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英文名称：Nanotechnology and Precision Engineering
主管单位：教育部
主办单位：天津大学
出版周期：双月刊
出版地址：天津市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1672-6030
国内刊号：12-1351/O3
邮发代号：6-177
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：2003
期刊收录：
CA 化学文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊：
期刊荣誉：
联系方式
期刊简介
虽是一名年轻的科学家，且身处光电科学的探索前沿，张祥朝给人的感觉一直都是沉稳踏实，不浮不躁。这与他所信奉人生信条：“水止犹鉴，静水流深”有关。
1982年，张祥朝出生于历史悠久、人杰地灵的河北巨鹿，自小勤奋聪慧，考入中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，从此与当时方兴未艾的精密工程研究结下了不解之缘。
凭借一贯的出色表现，他在毕业时获得全额奖学金，赴世界著名的英国哈德斯菲尔德大学精密技术中心攻读博士学位，师从英国工程院院士蒋向前教授，2009年毕业后留任该大学研究学者；2011年12月进入复旦大学工作，沿着本科毕业论文《大孔径高精度平面干涉仪的设计》和博士毕业论文《用于精密坐标计量的自由曲面拟合》的延伸脉络继续展开研究，且始终秉承严谨的态度对待科研工作，每一步都走得格外沉稳有力。
方寸间洞隐烛微
精密制造技术的发展一日千里，关键元件的表面形状越来越复杂，精度越来越高，产生了一系列的自由曲面和微纳结构功能元件，其应用范围也扩大到航空、航天、医学等领域。
在“工业4.0”战略引导新一代工业革命的大背景下，超精密功能元件制造的智能化与精准化成为先进制造的重点发展方向。于是，张祥朝针对当前加工、检测设备相分离，工件的重复装夹导致加工效率和检测精度难以提高的现状，致力于研究关键功能元件的快速在线/在位测量，对其开展了持续而深入的探索。
对于面形复杂的自由曲面和非球面光学元件，单点金刚石切削是主流的加工方式。他们基于相位偏折术和波长扫描干涉测量技术，发展了和精密机床相融合的子孔径拼接面形检测技术。巧妙地借用机床自身的精密运动机构，加以辅助的伺服监控，可以复杂面形的快速测量。并发展了可靠的机床误差分离技术以及六自由度数据拼接技术，避免了重复采样等因素引起的误差，从全频段保证了测量数据的真实性和可靠性。该方法克服了传统离线测量方法适用范围小、测量精度低、且对环境要求苛刻的缺点，尤其适用于超精密光滑表面的在位检测。
在张祥朝承担的总装备部预研项目、科技部重大专项等科技攻关项目中，他和团队为保形整流罩等关键光学元件研制了快速检测装置，测量精度达到了λ/10量级。相关技术显著提高了我国相关装备的使用性能，于2016年获得教育部科技进步奖二等奖。
而精密工程的另一个的发展方向是小型化和集成化。以MEMS为代表的微纳制造技术和光电子技术日新月异，但同时也对微纳结构元件的精准检测提出了挑战。
针对微结构元件特征尺寸小、陡度高、测量信号难以采集等特点，张祥朝及其团队发展了基于多波长干涉扩展量程、基于双树复小波的波前重构、基于智能化模式识别的相位解包裹、基于光纤导光的全域扫描测量、基于压缩感知的信噪分离等一系列新技术，攻克了一个又一个难题，将微纳结构元件的三维多尺度形貌完整地展现了出来。目前，他和中国工程物理研究院紧密合作，正在针对压印辊筒等复杂结构大尺寸元件研制原位精密技术，在光电技术前进的道路上再攀高峰。
繁复中溯源寻头
有句名言：怕什么真理无穷，进一步有进一步的欢喜。对张祥朝来说，他也喜欢这样进一步的“欢喜”，在无穷的真理、奥妙的科研面前，他所能做的，就是刨根问底，溯源寻头。
由于超精密功能元件的面形和纹理的复杂性，不同尺度、不同方向、不同形态的特征分量之间存在复杂的纠缠耦合，给复杂功能元件表面质量的控制带来极大的难题，也严重制约了先进功能元件的可靠设计与精准表征。
现今，自由曲面的设计加工和检测已经成为提升国家经济发展的重要支撑技术和衡量国家精密工程发展水平的重要指标。
2013年，张祥朝作为“超精密光学自由曲面面形误差评定算法”这一国家自然科学基金项目的主要负责人，从基础数学理论着手，攻克了不同目标函数下拟合算法的全局收敛、评定结果的稳定性与偏畸校正、数据采样及误差补偿等一系列难题，提出了一系列性能优越的自由曲面面形评定算法。项目结题获得“优秀”（A），应基金委邀请在总结大会上作宣讲报告。该成果获得国际同行的广泛关注，法国国际计量实验室（LNE）邀请张祥朝作为中方负责人，在欧盟Horizon2020重点项目的支持下，合作建立自由曲面的标准拟合算法体系。
对于形态复杂的微观纹理特征，张祥朝拓展了当前表面计量领域的小波分析方法，基于方向性超小波技术，发展了一系列复杂纹理特征识别与表征方法。不但根据其具体形态特征，发展了合适的基函数，并且从数学框架视角，分析了不同数学表示方法的移变性、频谱混叠、采样失真等基础性问题，并提出了有效的解决手段.能够有效分离刀痕、划痕、缺陷等形态分量，从而可以据此有针对性地开展工艺分析与性能评价。该成果完善了复杂功能形面的设计一加工一检测一评定链条.为提高复杂功能元件的可靠性.改善光电系统的性能奠定了坚实的基础。
微纳结构表面含有确定性几何结构，其特征尺寸决定了元件的实际性能，微纳领域当前面临的主要技术瓶颈就是测量评定标准的缺失。为此，张祥朝面向“特征尺寸检测评定的溯源性”这一核心任务.深入研究了针尖膨胀误差校正、有效数据的选取、特征尺寸参数的可靠计算、保持边缘滤波等多个难题，将特征尺寸拟合精度提高了两个数量级以上。这一具有自主知识产权的研究成果显著提高了微纳结构测量表征的可靠性，也推动了我国微纳制造领域的技术发展。
【关键词】工程测绘 技术应用测绘发展发展趋势现状
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：
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关键词：GPS单点定位 城市工程测量 BERNESE 5.0 精密星历
中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0028-02
GPS相对定位技术，通过组成双差观测值消除接收机钟差、卫星钟差等公共误差及削弱对流层延迟、电离层延迟等相关性强的误差影响，来达到提高精度的目的，这种作业方式无需考虑复杂的误差模型，具有解算模型简单、定位精度高等优势。网络RTK的出现更是将差分GPS技术发挥到了极致，通过差分改正信息实现了高精度的实时动态定位，由于其方便、快捷、高效的作业技术方法，得到了快速的发展。我国各大城市、地区相继建立了各自的CORS系统。但是，这种网络RTK技术也存在着不足，如受到通讯网络、覆盖范围等条件的限制，城市工程测量中通常工期较紧、要求效率较高，当测区范围内需要少数控制点而CORS系统无法使用的时候，如果建立静态GPS控制网，则大大影响了作业效率，提高了作业成本。精密单点定位技术是利用载波相位观测值以及IGS等组织提供的精度卫星星历及钟差来进行高精度单点定位的方法，能够实现厘米定位精度，完全满足城市工程测量的需求。目前，在一些发达国家精密单点定位技术已经得到广泛的应用，在我国这项技术在生产实践中的应用相对较少。
为了实现GPS单点定位达到厘米级精度，必须解决如下关键问题：（1）在定位过程中需要同时采用相位和伪距观测值；（2）卫星轨道精度需达到厘米水平；（3）卫星钟差改正精度需达到纳秒量级；（4）需要考虑更精确的误差改正模型。实质上，卫星位置和卫星钟差是影响精密单点定位精度的重要因素。本文主要从IGS提供的各种精密星历和钟差改正相关产品着手，利用国际著名导航定位软件BERNESE 5.0进行计算，分析快速星历和最终星历以及不同采样间隔星历钟差产品对静态单点定位精度的影响，进而讨论GPS单点定位技术在城市工程测量中的应用。
1 BERNESE 5.0软件数据处理
到目前为止，国际上GPS高精度单点定位软件主要有美国喷气推进实验室的GIPSY软件、瑞士伯尔尼大学的BERNESE软件、德国地学研究中心的EPOS软件。
GIPSY软件只供科研使用，不供商用，且不提供源代码，EPOS软件应用范围较为局限，主要在欧洲国家使用，也是以科研为主，而BERNESE软件可以商用，且提供源代码，使用较为广泛。图1中给出了BERNESE 5.0单点定位数据处理的简要流程，主要包括数据格式转换、钟差改正、误差模型改正、预处理和参数估计，除了得到测站坐标之外，还可以选择输出对流层、电离层、接收机钟差等参数的估计结果。
2 IGS精密星历
随着GPS定轨理论和技术的提高，轨道计算数学模型的完善，以及全球跟踪站数目的增多和跟踪站分布的改善，IGS确定GPS卫星轨道的精度有了明显的提高。目前，国际IGS服务局提供的事后精密卫星星历的精度已优于5 cm，精密卫星钟差的精度已达0.1 ns。其提供的精密卫星星历和卫星钟差产品包括：超快速产品（Ultra Rapid）、快速产品（Rapid）和最终产品（Final）3种，它们在精度、时延、更新率和采样率方面是不同的。如表1所示。
由表1知IGS给出的快速星历和最终星历在采样率和精度指标上均相同，那么快速星历和最终星历对静态精密单点定位精度的影响是否相同，在实际应用中是否需要等待最终产品解算精密单点定位，下面将用实例进行比较分析。
3 实例数据分析
本文选用北京CORS系统基准站的观测数据，分别选取超快速星历（实测部分）和最终星历，以及相对应的钟差改正文件，利用BERNESE 5.0软件进行精密单点定位计算，假设该站已知的精确坐标为真值，将两种单点定位结果分别与之求差，求得点位中误差，进而比较分析。
为了分析数据处理结果的统计特性，且避免误差偶然性，本文将全观测数据分为24个时段，分别使用两种精密星历进行单点定位计算。图2中给出了使用两种精密星历单点定位的点位误差，可以看出采用超快星历和最终星历的精度均在±0.06 m之内，大部分时段是在±0.03 m范围之内，14：00～20：00之间的误差相对较大，与广州地区活跃的电离层活动有关，两种结果相比较，使用最终星历的单点定位精度相对较高，但并不明显。
为了更加详细地比较两种精密星历对单点定位结果的影响，对两种精密星历定位结果的坐标分量分别求差，图3给出了X、Y、Z分量较差，可以看出坐标分量较差均在±0.02 m范围之内，这种差异对于城市工程测量来说影响并不算大，因此不必等到最终星历的，可以直接使用超快速星历进行单点定位，从而保证了精密单点定位技术在城市工程测量当中的可用性。
4 结语
目前精密单点定位在静态定位方面理论已经比较成熟，采用高精度GPS计算软件以后处理方式得到的定位结果已完全可以达到厘米级精度。本文分别选取超快速星历和最终星历两种精密星历文件，利用BERNESE 5.0软件进行计算，对全天24个时段的结果进行分析，可以看出，无论采用何种精密星历以及提供的钟差改正参数，解算结果均处于厘米级精度水平，两种测量结果相差甚微，完全可以满足城市工程测量的日常需要。随着美国GPS现代化的逐步完成，以及Galileo系统的正式运行，伪距码和多频观测值的增加，可以大大提高精密单点定位的精确性和可靠性，相信精密单点定位技术在城市测量中将会发挥更大的作用。
参考文献
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[2] 曲伟菁，朱文耀，宋淑丽，等.三种对流层延迟改正模型精度评估[J].天文学报，2008（1）.
【关键字】自动化仪器仪表发展现状趋势
中图分类号：P335+.1文献标识码： A 文章编号：
一、自动化仪器仪表的简介
1. 自动化仪器仪表的定义
自动化仪器仪表是用于化学、物理方面的技术工具和设备，可以检出测量各种物理量、物质成分。从广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递等功能。显微镜、望远镜能使人们扩展自己的视野，体温计能让人们测量自己的身体的温度；此外，还有一些仪器仪表如磁强计、射线计数计具有特殊功能，可以感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的数据因子。
自动化仪器仪表又被称作信息机器，因为它的主要功能是信息形式的转换，可以将输入信号转换成输出信号。信号按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。
2. 自动化仪器仪表的分类
自动化仪器仪表是多种科学技术的综合产物，有很多种类，有的按用途分类，有的按功能分类，不同的分类方法对应着不同的产品，本文主要介绍两种分类方法。
（1）按不同用途来分类
仪器仪表有各种用途，有的用在运输上，比如汽车仪表、拖拉机仪表；有的用在航空上，比如船用仪表、航空仪表；有的用在地质上，比如地质勘探测试仪器、地震测试仪器；另外随着科学技术的发展，很多仪器仪表应运而生，比如教学仪器、医疗仪器、环保仪器等。
（2）按不同功能来分类
随着我国自动化技术的成熟和各种行业的需要，产生了各种功能的仪器。比如工业自动化仪表按功能可分为检测仪表、记录仪表、计算仪表等；检测仪表按被测物理量又分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表等。
二、我国自动化仪器仪表行业发展的现状
自动化的内容在近10 年来随着电子信息技术和光电技术等相关学科的发展而发生了许多变化。从纵深上讲，可以涵盖从最底层的自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等到自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统到综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。从应用的行业性质上分，自动控制系统可以分成以流程过程控制为主的过程控制系统(如各种DCS、回路调节系统等) 和以运动和传动控制为主运动控制系统( 各种逻辑控制PLC 和传动控制系统如CNC 等，工业自动化仪器仪表主要是针对自动控制系统而言。
2002 年我国工业自动化仪表制造业共有309 个企业，实现工业总产量136.24 亿元，销售收入133.75 亿元，利润总额8.99 亿元。行业综合水平总体上达到国际八十年代水平。30%的产品实现了数字化，达到国际八十年代末期水平; 约15%的产品实现了智能化，达到国际九十年代水平。品种门类较为齐全，有一定的成套能力。可能承接60 万千瓦火电站、核电站、30 万吨合成氨、30 万吨乙烯、500 万吨炼油、10000 立方米空分、4000 立方米高炉、120 吨转炉、日产30 万立方米城市煤气站、日处理40 万吨污水、日产5000 吨水泥等大型工程的控制系统和仪表成套项目。
三、当前的仪器仪表技术存在的主要问题
仪器仪表行业技术发展虽然迅速，但较国外先进的高性能、高实用性的领先技术比起来，我们还存在着10~15年的差距，当前的仪器仪表技术还存在着一定的问题：
1、自主创新成果比例过少，应用技术不足
我国仪器仪表行业的初期是通过引进国外的先进技术，近几年，也有不少科技型企业加大了自主研发力度，但从总体上说，自主创新的成果还是非常少，并且技术的实用性欠缺。对于一些关键核心工艺加工制造技术力量非常薄弱。产生这种现象的原因是因为中外合资与先进技术引进与自主研发严重脱轨。
2、中低档产品居多，研发投入不足
我国现阶段的仪器仪表产品较国外比较，大部分都属于中低档产品，产品创新能力弱，高端精准仪器仪表数量非常少。其原因是现阶段的仪器仪表行业缺少对于高端检测、数字化精进技术人才，限于各大企业和单位的指导思想和投入规模，研发投入也不够，包括设备资金、人才培养等各方面的投入。
四、我国自动化仪器仪表的发展趋势
近年来，经济全球化的发展要求技术的全球化，计算机和智能机器的发展对仪器仪表的发展有很大的促进，我国应该在现有的技术基础上，借鉴国外的微电子技术，掌握关键技术，生产更多国有品牌，提升国际竞争力。我国自动化仪器仪表技术的发展前景广阔，与国际自动化仪器仪表的发展相比，可以分为智能化、高精度化和网络化等趋势。
1. 智能化
智能化技术是仪器仪表的一种发展趋势，与国外产品相比，国内产品在智能化方面有很多不足，我国仪器仪表在智能化方面与国外存在明显差距，因此，我国应该加大创新力度，改变创新模式，在智能化方向改革创新。自动化仪器仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能。采用智能化的产品可以很好的自主调节控制，利于信号的传递，提高了工业效率，更能适应国际技术的发展。
2. 高精度化
自动化仪器仪表对技术要求很高，只有高度精密化才能提升我国产品的核心竞争力。国外很多仪器仪表产品具有高精度化的特点，我国的产品在这方面明显落后，因此提高仪器仪表的精密是大势所趋，也是应对国际激烈竞争的必然选择。当前的重点是研究和发展多维精密加工工艺，精密成型工艺，球面、非球面光学元件精密加工等工艺。
3. 网络化
在国外市场以现场总线技术为代表的数字通信网络技术得到了快速发展，但是我国自动化仪器仪表在总线技术方面还不完善，许多产品功能还不完备，核心技术的掌握也差强人意，因此，网络化是我国自动化仪器仪表的发展趋势和方向。发展网络化就要充分利用计算机数字化通信技术，完成信息的转换，构造一个庞大的信息化网络，这样信号流通顺畅，更能提高生产效率。
总结
自动化仪器仪表是很多自动化元件组成的，包括各种功能的自动、智能和微型技术工具。仪器仪表有不同的用途，对应的功能也不同，有的具有测量、显示功能，有的具有记录、报警功能。近年来随着经济的发展和科学技术的进步，微电子、计算机、网络通信等日新月异发展的新技术对自动化仪表产生了深远的影响。我国自动化仪器仪表发展历史久远，随着新技术的出现不断出现新的仪器，对我国经济的发展起了很大的促进作用，从目前来看，我国自动化仪表技术发展迅速，但与国际上比起来还是有一定的差距。自动化仪表的改进有重大的应用前景，我国应该加大资金扶持力度，转变创新方式。
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（安徽省新技术推广站，合肥 230061）
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
联系人：张友苹
[关键词]高速铁路 精密测量 应用探讨
中图分类号：TF789 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0058-01
一、引言
高速铁路以其输送能力大、速度快、安全性好、舒适方便等优点开始在我国进入了高速发展阶段。高速铁路设计时速高达200km/h～350km/h，运行目标是高安全性和高乘坐舒适性，任何一个小小的颠簸，都会给旅客列车带来严重的安全事故。因此，要求轨道结构必须具备高平顺度和高稳定性。而轨道具备高平顺性和高稳定性的条件，除轨道结构的合理外形尺寸、良好的材质和制造工艺外，轨道的高精度铺设是实现轨道初始高平顺性的保证。而这些必须依靠精密测量才能完成。
进入高铁时代的铁路测量，也随着高铁的要求发生了重大变革，由于高铁比普通铁路线路变得更直、曲线长度变得更长、隧道和桥梁的增加、轨道演变为无砟轨道测量、测量控制网的变化、沉降监控量测的高精度和持久性、测量工作时间的变化等等，给铁路建设维护中的精密工程测量带来很多新课题，测量的理论、方法、规范、仪器都需要革新和变化。
二、精密工程测量定义和特点
工程测量分为普通测量和精密测量，根据工程测量学的定义，精密工程测量主要是研究地球空间中具体几何实体的精密测量描绘和抽象几何实体的精密测量实现的理论、方法和技g。精密测量工作代表了现代测量工作的发展趋势，精度代表的范用很广泛.主要有相对精度和绝对精度之分。相对精度又分为两种，一种是一个观测量的精度与该观测量的比值，如果比值越小，那精度就越高，例如：边长的相对精度。精度的含义很广泛，随着技术的发展精度又在不断提高，只有确定精度范围和概念的时候才能在当下为精密测量下一个定义。那我们这就就采用一个普遍的定义，凡是采用一般的、通用的测量仪器和方法无法满足工程队测量或测设精度的要求时的测量.都可以叫做精密工程测量。因此，大型工程、特种工程不能与精密 程并列，但是，一些特种工程还是与精密测量有精密联系的。
三维工业测量、工程变形监测中有很多测量也属于精度测量，就精度而言，从工业的角度来看，在设备的安装 、检测和质量控制测量中，精度可能在计量级，如微米乃至纳米；在工程变形监测中，精度可以放在亚毫米级；在 程控制网建立中，精度可能在毫米级。一般隧道等横向贯穿的精度在厘米级，但其对精度测量的要求仍然很高，属于精密工程测量。精密工程测量的另一个特点是，它的可靠性要求也很高，包括：测量仪器的鉴定检核、测量标志的稳定 、测量方法的严密、测量方案的优选、观测量之间的相互检查控制，以及严格的数据处理和精确的测量监督等。精密工程测量按工程需要的精度可以分为：普通精密工程测量和特种精密工程测量。
三、高精度平面控制测量的精度标准
高速铁路工程测量的控制网，按施测阶段、施测目的及功能可分为勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。平面控制网应在框架控制网CP0基础上分CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ三级布设。按逐级控制原则布设的平面控制网，其设计的主要技术要求应符合相关的规定。常用的CPⅢ平面控制网要求为测量等级为一级，相邻点的相对中误差为1，采用自由测站边角交会的测量方法。
四、高速铁路高程控制测量
高程控制测量以线路水准基点控制网为起算基准，系统采用1985 国家高程基准。当个别地段无1985 国家高程基准的水准点时，可引用其它高程系统或以独立高程起算。但在全线高程测量贯通后，应消除断高，换算成1985 国家高程基准。有困难时亦应换算成全线统一的高程系统。
CPⅢ高程控制网也称轨道控制网，主要为高速铁路轨道施工、运行期维护提供高程基准。应在线下工程竣工且沉降和变形评估通过后施测。CPⅢ高程控制点与CPⅢ平面控制点共点，测量通常安排在CPⅢ平面控制网观测完成后进行。
CPⅢ高程控制网采用“精密水准”方法测量，它是介于二等水准和三等水准测量精度的一个等级，专用于CPⅢ高程测量。施测前应对全线的二等线路水准基点进行复测，构网联测测区内所有复测合格的二等线路水准基点。
在具备充分准备的条件下按下列要求实测测量：
（1）CPⅢ高程控制网的首次测量与平差计算，应该独立地进行两次。所谓“独立地进行两次”是指两次测量和平差计算应该在完全不同的两个时间段内进行。
（2）CPⅢ高程控制网采用“精密水准”方法观测，按照“后-前-前-后”或“前-后-后-前”的顺序测量。宜使用DS1及以上精度的电子水准仪及因瓦尺进行测量。
（3）应附合于二等线路水准基点，与测区内二等线路水准基点的联测时，采用独立往返精密水准测量的方法进行，每两公里联测一个线路水准基点，每一区段应至少与三个水准基点进行联测，形成检核。
（4）CPⅢ点与 CPⅢ点之间的水准路线，应该采用“中视法”或“矩形法”的水准路线形式，以保证每相邻的4个 CPⅢ点之间都构成一个闭合环。
（5）CPIII控制点水准测量应对相邻4个CPⅢ点所构成的水准闭合环进行环闭合差检核，相邻CPⅢ点的水准环闭合差不得大于1mm。
（6）区段之间衔接时，前后区段独立平差重叠点高程差值应≤±3mm。满足该条件后，后一区段CPⅢ网平差，应采用本区段联测的线路水准基点及重叠段前一区段连续1～2 对CPⅢ点高程成果进行约束平差。相邻CPIII点高差中误差不应大于±0.5mm。
（7）CPⅢ高程传递测量
当桥面与地面间高差大于3m，线路水准基点高程直接传递到桥面CPⅢ控制点上困难时，应选择桥面与地面间高差较小的地方采用不量仪器高和棱镜高的中间设站三角高程测量法传递高程，且要求变换仪器高观测2次，每次要求手工观测4个测回。两组高差较差不应大于2mm，满足限差要求后，取两组高差平均值作为传递高差。
五、总结
高速铁路是我国的百年重大工程，是我国发展的必备基础设施，为了保证高速铁路的安全稳定实施和运营，必须有在施工过程中保证铁路按照设计图计划实施。在施工过程中建立的高精度CPⅢ控制网是常用的控制网，在实际操作过程中，必须按照规范进行建立控制网，才能保证施工项目的正常运行。
参考文献
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[2] 左广恒.高速铁路测量控制体系建设与常见问题分析.城市建设理论研究（电子版）， 2012（10）.
[3] 苏志华，周春柏，刘晚霞.工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析[J].测绘通报. 2012（03）
论文关键词：RTK，GPS，图根控制测量，已知点检核比较法，重测比较法
一、概述
全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。GPS应用到测量行业，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。
其中RTK模式的工作原理，就是在已知高等级点上安置接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标。
传统的导线测量，不仅要求相邻点之间通视GPS，而且精度分布不均匀，在较大的区域布设时，精度往往都不高。而采用常规的GPS静态测量、快速静态方法虽然精度高，但效率低，而且不能实时提供定位坐标和精度。利用RTK技术，则不受天气、地形、通视等条件的限制，操作简便，并节省了人力，不仅能够达到导线测量的精度要求，而且误差分布均匀，没有误差累积问题，提高了作业效率期刊网。对图根点的检测是精度检核的重要技术手段，在RTK图根控制测量需进行检核。
二、RTK图根控制的检测
1.项目概况
兴业县葵阳镇整村推进土地整治项目是广西区重点项目，地势平缓开阔，南北都是丘陵，中间是水田和三个村庄，交通便利。位于东经109°45′～49′，北纬22°41′～44′之间。测区总面积6.8平方公里，成图比例尺为1：1000，已做好12个E级GPS控制点的测量工作，准备检测E级GPS点后开始对已埋设图根点的标石、钢钉或木桩作控制测量。
2.测量技术要求
RTK测量卫星状态的高度截止角在15°以上的卫星个数≥5个，PDOP值≤6。
RTK平面控制点测量主要技术要求如下表：
等级
相邻间点平均边长/m
点位中误差/cm
边长相对中误差
与基准站的距离/km
观测次数
起算点等级
一级
500
≤±5
≤1/20000
≤5
≥4
四等以上
二级
300
≤±5
≤1/10000
≤5
≥3
一级以上
三级
200
≤±5
≤1/6000
≤5
关键词：弹体直径 激光扫描法 误差分析
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
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