精密测量技术

精密测量技术（精选12篇）

精密测量技术 篇1

在先进制造技术中, 精密加工是重要的技术构成部分。大多数的大型系统为了扩展功能和简化设计, 都需要应用到精密加工和测量技术。特别是近年来, 在精密加工中应用到了各种新技术, 促进了精密加工技术的快速发展。在工业生产中, 应用精密加工和传感测量技术, 能够极大地提升生产效率。因此, 精密加工和测量技术有着巨大的实用意义。

1 精密加工技术发展和应用

1.1 精密加工技术介绍

所谓精密加工技术, 实际上就是将加工误差、表面粗糙度控制在允许的范围的一种技术。超精密加工技术误差和表面粗糙度要更为严格。精密加工技术主要包括精整加工、光整加工、超微细加工和微细加工等。

微细加工技术, 就是用来进行为小尺寸零件制造的技术。主要是制造一些集成电路等, 因为尺寸微小, 所以通过尺寸额绝对值进行误差表示。

光整加工主要是为了提升表面层的力学机械性质和缩小表面的粗糙度的加工方式, 对于加工误差相对不够重视。这些加工方式不仅可以降低误差, 还能提升表面质量。

1.2 精密加工技术的特点和方法

按照加工方式的机理特点, 能够将其分为三种方式, 分别是变形加工、去除加工和结合加工。去除加工实际上就是将工件上的一部分材料去除掉。加工方式基本可以分为:磁粒光整、超精研抛技术、精细磨削、超精细切削、砂带磨削、布轮抛光、蚀刻、电解加工和电火花加工等。实际上, 砂带磨削就是使用混纺布, 这些混纺布粘有磨料, 加工工件。具有适用范围广、表面质量好和生产效率高的优点。而精密磨削就是利用单晶的金刚石道具和高精密机床实施切削加工, 基本上应用于软金属加工。超精密磨削则是在精密磨床上利用修整精确的砂轮实施微量磨削加工。变形加工, 实际上就是利用分子、力和热运动使工件出现变形, 使其性能、尺寸和形状发生改变。

按照理化方式的不同, 可以分为连接、注入和附着三种。所谓附着加工, 就是将一层物质覆盖在工件表面, 例如, 镀加工方式等。诸如加工就是将某些元素注入到工件表面, 从而发生物化反应。连接加工就是通过物化方式将两种材料连接起来的方法。

结合传统、特点与机理可以分为三种, 分别是复合加工、非传统加工和传统加工。传统加工可以分为游离磨料、固结磨料和道具切削加工的方法。实际上, 非传统加工就是运用核能、化学能、光能、声能、磁能和电能等进行处理和加工。而复合加工则是结合多种加工方式, 综合发生的复合作用, 相辅相成、优势互补。

2 精密传感测量技术的发展和应用

现代测量技术, 是一种综合性学科, 主要包括了计算机技术、制造、图像、传感器、电子以及光学等, 与紧密加工技术是相互补充、相辅相成的。测量技术为精密加工提供检测和评价方式, 精密加工为测量技术提供有效地保障。结合科学技术的进步, 传感测量技术也发生了巨大的改变, 传统的方式已经难以满足发展要求, 一系列应用了高新技术的测量技术应运而生, 下面将进行详细的介绍:

2.1 双频激光干涉仪

这种仪器具有测量范围大、准确度高的优点, 所以在测量位置控制反馈元件和测量超精密机床相关作位置中得到了大量的应用。但是激光测量, 空气折射率影响着准确度, 空气折射率和二氧化碳含量、压力、温度和湿度等有着密切的关系。干涉仪在空气中补偿和休整光路, 能够将误差缩小。但是这种测量方式, 受环境影响较大, 因此在加工生产机床的时候, 要求比较苛刻, 很难满足其工作要求。

2.2 X射线干涉技术

随着科学技术的发展, 显微测量X射线干涉技术得到了快速的发展, 具有较大的测量范围, 比较容易实现一些纳米级别的测量。SPM基础上的相关观测技术基本上只能提供纳米级别的分辨力, 但是对于表面结构并不能够给出精确的纳米尺寸。X射线扫描干涉测量技术, 是一种新型测量技术, 其十纳米误差的测量基本单位是单晶硅上的晶面间距。另外, 由于X射线波长要小于常规的可见光波波长两个数量级, 很大程度上能够达到0.01纳米的测量分辨力。与其他方式相比, 这种测量方式对于环境的要求不高, 并且具有较好的测量稳定性, 结构比较简单, 有着很大的应用潜力。

2.3 显微扫描测量技术

在对表面的尺寸和微观形貌进行测量的时候, 可以应用这种测量技术。基本原理就是通过极小探针来扫描被测表面。通过纳米级别的定位三维控制系统, 能够测出表面微观立体情况。

3 结语

综上所述, 在工业生产中, 应用精密加工和传感测量技术, 对于提升生产效率, 提高产品质量, 有着至关重要的作用。科学技术的快速发展, 加工技术和测量技术取得了快速的发展。精密加工技术与测量技术是相互促进、相辅相成的。在工业生产中, 二者缺一不可。在工业生产中, 应该结合具体情况, 选择最适合的精密加工技术与测量技术, 每种加工技术都有着自身的优势和不足, 这就需要进行合理慎重的选择。总而言之, 随着科学技术的进步, 精密加工技术和传感测量技术依然在不断地发展完善着, 从而为工业生产提供坚实的技术支撑, 推动技术的进步, 提升生产力水平。

参考文献

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精密测量技术 篇2

【摘要】本文重点对高速铁路精密工程测量的内容、精密工程测量的特点的论述，并简要介绍了高程控制网的复测，同时提出了高速铁路的运营和养护维修测量，需要进行进一步的研究，以确保高速铁路的安全运行。

【关键词】高速铁路；精密测量；技术体系

为了达到高速铁路的高速行驶条件，高速铁路轨道精度要保持在毫米级的范围以内，传统的铁路工程测量技术已不能满足高速铁路建设的要求。高速铁路的测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。

1高速铁路精密工程测量

为了满足上述要求，应根据线下工程和轨道铺设的精度要求设计高速铁路的各级平面高程控制网测量精度。高速铁路精密工程测量的目的是通过建立各级平面高程控制网，在各级精密测量控制网的控制下，实现线下工程按设计线型准确施工和保证轨道铺设的精度能满足旅客列车高速、安全行驶。

高速铁路精密工程测控贯穿于高速铁路工程勘测设计、施工、竣工验收及运营维护测量全过程，包括以下内容：高速铁路平面高程控制测量；线下工程施工测量；轨道施工测量；运营维护测量。

2高速铁路精密工程测量的特点

2.1高速铁路各级平面高程控制网精度应满足勘测设计、线下工程施工、轨道施工及运营养护的要求

由于过去铁路建设的速度目标值较低，对轨道的线型和平顺性要求不高，在勘测、施工中没有要求建立一套适合勘测、施工、运营维护的完善的控制测量系统。控制网测量的精度指标主要是根据满足线下土建工程的施工控制要求而制定，轨道的铺设不是以控制网为基准按照设计的坐标定位，而是按照线下工程的施工现状采用相对定位进行铺设，这种铺轨方法由于测量误差的积累，往往造成轨道的几何参数与设计参数相差甚远。

2.2高速铁路精密测量控制网按分级布网的原则布设

高速铁路工程测量平面控制网应在框架控制网（CPO）基础上分三级布设，第一级为基层平面控制网（CPI），主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；第二级为线路平面控制网（CPⅡ），主要为勘测和施工提供控制基准；第三级为轨道控制网（CPⅢ），主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。

高速铁路工程测量高程控制网分二级布设，第一级线路水准基点控制网，为高速铁路工程勘测设计、施工提供高程基准；第二级轨道控制网（CPⅢ），为高速铁路轨道施工、维护提供高程基准。

高速铁路工程测量平面控制网应在框架控制网（CPO）基础上分三级布设，是因为测量控制网的精度在满足线下工程施工控制网测量要求的同时必须满足轨道铺设的精度要求，使轨道的几何参数与设计的目标位置之间的偏差保持在最小。

2.3高速铁路工程测量平面坐标系统应采用边长投影变形值≤10mm/km的工程独立坐标系

高速铁路工程测量精度要求高，施工中要求由坐标反算的边长值与现场实测值应一致，即所谓的尺度统一。由于地球是个椭球曲面，地面上的测量数据需投影到施工面上，由曲面的几何图形在投影到平面时，不可避免会产生变形。采用国家3°带投影的坐标系统，在投影带边缘的边长投影变形值达到340mm/km，这时无砟轨道的施工是很不利的，对工程施工的影响呈系统性。从理论上来说，边长投影变形值越小越有利。根据武广线、郑西线无砟轨道CPⅢ控制网的测量实践表明，在满足边长投影长度变形值不大于10mm/km的条件下，线下工程施工时，可不进行边长投影改正直接利用坐标反算距离进行施工放线，CPⅢ观测距离不需进行投影改化进行平差计算就可以满足CPⅢ控制网的精度要求。

2.4高速铁路精密工程测量“三网合一”的测量体系

高速铁路工程测量的平面、高程控制网，按施测阶段、施测目的及功能不同分为了勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。我们把高速铁路工程测量这三个阶段的控制网，简称“三网”

勘测控制网包括：CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、二等水准基点控制网。

施工控制网包括：CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、水准基点控制网、CPⅢ控制网。

运营控制网包括：CPⅡ控制网、水准基点控制网、CPⅢ控制网、加密维护基标

为保证控制网的测量成果质量满足高速铁路勘测、施工、运营维护三个阶段测量的要求，适应高速铁路工程建设和运营管理的需要，三阶段的平面、高程控制测量必须采用统一的基准。即勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网均采用CPⅠ为基础平面控制网，以二等水准基点网为基础高程控制网。简称为“三网合一”。“三网合一”是高速铁路采用坐标进行线路的勘测设计、工程施工以及运营维护管理的前提。在“三网合一”基础上，线路及其附属建筑物的里程和坐标一一对应，每一个里程只有一个唯一的坐标（x、y、h），使施工和运营维护能够严格按照设计的线型进行施工和养护，保证高速铁路轨道的平顺性，同时也为工务管理信息化和构建数字化铁路创造了条件。“三网合一”是高速铁路工程测量技术体系的基础和核心。

3高程控制网的复测

为了保证控制点提供的高程基准的正确性，在工程建设的过程中，经常需要对已有高程控制点进行复测和检测，确保高程控制点的稳定。复测和检测在进行平差数据处理时，引入的高程基准应与原成果一致。

常用的复测和检测成果分析方法有两种：高差比对和高程比对。高差比对用以比较分析相同高程点之间的高差，可以反映出地表相对高程变化；高程比对用以比较分析相同高程点的高程，可以反映出地表整体的高程变化。无论那种比对方式，只有在比对差异超出相应等级水准测量精度的限差指标时，才能说这种高差或变化是显著的，并考虑更新高程成果。否则，应沿用原高程成果。

复测、检测与成果取舍：较差（闭合差）限制原则、成果最新原则、平均性原则、端点外推原则。测段复测与原测时间超过了三个月，且复测高差与原测高差之差超过检测限差时，须进行测段两端点可靠性的检测。检测测段长度小于1km时，按1km计算。高程比对分析与增补点成果应用。实际水准测量中使用高精度仪器进行低等级水准观测时，如果计算得到的每公里水准测量的偶然中误差没有达到仪器应有的标称精度，则应怀疑仪器的工作状况不正常，即使总体上水准等级的精度指标满足了，对水准观测的数据应该慎重使用。因为，一台工作不正常的仪器，提供的观测数据是不可靠的。

4结束语

随着我国多条高速铁路的相继竣工，大规模地投入运营。高速铁路的运营及养护维修测量将是一个迫切需要我们解决的问题，而如何利用已有的CPⅢ控制网和铺轨基标快速完成高速铁路的运营和养护维修测量，目前还是一个空白，需要进行进一步的研究，研究一套适合我国客运专线铁路轨道的运营维护测量保障体系，确保高速铁路的安全运行。

【参考文献】

[1]杨晓莉;;美国铁路发展现状及启示[J];综合运输;2010年02期

[2]李峥辉;;CRTSⅡ型板式无砟轨道系统铺板后的检测方案[J];现代城市轨道交通;2010年01期

精密偶件测量的质量控制 篇3

摘要：针对某液压产品滑阀偶件的配套间隙准确度要求高，测量过程中仪器的系统误差和随机误差又是客观存在的事实，运用误差及不确定度理论分析测量过程的主要不确定度来源及影响因素，使用先进的计量检测设备、采用相应的评定方法实现了间隙尺寸的准确测量，为产品生产过程的质量控制提供了准确可靠的依据。

关键词：偶件测量；设备不确定度；质量控制

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）20-0058-02

计量是科技进步的技术基础，是保证加工产品高质量、高可靠性的必要条件之一。针对某燃油液压系统具有较高的技术要求，其中液压产品偶件是其产品的核心部件，其几何形状及配套间隙能否满足技术要求将直接影响到产品质量，为使产品工作状态既不漏油又不卡滞，必须保证其配套间隙在2～5μm之间。只有选择科学的测量、分析方法，才能保证测量质量，为后续的性能调试、分析等提供准确依据。

1 测量方法的拟定

1.1 阀芯直径测量

采用高准确度的比较仪与三等量块进行比对测量。将清洗干净的阀芯用指示尺测出其实际尺寸，通过量块组合成该尺寸后置于仪器工作台上，使仪器示值稳定后置零，然后放上被测件，分别测得各个截面的直径尺寸误差值，根据三等量块的实际值与比较仪测得的示值误差得到该阀芯直径的实际值。

1.2 阀套测量

采用分度值为0.05μm的高精度电子柱式数显气动量仪与标准量环配套测量，根据产品的尺寸选择合适的量头、量环。气动量仪测得示值的准确程度取决于标准量环的准确度，而标准量环的示值是通过分度值为0.02μm的高精度精密孔径量仪与标准量块相对测量得到。

1.2.1 标准环检测。采用三等量块组合标准环的标刻尺寸，将组合的量块置于精密孔径量仪的工作台上，通过精确地调整仪器使其往复点为一恒定值，使仪器示值置零状态。取下量块将标准环置其工作台上，通过准确的测量得到其误差值，组合量块的实际尺寸与测量得到的误差值的代数和即为标准量环的实际值。

1.2.2 零件的测量。调整仪器，通过两个标准量环准确调整好气动量仪的放大比等，然后分别测量被测零件五个位置的直径尺寸，得到其锥度、椭圆度的测量值。

1.3 产品几何形状测量

产品要求对圆柱度和直线度进行测量和控制，采用高精度的圆柱度测量仪，以精密回转中心为回转测量基准，精密直线运动导轨为直线测量基准，通过其位移传感器测量圆柱体表面若干截面在不同转角位置上的实际轮廓到回转中心线半径的变化量及圆柱体表面的圆柱度值。

1.3.1 圆柱度测量。首先调整仪器，通过圆柱度仪测量软件使机器置于“回家”状态。将阀芯、阀套分别置于圆柱度仪回转工作台上固定好，调整测头与零件工作面接触，再通过软件功能对工件反复进行精确的自动调心和

调平。

测量时，利用操作软件分别测量阀芯、阀套不少于五个截面的圆度值，每个截面重复测量五次，取其平均值作为各个截面的圆度测得值。采用最小二乘法通过软件功能进行评定并合成圆柱度测量值。

1.3.2 直线度测量。测量时仔细调整仪器，使仪器处于最佳状态，并对工件进行调心、调平。

测量时，利用操作软件分别测量阀芯、阀套不少于三个方向的直线性，每个方向重复测量五次，取其平均值作为各个方向直线度的测得值。

通过上述的测量，既可确定阀芯、阀套的直径值和圆柱度、直线度值，若满足技术要求则可进行下一步的分析和判定。若对其进行不确定度分析和计算，处于极限状态的偶件也可能产生不合格的可能，因此，在选择适宜的测量方法的同时，还应采用不确定度理论对测量系统进行分析以保证测量结果的科学性和准确性。

2 测量不确定度分析

为得到一个准确、可靠的测量结果，在选择好的测量方法的同时，应对测量不确定度进行分析和评定，其分析与评定项目包括测量过程中的人、机、料、环等因素，下面选择具有代表性的阀套测量不确定度分析过程如下：

在阀套测量过程中，采用分度值为0.05μm的高精度电子柱式数显气动量仪与标准量环配套测量气动量仪，不确定分析如下：

2.1 示值误差引入的标准不确定度u1

电子柱式气动量仪最大允许示值误差U=0.1?m，服从正态分布k=3，u1=U/k=0.1/3=0.03?m。

2.2 标准环规的示值引入的标准不确定度u2

2.2.1 精密孔径量仪最大允许示值误差U=0.14?m，服从正态分布k=3，u1=U/k=0.14/3=0.05?m。

2.2.2 三等量块（10～25）mm的测量不确定度为0.12?m，服从正态分布k=3，u2=0.12/k=0.04?m。

2.2.3 标准量环重复性引入的标准不确定度用极差法计算：

S（x）=（Rmax-Rmin）/dn=（0.06-0.02）/1.69=0.03?m

u2=（u12+u22+u32）-2=0.07?m

2.3 阀套测量重复性引入的标准不确定度u3

重复10次测量结果分别为：

0.05?m 0.00?m 0.05?m 0.10?m 0.10?m 0.00?m

0.10?m 0.15?m 0.05?m 0.10?m

根据贝塞尔公式算得实验标准偏差为：S（x）=0.05?m

2.4 合成标准不确定度uc

uc=（u12+u22+u32）-2=0.09?m

2.5 扩展不确定度U

U=kuc=2×0.09=0.18?m（k=2）

3 结语

滑阀偶件配合间隙的测量和控制，通过选择合适的检测设备、科学的测量方法、合格的人员、受控的环境条件等多方面的控制，才能得到满意的结果。通过测量质量控制，间隙量在2～5μm之间的偶件在后续的装配、性能调试分析中均得到了满意的效果。通过采用科学的方法对测量方案所确定的测量系统不确定度进行分析，方能保证测量结果的准确性。

铁路精密测量技术应用研究 篇4

1 精密测量原理及研究

铁路精密工程测量技术标准核心是研究确定平面和高程控制网的精度要求, 以满足铁路施工控制要求, 进而保证铁路的安全平稳运行。根据铁路轨道平顺性精度高的要求, 线路必须具备非常准确的几何参数。轨道的几何参数测量包括一定的外部几何尺寸测量和内部几何尺寸测量。轨道的外部几何尺寸是轨道在空间三维坐标系中的坐标和高程。外部几何尺寸的测量也称之为轨道的绝对定位。内部几何尺寸即轨道自身的几何尺寸, 包括轨距、水平以及轨道纵向高低和方向的参数。内部几何尺寸的测量也可以称之为轨道的相对定位。

铁路轨道必须具有精确的几何线形, 精度要求控制在±1mm~2mm, 测量控制网的精度在满足线下工程施工控制测量要求的同时必须满足轨道铺设的精度要求, 使轨道的几何参数与设计的目标位置之间的偏差保持最小。而轨道的铺设施工和线下工程 (路基、桥梁、隧道、站台等) 施工放样是通过由各级平面高程控制网组成的测量系统来实现的。为了保证轨道与线下工程的空间位置坐标、高程相匹配, 须根据铁路勘测、施工、运营维护需要设立精密测量控制网。

2 精密测量步骤

采用先进的传感器、专用便携计算机、全站仪和无线通讯, 检测高低、轨向、水平、轨距等轨道不平顺参数, 精确确定线路轨道的实际位置。

2.1 资源配置

(1) 人员组织:1人操作轨道检测小车、1人操作全站仪、2人安装和拆卸棱镜。

(2) 设备组织:轨道检测小车、全站仪。

2.2 工艺流程

(1) 工前检查。

检查轨道检测小车的工作状态, 松开轨距测量轮, 校准超高测量传感器。

(2) 精测过程。

(1) 将所有测量控制点数据文件调入备用。

(2) 确定全站仪自由设站点的坐标、方位和全站仪横轴中心的高程。全站仪与轨道检测小车的距离要保持在10m~70m之间, 通过前后各4个连续CPIII (CPIII控制网又名基桩控制网, 是高速铁路测量最基本的控制网) 基标上的棱镜, 自动平差、计算确定位置。改变测站位置, 必须至少交叉观测后方利用过的4个控制点。为加快进度, 宜配备2台同型号的全站仪。

(3) 观测确定轨道检测小车上棱镜的绝对位置 (X、Y和Z) 。

(4) 轨道检测小车移动到下一个测量位置, 全站仪自动照准、测量和记录, 确定该点钢轨的精确坐标。

2.3 注意事项

(1) 为精密测量提供足够的视野。为避免白天外界条件的干扰, 轨道检测小车宜晚间作业。

(2) 仪器应架设在稳定性高的地点, 避免各种振动带来的影响。

(3) 尽量避免撞击仪器。

(4) 装配系统时, 应避免将任何部件 (比如瞄准器) 放置在要被拧紧的部分之间。

(5) 轨距测量轮对轨道内侧约12kg重的压力, 放测量轮时一定要小心, 将仪器从轨道上搬起时要确保测量轮已脱离轨道。

(6) 整个系统重将近35kg, 搬动整个仪器至少需要两个人。

(7) 轨道检测小车是高精度测量仪器, 不能作为运输车作用, 不能够将货物放在检测小车上。

3 精密测量时的精度控制

为了保证实际测量作业的精度, 必须做好各方面的精度控制。主要包括测量仪器误差的控制、设站精度的控制以及现场的检查控制。

3.1 控制仪器误差

选用高精度的全站仪, 选用的全站仪测角标称精度≤1°, 测距标称精度≤2mm+2ppm。在首次使用前、每次精密测量前以及作业期间一定间隔时间内对全站仪进行校准。需把温度、气压和湿度等气象参数输入全站仪, 实现测量中的气象改正。

首次使用前和作业期间间隔两周以内在标定台上对轨距、轨向和高低进行标定。每次测量作业前对水平传感器进行校准, 校准后在可在同一点进行正反两次测量, 测量值偏差应在0.3mm以内。

3.2 控制设站精度

采用6个控制点自由设站, 如果现场条件无法满足, 至少应选用4个控制点, 最少测量一个测回 (盘左一遍, 盘右一遍) 。自由设站后, 应观察测站精度以及所用CPIII控制点位相对精度, 如发现某一控制点的精度偏差过大, 应查明原因并进行补测。如果发现控制点位发生位移, 应剔除该点。

3.3 现场检查控制

对棱镜和棱镜连接器进行筛选, 选择一组相对精度高的组合。对CPIII控制点进行校核, 确保控制点的准确性。全站仪在某一站架设时间过久 (一个小时以上) 或者外界条件变化较大时, 要校核方向偏差。精密测量时, 应使用轨检尺对水平传感器进行不定期的比对。测量值偏差超过0.5mm, 应该重新标定水平。

4 精密测量技术未来发展方向

近年来, 精密测量技术发展迅速, 成果喜人。随着光机电一体化、系统化的发展, 光学测量技术有了迅速发展, 相应的测量机产品大量涌现, 测量软件的开发也日益受到重视。利用光学原理开发的非接触测量机及各种装置非常多。如索尼精密工程公司的非接触形状测量机YP20/21也是利用半导体激光高速高精密自动聚焦传感器的形状测量机, 所有刻度尺均系标准元件, 传感器和载物台均由微型计算机控制, 具有优异的操作性能和数据处理功能。非接触三坐标测量系统Zip250是一种高刚性、高速、高精密的新型测量机。该机载物台的承载量为25kg, 刻度尺的分辨力 (X、Y、Z轴) 均为0.25μm。机上装配了带数码法兰盘的CCD摄像机和最新DSP处理器, 因此可进行高速图像处理测量, 同时也可与接触式测头并用进行相关测量。例如这些测量仪器在线路测量技术, 已可进行实时测量与显示。这种精密测量技术应用到铁路上面前景将非常广阔。其精密测量技术未来发展方向: (1) 测量精度由微米级向纳米级发展, 测量分辨力进一步提高; (2) 由点测量向面测量过渡 (即由长度的精密测量扩展至形状的精密测量) , 提高整体测量精度; (3) 随着图像处理等新技术的应用, 遥感技术在精密测量工程中将得到推广和普及; (4) 随着标准化体制的确立和测量不确定度的数值化, 将有效提高测量的可靠性。

5 结语

铁路线路测量系统有关技术的研究是在当前我国铁路大提速的背景下展开的, 具有极高的社会意义。本文以精密工程控制测量为基础, 阐述了铁路线路精密测量的原理和方法, 为了达到轨道精密测量的高精度要求, 必须从控制网建立到精调作业等做好误差分析以及各个方面的控制措施。

参考文献

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光电精密测量显微镜 篇5

实验目的熟悉用图像处理系统进行光电精密测量的基本原理和方法，对典型工件进行实际测量和计算。

数字图像处理简介

图像处理可以应用光学方法，也可以应用电子学方法，光学图像处理方法有很长的历史，如光学滤波器等。在激光全息技术出现后，它得到进一步发展，尽管光学处理理论日趋完善，且处理速度快，分辨率高，又很经济，但处理精度不高，稳定性差，设备笨重，操作不便。从六十年代起，随着电子计算机技术的发展，数字图像处理获得了飞跃的发展，所谓数字图像处理，就是利用数字计算机和其它数字硬件，对从图像信息转换而来的电信号进行某些数应用数字计算机处理图像，处理精度高，改变软件即可改变处理方法，灵活方便。目前，数字图像处理技术已经在航天技术，通信工程，医疗卫生，工业探伤，气象预报，军事公安以及自动控制，机器人等领域得到了广泛的应用。数字图像表示方法：

本实验所处理的单色图像是指二维的光强度函数f（x，y），此外x和y是指空间的坐标，而在任意点（x，y）上f的值正比于图像的亮度（灰度等级）。

一幅数字图像是图像f（x，y），它是在空间坐标上和亮度上都已经离算化了的图像，可以把一幅数字图像考虑为一个矩阵，其行和列标出了图像中的一个点，而相应的矩阵中元素的值，标出该点的灰度等级，这样的数字阵列的元素叫象素。

精密测量方法

用精密显微光学成像系统获取被测工件图像，再用CCD采集被测工件的显微数字化图像通过 USB接口传到计算机内，利用图像的边缘提取技术和最小二乘法原理进行直线或曲线数字拟合实现对被测工件的精密测量。测量系统示意图如图所示。

使用第三轴为亮度的透视画方法观察一个图像函数，则对应于亮度等级变化较大的区域呈现一系列高峰，而亮度等级变化小或者不变的区

域则为平滑区，按照一般规定惯例，高一些的值正比于亮一些的区域。测量内容

测量器件为一微孔光阑，对其孔的尺寸进行形状测量。或者用其他工件，如

1；测量两平行边的距离；

2；测量圆形、或圆孔的直径、半径；

3；测量两斜边线之间的夹角。

主要性能参数

像尺寸：640╳480 像素，像素尺寸：0.7m。

工作台移动范围：根据测量目标大小。

测量范围：按照读数显微镜参数。

测量精度：0.001mm。

测量步骤

1；按图示调整读数显微镜，将刀片齿孔清晰成像。

2；打开计算机，进入OK Image Product软件，点击OK.Demo5.33,置于“A实时显”。

3；将CCD摄像头（无透镜）对准读数显微镜目镜，调整各种位置使得显微镜已经所成的清晰图像再成于计算机屏幕，包括十字线。4；调整读数显微镜及测量目标，使得图形不倾斜。

5；点击“单帧采”，该图像已被采集，点击“F文件”，到“存屏幕图像文件”，默认BMP格式，选择存储位置，将其保存。

6；再点击“F文件”，到“装入图像文件”，将已经保存的图像调入显示。

7；此时鼠标点到之处，屏幕上方显示坐标值x,y（按像素）,等号后就是灰度数据。

8；根据测量目标拖动鼠标，纪录显示坐标值（像素）和灰度值。相当于读数显微镜的手轮。

9；读数时，对于某一固定y,读出一系列x值，数据将是一矩阵，第三维 则是灰度。

精密测量技术 篇6

关键词: 精密水准测量 Excel 平差

中图分类号: TP39 文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-053-02

1 引言

目前,精密水准测量数据的记录、处理、检验和平差大多由人工结合计算器来完成,大量数据使计算变得繁琐、复杂并容易出现错误且不易发现,对数据的检查又加剧了数据处理负担。

Excel采用电子表格方式处理数据,将Excel应用于精密水准测量的数据处理中,可以使数据处理过程一体化,达到事半功倍的效果。本文基于精密水准测量的原理,应用Excel强大的函数功能,将原始数据录入Excel的电子表格从而完成数据处理、平差和检核等全部工作,并以中国矿业大学控制网水准测量为例验证了计算结果的可靠性。研究成果对减少测量劳动强度,提高计算结果的准确性具有实际意义。

2Excel简介

Microsoft Excel是微软公司的办公软件Microsoft office的组件之一,是微软办公套装软件的一个重要的组成部分,它可以进行各种数据的处理、统计分析和辅助决策操作,广泛地应用于管理、统计财经、金融等众多领域。

3 精密水准测量数据处理与平差原理

水准测量中未知点高程的计算:以某一测站为例,如图1所示:已知点A高程为HA,求B点高程。分别在AB两点立尺,在AB中点架设仪器瞄准AB两尺并读出a和b,则HB=HA+a-b。

图1 水准测量原理示意图

精密水准测量中每一测段的往测与返测,其测站数均应为偶数,由往测转向返测时,两面水准尺应互换位置,并应重新整置仪器,以削减两水准标尺零点不等差等误差对观测高差的影响。依据水准观测的技术要求,精密水准测量中仪器距前、后视水准尺的距离尽量相等,二等水准测量测站前、后视距差应小于1.0m,前、后视距累积差应小于3m。这样可以消除或减弱与距离有关的各种误差,对观测高差的影响。其基铺分划读数之差应满足:基+K–铺 ≤0.4mm(K=3.0155m)。

中误差是衡量精度的一种指标,往返测高差平均值的每公里偶然中误差为:

式中,是各测段往返测的高差不符值,取mm为单位;R是各测段的距离,取km为单位;是测段的数目。

水准测量的概略平差计算:观测值与重复观测值之差或与已知点的数据不符值,通称为闭合差,(在闭合水准路线中H始=H终)。消除闭合差的原则一般按测站或距离等比例反复改正各段的观测高差, 第 i 测段的改正数 Vi 按下式计算: 式中,Si为第i测段的距离,S为总距离。高差改正后应检查改正后高差总和与理论值是否相等, 然后按顺序推算各点高程。求得最后一个已知点的高程时, 再次检查与已知值是否相等,以保证各点的高程正确。

4 Excel在数据处理中的应用

精密水准测量分往测和返测,为方便计算和查询,用Excel处理数据时分别将sheet1、sheet2、sheet3改名为往测、返测及结果。往测表格用于处理往测数据,返测表格用于处理返测数据,结果表格将往返测相关数据汇总进行平差处理。各表格单元格中的具体函数设置如图2。

以往测表格为例:排版并在前几行输入各表项。在E5中输入=C5-D5来计算后距将鼠标指针放在E5单元格的右下角拖拽填充柄至E38,在H5中输入=F5-G5来计算前距,在I5中输入=E5-H5来计算前后视距差,在K5中输入=E5+E6+H5+H6来计算本测段距离,在P5中输入=L5-M5来计算基本分划的高差,在Q5中输入=N5-O5来计算辅助分划的高差,在R5中输入=P5-Q5来计算基辅高差之差,在S5中输入=AVERAGE(P5:Q5)来计算基辅高差的平均值,在T5中输入=(L5+301.55-N5)*10来计算后尺基辅分划读数之差,在U5中输入=(M5+301.55-O5)*10来计算前尺基辅分划读数之差。接下来仿照前面的方法将H5、I5、K5、P5、Q5、R5、S5、T5、U5单元格的填充柄分别拖拽至相应的第38行。对于前后视距差累积的计算比较特殊,在J5中输入公式=I5,在J6的中输入=I6+J5回车把鼠标指针放在J6单元格右下角,拖动填充柄至J38。返测表格的设计和往测完全一样。

图2 往测及结果电子表格设置图

如图2,其中平差结果表格:在B5-B21中分别输入=往测!K5、=往测!K7……=往测!K37将往测各测段距离引入,在C5中输入=10*SUM(往测!S5:S6),C6-C21中采用类似的输入法将往测各测段高差求出并引入。在B26中输入=SUM(B5:B21)来计算往测总距离,在B27中输入=SUM(F5:F21)来计算返测总距离,在C26中输入=SUM(C5:C21)来计算往测闭合差,在C27中输入=SUM(G5:G21)来计算返测闭合差,在B26中输入=-(B26+B27)/20000来计算往返测平均距离单位为km,在D5中输入=B5*$C$26/$B$26来计算往测各测段的改正数,在E5中输入=C5+D5来改正高差,在K5中输入=E5+I5来计算往返测高差不符值,在L5中输入=4*SQRT(-J5/10000) 计算测段往返高差不符值限差,在M5中输入=(E5-I5)/2来计算往返测高差平均值。对于测点高程,第一个点为已知点,则在O6中输入=M5/1000+O5计算其余点高程,在E26中输入=0.5*SQRT(-(K5^2/J5+K6^2/J6+ ……+K21^2/J21)/17)来计算每公里偶然中误差,在F26中输入=4*SQRT(D26)来计算闭合差限差。对于表格中的返测部分和往测一样。接下来仿照前面的方法将D5、E5、H5、I5、J5、K5、L5、M5、O6单元格的填充柄分别拖拽至相应的第21行即可。

水准测量中对各项的限差有明确的规定,如果某项超限则应该返工重测, Excel对各项的数据采用条件格式功能,当单元格中的数据超限时相应数据变成红色并加上删除线。

5 工程应用

中国矿业大学南湖校区因建设需要,需进行全校区的二等水准网布设。水准路线如图3所示。

图3 南湖校区闭合水准路线图

此次作业的所有观测技术均符合要求且数据获取真实、有效,其中I21为已知二等水准点。数据的平差结果和各待测点高程如图2所示。以上各项数据的限差均在规定的范围内。

分析“结果”表格:可从中直接得到此闭合二等水准网的精度,即每千米往返测高差中数中误差为:0.010mm。依据作业要求,闭合差或往返较差为4√L(mm)(L为该测段的长度,单位:km)。此次测量中往测闭合差为0.035mm,返测闭合差为-0.535mm,均小于限差5.842mm。

从此例可以看出,Excel在精密水准测量数据处中是方便可行的。

6 结束语

本文给出了精密水准测量的原理和使用Excel表格处理水准测量数据的方法,将Excel用于精密水准测量的数据解算、平差和检核过程中,不仅加快了数据处理的速度,而且使计算过程和结果表达直观易懂。通过实际工程的应用,表明将Excel应用于水准测量数据处理过程中的可行性与便捷性,具有实用价值。但本文只给出了二等水准测量的数据处理表格,如果能结合Excel中的VBA编程实现二等、三等、四等水准测量于一体的数据处理表格会更好。

参考文献:

[1] 刘均华,陈晓鹏,杨穆尔,等.开天辟地――Excel 2003/XP高级案例[M]. 吉林:吉林电子出版社,2005.

[2] 高井祥,肖本林,付培义,等. 数字测图原理与方法[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.

[3] 张华海,王宝山,赵长胜,等. 应用大地测量学[M]. 徐州:中国矿业大学出版社,2008.

[4] 杨延有,蒋联余,俆汉超.Excel 在水准测量内业处理中的应用[J].现代测绘,2007, 30 (3):29-31.

精密测量技术 篇7

关键词：精密测量,发展现状

1 引言

2008年国际安全与控制博览会(Control 2008)于2008年4月22～24日在欧洲最大生产技术研究基地德国斯图加特市举行。本次展会主要展出与质量控制相关的仪器与设备,其中大部分是与精密测量技术相关的,如三坐标测量机、光学量仪、刀具预调仪、粗糙度量仪和齿轮量仪等。本次展览会以德国企业为主,由于德国的机械、控制与软件技术一直位于世界的前列,同时德国也是三坐标测量机的故乡,所以本次展会也基本上代表了精密测量的发展前沿。

精密测量技术是先进生产力的代表,它是集先进制造、自动控制、电子、光学、图形图像及计算机技术为一体的综合性交叉学科,与精密加工紧密联系在一起[1]。近年来,精密测量产业得到了迅猛的发展,年产值以每年20%以上的增速增长,其产品主要包括:三坐标测量机、齿轮测量机、粗糙度测量仪、刀具预调仪等等,其中三坐标测量机引领了精密测量技术的方向。从Control2008来看,精密测量技术得到了长足的发展,许多新技术被应用到了精密测量行业中。本文首先对Control2008所展现出来的新技术和新发展进行了总结和回顾,总结了精密测量技术的发展现状,最后对精密测量技术的发展进行了展望。

2 精密测量技术的最新发展

Control2008是精密测量技术发展的最新体现,许多新技术在精密测量仪器上得到了应用,精密测量也呈现出许多新的特点,主要如下:

(1)测量精度由微米级向纳米级发展。前几年,精密测量主要以微米级测量,三坐标测量机与齿轮测量机的精度大体集中在2～10μm之间。现在,微米级的三坐标测量机已经比比皆是,许多大公司已经成功研发了纳米级的三坐标测量机,Zeiss公司的F25型三坐标测量机,如图1所示,其测量精度可以达到250nm,Leitz公司的PMM-C型高精度三坐标测量机,其精度可以达到400nm。原子力显微镜和扫描探针显微测量技术的应用[2],实现了原子尺度上物质结构的直接观测和原子操作,成为近年来最前沿的超精密测量技术,可以达到原子级的空间分辨力。

(2)非接触式测量技术更加成熟。随着CCD技术和激光技术的进步,非接触式测量已经在精密测量行业中占据越来越大的份额。虽然,非接触式测量的精度和接触式测量还有一定的差距,但是,非接触式测量具有明显的特点和优势:(a)非接触式测量能进行许多接触式测量所不能完成的工作。对于许多小工件,由于接触式测头不能深入到测量部位,根本不能测量,而非接触式测头就不存在这种限制,只要光线可以到达的地方,将可以实现测量;由于测量力的存在,接触式测头也不能测量软材料。(b)非接触测量方便快捷,使得测量效率大大提高。如图2所示,对于复杂的工件,原来使用扫描测头可能需要1天的时间,现在采取线激光测头进行扫描,可能1h就够了;对于分拣系统,利用摄像头快速提取流水线上的工件尺寸,快速判断出这个工件是否合格,然后根据结果将其发送到不同的部门,合格的直接打包、不合格的发送到废品处,极大地提升了测量效率。

(3)测量手段更加丰富。除了传统的触发式测头和电感,近年来已经出现了越来越多的测量方式,包括:三维测头、扫描测头、激光测头、照相机、X-Ray、原子显微镜、扫描探针显微镜等等。三维测头已经被广泛应用在齿轮测量中,齿轮的测量效率得到了极大提升;基于CCD的照相机已经大量应用于刀具检测;激光测头也已经被大量应用于汽车检测、模具行业和在线检测等;扫描测头的出现大大提升了接触式测量的速度和效率,Renishaw最近推出了具有革命性的五轴扫描技术Revoscan5,如图3所示,Revo则是应用其技术的第一个产品,扫描速度可以达到500mm/s,采点速率可以达到6000点/s;德国Werth公司最近推出的X光断层扫描式三坐标测量机,将X射线应用到了精密测量领域,使用X光断层扫描测量系统与传统接触式探测系统相结合,可以精密测量被测工件的内部结构形状尺寸;另外原子力显微镜和扫描探针显微镜能够实现原子级别的精密测量。

(4)功能更加强大。随着硬件功能的提升以及测量软件的不断升级换代,尤其是扫描测头的应用使得三坐标测量机的测量范围更加广泛,比如德国的Wenzel和Leitz的三坐标测量机除了能够测量传统的零件,也可以检测齿轮、叶片、凸轮等特殊工件,如图4所示。测量软件业呈现出许多新的特点:(a)CAD导入导出功能。系统能够直接读取CAD文件,与测量结果直接进行比对。(b)图形化功能。把测量仪器、工件、测头等在软件中用OpenGL实现三维造型,动态模拟测量过程,所见即所得,非常直观。(c)自动防碰撞检测功能。在测量过程中,及时检测碰撞状态,如果有可能发生碰撞,则停止机床运动,大大提高了机器的安全性,使得测量过程更加安全可靠、快速便捷。(d)二次开发功能。软件系统为用户提供了更多自主测量的空间。哈量的6810B型三坐标测量机就是一个典型的应用实例,它使用了英国的AXEL软件,它具备了CAD接口,可以与AutoCAD、Pro/Engineer等直接交换数据,具有图形化功能,测量直观简便,还具备碰撞检测功能和二次开发功能,使得软件功能非常强大。

(5)测量效率显著提高。目前的精密测量不但要求精度高,还需要高的测量效率。随着电机技术、测头技术、控制器技术的不断提升,近年来测量效率不断提升。许多有利于定位的机械结构得到了应用,比如机器人结构,由于其定位快速灵活,已经在国外的精密测量行业中得到了大量应用。

(6)数据传输技术的多样化。除了传统的电缆传输,更多的数据传输技术被应用到了精密测量技术中,其中网络传输和无线传输对精密测量的作用最具有革命性。网络传输使精密测量加入了网络化时代,技术人员无论身处何处,通过网络就可以实现对工件测量数据的监控,及时发现测量过程中存在的问题,提出解决方案,从而大大提升了解决问题的速度。而无线传输则摆脱了传统的电缆的束缚,使得测量更加轻便。图5是NDI公司的一款无线传输的激光三坐标测量机,工作人员通过手持激光测头对工件进行测量,测量数据通过无线方式传送到主机,实现数据处理,摆脱了电缆和三坐标机架的束缚,开创了新的测量方式。

3 精密测量技术发展展望

从Control 2008来看,精密测量技术即将进入一个高速发展期,更多的新技术将被应用到精密测量领域,同时应用也将更加成熟。未来的精密测量技术将呈现出如下的发展态势:

(1)功能更加强大。随着测量软件和硬件水平的提高,各种精密测量仪器之间开始出现交叉,尤其是作为通用型的精密测量仪器的三坐标测量机,有逐渐取代其它测量仪器的趋势,其测量功能越来越强大。未来极有可能出现无所不测的巨无霸仪器,集齿轮测量、形位公差测量、粗糙度测量、光学测量为一体,实现一机多用的目的。

(2)精度会进一步提高。进一步提高测量精度仍然是各大生产厂商的目标,测量精度也势必从目前的微米级测量向纳米级测量发展。

(3)非接触测量所占的比重将加大。随着CCD技术和激光技术的不断成熟,测量更加便捷的非接触式测量将得到越来越大的重视,其在精密测量中所占的比重也势必越来越大,占据主导地位也指日可待。

(4)软件补偿技术应用更加广泛。软件补偿作为硬件调整的有力补充,对提高测量精度起到关键的作用。当硬件补偿及其困难时,软件补偿将起到更加重要的作用,其应用也会更加广泛。

(5)在线测量。如果零件存在加工误差,经过检测后,重新装夹进行加工必然带来重新定位的误差,如果能够实现在线测量,就能消除重新定位带来的误差,提高加工精度,同时由于减少了重新装夹,也大大提高了效率,所以,在线测量也变得越来越重要,未来的几年将是在线测量的发展高峰。

(6)集成化程度更高。更多的新技术将在精密测量行业得到应用,CAD技术、在线测量、在线监控、网络传输、在线诊断等都可以集成在一个系统中,使得无论你身处何处,都能得到实时直观的数据。另外,测量机床也可以直接读取加工机床的信息或者刀具信息,使得加工与测量的集成度更高。

参考文献

[1]谢华坤.CIMT2007精密量仪展品点评[J].工具技术,2007,41(8):72-76.

精密测量技术 篇8

新建福州至平潭铁路平潭段起讫里程为DK70+564~DK88+099, 线路途经平潭县大练乡、苏澳镇、平原镇、中楼乡, 正线全长17.535 km, 其中公铁合建长度5.287 km。技术标准为Ⅰ级双线铁路, 设计时速200 km;双向六车道高速公路, 设计时速100 km。本标段测区内线路所处区域场地狭小, 交通运输以水运为主;北东口水道特大桥跨越海坛海峡, 桥位处水深、浪高、潮差大, 台风多。

2 复测内容

本次内容包括CPⅠ, CPⅡ, 高程控制点的精密控制网复测。根据2013年11月中铁第四勘察设计院《福平铁路精密控制测量建网成果》《精密测量控制网交桩后更新成果表》 (2014年5月) , 参考2013年11月复测成果报告, 补充观测CPⅠ042点, 使全标段CPⅡ点均被CPⅠ包住;在大练岛码头增设CPⅡ076A点, 并增加起算点的稳定性检验。复测的点位如下:1) 基础平面控制网 (CPⅠ) 复测:11个CPⅠ点 (点号DQ17, DQ18, CPⅠ034, CPⅠ035, CPⅠ036, CPⅠ037, CPⅠ038, CPⅠ039, CPⅠ040, CPⅠ041, CPⅠ042) 。2) 线路平面控制网 (CPⅡ) 复测:包括复测合格的11个CPⅠ点和12个CPⅡ点 (点号CPⅡ76, CPⅡ77, GCPⅡ78, CPⅡ79, CPⅡ080, CPⅡ081, CPⅡ082 (已破坏, 补点编号为CPⅡ082A) , CPⅡ083, GCPⅡ084, CPⅡ085, CPⅡ086, CPⅡ087) 同时增设CPⅡ076A点。3) 二等水准网复测:深埋水准点2个 (点号SMBSⅡ010, SMBSⅡ011) ;二等水准点24个 (点号BSⅡ011~BSⅡ014, CPⅠ035, CPⅠ037~CPⅠ041, CPⅡ076, CPⅡ077, GCPⅡ078, CPⅡ079~CPⅡ087, DQ17, DQ18) 。

3 测量人员及仪器情况

本次复测人员分1个GPS平面测量组、1个水准测量组。主要人员具有工程测量专业资格, 其中高级工程师1人, 工程师1人, 助理工程师1人, 技术员5人。复测使用的仪器设备均经测绘仪器计量检定单位检定合格, 并在有效期内, 可用于相应等级精度要求的测量工作。仪器设备清单见表1。

4 与相邻标段共用点情况

小里程端与FPZQ-3相邻, 平面共用点DQ17, DQ18, 高程共用点DQ17, DQ18。

5 平面坐标和高程系统

本标段平面坐标系统采用独立工程坐标系, WGS-84坐标系椭球参数, 长半轴a=6 378 137.0, 扁率1/f=298.257 223 563, 测区平均高程异常值15 m (见表2) 。高程系统采用1985国家高程基准。平差计算时, 坐标及高程起算点选取位于标段两端、经起算点稳定性检验、确认满足相邻点间坐标差之差的相对精度小于1/25 000的点。

6 测量精度等级及施测方法

6.1 控制网等级

平面控制网分两个等级:CPⅠ网按二等GPS网精度施测;CPⅡ网按三等GPS网精度施测。复测前在点位勘验时, 用手持GPS将需要复测的各个点进行现场采集其大地坐标, 将大地坐标通过同济大学的Geo Trans软件将采集的大地坐标转换成相应的平面坐标, 再将平面坐标利用快速展点小程序展点进Auto CAD当中, 依据展点图、测区内结构物位置等因素进行GPS外业的观测计划排点。这样排出的外业数据采集计划, 观测后的图形同步环、异步环图形强度刚强、稳定、科学合理。水准测量按二等水准网精度施测。

6.2 控制网施测方法

1) GPS网施测。a.复测构网要求。本次平面控制网复测采用GPS静态定位技术施测, 按GPS测量精度要求, 构网形式与原测相同, 同步作业图形之间采用边连接形式, 由大地四边形构成。b.GPS测量前的准备工作。测量前首先进行现场勘查, 检查标石的完好性。对仪器进行检定, 检查技术参数设置, 检查脚架是否松动、基座水准器、光学对点器状态是否正常。准备交桩资料、点之记、测量记录等。

2) 水准网施测。a.观测方式。本标段共有深埋水准点两个 (SMBⅡ011, SMBⅡ010) , 与相邻标段搭接水准点两个 (DQ18, DQ17) , 本次采用附合水准线路测量。水准复核测量按原测二等精度进行, 采用单线路往返观测。同一区段的往返测量使用固定的仪器和转点尺测, 沿同一道路进行。水准线路图如图1所示。同一区段的往测 (或返测) 与返测 (或往测) 应尽量分别在上午与下午进行。b.观测顺序和方法。二等水准测量应形成附合水准路线, 每一测段都以偶数站结束。电子水准仪的观测顺序是:往、返测奇数测站照准标尺顺序为:后—前—前—后;往、返测偶数测站照准标尺顺序为:前—后—后—前。

3) 跨海水准测量。本标段进行跨海水准测量的水准点为海坛海峡两岸的BSⅡ013, BSⅡ011。跨海水准测量采用测距三角高程法, 使用徕卡天宝S8全站仪、徕卡单棱镜组、装有自动数据采集软件的天宝TSCⅡ手簿、温度计、气压表。距离、垂直角观测使用全站仪的自动照准 (ATR) 功能, 多测回测角功能。每站观测4组, 每组观测12个测回。观测时间选择在气象条件相对稳定的阴天进行, 共进行2次观测。

7 CPⅠ, CPⅡ网数据处理及精度分析

当天外业采集的数据上传到计算机上之后, 通过Convert To RINEX3.02软件, 将所采集的数据转换成标准的RINEXT格式。

7.1 CPⅠ基线向量解算及精度分析

基线解算使用商用软件Trimble Business Center按静态相对定位模式进行, 采用广播星历, 多基线向量的双差固定解求解模式。利用观测值残差的均方差 (RMS) 统计结果, 对所有观测值残差绝对值大于3倍的RMS的观测值进行数据屏蔽, 不让其参与平差。同一时段观测值的数据剔除率小于10%。

1) 基线向量异步环闭合差。在解算出每一时段的CPⅠ基线向量后, 以三角形作为构环图形, 并计算闭合环坐标分量闭合差, 各坐标分量及全长闭合差应符合下式规定:

其中, n为闭合环边数, n=3;δ为GPS基线向量弦长中误差, , d为实际环平均边长, km。

CPⅠ观测11个点, 全网共有闭合环25个, 异步闭合环闭合差最大值为CPⅠ040~CPⅠ038~CPⅠ039, 闭合差为32.99 mm, 环长10 263.102 7 m, 限差为54.53 mm, 满足要求。CPⅠ控制网复测基线向量所有异步环闭合差均满足限差要求, 所有基线质量合格。

CPⅠ全网控制网共取重复基线37条, 重复观测基线不同时段较差最大值在CPⅠ042~CPⅠ039, Ws=9.669 3 mm, 边长为11 238.06 m, 其重复观测基线较差限差为34.784 8 mm, 满足要求。由以上统计数据表明, CPⅠ控制网复测所有重复观测基线较差均满足规范限差要求, 基线解算成果可靠。

2) 复测坐标较差。通过CPⅠ复测坐标与设计坐标比较, 各点ΔX差值最大值为4.2 mm, ΔY值最大值为8.6 mm, 平面点位精度满足不大于20 mm的规定。

7.2 CPⅡ网平差及精度分析

控制网平差采用武汉大学的COSA GPS (5.20版本) 后处理软件进行平差处理。

1) 三维无约束平差。独立环和重复基线满足要求后, 进行控制网无约束平差, 无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足下式要求:

其中, , a=5 mm, b=1 mm/km, d取各时段基线长度平均值, km。

三维无约束平差时固定CPⅠ042点, 全网最弱点DQ17 MX=0.63 cm, MY=1.06 cm, MP=1.39 cm。最弱边CPⅡ084~CPⅠ085边长相对中误差为1/243 000, 小于1/13 000, 满足规范要求。

由三维无约束平差精度统计数据可知, 控制网的基线向量自身的内符合精度好, 基线向量网的质量可靠, 在此基础上, 可以进行二维约束平差。

2) CPⅡ网复测结论。CPⅡ控制网复测过程及精度满足《高速铁路工程测量规范》中相关规定, 基线边方向中误差最大值为1.11″<1.7″, 最弱边相对中误差1/191 000<1/100 000。

CPⅡ复测坐标和设计坐标比较, ΔX差值最大值为9.2 mm, ΔY值最大值为13.7 mm, 满足不大于15 mm的规定。相邻点间约束平差后二维坐标差之差的相对精度最大值为1/100 332<1/80 000。

认为原测成果可靠, 点位稳定。

8 水准测量数据处理及精度分析

跨海水准测量。本标段进行跨海水准测量的水准点为海坛海峡两岸的BSⅡ013, BSⅡ011 (见表3, 表4) 。

跨海水准测量采用测距三角高程法, 使用天宝S8全站仪、徕卡3棱镜组、装有自动数据采集软件的天宝TSCⅡ手簿、温度计、气压表。

距离、垂直角观测使用全站仪的自动照准 (ATR) 功能。每站观测4组, 每组观测12个测回。观测时间选择在气象条件相对稳定的阴天成像清晰时进行, 共进行2次观测。

两次测量高差互差-4.54 mm, 水准点距离2.67 km, 按二等水准往返测计算限差为6.54 mm, 合格。

复测高差与设计高差的差值为0.44 mm, 按二等水准检测已测测段高差之差计算限差为9.8 mm, 合格。

9 结语

通过对原测成果的复测, 认为原设计成果可靠, 点位稳定, 可以用于本工程施工测量控制。大跨度宽阔海域二等水准的复测采用测距三角高程法, 更好地验证了这一方法在宽阔水域应用的合理性, 为以后类似工程测量控制积累了经验, 对其他铁路施工测量控制网施测具有指导意义。

参考文献

[1]福建福平铁路有限责任公司.关于福州至平潭铁路复测、加密作业指导书 (定稿) [Z].2013.

[2]张坤宜.交通土木工程测量[M].北京:人民交通出版社, 1999.

[3]TB 10101—2009, 铁路工程测量规范[S].

[4]TB 10054—2010, 铁路工程卫星定位测量规范[S].

精密测量技术 篇9

1.1 项目概况

新建大同至西安铁路原平西至西安北段客运专线工程, 自原平西站引出, 向南经忻州、阳曲后接入太原枢纽, 自太原南站引出经介休、洪洞、临汾、运城后, 在永济跨越黄河进入陕西省, 经大荔、渭南至西安北站, 正线全长678.220 km, 全线新建车站19个。

1.2 坐标系统

精密工程控制网建网测量及历次复测采用相同的坐标系, 即采用国家2000大地坐标系, 基本椭球参数 (长半轴为6 378 137, 扁率298.257 222 101) , 按影变形值不大于10 mm/km进行工程独立坐标系统设计。精密工程控制网高程建网测量及历次复测均采用1985国家高程基准。

2 CPⅠ, CPⅡ平面控制网的建立

2.1 控制网选点

1) 控制网选点原则。

控制点布设按照技术设计要求执行, 先图上布点、编号设计, 实地踏勘并选定点位。所选点位充分考虑了施工的影响, 布设在不易被破坏的地方;避免选择点位位于地势低洼的地方, 以免点位周围积水及被填埋;使用GPS测量点位应具备GPS测量条件:视野开阔, 附近无影响信号质量的电磁设备, 不位于大面积水域附近;所有点位均避免布设在新填埋土、垃圾堆等影响点位长期稳定的地方;洞内CPⅡ导线点及二等水准点均布设在排水沟与电缆槽墙顶部, 为永久控制点。

2) 平面起算点选点。

平面控制网起算已知点选用国家A, B级国家2000坐标系的已知点, 对已知点选择进行了优化设计。起算点选择设计时, 尽量使已知点沿线路走向均匀分布, 并便于CPⅠ网联测。

3) CPⅠ, CPⅡ点位选点。

基础平面控制网CPⅠ控制点沿线路走向布设, 约小于4 km布设一对, 长于1 km的隧道段洞口布设对点, 对点间距不小于800 m;洞外线路平面控制网CPⅡ点沿线路走向布设, 点间距为800 m~1 000 m;洞内CPⅡ点沿线路走向成对布设, 前后相邻点间距300 m~600 m, 以导线网成形式布设, 左右侧点位之间的里程差尽量小。

2.2 控制点埋设

1) 平面测量标志。

采用直径20 mm长30 mm的不锈钢材料, 下部采用普通倒T字形钢筋焊接而成, 见图1。其顶部刻0.5 mm深的十字分划丝, 上部安置标牌, 标牌上注记“大西客专CPⅠ×××”“大西客专CPⅡ××××”。标头顶高于标牌15 mm, 以便平面和高程点共用并便于外业测量。

2) CPⅠ, CPⅡ点埋标。

控制点标石采用混凝土预制桩, 预制桩内加钢筋笼, 以防止预制桩在运输及埋设过程中断裂。CPⅠ, CPⅡ预制桩顶面尺寸200 mm×200 mm, 底部尺寸为300 mm×300 mm, 高度为950 mm, 埋设规格及标注详见图2, 具体埋设见图3。

实地埋设时, 挖坑孔径规格为500 mm×500 mm, 底部最小规格为400 mm×400 mm, 埋设在冻土线下0.5 m。孔底部浇筑素混凝土, 然后放置预制混凝土桩后再填入素混凝土和素土, 上部建造保护井, 加保护盖。

DK701~DK712段为跨黄河区段, 其中黄河河床大约10 km, 线路经过河面3.3 km, 黄河河床内土质为黏质黄土、细圆砾土、粉质黏土、中砂、细砂, 其中靠河边多为中砂且大部分地面渗水严重, 为保证桩点的稳定性, 这一区段采用钢管固桩法进行CPⅠ, CPⅡ的埋设, 见图4。将3根长度3 m、直径50 mm的钢管打入坑中央, 3根钢管按相距50 cm的等边三角形排列, 然后浇筑50 cm厚度的灌浆片石, 放置预制桩标石, 回填护桩混凝土, 并做下标。

2.3 外业测量

1) GPS测量技术要求。

平面网GPS外业观测时CPⅠ按二等GPS控制网要求施测, 为了保证控制网的无缝衔接, 建网测量时对于设计分界段落重叠区域互相联测了一对CPⅠ控制点。

CPⅡ按三等GPS控制网要求施测, 观测技术要求见表1。

外业观测时开关机之前各量测一次仪器高, 两次仪器高较差需不大于2 mm, 并现场填写观测记录。

2) 洞内CPⅡ网导线测量技术要求。

洞内CPⅡ导线网均布设成双定向导线, 并尽量联测斜井口的控制点。外业观测时应满足技术要求, 如表2, 表3所示。

测距时读取温度和气压, 温度读至0.2℃, 气压读至50 Pa。温度、气压在现场记录, 并在测量时输入全站仪中, 对测距边进行温度气压改正。测量过程中还对每一测站的仪器高和棱镜高进行了量测, 并输入到原始观测数据中进行后续两化改正。

2.4 数据处理

1) GPS基线解算。

外业观测完成后, 采用商用软件LGO进行基线解算, 基线解算时进行了重复基线差、异步环闭合差等项检验, 最终提交合格的基线数据用于后续平差。基线质量检验限差表见表4。

经检核, 平面控制网GPS基线解算质量全部合格, 重复基线及环闭合差的各项指标满足要求。

2) GPS网平差计算。

建网测量时进行了大同至西安客专全线CPⅠ网整体平差, 平差计算时采用选定的国家A, B级GPS点作为起算已知点进行三维约束平差计算, 然后进行投影分带计算得到最终CPⅠ网平面坐标。

CPⅠ网采用武汉大学COSAGPS平差软件在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差, 然后采用国家GPS B级点三维坐标成果进行约束平差;CPⅡ采用武汉大学COSAGPS平差软件在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差, 然后采用CPⅠ三维坐标成果进行约束平差。约束平差完毕, CPⅠ网和CPⅡ网按设计的投影分带进行坐标转换, 各带间至少重合了两个公共点。为了便于后续施工应用, 减少错误, 每个带成果后明确注明了对应的线路里程范围。

3) GPS测量精度指标统计。

首次建网测量平差后, 本段CPⅠ基础控制网最弱边方向中误差为0.62″, 最弱边边长相对中误差1/285 000, 满足规范要求的基线边方向中误差不大于1.3″, 最弱边相对中误差不大于1/180 000的精度要求;CPⅡ基础控制网最弱边方向中误差为0.78″, 最弱边边长相对中误差为1/210 000, 满足规范要求的基线边方向中误差不大于1.7″, 最弱边相对中误差不大于1/100 000的精度要求。

4) 洞内CPⅡ导线网数据处理。

洞内导线测量观测结束后, 检查外业电子记录数据, 计算导线测量中测站方向和边长观测值的各项限差、测角中误差、测距中误差、对向观测边较差, 然后以复测后更新成果的CPⅠ点和相邻段落线上CPⅡ加密点为起算数据, 计算导线全长相对闭合差、方位角闭合差、导线环闭合差和坐标闭合差。确认上述指标全部符合规定后, 采用严密平差方法计算。

导线平差采用专门的数据处理软件FSDI-GDPAS进行点位坐标计算, 提供验后单位权中误差、方向和边长改正数及其中误差、点位中误差、边长相对中误差、点位误差椭圆和相对点位误差椭圆等精度评定数据, 上述指标必须满足表5相应的精度要求。导线测量观测数据平差前, 测量距离须经过高差和高斯投影改化。

5) 洞内导线测量精度指标统计。

洞内CPⅡ网导线测量精度满足规范要求, 见表6。

3 水准基点高程控制测量

3.1 控制网选点要求

1) 选点基本原则。

水准基点点位布设按照技术设计要求执行, 先图上布点、编号设计, 实地踏勘并选定点位。为了保证施工和运营维护的需要, 全段布设了深埋水准点和普通水准点两种类型的高程控制点, 组成统一的高程控制网。各类高程控制点沿设计线路布设, 水准点位设在线路施工的影响范围外。深埋水准点选定后均委托专人保管;洞内CPⅡ导线点及二等水准点均布设在排水沟与电缆槽墙顶部, 为永久控制点。

2) 深埋水准点选点、埋标。

全段按间隔20 km~25 km设置一个深埋水准点, 深埋水准点设置在具备长期保存条件且距离中线近、便于联测的地方。共设置11座深埋水准点, 由东向西依次编号为XYSM08~XYSM01, ZXBM21, ZXBM27, ZXBM31。深埋水准点由专业队伍埋设, 根据沿线地层情况, 埋设至持力层。

3) 普通水准点选点、埋标。

普通水准点每2 km左右设置一个, 普通水准点全部和CPⅠ/CPⅡ点共用, 进行二等水准测量时将沿线便于联测的可作为水准点使用的CPⅠ/CPⅡ点予以全部联测。

3.2 外业测量

线路水准基点网按国家二等水准观测方法施测, 往返测采用相同的水准路线。水准观测的主要技术要求见表7。

3.3 数据处理

1) 平差计算。

水准测量外业工作结束后, 进行测站数据质量、水准路线数据质量、往返测高差较差, 并根据设计选定的已知水准点计算附合路线闭合差, 水准测量的主要技术要求见表8。

经检核, 附合路线闭合差全部满足规范要求。各项精度指标满足规范要求后, 全线水准网进行整体平差计算, 并提供各点的高程和高差中误差、测段高差改正数等精度指标。水准测量高差进行了正常水准面不平行改正。

2) 精度指标统计。

全段共联测国家Ⅰ等水准点4个和郑西客专深埋水准点1个, 附合、闭合水准段高差闭合差统计如表9所示。

对表9中水准路线进行了每千米水准测量的偶然中误差MΔ的计算, 其中MΔ=±0.202 mm<1 mm。表9中统计数据表明, 本线水准测量各测段测量数据质量合格, 水准成果达到国家二等水准测量精度要求。

4 控制网复测

4.1 CPⅠ, CPⅡ复测

1) 复测桩位补设。

历次复测前均进行控制网桩点普查, 当发现控制点丢失、损坏需要新补桩点时, 均按TB 10601—2009高速铁路工程测量规范的要求进行控制点的补设。

2) 复测外业观测与数据处理。

CPⅠ、桥梁路基段CPⅡ复测采用GPS静态测量方式。GPS控制网复测采用的施测方法、使用的仪器设备、测量精度、数据处理方法均符合TB 10601—2009高速铁路工程测量相应等级的规定, CPⅠ, CPⅡ复测网形尽量与原网相同。

CPⅠ, CPⅡ复测采用分级测量的原则, 即按照分级布网的原则按控制网等级由高到低的顺序进行逐级复测, 首先进行CPⅠ网复测, 然后进行CPⅡ网复测。

数据处理采用单独平差计算的方式, 首先进行三维无约束平差计算, 采用选定的国家A, B级GPS点及个别稳定的CPⅠ点作为起算已知点进行二维约束平差计算, 进行投影分带计算得到最终CPⅠ网平面坐标。

3) 复测分析及成果更新。

平面控制点点位稳定性判定标准:当CPⅠ控制点复测成果与设计成果坐标分量值较差的绝对值不大于20 mm、相邻点间坐标差之差的相对精度不小于1/130 000时, 即认为该控制点点位稳定、原提供的设计成果精度可靠;当CPⅡ控制点复测成果与设计成果坐标分量值较差的绝对值不大于15 mm、相邻点间坐标差之差的相对精度不小于1/80 000时, 即认为控制点点位稳定、原提供的设计成果精度可靠。对复测超限的平面控制点进行同精度二次测量、数据处理和内插更新成果。

4) 精度指标统计。

CPⅠ, CPⅡ平面测量精度满足规范要求, 见表10。

4.2 水准基点复测

复测前检查水准点标石的完好性, 对丢失和破损的标石均按TB 10601—2009高速铁路工程测量规范的要求进行控制点的补设。

水准基点复测采用的软硬件设备、施测方法、测量精度、数据处理方法均符合GB/T 12897国家一、二等水准测量规范相应等级的规定。水准基点复测采用的水准路线与原网相同, 起闭于深埋水准点, 采用固定数据平差。

5 结语

大西客运专线建设期间建立的精密工程控制网, 在施工期间进行了历次复测, 证明精密工程测量控制网成果是可靠的, 为大西客专建设以及今后运营期间使用提供了测量基准。运营管理应加强精密测量控制网成果数据的标准化管理, 建议加强控制点桩橛的保护工作, 定期对精密工程控制网进行复测, 控制网成果数据使用前应加强复测和检核, 特别是投影分带的地段以及与其他线路接头的地段, 以满足高速铁路运营管理的要求。

参考文献

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精密测量技术 篇10

我国目前铁路罐车超过12万辆, 约占铁路货车总数的15%, 是我国石油、化工产品、植物油等关系国计民生的大宗散装液体货物的主要运输工具, 也是国家强制检定的容量计量器具;罐式集装箱是日益增多的适合铁路、公路、水路联运的新兴运输设备。铁路罐车和罐式集装箱 (简称罐车 (箱) ) 在空罐时经过容积检定, 得出容积表——罐体的不同高度和相应容积的数据表, 装载后根据容积表、液位、温度、密度等参数对装载货物量进行计算, 这种方式既是石油等散装大宗货物贸易结算的依据, 也是铁路运输部门制定安全装载量的依据。

随着铁路建设、装备及国家物流产业的发展, 铁路货运提速、重载并举, 罐车 (箱) 制造技术有了较大发展。筒体为锥体和锥筒型的罐车已成为罐车发展的主要方向;罐式集装箱除圆筒形状外还有弧板式等复杂几何形状的箱体。罐车 (箱) 容积检定目前在国内外都主要采用几何测量法和容量比较法。几何测量法是采用钢卷尺等计量器具通过测量容器的有关几何特征值, 经计算得出其容积表的方法, 一般用于常规检定;容量比较法是用高一级标准量器, 通过介质与被检容器进行直接比较, 经过温度修正求其标准温度下容积表的方法, 一般用于仲裁检定、科研和新产品容积认证, 容量比较法试验室见图1。几何测量法操作人员劳动强度大、人为因素对测量误差影响较大、罐内残余介质危害人身安全, 并随着货运重载的需求, 筒体结构为锥体和锥筒型的罐车成为主流, 采用几何测量法测量不规则或变形较大的容器时测量误差大, 成为其发展瓶颈;容量比较法准确度较高, 但测量时间较长, 且需要把被测容器调运到中国铁道科学研究院东郊分院的全国唯一铁路罐车容积量传实验室, 无法满足全国每年2万余辆罐车和日益增长的罐式集装箱的容积检定任务。

目前, 激光测量仪器用于容积计量领域的主要是全站仪。在国内, 全站仪是石油立式储罐和球形储罐的容积检定手段之一, 而罐车 (箱) 相对于石油立式储罐、球形储罐来说容积较小、型号多样、结构复杂, 理论和实验都证明全站仪不适用于罐车 (箱) 容积测量。

近年来, 德国、美国等发达国家尝试使用三维激光扫描仪来测量立式储罐的容积。由于同属容量计量领域, 三维激光扫描技术有用于罐车 (箱) 容积测量的可行性, 但三维激光扫描技术应用于罐车 (箱) 容积测量的难度要大于应用于立式储罐。首先, 立式储罐的容积远大于罐车 (箱) 的容积, 目前, 罐车容积最大不超过120 m3, 罐式集装箱容积一般不超过30 m3, 立式储罐最大容积可达20万m3, 在激光测距、测角具有相同误差而要使容积测量准确度不降低的情况下, 测量罐车 (箱) 容积的难度要远大于测量立式储罐的难度;其次, 罐车 (箱) 罐壁的材质、附件、颜色、光滑程度、干湿程度和罐内浮尘等情况比立式储罐复杂得多, 导致反射率的复杂性, 也给测量带来了较大难度。另外, 罐车 (箱) 测量时的扫描路径、数据建模及容积计算等都不同于立式储罐。

为满足贸易结算和铁路运输安全对罐体容积计量准确、智能、高效、安全、环保等方面的需要, 研究三维激光扫描精密测量技术及罐车 (箱) 自动检定系统 (简称系统) , 提出罐车 (箱) 容积三维激光扫描测量方法[1], 设计了罐车 (箱) 容积三维激光扫描自动检定系统, 对获取点云和处理点云技术进行研究, 通过与容量比较法、几何测量法等方法进行比较分析, 对测量不确定度、重复性进行了试验验证。

1 研究内容

三维激光扫描技术的容积测量在计量领域的研究应用尚处起步阶段, 对于容积相对较小的罐车 (箱) , 为保证容积测量准确度需要更高的激光扫描测距[2]、测角准确度;并且受型号繁多、罐体结构复杂、复杂罐壁情况和罐内浮尘等因素的影响, 对激光扫描的要求要高得多, 此前还没有使用三维激光扫描技术测量罐车 (箱) 容积的先例。

1.1 设计开发

首先, 提出罐车 (箱) 容积三维激光扫描测量系统设计, 即通过采用激光对罐车 (箱) 内壁进行三维扫描, 获得高密度、高准确度的罐壁三维坐标点集 (点云) , 通过将点云去杂、平滑、修补、精简后, 进行空间三角网格建模[3]、渲染, 并计算出罐体容积, 汇总输出为容积表。

系统包括从获取数据到处理数据及数据输出的全过程, 由机电控制模块、辅助安装模块、三维激光扫描模块和软件模块等功能模块组成, 系统框架见图2。其中, 辅助安装模块包括全封闭安全外壳装置和仪器悬挂装置, 解决了仪器便携操作、倒置应用、防尘、防水、防爆问题, 消除了作业人员遭受罐内含氧量不足, 有毒、有害、腐蚀介质对人身安全造成的危害。机电控制设备借助辅助安装机构进行三维激光扫描。

三维激光扫描模块采用激光测距技术和精密分度技术[4], 用激光作为光源进行高速电子测距, 基座中的电机带动主机在水平方向按照预定分度缓慢旋转, 棱镜在垂直方向按照预定分度高速旋转, 接收器接收由罐壁反射回来的激光, 实现三维全方位激光扫描[5]。扫描过程中, 根据罐车 (箱) 的型号和参数建立数学模型, 确定激光在罐内壁的扫描顺序和采样密度, 规划并设定激光扫描路径, 形成各种适用于不同型号罐体的标准化扫描路径。

扫描采用测距、测角相结合的方法, 在准确控制垂直和水平分度的同时测距[6], 对罐体进行三维激光扫描, 获得代表罐壁上海量测量点空间位置的极坐标参数, 即高密度、高准确度的罐内壁三维坐标点集 (点云) [7]。为了利用极坐标参数构建出完整的罐体三维空间轮廓及后续计算, 需要进行数据读取并将读取后的数据 (点云) 进行去杂、空间置平等处理[8], 然后将预处理好的数据进行空间三角网格建模并进行模型渲染[9,10], 罐体建模图见图3。同时按参照高度 (罐体竖直径方向) 进行切分, 分别计算出各个切分块的体积, 最后汇总输出为容积表, 点云数据处理软件界面见图4。

1.2 试验验证

综合考虑激光扫描的不同测距原理及罐体形状、材质、装载介质、锈蚀程度、干湿表面等不同因素对三维激光扫描的影响, 选取不同型号罐车 (箱) 开展容积测量试验 (见图5) 。

通过试验结果与准确度较高的容量比较法测量结果进行比较分析, 验证了三维激光扫描法的准确、可靠;重复性试验结果表明, 此方法的测量重复性较好, 将重复性数据用于测量不确定度评定, 测量结果的扩展不确定度为3×10-3, 修正因子k=2。抽调不同罐车 (箱) , 同时采用三维激光扫描法、容量比较法、几何测量法进行测量, 抽样结果表明三维激光扫描法准确度优于几何测量法。试验过程和结果还表明, 项目研究的三维激光扫描法自动化程度高、快速、便捷、安全、适应性较强, 减轻了人员劳动强度。

1.3 技术创新

(1) 通过三维激光扫描获取复杂罐体结构、罐壁情况的容器表面点云数据的技术, 首次实现了对罐车 (箱) 容积快速、准确的现场自动测量, 满足了罐车 (箱) 的检定需求, 保证铁路货物运输安全。

(2) 首次提出点云容积DTi计算方法, 在保证准确度的前提下显著减少计算过程、缩短计算时间, 并能降低对点云质量的要求, 从而降低对测量条件的要求。

(3) 本项目首次设计、开发了标准化的罐 (箱) 点云预处理流程, 实现简单、规范、快速的点云预处理操作。

(4) 研究仪器倒置入罐、倒置测量技术, 研发仪器倒置悬挂装置, 并采用点云定向技术, 操作人员不必进罐, 在罐外即可完成对罐体的扫描。

(5) 编写点云容积计算软件, 自动计算容积、输出容积表, 完成罐车 (箱) 检定。

(6) 研究激光扫描仪防尘、防水及防爆技术, 保证人机及工作现场安全。

2 推广应用及社会经济效益

自应用推广以来, 该研究成果极大促进了罐车 (箱) 等中大容器计量检定技术的发展;对国家铁路罐车容积计量站及各分站等国家法定计量检定机构的技术进步和铁路运输企业、铁路车辆制造 (维修) 企业、中石油和中石化等企业的经济效益起到了重大的推动作用。项目应用在保护生态环境和人民财产、防灾减灾方面发挥了重要作用。

该系统具有测量准确度高、快速、便捷、安全、自动化程度高、适应性较强的特点。研究成果的推广应用极大地减轻了人员劳动强度, 很好地解决了几何测量法存在的操作复杂、测量结果易受人为因素影响等问题。同时, 解决了在工作过程中作业人员及设备易遭受损害的问题。研究成果使得测量准确度大幅提高, 测量不确定度由4×10-3减小到3×10-3 (k=2) 。该项目已在国家铁路罐车容积计量站及各分站等全国范围内铁路罐车检定机构推广应用, 取得了较好的检定检测收益, 得到了用户的高度评价。

罐车 (箱) 的安全装载量为容积的83%~95%。铁路运输企业通过采用或间接应用项目成果, 解决了准确控制安全装载量的问题;通过点云掌握罐体形变情况, 用于罐体安全检测, 降低安全事故风险, 消除众多造成铁路沿线环境污染的隐患;缩短了车辆检定时间, 提高了车辆周转效率, 提升了罐车 (箱) 的运输能力;提高了全路罐车运输燃油的计量准确度, 对增加机务段经济效益具有重要作用。

项目成果为铁路车辆制造 (维修) 企业缩短新造及厂修罐车 (箱) 出厂时间, 为提高企业产能等方面打下良好基础[11]。而且, 铁路车辆制造 (维修) 企业可采用罐体点云数据进行工艺分析, 提高产品质量, 促进罐车 (箱) 设计与生产的技术进步。

通过该系统而获得的容积表和充装量, 以其准确度高、方便快捷等特点赢得了中石油、中石化等企业的一致认可并被推广应用。该测量结果为中石油、中石化等企业减少货物贸易结算的计量误差[12]、提高企业经济效益、提升企业形象作出了突出贡献。研究成果被中石油、中石化等企业应用推广的同时, 正逐步在民航、军队、物流等领域推广应用。

3 结束语

三维激光扫描精密测量技术及罐车 (箱) 自动检定系统实现了精密测量, 测量准确度高、重复性好, 测量扩展不确定度为3×10-3 (k=2) , 较现有规程要求有较大提高;具有快速、便捷、自动化的特点, 操作人员无需进罐, 减小人员劳动强度, 提高作业安全性;仪器安全性较好, 可实现多工况复杂环境现场测量。项目在贸易结算、铁路运输安全、国家能源战略储备及罐车 (箱) 等中大容量容器制造 (维修) 企业设计、工艺技术的进步方面将发挥重要作用, 具有广阔的应用前景和显著的社会经济效益。

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精密锻造成形技术的应用及其发展 篇11

关键词：精密锻造；复动锻造；分流锻造；等温锻造

引言

精密锻造成形技术，指的是在零件基本成形后，只需少许加工或无需加工就可以使用的零件成形技术，又称近净成形技术。这种技术是以常规锻造成形技术为基础发展起来的，是由计算机信息技术、新能源、新材料等集成的一门应用技术。现阶段，精密锻造成形技术主要用在精锻零件和精化毛坯等方面。

1.精密锻造成形技术的种类

精密锻造成形技术，它的优势很明显，成本低、效率高、节能环保、精度高等。这种成形工艺种类很多，按成形速度划分：高速精锻、一般精锻、慢速精锻成形等；以锻造过程中金属流动状况为标准划分：半闭、闭式、开式精锻成形工艺；按成形温度划分：超塑、室温、中温、高温精锻成形等；按成形技术分为：分流锻造、等温锻造、复动锻、复合成形、温精锻成形、热精锻成形和冷精锻成形等。按成形技术对精锻技术进行的划分，已经成为了生产中人们习惯分类方式[1]。

1.1.分流锻造

分流锻造技术的重要环节是在模具或毛坯的成形部分建立一个材料的分流通道，以确保良好的填料效果。使用这种技术时，在型腔填满材料的的过程中，一部分材料留下分流通道，形成分流，这样有助于填满难成形的部分。

分流锻造的优点在于这种技术能够避开封闭装置，在成形齿轮类零件时具有良好成形效果，能够达到所需精度，不需要成形后的再加工，模具寿命长。

1.2.复动锻造

复动锻造，又称闭塞锻造，这种工艺是最先进的精锻技术之一。这种技术是通过一个冲头在封闭凹槽内部单向挤压或是用两个冲头双向复动挤压而使得金属一次成型的，成型的零件属于无飞边的近净精锻件。之所以要用闭塞锻造，是为了使材料使用率上升，降低加工工序的复杂度。

闭塞锻造能够做到通过一次操作而成形复杂的型面并取得很大变形量，在生产复杂零件时能够省去绝大多数的切削，有效降低成本。

1.3. 等温锻造

等温锻造指的是在恒定温度下将胚料在模具中锻造加工成精锻成形零件的工艺。与常规锻造相比，等温锻造能够将毛坯的加热温度控制在一定范围内，使锻造过程中的温度大致相等，大大改善了在加工过程中模具因温度骤变而发生的塑性变化。由于等温锻造的工艺特点，特别适合对形变温度很敏感的材料或是难成形的材料的精锻，如镁合金、铝合金等[2]。

1.4. 复合精锻成形

复合精锻成形工艺，指的是整合使用多种锻造方法的技术，或是将其他材料成形技术和锻造工艺组合使用。传统工艺的加工材料和零件具有很大局限性，在传统工艺基础上发展起来的复合工艺不仅能够扬长避短，结合各家之长，而且还在加工对象的范围上得到了扩展。

1.5. 温精锻成形

温精锻成形技术是在再结晶温度以下寻找一个合适的温度作为加工温度的一种精密锻造技术。在选择温度时，最好选择金属塑性变形最好的时候，且要在没有发生强烈氧化之前。

1.6. 热精锻成形

热精锻成形技术是在再结晶温度以上寻找一个合适的温度作为加工温度的一种精密锻造技术。但是和温精锻技术相比，它由于选择的温度较高，会发生剧烈氧化，致使锻件表面质量较差，锻件精度不足。

1.7. 冷精锻成形

在不加热的情况下锻造金属材料，称为冷锻，主要有冷镦挤和冷挤压两种技术。和其他工艺相比，它的优点是工件形状容易把握，不会出现因高温而产生的形变，缺点是在变形过程中的阻抗大、工件塑性差等。

2.发展趋势

2.1. 精锻产品

精锻产品的发展趋势是向优质化、精密化和复杂化发展。随着制造业的发展和进步，以及生活标准的提高，人们对锻造产品的精度、品质和品种的要求也越来越多。和其他工艺比较，锻造工艺的优势有：节能环保、生产周期短、成本低廉等。在生产应用上，使用锻造工艺的产品也越来越多，如：螺旋伞齿轮、手表用小齿轮等。

2.2. 设备过程

柔性化、智能化、自动化是精锻技术设备和工艺过程的发展趋势。随着技术的发展，各行业也在飞速发展，产品种类的丰富和行业的繁荣带来了更剧烈的市场竞争。而传统的工艺过程和生产设备已经不能满足这种发展需求，设备和工艺的改革便开始了。新兴起来的高效、高柔性的自动锻压设备在设备发展中已经成为了主流，除此之外，机械手在工艺操作过程中的使用也已经越来越普遍，精锻工艺已经在向智能化方向前进。

2.3. 锻造技术

社会发展和行业发展的多元化使得锻造技术也在向多元化发展。传统的锻造工艺是在知识和经验基础上发展起来的，通过不断“试误”，逐步确定工艺设计。而这种方式已经无法满足大规模和个性化生产的需要了。虚拟仿真等现代先进技术已经逐渐在制造行业中占有一席之地，成为执行锻造技术时不可或缺的一种技术支持。

2.4. 锻造成形工艺

工艺的革新是各个行业所面临的问题，锻造工艺的也需要不断革新，且要以精细化和环保化为发展方向。精密仪器的零部件的需求越来越大，这些零部件对生产工艺的要求在不断提高，这就使得锻造成形工艺需要不断地精益求精。所谓环保化，就是指要综合来看锻造工艺对环境和资源的利用率的影响，以对环境影响最小化和资源利用率最大化为锻造成形工艺的目标来发展。

3.总结

随着制造业科研力度的加大，新型锻造工艺逐步涌现，工艺越来越完善和精湛，不仅在生产上能够以低成本和优质的加工工艺为制造商赢得丰厚的利润，给消费者提供优质产品，而且良好的工艺在环保节能上也做出了突出贡献。精锻成形技术将会越来越受到大家欢迎，其市场潜力和科研潜能也是不可限量的。

参考文献：

[1]胡亚民.付传锋.精锻成形技术60年的发展与进步[J].金属加工（热加工），2010，5（12）：98-99.

[2]伍太宾.精密锻造成形技术在我国的应用[J].精密成形工程，2010，9（23）：6-7.

精密测量技术 篇12

1 测量过程中水准线的布置

对于以二等水准测量为标准施工的三角高程测量技术, 其水准线完全是沿着工程的基本线路布设的, 对于隧道地段一般选择便于进行三角搞笑哼测量的地段, 而且应当尽量靠近施工的一侧, 使得测量线路尽可能缩短。对于以一等水准或者二等水准为标准的工程运用三角高程测量技术联测时, 起算以及线路通常选择相对比较可靠并且稳定性比较高的一等水准点, 进行高程检查使则应当选择二等水准点。对于施工地段的高程线路长度介于1000～1500m之间, 各个水准点之间的浮动不超过50m的路段, 长度在1500m以上并且浮动长度超过50m的, 应当分别依照国家标准将线路的各个相邻重力点的间距控制在相应的标准范围之内, 施工路段的长度低于1000m的则无需测量重力。

2 水准点的确定以及埋石

2.1 水准点的确定

在对水准点进行确定的时候应当预先检测该处的地基是否足够坚固, 能够抵抗施工的干扰保持稳定, 还应当考虑将水准点设置在该处是否便于标示的保存以及后续的观测操作。不适宜确定水准点的情况主要有五个方面: (1) 该处相对比较潮湿并且经常会遭到水淹; (2) 该处经常会因为出现土崩、沉陷等情况而导致地面移动、重构、变形等或者该处的土质不够紧密坚硬; (3) 该处的五十米直径范围内有铁路存在或者三十米直径范围内有公路存在; (4) 在该位置选埋水准点以后可能会对标石造成一定程度的损坏; (5) 在该出选埋水准点难以顺利观测。

2.2 埋石

在进行埋石操作时应当现场浇灌, 首先要将坑挖好, 然后要将其底部完全夯实。进行浇灌操作第一步是浇灌混凝土, 这是因为混凝土具有较强的坚固程度, 将其用于底部有利于提高整体的稳定性。当混凝土大致上凝固完成之后就可以进行上不浇灌操作了, 此时就可以将标心插入进去了, 注意标心应到垂直并且标心顶部的半球要超出混凝土的上表面1～2cm的距离。等到大致凝固好以后就可以将点名写在上面了。当将工程划分成各个区间进行埋石操作时, 一般每隔1.5km作一个编号。埋好之后还应当通过绘点、拍照等方法对相关信息进行记录。

3 精密三角高程测量及精密水准测量

3.1 精密三角高程测量

3.1.1 基本原理

该技术的原理是通过自动照准的方法来实现全站仪对相关数据的观测的, 这种方法能够有效降低由于大气对于光的折射干扰导致的误差。进行同时对向观测操作是首先要把照准棱镜稳妥地固定好, 在侧段的七点以及终点的同一直线、高度出要分别固定好一个照准棱镜, 用以提高检测的精确度。另外还应当对观测边的角度进行准确的控制一面产生偏差。注意对相关观测结果进行记录以便随时检查限差的大小。

3.1.2 观测

对于起始水准点和终止水准点的观测, 首先要在距离水准点10m的范围内按照架设标准安放好全站仪, 在各个水准点位置也要把棱镜杆安置好, 然后才可以进行相关观测。对于对向观测操作也是通过自动照准技术实现的, 观测时应当先从后测站开始, 另外一个棱镜要朝向上方或者下方。需要加以注意的是, 当前站仪器的位置没有发生变化时看作是下一条边的前站, 如果位置移动到了前方则是前站。另外还应当注意的是进行观测之前要对当地的温度以及气压进行准确测定, 然后根据测定数据设定好全站仪的各个参数, 以便提高观测结果的精确度。观测边的长度应当控制在200～400m之间, 如果是丘陵地势距离不应当超过1000m, 山地不应超过500, 竖直角要控制在10°之内。

3.2 精密水准测量

对于相对比较平整的路段可以通过二等水准技术进行测量。测量仪器一般选用电子水准仪以及铟瓦水准尺相互结合, 最初的七天内应当每日对i角进行检验和校正, 当i角区域平稳之后可以每间隔15天进行一次检验和校正。在各个观测点之间通常不安排间歇点。观测过程中视线长度不应超过50m, 前后两处的视距差不应当超过1m累积不能超过3m, 对于视线的高度则应当控制在1.3m以上。进行联测时, 测段的长度应当控制在30km之内。

摘要：利用几何水准来测量垂直位移不仅效率特别低而且极易受到周围环境的影响, 通过全站仪精密三角高程发来实现二等水准的测量则能够有效避免这些问题并且还具有较高的可靠性并且易于操作。本文介绍了在运用三角高程法进行二等水准测量时所使用到的使用技术, 确定和布置水准点、线的方法以及埋石的技术, 详细分析了利用全站仪精密三角高程进行各项信息的观测、数据的计算以及水准测量时应当特别注意的问题。

关键词：全站仪,水准测量,三角高程,二等水准,精度

参考文献

[1]刘千文.全站仪精密三角高程法用于二等水准测量的技术[J].工程质量, 2009.

[2]葛忠士.精密三角高程在大瑶山隧道二等水准测量中的应用[J].铁道勘察, 2009.

[3]潘小东, 许大欣, 潘新, 等.精密三角高程测量试验[J].城市勘测, 2009.

[4]周建红, 刘世振.精密三角高程测量应用于河道高程控制网试试方法探讨[J].科技创新导报, 2010.

[5]王红夺, 张洪升.TCA2003全站仪精密三角高程测量及其精度分析[J].矿山测量, 2010.