數(shù)字化測(cè)量技術(shù)

1、淺談數(shù)字化測(cè)量技術(shù)摘要 當(dāng)今制造業(yè)裝配技術(shù)正向著數(shù)字化和自動(dòng)化方向發(fā)展， 其中數(shù)字化測(cè)量技術(shù) 提高了我國(guó)精密測(cè)量技術(shù)和制造水平， 成為制造過(guò)程中的重要元素。 本文簡(jiǎn)單介 紹了數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展， 并對(duì)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的量具和傳感器技術(shù)、 檢測(cè)路 徑和檢測(cè)路徑算法的進(jìn)行了優(yōu)化分析，為實(shí)現(xiàn)全方位的測(cè)量系統(tǒng)提供了理論基 礎(chǔ)。關(guān)鍵詞： 傳感器檢測(cè)路徑路徑優(yōu)化一、數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)是以數(shù)字化建模仿真與優(yōu)化為特征的 “數(shù)字化制造” ，涉及各種 通用機(jī)專(zhuān)用數(shù)字IC、數(shù)字接口電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)字式儀器儀表（含智能儀 器）和實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)。 我國(guó)于 1965年研制成功集成電路。 近年來(lái)，國(guó)家

2、制定了重 點(diǎn)發(fā)展集成電路的戰(zhàn)略方針，我國(guó) IC 產(chǎn)業(yè)也獲得了飛速發(fā)展。對(duì)于一個(gè)完善的 測(cè)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 對(duì)大尺寸全方位的高精度測(cè)量是制造品的關(guān)鍵， 數(shù)字化測(cè)量對(duì)待 測(cè)點(diǎn)進(jìn)行位置的準(zhǔn)確測(cè)量， 然后將數(shù)據(jù)傳遞給自動(dòng)化定位控制系統(tǒng)， 對(duì)整個(gè)制造 過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督， 通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析出來(lái)， 實(shí)現(xiàn)定位， 故數(shù)字化已成為產(chǎn)品生命周 期中不可或缺的重要因素。 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)漸漸從幕后走入了人們的視野， 從中 一走向綜合，獲取了大量高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)提供自動(dòng)化裝配系統(tǒng)和物流運(yùn)輸 系統(tǒng)，受到了各界人士的關(guān)注。 數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的基木要求是實(shí)現(xiàn)測(cè)量環(huán)境的便 利性、精確性、 高速性和實(shí)時(shí)性， 高速、高精度測(cè)量和分選， 填

3、補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空自。 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在提高待測(cè)物點(diǎn)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性方面發(fā)揮了重要的推動(dòng)作用， 現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)達(dá)程度成為衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)力及科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo) 志。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化能快速的進(jìn)行系統(tǒng)配置和參考坐標(biāo)系的建立， 全時(shí)進(jìn)行精 確的零件監(jiān)視， 不依賴(lài)作用區(qū)域， 保證全范圍測(cè)量精度的一致性， 構(gòu)建成為一個(gè) 全方位的數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)， 增強(qiáng)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力， 發(fā)展成為具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品 和技術(shù)的企業(yè)，是制造企業(yè)的最終目標(biāo)。二、數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的優(yōu)化分析2.1 數(shù)字化量具和傳感器技術(shù)的優(yōu)化 由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等種種因素， 對(duì)產(chǎn)品的測(cè)量和檢測(cè)要求較高， 故對(duì)數(shù)字化測(cè)量量具 和傳感器的優(yōu)化成為了研究的重點(diǎn)關(guān)注

4、方向， 激光測(cè)量雷達(dá)、 三維測(cè)量激光跟蹤 儀、簡(jiǎn)易的測(cè)量臂和掃描儀等為基礎(chǔ)技術(shù)的優(yōu)化構(gòu)建更為精確系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)。（1）防水型電子數(shù)顯卡尺，在冷卻液噴淋狀態(tài)不能保證正常檢測(cè)。傳統(tǒng)電 子數(shù)顯卡尺多采用電柵位移傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)量， 但其易受介質(zhì)影響， 工作狀態(tài)受到 環(huán)境的多方面限制， 對(duì)數(shù)顯卡尺的防水性改善， 拓展了數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng) 域。上述防水型數(shù)顯卡尺的防護(hù)等級(jí)都達(dá)到 IP67 規(guī)定，為當(dāng)今最高水平，相應(yīng) 技術(shù)在中國(guó)申請(qǐng)了專(zhuān)利。（2）納米分辨力傳感器的制造。讀數(shù)頭中的半導(dǎo)體激光光束經(jīng)偏振光分光 器分成二束光， 進(jìn)入主尺， 經(jīng)過(guò)衍射后相互產(chǎn)生十涉。 光電圖像傳感器檢測(cè)出主 尺移動(dòng)所引起反射光十涉

5、條紋的相位變化， 得到主尺的位移量。 該傳感器的研制 提高了傳感器的辨識(shí)度與靈敏度，且工作狀態(tài)更為穩(wěn)定，不易受環(huán)境的限制。（3）多傳感融合的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的優(yōu)化。在制造業(yè)中測(cè)量目標(biāo)多屬于大 尺寸，多傳感融合的測(cè)量技術(shù)為共同實(shí)現(xiàn)行業(yè)的測(cè)量任務(wù)提供了更加便捷的途 徑。在多傳感融合的測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建中，保持發(fā)射器的位置不動(dòng)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)桿在 iGPS 的測(cè)量空間采集標(biāo)準(zhǔn)桿數(shù)據(jù)，求發(fā)射器的方位，后通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析，優(yōu)化發(fā)射器的方位。通過(guò)計(jì)算可知，融合了 iGPS 激光跟蹤儀和激光雷 達(dá)傳感技術(shù)后，使測(cè)量和監(jiān)督變得更簡(jiǎn)單高效，可在測(cè)量任務(wù)的任何階段完成， 是比較理想的大尺寸多方位測(cè)定目標(biāo)的測(cè)定方法。

6、（4）雙目視覺(jué)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的三維檢測(cè)優(yōu)化。傳統(tǒng)的目標(biāo)分割算法 難以在高速實(shí)時(shí)環(huán)境中得到精確的檢測(cè)數(shù)據(jù)。 雙目視覺(jué)測(cè)量技術(shù)是最接近人力視 覺(jué)的三維數(shù)據(jù)采集方式，具有簡(jiǎn)單、靈活、可靠等特點(diǎn)，是測(cè)距方法中最重要的 感知技術(shù)。雙目視覺(jué)測(cè)量方法是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)使被測(cè)物點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三維空間的重 建，使用特征提取、 攝像機(jī)標(biāo)定和特征立體匹配技術(shù)， 利用最大相似率結(jié)合高效 的立體搜索進(jìn)行圖像匹配， 相比于傳統(tǒng)的體式系統(tǒng)， 更加準(zhǔn)確的繪制了高精度的 被測(cè)物點(diǎn)。2.2 檢測(cè)路徑的優(yōu)化 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)工作中有大量的檢測(cè)工作需要完成， 實(shí)現(xiàn)加工檢測(cè)一體化、 智能 化和集成化是數(shù)字化制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 在線(xiàn)檢測(cè)減

7、少了測(cè)量時(shí)間， 避免 了過(guò)程中可能產(chǎn)生誤差的間歇， 提高檢測(cè)精度和靈敏度， 為質(zhì)量監(jiān)督提供了有力 的保障。在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)便是其便捷性， 故在規(guī)劃?rùn)z測(cè)路徑時(shí)， 需考慮 以下兩個(gè)因素： （ 1）避免檢測(cè)過(guò)程中的碰撞，測(cè)頭運(yùn)動(dòng)的軌跡應(yīng)最短；（ 2）檢 測(cè)過(guò)程總測(cè)頭和測(cè)頭變換的次數(shù)需最少， 盡量避免誤差可能產(chǎn)生的途徑。 在規(guī)劃 完成后，對(duì)形成的路徑進(jìn)行碰撞檢測(cè)，找出合理的避障點(diǎn)，對(duì)路徑進(jìn)行完善，從 定位點(diǎn)、過(guò)程點(diǎn)、 安全起測(cè)平面到檢測(cè)順序等問(wèn)題都進(jìn)行解決， 保證檢測(cè)的順利 完成。2.3 檢測(cè)路徑算法的優(yōu)化 提高精度和提高測(cè)頭移動(dòng)或縮短測(cè)頭測(cè)量路徑是改善加工中心在線(xiàn)檢測(cè)性能的 主要目標(biāo)。為了避免

8、測(cè)頭與零件的碰撞， 測(cè)頭需通過(guò)輔助點(diǎn) Aided Point (A P)， 此外在檢測(cè)路徑中還有許多不確定因素， 需要對(duì)路徑算法的不斷優(yōu)化確保路徑的 準(zhǔn)確性與靈敏性。常見(jiàn)對(duì)M0問(wèn)題的求解方法有單純形方法、隱枚舉法、動(dòng)態(tài)規(guī) 劃法和割平面法等，后提出了貪婪法、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法等，近幾年， 蟻群、粒子群等智能算法， 其優(yōu)化的路徑具有明顯優(yōu)勢(shì)， 為檢測(cè)路徑計(jì)算的穩(wěn)定 性、靈敏性和精確性提供了新思路。三、數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的綜述隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 越來(lái)越多的技術(shù)逐步被社會(huì)生產(chǎn)所淘汰， 新技術(shù)層出 不窮。數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的優(yōu)化可使測(cè)量系統(tǒng)同時(shí)使用多種工具、 多項(xiàng)零件和多個(gè) 測(cè)量探頭，系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能遇到的各種內(nèi)部與外部十?dāng)_進(jìn)行自抗控制能 力，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 系統(tǒng)性能亦得到了提高， 并行模式實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的 連續(xù)采集。提供絕對(duì)位置信息的測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)合三維空間位置的誤差測(cè)量技術(shù)， 探索數(shù)控機(jī)床空間精度快速測(cè)量和補(bǔ)償?shù)男峦緩健?測(cè)量準(zhǔn)確度高， 穩(wěn)定性強(qiáng)，提 高加工中心生產(chǎn)效率和可靠性， 取得了新的成績(jī)。 現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)精密測(cè)量技 術(shù)和制造水平不斷提高，降低能耗、改善工藝性，提高產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比，行業(yè) 旱現(xiàn)良好的發(fā)展勢(shì)頭，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的開(kāi)