈量集团所开发的CNC3920大型齿轮测量仪，该仪器测量范围最高达到2 m，可以满足国际上的高精度测量需求，凭借其优势和特点，在我国的军工、船舶以及重型机械等高精度加工领域得到了广泛应用，缩短了我国与发达国家之间的差距[1]。尽管还有很多的精密量仪制造企业，拥有诸多自主知识产权，但从整体上来看，我国的测量技术基础仍然十分薄弱，相较于发达国家之间的差距并非是短期内即可达到或超越，尤其是新型测量技术和仪器领域的创新力度差距尤为明显。即便部分测量仪器设备的精度和效率符合国际水平，但设备的稳定性还有待进一步改善。最为典型的问题，即高端测量产品设备多是从发达国家进口，很少可以看到国产设备的身影，这就导致企业生产成本居高不下，究其根本，其原因在于以下几点：
1）自主创新能力差。相较于发达国家，我国自主创新能力不足的问题较为明显，对国外产品依赖性较强，习惯性的跟风模仿，却少有原创开发的仪器设备，难以满足新时期的工程技术发展需要。现有主流测量技术和仪器中，自主原创技术少之又少，长此以往，与发达国家之间的精密度制造技术的差距将越来越大，陷入到恶性循环，势必遏制我国的测量技术研发和制造水平提升。
2）产业化水平不高，难以形成足够的核心竞争优势。结合我国的测量技术和仪器发展来看，技术领域上的研究成果较为丰富，很多已经居于世界前列，但实际转化率却不高，产业化水平落后于发达国家，自然难以形成足够的核心竞争优势。国产量仪中高端产品较少，利润率不高，致使研发投入成本不足，极大的遏制了我国测量技术和仪器发展[2]。
1.2 国外测量技术和仪器发展
相较于国内的测量技术发展现状，国外测量技术经过50多年的发展逐渐趋于成熟，测量功能强大、可靠。如英国Renishaw公司推出的五轴扫描技术，是坐标测量机技术的一项革命创新。Renscan5TM作为一种新型技术，可以满足高精度测量需要，提升测量效率和质量，带来更大的经济效益[3]。通過此项技术，测量速度最高可以达到500 mm/s，其中最早采用此项技术的产品为REVOTM，两回转轴上使用超硬球形空气轴承技术，设立一个刚性测量平台，在扫描同时移动，实现零部件几何形状跟踪监控，将结构误差降到最低。
非接触式高速测量技术的诞生，主要是满足加工制造规模不断扩大带来的挑战，可以满足一些复杂、大型零件测量需要，还可以使用多关节三坐标测量机测量，但此种方法在实际应用中精度和效率会受到诸多因素所影响，导致加工质量下降。西方欧美国家近些年来开始引入激光非接触测量技术，此项技术是依据光学原理研发，具有覆盖范围大、扫描速度快和测量精度高的优势。其中美国ZYGO公司研发的NEW VIEW7000系列三坐标表面形状测量机，纵向分辨率达到了0.1 nm，可以实现高速测量精密加工零件的细微形状。另外，测量范围最大值为150 mm×150 mm，配备独家研发的高速解析软件，自动化水平更高，操作更加便捷[4]。
1.3 现场在线测量
现代制造业不断朝着更高层次发展，相较于传统制造业而言，涌现出很多新式制造技术和理念，伴随着计量手段多样化发展同时，测量技术也开始面向产品设计制造过程提供完整的参数，促使产品设计、制造和检验多功能结合在一起。通过此种方式，形成具备一定自主感知能力的智能制造系统，相对应的促进了测量技术进入制造现场的发展，满足加工制造在线测量需要。基于现场在线测量技术，可以让定位时间大大缩短，将误差控制在最小化，提升产品的加工效率与质量。如OPTON公司研发的一款高速3D摄像机，在一定范围内可以获取产品形状数据，自动化计算后显示结果。此项技术多是用于波面观察和在线测量等领域，技术较为可靠[5]。 2 高精度几何量测量技术和仪器发展趋势
工程技术的发展同时，推动了现代化制造业发展，同时也在无形中带动了测量技术和仪器的创新发展。光机电一体化发展多年，激光非接觸测量技术凭借其优势已经在实际加工制造中广泛应用，具有高精度、高效率的优势，属于目前世界上前沿的测量技术之一。此项技术可以弥补测量技术的接触测量局限性，最大程度上规避主客观因素对测量结果的影响，操作便捷，可以提供精准可靠的测量结果[6]。
因此，未来测量技术和仪器发展，主要朝着微米级和纳米级方向发展，并进一步提升测量分辨率;图像处理技术的融合应用;点测量开始朝着面测量方向发展，进而促进测量精度大幅度提升;测量机的功能综合化发展，在增加检测项目同时，检测范围也将进一步扩大，一台测量机可以满足不同测量对象检测需要。
3 结论
综上所述，测量技术和仪器是社会生产生活不可或缺的技术之一，在工业化生产中可以有效降低误差，提升产品加工制造效率和质量。因此，未来推动高精度几何量测量技术和仪器发展，需要注重汲取国外先进的技术研发经验，重点开发拥有自主知识产权的测量技术，以求提升我国的测量技术水平，在激烈竞争中占据更大优势。
【参考文献】
[1] 陈绍鹏，张颖，常英丽，等.BOPPPS模型在互换性测量技术中的应用——以几何量测量技术基础为例[J].科技风，2020（23）：40+42.
[2] 杨文辉.基于机器视觉的零件几何量测量技术研究与系统开发[D].西安：西安理工大学，2020.
[3] 台立钢，刘峰.几何量精度设计与精密测量高端技能型人才培养分析[J].科教导刊（上旬刊），2019（7）：36-37.
[4] 郭继平，于冀平，方南家，等.无限变焦3D形貌仪测量条件及不确定度分析[J].中国测试，2018（3）：28-31.
[5] 李伟，吴宝中，李国喜，等.基于新一代产品几何量技术规范的装配体测量方案规划及后置处理[J].组合机床与自动化加工技术，2018（7）：32-35.
[6] 王学武，樊宇红.高精度几何量测量技术、仪器的现状及发展趋势[J].红外与激光工程，2018（S1）：177-179.
【作者简介】
姚兴宇（1981-），男，高级工程师，硕士，研究方向为线纹检测技术。
【关键词】 测量技术;高精度;几何量测量;仪器设备;发展趋势
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.025
Present Situation and Development Trend of High Precision Geometric Measurement Technology and Instruments
YAO Xing-yu
（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）
Abstract： This paper mainly analyzes the development status of high precision geometric measurement technology and supporting instruments and equipment，and further explores the future development trend of measurement technology in line with the actual situation.
Key words： measurementtechnology;high precision;geometric measurement;instrumentation;development trend
面对市场迅猛发展所提出的新要求，高精度的产品，成为了企业追求的主要方向，因此测量技术和仪器设备已经成为产品开发中不可或缺的力量。为了在激烈市场竞争中求得生存和发展，获得更多用户的支持，现代测量技术开始面向市场，积极整合现代化技术手段系统化发展，力求更好的满足市场发展需求，推动测量技术更高层次发展。
1 国内外测量技术和仪器的发展现状分析
1.1 国内测量技术和仪器发展现状
我国测量技术和仪器设备不断发展创新，在很大一段时间，已经距离国际发达国家水平相差无几，甚至部分项目已经居于世界前列。近些年来，国内生产制作的测量仪器设备类型逐渐多样化，如哈量集团所开发的CNC3920大型齿轮测量仪，该仪器测量范围最高达到2 m，可以满足国际上的高精度测量需求，凭借其优势和特点，在我国的军工、船舶以及重型机械等高精度加工领域得到了广泛应用，缩短了我国与发达国家之间的差距[1]。尽管还有很多的精密量仪制造企业，拥有诸多自主知识产权，但从整体上来看，我国的测量技术基础仍然十分薄弱，相较于发达国家之间的差距并非是短期内即可达到或超越，尤其是新型测量技术和仪器领域的创新力度差距尤为明显。即便部分测量仪器设备的精度和效率符合国际水平，但设备的稳定性还有待进一步改善。最为典型的问题，即高端测量产品设备多是从发达国家进口，很少可以看到国产设备的身影，这就导致企业生产成本居高不下，究其根本，其原因在于以下几点：
1）自主创新能力差。相较于发达国家，我国自主创新能力不足的问题较为明显，对国外产品依赖性较强，习惯性的跟风模仿，却少有原创开发的仪器设备，难以满足新时期的工程技术发展需要。现有主流测量技术和仪器中，自主原创技术少之又少，长此以往，与发达国家之间的精密度制造技术的差距将越来越大，陷入到恶性循环，势必遏制我国的测量技术研发和制造水平提升。
2）产业化水平不高，难以形成足够的核心竞争优势。结合我国的测量技术和仪器发展来看，技术领域上的研究成果较为丰富，很多已经居于世界前列，但实际转化率却不高，产业化水平落后于发达国家，自然难以形成足够的核心竞争优势。国产量仪中高端产品较少，利润率不高，致使研发投入成本不足，极大的遏制了我国测量技术和仪器发展[2]。
1.2 国外测量技术和仪器发展
相较于国内的测量技术发展现状，国外测量技术经过50多年的发展逐渐趋于成熟，测量功能强大、可靠。如英国Renishaw公司推出的五轴扫描技术，是坐标测量机技术的一项革命创新。Renscan5TM作为一种新型技术，可以满足高精度测量需要，提升测量效率和质量，带来更大的经济效益[3]。通過此项技术，测量速度最高可以达到500 mm/s，其中最早采用此项技术的产品为REVOTM，两回转轴上使用超硬球形空气轴承技术，设立一个刚性测量平台，在扫描同时移动，实现零部件几何形状跟踪监控，将结构误差降到最低。
非接触式高速测量技术的诞生，主要是满足加工制造规模不断扩大带来的挑战，可以满足一些复杂、大型零件测量需要，还可以使用多关节三坐标测量机测量，但此种方法在实际应用中精度和效率会受到诸多因素所影响，导致加工质量下降。西方欧美国家近些年来开始引入激光非接触测量技术，此项技术是依据光学原理研发，具有覆盖范围大、扫描速度快和测量精度高的优势。其中美国ZYGO公司研发的NEW VIEW7000系列三坐标表面形状测量机，纵向分辨率达到了0.1 nm，可以实现高速测量精密加工零件的细微形状。另外，测量范围最大值为150 mm×150 mm，配备独家研发的高速解析软件，自动化水平更高，操作更加便捷[4]。
1.3 现场在线测量
现代制造业不断朝着更高层次发展，相较于传统制造业而言，涌现出很多新式制造技术和理念，伴随着计量手段多样化发展同时，测量技术也开始面向产品设计制造过程提供完整的参数，促使产品设计、制造和检验多功能结合在一起。通过此种方式，形成具备一定自主感知能力的智能制造系统，相对应的促进了测量技术进入制造现场的发展，满足加工制造在线测量需要。基于现场在线测量技术，可以让定位时间大大缩短，将误差控制在最小化，提升产品的加工效率与质量。如OPTON公司研发的一款高速3D摄像机，在一定范围内可以获取产品形状数据，自动化计算后显示结果。此项技术多是用于波面观察和在线测量等领域，技术较为可靠[5]。 2 高精度几何量测量技术和仪器发展趋势
工程技术的发展同时，推动了现代化制造业发展，同时也在无形中带动了测量技术和仪器的创新发展。光机电一体化发展多年，激光非接觸测量技术凭借其优势已经在实际加工制造中广泛应用，具有高精度、高效率的优势，属于目前世界上前沿的测量技术之一。此项技术可以弥补测量技术的接触测量局限性，最大程度上规避主客观因素对测量结果的影响，操作便捷，可以提供精准可靠的测量结果[6]。
因此，未来测量技术和仪器发展，主要朝着微米级和纳米级方向发展，并进一步提升测量分辨率;图像处理技术的融合应用;点测量开始朝着面测量方向发展，进而促进测量精度大幅度提升;测量机的功能综合化发展，在增加检测项目同时，检测范围也将进一步扩大，一台测量机可以满足不同测量对象检测需要。
3 结论
综上所述，测量技术和仪器是社会生产生活不可或缺的技术之一，在工业化生产中可以有效降低误差，提升产品加工制造效率和质量。因此，未来推动高精度几何量测量技术和仪器发展，需要注重汲取国外先进的技术研发经验，重点开发拥有自主知识产权的测量技术，以求提升我国的测量技术水平，在激烈竞争中占据更大优势。
【参考文献】
[1] 陈绍鹏，张颖，常英丽，等.BOPPPS模型在互换性测量技术中的应用——以几何量测量技术基础为例[J].科技风，2020（23）：40+42.
[2] 杨文辉.基于机器视觉的零件几何量测量技术研究与系统开发[D].西安：西安理工大学，2020.
[3] 台立钢，刘峰.几何量精度设计与精密测量高端技能型人才培养分析[J].科教导刊（上旬刊），2019（7）：36-37.
[4] 郭继平，于冀平，方南家，等.无限变焦3D形貌仪测量条件及不确定度分析[J].中国测试，2018（3）：28-31.
[5] 李伟，吴宝中，李国喜，等.基于新一代产品几何量技术规范的装配体测量方案规划及后置处理[J].组合机床与自动化加工技术，2018（7）：32-35.
[6] 王学武，樊宇红.高精度几何量测量技术、仪器的现状及发展趋势[J].红外与激光工程，2018（S1）：177-179.
【作者简介】
姚兴宇（1981-），男，高级工程师，硕士，研究方向为线纹检测技术。