精密测量技术论文大全11篇

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篇（1）

 

化学需氧量(COD)是反映水体水质、判断水体受有机物污染程度的重要指标之一。目前COD检测一般采用国标敞开式加热回流滴定法。该法分析时间长，消耗大量硫酸和硫酸银，有较明显的局限性。美国哈希(HACH)公司在上世纪末推出微回流管封闭消解比色的方法，可操作性极强,能够降低工作强度、节约试剂用量、减少环境污染，但存在分析成本高、分析时间与标准法相比无优势（都为120 min）等缺陷，使人们将兴趣转移到开发廉价的COD消解液配方上面来。

为此,针对COD密封消解法研究一种快速、可靠的替代配方，替代进口并综合标准法和快速密闭催化消解法的优点，达到分析操作简单化快速密闭消解，试剂用量微量化和分析仪器化是本课题研究的主要目标。

为提高本项目的研究分析效率，将自制CODCr消解液中的各个因素进行计算机数据库辅助分析，避免了大量的人工计算和数据分析，也为本项目在今后化验工作中实施提供了方便。

1实验部分

1.1技术路线以及工艺流程

1.1.1通过文献资料和理论推算，确定自配消解液各组分的基本组成；

1.1.2消解条件的正交试验，应用正交试验法确定各影响因素的最佳条件；

1.1.3考察本法的准确度、精密度中国学术期刊网。

1.1.4以microsoft公司的VB6.0作数据库应用程序开发，后台数据库为SQL Server2000。将CODCr消解液中的各个因素作为数据项进行分析。

1.2试验步骤

选取重铬酸钾浓度、浓硫酸浓度、反应温度、消解时间和冷却时间5个因素安排正交试验，确定COD消解液中各试剂的最佳配比。根据HACH 比色计内置程序选定两个量程（0～150mg/l；150～1500mg/l）进行试验。步骤为：

1.2.1重铬酸钾浓度的影响（重铬酸钾单因素试验）：考察重铬酸钾浓度对COD值准确度和精密度的影响。

1.2.2浓硫酸浓度的影响（浓硫酸单因素试验）：考察硫酸浓度对COD测量值的影响。

1.2.3复合因素因素试验：根据前阶段成果，初步确定各因素优等水平值，以此为基准选取几组相近水平值进行合理搭配，用L16(45)正交表进行复合因素试验，探求测量值与国标法测量值误差最小的组合。

1.2.4方差分析

运用方差分析对正交试验数据分析，求出各因素对测量结果的显著性影响，确定消解液中各试剂的最优配比，为下一轮正交试验提供水平参考。

1.2.5准确度与精密度试验

使用不同浓度的COD标准溶液进行重复测定并绘制标准曲线，检验本研究成果的准确度与精密度。

2 结果及讨论

2.1数据结果

表1　重铬酸钾浓度单因素试验结果分析（150～1500mg/l）表2　重铬酸钾浓度单因素试验结果分析（0～150mg/l）

 

CK2Cr2O7（mol/L）

样品平均值

准确度

精密度

 

  CK2Cr2O7（mol/L）

样品平均值

准确度

精密度

相对偏差

相对标准偏差

  相对偏差

相对标准偏差

0.60

1171

7.9%

2.33%

  0.025

109

4.2%

3.44%

0.65

1100

4.8%

1.85%

  0.050

105

2.2%

2.83%

0.70

1065

3.2%

1.74%

  0.075

102

1.0%

1.92%

0.75

1062

3.0%

0.81%

  0.100

100

0.1%

1.17%

0.80

1011

0.4%

1.21%

  0.125

99

0.4%

2.18%

0.85

1035

1.7%

1.16%

  0.150

98

1.0%

1.72%

0.90

925

3.9%

1.56%

  0.175

96

2.2%

1.87%

0.95

874

6.7%

1.60%

  0.200

93

3.7%

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桥梁的挠度变形是桥梁健康状况评价的重要参数，在桥梁检测、危桥改造以及新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值。随着桥梁健康监测技术的进步，人们研究了许多用于位移及挠度测量的方法。目前，国内外测量桥梁挠度的方法有许多种，下面对常见的几种测量方法的原理、特点及适用范围做以简要介绍。

1、传统的人工测量方法

1.1百分表测量法

百分表测量法是较传统的挠度测量方法。百分表的工作原理，就是利用齿轮转动机构所检测位置的位移值放大，并将检测的直线往返运动转换成指针的回转转动，以指示其位移数值。

特点：1）优点是设备简单，可以进行多点测量，直接得到各测点的挠度值测量结果稳定可靠；2）缺点比较繁琐，耗时较长，工作效率较低，现场应用有很大局限性；3）适用于桥下可搭设支架的桥梁工程。

1.2 精密水准仪测量法

水准测量又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。

特点：1）具有速度快、计算方便、精度高和能够及时比较观测结果的特点；2）主要适用于测点附近能够提供测站条件、范围不大的桥梁挠度变化、观测点数不多的精密水准测量。

1.3 全站仪测量法

全站仪挠度测量基本原理是三角高程测量。三角高程测量通过测量两点间的水平距离和竖直角求定两点间高差的方法。

特点：1）这种测量方法简单，不受地形条件限制，是测量桥梁挠度的一个基本方法。2）在桥梁加、卸载过程中，由于全站仪和棱镜固定不动，这就完全消除了仪器高和棱镜高的量测所带来的误差。3）采用高精度全站仪可以更加有效地提高桥梁荷载试验挠度测量精度。

2、桥梁挠度自动检测技术

2.1 连通管测量法

利用连通管原理，根据安装在桥梁各处连通管内液面高度的变化获得桥梁挠度的变化。当桥梁梁体发生变形时，固定在梁体上的水管也将随之移动，此时，各竖直水管内的液面将与基准点处的液面保持在同一水平面，但各测点处的竖直水管液面却发生了大小不等的相对移动，测得的相对位移量即是该被测点的挠度值。

特点：连通管法测量桥梁挠度的优点是可靠、易行，当挠度的绝对值大于20mm时，它1mm最小读数至少可有5%的相对精度。

2.2 倾角仪法

使用倾角法测量桥梁的挠度，并不同于传统的方法如百分表法、水准仪法直接测得桥梁某一点的挠度值，而是首先使用倾角仪测得桥梁变形时几个截面的的倾角，根据倾角拟合出倾角曲线，进而得到挠度曲线，这样就可以求得桥梁上任意一点的挠度值。倾角法实际上是一种间接地利用倾角仪测量得到桥梁挠度的方法。

特点：桥梁不需要静止的参考点，特别适于测量跨河桥、跨线桥、大型的跨海、跨峡谷桥梁和高桥，大大提高了测量效率。

2.3 激光图像挠度测量

激光图像挠度测量利用了激光良好的方向性。随着桥梁不同程度的变形，照射在被测点固定不动的光电接收器上的激光光斑中心发生等量变化，因此只要获取光斑中心位置就可得到桥梁挠度。

特点：具有很高的测量精度，可达到0.1 mm，且采样速率高、成本较低；适合于跨度不大的中小型桥梁。

2.4 GPS挠度测量

利用一台接收机(基准站)安在参考点(岸基)上固定不动，另一台接收机(移动站)设在桥梁变形较大的点，2台接收机同步观测4颗或更多卫星，以确定变形点相对岸基的位置。实时获取变形点相对参考点的位置，可直接反映出被测点的空间位置变化从而得到桥梁结构的挠度值。

特点：具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力；具有良好的抗干扰性和保密性。

2.5 光电成像挠度测量

光电成像挠度测量是在桥梁的测点上安装一个目标靶，并在靶上制作一个光学标志点(光标)。通过光学系统(光学镜头)把标志点成像在CCD接收面阵上，当桥梁产生挠度/位移时，目标靶也随之移动。通过测出靶上光标点在CCD接收面上成像位置的变化值，就可计算出桥梁实际的挠度/位移量。

挠度测量方法的比较图

3、桥梁挠度监测的发展方向

(1)长期在线自动动态测量

现在和未来，人们对桥梁，尤其是大型桥梁的安全评估不仅要求在施工过程中进行严格的检测，而且，更加注重成桥后在正常载荷下的长期在线自动监测。成熟的网络技术使人们不再局限于对一座桥梁进行集中监控，而逐步要求实现区域内多座大型桥梁的集群式监控。

(2)大量程测量

随着建筑材料和工艺的不断成熟，现代桥梁呈现出/跨度大、结构柔等特点，这就造成桥梁结构本身在各种外界环境的影响下，会出现较大的形变，将来挠度测量的量程相应地要求成倍提高。

总之，随着计算机等级的提高、数据采样技术的进步，今后桥梁的挠度测量将在此方法基础上进一步完善。未来桥梁挠度监测将会沿着/高度集中自动化、大量程测量的方向继续发展.

参考文献：

[1]余加勇，朱建军，邹峥嵘，张坤[J]. 大跨径桥梁挠度测量新方法研究.湖南大学学报(自然科学版)，2007，34(10):31-34

[2]吴晖.利用新型倾角仪测量桥梁挠度方法的理论分析研究(硕士学位论文).兰州：兰州交通大学.2009.

[3]谢浩元. 基于无线倾角传感器的桥梁挠度测量研究(硕士学位论文).大连：大连理工大学.2010.

[4]徐学文，管树国.几种挠度测量方法的比较.林业科技情报.2005(37):85

[5]郑玉福.桥梁挠度测量方法的探讨.黑河科技，2002（4）:47-48

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中图分类号：TB2文献标识码： A 文章编号：

一．引言

社会发展需要工程建设的大力支持，做好工程测绘是对工程建设质量和效果的保障。工程建设前期的测量与测绘工作，可以有效降低工程的施工难度，保证工程建设顺利进行。随着当代科学技术的进步，微电子技术、激光技术、计算机技术、空间技术和网络通信技术的快速发展，直接推动着工程测绘技术的进步，各个学科的科学技术得到提升，这也要求传统的工程测绘技术发生变化。同时，近些年来，大规模的经济建设和国防建设脚步的加快，各种高规格、严要求的工程建设也越来越多，面对新的任务和要求，工程测绘技术的应用要求也越来越严，任务也越来越重。

二.工程测绘技术的现状。

1.新技术在工程测绘中起显著作用。

20世纪80年代以来，出现了光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、电子水准仪和数字水准仪、激光扫平仪、激光准直仪等先进的地面测量仪器。传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等作业方法得以改变，测绘技术开始走向现代化、自动化和数字化。

先进技术设备的出现，改变了以往的操作模式。光电测距三角高程测量代替了三、四等水准测量。三边网，边角网和测距导线网取代了三角网。设备和技术的更新，弥补了传统测绘作业中难以解决的问题。在传统测绘中，难以攀登的山峰或无法到达的测量点，在测绘中很难直接进行测量，无需棱镜的测距仪的出现，彻底解决了这个难题。在传统的测量和绘图中，是通过人工在野外进行手动测量，通过计算机进行数据处理和计算、绘制图表，绘图用时较长，工序繁杂且对操作人员技术要求高，电子经纬仪等仪器的出现和GEOMAP系统的问世，很好的解决了这个难题，将野外数据采集工作也计算机数据处理工作和绘图设备结合在一起，形成了一个完善的多功能自动绘图系统。

GPS全球卫星定位技术、GIS地理信息系统和RS遥感技术等其他科学被利用到测绘工程中，测绘技术和各学科相互交叉、渗透，测绘工程中产生新的综合性信息采集、处理、监控管理系统。

GPS定位是通过高空的24颗卫星，由地面控制系统和用户接收装置组成，具有精度高、速度快、全天候、距离远等特点。在工程测绘中，GPS定位技术的应用使的测量范围大大延伸。利用GPS技术和水准测量资料可精化大地水准面，在进行城市、矿山等控制网时不需要造标观测，在工程测绘中及灵活又方便，同时使用成本相对较低。

GIS地理信息系统是在20世纪60年代中后期发展起来的，是利用计算机存贮、处理地理信息的工具和技术。将各种资源信息和环境的参数按空间分布地理坐标，输入规定的格式和分类编码，进行处理、存贮、输出，即可满足应用需要。通过对诸多要素的分析和对数据的处理，可方便的将数据转换成为图形、图像、数字等多种形式。

RS遥感技术是指从远距离、高空等平台上，利用可见光、微波、红外等探测仪器，采取摄像、扫描、信息感应，通过信息传输和数据处理，从而识别地面物质的性质和状态的现代化技术系统。通过遥感技术为城市和郊区的土地利用、土地覆盖、植被、水、土壤、岩石等提供了获取空间信息的可能。高分辨率卫星遥感对测绘产品形式和地图更新有极大的促进作用。

信息技术保障工程测绘技术得以实施。在信息技术中，计算机技术是核心内容，计算机技术的应用促使工程测绘技术朝向数字化和自动化、智能化方面发展。电子经纬仪、全数字摄影测量系统、地图自动设计和电子制版系统等都是计算机技术在工程测绘中的应用。GIS地理信息系统就是计算机技术在工程测绘中的典型应用，通过计算机替代传统的人工分析和计算，既能保证数据结果的准确度，又能节省测绘时间，提高测绘效率。

有多平台和多仪器支持的工程测绘系统是传统测量结合计算机技术后的改变，是通过运用工程测绘技术，利用现代计算机网络系统，对建筑区域的地质、建筑物以及施工采用的机械设备、建筑材料等进行勘测设计和管理而构成的系统。工程测绘技术可对工程具体施工中的项目设计和测绘信息进行综合，为施工工程提供及时可用的信息。

2.现阶段工程测绘技术存在的不足之处。

长期以来，国家对于测绘技术的投入不是很充足，对硬件设备和软件系统的购置都较少。测绘的体制一直未有改善，加上基础信息资源不足，信心化标准进程缓慢，数据库建设重复，数据共享的机制也不健全。在工程测绘技术中，技术储备不足，在理论研究和技术进步中，重视力度不够。在遥感图像处理技术和软件上的投入不够，目前国内采用的遥感图像处理软件都是来自国外开发的，国产的遥感图像处理软件同国外软件差距太大。

三.工程测绘技术的发展趋势和方向。

目前，工程测绘技术是朝向数字化、自动化和智能化方面发展。随着现代科学技术的日新月异，各专业的深入研究和拓展，未来的工程测绘技术将呈现高水平，大规模，拥有具有高度精密的新技术和新设备，测绘成果更准确、更精密的发展趋势。在测绘数据采集中，实现自动化和实时化，数据结果实现自动化和数字化；对测量数据的管理实现科学化、信息化、标准化；数据传输实现网络化、安全化；测绘硬件实现人性化、智能化、经度化。

2011年12月27日，我国自主建设、独立运行的兼容其他国家的卫星定位卫星-北斗卫星导航系统正式开始试运行。依靠国外硬件设备的时代即将结束，国内的定位技术和测绘技术将真正实现国产化。有了这一个硬件支持，提高了数据交换的效率，对工程测绘使用成本也起到降低的作用。同时，由于国产卫星的加入，在测绘终端上，设备的国产化程度将提高。届时将涌现一批适合我国实际使用情况和使用环境的更加人性化的设备，这对提升工程测绘效率和保证测绘结果的可靠性提供了保障。

工程测绘技术成熟后，将被逐渐导入其他领域，如人体科学测量、显微测量、显微图像处理等方面。测绘技术中数据处理的数学、物理模型建立、分析和辨别会成为工程测量专业教育与应用的重要内容。

在保持科学严谨的情况下，传统的测量和绘制技术要从一维、二维、三维变成四维，不仅仅在空间上发生改变，同时对地域和测绘手段上都将发生变化。现代工业自动化流程的加入，三维工程测绘技术将得到进一步的发展。

四．结束语

伴随着测绘科学技术的不断进步，现代工程测绘也开始走向自动化、智能化，测绘设备技术含量高，测绘手段也得到了提升，测绘结果准确度也越来越高。新技术的加入，促进了测绘技术的快速发展，同时对测绘技术信息化程度要求也较高。数据的整合、信息的共享，都将促使测绘手段和测绘技术走向先进、准确、完善。

参考文献：

[1] 王希波数字化测绘技术在工程测量中的应用浅析[期刊论文]《黑龙江科技信息》,2009,(16)

[2] 章正武,邵光敏. 浅谈工程测绘技术的现状与发展趋势[期刊论文] 《民营科技,2009,(07) 》

[3] 李木子. 浅析数字化测绘技术及其在工程测量中的应用 [期刊论文] 《中小企业管理与科技(下旬刊)》 2010年08期

[4] 赖振发. 现代测绘技术的作用及发展趋势[期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 2012年9期

篇（4）

 

三坐标测量机（CoordinateMeasuring Machining，简称CMM）是20世纪60年展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动机床、数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础。目前，CMM在生产测试中得到了广泛应用，它几乎可以对生产中的所有三维复杂零件尺寸、形状和相互位置进行高准确度测量，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。

CMM在检测批量产品或单件产品时，通过编程可以提高测量速度，降低劳动强度。然而，在编程中坐标系的建立是后续测量的基础，建立了错误的坐标系将致测量错误的尺寸，因此建立一个正确的参考方向即坐标系是非常的关键和重要的，它直接影响测量速度和数据精度。1 测量系统的组成

本文所用的数据化采集系统为CHXY-30-17-15CTJ型三坐标测量仪及相关软件，系统结构包括三坐标测量机、电气控制硬件系统、计算机以及测量软件等，有X、Y、Z三个运动方向。电气控制装置包括主控制单元、电机驱动电路、数据传送接口、电源和电源保护电路等。它与测量机和计算机连接，接收测量机的位置检测信号后传送给计算机。系统采用ZCR-CAD和Industry3DCam软件，完成各种三维空间曲面的数据测量和造型设计工作。

2 坐标系的建立

ZCR-CAD 提供有三种建坐标系方法，我们可以按照设计和加工基准来建立严格准确的工件坐标系，在工件坐标系下直接测量，与工件在测量台上的位置、方位完全无关。

2．1 3-2-1法

3-2-1法是最基本的建坐标方式，以平面元素为主要基准，适用于箱体类机加零件; 按照此方法确定一个坐标系，需要若干基准元素。典型的情况是：1、需要两个方向矢量作为工件坐标系的两个轴，第三个轴按右手法则自动算出。2、需要1-3个坐标点，确定工件坐标系的原点（3个分量）。在建坐标系的对话框上（图1），相应地用第一轴、第二轴、原点(X，Y，Z) 对应于各个基准元素的选择操作。

典型的建坐标系的过程分如下两个阶段：

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中图分类号：U238文献标识码： A 文章编号：

一．引言

随着我国经济的快速发展，我国的高速铁路已经进入了大规模的建设阶段。我们所说的高速铁路，就是指那些能够使旅客列车的最高运行速度高于200千米每小时的铁路。在我国当前主要是依据铁道部在2003年制定颁布的《京沪高速铁路测量暂行规定》来进行高速铁路平面测量工作的。在我国高速铁路的发展相对较晚，可以说还是一个新的事物。因为高速铁路使得旅客列车的行车速度大大提高，所以就会给铁路的建设带来一些新的挑战和问题，理所当然对高速铁路平面的工程测量工作也带来了新的挑战。在我国，高速铁路工程测量的标准和规范还没有正式的制定，其中还有许多的问题要进一步的研究和探讨。所以本文就针对一些具体的问题作了简单的探讨。

二．高速铁路平面控制测量布设的原则

我国《京沪高速铁路测量暂行规定》中的相关条文指出，高速铁路的测量全过程为：通过我国国家三等大地点测量加密GPS点，在GPS点的基础上做铁路五等导线测量，利用导线点测设线路中线控制点和铺设轨道。

当前如果是新建铁路，那么在其勘测中，一些铁路的勘察设计部门也正在努力的寻求一些方法来改进铁路勘测的流程，这个过程中提出了一次布网的方法，这种方法就是把各个阶段的控制点一次性的布设成为同一个等级，与此同时统一其平差测量的控制网，使的初测、航测、定测以及施工各个阶段的测量都可以在同一控制网的控制下，这样可以大大的减少工序，大幅度的提高测量效率。

当铁路在运行阶段的时候，为了使轨道的结构保持着良好的状态，就必须加强对轨道的平顺度以及整体几何形状进行定期的检测。所以，控制测量还必须能够满足运行阶段的高速铁路检测的标准和要求。

我国的高速铁路一般采用GPS测量法进行首级平面控制测量，也就是在沿线路大概每隔5m左右的距离设置一对互通视点，在定位时必须要保证其长期有效且稳定。如果在线路的定测和初测阶段时，要尽可能的利用GPS RTK来进行控制点的加密以及线路的中线测量。如果有一些不方便采用GPS RTK测量的路段，则可以采用GPS测量加密之后，再来布设线路初测以及定测的导线，集中来进行高速铁路中线的测量。对于一些大中型的构筑物，如果要布设其施工控制网，那么构筑物的轴线位置必须满足线路的整体形状的一些要求。也就是说要在其铺轨之前，布设精度较高的导线，以此来满足测量轨道的整体形状的要求。

三．高速铁路平面控制测量的精度要求

根据德国实践的经验，影响以及控制行车速度的原因有：线路平纵断面以及线路的平顺性。为此，德国铁路对于轨道不平顺限速的管理标准比较严。而且，国内外一些专家的看法基本一致。这样能够有效保证其安全性和舒适度。

线路的平顺度和控制测量精度有联系，相对于线路形状而言，平顺度是局部的误差。虽然采用测量的方法不容易达到高速铁路对于线路平顺度的要求。但是，也不能够依据线路平顺度的要求来作为控制测量精度的标准。下面分析一下线路平顺度误差对线路位置误差的影响。

用直线路来讨论，图1中AB为设计直线线路位置，当在10米处产生2mm不平顺度时，线路将出现β角的转折，使直线B移至B点。其中不平顺度有偶然性，所以，由各段不平顺度产生的B点位移可利用直伸等边支导线终点的横向中误差公式计算：

假定AB=200m，则S=190m，n=19，按式(1)计算得199mm。

可见高速铁路控制测量不是控制线路局部的平顺度，而是控制整体线路的形状。这里提出：高速铁路在5公里范围内，无论是直线段或曲线段线路平面位置偏离设计位置最大不超出50毫米，偏离幅度不超出100毫米，线路平面位置偏离设计位置的中误差为25毫米。因此，高速铁路线路平面位置不仅要满足局部平顺度的要求，同时需要满足在5公里范围内的一个直线段或曲线段中，线路偏离幅度最大不超出100毫米的要求。

由以上分析，高速铁路平面控制测量的点位中误差在线路的垂直方向不大于25毫米。如果在铺轨前，布设铁路五等导线，并适当提高测角精度，假定测角中误差为3.5，按等边直伸导线计算，导线最弱点的横向中误差为：

式中，S=5000m，n=10，则m=24.5mm。

高速铁路的首级平面控制测量采用GPS测量方法，其精度等级应相当于国家四等大地点。GPS点每隔5公里左右布设互相通视的一对点，作为附合导线的方位边。因此，GPS控制网应布设成带状网连式网，相邻同步图形之间以通视的一对点作为公共基线连接，需要有4台或更多的GPS接收机观测。国家三角测量规范中规定：四等三角测量最弱边的方位角不大于4.5。假定，按GPS网相邻两点的横向误差等于基线长度的精度，则可由式(3)计算一对通视点之间的最短长度：

式中，d为GPS网一对通视点之间的长度，a为固定误差，b为比例误差系数。设a=10mm，b=10，则d=520m。可见，GPS点每隔5公里左右布设互相通视的一对点，其距离不应短于600米。

四．五等导线测设轨道中心精度的分析

在高速铁路铺轨前布设五等导线测量，利用全站仪在导线点上直接测设轨道中心点。假如忽略由导线点测设轨道中心点的误差，可以把导线点之间的相对误差认为是轨道中心点之间的误差。五等导线可看作为在GPS点之间的直伸附合导线，导线点的相对横向中误差可按下式计算：

其中：

假定k=5，f=7，两点相隔1000米；k=4，f=8，两点相隔2000米；k=3，f=9，两点相隔3000米，如图3所示，分别计算导线点的相对横向中误差，其结果列于表1：

由以上分析可知：布设五等导线点测设轨道中心点，其线路偏离幅度可满足不超出100毫米的要求。这里需要指出的是，当较长的曲线位于两个GPS跨段时，应在曲线的两端加密GPS点，使曲线段处于同一条五等导线内。

五．结论

铁道部2003年颁布的《京沪高速铁路测量暂行规定》，对高速铁路平面控制测量布设等级和精度的规定可满足工程测量要求，但建议适当提高五等导线的测角精度，测角中误差为±3.5。考虑到一次布网的优点和不同阶段对测量精度的要求，采用GPS测量法进行首级平面控制测量，也就是在沿线路大概每隔5m左右的距离设置一对互通视点，在定位时必须要保证其长期有效且稳定。如果在线路的定测和初测阶段时，要尽可能的利用GPS RTK来进行控制点的加密以及线路的中线测量。如果有一些不方便采用GPS RTK测量的路段，则可以采用GPS测量加密之后，再来布设线路初测以及定测的导线，集中来进行高速铁路中线的测量。对于一些大中型的构筑物，如果要布设其施工控制网，那么构筑物的轴线位置必须满足线路的整体形状的一些要求。也就是说要在其铺轨之前，布设精度较高的导线，以此来满足测量轨道的整体形状的要求。如在运行阶段仍需保持高速铁路轨道的整体形状，应根据检测的需要，进行控制测量的定期复测工作。

参考文献：

[1]潘正风 徐立 肖进丽Pan ZhengfengXu LiXiao Jinli高速铁路平面控制测量的探讨 [期刊论文] 《铁道勘察》 -2005年5期

[2]汪晓英 高速铁路平面控制测量的探讨 [期刊论文] 《科海故事博览・科技探索》 -2011年4期

[3]李林 潘正风 徐立 肖进丽 高速铁路平面控制测量的探讨 [会议论文]，2005 - 2005现代工程测量技术发展与应用研讨交流会

[4]安国栋AN Guo-dong高速铁路精密工程测量技术标准的研究与应用 [期刊论文] 《铁道学报》 ISTIC EI PKU -2010年2期

[5]党军宏 雷旭华 陈龙 平面控制测量方案设计在高铁专线中的应用 [期刊论文] 《山西建筑》 -2012年29期

篇（6）

摘要：我国制造业规模居世界第一位，但大而不强，能力过剩和结构性短缺反差强烈，高端装备的核心、关键零部件受制于人，成为制造业转型升级瓶颈。国内大部分企业以传统的生产方式已达到极限水平，难以满足高端装备对核心、关键零部件的精密、小体积、高靠性等要求。信息技术与制造业协同创新、深度融合正在引领制造业向智能制造变革。

本文以提高零部件的装配精度为切入点，探索在现有加工设备的条件下，利用成熟的精密测量、数据存储和计算机软硬件等技术，以传统选配工艺和全零件测量数据为基础，解决传统选配方案凭经验和判断性测量，难以确定本企业最优分组数和最佳装配精度，实现企业的制造工艺向拥有核心灵魂的原始创新跨越，突破高端装备核心、关键零部件的制造瓶颈。

关键词 ：高端装备核心零部件; 性能; 装配精度; 集成创新

收稿日期：2015-06-30，修回日期：2015-08-04

作者简介：杨成，男，安徽省新技术推广站推广二室主任。上海交通大学机械制造及工艺专业毕业，长期从事企业信息化和技术创新体系建设的推广工作。对企业信息化和技术创新体系建设内容、步骤及实施方法论有一定造诣，形成了一套数据分析、建模及异常数据模型优化的方法论，主持编制了安徽省地方标准《中小企业成长性评价》（DB34/T 2330 ～ 32）。

1 装备制造转型升级的瓶颈和机遇

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。经过几十年快速发展，我国制造业规模跃居世界第一位，但制造业大而不强，总体仍处于国际分工和产业链的中低端，尤其在经济增速放缓以及市场需求下降的今天，高端装备核心、关键零部件为发达国家所掌控，受制于人的矛盾会愈发突出，能力过剩和结构性短缺反差强烈，加剧了产业“国退洋进”风险，严重制约了制造业转型升级，是制造业“由大变强”的瓶颈。如挖掘机的液压系统和发动机两项组成的核心零部件就占成本的42%，工业机器人三大核心零部件减速器、控制器和伺服电机占成本的75%，市场份额占据了国内70% 以上，且外商凭借市场垄断制定了大量“霸王条款”，要求国内企业提前订货期，甚至延长订单交货期等，严重影响了行业正常生产秩序。

当前，新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革。基于信息系统的智能装备、数字车间和智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革。跨领域、跨行业协同创新，为高端核心、关键零部件等重点领域关键共性技术的突破提供了新的路径。本文以提高零部件装配精度为切入点，将现代精密测量、大数据存储计算与传统的选配工艺融合，探索跨领域跨行业协同创新的新路径。

2 改善零部件装配精度的理论思考

高端装备的核心、关键零部件结构复杂、精密度高，且要求体积小、重量轻、噪音低、振动小、可靠性高、运行平稳和寿命长。随着相关产业的快速发展，对产品的性能指标提出了越来越高的要求。在制造上，业内基本是提高零件的加工精度或装配精度来解决。作为本身精密度要求极高的产品，大部分零件的加工精度己经达到了当前生产设备的极限水平。如果再提高零件的加工精度，势必要对加工设备更新换代，这将使生产成本以指数级增加，如没有批量和高技术工人保障，不具有可行性。在现有的生产设备的条件下，调整装配工艺是可行的途径。

对传统手工模式而言，调整精密产品的装配工艺难度极高。一方面，精密产品零件数量多、精度高，且零件间配合关系复杂，任何细微差错都会体现在产品的最终性能上；另一方面，调整选配方案，无论是方案设计、验证工作量，还是执行过程中的测量、保管、运输和分组等工作量都将呈指数倍增加。随着高精度检测、计算机和存储技术的发展，网络化、数字化和智能化闭环制造系统成为高端制造的发展方向，制约选配方案优化的零件检测量、检测精度、人工分组计算验证工作量和生产成本等制约因素得到了很大改善。

3 关联技术的发展现状

3.1 传统的装配工艺

（1）机械装配。

按照设计的技术要求，实现机械零件或部件的连接，组合成机器。机械装配是机器制造的重要环节，装配工作的好坏对机器的效能、修理的工期、工作的劳力和成本等都起着非常重要的作用。零件的装配有互换、选配、修配和调整4 种配合方法，批量生产主要是互换法和选配法。

（2）互换法。

装配的同一种零件能互换装入。零件加工公差要求严格，它与配合件公差之和应符合装配精度要求，装配质量稳定可靠，装配过程简单，装配效率高，易于实现自动装配,便于组织流水作业，产品维修方便，主要适用于生产批量大的产品。但是对设备精度要求较高，尤其组成环数较多时，组成环的制造公差规定得严，零件制造困难，加工成本高。

（3）选配法。

对于组成环数少而装配精度又要求特别高的机器结构，为了提高加工经济性，将精度高的零件的加工公差放宽,然后按照实际尺寸的大小分成若干组, 使各对应的组内相互配合的零件仍能按配合要求实现互换装配。特点：①零件的制造精度不高，却可获得很高的装配精度；②组内零件可以互换，装配效率高；③凭经验和判断性测量来分组，在很大程度上取决于人的技术水平，不易准确控制装配精度；④零件的分组数不宜太多，否则会因零件测量、分类、保管和运输工作量的增大而使生产组织工作变得相当复杂；⑤难以控制各组零件数完全匹配，多余零部件浪费大。

3.2 数字化精密量具的发展现状及趋势

数字化测量是高端制造的关键技术。高环境适应性、亚微米、纳米级测量仪器从计量室进入生产现场，为高端制造网络化、数字化和智能化奠定了的基础。

（1）数字化量具发展现状及趋势。

在生产实践中，根据普通的工件精度要求，一般使用直尺、游标卡尺和千分尺等测量工具数字显示已基本普及，位移传感器的测量精度从微米量级向纳米量级提升已经成为发展趋势。Heindenhain、日本三丰及SONY 等国外公司近年来都相继推出精度达到纳米级的光栅式长度计，北京标普公司采用了有自主知识产权开发的SGG-01 型0.1 纳米测长仪, 分辨力达0.1nm，示值误差±（3+0.03L）nm。

量具基本都有数据通讯接口，但这些测量手段的准确率和效率往往与操作者的经验和工作态度有关，难以满足一些现代化生产制造场合的高效的在线100％检测要求，同时测量的数据极少在线存储。

（2）机器视觉引领高精度尺寸测量。

基于机器视觉的检测技术，以其自动化、非接触、高可靠性和多工件多尺寸（长度、距离、角度、形状和位置）高精度测量，不受操作者的疲劳度、责任心和经验等因素影响的特点，在国内外制造业得到了深入研究和广泛应用。测量仪从检验室进入车间、对生产现场零部件100%检测成为发展趋势。目前机器视觉测量精度已经达到亚微米级以上，能够满足绝大部分高精度零部件的检测要求。

德国MAHR 公司、瑞士TESA 公司和日本三丰公司等三维视像测量系统，仪器分辨力0.01μm，测量精度XY 轴（0.3+L/1000）μm，Z 轴（1+2L/1000）μm。国内西安爱德华、东莞万濠、苏州怡信、深圳鑫磊以及北京天地宇等公司也有类似产品，贵阳新天光电公司的仪器测量精度达到（1.0+L/100）μm。

3.3 数据存储发展现状与演变趋势

数据存储是增长最快的半导体技术。每12 到18 个月，存储能力就会提升一倍。如今，台式机硬盘存储容量最高可达4TB，这意味着能装下1 万张照片或562 个小时的高清视频。硬盘制造商希捷表示，到2020 年，热辅助磁记录技术将给世界带来60TB 台式机硬盘，足够存储12 万张照片或6,750 小时高清视频。

与有着60 年悠久历史的硬盘驱动器技术不同，NAND 闪存技术还很年轻，有很大的发展提升空间。如今，NAND 闪存的存储能力以每年175% 的速度增长。

MicroSD NAND 存储卡的体积比指甲还小，存储容量却超过100 亿字节。

大数据时代，云存储(Cloud Storage) 应运而生。与传统存储设备相比，云存储不再仅是一个硬件，而是一个由网络设备、存储设备和应用软件等多个部分组成的复杂系统。“云存储可颠覆磁盘阵列所代表的传统存储需求。”基于x86 服务器的分布式存储系统、虚拟化技术和闪存的广泛普及，以及软件定义的存储技术等，都使云存储能够以更低的成本快速向前发展。数据量的大小由TB 级增长至PB 级，云环境下的大数据存储成为未来的发展趋势。

4 大数据环境下的选配工艺技术实现

4.1 前期准备

（1）建立机器视觉检测线或利用现有数字化量具100% 测量加工零件精度，并在线存储，建立全部零件加工精度数据库，积累海量的零部件精度数据，通过数据统计，找到各零件基本尺寸、公差和偏差稳定的分布概率。

（2）制定产品精度提升的目标，确定组成环零件组的基本尺寸、偏差和配合公差，按照产品装配图进行数字装配，仿真运行，检查、验证验证各组成环精度可行性；并根据装配合格率、零件剩余率和生产效率，建立优化模型，经反复优化，确定加工零件分组数和选配公差。

（3）预测投入产出，确定建立数字化检测线和自动分拣生产线的可行性。

4.2 过程优化

（1）建立数字化检测线和自动分拣生产线，保证零件加工精度100% 的记录和存储。

（2）实施基于物联网的库房库位管理，对全部零部件可识别分类包装。库管人员只需将生产指令、数量输入电脑，系统会自动匹配各组别零件的库存数量，选择最佳的组别，并将所需零部件从库位上取出，送往装配车间。

（3）详细记录每个产品的出厂质量，建立产品可追溯档案；尽可能多地收集客户对产品的满意度，对客户返厂产品进行质量分析和记录。

（4）按照装配合格率、零件剩余率、生产效率、客户满意度和返厂产品质量等因素，准确及时掌握工艺系统的工作状态和误差变化趋势，持续完善优化模型、优化加工零件选配公差和分组数

（5）产品升级。利用国家的扶持政策，充分发挥科研机构理论研究优势，构建经实践验证的产品全生命周期的大数据平台，研究全生命周期数据统一模型及现场运行过程检测技术、面向故障与效率的数据关联分析技术，形成面向产品的海量实践数据和理论研究深度融合的产学研合作，实现产品从模仿设计向拥有核心灵魂的原始创新跨越。

5 大数据环境下的选配工艺的意义

5.1 低投入、高产出，突破制造业“由大变强”的瓶颈增加的检测、工艺优化和分拣设备的投入，相对研发试制高端装备核心、关键零部件巨额的研发成本微不足道。零部件制造厂商转换产品升级换代观念，走从中低端向中高端的策略，即企业以现有满足主机厂中低端产品，通过优化装配工艺，主动提高产品的性能指标，必然完全满足主机厂中低端产品的要求，一方面使主机厂用户在原机型无障碍采用，经一段时间应用后，以“实效”树立主机厂的信心，逐步推动主机厂在高端机型的核心、关键零部件上应用；另一方面，零部件制造厂商通过海量数据的积累，不断优化装配工艺，形成具有真正灵魂的、稳定的、难以模仿的工艺，保证产品的性能质量，形成经济增长新动力，塑造国际竞争优势。

5.2 效益驱动，推动零部件制造厂商智能工厂建设

通过零部件制造厂商将新一代信息技术与装配过程融合，建立零部件加工精度和装配过程的数字化——建设数字化装配车间，形成的产学研合作经验，其成果可有效树立企业两化深度融合的信心，推动企业进一步推进信息技术与制造过程深度融合，建立从毛坯、粗加工、热处理、精加工、毛刺和飞边清理打磨等到零件加工全过程的数字化，并在海量数据积累的基础上，持续优化改造现有加工工艺流程，在有限的设备投入下，实现零件的加工精度或装配精度双向提高——建设智能工厂，全面提升企业的资源配置优化、实时在线优化、生产管理精细化和智能决策科学化水平，新一轮产业竞争中，抢占智能制造这一制高点。

5.3 零件精度分组工艺不可复制，成功经验可推广

基于企业个性化设备和人员加工出零部件海量精度数据的概率分布，并根据装配合格率、零件剩余率、生产效率、客户满意度和返厂产品质量等因素，确定组成环分组数，每组零件的基本尺寸、配合公差等工艺参数和优化模型是企业产品的核心灵魂，同行企业简单复制无效，也就是企业的核心知识沉淀不可复制，可以有效保护企业产品的竞争力。本文以提高装配精度为切入点，技术创新上，需要将现代精密测量、大数据存储计算与传统的选配工艺融合，实施跨领域跨行业的协同创新，企业可完成海量的数据采集和存储，提出客户的要求，大量的理论研究、数字仿真、模型提炼优化等研究工作，企业不具优势，势必要引进专业研究机构，进行产学研合作。因此，通过项目实施，总结出的实施方法论，采用的检测设备，数字仿真软件、优化模型规则的提炼方法等，以及形成的专家团队，可在行业内共享，推动行业内企业从模仿设计向拥有核心灵魂的原始创新跨越。

6 结语

我国经济发展进入新常态，经济增速放缓，市场需求下降，资源和环境约束不断强化，劳动力等生产要素成本不断上升的环境下，整机生产企业在核心、关键零部件受制于人的背景下，难以继续通过内部挖潜以及产品提价等方式部分的转嫁上游供货商提高配件价格产生的高成本，维持较稳定的盈利能力；而新一代信息技术与制造业深度融合，基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革。以市场需求为导向，利用相关领域的创新成果，通过创新链的资源配置，实施跨行业协同创新，建立以企业为主体，政产学研用相结合的制造业创新体系，是可以突破制造业核心、关键零部件的瓶颈，促进制造业数字化网络化智能化，走创新驱动的发展道路。

《智能制造》杂志征稿通知

一、征文范围

1. 数字化设计与制造

2. 智能设计理论、方法及系统

3. 自动化与现代制造系统

4. 机器人技术及应用

5. 虚拟设计与虚拟样机

6. 网络化控制与制造技术

7. 绿色设计与绿色制造中的智能技术

8. 智能加工、智能检测与控制

9. 数字企业与数字化工厂

10. 制造系统建模、运行、控制、优化与调度

11. 先进制造模式与战略

12. 制造信息与知识处理

13. 数控技术与数字化装备

14. 现场总线与无线传感网技术

注：以上内容范畴供参考，围绕智能制造全领域，具体题目请自拟。

二、论文遴选、刊录出版和基本要求

1.《智能制造》编辑部组织编委会有关专家，对投稿进行审查、遴选，择优刊登。审查遴选期限为自编辑部收到稿件后的三个月。

对于刊登的论文，编辑部提供正式录用通知。

2. 论文内容必须是作者未正式发表过的研究成果，论文主题与智能制造相关，投稿作者须恪守学术道德规范，文责自负，严禁一稿多投及中途撤稿。论文字数4000 ～ 7000 字。

3. 论文应包括以下项目：论文题目；作者简介（200 字以内，包括姓名、工作单位、通信地址、电话、手机、电子信箱等）；中文摘要、

关键词 、标题和正文、

参考文献。

三、编辑部投稿联系方式

篇（7）

测控技术与仪器专业主干学科：光学工程、仪器科学与技术。

测控技术与仪器专业主要实践性环节：包括军训、金工、电工、电子实习，认识实习，生产实习，社会实践，课程设计，毕业设计(论文)等。

测控技术与仪器专业培养要求 毕业生应获得以下几方面的知识和能力：

1. 具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力;

2. 较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括机械学、电工电子学、光学、传感器技术、测量与控制、市场经济及企业管理等基础知识;

3. 掌握光、机、电、计算机相结合的当代测控技术和实验研究能力，具有现代测控系统与仪器的设计、开发能力;

4. 具有较强的外语应用能力;

5. 具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。

测控技术与仪器专业就业方向 本专业学生毕业后可在国民经济各部门从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的工作。

从事行业：

毕业后主要在仪器、电子技术、新能源等行业工作，大致如下：

1、仪器仪表/工业自动化;

2、电子技术/半导体/集成电路;

3、新能源;

4、计算机软件;

5、机械/设备/重工;

6、石油/化工/矿产/地质;

7、其他行业;

8、环保。

从事岗位：

毕业后主要从事仪表工程、硬件工程、电气工程等工作，大致如下：

1、仪表工程师;

2、硬件工程师;

3、销售工程师;

4、电气工程师;

5、嵌入式软件工程师;

6、区域销售经理;

篇（8）

本条件适用于测绘专业各分支专业，即大地测量、摄影测量与遥感、工程测量（含矿山测量、水利测量等）、地形测量、海洋测绘、地籍测绘、房产测绘、地质测绘、地图制图与地图制印、地理信息工程专业中从事科学研究、技术设计、技术生产及测绘仪器设备维修、质量检查监督、技术管理、技术开发、科技信息等工作的工程技术人员。

二、政治思想条件

遵守国家法律和法规，有良好的职业道德和敬业精神。任现职期间，年度考核合格以上。

三、学历、资历条件

获博士学位后，从事本专业技术工作，取得工程师资格2年以上。或大学本科毕业以上学历，从事本专业技术工作，取得工程师资格5年以上。

四、外语、计算机条件

（一）较熟练掌握一门外语，参加全国职称外语统一考试，成绩符合规定要求。

（二）较熟练掌握计算机应用技术，参加全国或全省职称计算机考试，成绩符合规定要求。

五、专业技术工作经历（能力）条件

取得工程师资格后，具备下列条件之一：

（一）省（部）级测绘科技项目、工程项目的主要参加者。

（二）主持完成市（厅）级测绘科技项目、工程项目两项以上。

（三）主持技术推广项目，采用新技术、新材料、新工艺或开发新产品两项以上或主要参加三项以上。

（四）编制和审核大中型测绘项目综合技术设计两项以上或单项设计书四项以上，并组织或主持完成大型测绘工程项目或生产项目一项以上。

（五）主持完成三项以上大中型测绘工程项目的质量检查，编写相应的技术报告。

（六）编辑设计或编审大型普通地图集或专题图集，并已出版。

（七）承担完成三种类型10台以上测绘仪器维修或检测鉴定任务，并能独立解决其重大技术难题。

（八）承担完成重大测绘仪器的研制、改装或精密仪器安装调试工作。

（九）主要参加基础地理信息系统的建设及技术推广，完成数字化制图或编辑入库等项目工作。

六、业绩成果条件

取得工程师资格后，具备下列条件之一：

（一）国家、省（部）级测绘科技成果获奖项目的主要完成人、或市（厅）级测绘科技进步一、二等奖获奖项目的主要完成人。（以奖励证书为准）

（二）主持或组织完成的项目成果获得市（厅）级优秀成果奖、优秀图书奖一等奖以上。（以奖励证书为准）

（三）主持完成大型测绘项目，经省级业务主管部门审定，其项目设计水平先进、质量优良，产生显著的效益。

（四）主持开发、推广的科技成果两项以上，取得明显的经济效益。

七、论文、著作条件

取得工程师资格后，公开发表、出版本专业有较高水平的论文（第一作者）、著作（主要编著译者），撰写有较高价值的专项技术分析报告，具备下列条件之一：

（一）出版本专业著作1部。

（二）在省级以上专业学术期刊2篇以上。

（三）在国际或全国学术会议宣读或交流论文2篇以上。

（四）为解决复杂技术问题撰写有较高水平的技术报告2篇以上或重大项目的立项研究（论证）报告2篇以上。

八、破格条件

为不拘一格选拔人才，对确有突出贡献者，并取得工程师资格2年以上，具备下列条件中的两条，可破格申报：

1、获国家级发明奖、自然科学奖、科技进步奖项的主要完成人；或省（部）级自然科学奖、科技进步奖二等奖一项或三等奖二项以上，获奖项目的主要完成人。（以奖励证书为准）

2、在推广新新技、新工艺和科技成果转化等方面取得了重大经济社会效益，处于本行业领先水平，并被省（部）级授予优秀科技工作者荣誉称号。

3、担任大、中型工程项目中的技术负责人，完成大型工程一项或中型工程二项以上，取得显著的经济效益，并通过省级权威部门鉴定，填补了省内外技术领域空白。

4、在国家级学术刊物上发表有价值的学术论文3篇、省级5篇以上，或正式出版专著1部（独著10万字以上，合著20万字以上）。

九、附则

篇（9）

中图分类号：TG83 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0091-02

1、引言

检测技术是保证产品质量的重要手段，其水平高低已成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。产品的竞争实质上是质量的竞争，而产品质量的提高，除设计与加工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。生产自动化程度的发展，产品数量的增长，在一定程度上也受到检测效率的制约。对于军事工业而言，弹药弹体检测技术是关系弹体生产质量的重大关键性技术，随着新型武器的研制与科学技术的迅速发展，对检测的精度和效率提出了越来越高的要求。因此，提高检测精度和检测效率是检测技术的主要发展方向。传统的弹药弹体尺寸检测是采用手工测量方法，即将游标卡尺卡在弹体尺寸需要检测的位置，通过人工读数来判断弹体尺寸是否合格。这种手工测量方法，不仅费时费力，并且精度不高，满足不了现代生产自动化的需要。

长期以来，国内外学者对弹体直径测量进行了大量的研究，但是在大直径尺寸测量方面一直没有理想的方法和仪器出现，尤其在机械加工行业中，大直径尺寸的精密测量尚未得到很好解决。用现有的或大型千分尺进行测量既费时又达不到精度要求。所以，进行精确的大直径工件几何尺寸测量研究的意义十分重大。

2、硬件条件限制分析

当被测弹药直径尺寸跨度较大时，无论怎样改进系统结构，光学系统中的镜片尺寸都会很大，其结果是：不仅镜片加工困难，而且像差很大，因此测量误差很大，无法保证测量精度。

根据误差分析和光学设计经验，f-θ透镜尺寸≤80mm的情况下的像差较易保证。因此，针对待测炮弹外径测量范围，作出以下分级：

（a）小尺寸直径

（b）大尺寸直径>60mm。

两个尺寸段无法用一台设备兼容，因此，我们需要对上述小尺寸直径测量系统进行改进，以满足对大尺寸弹丸直径的测量

3、小尺寸弹丸直径测量系统

测量系统由激光器、扫描多面棱镜、扫描透镜、接收透镜、光电接收器等组成。

3.1 测量原理

图1是激光扫描测量系统测量原理图。激光器发出的激光束照射到扫描棱镜上，扫描棱镜由扫描电机带动以恒定角速度高速旋转，扫描光束经过f-θ透镜后形成与光轴平行并以恒定线速度扫描的扫描光束。

扫描电机和扫描棱镜是关键器件，它决定了测量区域扫描光束线速度v的稳定性、光束的平行性和准直性，从而决定了仪器的测量精度。f-θ透镜的作用是将匀角速度扫描的光束变换为与光轴平行的像方匀线速度扫描的平行光束。f-θ透镜的精度不仅影响扫描线速度v随垂直位置变化的特性，决定了仪器的线性指标，而且还影响扫描光束的平行性和准直性，决定了仪器的测量精度与测量的重复性。扫描电机的速度稳定性、轴向和径向跳动，以及扫描多面棱镜的形位误差等影响光束的线速度v的稳定性和扫描光束入射的准确性，决定了仪器的重复性和稳定性。扫描激光光强的稳定性、光电信号边缘检测的准确性、光学系统的安装误差等对的检测精度起到至关重要的影响作用。

3.2 测量过程

激光器发出的激光以恒速对被测弹体进行扫描，经聚光透镜到达光电接收器，根据光电接收器接受光强的变化阈值（参看图2）确定扫描时间t。若扫描速度为ν，对工件扫描时间为t，则被测工件直径D：

3.3 误差分析

影响扫描法测量弹径误差的因素包括多个方面。如扫描速度不是常值而是扫描棱镜转角Φ的函数，此时可以用平均扫描速度来求激光扫描尺寸检测系统的误差。其中平均扫描速度（为有效扫描口径的半径角），测量的三个基本参数为电机的转速、光学系统的焦距、时钟脉冲的频率，这些误差对测量精度的影响关系式为：

由式（1-3）：若激光脉冲频率，；设计焦距为，；电机转速为，，

被测弹径，则：

4、大尺寸弹丸直径测量系统

由扫描测量头（两台）、光栅尺、直线滚珠导轨、滚珠丝杠、控制电机、计算机系统等组成。

4.1 测量原理

大尺寸直径的弹丸测量依然采用激光扫描法测量原理。和小尺寸直径弹丸测量不同的是，大尺寸弹径测量要用两个扫描头，而且在测量前要对扫描头之间的距离进行标定。

测量前，将两台扫描头移出被测区域，并用标准尺标定出两个扫描头的距离（设为L）。

4.2 测量过程

测量时，在电机的驱动下，两个扫描头同时向被测弹丸待测部位靠近，如图3所示，当两个扫描头发出的激光束与被测弹丸的外径相切时，经过光电转换，光电接收器的输出电压分别出现两个下降沿，在通过实验确定阈值后，阈值处就分别对应一个触发脉冲，该触发脉冲便是两个光栅尺的计数指令，此时两个扫描头相向运动的距离分别为和，则被测弹径（D）为：

（1-4）

4.3 误差分析

（1）基础距离L标定误差：

此项误差为系统误差，可通过测量标准件等方式予以消除。

（2）扫描头移动距离测量引起的误差：

（a）由光栅尺引起误差：

光栅尺测量精度为0.005，则由此引入的测量误差为0.001。

（b）由于边缘阈值判断引起的误差：

采用像元间距为7的CCD相机，经光学系统后，分辨率可达0.003mm，由此引起的误差为0.001mm。

（3）测量总误差为：

由于采用两侧扫描方法进行测量，实际引起的误差为左右两个扫描系统误差和，按最大极限误差累计，可得：

5、结语

本文较详细的介绍了使用改进后的激光扫描法测量弹丸直径的方法。对其关键原理进行了论述，检测效率和精度都达到了预期目标，证明了该测量方法的可行性。此设计方案可普遍适用于一般弹丸弹体的检测。

参考文献

[1]于海蓉.特种弹药弹体尺寸自动检测系统测量方法和软件设计研究.[硕士学位论文]国防科技大学，2003.

[2]“弹药静态参数测试系统研制方案”.长春理工大学，2005.09.

[3]张明明.弹箭静态参数综合测试系统.[硕士学位论文]南京理工大学，2005.

[4]宋涛.曲臂花键轴跳动误差非接触检测技术研究.[硕士学位论文]长春理工大学，2003.

[5]阎荫棠.几何量精度设计与检测.北京：机械工业出版社，1996.08.

篇（10）

中图分类号：O353文献标识码： A

引言

近几年全站仪在工程施工测量中的广泛应用，以及随着生产力和科学技术的发展，国民经济各部门和各学科对工程测量提出了新的要求。索佳NET05全站仪属于精密仪器中的代表，是一种集激光、计算机、微子通讯、精密机械加工等高精尖技术于一体的先进量仪器，自动化程度高、功能多、精度好。 高程测量方法主要有几何水准测量、三角高程测量、物理测量、GPS高程测量方法。三角高程测量方法是一种间接测量方法，通过观测的距离和角度，根据三角函数原理计算出两点之间的高差[1]。

本论文主要是利用索佳NET05全站仪，采用三角高程测量方法把矿区工业广场楼顶的水准原点，采用符合水准路线推算出地面点的高程。利用地面点的高程进行矿区周围采空区的地表岩层移动，通过分析得出地表变化规律明显，符合规程要求。

1 三角高程测量

1.1 三角高程测量原理

常见的三角高程测量方法有单向观测法、中间法和对向观测法[1,2]。下面具体来看一下三角高程测量原理。（如图1）

图1三角高程测量原理

（1）测定地面A、B两点间高差h，首先在A点安置仪器，在B点竖立标尺，量取仪器望远镜旋转轴中心I至地面点A的仪器高i，用望远镜十字丝的横丝照准B点标尺上的一点M，M至B点的垂直高度称为目标高v，测出倾斜视线与水平线间所夹的竖直角a，测出A、B两点间的水平距离为D，由图可得两点间的高差h为：

（1）

若A点的高程已知为，则B点高程为：

（2）

（2）若在A点安置全站仪，在B点安置棱镜，并分别量取仪器高和棱镜高，测得两点间斜距S与竖直角以计算两点间的高差，称光电测距三角高程测量，A、B两点间的高差可按下式计算：

（3）1.2 精度分析

（1）地球曲率对高差的影响

水准测量中地球曲率的影响可以在观测中使用前后视距相等来抵消。三角高程测量在一般情况下也可以将仪器设在两点等距离处进行观测，或在两点上分别安置仪器进行对向观测并计算各自所测得的高差取其平均值 [3,4]。高差计算公式如下：

（4）

式中：表示两点之间的高差

表示垂直角

表示大气遮光系数

表示地球曲率半径

（2）距离归算

实测距离与参考椭球面上边长s的关[5.6]

（5）

因式中项的数值很小，故未顾及与s之间的差异。

（3）精度分析

（6）

查阅相关文献可以得出，在不同的时间段进行单向高差观测，，，经过分析可以看出单向观测三角高程测量误差在短距离内，只与竖直角和距离有关系[7]。

2.工程案例分析

2.1水准路线布设及数据采集

本工程主要是在山东省枣庄某矿工业广场内部进行地表岩移观测，根据实际地形要求布设附合水准路线，A点在办公楼三楼的东侧楼顶，F点在工业广场配电室的楼顶，其他点在工业广成内部，具体如下图所示。在观测时记录下当时的温度和气压，观测时采用三角高程单向测法，用索佳NET05全站仪进行观测。（见图2附合水准路线布设图，表1为外业观测数据）

图2 附合水准路线布设

表1索佳NET05全站仪三角高程附合路线观测数据

2.2 计算过程

利用前面的三角高程测量理论，对索佳NET05全站仪所观测的数据将进行数据处理，得到各点的高程（见表2）

表2 索佳NET05全站仪计算各点的高程

此段附合水准路线高差闭合差为-0.0138m。三等水准测量允许的高差闭合差为：，该次水准测量的=19.6mm，而实测高差闭合差为-13.8mm，显然此次索佳NET05全站仪三角高程测量达到了三等水准测量要求。

3 岩移观测

监测线的起点高程根据以上计算得出，根据煤矿测量规程布设走向线自南向北，具体沉降变化趋势（见图3、4）

图3 走向线1沉降变化趋势图

图4 走向线1沉降累计柱形图

由于监测线1布设监测点的方向是自南向北的，走向线的沉降变化量在前半部分是逐渐增大的，在7号点达到最大值，之后是逐渐减小的。从下沉速度分析，可以看出最大期沉降速度出现在11期，从第十四期开始沉降速度出现了减小的趋势，说明下沉量比前几期小了，通过分析后面几期可以得出地表变化趋于稳定，具体的变化趋势符合采空区变化规律。

4.结论

（1）索佳NET05全站仪数据自动记录，可以消除了读数误差，角度观测值可以精确到0.5″；观测距离可以增加到了500m，节约了施工时间。

（2）本论文通过利用索佳NET05全站仪进行三角高程测量以及水准仪进行三等水准测量，对观测结果进行分析可以得出，索佳NET05仪器进行的三角高程测量可以满足三等水准测量的要求。

（3）通过工业广场周围的地表岩移观测分析，可以得出工业广场周围的采空区沉降规律明显，地表变化趋于稳定，符合采空区变化规律。

参考文献

[1] 程代忠,辛国,马耀昌.全站仪代替水准仪研究[J].人民长江.2006.11,37(11),13-15

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[3] 靳海亮,赵常胜等.全站仪三角高程替代四等水准测量精度分析[J].辽宁工程技术大学校报.2005.10,23(5),606-608

[4] 张前勇,钱胜.全站仪水准法三角高程测量探讨[J].湖北民族学院学报.2007.03,25(1),42-45

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.236

0 引言

时间是物质存在和运动的基本属性之一，精密的时间测量是科学研究、工程试验的基本和有效手段，精密的时间测量技术不仅在高能物理、相对论物理等基础研究领域具有重要作用，在诸如航天、雷达、无线通讯、导航测绘以及医疗等工程领域也被普遍使用。如高能物理中的固定靶和对撞试验、飞行时间谱仪、核医疗设备PET、雷达测距、激光测距等都离不开高精密的时间测量技术，其对时间测量的精度达到纳秒甚至皮秒量级。一般TDC实现办法分为模拟和数字两种。模拟的方法包括电流积分技术和时间放大技术，这是早期的时间测量技术，由于需要模拟电路来实现，集成度，稳定性、精度等已经不能满足要求。数字的方法主要包括计数器技术、游标卡尺技术、时间内插技术等。

1 多相位时钟TDC原理

在FPGA中实现TDC某种程度上可以理解成是利用FPGA对开始、停止信号进行采样并记录采到的两个信号的时间间隔。FPGA中时钟允许的最高频率是有限的，利用计数器方法实现TDC的时候，相当于开始、停止信号的采样间隔是一个时钟周期，这样在一个时钟周期内信号何时到达的信息便无法被读取出来。为了挖掘出单个时钟周期内部的时间信息，一个思路便是利用不同相位的时钟去对同一个HIT信号采样，这样相当于把采样周期变为以前的N分之一，而各个移相的时钟还是工作在FPGA允许的频率下。利用多相位时钟实现内插法TDC最大的挑战是鉴相精度和多时钟域数据同步。

1.1 鉴相器

对一个N相位时钟TDC，HIT信号到达N个D触发器，这N个D触发器各自工作在自己的时钟下。假设理想情况下，不考虑任何延迟量，以一个八相位时钟为例，则对应八个D触发器，HIT在到来后，这八个D触发会依据自身的时钟对HIT进行采样，将这八个D触发器的输出在各自时钟下进行Level-to-Pulse转换一下，使得高电平只保留一个时钟周期的p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7， HIT信号到来的不同的时间反映到p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7出现的先后顺序的不同，这个出现的顺序反应了HIT在八个相位时钟里哪个区间到来。即完成了签相的功能。

上述的分析是假定理想的情况下作出的。签相器的精度直接决定了TDC的精度，签相器的精度是目前这种TDC设计的瓶颈所在。由于HIT信号进入FPGA后要扇出给不同的D触发器，HIT信号到达各个D触发的时间不可能完全一样，同时由于八相位时钟的产生一般是用FPGA内部的PLL或DLL等资源给出，通过全局时钟资源送到FPGA内部的逻辑资源，这个时间也存在差异。综上分析，要提高签相器的工作性能，必须要尽量做到HIT信号扇出到各个D触发器的时间尽量一致，即HIT到各触发器之间的Skew越小越好，这个可以通过对FPGA开发软件，设置约束文件等完成。另外各个相位的时钟到达各自D触发器的Skew也要越小越好，这个可以通过对FPGA时钟管理资源的设置完成。

1.2 多相位时钟同步

鉴相器输出的反映HIT信号到来时间的p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7信号。为了解决同步问题，我们设计了多相位计数器，原理与文献中不同的是，这个八相位计数器的频率只限于FPGA内核的速度，而不在受建立时间的限制，从而解决了文献中的超高速计数器的稳定性问题。我们设计时用clk7去抓clk0的输出，则建立时间为7/8时钟周期，用clk6去抓clk7输出的反，建立时间为7/8时钟周期，同理类似，其他触发器的建立时间也是7/8时钟周期。这样多相位时钟的工作频率就只受限于FPGA的内核性能。

2 多相位时钟TDC实现及测试

多相位时钟TDC在Altera公司Cyclone III芯片中实现， HIT信号由普通管脚输入，逻辑设计利用verilog硬件描述语言。在对TDC测试中，TDC所能跑到的最高速度为350MHZ，主要受限于HIT到鉴相器中8个D触发器之间的Skew，当速度在提高时，会出现G码现象，在350MHZ以下，TDC工作正常，没有G码现象，但是BIN宽的不均匀性能够观察到。该TDC的精度357ps。

对TDC的测试主要是BIN宽的测试，测试方法是利用安捷伦任意信号发生器（AFG3252）随机产生任意脉冲，测试读取的TDC数据的后几位（8相位对应最后3bit），这后几位数据反映了HIT信号落在时钟中的哪个区间，表明TDC的BIN宽信息。上图反映的是对TDC添加不同约束测试的结果，当约束达到要求后，可以看出没有G码现象，BIN的均匀性较好。

3 结束语

论文介绍了一种采用多相位时钟TDC设计，采用多相位时钟实现时间内插。这种TDC实现简单，资源占用较少，性能优良。该TDC设计的关键在于鉴相精度和多时钟域数据同步，论文给出了提高鉴相器精度的思路和多时钟域数据同步的方法。最后在Cyclone III中实现了该TDC，并给出测试结果。