精密測量技術論文大全11篇

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篇（1）

 

化學需氧量(COD)是反映水體水質、判斷水體受有機物污染程度的重要指標之一。目前COD檢測一般采用國標敞開式加熱回流滴定法。該法分析時間長，消耗大量硫酸和硫酸銀，有較明顯的局限性。美國哈希(HACH)公司在上世紀末推出微回流管封閉消解比色的方法，可操作性極強,能夠降低工作強度、節約試劑用量、減少環境污染，但存在分析成本高、分析時間與標準法相比無優勢（都為120 min）等缺陷，使人們將興趣轉移到開發廉價的COD消解液配方上面來。

為此,針對COD密封消解法研究一種快速、可靠的替代配方，替代進口并綜合標準法和快速密閉催化消解法的優點，達到分析操作簡單化快速密閉消解，試劑用量微量化和分析儀器化是本課題研究的主要目標。

為提高本項目的研究分析效率，將自制CODCr消解液中的各個因素進行計算機數據庫輔助分析，避免了大量的人工計算和數據分析，也為本項目在今后化驗工作中實施提供了方便。

1實驗部分

1.1技術路線以及工藝流程

1.1.1通過文獻資料和理論推算，確定自配消解液各組分的基本組成；

1.1.2消解條件的正交試驗，應用正交試驗法確定各影響因素的最佳條件；

1.1.3考察本法的準確度、精密度中國學術期刊網。

1.1.4以microsoft公司的VB6.0作數據庫應用程序開發，后臺數據庫為SQL Server2000。將CODCr消解液中的各個因素作為數據項進行分析。

1.2試驗步驟

選取重鉻酸鉀濃度、濃硫酸濃度、反應溫度、消解時間和冷卻時間5個因素安排正交試驗，確定COD消解液中各試劑的最佳配比。根據HACH 比色計內置程序選定兩個量程（0～150mg/l；150～1500mg/l）進行試驗。步驟為：

1.2.1重鉻酸鉀濃度的影響（重鉻酸鉀單因素試驗）：考察重鉻酸鉀濃度對COD值準確度和精密度的影響。

1.2.2濃硫酸濃度的影響（濃硫酸單因素試驗）：考察硫酸濃度對COD測量值的影響。

1.2.3復合因素因素試驗：根據前階段成果，初步確定各因素優等水平值，以此為基準選取幾組相近水平值進行合理搭配，用L16(45)正交表進行復合因素試驗，探求測量值與國標法測量值誤差最小的組合。

1.2.4方差分析

運用方差分析對正交試驗數據分析，求出各因素對測量結果的顯著性影響，確定消解液中各試劑的最優配比，為下一輪正交試驗提供水平參考。

1.2.5準確度與精密度試驗

使用不同濃度的COD標準溶液進行重復測定并繪制標準曲線，檢驗本研究成果的準確度與精密度。

2 結果及討論

2.1數據結果

表1　重鉻酸鉀濃度單因素試驗結果分析（150～1500mg/l）表2　重鉻酸鉀濃度單因素試驗結果分析（0～150mg/l）

 

CK2Cr2O7（mol/L）

樣品平均值

準確度

精密度

 

  CK2Cr2O7（mol/L）

樣品平均值

準確度

精密度

相對偏差

相對標準偏差

  相對偏差

相對標準偏差

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%

篇（2）

橋梁的撓度變形是橋梁健康狀況評價的重要參數，在橋梁檢測、危橋改造以及新橋驗收等方面都需要準確測量橋梁的靜、動態撓度值。隨著橋梁健康監測技術的進步，人們研究了許多用于位移及撓度測量的方法。目前，國內外測量橋梁撓度的方法有許多種，下面對常見的幾種測量方法的原理、特點及適用范圍做以簡要介紹。

1、傳統的人工測量方法

1.1百分表測量法

百分表測量法是較傳統的撓度測量方法。百分表的工作原理，就是利用齒輪轉動機構所檢測位置的位移值放大，并將檢測的直線往返運動轉換成指針的回轉轉動，以指示其位移數值。

特點：1）優點是設備簡單，可以進行多點測量，直接得到各測點的撓度值測量結果穩定可靠；2）缺點比較繁瑣，耗時較長，工作效率較低，現場應用有很大局限性；3）適用于橋下可搭設支架的橋梁工程。

1.2 精密水準儀測量法

水準測量又名“幾何水準測量”，是用水準儀和水準尺測定地面上兩點間高差的方法。在地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按尺上讀數推算兩點間的高差。通常由水準原點或任一已知高程點出發，沿選定的水準路線逐站測定各點的高程。

特點：1）具有速度快、計算方便、精度高和能夠及時比較觀測結果的特點；2）主要適用于測點附近能夠提供測站條件、范圍不大的橋梁撓度變化、觀測點數不多的精密水準測量。

1.3 全站儀測量法

全站儀撓度測量基本原理是三角高程測量。三角高程測量通過測量兩點間的水平距離和豎直角求定兩點間高差的方法。

特點：1）這種測量方法簡單，不受地形條件限制，是測量橋梁撓度的一個基本方法。2）在橋梁加、卸載過程中，由于全站儀和棱鏡固定不動，這就完全消除了儀器高和棱鏡高的量測所帶來的誤差。3）采用高精度全站儀可以更加有效地提高橋梁荷載試驗撓度測量精度。

2、橋梁撓度自動檢測技術

2.1 連通管測量法

利用連通管原理，根據安裝在橋梁各處連通管內液面高度的變化獲得橋梁撓度的變化。當橋梁梁體發生變形時，固定在梁體上的水管也將隨之移動，此時，各豎直水管內的液面將與基準點處的液面保持在同一水平面，但各測點處的豎直水管液面卻發生了大小不等的相對移動，測得的相對位移量即是該被測點的撓度值。

特點：連通管法測量橋梁撓度的優點是可靠、易行，當撓度的絕對值大于20mm時，它1mm最小讀數至少可有5%的相對精度。

2.2 傾角儀法

使用傾角法測量橋梁的撓度，并不同于傳統的方法如百分表法、水準儀法直接測得橋梁某一點的撓度值，而是首先使用傾角儀測得橋梁變形時幾個截面的的傾角，根據傾角擬合出傾角曲線，進而得到撓度曲線，這樣就可以求得橋梁上任意一點的撓度值。傾角法實際上是一種間接地利用傾角儀測量得到橋梁撓度的方法。

特點：橋梁不需要靜止的參考點，特別適于測量跨河橋、跨線橋、大型的跨海、跨峽谷橋梁和高橋，大大提高了測量效率。

2.3 激光圖像撓度測量

激光圖像撓度測量利用了激光良好的方向性。隨著橋梁不同程度的變形，照射在被測點固定不動的光電接收器上的激光光斑中心發生等量變化，因此只要獲取光斑中心位置就可得到橋梁撓度。

特點：具有很高的測量精度，可達到0.1 mm，且采樣速率高、成本較低；適合于跨度不大的中小型橋梁。

2.4 GPS撓度測量

利用一臺接收機(基準站)安在參考點(岸基)上固定不動，另一臺接收機(移動站)設在橋梁變形較大的點，2臺接收機同步觀測4顆或更多衛星，以確定變形點相對岸基的位置。實時獲取變形點相對參考點的位置，可直接反映出被測點的空間位置變化從而得到橋梁結構的撓度值。

特點：具有全球性、全天候、連續的精密三維導航與定位能力；具有良好的抗干擾性和保密性。

2.5 光電成像撓度測量

光電成像撓度測量是在橋梁的測點上安裝一個目標靶，并在靶上制作一個光學標志點(光標)。通過光學系統(光學鏡頭)把標志點成像在CCD接收面陣上，當橋梁產生撓度/位移時，目標靶也隨之移動。通過測出靶上光標點在CCD接收面上成像位置的變化值，就可計算出橋梁實際的撓度/位移量。

撓度測量方法的比較圖

3、橋梁撓度監測的發展方向

(1)長期在線自動動態測量

現在和未來，人們對橋梁，尤其是大型橋梁的安全評估不僅要求在施工過程中進行嚴格的檢測，而且，更加注重成橋后在正常載荷下的長期在線自動監測。成熟的網絡技術使人們不再局限于對一座橋梁進行集中監控，而逐步要求實現區域內多座大型橋梁的集群式監控。

(2)大量程測量

隨著建筑材料和工藝的不斷成熟，現代橋梁呈現出/跨度大、結構柔等特點，這就造成橋梁結構本身在各種外界環境的影響下，會出現較大的形變，將來撓度測量的量程相應地要求成倍提高。

總之，隨著計算機等級的提高、數據采樣技術的進步，今后橋梁的撓度測量將在此方法基礎上進一步完善。未來橋梁撓度監測將會沿著/高度集中自動化、大量程測量的方向繼續發展.

參考文獻：

[1]余加勇，朱建軍，鄒崢嶸，張坤[J]. 大跨徑橋梁撓度測量新方法研究.湖南大學學報(自然科學版)，2007，34(10):31-34

[2]吳暉.利用新型傾角儀測量橋梁撓度方法的理論分析研究(碩士學位論文).蘭州：蘭州交通大學.2009.

[3]謝浩元. 基于無線傾角傳感器的橋梁撓度測量研究(碩士學位論文).大連：大連理工大學.2010.

[4]徐學文，管樹國.幾種撓度測量方法的比較.林業科技情報.2005(37):85

[5]鄭玉福.橋梁撓度測量方法的探討.黑河科技，2002（4）:47-48

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中圖分類號：TB2文獻標識碼： A 文章編號：

一．引言

社會發展需要工程建設的大力支持，做好工程測繪是對工程建設質量和效果的保障。工程建設前期的測量與測繪工作，可以有效降低工程的施工難度，保證工程建設順利進行。隨著當代科學技術的進步，微電子技術、激光技術、計算機技術、空間技術和網絡通信技術的快速發展，直接推動著工程測繪技術的進步，各個學科的科學技術得到提升，這也要求傳統的工程測繪技術發生變化。同時，近些年來，大規模的經濟建設和國防建設腳步的加快，各種高規格、嚴要求的工程建設也越來越多，面對新的任務和要求，工程測繪技術的應用要求也越來越嚴，任務也越來越重。

二.工程測繪技術的現狀。

1.新技術在工程測繪中起顯著作用。

20世紀80年代以來，出現了光電測距儀、精密測距儀、電子經緯儀、電子水準儀和數字水準儀、激光掃平儀、激光準直儀等先進的地面測量儀器。傳統的工程控制網布網、地形測量、道路測量和施工測量等作業方法得以改變，測繪技術開始走向現代化、自動化和數字化。

先進技術設備的出現，改變了以往的操作模式。光電測距三角高程測量代替了三、四等水準測量。三邊網，邊角網和測距導線網取代了三角網。設備和技術的更新，彌補了傳統測繪作業中難以解決的問題。在傳統測繪中，難以攀登的山峰或無法到達的測量點，在測繪中很難直接進行測量，無需棱鏡的測距儀的出現，徹底解決了這個難題。在傳統的測量和繪圖中，是通過人工在野外進行手動測量，通過計算機進行數據處理和計算、繪制圖表，繪圖用時較長，工序繁雜且對操作人員技術要求高，電子經緯儀等儀器的出現和GEOMAP系統的問世，很好的解決了這個難題，將野外數據采集工作也計算機數據處理工作和繪圖設備結合在一起，形成了一個完善的多功能自動繪圖系統。

GPS全球衛星定位技術、GIS地理信息系統和RS遙感技術等其他科學被利用到測繪工程中，測繪技術和各學科相互交叉、滲透，測繪工程中產生新的綜合性信息采集、處理、監控管理系統。

GPS定位是通過高空的24顆衛星，由地面控制系統和用戶接收裝置組成，具有精度高、速度快、全天候、距離遠等特點。在工程測繪中，GPS定位技術的應用使的測量范圍大大延伸。利用GPS技術和水準測量資料可精化大地水準面，在進行城市、礦山等控制網時不需要造標觀測，在工程測繪中及靈活又方便，同時使用成本相對較低。

GIS地理信息系統是在20世紀60年代中后期發展起來的，是利用計算機存貯、處理地理信息的工具和技術。將各種資源信息和環境的參數按空間分布地理坐標，輸入規定的格式和分類編碼，進行處理、存貯、輸出，即可滿足應用需要。通過對諸多要素的分析和對數據的處理，可方便的將數據轉換成為圖形、圖像、數字等多種形式。

RS遙感技術是指從遠距離、高空等平臺上，利用可見光、微波、紅外等探測儀器，采取攝像、掃描、信息感應，通過信息傳輸和數據處理，從而識別地面物質的性質和狀態的現代化技術系統。通過遙感技術為城市和郊區的土地利用、土地覆蓋、植被、水、土壤、巖石等提供了獲取空間信息的可能。高分辨率衛星遙感對測繪產品形式和地圖更新有極大的促進作用。

信息技術保障工程測繪技術得以實施。在信息技術中，計算機技術是核心內容，計算機技術的應用促使工程測繪技術朝向數字化和自動化、智能化方面發展。電子經緯儀、全數字攝影測量系統、地圖自動設計和電子制版系統等都是計算機技術在工程測繪中的應用。GIS地理信息系統就是計算機技術在工程測繪中的典型應用，通過計算機替代傳統的人工分析和計算，既能保證數據結果的準確度，又能節省測繪時間，提高測繪效率。

有多平臺和多儀器支持的工程測繪系統是傳統測量結合計算機技術后的改變，是通過運用工程測繪技術，利用現代計算機網絡系統，對建筑區域的地質、建筑物以及施工采用的機械設備、建筑材料等進行勘測設計和管理而構成的系統。工程測繪技術可對工程具體施工中的項目設計和測繪信息進行綜合，為施工工程提供及時可用的信息。

2.現階段工程測繪技術存在的不足之處。

長期以來，國家對于測繪技術的投入不是很充足，對硬件設備和軟件系統的購置都較少。測繪的體制一直未有改善，加上基礎信息資源不足，信心化標準進程緩慢，數據庫建設重復，數據共享的機制也不健全。在工程測繪技術中，技術儲備不足，在理論研究和技術進步中，重視力度不夠。在遙感圖像處理技術和軟件上的投入不夠，目前國內采用的遙感圖像處理軟件都是來自國外開發的，國產的遙感圖像處理軟件同國外軟件差距太大。

三.工程測繪技術的發展趨勢和方向。

目前，工程測繪技術是朝向數字化、自動化和智能化方面發展。隨著現代科學技術的日新月異，各專業的深入研究和拓展，未來的工程測繪技術將呈現高水平，大規模，擁有具有高度精密的新技術和新設備，測繪成果更準確、更精密的發展趨勢。在測繪數據采集中，實現自動化和實時化，數據結果實現自動化和數字化；對測量數據的管理實現科學化、信息化、標準化；數據傳輸實現網絡化、安全化；測繪硬件實現人性化、智能化、經度化。

2011年12月27日，我國自主建設、獨立運行的兼容其他國家的衛星定位衛星-北斗衛星導航系統正式開始試運行。依靠國外硬件設備的時代即將結束，國內的定位技術和測繪技術將真正實現國產化。有了這一個硬件支持，提高了數據交換的效率，對工程測繪使用成本也起到降低的作用。同時，由于國產衛星的加入，在測繪終端上，設備的國產化程度將提高。屆時將涌現一批適合我國實際使用情況和使用環境的更加人性化的設備，這對提升工程測繪效率和保證測繪結果的可靠性提供了保障。

工程測繪技術成熟后，將被逐漸導入其他領域，如人體科學測量、顯微測量、顯微圖像處理等方面。測繪技術中數據處理的數學、物理模型建立、分析和辨別會成為工程測量專業教育與應用的重要內容。

在保持科學嚴謹的情況下，傳統的測量和繪制技術要從一維、二維、三維變成四維，不僅僅在空間上發生改變，同時對地域和測繪手段上都將發生變化。現代工業自動化流程的加入，三維工程測繪技術將得到進一步的發展。

四．結束語

伴隨著測繪科學技術的不斷進步，現代工程測繪也開始走向自動化、智能化，測繪設備技術含量高，測繪手段也得到了提升，測繪結果準確度也越來越高。新技術的加入，促進了測繪技術的快速發展，同時對測繪技術信息化程度要求也較高。數據的整合、信息的共享，都將促使測繪手段和測繪技術走向先進、準確、完善。

參考文獻：

[1] 王希波數字化測繪技術在工程測量中的應用淺析[期刊論文]《黑龍江科技信息》,2009,(16)

[2] 章正武,邵光敏. 淺談工程測繪技術的現狀與發展趨勢[期刊論文] 《民營科技,2009,(07) 》

[3] 李木子. 淺析數字化測繪技術及其在工程測量中的應用 [期刊論文] 《中小企業管理與科技(下旬刊)》 2010年08期

[4] 賴振發. 現代測繪技術的作用及發展趨勢[期刊論文] 《城市建設理論研究（電子版）》 2012年9期

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三坐標測量機（CoordinateMeasuring Machining，簡稱CMM）是20世紀60年展起來的一種新型高效的精密測量儀器。它的出現，一方面是由于自動機床、數控機床高效率加工以及越來越多復雜形狀零件加工需要有快速可靠的測量設備與之配套；另一方面是由于電子技術、計算機技術、數字控制技術以及精密加工技術的發展為三坐標測量機的產生提供了技術基礎。目前，CMM在生產測試中得到了廣泛應用，它幾乎可以對生產中的所有三維復雜零件尺寸、形狀和相互位置進行高準確度測量，成為現代工業檢測和質量控制不可缺少的萬能測量設備。

CMM在檢測批量產品或單件產品時，通過編程可以提高測量速度，降低勞動強度。然而，在編程中坐標系的建立是后續測量的基礎，建立了錯誤的坐標系將致測量錯誤的尺寸，因此建立一個正確的參考方向即坐標系是非常的關鍵和重要的，它直接影響測量速度和數據精度。1 測量系統的組成

本文所用的數據化采集系統為CHXY-30-17-15CTJ型三坐標測量儀及相關軟件，系統結構包括三坐標測量機、電氣控制硬件系統、計算機以及測量軟件等，有X、Y、Z三個運動方向。電氣控制裝置包括主控制單元、電機驅動電路、數據傳送接口、電源和電源保護電路等。它與測量機和計算機連接，接收測量機的位置檢測信號后傳送給計算機。系統采用ZCR-CAD和Industry3DCam軟件，完成各種三維空間曲面的數據測量和造型設計工作。

2 坐標系的建立

ZCR-CAD 提供有三種建坐標系方法，我們可以按照設計和加工基準來建立嚴格準確的工件坐標系，在工件坐標系下直接測量，與工件在測量臺上的位置、方位完全無關。

2．1 3-2-1法

3-2-1法是最基本的建坐標方式，以平面元素為主要基準，適用于箱體類機加零件; 按照此方法確定一個坐標系，需要若干基準元素。典型的情況是：1、需要兩個方向矢量作為工件坐標系的兩個軸，第三個軸按右手法則自動算出。2、需要1-3個坐標點，確定工件坐標系的原點（3個分量）。在建坐標系的對話框上（圖1），相應地用第一軸、第二軸、原點(X，Y，Z) 對應于各個基準元素的選擇操作。

典型的建坐標系的過程分如下兩個階段：

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中圖分類號：U238文獻標識碼： A 文章編號：

一．引言

隨著我國經濟的快速發展，我國的高速鐵路已經進入了大規模的建設階段。我們所說的高速鐵路，就是指那些能夠使旅客列車的最高運行速度高于200千米每小時的鐵路。在我國當前主要是依據鐵道部在2003年制定頒布的《京滬高速鐵路測量暫行規定》來進行高速鐵路平面測量工作的。在我國高速鐵路的發展相對較晚，可以說還是一個新的事物。因為高速鐵路使得旅客列車的行車速度大大提高，所以就會給鐵路的建設帶來一些新的挑戰和問題，理所當然對高速鐵路平面的工程測量工作也帶來了新的挑戰。在我國，高速鐵路工程測量的標準和規范還沒有正式的制定，其中還有許多的問題要進一步的研究和探討。所以本文就針對一些具體的問題作了簡單的探討。

二．高速鐵路平面控制測量布設的原則

我國《京滬高速鐵路測量暫行規定》中的相關條文指出，高速鐵路的測量全過程為：通過我國國家三等大地點測量加密GPS點，在GPS點的基礎上做鐵路五等導線測量，利用導線點測設線路中線控制點和鋪設軌道。

當前如果是新建鐵路，那么在其勘測中，一些鐵路的勘察設計部門也正在努力的尋求一些方法來改進鐵路勘測的流程，這個過程中提出了一次布網的方法，這種方法就是把各個階段的控制點一次性的布設成為同一個等級，與此同時統一其平差測量的控制網，使的初測、航測、定測以及施工各個階段的測量都可以在同一控制網的控制下，這樣可以大大的減少工序，大幅度的提高測量效率。

當鐵路在運行階段的時候，為了使軌道的結構保持著良好的狀態，就必須加強對軌道的平順度以及整體幾何形狀進行定期的檢測。所以，控制測量還必須能夠滿足運行階段的高速鐵路檢測的標準和要求。

我國的高速鐵路一般采用GPS測量法進行首級平面控制測量，也就是在沿線路大概每隔5m左右的距離設置一對互通視點，在定位時必須要保證其長期有效且穩定。如果在線路的定測和初測階段時，要盡可能的利用GPS RTK來進行控制點的加密以及線路的中線測量。如果有一些不方便采用GPS RTK測量的路段，則可以采用GPS測量加密之后，再來布設線路初測以及定測的導線，集中來進行高速鐵路中線的測量。對于一些大中型的構筑物，如果要布設其施工控制網，那么構筑物的軸線位置必須滿足線路的整體形狀的一些要求。也就是說要在其鋪軌之前，布設精度較高的導線，以此來滿足測量軌道的整體形狀的要求。

三．高速鐵路平面控制測量的精度要求

根據德國實踐的經驗，影響以及控制行車速度的原因有：線路平縱斷面以及線路的平順性。為此，德國鐵路對于軌道不平順限速的管理標準比較嚴。而且，國內外一些專家的看法基本一致。這樣能夠有效保證其安全性和舒適度。

線路的平順度和控制測量精度有聯系，相對于線路形狀而言，平順度是局部的誤差。雖然采用測量的方法不容易達到高速鐵路對于線路平順度的要求。但是，也不能夠依據線路平順度的要求來作為控制測量精度的標準。下面分析一下線路平順度誤差對線路位置誤差的影響。

用直線路來討論，圖1中AB為設計直線線路位置，當在10米處產生2mm不平順度時，線路將出現β角的轉折，使直線B移至B點。其中不平順度有偶然性，所以，由各段不平順度產生的B點位移可利用直伸等邊支導線終點的橫向中誤差公式計算：

假定AB=200m，則S=190m，n=19，按式(1)計算得199mm。

可見高速鐵路控制測量不是控制線路局部的平順度，而是控制整體線路的形狀。這里提出：高速鐵路在5公里范圍內，無論是直線段或曲線段線路平面位置偏離設計位置最大不超出50毫米，偏離幅度不超出100毫米，線路平面位置偏離設計位置的中誤差為25毫米。因此，高速鐵路線路平面位置不僅要滿足局部平順度的要求，同時需要滿足在5公里范圍內的一個直線段或曲線段中，線路偏離幅度最大不超出100毫米的要求。

由以上分析，高速鐵路平面控制測量的點位中誤差在線路的垂直方向不大于25毫米。如果在鋪軌前，布設鐵路五等導線，并適當提高測角精度，假定測角中誤差為3.5，按等邊直伸導線計算，導線最弱點的橫向中誤差為：

式中，S=5000m，n=10，則m=24.5mm。

高速鐵路的首級平面控制測量采用GPS測量方法，其精度等級應相當于國家四等大地點。GPS點每隔5公里左右布設互相通視的一對點，作為附合導線的方位邊。因此，GPS控制網應布設成帶狀網連式網，相鄰同步圖形之間以通視的一對點作為公共基線連接，需要有4臺或更多的GPS接收機觀測。國家三角測量規范中規定：四等三角測量最弱邊的方位角不大于4.5。假定，按GPS網相鄰兩點的橫向誤差等于基線長度的精度，則可由式(3)計算一對通視點之間的最短長度：

式中，d為GPS網一對通視點之間的長度，a為固定誤差，b為比例誤差系數。設a=10mm，b=10，則d=520m。可見，GPS點每隔5公里左右布設互相通視的一對點，其距離不應短于600米。

四．五等導線測設軌道中心精度的分析

在高速鐵路鋪軌前布設五等導線測量，利用全站儀在導線點上直接測設軌道中心點。假如忽略由導線點測設軌道中心點的誤差，可以把導線點之間的相對誤差認為是軌道中心點之間的誤差。五等導線可看作為在GPS點之間的直伸附合導線，導線點的相對橫向中誤差可按下式計算：

其中：

假定k=5，f=7，兩點相隔1000米；k=4，f=8，兩點相隔2000米；k=3，f=9，兩點相隔3000米，如圖3所示，分別計算導線點的相對橫向中誤差，其結果列于表1：

由以上分析可知：布設五等導線點測設軌道中心點，其線路偏離幅度可滿足不超出100毫米的要求。這里需要指出的是，當較長的曲線位于兩個GPS跨段時，應在曲線的兩端加密GPS點，使曲線段處于同一條五等導線內。

五．結論

鐵道部2003年頒布的《京滬高速鐵路測量暫行規定》，對高速鐵路平面控制測量布設等級和精度的規定可滿足工程測量要求，但建議適當提高五等導線的測角精度，測角中誤差為±3.5。考慮到一次布網的優點和不同階段對測量精度的要求，采用GPS測量法進行首級平面控制測量，也就是在沿線路大概每隔5m左右的距離設置一對互通視點，在定位時必須要保證其長期有效且穩定。如果在線路的定測和初測階段時，要盡可能的利用GPS RTK來進行控制點的加密以及線路的中線測量。如果有一些不方便采用GPS RTK測量的路段，則可以采用GPS測量加密之后，再來布設線路初測以及定測的導線，集中來進行高速鐵路中線的測量。對于一些大中型的構筑物，如果要布設其施工控制網，那么構筑物的軸線位置必須滿足線路的整體形狀的一些要求。也就是說要在其鋪軌之前，布設精度較高的導線，以此來滿足測量軌道的整體形狀的要求。如在運行階段仍需保持高速鐵路軌道的整體形狀，應根據檢測的需要，進行控制測量的定期復測工作。

參考文獻：

[1]潘正風 徐立 肖進麗Pan ZhengfengXu LiXiao Jinli高速鐵路平面控制測量的探討 [期刊論文] 《鐵道勘察》 -2005年5期

[2]汪曉英 高速鐵路平面控制測量的探討 [期刊論文] 《科海故事博覽?科技探索》 -2011年4期

[3]李林 潘正風 徐立 肖進麗 高速鐵路平面控制測量的探討 [會議論文]，2005 - 2005現代工程測量技術發展與應用研討交流會

[4]安國棟AN Guo-dong高速鐵路精密工程測量技術標準的研究與應用 [期刊論文] 《鐵道學報》 ISTIC EI PKU -2010年2期

[5]黨軍宏 雷旭華 陳龍 平面控制測量方案設計在高鐵專線中的應用 [期刊論文] 《山西建筑》 -2012年29期

篇（6）

摘要：我國制造業規模居世界第一位，但大而不強，能力過剩和結構性短缺反差強烈，高端裝備的核心、關鍵零部件受制于人，成為制造業轉型升級瓶頸。國內大部分企業以傳統的生產方式已達到極限水平，難以滿足高端裝備對核心、關鍵零部件的精密、小體積、高靠性等要求。信息技術與制造業協同創新、深度融合正在引領制造業向智能制造變革。

本文以提高零部件的裝配精度為切入點，探索在現有加工設備的條件下，利用成熟的精密測量、數據存儲和計算機軟硬件等技術，以傳統選配工藝和全零件測量數據為基礎，解決傳統選配方案憑經驗和判斷性測量，難以確定本企業最優分組數和最佳裝配精度，實現企業的制造工藝向擁有核心靈魂的原始創新跨越，突破高端裝備核心、關鍵零部件的制造瓶頸。

關鍵詞 ：高端裝備核心零部件; 性能; 裝配精度; 集成創新

收稿日期：2015-06-30，修回日期：2015-08-04

作者簡介：楊成，男，安徽省新技術推廣站推廣二室主任。上海交通大學機械制造及工藝專業畢業，長期從事企業信息化和技術創新體系建設的推廣工作。對企業信息化和技術創新體系建設內容、步驟及實施方法論有一定造詣，形成了一套數據分析、建模及異常數據模型優化的方法論，主持編制了安徽省地方標準《中小企業成長性評價》（DB34/T 2330 ～ 32）。

1 裝備制造轉型升級的瓶頸和機遇

制造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。經過幾十年快速發展，我國制造業規模躍居世界第一位，但制造業大而不強，總體仍處于國際分工和產業鏈的中低端，尤其在經濟增速放緩以及市場需求下降的今天，高端裝備核心、關鍵零部件為發達國家所掌控，受制于人的矛盾會愈發突出，能力過剩和結構性短缺反差強烈，加劇了產業“國退洋進”風險，嚴重制約了制造業轉型升級，是制造業“由大變強”的瓶頸。如挖掘機的液壓系統和發動機兩項組成的核心零部件就占成本的42%，工業機器人三大核心零部件減速器、控制器和伺服電機占成本的75%，市場份額占據了國內70% 以上，且外商憑借市場壟斷制定了大量“霸王條款”，要求國內企業提前訂貨期，甚至延長訂單交貨期等，嚴重影響了行業正常生產秩序。

當前，新一代信息技術與制造業深度融合，正在引發影響深遠的產業變革。基于信息系統的智能裝備、數字車間和智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革。跨領域、跨行業協同創新，為高端核心、關鍵零部件等重點領域關鍵共性技術的突破提供了新的路徑。本文以提高零部件裝配精度為切入點，將現代精密測量、大數據存儲計算與傳統的選配工藝融合，探索跨領域跨行業協同創新的新路徑。

2 改善零部件裝配精度的理論思考

高端裝備的核心、關鍵零部件結構復雜、精密度高，且要求體積小、重量輕、噪音低、振動小、可靠性高、運行平穩和壽命長。隨著相關產業的快速發展，對產品的性能指標提出了越來越高的要求。在制造上，業內基本是提高零件的加工精度或裝配精度來解決。作為本身精密度要求極高的產品，大部分零件的加工精度己經達到了當前生產設備的極限水平。如果再提高零件的加工精度，勢必要對加工設備更新換代，這將使生產成本以指數級增加，如沒有批量和高技術工人保障，不具有可行性。在現有的生產設備的條件下，調整裝配工藝是可行的途徑。

對傳統手工模式而言，調整精密產品的裝配工藝難度極高。一方面，精密產品零件數量多、精度高，且零件間配合關系復雜，任何細微差錯都會體現在產品的最終性能上；另一方面，調整選配方案，無論是方案設計、驗證工作量，還是執行過程中的測量、保管、運輸和分組等工作量都將呈指數倍增加。隨著高精度檢測、計算機和存儲技術的發展，網絡化、數字化和智能化閉環制造系統成為高端制造的發展方向，制約選配方案優化的零件檢測量、檢測精度、人工分組計算驗證工作量和生產成本等制約因素得到了很大改善。

3 關聯技術的發展現狀

3.1 傳統的裝配工藝

（1）機械裝配。

按照設計的技術要求，實現機械零件或部件的連接，組合成機器。機械裝配是機器制造的重要環節，裝配工作的好壞對機器的效能、修理的工期、工作的勞力和成本等都起著非常重要的作用。零件的裝配有互換、選配、修配和調整4 種配合方法，批量生產主要是互換法和選配法。

（2）互換法。

裝配的同一種零件能互換裝入。零件加工公差要求嚴格，它與配合件公差之和應符合裝配精度要求，裝配質量穩定可靠，裝配過程簡單，裝配效率高，易于實現自動裝配,便于組織流水作業，產品維修方便，主要適用于生產批量大的產品。但是對設備精度要求較高，尤其組成環數較多時，組成環的制造公差規定得嚴，零件制造困難，加工成本高。

（3）選配法。

對于組成環數少而裝配精度又要求特別高的機器結構，為了提高加工經濟性，將精度高的零件的加工公差放寬,然后按照實際尺寸的大小分成若干組, 使各對應的組內相互配合的零件仍能按配合要求實現互換裝配。特點：①零件的制造精度不高，卻可獲得很高的裝配精度；②組內零件可以互換，裝配效率高；③憑經驗和判斷性測量來分組，在很大程度上取決于人的技術水平，不易準確控制裝配精度；④零件的分組數不宜太多，否則會因零件測量、分類、保管和運輸工作量的增大而使生產組織工作變得相當復雜；⑤難以控制各組零件數完全匹配，多余零部件浪費大。

3.2 數字化精密量具的發展現狀及趨勢

數字化測量是高端制造的關鍵技術。高環境適應性、亞微米、納米級測量儀器從計量室進入生產現場，為高端制造網絡化、數字化和智能化奠定了的基礎。

（1）數字化量具發展現狀及趨勢。

在生產實踐中，根據普通的工件精度要求，一般使用直尺、游標卡尺和千分尺等測量工具數字顯示已基本普及，位移傳感器的測量精度從微米量級向納米量級提升已經成為發展趨勢。Heindenhain、日本三豐及SONY 等國外公司近年來都相繼推出精度達到納米級的光柵式長度計，北京標普公司采用了有自主知識產權開發的SGG-01 型0.1 納米測長儀, 分辨力達0.1nm，示值誤差±（3+0.03L）nm。

量具基本都有數據通訊接口，但這些測量手段的準確率和效率往往與操作者的經驗和工作態度有關，難以滿足一些現代化生產制造場合的高效的在線100％檢測要求，同時測量的數據極少在線存儲。

（2）機器視覺引領高精度尺寸測量。

基于機器視覺的檢測技術，以其自動化、非接觸、高可靠性和多工件多尺寸（長度、距離、角度、形狀和位置）高精度測量，不受操作者的疲勞度、責任心和經驗等因素影響的特點，在國內外制造業得到了深入研究和廣泛應用。測量儀從檢驗室進入車間、對生產現場零部件100%檢測成為發展趨勢。目前機器視覺測量精度已經達到亞微米級以上，能夠滿足絕大部分高精度零部件的檢測要求。

德國MAHR 公司、瑞士TESA 公司和日本三豐公司等三維視像測量系統，儀器分辨力0.01μm，測量精度XY 軸（0.3+L/1000）μm，Z 軸（1+2L/1000）μm。國內西安愛德華、東莞萬濠、蘇州怡信、深圳鑫磊以及北京天地宇等公司也有類似產品，貴陽新天光電公司的儀器測量精度達到（1.0+L/100）μm。

3.3 數據存儲發展現狀與演變趨勢

數據存儲是增長最快的半導體技術。每12 到18 個月，存儲能力就會提升一倍。如今，臺式機硬盤存儲容量最高可達4TB，這意味著能裝下1 萬張照片或562 個小時的高清視頻。硬盤制造商希捷表示，到2020 年，熱輔助磁記錄技術將給世界帶來60TB 臺式機硬盤，足夠存儲12 萬張照片或6,750 小時高清視頻。

與有著60 年悠久歷史的硬盤驅動器技術不同，NAND 閃存技術還很年輕，有很大的發展提升空間。如今，NAND 閃存的存儲能力以每年175% 的速度增長。

MicroSD NAND 存儲卡的體積比指甲還小，存儲容量卻超過100 億字節。

大數據時代，云存儲(Cloud Storage) 應運而生。與傳統存儲設備相比，云存儲不再僅是一個硬件，而是一個由網絡設備、存儲設備和應用軟件等多個部分組成的復雜系統。“云存儲可顛覆磁盤陣列所代表的傳統存儲需求。”基于x86 服務器的分布式存儲系統、虛擬化技術和閃存的廣泛普及，以及軟件定義的存儲技術等，都使云存儲能夠以更低的成本快速向前發展。數據量的大小由TB 級增長至PB 級，云環境下的大數據存儲成為未來的發展趨勢。

4 大數據環境下的選配工藝技術實現

4.1 前期準備

（1）建立機器視覺檢測線或利用現有數字化量具100% 測量加工零件精度，并在線存儲，建立全部零件加工精度數據庫，積累海量的零部件精度數據，通過數據統計，找到各零件基本尺寸、公差和偏差穩定的分布概率。

（2）制定產品精度提升的目標，確定組成環零件組的基本尺寸、偏差和配合公差，按照產品裝配圖進行數字裝配，仿真運行，檢查、驗證驗證各組成環精度可行性；并根據裝配合格率、零件剩余率和生產效率，建立優化模型，經反復優化，確定加工零件分組數和選配公差。

（3）預測投入產出，確定建立數字化檢測線和自動分揀生產線的可行性。

4.2 過程優化

（1）建立數字化檢測線和自動分揀生產線，保證零件加工精度100% 的記錄和存儲。

（2）實施基于物聯網的庫房庫位管理，對全部零部件可識別分類包裝。庫管人員只需將生產指令、數量輸入電腦，系統會自動匹配各組別零件的庫存數量，選擇最佳的組別，并將所需零部件從庫位上取出，送往裝配車間。

（3）詳細記錄每個產品的出廠質量，建立產品可追溯檔案；盡可能多地收集客戶對產品的滿意度，對客戶返廠產品進行質量分析和記錄。

（4）按照裝配合格率、零件剩余率、生產效率、客戶滿意度和返廠產品質量等因素，準確及時掌握工藝系統的工作狀態和誤差變化趨勢，持續完善優化模型、優化加工零件選配公差和分組數

（5）產品升級。利用國家的扶持政策，充分發揮科研機構理論研究優勢，構建經實踐驗證的產品全生命周期的大數據平臺，研究全生命周期數據統一模型及現場運行過程檢測技術、面向故障與效率的數據關聯分析技術，形成面向產品的海量實踐數據和理論研究深度融合的產學研合作，實現產品從模仿設計向擁有核心靈魂的原始創新跨越。

5 大數據環境下的選配工藝的意義

5.1 低投入、高產出，突破制造業“由大變強”的瓶頸增加的檢測、工藝優化和分揀設備的投入，相對研發試制高端裝備核心、關鍵零部件巨額的研發成本微不足道。零部件制造廠商轉換產品升級換代觀念，走從中低端向中高端的策略，即企業以現有滿足主機廠中低端產品，通過優化裝配工藝，主動提高產品的性能指標，必然完全滿足主機廠中低端產品的要求，一方面使主機廠用戶在原機型無障礙采用，經一段時間應用后，以“實效”樹立主機廠的信心，逐步推動主機廠在高端機型的核心、關鍵零部件上應用；另一方面，零部件制造廠商通過海量數據的積累，不斷優化裝配工藝，形成具有真正靈魂的、穩定的、難以模仿的工藝，保證產品的性能質量，形成經濟增長新動力，塑造國際競爭優勢。

5.2 效益驅動，推動零部件制造廠商智能工廠建設

通過零部件制造廠商將新一代信息技術與裝配過程融合，建立零部件加工精度和裝配過程的數字化——建設數字化裝配車間，形成的產學研合作經驗，其成果可有效樹立企業兩化深度融合的信心，推動企業進一步推進信息技術與制造過程深度融合，建立從毛坯、粗加工、熱處理、精加工、毛刺和飛邊清理打磨等到零件加工全過程的數字化，并在海量數據積累的基礎上，持續優化改造現有加工工藝流程，在有限的設備投入下，實現零件的加工精度或裝配精度雙向提高——建設智能工廠，全面提升企業的資源配置優化、實時在線優化、生產管理精細化和智能決策科學化水平，新一輪產業競爭中，搶占智能制造這一制高點。

5.3 零件精度分組工藝不可復制，成功經驗可推廣

基于企業個性化設備和人員加工出零部件海量精度數據的概率分布，并根據裝配合格率、零件剩余率、生產效率、客戶滿意度和返廠產品質量等因素，確定組成環分組數，每組零件的基本尺寸、配合公差等工藝參數和優化模型是企業產品的核心靈魂，同行企業簡單復制無效，也就是企業的核心知識沉淀不可復制，可以有效保護企業產品的競爭力。本文以提高裝配精度為切入點，技術創新上，需要將現代精密測量、大數據存儲計算與傳統的選配工藝融合，實施跨領域跨行業的協同創新，企業可完成海量的數據采集和存儲，提出客戶的要求，大量的理論研究、數字仿真、模型提煉優化等研究工作，企業不具優勢，勢必要引進專業研究機構，進行產學研合作。因此，通過項目實施，總結出的實施方法論，采用的檢測設備，數字仿真軟件、優化模型規則的提煉方法等，以及形成的專家團隊，可在行業內共享，推動行業內企業從模仿設計向擁有核心靈魂的原始創新跨越。

6 結語

我國經濟發展進入新常態，經濟增速放緩，市場需求下降，資源和環境約束不斷強化，勞動力等生產要素成本不斷上升的環境下，整機生產企業在核心、關鍵零部件受制于人的背景下，難以繼續通過內部挖潛以及產品提價等方式部分的轉嫁上游供貨商提高配件價格產生的高成本，維持較穩定的盈利能力；而新一代信息技術與制造業深度融合，基于信息物理系統的智能裝備、智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革。以市場需求為導向，利用相關領域的創新成果，通過創新鏈的資源配置，實施跨行業協同創新，建立以企業為主體，政產學研用相結合的制造業創新體系，是可以突破制造業核心、關鍵零部件的瓶頸，促進制造業數字化網絡化智能化，走創新驅動的發展道路。

《智能制造》雜志征稿通知

一、征文范圍

1. 數字化設計與制造

2. 智能設計理論、方法及系統

3. 自動化與現代制造系統

4. 機器人技術及應用

5. 虛擬設計與虛擬樣機

6. 網絡化控制與制造技術

7. 綠色設計與綠色制造中的智能技術

8. 智能加工、智能檢測與控制

9. 數字企業與數字化工廠

10. 制造系統建模、運行、控制、優化與調度

11. 先進制造模式與戰略

12. 制造信息與知識處理

13. 數控技術與數字化裝備

14. 現場總線與無線傳感網技術

注：以上內容范疇供參考，圍繞智能制造全領域，具體題目請自擬。

二、論文遴選、刊錄出版和基本要求

1.《智能制造》編輯部組織編委會有關專家，對投稿進行審查、遴選，擇優刊登。審查遴選期限為自編輯部收到稿件后的三個月。

對于刊登的論文，編輯部提供正式錄用通知。

2. 論文內容必須是作者未正式發表過的研究成果，論文主題與智能制造相關，投稿作者須恪守學術道德規范，文責自負，嚴禁一稿多投及中途撤稿。論文字數4000 ～ 7000 字。

3. 論文應包括以下項目：論文題目；作者簡介（200 字以內，包括姓名、工作單位、通信地址、電話、手機、電子信箱等）；中文摘要、

關鍵詞 、標題和正文、

參考文獻。

三、編輯部投稿聯系方式

篇（7）

測控技術與儀器專業主干學科：光學工程、儀器科學與技術。

測控技術與儀器專業主要實踐性環節：包括軍訓、金工、電工、電子實習，認識實習，生產實習，社會實踐，課程設計，畢業設計(論文)等。

測控技術與儀器專業培養要求 畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：

1. 具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文、藝術和社會科學基礎及正確運用本國語言、文字的表達能力;

2. 較系統地掌握本專業領域寬廣的技術理論基礎知識，主要包括機械學、電工電子學、光學、傳感器技術、測量與控制、市場經濟及企業管理等基礎知識;

3. 掌握光、機、電、計算機相結合的當代測控技術和實驗研究能力，具有現代測控系統與儀器的設計、開發能力;

4. 具有較強的外語應用能力;

5. 具有較強的自學能力、創新意識和較高的綜合素質。

測控技術與儀器專業就業方向 本專業學生畢業后可在國民經濟各部門從事測量與控制領域內有關技術、儀器與系統的設計制造、科技開發、應用研究、運行管理等方面的工作。

從事行業：

畢業后主要在儀器、電子技術、新能源等行業工作，大致如下：

1、儀器儀表/工業自動化;

2、電子技術/半導體/集成電路;

3、新能源;

4、計算機軟件;

5、機械/設備/重工;

6、石油/化工/礦產/地質;

7、其他行業;

8、環保。

從事崗位：

畢業后主要從事儀表工程、硬件工程、電氣工程等工作，大致如下：

1、儀表工程師;

2、硬件工程師;

3、銷售工程師;

4、電氣工程師;

5、嵌入式軟件工程師;

6、區域銷售經理;

篇（8）

本條件適用于測繪專業各分支專業，即大地測量、攝影測量與遙感、工程測量（含礦山測量、水利測量等）、地形測量、海洋測繪、地籍測繪、房產測繪、地質測繪、地圖制圖與地圖制印、地理信息工程專業中從事科學研究、技術設計、技術生產及測繪儀器設備維修、質量檢查監督、技術管理、技術開發、科技信息等工作的工程技術人員。

二、政治思想條件

遵守國家法律和法規，有良好的職業道德和敬業精神。任現職期間，年度考核合格以上。

三、學歷、資歷條件

獲博士學位后，從事本專業技術工作，取得工程師資格2年以上。或大學本科畢業以上學歷，從事本專業技術工作，取得工程師資格5年以上。

四、外語、計算機條件

（一）較熟練掌握一門外語，參加全國職稱外語統一考試，成績符合規定要求。

（二）較熟練掌握計算機應用技術，參加全國或全省職稱計算機考試，成績符合規定要求。

五、專業技術工作經歷（能力）條件

取得工程師資格后，具備下列條件之一：

（一）省（部）級測繪科技項目、工程項目的主要參加者。

（二）主持完成市（廳）級測繪科技項目、工程項目兩項以上。

（三）主持技術推廣項目，采用新技術、新材料、新工藝或開發新產品兩項以上或主要參加三項以上。

（四）編制和審核大中型測繪項目綜合技術設計兩項以上或單項設計書四項以上，并組織或主持完成大型測繪工程項目或生產項目一項以上。

（五）主持完成三項以上大中型測繪工程項目的質量檢查，編寫相應的技術報告。

（六）編輯設計或編審大型普通地圖集或專題圖集，并已出版。

（七）承擔完成三種類型10臺以上測繪儀器維修或檢測鑒定任務，并能獨立解決其重大技術難題。

（八）承擔完成重大測繪儀器的研制、改裝或精密儀器安裝調試工作。

（九）主要參加基礎地理信息系統的建設及技術推廣，完成數字化制圖或編輯入庫等項目工作。

六、業績成果條件

取得工程師資格后，具備下列條件之一：

（一）國家、省（部）級測繪科技成果獲獎項目的主要完成人、或市（廳）級測繪科技進步一、二等獎獲獎項目的主要完成人。（以獎勵證書為準）

（二）主持或組織完成的項目成果獲得市（廳）級優秀成果獎、優秀圖書獎一等獎以上。（以獎勵證書為準）

（三）主持完成大型測繪項目，經省級業務主管部門審定，其項目設計水平先進、質量優良，產生顯著的效益。

（四）主持開發、推廣的科技成果兩項以上，取得明顯的經濟效益。

七、論文、著作條件

取得工程師資格后，公開發表、出版本專業有較高水平的論文（第一作者）、著作（主要編著譯者），撰寫有較高價值的專項技術分析報告，具備下列條件之一：

（一）出版本專業著作1部。

（二）在省級以上專業學術期刊2篇以上。

（三）在國際或全國學術會議宣讀或交流論文2篇以上。

（四）為解決復雜技術問題撰寫有較高水平的技術報告2篇以上或重大項目的立項研究（論證）報告2篇以上。

八、破格條件

為不拘一格選拔人才，對確有突出貢獻者，并取得工程師資格2年以上，具備下列條件中的兩條，可破格申報：

1、獲國家級發明獎、自然科學獎、科技進步獎項的主要完成人；或省（部）級自然科學獎、科技進步獎二等獎一項或三等獎二項以上，獲獎項目的主要完成人。（以獎勵證書為準）

2、在推廣新新技、新工藝和科技成果轉化等方面取得了重大經濟社會效益，處于本行業領先水平，并被省（部）級授予優秀科技工作者榮譽稱號。

3、擔任大、中型工程項目中的技術負責人，完成大型工程一項或中型工程二項以上，取得顯著的經濟效益，并通過省級權威部門鑒定，填補了省內外技術領域空白。

4、在國家級學術刊物上發表有價值的學術論文3篇、省級5篇以上，或正式出版專著1部（獨著10萬字以上，合著20萬字以上）。

九、附則

篇（9）

中圖分類號：TG83 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）10-0091-02

1、引言

檢測技術是保證產品質量的重要手段，其水平高低已成為衡量一個國家科技水平的重要標志之一。產品的競爭實質上是質量的競爭，而產品質量的提高，除設計與加工精度的提高外，往往更有賴于檢測精度的提高。生產自動化程度的發展，產品數量的增長，在一定程度上也受到檢測效率的制約。對于軍事工業而言，彈藥彈體檢測技術是關系彈體生產質量的重大關鍵性技術，隨著新型武器的研制與科學技術的迅速發展，對檢測的精度和效率提出了越來越高的要求。因此，提高檢測精度和檢測效率是檢測技術的主要發展方向。傳統的彈藥彈體尺寸檢測是采用手工測量方法，即將游標卡尺卡在彈體尺寸需要檢測的位置，通過人工讀數來判斷彈體尺寸是否合格。這種手工測量方法，不僅費時費力，并且精度不高，滿足不了現代生產自動化的需要。

長期以來，國內外學者對彈體直徑測量進行了大量的研究，但是在大直徑尺寸測量方面一直沒有理想的方法和儀器出現，尤其在機械加工行業中，大直徑尺寸的精密測量尚未得到很好解決。用現有的或大型千分尺進行測量既費時又達不到精度要求。所以，進行精確的大直徑工件幾何尺寸測量研究的意義十分重大。

2、硬件條件限制分析

當被測彈藥直徑尺寸跨度較大時，無論怎樣改進系統結構，光學系統中的鏡片尺寸都會很大，其結果是：不僅鏡片加工困難，而且像差很大，因此測量誤差很大，無法保證測量精度。

根據誤差分析和光學設計經驗，f-θ透鏡尺寸≤80mm的情況下的像差較易保證。因此，針對待測炮彈外徑測量范圍，作出以下分級：

（a）小尺寸直徑

（b）大尺寸直徑>60mm。

兩個尺寸段無法用一臺設備兼容，因此，我們需要對上述小尺寸直徑測量系統進行改進，以滿足對大尺寸彈丸直徑的測量

3、小尺寸彈丸直徑測量系統

測量系統由激光器、掃描多面棱鏡、掃描透鏡、接收透鏡、光電接收器等組成。

3.1 測量原理

圖1是激光掃描測量系統測量原理圖。激光器發出的激光束照射到掃描棱鏡上，掃描棱鏡由掃描電機帶動以恒定角速度高速旋轉，掃描光束經過f-θ透鏡后形成與光軸平行并以恒定線速度掃描的掃描光束。

掃描電機和掃描棱鏡是關鍵器件，它決定了測量區域掃描光束線速度v的穩定性、光束的平行性和準直性，從而決定了儀器的測量精度。f-θ透鏡的作用是將勻角速度掃描的光束變換為與光軸平行的像方勻線速度掃描的平行光束。f-θ透鏡的精度不僅影響掃描線速度v隨垂直位置變化的特性，決定了儀器的線性指標，而且還影響掃描光束的平行性和準直性，決定了儀器的測量精度與測量的重復性。掃描電機的速度穩定性、軸向和徑向跳動，以及掃描多面棱鏡的形位誤差等影響光束的線速度v的穩定性和掃描光束入射的準確性，決定了儀器的重復性和穩定性。掃描激光光強的穩定性、光電信號邊緣檢測的準確性、光學系統的安裝誤差等對的檢測精度起到至關重要的影響作用。

3.2 測量過程

激光器發出的激光以恒速對被測彈體進行掃描，經聚光透鏡到達光電接收器，根據光電接收器接受光強的變化閾值（參看圖2）確定掃描時間t。若掃描速度為ν，對工件掃描時間為t，則被測工件直徑D：

3.3 誤差分析

影響掃描法測量彈徑誤差的因素包括多個方面。如掃描速度不是常值而是掃描棱鏡轉角Φ的函數，此時可以用平均掃描速度來求激光掃描尺寸檢測系統的誤差。其中平均掃描速度（為有效掃描口徑的半徑角），測量的三個基本參數為電機的轉速、光學系統的焦距、時鐘脈沖的頻率，這些誤差對測量精度的影響關系式為：

由式（1-3）：若激光脈沖頻率，；設計焦距為，；電機轉速為，，

被測彈徑，則：

4、大尺寸彈丸直徑測量系統

由掃描測量頭（兩臺）、光柵尺、直線滾珠導軌、滾珠絲杠、控制電機、計算機系統等組成。

4.1 測量原理

大尺寸直徑的彈丸測量依然采用激光掃描法測量原理。和小尺寸直徑彈丸測量不同的是，大尺寸彈徑測量要用兩個掃描頭，而且在測量前要對掃描頭之間的距離進行標定。

測量前，將兩臺掃描頭移出被測區域，并用標準尺標定出兩個掃描頭的距離（設為L）。

4.2 測量過程

測量時，在電機的驅動下，兩個掃描頭同時向被測彈丸待測部位靠近，如圖3所示，當兩個掃描頭發出的激光束與被測彈丸的外徑相切時，經過光電轉換，光電接收器的輸出電壓分別出現兩個下降沿，在通過實驗確定閾值后，閾值處就分別對應一個觸發脈沖，該觸發脈沖便是兩個光柵尺的計數指令，此時兩個掃描頭相向運動的距離分別為和，則被測彈徑（D）為：

（1-4）

4.3 誤差分析

（1）基礎距離L標定誤差：

此項誤差為系統誤差，可通過測量標準件等方式予以消除。

（2）掃描頭移動距離測量引起的誤差：

（a）由光柵尺引起誤差：

光柵尺測量精度為0.005，則由此引入的測量誤差為0.001。

（b）由于邊緣閾值判斷引起的誤差：

采用像元間距為7的CCD相機，經光學系統后，分辨率可達0.003mm，由此引起的誤差為0.001mm。

（3）測量總誤差為：

由于采用兩側掃描方法進行測量，實際引起的誤差為左右兩個掃描系統誤差和，按最大極限誤差累計，可得：

5、結語

本文較詳細的介紹了使用改進后的激光掃描法測量彈丸直徑的方法。對其關鍵原理進行了論述，檢測效率和精度都達到了預期目標，證明了該測量方法的可行性。此設計方案可普遍適用于一般彈丸彈體的檢測。

參考文獻

[1]于海蓉.特種彈藥彈體尺寸自動檢測系統測量方法和軟件設計研究.[碩士學位論文]國防科技大學，2003.

[2]“彈藥靜態參數測試系統研制方案”.長春理工大學，2005.09.

[3]張明明.彈箭靜態參數綜合測試系統.[碩士學位論文]南京理工大學，2005.

[4]宋濤.曲臂花鍵軸跳動誤差非接觸檢測技術研究.[碩士學位論文]長春理工大學，2003.

[5]閻蔭棠.幾何量精度設計與檢測.北京：機械工業出版社，1996.08.

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中圖分類號：O353文獻標識碼： A

引言

近幾年全站儀在工程施工測量中的廣泛應用，以及隨著生產力和科學技術的發展，國民經濟各部門和各學科對工程測量提出了新的要求。索佳NET05全站儀屬于精密儀器中的代表，是一種集激光、計算機、微子通訊、精密機械加工等高精尖技術于一體的先進量儀器，自動化程度高、功能多、精度好。 高程測量方法主要有幾何水準測量、三角高程測量、物理測量、GPS高程測量方法。三角高程測量方法是一種間接測量方法，通過觀測的距離和角度，根據三角函數原理計算出兩點之間的高差[1]。

本論文主要是利用索佳NET05全站儀，采用三角高程測量方法把礦區工業廣場樓頂的水準原點，采用符合水準路線推算出地面點的高程。利用地面點的高程進行礦區周圍采空區的地表巖層移動，通過分析得出地表變化規律明顯，符合規程要求。

1 三角高程測量

1.1 三角高程測量原理

常見的三角高程測量方法有單向觀測法、中間法和對向觀測法[1,2]。下面具體來看一下三角高程測量原理。（如圖1）

圖1三角高程測量原理

（1）測定地面A、B兩點間高差h，首先在A點安置儀器，在B點豎立標尺，量取儀器望遠鏡旋轉軸中心I至地面點A的儀器高i，用望遠鏡十字絲的橫絲照準B點標尺上的一點M，M至B點的垂直高度稱為目標高v，測出傾斜視線與水平線間所夾的豎直角a，測出A、B兩點間的水平距離為D，由圖可得兩點間的高差h為：

（1）

若A點的高程已知為，則B點高程為：

（2）

（2）若在A點安置全站儀，在B點安置棱鏡，并分別量取儀器高和棱鏡高，測得兩點間斜距S與豎直角以計算兩點間的高差，稱光電測距三角高程測量，A、B兩點間的高差可按下式計算：

（3）1.2 精度分析

（1）地球曲率對高差的影響

水準測量中地球曲率的影響可以在觀測中使用前后視距相等來抵消。三角高程測量在一般情況下也可以將儀器設在兩點等距離處進行觀測，或在兩點上分別安置儀器進行對向觀測并計算各自所測得的高差取其平均值 [3,4]。高差計算公式如下：

（4）

式中：表示兩點之間的高差

表示垂直角

表示大氣遮光系數

表示地球曲率半徑

（2）距離歸算

實測距離與參考橢球面上邊長s的關[5.6]

（5）

因式中項的數值很小，故未顧及與s之間的差異。

（3）精度分析

（6）

查閱相關文獻可以得出，在不同的時間段進行單向高差觀測，，，經過分析可以看出單向觀測三角高程測量誤差在短距離內，只與豎直角和距離有關系[7]。

2.工程案例分析

2.1水準路線布設及數據采集

本工程主要是在山東省棗莊某礦工業廣場內部進行地表巖移觀測，根據實際地形要求布設附合水準路線，A點在辦公樓三樓的東側樓頂，F點在工業廣場配電室的樓頂，其他點在工業廣成內部，具體如下圖所示。在觀測時記錄下當時的溫度和氣壓，觀測時采用三角高程單向測法，用索佳NET05全站儀進行觀測。（見圖2附合水準路線布設圖，表1為外業觀測數據）

圖2 附合水準路線布設

表1索佳NET05全站儀三角高程附合路線觀測數據

2.2 計算過程

利用前面的三角高程測量理論，對索佳NET05全站儀所觀測的數據將進行數據處理，得到各點的高程（見表2）

表2 索佳NET05全站儀計算各點的高程

此段附合水準路線高差閉合差為-0.0138m。三等水準測量允許的高差閉合差為：，該次水準測量的=19.6mm，而實測高差閉合差為-13.8mm，顯然此次索佳NET05全站儀三角高程測量達到了三等水準測量要求。

3 巖移觀測

監測線的起點高程根據以上計算得出，根據煤礦測量規程布設走向線自南向北，具體沉降變化趨勢（見圖3、4）

圖3 走向線1沉降變化趨勢圖

圖4 走向線1沉降累計柱形圖

由于監測線1布設監測點的方向是自南向北的，走向線的沉降變化量在前半部分是逐漸增大的，在7號點達到最大值，之后是逐漸減小的。從下沉速度分析，可以看出最大期沉降速度出現在11期，從第十四期開始沉降速度出現了減小的趨勢，說明下沉量比前幾期小了，通過分析后面幾期可以得出地表變化趨于穩定，具體的變化趨勢符合采空區變化規律。

4.結論

（1）索佳NET05全站儀數據自動記錄，可以消除了讀數誤差，角度觀測值可以精確到0.5″；觀測距離可以增加到了500m，節約了施工時間。

（2）本論文通過利用索佳NET05全站儀進行三角高程測量以及水準儀進行三等水準測量，對觀測結果進行分析可以得出，索佳NET05儀器進行的三角高程測量可以滿足三等水準測量的要求。

（3）通過工業廣場周圍的地表巖移觀測分析，可以得出工業廣場周圍的采空區沉降規律明顯，地表變化趨于穩定，符合采空區變化規律。

參考文獻

[1] 程代忠,辛國,馬耀昌.全站儀代替水準儀研究[J].人民長江.2006.11,37(11),13-15

[2] 許秀鳳.全站儀對向觀測法三角高程測量精度分析[J].江蘇測繪.2001.03,24(1),26-28

[3] 靳海亮,趙常勝等.全站儀三角高程替代四等水準測量精度分析[J].遼寧工程技術大學校報.2005.10,23(5),606-608

[4] 張前勇,錢勝.全站儀水準法三角高程測量探討[J].湖北民族學院學報.2007.03,25(1),42-45

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.236

0 引言

時間是物質存在和運動的基本屬性之一，精密的時間測量是科學研究、工程試驗的基本和有效手段，精密的時間測量技術不僅在高能物理、相對論物理等基礎研究領域具有重要作用，在諸如航天、雷達、無線通訊、導航測繪以及醫療等工程領域也被普遍使用。如高能物理中的固定靶和對撞試驗、飛行時間譜儀、核醫療設備PET、雷達測距、激光測距等都離不開高精密的時間測量技術，其對時間測量的精度達到納秒甚至皮秒量級。一般TDC實現辦法分為模擬和數字兩種。模擬的方法包括電流積分技術和時間放大技術，這是早期的時間測量技術，由于需要模擬電路來實現，集成度，穩定性、精度等已經不能滿足要求。數字的方法主要包括計數器技術、游標卡尺技術、時間內插技術等。

1 多相位時鐘TDC原理

在FPGA中實現TDC某種程度上可以理解成是利用FPGA對開始、停止信號進行采樣并記錄采到的兩個信號的時間間隔。FPGA中時鐘允許的最高頻率是有限的，利用計數器方法實現TDC的時候，相當于開始、停止信號的采樣間隔是一個時鐘周期，這樣在一個時鐘周期內信號何時到達的信息便無法被讀取出來。為了挖掘出單個時鐘周期內部的時間信息，一個思路便是利用不同相位的時鐘去對同一個HIT信號采樣，這樣相當于把采樣周期變為以前的N分之一，而各個移相的時鐘還是工作在FPGA允許的頻率下。利用多相位時鐘實現內插法TDC最大的挑戰是鑒相精度和多時鐘域數據同步。

1.1 鑒相器

對一個N相位時鐘TDC，HIT信號到達N個D觸發器，這N個D觸發器各自工作在自己的時鐘下。假設理想情況下，不考慮任何延遲量，以一個八相位時鐘為例，則對應八個D觸發器，HIT在到來后，這八個D觸發會依據自身的時鐘對HIT進行采樣，將這八個D觸發器的輸出在各自時鐘下進行Level-to-Pulse轉換一下，使得高電平只保留一個時鐘周期的p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7， HIT信號到來的不同的時間反映到p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7出現的先后順序的不同，這個出現的順序反應了HIT在八個相位時鐘里哪個區間到來。即完成了簽相的功能。

上述的分析是假定理想的情況下作出的。簽相器的精度直接決定了TDC的精度，簽相器的精度是目前這種TDC設計的瓶頸所在。由于HIT信號進入FPGA后要扇出給不同的D觸發器，HIT信號到達各個D觸發的時間不可能完全一樣，同時由于八相位時鐘的產生一般是用FPGA內部的PLL或DLL等資源給出，通過全局時鐘資源送到FPGA內部的邏輯資源，這個時間也存在差異。綜上分析，要提高簽相器的工作性能，必須要盡量做到HIT信號扇出到各個D觸發器的時間盡量一致，即HIT到各觸發器之間的Skew越小越好，這個可以通過對FPGA開發軟件，設置約束文件等完成。另外各個相位的時鐘到達各自D觸發器的Skew也要越小越好，這個可以通過對FPGA時鐘管理資源的設置完成。

1.2 多相位時鐘同步

鑒相器輸出的反映HIT信號到來時間的p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7信號。為了解決同步問題，我們設計了多相位計數器，原理與文獻中不同的是，這個八相位計數器的頻率只限于FPGA內核的速度，而不在受建立時間的限制，從而解決了文獻中的超高速計數器的穩定性問題。我們設計時用clk7去抓clk0的輸出，則建立時間為7/8時鐘周期，用clk6去抓clk7輸出的反，建立時間為7/8時鐘周期，同理類似，其他觸發器的建立時間也是7/8時鐘周期。這樣多相位時鐘的工作頻率就只受限于FPGA的內核性能。

2 多相位時鐘TDC實現及測試

多相位時鐘TDC在Altera公司Cyclone III芯片中實現， HIT信號由普通管腳輸入，邏輯設計利用verilog硬件描述語言。在對TDC測試中，TDC所能跑到的最高速度為350MHZ，主要受限于HIT到鑒相器中8個D觸發器之間的Skew，當速度在提高時，會出現G碼現象，在350MHZ以下，TDC工作正常，沒有G碼現象，但是BIN寬的不均勻性能夠觀察到。該TDC的精度357ps。

對TDC的測試主要是BIN寬的測試，測試方法是利用安捷倫任意信號發生器（AFG3252）隨機產生任意脈沖，測試讀取的TDC數據的后幾位（8相位對應最后3bit），這后幾位數據反映了HIT信號落在時鐘中的哪個區間，表明TDC的BIN寬信息。上圖反映的是對TDC添加不同約束測試的結果，當約束達到要求后，可以看出沒有G碼現象，BIN的均勻性較好。

3 結束語

論文介紹了一種采用多相位時鐘TDC設計，采用多相位時鐘實現時間內插。這種TDC實現簡單，資源占用較少，性能優良。該TDC設計的關鍵在于鑒相精度和多時鐘域數據同步，論文給出了提高鑒相器精度的思路和多時鐘域數據同步的方法。最后在Cyclone III中實現了該TDC，并給出測試結果。