本文来自微信公众号“新工业网”，作者/于佃清。
几何量测量是指长度测量，在测量学领域中占据重要地位，通过合理的几何量测量技术应用，可以保证测量精密度和准确度。而在当前信息化、自动化和智能化背景下，制造业开始了新一轮的技术革命，大量新技术和新设备的应用，促使工业制造业开始趋于智能化发展。智能制造期间，主要是依托几何量测量技术和传感器设备获取几何量数据，并且要求在自动化、智能化基础上提取，实现数据高效开发和利用，满足智能制造发展需要。
1工业生产制造中的几何量测量技术概述
几何量测量技术与工业制造有着密切的关系，它们共同组成了整个工业生产的相关工作流。在测量技术方面，可以说是工业制造的关键环节，很可能会直接影响到产品的精度与效率，因而必须重视几何量测量技术的有关内容。
1.1工业生产制造中的几何量测量技术
在工业制造领域，几何量测量技术主要包括测量、传感和设备测量，主要是通过采集和加工机器的几何尺寸来完成测量。简单地说，就是以物理为基础，将其用于工业的生产和加工，所需要的测量对象也是多种多样的。而感测则是将物理与化学联系在一起，以此为基础，通过仪器对信号进行转换，从而把被测对象转化成可以被人类所认识和处理的信号。总之，几何量测量技术是一种应用非常广泛的技术，它总是处于一个不断变化的过程之中，必须正确的运用它，才能更好地推动工业的生产和发展。
1.2工业生产制造中几何量测量技术的基本理论
（1）静态理论。在我国工业生产制造过程中，就几何量测量技术而言，静态理论在精确性上更易受随机误差、系统误差等因素的影响，而系统误差和随机误差是有其自身发展规律的，而粗大误差则是脱离了规则约束的。这就是静态测量理论所具有的测量精度特征，而它更注重于对静止物体的测量。
（2）动态理论。就几何量测量技术而言，它的动力原理所包含的内容，可以实现高精度的控制功能，特别是在整个系统的动态测量中起着举足轻重的作用。运用动态理论，可以使有关的测量者对内部的错误和外在的影响因素进行全面的分析，并根据这些问题做出合理的处理。同时，动态测量还包含了可追溯性的误差分解原理以及由错误引起的精度损失，这种方法是适用于动态对象的检测与管理的。
（3）工业生产制造中几何量测量技术的作用。随着我国科技、社会、经济的不断发展，工业建设的规模开始不断扩大中，传统的人工劳动已不能很好地适应社会的需要。相关企业需要通过优化传统的手工作业，从而更好地提高工业生产的效率。在工业生产中运用几何量测量技术，既能检验生产线的精度，又能改进工艺，提高产品的质量。此外，由于各种几何量测量技术的综合利用，使得测量技术的应用范围也随之扩展，因此必须不断更新和优化测量技术，以适应各种场合的不同需求。
2工业制造业中几何量测量技术及应用
2.1纳米测量技术
纳米测量技术，基于纳米测量机实现，属于实用可靠的综合测量技术。纳米测量机配备一个专门测头传感器，高速电子控制系统驱动，闭环控制朝着待测件运动，达到理想信号值后及时存储下坐标信息，随着测头传感器运动，可以满足任意位置1 nm增量闭环控制需要。测头传感器是一个MEMS系统，可以高精度测量待测件和监测测针间距。而在测量期间，测针并不会直接接触待测件，因此可以规避对待测件的损伤，属于无损测量技术。
纳米测量技术在超精密工业加工、光学、半导体微电子加工和精密工程中应用较为广泛，经过长期改进完善，开始朝着两方向发展，一是立足于传统测量方法基础，引进先进测量仪器设备来解决微细加工的纳米测量问题，剖析不同测量技术优劣所在，结合其不足针对性提出改善措施。二是在新概念基础上涌现的新技术，在量子物理和微观物理研究成果基础上，在测量领域中应用，推动纳米测量技术朝着更高层次发展。
但纳米测量技术也有一定不足，也正是这些不足限制了此项技术的应用发展。如何有效构建纳米测量环境，是应用几何量测量技术测量的一个关键性问题，不同测量方法的纳米环境不尽相同。加之人们对纳米材料的特点和结构了解不充分，一定程度上造成了设计和制造的盲目性，还有很多不足亟待优化和改进。
2.2机器视觉技术
机器视觉技术是借助专门的机器视觉装置，通过摄取目标信息转化为一定格式的图像信号，传输到图像处理系统来获取目标形态信息，并进一步转化为数字化信号。通过对这些信号运算和分析，提取目标特征，以此为依据控制现场的设备运行。机器视觉技术特点鲜明，生产自动化、柔性化，可以代替人工视觉完成一系列高强度、风险大的工作，满足多种场合需要。对于大批量零件生产中，借助此项技术可以显著提升生产效率和测量准确度，促使信息高度集成，提升工业制造自动化和智能化。
机器视觉技术的应用，对目标信息的提取和转化主要是借助CCD照相机实现，通过运算提取目标特征，包括位置、数量、面积和长度等参数，联合其他条件综合判断，实现自动化识别和控制。在电子行业与半导体行业应用广泛，同时在纺织、包装、制药和交通等流域部分环节代替人工，有效提升生产效率与质量。
2.3影像测量技术
此项技术是在传统投影测量技术基础上衍生而来，通过整合计算机软件技术、CCD高像素感光摄像技术，属于一种非接触的测量技术，可以规避对待测件的损坏。通过计算机上安装的图像测量和控制软件，可以高精准的获取光栅尺位移坐标值，并输入到控制软件中计算得到结果，计算效率和精度高，可以在软件上直观呈现图像，用于支持工作人员对比分析。
就影像测量技术的原理与特点来看，通过扫描产品的几何形状和外部轮廓，获取待测件尺寸规格，完成产品绘图要求，并标识清楚尺寸规格。经过软件处理后的尺寸信息，是待测件真实信息。影像测量技术精度高、操作便捷、功能强大，可以最大程度上降低人为测量误差，加之该仪器设备集合了电子显微镜技术，放大倍率较高，在逐步完善下可以智能化识别产品信息，减少人为误差，提升测量精密度和准确度。
2.4在线测量技术
在线测量技术是一种较为先进、可靠的技术，基于测头触碰待测件来获取位置坐标。具体包含测头、数据采集系统和信号传输系统等部分构成，对于提升在线检测几何精度具有重要作用。此项技术借助机床数控系统功能，可以及时反馈和处理信息，并修正误差，调整机床各项参数，提升加工质量。使用在线测量方式，可以及时找正降低误差，适当减少工件周转次数导致的误差问题。同时，加强中间环节质量控制，尽可能减少特殊工装设计制造，缩短加工效率同时，切实提升生产效率和质量。
2.5关节臂测量技术
关节臂测量技术，是借助关节臂测量机进行测量，安装温度传感器、角度传感器和应变传感器在测量机的各处，可以通过不同类型传感器来收集信息，并通过总线连接，将采集的信息输入到计算机系统中存储和分析。单片机采集传感器数据后，上传到计算机平台上处理，进而实现与单片机的高效交互，最终使用专门的测量软件对坐标数据进行处理。
2.6三维扫描技术
三维扫描技术，同样属于非接触测量方式，通过对待测件表面点云数据采集，进而拟合成产品表面形状，构建三维模型。通过此种方式，可以实现待测件表面颜色数据信息快速采集，同时借助工业摄影测量方式来获取待测件光学信息，经过计算后得到空间坐标，并通过影像匹配和计算机处理数字图像等操作后，获得高精度的三维模型。三维扫描技术应用范围较广，包括机器人导引、逆向工程、工业设计和地貌测量等，实际应用中效果显著。但同时，此项技术同样存在一定缺陷和不足，缺少统一标准的重建技术，方法和仪器直接决定好了物体表面特性。如，光学技术难以实现镜面或高亮物体表面处理，激光技术由于自身特性不适合变质表面测量处理，因此需要灵活使用不同的测量技术，更好地满足实际工作需要。
2.7坐标测量技术
坐标测量技术，即任意形态均为三维空间点，其所有的几何测量均可归为三维空间点的测量，因而准确获取空间点的坐标是评价任意几何形态的基本依据。具体的测量是将待测物体置于测量机所能容许的测量空间中，准确地测出待测物体在三个空间坐标位置上的位置，然后用计算机对其进行拟合，得到其形状、位置、公差等几何参数。坐标测量技术的主要应用载体是三坐标测量仪（CMM)，它可以实现三个方向的运动，在三条互相垂直的轨道上自由运动，并且可以通过接触来锁定信号。本发明的测量功能包括几何尺寸、定位精度、几何精度和外形精度。主要用于工业、汽车、航空、等行业的精密测量，以便于完成零件的检测、外形测量、工艺控制等工作。
2.8激光跟踪测量技术
激光跟踪测量系统的工作原理是：在目标点放置一台发射机，由跟踪头发射的激光照射到该发射机，然后再回到该跟踪头，在该跟踪头运动时，该跟踪头会调节光束的方向，使其对齐。同时，探测系统接收到的回波波束，用于测量物体的空间定位。激光跟踪器广泛用于汽车、航天和一般制造等行业的工装安装、检测和机床的控制和标定。但是，激光跟踪系统采用的是激光测距技术，而且角编码器会随着距离的增大而产生较大的定位误差，因此跟踪系统会产生一定的角度偏差。此外，由于激光自身受大气温度、气压、湿度等方面的影响，因此将大气参数作为补偿对于该仪表的正常运行至关重要。
3测量技术在工业生产制造中存在的问题
3.1创新能力不够充足
目前国内自主创新的品牌数量相对较少，与国外相比存在一定的差距，对国内的测试技术研究也产生一定的影响。由于部分国内工业企业对测量技术在发展中的地位和作用了解不够，总体上的投资相对欠缺，导致研发力度不够，产品创新能力差，难以形成具有自主创新能力的自主品牌。
3.2高端仪器设备的空缺
现在，国产高端的测量仪器在市场上的应用，已经被主流市场所排斥，虽然价格相对便宜，但由于技术和产品品质的影响，导致利润相对较低。而且，由于企业在研发方面的投资并不多，这也对国产品牌的后续发展产生许多不利的影响，长此以往形成一个恶性循环。
3.3技术资源的利用不充分
在许多发达国家，测量技术应用都是紧跟着市场的发展，技术人员都是以客户的需求为基础进行研发。但是，现阶段国内对测量技术研究人员大都集中在研究机构或者高校里面，所以导致研究成果并不能适应市场发展的需要，从而影响到测量技术的使用效率，无法适应工业生产的实际发展。
4测量技术在工业生产制造中的发展趋势
4.1极限制造中的测量技术
随着大规模的工业生产和使用，对于测量空间的需求越来越大，相应的测量参数也越来越宽泛，这就需要对测量技术进行深入研究，使之能够向着纳米尺度的方向发展，并不断的改进其实际性能。未来的测量技术，既要保证其可靠度、抗干扰性，又要保证其快速、稳定的发展，进而促进更高层次的测量技术的产生与发展，使测量问题得到更好的解决。将测量技术应用于极限加工，将有助于实现更大尺寸、更高密度的测量状态，使之能更好地适应工业生产的数字化需求。
4.2动态测量与现场测量
今后的测量技术将逐步由静态、非现场的测量逐步向动态、在线实时监测转变。在工业生产中，产品设计、工艺技术的选择、材料的品质等都是必须重视的问题。同时，还要将检测技术和生产技术相结合，使二者实现一体化，使之成为一个智能化的体系，使我国的工业制造更加快速发展。
4.3测量过程中的信息融合
在现代的工业生产中，对于生产的产品有许多的需求，所以在测量的过程中，所需要的数据量也会越来越大。如何做好数据的收集、整合与应用，是技术开发工作者必须重视的课题。因此，在工业生产中，相关技术人员需要重点关注各种信息的整合与协同。
5结论
综上所述，当前的几何量测量技术多样，不同的测量技术，其优势不同，在工业制造业中的应用，是推动制造业智能化发展的必然选择。这就需要充分了解不同几何量测量技术优势的特点和应用范围，优化操作流程的同时，最大程度上降低人为因素带来的测量误差，提升测量准确度和效率，为工业制造加工提供支持。
