當前,制造業(yè)省人化、自動(dòng)化趨勢進(jìn)展迅猛異常,而測量作業(yè)在此過(guò)程中是不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節,它與生產(chǎn)加工和制品運送同等重要。制造業(yè)對測量?jì)x器的需求,在經(jīng)過(guò)1998、1999年的低迷疲軟之后,2000年后有了較明顯的增長(cháng)。
當今世界,提高運營(yíng)效率已成為制造業(yè)面臨的重大課題,制造技術(shù)也隨之掀起了不斷革新的浪潮。在這種注重經(jīng)營(yíng)和技術(shù)創(chuàng )新的前提下,對測量?jì)x器行業(yè)也提出了更高的要求,即量?jì)x產(chǎn)品必須實(shí)現高速、高精度和系統化,而且必須與IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相對應,同時(shí)應進(jìn)一步加強質(zhì)量管理。目前,各大公司針對測量?jì)x器市場(chǎng)增長(cháng)勢頭,正在加大資金投入,積極開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文擬介紹近年來(lái)各公司面向新世紀開(kāi)發(fā)的精密測量新技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品。
需求由疲軟轉向增長(cháng)
由于受到長(cháng)期經(jīng)濟增長(cháng)呆滯的影響,自1998年以來(lái),精密測量?jì)x器的需求一直處于不景氣狀態(tài)。測量?jì)x器是一個(gè)深受機床和汽車(chē)工業(yè)動(dòng)向影響的行業(yè)。以日本的情況為例,1999年日本機床的訂貨回升,對精密測量?jì)x器的需求從1999年下半年起也隨之增長(cháng),如卡尺、千分尺等的產(chǎn)量均有所回升。當然,1999年由于產(chǎn)品單件價(jià)格下滑等因素,測量?jì)x器行業(yè)總的形勢仍有兩位數字的下降幅度。
進(jìn)入2000年以后,盡管增長(cháng)緩慢,但從年初開(kāi)始,連續9個(gè)月精密測量?jì)x器的產(chǎn)值均呈正值增長(cháng)。其中,傳統型號的產(chǎn)品仍占市場(chǎng)的主流,但在三坐標測量機、粗糙度測量?jì)x、圓度測量?jì)x等方面,則對高精度產(chǎn)品需求的增長(cháng)十分突出。預計,今后對那些面向質(zhì)量管理的測量輔助系統及裝置需求將有更大的增長(cháng)。
必須注意的是,客戶(hù)所要求的測量精度已由微米級向納米級提升,而且這種提升的趨勢一年比一年迅猛。如果不能適應此種需求去開(kāi)發(fā)產(chǎn)品,則將難以擴大精密測量?jì)x器的市場(chǎng)規模。當前,尤其是與半導體相關(guān)的領(lǐng)域,測量技術(shù)不敷應用的狀況亟待改善。
據日本有關(guān)的調查顯示,各測量?jì)x器相關(guān)企業(yè)2000年的產(chǎn)值(以1998年度為100進(jìn)行比較計算)將有兩位數字的增長(cháng),增長(cháng)幅度可望達到10%~30%。其中,BLOM-LMT公司的產(chǎn)值增長(cháng)幅度估計將達80%,SOL公司的產(chǎn)值可增長(cháng)90%。這些企業(yè)大都經(jīng)營(yíng)國外測量機產(chǎn)品,他們的增長(cháng)幅度明顯高于日本國內企業(yè)。日本測量?jì)x器企業(yè)中,以東京精密公司的增長(cháng)幅度最高,估計2000年將增長(cháng)60%,銷(xiāo)售的產(chǎn)品中,70%以上為半導體制造行業(yè)所需的測量?jì)x器。
努力增強產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力
面對需求增長(cháng)的良好勢頭,各公司正在加大資金投入,努力增強開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的能力。如以機床行業(yè)為最大用戶(hù)的索尼精密工程公司,在其下屬的伊勢原事業(yè)所內建立了“校正中心”,從2000年10月開(kāi)始承接檢測測量?jì)x器偏移及修理校正的委托業(yè)務(wù),并和專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)電動(dòng)測微儀的索尼テヶトロニヶス公司合作,通過(guò)索尼公司內部的協(xié)作,對機械式和電動(dòng)式測微儀進(jìn)行委托校正服務(wù),預計2001年的營(yíng)業(yè)收入將達1億日元。
三豐公司為了增強產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力,已于2000年4月在川崎市高津區建立了由總公司直接管轄的“川崎研究開(kāi)發(fā)中心”,該中心將對三豐集團的研究開(kāi)發(fā)力量進(jìn)行統一調配,使公司分散在國內外的研究所、開(kāi)發(fā)部門(mén)相互聯(lián)接為一個(gè)整體,從而大大增強了開(kāi)發(fā)能力?,F已開(kāi)發(fā)出非接觸式測量機和新型卡尺、千分尺等。該中心的運作方式大體如下:首先將三豐集團分散于國內外的研究部、研究所聯(lián)為一體,再按其特點(diǎn)分別從事關(guān)鍵技術(shù)、新產(chǎn)品、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)工作,最后由中心匯總至生產(chǎn)之中。
東京精密公司則非常重視那些具有特殊技能的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員,在法定的工作年限內(通常為60歲),讓他們擔任重要的管理職務(wù),并委任他們?yōu)楣镜摹俺?wù)理事”。對于這些具有技術(shù)專(zhuān)長(cháng)的人員,工作年限可以延長(cháng)到65歲;同時(shí),還采取減少集體股份和增加個(gè)人持股等措施,以適應圍繞企業(yè)周邊的環(huán)境變化,提高經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)的透明度。
另一個(gè)值得注意的動(dòng)向是外國公司設在日本的法人企業(yè)正在竭力擴大其日本市場(chǎng)的占有份額。如BLUM-LMT公司是德國測量機企業(yè)BLUM-NOVOTEST公司在日本建立的法人企業(yè),該公司成立于1999年2月,德國B(niǎo)LUM公司以此為橋梁,大力向包括日本在內的亞洲地區開(kāi)展了營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)。BLUM-LMT公司主要銷(xiāo)售利用激光測量尺寸、形狀的各種測量系統,如該公司的激光可控式微型工具測量裝置,采用非接觸方式隨機測量切削工具的長(cháng)度、直徑、振擺、磨損及折斷等情況,可有效提高加工精度和生產(chǎn)效率。該公司的接觸式傳感器Z-NANO是一種高精度檢測裝置,傳感器配有三維測頭,檢測時(shí)測頭只需以極小的壓力接觸被測對象,檢測信號的傳輸則采用光學(xué)原理,為非接觸傳輸。Z-NANO的測量精度很高,測頭的重復精度達0.5μm。BLUM-LMT公司在提供檢測儀器的同時(shí),還提供相應的技術(shù)服務(wù)。
MARPOSS公司近1~2年來(lái),特別注重元件的商品供應,他們看準了其他公司在制作測量?jì)x器時(shí)急需大量的零部件,因此加大了元件的供應批量。另外,該公司的電動(dòng)測微儀超小型測頭系列可進(jìn)行1μm以下的精密測量。
德國最大的測量機制造企業(yè)瑪勒公司最初是向日本推銷(xiāo)卡尺之類(lèi)的小型測量工具,隨后才銷(xiāo)售三坐標測量機等大型測量設備?,斃展境送晟菩碌男⌒蜏y量機專(zhuān)銷(xiāo)網(wǎng)點(diǎn)外,還開(kāi)展了網(wǎng)上銷(xiāo)售業(yè)務(wù),他們試圖通過(guò)多種銷(xiāo)售渠道擴大市場(chǎng)占有份額。該公司以日本總代理TECHNO精密公司為核心,先后在東京、大阪、名古屋、九州等地區建立和完善了代銷(xiāo)網(wǎng)點(diǎn),同時(shí),配合網(wǎng)上銷(xiāo)售,已經(jīng)建立起一個(gè)小型測量裝置的專(zhuān)門(mén)銷(xiāo)售體制。
非接觸、高效率是測量技術(shù)的重要發(fā)展方向
近來(lái)來(lái),精密測量技術(shù)的發(fā)展迅速,成果喜人。例如在線(xiàn)測量技術(shù),已可進(jìn)行加工狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示,根據對加工狀態(tài)的監控,可及時(shí)檢測是否出現異常狀況,從而可大幅度提高生產(chǎn)效率。另外,對于機床控制裝置,則要求高精度化、低成本和小型化。其中,最重要的是高精度化,因為諸如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機等均要求其組成零部件必須具有非常高的精度,以便減少噪聲、防止環(huán)境污染和節省能耗,這些都是時(shí)代對制造業(yè)提出的緊迫要求。
在高精度加工和質(zhì)量管理過(guò)程中,通常均需使用三坐標測量機、圓度形狀測量機、表面粗糙度測量機、各種長(cháng)度及角度測量裝置等設備。光學(xué)測量機是以光學(xué)系統等硬件為主要功能部件的制品,因此,隨著(zhù)光機電一體化、系統化的進(jìn)展,光學(xué)測量技術(shù)有了迅速的發(fā)展,相應的測量機產(chǎn)品大量涌現,測量軟件的開(kāi)發(fā)也日益受到重視。
近年來(lái),利用光學(xué)原理開(kāi)發(fā)的非接觸測量機及各種裝置非常多。如MARPOSS公司的非接觸式工具測量系統Mida Laser就是利用激光測頭的新型測量機,該機可在CNC機床保持運轉的情況下,自動(dòng)對所用工具進(jìn)行非接觸測量,并可根據測量所得數值,對工具進(jìn)行自動(dòng)定位。索尼精密工程公司的非接觸形狀測量機YP20/21也是利用半導體激光高速高精度自動(dòng)聚焦傳感器的形狀測量機,所用刻度尺均系標準元件。傳感器和載物臺均由微型計算機控制,具有優(yōu)異的操作性能和數據處理功能。YKT公司銷(xiāo)售的非接觸三坐標測量系統Zip250是一種高剛性、高速、高精度的新型測量機。該機載物臺的承載重量為25kg,刻度尺的分辨率(X、Y、Z軸)均為0.00025mm。機上配裝了帶數碼法蘭盤(pán)的CCD攝像機和最新DSP轉換器,因此,可進(jìn)行高速圖像處理測量,同時(shí),也可與接觸式測頭并用進(jìn)行相關(guān)測量。
隨著(zhù)非接觸、高效率測量機的大量出現,專(zhuān)家們預計,21世紀測量技術(shù)的發(fā)展方向大致如下:
?。?)測量精度由μm級向nm級發(fā)展,進(jìn)一步提高測量分辨率;
?。?)由點(diǎn)測量向面測量過(guò)渡,提高整體測量精度(即由長(cháng)度的精密測量擴展至形狀的精密測量);
?。?)隨著(zhù)圖像處理等新技術(shù)的應用,遙感技術(shù)在精密測量工程中將得到推廣和普及;
?。?)隨著(zhù)標準化體制的確立和測量不確定度的數值化,將有效提高測量的可靠性。
總之,測量技術(shù)必須實(shí)現高精度化,同時(shí)也要求實(shí)現高速化和高效率化,因此,非接觸測量和高效率測量也就必然成為新世紀精密測量技術(shù)的重要發(fā)展方向。