现代制造质量的关键测量技术基础

　　制造质量工程,也称为在线质量工程,是产品生产过程的质量保证与质量控制的原理、方法和技术。该项研究是从精密测试技术的角度出发,提高先进制造业的控制水平和动态、在线、柔性测量的精度。国际上著名的大学和权威研究单位,如美国的Michigan大学、德国的Aachen大学、德国BMW公司、日本的东北大学等都在进行着前沿研究。我国在某些基础技术方面也进行了较时间的研究,包括加工过程自适应控制、预报控制等,这些工作为进一步的研究奠定了基础。

　　1　测量的直接溯源技术

　　据统计[1],1996年英国有4·5万个实体通过ISO 9000认证,这反映了计量标准的传递对现代生产技术的发展至关重要。现代质量控制要求在生产中能实现在线测量,这也就相应要求计量标准能在现场进行传递,甚至直接溯源。国外有人提出了以下现场直接溯源系统:①用于火车、电车等高可靠性系统的“VVT-RT”测试系统[2],它指经过鉴定的(Verification)、有溯源根据的(Validation)、实时反应测试系统(Test for Reactive Real Time);②制造计量学(Manufacturing Metrology)、同步质量工程(Simultaneous Quality Engineering)是指制造计量是整个产品生产过程的一个集成部分的说法,为满足该设想应使测量装置安装在生产环境下,并能进行有效的测量,通过对大量获得的测量数据的最佳利用来改善制造和检测工艺过程;③汽车在线检测站利用多个视觉传感器组成,对白车身加工尺寸进行快速自动检测,并对采集的数据进行计算机数理统计分析,以便改进原始工艺设计,提高车身焊装加工质量;④计量仪器的绝对校准是通过对被测对象的多次稳定测量,利用软方式不断修正和优化测量过程,从而得出准确的测量结果,并提供给测量仪器,使其自身得到了校准,对于难于标定的极高精度的仪器、现场的大型仪器和特殊仪器的校准有实用价值。

　　在线测试仪器以及测试系统的应用已越来越多,计量标准传递或测试设备的标定往往需要在现场进行,或进行自标定、无基准校定等,有的测试设备如坐标测量机还要集成到生产线中,不仅其本身要标定,而且所用的一些标准量规(如螺纹规)也需校准。因此有必要研究现场直接标定的方法、空间坐标定位技术、无基准校正方法及虚拟空间坐标系、虚拟量规等。图1为所研究的汽车白车身激光视觉在线检测站的现场三维尺寸空间标定技术原理。

　　研究与建立高精度标准量值直接传递与溯源系统,解决在工业环境、自然温度条件下的直接溯源的理论和方法。研制新型传感器实现快速、高精度标准量值的现场传递技术(如便于现场使用的全固体激光干涉仪、远程激光准直技术等);研究适合于生产现场的直接溯源技术。研究直接适用于现场的激光干涉仪及精度评定方法,容易集成到加工设备和在线测量设备中。其中直接溯源纳米测量干涉仪采用智能预测建模稳定横向塞曼激光器,具有纳米级的分辨率和高稳定性。设计中注意了频差值的选择,以便使系统得到优化;对非线性误差产生的机理进行了分析,使设计符合自适应原则;消除了普通分光方法的偏振混迭,并采用测相和锁相倍频冗余处理的计数系统,来提高数据处理系统的可靠性。