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坐标计量技术

/coordinate measuring -metrology/
条目作者王为农

王为农

最后更新 2022-01-20
浏览 217
最后更新 2022-01-20
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利用解析几何原理,通过测量被测物体表面点-数据,计算获得物体表面尺寸、形状和位置参数,并评估测得数据不确定度的技术。

英文名称
coordinate measuring -metrology
所属学科
仪器科学与技术

坐标计量技术包括坐标测量设备、坐标测量软件、坐标测量方案和坐标测量结果的溯源等分支。

坐标测量设备由主机、探测系统、控制系统等部分组成。

坐标测量设备的主机将多个坐标传感器结合为一体,构建了测量空间的坐标系。常见的形式包括三个互相垂直的直线轴构成的笛卡尔坐标系坐标测量机。图1是该类坐标测量机的几种典型结构。

图1 笛卡尔坐标系的坐标测量机图1 笛卡尔坐标系的坐标测量机

两个直线轴和一个回转轴可以构成一个柱坐标系。图2是典型的柱坐标系坐标测量设备——齿轮测量中心的示意图。

一个直线轴和两个回转轴构成一个球坐标系。图3是典型的球坐标系坐标测量设备——激光跟踪仪的示意图。

图2 齿轮测量中心(柱坐标测量系统)图2 齿轮测量中心(柱坐标测量系统)

图3 激光跟踪仪(球坐标测量系统)图3 激光跟踪仪(球坐标测量系统)

图4是全球卫星导航定位系统(GNSS)示意图。通过围绕地球飞行的数十个卫星构建了覆盖地球表面的坐标测量设备,每一个GNSS接收机是一个探头,定位地球表面的大地坐标点,人员、车辆等的位置坐标和运动轨迹。

图4 全球卫星导航定位系统(GNSS)图4 全球卫星导航定位系统(GNSS)

坐标测量设备的测量空间中,每一个点都可以用一个三维坐标(x,y,z)表示。

探测系统是瞄准被测点,并发出信号命令控制系统读取所有传感器信号的装置。读取的信号就是被测点在测量空间对应的坐标值。

为了适应不同测量任务的需求,探测系统有许多不同的形式,包括接触式探头和非接触探头,一维、二维和三维探头,触发式探头或扫描式探头等。

坐标测量设备的控制系统,根据设计的不同,可以用来采集传感器的信号,以获得被测点的坐标;有些可以控制探测系统根据程序进行规定的测量。

坐标测量软件用于控制设备的运动,采集坐标点集,计算几何要素的参数,进行误差补偿等。

坐标计量技术领域发布了一系列用于评定坐标测量设备和对测量结果进行溯源的标准和规范。

ISO 10360系列标准通过特定的测量任务,对坐标测量机在规定配置下的计量特性进行测试,评价坐标测量设备的性能。

ISO 15530系列标准提供了评定坐标测量机面向任务测量不确定度的方法。

JJF 1064坐标测量机校准规范,参照ISO 10360系列标准,通过特定的测量任务获得坐标测量机计量特性的信息,为用户针对特定测量任务的测量方案,评定面向测量任务的不确定度提供信息,判断测量结果的准确度是否满足测量的要求。

坐标计量技术是精密测量技术与计算机技术结合的产物,是推动几何量计量技术进入21世纪的通用技术。

解析几何是利用代数方法来研究几何图形的数学分支。坐标计量技术利用解析几何方法,充分发挥计算机技术在计算和控制方面的优势,在三维坐标系中,测量和评价各种复杂的几何形状。采用坐标计量技术的仪器设计和制造的核心是如何产生更大范围、更高准确度的坐标系,更准确、高效的数据采集方法和数据处理方法,从而降低了仪器制造的成本,提升了测量的准确度,方便了数据的处理和传输,推动了制造业的升级换代。

全球卫星导航定位系统是坐标测量技术的另一个分支,用于测量大地坐标和地球表面人员、汽车、飞机、船只等物体的定位和导航,改变了人类出行的方式,使人类对地形地貌的测绘、地壳和大型人造设施的变形监视成为可能,为人类出行的安全和便捷提供了强大的工具。

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