尚瑋

（德州市產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)計量研究院，山東 德州 253000）

引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，各類大長度、高精度的儀器，例如雙頻激光干涉儀、激光跟蹤儀、全站儀等的應(yīng)用范圍均已達(dá)到幾十米甚至更長的距離，它們被地廣泛應(yīng)用于國防、航空航天、汽車制造等行業(yè)。

一、長度計量的概述

長度計量之所以在生產(chǎn)生活中有如此高的應(yīng)用率，就因?yàn)樗梢詮拈L度和角度兩個基本參量出發(fā)來研究表征物體的形狀和位置的幾何量。其中，角度又可以分為平面角和立體角，也就是說，即包含了二維又包含了三維。二維的平面角以弧度作為單位，三維的立體角以球面度為單位。正因如此，基本性、多維性和廣泛性成為長度計量的三大特點(diǎn)。（1）多維性：長度計量即可以通過平面角來度量物體的二維數(shù)據(jù)，也可以通過立體角來度量物體的三維數(shù)據(jù)。從坐標(biāo)的角度來說，既可以用二維、三維坐標(biāo)來表征物體的形狀和位置，也可以通過添加角度坐標(biāo)等的方式，構(gòu)成四維、五維甚至六維坐標(biāo)來表征物體的形態(tài)。（2）基本性：長度的單位“米”，是國際單位制基本單位之一，其他單位如面積單位、密度單位等都是從長度延伸而來，因此“米”成為其他導(dǎo)出量準(zhǔn)確度的標(biāo)尺。（3）廣泛性：日常生活中，近乎所有的物理量都可以用幾何的形態(tài)來表示，也就是說，可以通過幾何量來對其進(jìn)行描述?？梢婇L度計量應(yīng)用的廣泛性。

二、結(jié)構(gòu)組成

（1）計量檢測系統(tǒng)主要由移動平臺?？刂葡到y(tǒng)、無線圖像采集處理系統(tǒng)、測量軟件、環(huán)境參數(shù)的自動采集等四部分組成。移動平臺控制系統(tǒng)將主控計算機(jī)所發(fā)出的指令通過無線傳輸通訊模塊發(fā)送給移動平臺上的單片機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動運(yùn)行平臺快速移動。在運(yùn)動過程中，由單片機(jī)控制循環(huán)調(diào)用激光干涉儀的移動距離值，形成閉環(huán)，判斷運(yùn)行平臺所移動的距離是否達(dá)到要求，由此來控制步進(jìn)電機(jī)的移動距離的誤差。當(dāng)移動平臺移動到要求位置后，將返回的代碼通過無線傳輸通訊模塊傳輸回主控計算機(jī)。（2）無線圖像采集處理系統(tǒng)。通過高清晰CCD 攝像頭和測量顯微鏡配合，將高清晰CCD 攝像頭采集來的測量圖像信號無線傳輸回主控計算機(jī)。在此過程中，去除掉干擾信號，使無線圖像數(shù)據(jù)通訊穩(wěn)定可靠。（3）環(huán)境參數(shù)的自動采集。沿導(dǎo)軌方向均勻布設(shè)高精度傳感器并與計算機(jī)建立通訊，將溫度、氣壓、濕度和被測物的材料溫度實(shí)時采集到主控計算機(jī)，當(dāng)環(huán)境條件變化較大時，可以對測量結(jié)果進(jìn)行修正，進(jìn)而減小了測量的不確定度。（4）測量軟件。測量軟件對傳輸回來的測量圖像信號進(jìn)行自動圖像處理，包括CCD 像素標(biāo)定、模板編輯、顯示數(shù)據(jù)曲線、存儲測量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對線紋類和儀器類計量器具的全自動測量、半自動測量以及人工測量的三種測量方式。

三、長度計量檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案

以應(yīng)用雙頻激光干涉儀作為計量工具為前提。首先先由控制中心發(fā)出相應(yīng)的待檢指令，然后根據(jù)儀器所提供的實(shí)際數(shù)據(jù)計算出相應(yīng)距離，再由系統(tǒng)中配備的無線傳輸器將所測距離傳輸至移動平臺。在接收到相應(yīng)指令后，單片機(jī)會將所收到的檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成代碼返回到控制中心。其中起到主要作用的是CCD 攝像頭，在計量檢測中運(yùn)用它來完成圖像的采集工作，在通過處理軟件精準(zhǔn)的測算出結(jié)果。

四、開發(fā)長度計量檢測系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

（一）RS232 長距離抗干擾傳輸技術(shù)

長度計量檢測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸是依靠無線信號來完成的，因此適當(dāng)?shù)貙Ω蓴_信號進(jìn)行屏蔽是十分必要的，是確保數(shù)據(jù)可以穩(wěn)定傳輸?shù)闹匾Ｕ?，這其中就需要運(yùn)用到RS232 長距離抗干擾傳輸技術(shù)。該項技術(shù)主要是通過調(diào)配無線適配器中的頻點(diǎn)和輸送功率來完成抗干擾目的，以此來完成干擾信號的屏蔽。在應(yīng)用過程中還需要對其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的校驗(yàn)和核對，提升依靠無線數(shù)據(jù)來傳輸長度計量檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少出錯率。

（二）基本信息錄入模塊

該模塊包含了原來計量器具原始記錄卡、計量器具周檢歷史記錄卡以及檢定校準(zhǔn)原始記錄基本信息的全部內(nèi)容。根據(jù)檢測人員的操作習(xí)慣和計量管理的特點(diǎn),增加了器具類別和周期字段,自動生成下個周期的復(fù)檢校日期,便于器具的分類和查詢管理,同時根據(jù)公司編號、送檢單位、規(guī)格范圍、備注等字段都可以進(jìn)行相關(guān)過濾,軟件使用非常方便。

（三）無線圖像采集與傳輸技術(shù)

在長度計量檢測中獲取的視頻和圖像需要強(qiáng)大的測算力來對其進(jìn)行識別和測算。受其數(shù)據(jù)量繁雜、更新速度快等特點(diǎn)的影響，產(chǎn)生誤碼率的問題是十分常見的。在長度計量檢測系統(tǒng)中應(yīng)用無線圖像采集與傳輸技術(shù)，利用2.4G寬頻段的無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)大量檢測數(shù)據(jù)的快速傳輸。無線圖像采集與傳輸技術(shù)可對圖像參數(shù)和傳輸碼流進(jìn)行優(yōu)化，以此來提升視頻和圖像的清晰率和傳送速率。于長度計量檢測系統(tǒng)中應(yīng)用此項技術(shù)后，可降低圖像的誤碼率，改善信息傳輸滯后問題。

結(jié)語

作為在日常生活中應(yīng)用最為廣泛的一門學(xué)科，長度計量在歷史的長河中得到了長足的發(fā)展。開發(fā)先進(jìn)的長度計量檢測系統(tǒng)可很大幅度的提高計量儀器的使用性能，檢驗(yàn)力和測算力都可得到提高。系統(tǒng)的介入解決了以往因人為因素而易發(fā)生的測量誤差問題，監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一設(shè)定，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定高效，檢測出的數(shù)據(jù)更具可信度。因此長度計量檢測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用是十分可行且存在加大發(fā)展空間的。