误差测量论文范文

误差测量论文范文（精选12篇）

误差测量论文 第1篇

GPS空间卫星系统主要包括均匀分布于六个固定的轨道上的高约2.02万千米的24颗卫星群。为保证所有地点和地平线以上在任何一个时间都会接收到来自最少4颗GPS卫星发出的信号, 要求GPS空间卫星系统中的六个轨道面两两之间的夹角为60°, 各轨道平面与地球赤道面得夹角为55°, 卫星在轨道运行的周期为11小时58分钟, 如图2所示。

GPS地面用户系统即地面控制系统, 主要由主控站、注入站以及监测站三个部分组成。其中主控站负责按照每个监控站所检测的GPS数据来计算各个卫星的星历和卫星钟改正参数, 然后将计算得到的数据由注入站传送至卫星中, 由此可见注入站的作用即为将主控站的计算数据注入到卫星中;监测站主要是接受来自卫星的信号, 以此来监测卫星的运行情况, 如图3所示。

GPS的地面用户系统, 包括GPS接收设备、计算机等用户设备以及数据处理软件, 主要作用是接收卫星信号, 从而进行GPS导航定位, 而且随着社会科学技术的发展, GPS测量仪器正朝着更小、更轻的方向发展, 成为了一种便携式定位导航工具, 在社会的各个领域都有着广泛的应用。

1 GPS测量误差的形成原因

GPS测量通过地面接收设备对同一时刻接受多颗卫星发出的信息来计算其与这几颗卫星之间的距离, 然后根据空间距离后方交会原理绘制三维坐标系, 从而确定地面目标的位置。在GPS测量过程中涉及到的卫星、卫星信息传播以及地面接收设备等都是GPS测量产生误差的原因, 直接影响着对地面目标的准确的位置判断, 因此, GPS测量误差的形成原因主要包括以下几点。

1.1 轨道误差 (星历误差)

由于地面用户在确定观测瞬间某一卫星的位置时是根据相关部门以星历的形式发播的一定精度的卫星轨道, 卫星轨道和星历是密切相关的, 因此轨道误差又称为星历误差, 而卫星星历误差又与伪距误差是等效的。卫星星历的测定是根据地面监测站对卫星进行跟踪监测数据而得来的, 因为在测量过程中卫星本身会受到摄动力等多种作用力的影响, 地面监测站也存在一定的误差, 所以得到的卫星轨道、卫星星历也是存在误差的, 从而由卫星星历所提供的卫星的位置与实际准确的卫星位置也是存在偏差的。在所有的测量误差原因中, 星历误差是最主要也是最重的误差来源。

1.2 GPS在卫星信号传输中产生误差

GPS在卫星信号传输中产生误差主要包括三方面的原因, 首先是电离层导致信号传播过程中产生延迟, 电力层对信号传播的影响主要与沿用卫星同地面接收视线方向之间所呈现的电子密度相关, 例如, 若地面用花信号接收机的视线是垂直方向, 则所引起的延迟值在白天可达15m, 在夜间可达3m, 若为低仰视角度, 则延迟值在白天可达45m, 在夜间可达9m, 而且在异常时期会出现更高的延迟值。其次是对流层对信号传播的延迟影响, 主要是因为信号以电磁波的形式通过对流层时, 信号的传播速度区别于真空中光的传播速度, 而导致信号在对流层出现延迟。其三是GPS信号多路径传播而引起的误差, 多路径误差即指GPS信号可能通过先射到某一物体上然后再经过反射达到GPS接收天线, 而不是直接发射至信号接收天线, 这就会对直线射至信号接收天线的直线波GPS信号本身造成一定的干扰, 多路径差错的强度会因用户GPS信号接收天线抗干扰能力的强度和反射信号强度的不同而有所差异。

1.3 地面接受设备产生的误差

地面接受设备产生的误差主要源于三个方面, 首先是观测误差。观测误差的产生一方面与观测人员的职业素养和观测设备的精确测量有关, 如果观测人员能够具备专业的职业素质, 那么他们将对检测数据进行详尽的分析, 这对于解决问题有相当大的帮助;观测设备的精准度可以通过采取太阳光压改正模型来满足要求;另一方面与GPS信号接收天线的定位精确度有关;其次就是信号接收天线中心位置的偏差, 由于信号在传至接收天线时会出现时强时弱的现象, 导致天线的相位中心发生改变, 不能与其几何中心重合, 使得测量出现误差;其三是接收机时钟误差, 通常GPS信号接收机内部时钟都选用石英晶体振荡器, 稳定度变化范围为1×106~5×106, 由于卫星时钟与地面信号接收机时钟在同步性上出现差距, 哪怕是一点差距都会造成很大的等效距离误差, 严重影响测量的准确度。

2 GPS测量精度控制测量的相关对策

根据以上对GPS测量误差产生原因的分析, 提出了对误差的精度控制相关对策。

2.1 卫星精度控制对策

在确定GPS卫星轨道时采用区域性GPS跟踪网, 跟踪站地心坐标一旦产生误差会以10倍甚至更大的比例影响到卫星轨道的精确测量, 故而为确保精度优于2m的卫星轨道就需要跟踪站的地心坐标有优于0.1m的精确度, 约束全球基站的松弛轨道加权的约束基准方法, 从中可以得出优于5cm的相对坐标值, 这与我国现阶段的区域性定轨的相应需求基本符合, 利用现有的跟踪站对卫星观测数值进行计算卫星轨道根数的误差改正值, 以此提高长轨道卫星星历的计算精度, 然后向用户发播精确度较高的星历, 提高GPS导航定位的准确性。

2.2 信号传播精度控制对策

电离层和对流层时影响卫星信号传播精确度得主要因素, 可以通过三种方法来减少其对信号传播精度的影响, (1) 根据电离层模型特点进行改正, (2) 采用双频接收机以减少延迟, (3) 同步测量求差法。减少对流层的折射可以通过模型改正和同步观测求差的方法, 减少对流层对电磁波的延迟误差。

2.3 地面接受设备测量的精度控制对策

首先是观测误差的精度控制, 一般来说ROCK4光压摄动模型、多项式光压模型、标准光压模型这三种太阳光压改正模型的应用都能够满足1m定轨的需求。其次是接收机钟精确度控制, 对于单点定位, 要把钟差带入方程中进行求解;对于载波相位相对定位, 要采用观测值求差法;对于高精度定位, 要采用外接频标的方法。最后是天线中心位置误差精度控制, 要求在设计天线时天线盘上指定方向为北方, 在相对定位时采用求差法来减少相位中心偏差的误差影响。

3 结语

综上所述, 导致GPS测量误差的原因主要来自卫星、卫星信息传播以及地面接收设备三个方面, 该文通过对导致误差形成的原因进行详尽的分析, 并据此提出了减少这些误差的相关对策, 以期进一步提高测量的精度, 最大程度确保GPS导航定位的准确性。

摘要：GPS测量指的是通过地面接收设备对同一时刻接受多颗卫星发出的信息来计算其与这几颗卫星之间的距离, 然后根据空间距离后方交会原理绘制三维坐标系, 从而确定地面目标的位置。在GPS测量过程中, 卫星、卫星信息传播以及地面接收设备等都是GPS测量产生误差的原因, 影响对地面目标的准确的位置判断。该文主要从卫星本身、卫星信息传播以及地面接收设备三个方面入手分析了GPS测量过程中产生误差的原因, 并针对误差产生的原因提出了对误差的精度控制相关对策。

关键词：GPS测量,GPS测量误差,精度控制,原因,对策

参考文献

[1]范建兵, 李华明.GPS实时动态差分技术在水平位移监测中的应用研究[J].港工技术, 2015 (1) :92-96.

[2]鲁洋为, 王振杰, 聂志喜, 等.不同天线组合对GPS姿态测量精度的影响分析[J].海洋测绘, 2014 (6) :43-45.

[3]宋太广, 杨国林, 潘福顺.GPS测量的误差源及精度控制[J].测绘与空间地理信息, 2008 (4) :119-122.

[4]宫晓艳, 胡雄, 吴小成, 等.GPS测量误差对大气掩星反演精度影响分析[J].地球物理学进展, 2008 (6) :1764-1781.

[5]蒋红平.影响GPS测量误差的原因以及预防措施分析[J].科技与企业, 2012 (17) :101.

浅谈矿山测量误差 第2篇

摘 要：矿山测量是矿山工程中的基础专业技术之一，受施工条件的限制、测设环境的影响，测量过程中存在很多影响其精度的因素。本文主要从矿山测量常见的、经常遇到的情况入手，从理论上简单介绍了了提高测设精度的方法和避免出现工程失误而需要采取的措施。

关键词：矿山测量、成果计算、数据处理。

矿山测量工作是一项重要而严谨的工作，它肩负着矿井的开拓、准备、回采巷道的测设，标定任务。它与设计、施工紧密相联，起着承上启下的作用。

由于井巷施工特殊条件的限制，只能布设支导线，缺少必要的检核条件，误差积累较大，当出现粗差时又不能进行返工。其测量精度的高低只有巷道贯通后方可知晓，若没达到设计要求，就会造成废巷，不仅浪费人力、物力，而且还可能会造成矿井重大的人身安全事故，同时给生产接续、企业经济效益带来不可弥补的重大损失。因此，测量人员都要养成认真细致的良好习惯，减少由于测量疏忽而造成的错误，提高成果的准确性，提高自我的专业技术水平。

1、矿井下，测量支导线随巷道延伸而延长，支导线末端点位中误差为：

m2n+1= m2角+m2距222=Di+n+L2

2m2其中：

Di：导线边长； mβ：测角中误差； n：测站数； λ：加常数； μ：乘常数； L：导线总长度； ρ：206265 由上式可以看出，井下支导线沿设导线点进行测量时，最末端的点位中误差大小和测站数、仪器本身测量精度、测量误差以及支导线的总长度有关。测量精度一定、随巷道延伸的导线长度一定的条件下，除在必要的巷道拐点、变坡点、无法通视地方敷设导线点外，则尽可能地增加导线边长、减少测站数，才能提高精度，减小末端误差。

2、井下单一支导线延伸较远时，随着测站的增加，误差逐步累积，会出现较大误差，引起巷道方位偏差。若有条件，应及时通过联络巷等将导线符合到其他已知点位上，形成复闭合导线，平差后引用新的成果。若无法形成复合导线，也可同时测设双支导线，相互间进行检核。

平面控制采用双导线进行闭合测量，也可以达到良好的精度。以井下主控制网导线点为起点，向巷道内沿中心线方向延伸。导线每延伸1-2个控制点，两导线交会成一个节点，节点坐标采用平差值，作为继续向前延伸的依据。

3、大型贯通时，导线的长度较长，测站较多，除了必要的等级控制（测回数、边长等）外，内业计算时，应特别注意倾斜改正；导线边长归化到参考椭球和高斯投影面。（1）倾斜改正（斜距化为平距）；

（2）导线边长归化到投影水准面的改正改正数为：

ΔLm=-(Hm/R)×L；

L为平距；Hm为导线边两端点高程平均值，单位km;R为地球平均曲率半径R=6371km;（3）导线边长投影到高斯平面的改正改正数为：

ΔLg=(Ym2∕2R2)〃L；

（Ym为导线两端的平均Y坐标值，单位㎞；R为地球平均曲率半径R=6371km。）由于地面控制网的边长通常都已归化到了投影水准面和高斯平面上，投影后的边长已经变形，变形值大小即ΔLm＋ΔLg：（1)当地面高程H很小,即ΔLm≈0时 ,这时边长化算的影响主要取决于Y值得大小,而且改正数为正；（2)当地面高程H很大,而Y坐标很小,这时ΔLg≈0,边长化算主要受高程影响,改正数为负；（3)当|ΔLm|≈ΔLg时,两者的影响互相抵消,这时可以不用作边长化算；（4)当H和Y都较小, ΔLm≈0, ΔLg≈0,这时也可以不用作边长改正。

通过以上讨论可知:只有在（1)、（2)两种情况下才要做边长化算,而（3)、（4)两种情况则不用边长改正。那么,什么时候化算或无需化算,就要根据工程的精度要求和测边所在地的H和Y来计算。

4、应定期进行控制系统，即控制网的复测更新。有条件的话，还应使用陀螺仪经纬仪进行定向，以检核控制网或延伸过长的支导线。利用陀螺经纬仪定向时，对其进行误差分析及平差，能有效地控制误差。先进的现代测绘仪器对传统的测绘方法产生了深刻的影响，大大提高了精度的同时，更加方便快捷。

总之，矿山测量工作是矿井生产中一项重要的基础工作，也是是一项集体细致的工作，保证测量真实性外，还需要对成果进行进一步处理，才能得到满足规程要求精度的成果，才能切实保证在一些重要的测量工程（如大型贯通、测设长距离支导线等）的准确无误。因此，小组内部必须搞好团结紧密配合，各司其责，做到分工不分家，在业务技术上不断学习提高，深入研究，加大先进设备仪器的投入，只有这样，才能保证测量工作的正确进行。

参考文献

[1]李丽;赵晓丹;法维刚.解析法求支导线终点误差[J].《测绘科学》，2009年； [2]郝向阳等，数字化测图原理与方法，解放军出版社，2001年； [3]张国良.矿山测量学[M].武昌：中国矿业大学出版社，2001年；

中径规测量误差分析 第3篇

关键词：石油油套管 中径规 公差 不确定度

中图分类号：TG85 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0042-03

随着石油工业的发展，石油油套管需求越来越大，提高油套管产品质量保障石油勘探开发的安全进行是石油油套管行业面临的一个重大问题。以前，油套管质量主要通过量规以及其他单项检测仪器来控制，随着检测技术的发展，越来越多的油套管加工企业使用中径规进行中径值控制，进而代替量规检测紧密距。使用中径规面临的一个问题，就是它检测的是单项参数——中径值这一项参数，而量规检测的紧密距，代表的是一个综合参数，只要量规旋紧在油套管上紧密距合格，它代表了中径、螺距、锥度、齿高等各项参数综合起来是合格的，不仅仅代表中径是合格的。因此在使用中径规测量参数时，一定要配合螺距表、齿高表以及锥度仪等单项参数仪一起检测，每个单项参数合格，才能保证油套管质量整体合格。

既然中径规检测有局限性，为什么越来越多的油套管加工企业选择中径规辅以其他单项参数仪共同检测，逐渐替代了量规的使用呢？主要原因有以下几点：一是不仅量规的制造成本较高，而且量规检测范围单一，一种规格的检测量规只能检测同种规格的油套管，一旦生产的油套管规格多所需的检测量规就多，相比之下，中径规的检测范围大。使用量规，检测工作量大保养不好的话磨损非常厉害，而且必须送到API组织认可的仅有几家地区规校准机构重新校对；二是使用量规检测劳动强度大、检测效率低，像9-5/8"、13-3/8"以上尺寸的量规非常重，工人使用起来不方便，使用不当还会把加工合格的油套管划伤甚至损坏；三是使用中径规辅以其他单项参数仪共同检测，并没有增加其他单项参数检测量，因为在使用量规检测紧密距时，螺距、齿高、锥度等参数也是必检项，同时由于使用中径规的方便，可以提高中径值的检测频次，更加保证油套管质量；此外，中径规校准核对只需送往国家认可的校准机构校对即可，校准机构多，校准工作方便。因此，近些年使用中径规的油套管企业越来越多，这是中径规的优势所在。

1 中径规的组成及使用方法

1.1 中径规的组成

中径规的组成如图1所示（因内、外螺纹中径规组成和使用方法一样或类似，此处仅以外螺纹中径规为例）。

1.2 中径规的使用方法

如图1所示，松开导轨块1侧面的锁紧螺钉10，将B标准杆置于底板3和测量头7之间，通过调节测量头7的高度和滑动下臂9，使B标准杆端面分别和底板3、测量头7的侧面紧密贴合，锁紧螺母8和锁紧螺钉10，取下B标准杆。上臂4重复上述过程。

松开导轨块1上方的锁紧螺钉10，将A标准杆置于两测量头7之间，滑动导轨块1，使两测量头7的工作面和A标准杆的端面紧密贴合，同时使指示表5的测杆有适当的压缩量，锁紧锁紧螺钉10，转动表圈使刻度盘零线和指针重合，锁紧表圈，取下A标准杆。

将设定好的测量仪水平放置，两个测量头与被测外螺纹牙顶紧密接触，将底板3紧贴螺纹管端面，以下臂9上的测量头为支点，在水平位置两边转动测量仪，指针在某一刻线转过后反方向转动时，记录此时偏差值。旋转测量仪90°再一次测量，指针在某一刻线转过后反方向转动时，记录此时偏差值。将两个偏差值取平均值为中径偏差（如最大值为+0.02，最小值为-0.06，则平均中径偏差为-0.02），最大值减去最小值为椭圆度公差（如最大值为+0.02，最小值為-0.06，则椭圆度公差为+0.08）。按以上方法在管端圆周360°不同位置多次测量，找出真正的最大值和最小值，力求结果更准确。

2 中径规中径公差的确定

以中径规实测9-5/8"某特殊气密套管螺纹为例进行中径公差的确定，中径偏差值如表1所示。

中径公差的确定，就是将螺纹紧密距允许偏差，转化为中径允许偏差，即将轴向偏差转化为径向偏差，计算公式为：中径允差=紧密距允差×锥度值（不考虑锥度、齿高、螺距对紧密距的影响）。

以9-5/8某特殊气密套管螺纹为例进行计算，该螺纹类型是4牙类偏梯形螺纹，有专门的密封结构，不靠螺纹密封，锥度为1∶16。参照API Spec 5B中5牙偏梯形螺纹紧密距允差范围：0～+1/2p（p为螺距）[1]，可知该气密套管螺纹紧密距允差范围是0～3.175 mm。

中径允差δˊ=3.175×=0.198 mm（0～0.198 mm）；

按照公司紧密距内控标准：0.2～2 mm计算，中径允差的内控标准为0.2×～2×，即0.0125～0.125 mm。

3 中径规误差分析

中径规在测量中会产生误差，主要有中径规校准块制造误差，轴向标准棒制造误差，指示表的示值误差等。虽然操作人员的操作水平和测量环境也会影响测量结果，但是只要正确操作，该两项误差相对前面3种主要误差几乎可以忽略不计。

查阅相关文献[2]可知，测量量具的允许误差应在被测工件允许误差的1/10～1/3之间。以此次试制加工的9-5/8"类

偏梯形特殊螺纹为例，中径规标准杆制造误差δx为±0.001 mm，指示表的示值误差δy为±0.0254 mm（0.001in），中径规轴向校准块制造误差δz为±0.001 mm。

中径规不确定度的含义是指由于测量误差的存在，对被测量值的不能肯定的程度。反过来，也表明该结果的可信赖程度。它是测量结果质量的指标。不确定度愈小，所述结果与被测量的真值愈接近，质量越高，水平越高，其使用价值越高；不确定度越大，测量结果的质量越低，水平越低，其使用价值也越低。在报告物理量测量的结果时，必须给出相应的不确定度，一方面便于使用它的人评定其可靠性，另一方面也增强了测量结果之间的可比性。不确定度以标准偏差σ表示[3]。

现以表1所测的平均中径偏差值对中径规的不确定度进行计算，结果如表2所示。

因此，测量数据的不确定度0.015 43 mm。

该气密套管螺纹锥度为1∶16，即2tanα=，轴向标准块制造误差δz反映到中径上为误差δzi，从前面的分析可知，2tanα=，故δzi=δz×2tanα。

因为δx、δy、δzi是3个相互独立的误差，故总误差，即=0.025 42 mm。

该文前面已得出该气密套管螺纹中径允差δˊ=0.198 mm，故所占总误差比为0.128 38，介于1/8和1/7之间，中径规的不确定度远小于测量极限误差，因此符合误差理论，即用中径规测量螺纹中径参数以控制油套管产品质量，是满足生产实际要求的。

4 结论

（1）经过分析计算可知，通过紧密距范围可以确定适合生产用的中径值公差范围，使用中径规测量的数据的不确定度远小于测量极限误差，符合误差理论。

（2）在辅以检验螺纹的螺距、齿高、锥度等各单项参数的情况下，通过使用中径规检验石油油套管中径值代替量规检验紧密距满足生产实际需要，中径规测量的数据精度是满足加工要求的。中径规代替量规，能降低油套管质量检测仪器成本，拓宽仪器的检测范围，大大提高质量检验的效率，减轻工人劳动强度，保证测量精度。

参考文献

[1]API Spec 5B，套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范[S].

[2]鲁绍曾.现代计量学概论[M].北京：中国计量出版社，1987.

角度测量及其误差控制 第4篇

角度测量是测量的基本工作之一。在测量工作中, 有时候为了确定地面上点的位置, 这就需要测量测量竖直角和水平角。在同一个竖直平面内, 水平线与视线之间的夹角即为竖直角, 通常用字母a表示。水平角指的是地面上两条相交的直线在水平面上的投影之间的夹角, 一般用字母β表示。这些角度值在理论上可以达到非常精确, 但是在实际测量的过程中, 由于各种因素的影响, 不可避免的会产生误差, 从而导致测量结果不理想。因此, 采取一些有效的措施将测量误差的影响降低到最小的程度是十分必要的。

1 角度测量的常用仪器和方法

角度测量最主要的仪器是经纬仪, 它既可以测量竖直角和水平角, 也可进行高程测量和距离测量。按测角精度的不同, 经纬仪可以分成DJ6、DJ2、DJ1和DJ07等系列。

在进行竖直角的测量时, 需要在经纬仪的横轴一端放置一个竖直刻度盘, 利用望远镜瞄准目标读取竖盘读数, 便可计算得出竖直角。进行水平角的测量时, 可以采用方向观测法或是测回法。方向观测法适用于当对某一个测站点上需要测量的方向数大于2的情况。测回法则适用于测量两个不同方向之间的水平角。

2 角度测量的误差分析

2.1 测量误差的分类测量误差按照性质可分为系统误差、粗差、偶然误差三类。

(1) 系统误差。系统误差是指在相同的观测条件下, 对某一具体量进行一系列的观测, 观测过程中产生的误差在符号和数值上均相同, 或呈现一定规律的变化趋势。 (2) 粗差。观测中由于观测者的疏忽大意或是仪器使用不当而引起的差错叫粗差。粗差的存在将使得观测结果与真实值偏离很大。常见的差错如:瞄错目标、读数错误、记录错误、计算错误等。虽然错误是不可避免的, 但一旦发现, 必须及时的更正或重新测量。 (3) 偶然误差。偶然误差是指在相同的观测条件下, 对某一量进行一系列的观测, 产生的误差在符号上和数值上均不相同, 而且从表面上看也没有任何的规律性。个别偶然误差虽然没有规律, 但对比分析大量的偶然误差便可发现统计规律。

2.2 角度测量误差的来源角度测量的误差来源主要有观测误差、仪器误差和外界条件的影响。

2.2.1 观测误差。

观测误差的产生原因概括起来主要有以下几点: (1) 仪器对中误差。在角度测量过程中, 如果经纬仪的对中存在一定的误差, 将会使得测站点与仪器中心不在同一条铅垂线上, 从而造成误差。 (2) 目标偏心误差。目标偏心误差的产生是由于地面上的标志中心与照准点上所竖直的测钎、标杆等不在同一铅垂线上造成的。 (3) 整平误差。该误差的产生原因是由于数轴不垂直。并且其对观测角的影响是随着目标点高差的增加而增大的。 (4) 照准误差。照准误差是指人眼通过望远镜瞄准目标时产生的瞄准误差。其影响因素较多, 如:人眼的分辨能力、对光时的视差、望远镜的放大倍数、标志的形状和大小、观测目标的形式、十字丝的粗细、标志影像的颜色及亮度、透明度和大气温度等。仪器照准精度的衡量指标主要是望远镜的放大倍数和人眼的最小分辨视角。由于人眼的分辨视角一般为60”, 故照准误差约为2.1”左右。 (5) 仪器及人为因素造成的。由于观测者的感官鉴别能力存在一定的局限性, 再加上观测者的工作态度和习惯、技术熟练程度等都会对观测结果造成不同程度的影响。同时, 与所采用的读数设备的精度也有很大关系。如:DJ6型经纬仪只能估读到6”, 加上其他一些因素的影响, 读数误差可能达到12”, 对测量结果影响很大。

2.2.2 仪器误差。

包括因仪器加工不完善造成的误差和仪器校正后存在的残余误差, 如: (1) 横轴误差。横轴误差的产生原因是由于支撑横轴的支架本身存在一定的误差, 从而导致数轴与横轴不垂直。 (2) 视准轴误差。该误差是由于视准轴与横轴不垂直造成的。 (3) 数轴倾斜误差。该误差是由于数轴与水准管轴不垂直造成的, 同时水准管气泡不居中也会引起数轴倾斜误差。当产生数轴误差后, 会使得数轴与竖直方向不再重合, 而是存在一定的夹角, 这会导致横轴发生倾斜, 极易造成测角误差。 (4) 度盘偏心误差。度盘偏心误差是由于度盘加工精度不高或是安装不到位, 使得水平度盘的中心与照准部的旋转中心不重合而造成的。 (5) 水平度盘刻划不均匀引起的误差。该误差一般较小, 产生的原因主要是仪器加工不完善。

2.2.3 外界条件的影响。

因为角度观测通常是在一定的外界环境条件下进行的, 例如:风力、日晒、土质情况和湿度等会对气泡居中及仪器的稳定性造成影响, 大气折光和热辐射会影响目标瞄准, 地面反射热的影响会使得物象跳动、不稳定, 大雾、光线的强弱等会降低照准精度等。归结来看, 这些因素的变化最终会影响测角精度, 从而导致测角误差的产生。

3 误差的控制及消减方法

由于实验方法难以确保很完善, 加上实验仪器灵敏度和分辨能力的局限性, 以及周围环境不稳定等因素的影响, 在观测过程中不可避免的会产生误差。但是可以采取一些措施, 尽可能地加以改正、抵消或削弱误差的影响, 使得测量值更接近真实值, 从而提高测量精度和质量。

3.1 观测误差的控制及消减方法对于仪器对中误差, 由于该误

差不能通过观测的方法加以消除, 因而在进行水平角的观测过程中, 特别是当目标点距离测站点较近的时候, 一定要严格的对中。为了降低目标偏心误差的影响, 在进行水平角的观测时, 应始终保持标杆处于竖直, 并尽量的瞄准标杆底部。整平误差不能采用计算和观测的方法加以消除。在进行观测时, 尤其是每次读数之前, 应特别注意仪器的整平, 确保指标水准管气泡的居中。减弱读数误差的方法是在观测过程中要做到细心、认真, 尽可能精确的照准目标。

3.2 仪器误差的控制及消减方法对于横轴误差、视准轴误差和度盘偏心误差, 可采用盘左、盘右取平均值的方法加以消除。

对于数轴倾斜误差, 由于该误差随着望远镜瞄准方向的变化而变化, 因而不能采用盘左或盘右取平均值的方法加以消除。为了消除该误差的影响, 在进行测量之前, 应严格检验仪器是否正常。在观测的过程中也要注意始终保持照准部水准管气泡居中, 并仔细的整平仪器。对于因水平度盘刻划不均匀造成的误差, 可利用复测扳手或是度盘变换手轮, 在各测回间变换水平刻度盘的位置, 从而减小该误差的影响, 提高测角精度。

3.3 外界条件影响造成的误差的控制及消减方法外界条件对

角度观测的影响相对比较复杂, 因此, 要消减其影响, 只能尽量的避开对测量不利的因素, 尽可能的选择有利的天气和观测时间段, 使其对测量结果的影响程度降低到最小。

4 结束语

角度测量作为测量工作的基本内容之一, 有其独特的优势, 在实际应用中也将发挥着越来越重要的作用。但是在实际测量的过程中, 由于各种因素的影响, 不可避免的会产生测角误差。虽然无法彻底的消除误差的影响, 但是可以采取一些有效的措施, 尽可能的消减误差, 使测量值与真实值更接近, 从而提高测量的精度和质量。

参考文献

[1]陆付民, 李利.工程测量[M].中国电力出版社.2009.

[2]浦昭邦, 陶卫, 张琢.角度测量的光学方法[J].光学技术.2002 (2) .

托盘天平测量的“误差分析” 第5篇

李钱进

（江苏省姜堰励才实验学校）

一、砝码质量发生变化后，对测量结果的影响

1.由于某种原因，砝码的质量变小了。假设本来50g的砝码变成了49g，而测量人员在测量时还是按照50g来读数的，从而使测量值偏大。

2.反之若砝码生锈或粘了脏的物体，从而使砝码质量偏大，假设本来50g的砝码变成了51g，而测量人员在测量时还是按照50g来读数的，从而使测量值偏小。

二、调节平衡螺母使天平平衡时，指针没有指到分度盘中央就开始测量

1.若指在分度盘的右侧，就开始测量物体的质量了。那么，我们可以这样分析，物体的一部分质量先要让天平指到分度盘中央，再把物体的其余部分放入，加减砝码，再次使天平平衡，这时砝码的质量就不包含图中黑色物体部分的质量，所以测得的质量就偏小。

2.若指在分度盘的左侧，就开始测量物体的质量了。那么，我们可以这样分析，砝码的一部分质量先要让天平指到分度盘中央，再把物体的其余部分放入，加减砝码，再次使天平平衡，这时图中黑色砝码的`质量也被加进去了，而此时物体的质量等于白色砝码的质量，所以测量值偏大。

3.读数时，指针偏在分度盘的左侧，那么这时说明右边放的砝码质量嫌小，所以读出来的数值将偏小。同理偏在右侧，则质量偏大。

4.游码未归“零”，就调平衡，这时就相当于在右盘中先放了一个质量较小的砝码，所以这时测量值多了这个游码所对应值的质量。所以，这时测量值将偏大。

编辑 薄跃华

★ GPS RTK流动站误差影响分析与对策

★ 建筑工程竣工测量质量控制探究论文

★ 建筑施工中质量控制分析

★ 医院质量控制范文

★ 浅谈ARAMCO控制测量管理

★ 加强工程测量质量的探讨

★ 基于RTK及CASS的地籍测量技术研究

★ 大学生控制测量实习报告

★ 震级误差成因的初步分析

游标卡尺测量误差来源分析 第6篇

关键词：游标卡尺测量误差

1 剖析导致测量误差的主要来源

1.1 自身结构

1.1.1 游标卡尺的结构。由L型状的钢制尺（简称：主尺）与游标安装在框架上组成的游标尺组件构成，在测量中是用手对游标尺进行作用，使得游标卡尺组件和主尺上的测量爪共同作用在待测物上，再进行正确位置的测量，最后将主尺上的数据和游标卡尺组件上获得的数据进行加运算，就会获得准确的物件尺寸。但是游标卡尺的设计与阿贝原理不相符，阿贝基本思路待测物在测量过程中，其长度轴要与主尺标量共线。比如要对钢板的尺寸进行测量，使用钢板尺就能直接获得长度数值，而游标卡尺不能直接获取，只能间接的应用。

1.1.2 游标卡尺的主尺与游标框架尺组件配合。在测量过程中，游标卡尺组件和测量的主尺中间有一定的空隙，所以两者在对待测物件进行尺度测量时，两测量尺与待测物轴线不共线，继而产生测量误差，我们称之为阿贝误差（Abbe）。阿贝误差的大小主要受到测量主尺与游标卡尺部分之间空隙大小的影响；配合空隙越大，则游标卡尺和主尺测量的测量爪部分不平行性就越大。如图1所示。

[间隙配合][1内测量爪][2外测量爪][3被测工具]

图1游标卡尺的主尺与游标框架尺组件配合

1.2 操作导致的误差

1.2.1 测量力产生的误差。在测量中，人为操作直接影响到测量力的大小，因此出现误差是在所难免的。当测量采用测量爪时，人手作用在工具上的力量倘若加大，此时作用在游标卡尺上游标框架上就会在作用力的作用下向左推进，而与测量件接触的测量爪，就会受到反作用，出现右向推动，而游标卡尺上的框架尺原件会出现逐渐增大的弹性形变，导致卡尺上固定的测量爪出现活动。对于游标卡尺上的测量爪存在一定距离的测量臂，继而加大了测量爪的弹性形变，导致出现肉眼看不到的倾斜角φ，因此会出现一定的测量误差。

1.2.2 测量力对使用外测量爪刀口部位测量引起误差。上述讲到的自身结构产生的误差中，已明确指出游标卡尺测量的原理与阿贝原则背道而驰。由于待测物件与游标卡尺的刻度线不共线，此时进行的测量都是偏离的间接检测，而测量爪出现极小的弯曲变形后，导致△L=L×tanφ的误差出现。由于具有阿贝误差，因此△L的数值与L呈正比例关系。就整个外量爪而言，刀口与卡尺测量的轴线距离最远，即L最大，因此可以说，在相同的环境下测量，使用刀口位置进行测量时，产生的误差最大。

1.2.3 刻线宽度产生的误差。参考如何提升分度准确度的标准可知，使用的线条愈细愈好，但是线的宽度直接受限于人眼。不仅如此，最小刻线宽度还受到观察背景的限制，且制造刻度表面的材质越差，越增加实际看见的线宽。

1.3 温度产生的误差

游标卡尺给出产生误差的条件是，在标准温度下使用指定的块规得到的结果。在使用游标卡尺的场合，倘若待测物件和卡尺使用的温度超出标准温度使用范围，误差也就产生了，因此产生误差的来源之一便是温度。

2 应对措施

2.1 降低自身产生的误差 第一，降低间隙。只要对卡尺框上的螺丝进行拧紧操作，就能减少缝隙。标准是将螺丝拧紧后，再回拧半圈，这样就能将卡尺内的弹簧片变成一个中间下陷而两端突出的结构，使得与主尺间接触部分受力均匀，继而降低间隙。第二，在测量过程中，要一直使爪运动是一个连续的稳定的轨迹。最后，在长时间的使用中，游标卡尺可能存在测量部位出现形变，所以在测量前要进行卡尺的计量检定。

2.2 降低操作产生的误差 要降低人为操作导致的误差，需注意以下几点：第一，测量用力要均匀。建议测量过程中，作用在游标卡尺上的力大致在3牛到6牛。第二，游标卡尺两侧的刀口位置容易受到测量力的影响而导致微变形，所以在测量时要降低使用率。最后，在使用测量前，要对游标卡尺进行“零”位校准。

2.3 降低温度干扰 因游标卡尺与较多测量工具具有不同的结构，即使在环境相同的情况下，一定时间内获取的温度也不同，因此测量中，将要检测的物件和游标卡尺放在相同的环境下，静止一段时间，然后再实施测量，测量环境尽量安置在标准温度的环境中，只要满足这些就能有效降低50%的误差。

3 结语

通过研究得出，改善游标卡尺的制作精度或降低磨合面的缝隙等能够减少误差，不仅如此，还应对游标卡尺进行定期检查，确保测量的精准。

参考文献：

[1]刘亚俊.卡尺刀口内量爪示值误差的检定方法[J].上海计量测试，2013(06).

[2]陶三春，黄守义.刀口内量爪示值误差检定方法的专用检具[J].上海计量测试，2013(06).

[3]张馥生.通用卡尺示值误差测量结果不确定度评定[J].科技资讯，2013(30).

作者简介：郭明（1974-），女，辽宁绥中人，工程师，研究方向：长度检定。

误差测量论文 第7篇

关键词：三坐标测量机,螺纹量规,误差

引言

石油专用管中螺纹连接是最薄弱的环节。作为石油专用管的螺纹在连接强度、密封性、互换性上都有较高的要求,这样就对作为检验管材螺纹质量的专用量具———石油用螺纹量规的检测提出更高的要求。从而通过合格的螺纹量规将螺纹质量不合格的管子检测出来,防止不合格油井管下井,最大限度避免或减少油井管失效事故的发生。

传统的螺纹量规测量方法较多,如工具显微镜法、三针法、两球法等等。这些方法的共同特点是手动、简单、经济,但普遍存在精度不高,通用性差,操作比较繁琐,不易实现自动测量,以及无法对测量误差进行补偿的缺点。而螺纹量规由于自身特点:(1)要求精度很高(很多单项参数极限偏差达到μm);(2)检测项目较多(螺纹量规的检测项目达到近10种),以上这些传统的测量方法已不能满足测量要求。

三坐标测量机测量螺纹量规工作原理

三坐标测量机作为一种通用性强、自动化程度高、高精度测量系统在先进制造技术与科学研究中有极广泛的应用。三坐标测量机测量螺纹量规工作原理是将被测螺纹量规置于坐标测量机的测量空间,控制测头沿着量规螺纹的母线进行测量,从而获得螺纹量规母线上各测点的坐标位置,根据这些点的空间坐标值,经过数学运算,求出量规的中径、锥度、螺距等参数。三坐标测量机测量螺纹量规测量过程是由计算机控制的,由于实现了自动测量,大大地提高了工作效率,特别适合于螺纹量规的批量检测。由于排除了人为因素,可以保证每次都以同样的速度和法矢方向进行触测,从而使测量精度也有了很大的提高。如图1、图2所示。

三坐标测量机测量螺纹量规时坐标机选型的重要性

目前,国内外三坐标测量机技术迅速发展,世界上生产测量机的厂商已超过50家,品种规格也已达300种以上。但并非所有的三坐标测量机都适合测量螺纹量规,坐标机选型是非常重要的。选型不准确,将直接影响螺纹量规测量数据的准确性。选型时应注意以下5点:

(1)根据螺纹量规选用合理的测量精度;

(2)根据螺纹量规确定合乎要求的测量范围;

(3)根据螺纹量规选用合适的测量机类型;

(4)根据螺纹量规选用功能强大的测量软件;

(5)根据螺纹量规确定各种类型尺寸的测头。

作为国际互认的螺纹量规校准实验室,中国石油螺纹量规计量站引进德国LEITZ三坐标测量机PMM12106,根据ISO标准,这台测量机的精度为:E值0.6+L/600μm,R值0.6μm,THP值1.5μm。同时配备QUINDOS 7测量软件。

三坐标测量机测量螺纹量规误差来源

影响三坐标测量机测量螺纹量规的误差因素有很多,主要包括以下5个方面:机械误差、环境误差、测头探测误差、软件算法误差、测量方法误差(见图3)。

1三坐标测量机测量螺纹量规时的机械误差

三坐标测量机有x轴、y轴、z轴3根相互垂直的轴线。测量中,测头相对于被测螺纹量规作三维运动,其移动的位移量可通过安装在x轴、y轴、z轴的光栅尺读出。误差主要由以下4部分构成:

(1)直线度运动误差与角误差。直线度运动误差与角误差是由导轨系统的综合作用而产生的。

如沿x方向运动时产生y、z方向的偏移δy(x)和δz(x)。沿y向运动时,产生x、z向的直线度运动误差δx(y)和δz(y)。沿z向运动时,有x、y方向直线度运动误差δx(z)和δy(z)。

沿其导轨作直线运动时,不仅会产生直线度运动误差,还会产生绕3根轴回转的角运动误差。分别会有x、y、z 3根轴转动的角运动误差εx(x)、εy(x)、εz(x)、εx(y)、εy(y)、εz(y)、εx(z)、εy(z)、εz(z)产生。

(2)定位误差。定位误差指当测量机的指令系统让某运动部件移动x时,运动部件的实际位移往往不恰好为x。测量机运动部件的实际位置与指令位置之差称为定位误差。如y轴的定位误差。

三坐标测量机测量螺纹量规时测量点的实际坐标值来自于测量机光栅尺的读数,而非驱动系统中的指令位置,所以通常定位误差并不十分显著。

(3)垂直度误差。由于安装原因,x轴、y轴、z轴这3根轴线之间的夹角可能偏离90度,造成轴线之间的垂直度误差。垂直度误差主要由导轨安装、调整与加工误差引起。一旦调整完毕,应是一个定值误差。

(4)动态误差。三坐标测量机在运动过程中完成螺纹量规的数据采集,此时还需考虑测头与测量系统的动态特性对校准误差的影响。当测量机在作加速运动时,所有运动部件上都会产生惯性力,这些惯性力会使这些部件变形。变形的大小与惯性力成正比,与构件的刚度成反比。除惯性力外,振动也是引起动态变形和位移误差的重要因素。测量时需要频繁改变测头探测方向,以便采集到螺纹量规相对全面的几何数据,这时改变测量方向总是伴随着加速、减速,造成传动的不平稳性也是产生振动的因素之一。所以在测量时,应尽量保持探测速度恒定。图4为坐标测量机各个运动部件在3个方向驱动力和各自的惯性力作用下,引起的测头位置处的动态误差。

2三坐标测量机测量螺纹量规时的环境误差

由于三坐标测量机是一种高精度的检测设备,所以其环境条件的好坏,对测量结果至关重要,包括螺纹量规的状态及环境因素(温度条件、湿度、压缩空气)。

温度误差又称为热变形误差是影响测量误差的主要环境因素之一。对于被测量规来说,主要是它的几何尺寸随温度而变化。对于测量机来说,则有可能是它的结构尺寸变化(如光栅尺),性能变化(如放大器、传感器)。测量机的长度基准-光栅尺是按照20℃修正的,测量机也是在这个温度情况下装配调试的,当温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。

三坐标测量机工作间规定环境条件的首要条件就是环境温度。一般要求环境温度控制在20±1℃范围内。环境温度不仅要求三坐标测量机本身,还要求被测量规测量时也是这种温度。所以在测量前,需将量规在恒温20℃的工作间放置24h,使温度尽量接近20℃。

量规的状态指测量前的量规相关准备工作,如量规的清洁、除毛刺,量规在测量台上的固定装夹等,如果测量前没有充分的做好准备就会产生误差。量规在测量台上的固定装夹往往没有引起足够重视,正确装夹的装置必须满足以下2个条件:(1)有利于测量的操作和测头移动;(2)装夹装置要使测头尽量一次测完被测对象的采集数据。

3三坐标测量机测量螺纹量规时的测头探测误差

三坐标测量机测头的探测误差是影响测量的重要因素。在标定测头的直径时,测量机与测球的误差对标定值均有影响。由于是接触式测量,测头会与测球、量规表面产生摩擦,也会引起测量误差。测量量规时,测头常会使用各种附件,如加长杆、转接体、多测头连接座等,这些附件的误差也直接影响测量精度。如在测量量规时需使用多探针,此时就需对各个探针测头的进行标定。测量过程中,测头需要自动更换,更换装置的重复定位精度也直接影响测量结果。

测量机在校验测头以及粗定量规坐标系时,均需要手动操作,此时由于探测力的大小很难控制,所以探测时容易于产生误差。

这里重点强调一下测头的校验。三坐标测量机测量螺纹量规前,使用的4个方向的测头都应进行校验。首先是让软件计算球心相对于测量机坐标系零点的位置;其次是计算测头的实际直径。由于测杆的变形,测头的直径与上一次测量所用测头直径有所差别,进行当前测头校验可以保证测头半径补偿精度,并得出不同测头的位置关系。在测头校验时产生的误差将全部加入到测量中去。所以在这个环节中要保证测头校验的正确和准确。

测头校验后保存的测头文件,在测头、测杆没有变化的情况下可以调出使用。但精度要求比较高的情况下,建议重新校验测头

4三坐标测量机测量螺纹量规时的软件算法误差

在三坐标测量机中,根据被测元素中若干点的坐标位置,按照一定的拟合准则,通常依靠测量机数据处理软件来求得替代元素及其参数。在进行数据处理过程中,软件也不可避免地带入某些误差,所选用的拟合准则不同,采用的软件不同,引起的误差也不同。

软件在数据处理过程中产生误差的主要原因如下:

(1)由于某些计算比较复杂,在软件的编制过程中采用了一些近似算法,例如以线性最小二乘法代替非线性最小二乘法;

(2)经过测试中发现,软件中对方向余弦的值所给的有效数字位数不够,而带来误差。

5三坐标测量机测量螺纹量规时的测量方法误差

三坐标测量机测量螺纹量规方式主要分为手动探测模式与自动探测模式。手动探测模式测量即指校验测头和粗定坐标系。粗定坐标系是指由人工操作,使测头逐点探测量规表面的方式。自动探测模式,就是测头沿被测量规表面按照预先确定的速率运动,自动获取测量数据的一种测量模式。此测量模式的最大特点是数据采集率高,即在短时间内可以获取量规的大量数据。

手动探测模式测量中人为干预比较大,测量效率和测量精度也相对比较低。自动探测模式测量在计算机程序的控制下,自动完成整个轨迹的测量。扫描速度与扫描精度比较高。

三坐标测量机测量螺纹量规误差实例分析

由以上分析可知,影响三坐标测量机精度的总误差为:总误差=机械误差+环境误差+测头探测误差+软件算法误差+测量方法误差。

以中国石油螺纹量规计量站为例,用三坐标测量机测量螺纹量规时5种分误差对总误差的影响分析如下:

机械误差:计量站通过周期性对三坐标测量机进行测量误差校准,以修改坐标机测量误差修正模型软件中的参数,从而达到修正机械误差的目的。

环境误差:计量站具备严格的实验室环境控制系统,可以保证坐标机房间的温度20±1℃。

软件算法误差:计量站通过QUINDOS 7测量软件的编制去除了数据处理过程中产生的误差。

机械误差、环境误差、软件算法误差、通过误差修正技术对螺纹量规最终的校准结果影响较小。而测头探测误差、测量方法误差在误差产生和处理中,人为因素会不可避免,不具有重复性。所以该类误差很难通过误差补偿来得到修正,对三坐标测量机精度的总误差影响最大,贡献最大。

结论

为了提高三坐标测量机测量螺纹量规的测量精度,需要采取一系列综合性措施:

(1)定期邀请厂家对三坐标测量机进行校正,提高机械结构精度,其中包括测量机主机、导轨、测头及其附件的精度,尤为重要的是提高它的重复精度。

(2)减小环境因素带来的影响。

(3)在测量过程中减少更换测头、加长杆等操作。

(4)尽可能使探测速度均匀一致。

(5)完善三坐标测量机测量螺纹量规的软件以及测量方法,其中需设计误差补偿。

(6)建立典型的量规测量数据库,即在三坐标精度校验好的情况下进行多次测量,将结果按照统计规律计算后得出一个合理的值,如89mm(3讓讈in)油管,NC50等。可以经常作比对实验以确定三坐标的精度情况。

参考文献

[1]张国雄.三坐标测量机[M].天津:天津大学出版社,1999.

[2]张国雄.坐标测量技术发展方向[J].红外与激光工程,2008(S1):1-2.

误差测量论文 第8篇

1 三坐标测量机的概述

1.1 三坐标测量机的概念

三坐标测量机是在空间三个维度内建立起测量范围, 利用光栅尺和测头来进行精确扫描和读取, 在科学计算的基础上对生产部件的长度、宽度、高度、曲面进行测量, 得出精确的三维结构与位置公差, 以此来实现对加工与生产部件的精度测量, 是新时期数字应用与测量仪器的代表性设备。

1.2 三坐标测量机的工作机理

三坐标测量机是利用空间三个相互垂直的特点, 通过导向设备引导方向, 通过读数头来获取数据, 通过处理器进行数据加工, 通过一系列的科学运算而形成对加工部件和机械零件的精确测量。三坐标测量机的优势在于数字化与自动化, 不但可以大大提高测量工作的速度, 也可以提升测量工作的质量, 是现代加工、生产、设计、检验等基础性工作需要广泛使用的测量设备。

2 影响三坐标测量机精度的原因

2.1 三坐标测量机测头对测量精度的影响

三坐标测量机测头以扫描的方式对测量工件的表面进行测量, 这样的工作方式会形成对测头表面的影响, 过度的摩擦会产生测头的形变, 特别是一些高硬度的材料会对三坐标测量机的红宝石材料造成划伤, 这会产生三坐标测量机测头的误差。此外, 三坐标测量机测头经常接触不同温度的工件, 这会产生测头的热胀冷缩, 红宝石虽然具有强度高的优点, 但是在物理性能的抗温度变化方面存在着不足, 会导致红宝石的磨损加剧, 甚至会引发红宝石崩裂, 进而出现三坐标测量机的测量误差。在三坐标测量机进行铝合金材料工件测量时, 会在工件和测头红宝石之间产生化学变化, 铝合金部件上的材料会涂抹到红宝石测头上, 这会降低测头的精确性, 导致三坐标测量机在测量中出现较大的误差。

2.2 三坐标测量机测球直径校正问题

对三坐标测量机测球进行校正是一个经常性的技术工作, 如果出现校正问题, 那么三坐标测量机的应用就会出现问题, 进而造成三坐标测量机测量的误差。常见测球直径校正的问题有:测点选择数量不足, 没有在校正的过程中对测球半径补偿, 这些问题会影响到三坐标测量机测球的精度, 进而对测量精确性产生影响。

2.3 三坐标测量机测针长度对测量精度的影响

三坐标测量机测针在测量时, 使用的测杆越长, 测头产生的弯曲和偏斜就越大, 当测针在校正后对标准球进行测量时, 测量结果是随着测针长度的增加, 其偏差也随着增大, 其测量精度随着测杆长度的增加而降低, 因此长测杆并不适合测量所有的工件特征。

3 三坐标测量机误差的技术控制

3.1 三坐标测量机测球误差的控制

首先, 应该控制三坐标测量机应用的条件, 要避免对三坐标测量机测球的破坏, 在进行高硬度部件测量时应该选用氧化锆测球进行实测工作。其次, 要控制测量工件的温度, 不能对温度过高或过低的工件进行直接测量, 要等到温度稳定后再施测。再次, 在铝合金材料的测量工作中应该及时更换红宝石测头, 这样有利于确保测量的精度, 也能避免因红宝石出现沾染而造成经济损失。最后, 在铸铁工件的测量中应该以氧化锆为测头, 这样有利于控制测量精度, 降低测量成本。

3.2 三坐标测量机测球直径校正的控制

要采用9点测量方法来进行三坐标测量机测球的直径校正, 要确定测针组坐标的原点, 提高校正的精度, 同时要通过标准球的测量来补偿测球半径的误差, 进而达到三坐标测量机直径校正的精确性。

3.3 三坐标测量机测针长度产生误差的控制

选用适当长度的接长杆材料, 以获得更好的稳定性和一致性更好的测量结果。碳纤维是最常用的长测杆和接长杆材料, 因为这种材料既硬又轻。钛合金兼具良好的强度﹑稳定性和密度, 非常适合用于制造测杆的金属零件。尽量选择测针直径较大、测杆较短的测针, 以获得最佳的有效工作长度和测针刚性。

4 结语

三坐标测量机的性能在于测量工作中的精度与速度, 如果出现三坐标测量机侧头、坐标等方面的问题, 很容易造成对三坐标测量机测量精度的影响, 进而出现三坐标测量机测量工作的误差, 这会影响到机械加工、模具设计等后续工作。在三坐标测量机的维护工作中, 要控制各方面因素的影响, 降低各部件和各操作可能带来的误差, 使三坐标测量机在精确测量的基础上, 保证加工的质量与精度, 为部件加工、机械生产做好基础性工作。

参考文献

[1]张国雄.三坐标测量机[M].天津:天津大学出版社, 1999.

[2]海克斯康测量技术 (青岛) 有限公司.实用坐标测量技术[M].北京:化学工业出版社, 2007.

激光跟踪测量技术误差分析 第9篇

关键词：激光跟踪测量,误差分析

随着国家经济实力的不断提高, 产业结构的调整, 飞机及汽车等大型制造工业进入大规模发展时期。目前, 世界上先进的大尺寸测量技术主要有:激光跟踪测量、数字扫描摄影、激光经纬仪、多关节测量机器手等。激光跟踪测量技术, 利用激光干涉测长、精密测角及光靶跟踪技术, 可对任意点的空间位置进行实时一跟踪测量, 测量精度高、测量速度快、测量范围大、通用性强。但激光跟踪测量技术存在以下几个问题:

1) 不能直接应用被测对象的数字模型, 对其进行自动高效测量;

2) 对大型被测对象, 人工布点及测量过程繁杂, 测量效率低;

3) 人工操作测量, 造成被测对象几何形状变形, 严重影响测量精度;

4) 对大型薄壁结构, 测量过程困难, 甚至无法进行测量。

随着制造信息化技术及计算机辅助制造测量技术的发展, 如何减小误差源, 提高测量精度, 是一个急需解决的关键技术问题。研究开发高精度新型的激光跟踪测量技术, 成为当前焦点研究课题之一, 其对激光跟踪测量技术的发展具有重大影响。

1 根据激光跟踪测量原理, 进一步研究激光跟踪测量的应用领域及其拓展研究

随着激光跟踪系统的发展, 其测量范围和应用领域也随之飞快地扩展。从最初的机器人终端的精确标定, 逐渐延伸到一切可归结为空间点坐标测量的领域。从最初的只能测量简单的点、线、面, 到现在能对隐藏特征、曲面等复杂特征进行测量。激光跟踪系统被广泛地应用在各种精密测量领域。如:激光跟踪仪应用于航空航天领域, 可对全机的水平性能进行检测, 可指导飞机机翼的装配以满足高的装配精度要求。跟踪系统应用于机床行业中可对机床的直线度、平面度、圆柱度、平行度误差进行检测。跟踪系统应用于汽车工业, 可对新车型进行在线测量。另外激光跟踪系统的应用领域还扩展到了造船、建筑、考古、路桥修建等等各种领域。

2 激光跟踪测量在测量大型尺寸工件过程中的测量方法的数模建立

数学建模是寻找能最好地描述真实系统的方程的过程。系统的数学模型可以采用下面的形式来表示:

其中, P是被测点在系统坐标系下的坐标, θ 是系统各传感器的测量值组成的向量, ρ是系统的未知参数组成的向量。图2-1所示是激光跟踪坐标测量系统的坐标系示意图, 其建立方式为:x轴与系统的俯仰轴的回转轴线重合, z轴与系统的偏摆回转轴的轴线重合, y轴由右手螺旋定则确定。Pr是‘鸟巢’所在的位置, P是测量空间内的某被测点。

当然, 测量系统的坐标系可以建立在任意位置, 但是以上述规则建立的激光跟踪系统的坐标系是最简约的形式。此时, 两个圆光栅测量的角度变化量恰好等于被测点在坐标系中的角度变化量。后文中凡用到LTS坐标系均指以上述方式建立的坐标系。被测点P点的坐标可以用式 (2-2) 表示。

与2-1式相比, 向量 θ 对应向量:, 该向量中的各元素分别是系统中斜距和角度的变化量, 均为已知量。而向量ρ 则对应着它是系统参考点的球坐标, 是未知量, 需要进行标定。它是系统参考点的球坐标, 是未知量, 需要进行标定。在研究单站式激光跟踪系统的过程中, 对球坐标系以及跟踪系统的特点进行了深入的分析, 发现单站式激光跟踪系统的‘鸟巢’坐标中只包含两个未知量。因此本文对式 (2-2) 表示的单站式激光跟踪系统的数学模型进行了修正, 建立了式 (2-3) 所示只包含两个未知参数的跟踪系统的数学模型。

其中, C为任意常数, 为了便于理解, 可将其定义在区间[0, 2π]上。

3 激光跟踪测量在测量大型尺寸工件过程中的测量误差分析的数模建立

在影响激光跟踪测量系统测量精度的诸多因素中, 以测角误差最为显著, 而激光跟踪仪内部部件几何位置不正确造成的测角误差是重要组成部分。激光跟踪仪的结构比较复杂, 影响系统准确度的误差因素也非常繁多, 如由于机械加工装配误差、运输、振动、温度变化、激光束漂移、电子零点误差等因素的影响, 各部件位置与理想情况总有一定的偏离, 从而存在下述项几何系统误差, 本文以激光跟踪仪为研究对象, 分别建立激光跟踪仪的几何误差数学模型。1) 激光视线误差;2) 水平轴倾斜误差;3) 激光倾斜误差;4) 垂直度盘指标差;5) 水平度盘偏心误差;6) 垂直度盘偏心误差;7) 度盘与转轴不垂直误差;8) 激光偏移误差;9) 保护玻璃倾斜误差;10) 水平轴偏离垂直轴误差;11) 跟踪镜偏离水平轴误差。

4 激光跟踪测量在测量大型光学零件表面面形尺寸及误差评价方法

误差分析是精密仪器设计的重要环节, 误差补偿是提高系统测量精度的重要手段。本文拟对激光跟踪测量在测量大型光学零件表面面形尺寸各项误差源进行了分析, 包含以下几点:激光跟踪测量系统随机误差分析;激光跟踪测量系统系统误差分析;激光跟踪测量系统粗大误差分析。

5 影响激光跟踪测量大型光学零件尺寸及加工精度的方法, 进一步总结出提高激光跟踪测量在测量大型光学零件表面的测量精度的方法

复合轮廓度误差测量方法 第10篇

随着经济发展, 大型设备品种、产量逐年增加, 大型零件检测技术的研究与使用越来越重要。同时面对制造业的全球化, 我们越来越多地接触到国外的图样、国外的标注方式。我公司在与美国公司的合作中, 复杂形位公差的标注就被广泛地应用, 尤其是复合轮廓度。而对于此类复合形位公差, 国内还很少有资料给出明确定义, 只有通过学习国外的标准加上三坐标的强大功能, 才能很好地实现复合形位公差的检测。

1 复合轮廓度概念解析

1.1 一般面轮廓度误差定义及测量方法

面轮廓度的公差带是包络一系列直径为公差值t的球的两包络面之间的区域, 诸球的球心应位于具有理论正确几何形状的曲面上。国家标准GB/T1958-2004中, 利用三坐标测量装置测量面轮廓度的方法为:将被测零件放置在仪器工作台上, 并进行正确定位。测出若干个点的坐标值, 并将测得的坐标值与理论轮廓的坐标值进行比较, 取其中差值最大的绝对值的2倍作为该零件的面轮廓度误差。

1.2 复合轮廓度的种类及其概念

复合轮廓度是ASMEY14.5M (AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEER) 即美国机械工程师协会制定的“尺寸和公差标准”的一种标注方法。主要应用于位置公差比形状/方向公差大的标注中。我们介绍的是只有一个轮廓度符号的复合轮廓度的标注。复合轮廓度可以控制单个形体和阵列形体。它的下公差框格描述的是轮廓的大小、形状和方向或阵列形体间的相互位置关系。上公差框格描述的是轮廓的位置或阵列形体作为一个整体的位置。而下公差框格中的基准应该重复上公差框格中的部分或全部基准。同时下公差框格中的基准限制的是旋转自由度, 不限制移动自由度, 只定向不定位。受控特征必须同时满足2个公差带的要求。下面分别介绍单个形体的复合轮廓度和阵列形体的复合轮廓度。

1.2.1 单个形体的复合轮廓度

如图1所示, 下公差框格描述的是轮廓的大小、形状和方向, 上公差框格描述的是轮廓的位置。即0.8为位置公差, 0.1为形状公差。其形状公差带在位置公差带中可以上下左右移动或转动。实际轮廓必须同时位于2个公差带内。

如图2中的标注, 形状公差带在位置公差带中可以上下左右移动, 但不能转动。实际轮廓必须同时位于2个公差带内。

1.2.2 阵列形体的复合轮廓度

如图3所示, 最上面的公差框格是PLTZF (PatternLocating Tolerance Zone Framework) 称为阵列位置公差, 它控制了阵列形体作为一个整体的位置, 按相关基准定向并定位, 公差值比下公差框格大。下面的公差框格是FRTZF (Feature-Re-lating Tolerance Zone Framework) 称为形体相关公差, 它控制轮廓形体的大小、形状、方向及各形体间的相互位置关系, 相关基准只定向不定位。其公差值比PLTZF小。而下面公差框格的参照基准不同, 其控制轮廓形状的旋转和移动也会不同。如:

1) 如果下公差框格中没有基准, 则FRTZF可在PLTZF控制的公差带内任意移动或旋转;

2) 如果下公差框格中有参考基准, 则其约束FRTZF在PLTZF控制的公差带内的旋转。且这些基准必须按顺序重复上公差框格中的部分或全部。

2 CALYPSO中如何测量复合轮廓度

如图1零件图, 第一步, 先将零件放置在三坐标工作台面上, 将其安装定位。第二步, 求上公差框格的误差, 先以A建立坐标系空间旋转轴Z轴, B建立坐标系平面旋转轴Y轴, 并以A、B、C确定坐标系的坐标原点。然后在该坐标系1下采集被评价元素的测量点, 修改好被评价特性的理论值。第三步, 用ZEISS CALYPSO测量软件的面轮廓度评价指令直接评价其上公差框格的轮廓度误差。那么, 对于下公差框格的误差, 我们这样来评价。在“资源”菜单栏的“其它”下拉菜单中选择“几何元素最佳拟合”, 在几何元素最佳拟合1中的“选择元素”栏选择被评价元素, 坐标系选择以上建立好的坐标系1, 最主要的是在“评定约束”栏中, 选择被评价元素的约束条件, 即被评价元素可以绕Z轴转动, 沿X、Y轴平移。然后用面轮廓度评价指令在几何元素最佳拟合1里评价下公差框格的轮廓度误差, 即可。

3 结语

随着制造业的发展, 复合形位公差的应用将会越来越广泛, 我们需要结合先进的检测设备, 对于不同形式的标注, 研究总结出准确、快捷的检测方案, 来满足生产, 迎接发展。

摘要：详细描述了复合轮廓度的具体意义以及基本概念, 并说明了三坐标测量复合轮廓度的原理和方法。

关键词：复合轮廓度,三坐标测量机,单个形体,阵列形体,CALYPSO

参考文献

[1]Geometric Dimensioning&Toleracing:ASME Y14.5M-2009[S].

[2]产品几何量技术规范 (GPS) 形状和位置公差检测规定:GB/T1958-2004[S].

水准测量的误差来源及消减方法分析 第11篇

【关键词】三、四等水准测量；一般要求；误差来源；措施

0.引言

在水文和水利工作中，水准测量是一项基础工作。建立测站高程控制，联测水准点、高程基点、水尺零点以及固定点等高程时，都需进行水准测量，作为水位、地下水位、冰棱、流量、泥沙等测验的直接或间接依据[1]。

1.三、四等水准测量的一般要求

三等水准路线长度一般应不大于50km，四等水准路线长度一般应不大于15km，环形路线周长一般应不大于40 km 。三、四等水准测量应采用不低于国内水准仪系列的S3级水准仪[2]，水尺零高的测量一般应使用S3级水准仪，见表1.1。水准标尺应采用双面水准尺。三、四等水准测量在每仪器站的允许视线长度，前后视距不等差，应符合表1，2规定，其视线高度要求三丝能读数。三、四等水准测量观测限差应符合表1.3的规定。往返测量高差不符值，路线、环闭合差限差应符合表1.4的规定。

2.水准测量的误差来源及其消减方法

在水准测量，由于受仪器、外界条件，以及观测员感觉器官反映不同的影响，使测量成果存在一定的误差。为了使成果达到规定的精度要求，对测量中产生误差的原因，必须加以分析和研究，以便采取适当的措施和方法，使测量误差尽可能地减小或者予以消除。在观测中，由于观测员不细心而造成的错误，应该完全避免。

2.1水准仪校正不完善产生的误差

在水准测量前，虽然对水准仪进行了检验和校正，但是不可能做到绝对的准确，例如望远镜视准轴与水准管轴不平行，两轴之间还有一个微小的角度i，这项误差在观测中，如果把水准仪安置在前、后两水准尺的中央，可以消除这项由于仪器校正不完善造成的误差。

2.2水准尺误差

水准尺误差包括水准尺尺面的分划不均匀和尺底的零点不准等。因此对使用的水准尺要用标准尺检验，并检查尺底的铁板是否完好。

2.3读数误差

在水准尺上读数产生误差的原因，一方面是由于视差的存在，另一方面是估读毫米时不准确。视差的存在应该仔细的对光和调节目镜予以消除，但是在估渎毫米时由于观测员用十字丝横丝在1厘米的间隔内估计，而1厘米的分划是通过望远镜放大后的成像，因此毫米数估读得是否准确与厘米像的宽度有密切的关系，此外也与十字丝本身粗细有关。望远镜放大倍率小，仪器到水准尺的距离远，水准尺的成像就小，估读毫米的读数误差就大。所以在一般水准测量中，要求望远镜放的倍率不小于20倍，前后视视线的长度小超过100m。

2.4水准尺扶持得不直产生的误差

观测员容易发觉水准尺左右倾斜，如果水准尺前后倾斜观测员就 难以觉察。由于水准尺向前或向后倾斜，读数总是比竖直时要大，并且视线越高，误差越大，所以读数通常不宜超过2.7m。如果水准尺上装置有圆水准器，当气泡居中时，表明水准尺竖直。

2.5仪器和尺垫下沉产生的误差

由于仪器和尺垫本身的重量以及地面土质琉松的原因，仪器可能下沉，使水准仪的视线降低，以致使后读的前视读数减小或者加大，从而使测得的高差比正确的高差大或者小。所以在安置仪器时应该选择在土质坚实的地点，并将三脚架和尺垫踩紧，同时尽可能的加快观测速度，以避免此项误差。

2.6温度和大气折光的影响

在有太阳的天气进行测量时，应该用伞遮住阳光，否则由于仪器受热不匀会影响水准管气泡居中，不仅影响测量成果，而且会损坏仪器。根据研究，当温度变化10℃时，i角变化可能达到1～2″，有时还可能发生突变。

由于大气折光的影响，视线是弯曲的，使实际读数比水平视线的读数小。在平坦地区，如果前、后视距离相等，视线受折光的影响相同，大气折光差可以消除。如果在山区，水准路线始终是上坡或下坡，前、后视视线受折光的影响就会有较大的差异。所以只有把视线缩短，使视线距地面有一定的高度，可以减少大气折光的影响。

3.结语

上述三、四等水准测量中的各项误差来源，都是采用单独影响进行分析，由于随机误差还有相互抵消的特点，会自行抵消一部分，在实际中是综合影响。测量中只要注意误差来源，采取相应措施，严格 执行SL58-93《水文普通水准测量规范》的各项规定，测量误差将会大幅减少，从而提高测量精度。

【参考文献】

[1]水利部.水文测验实用手册.北京：中国水利水电出版社，2013，02.

浅论测量仪器的误差和测量不确定度 第12篇

在计量检定、校准和检测中, 数据处理是一个关键步骤。在测量过程中, 由于测量仪器精度、实验条件局限和各种因素的影响, 测量结果总是与实际待测量有一定差异, 即存在测量误差。因此作为一个测量结果, 不但应提供测量值的大小和单位, 还应对测量值本身的可靠程度作出判断, 不说明可靠程度的测量值没有实际意义。人们在使用误差理论的过程中, 又发展出了不确定度概念, 如何正确理解、合理表述测量仪器的误差与不确定度, 是计量工作者一直关注的重要议题。

1 测量仪器

测量仪器的概念是单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具 (又称为计量器具) 。其特点是:1) 可直接进行测量;2) 可以单独地或连同辅助设备一起使用的一种技术工具或装置。在我国有关计量法律、法规中, 测量仪器称为计量器具, 既计量器具是测量仪器的同义语。测量仪器按其结构特点和计量用途可分为测量用的仪器仪表、实物量具、标准物质及测量系统 (或装置) 。测量仪器在生产生活中有着广泛的用途, 不论是宇宙飞船探月用的信号发生器, 还是平常的买米买菜用的电子称, 都是测量仪器。

2 测量仪器的误差

测量仪器示值误差, 通常简称为测量仪器的误差, 可以用绝对误差的形式表示, 也可以用相对误差、引用误差的形式表示。对于给定的测量仪器, 由规程、规范所允许的误差极限值, 称为测量仪器的最大允许误差, 有时也称为测量仪器的允许误差限。误差是指测量结果减去被测量的真值, 误差是测量结果的重要组成部分。测量结果包括示值、未修正测量结果、已修正测量结果以及若干次测量的平均值。误差经常用于已知约定真值的情况, 真值从本质上说是不能确定的。但在实践中常用约定真值或实际值代替真值。用更高准确度等级的测量仪器对测量仪器进行检定或校准时测得的值, 作为该测量仪器约定真值。

例如:使用m=5kg标准砝码检定一台10kg案秤时, 案秤示值m0为5.002g, 则案秤的示值误差△为:△=m0-m=5.002-5=2g, 即该案秤的示值比其约定真值大2g。

根据检定规程计算得知此时案秤的最大允许误差mpe=±5g

相对误差为δ= (△/m0) ×100%= (2g/5.002kg) ×100%=0.04%。

3 测量不确定度

实际上测量仪器的不确定度无定义, 在计量检定工作中所说的测量仪器的测量不确定度就是测量仪器示值误差的不确定度的简称。表征合理地赋予被测量之值的分散性, 与测量结果相联系的参数, 称为测量不确定度。

测量结果的不确定度反映了测量结果落在一定区间的概率, 也就是每一次测量的结果不一定是同一个值。为了表征这种分散性, 国际现行的做法是用标准[偏]差表示。以表示方式不同可以分为和扩展不确定度。用标准差表示的测量不确定度称为标准不确定度, 用u表示。当测量结果是由若干个其他量的值求得时, 测量结果的标准不确定度, 等于这些其他量的方差和协方差适当和的正方根, 称为合成标准不确定度, 用uc表示。用说明了置信水平的区间的半宽或标准差的倍数表示的测量不确定度称为扩展不确定度, 用U表示, U=kuc, k是包含因子, 通常取k=2或3。与置信水平相联系的扩展不确定度, 用Up表示, p为测量结果取值区间的置信水平或置信概率。在计量检定、校准工作中应该努力找出不确定度的所有分量且做出合理评定。

4 两者的联系与区别

不要把测量仪器误差和测量不确定度混为一谈, 他们既有区别又有联系, 下面比较一下他们的区别:

1) 从外因上看, 测量仪器误差是测量仪器重要的计量特性之一, 与测量仪器本身和高一级测量仪器的计量特性有关。测量不确定度是经过分析和评定得到的, 任何一个不确定度分量的标准不确定度都可以用A类方法或B类方法来评定, 评定人员根据自身的资源和相关信息情况来选择评估方法;

2) 从形式上看, 测量仪器误差是与一个测量结果相对应的, 其值为测量结果减去被测量的真值, 是单个的数值, 不同的测量结果会有不同的测量误差, 非正即负。测量不确定度是一个参数, 是给定概率下分布区间的半宽, 总是用正值来表示;

3) 从作用上看, 测量仪器误差用以判断测量仪器合格与否, 可以用已知的误差数值来修正测量结果。测量不确定度是表征对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度, 虽可估计, 但却不能用来修正测量结果, 两者的数值大小没有简单的对应关系;

4) 从概念上看, 测量仪器误差为的是表明测量结果偏离真值的程度, 是对测量仪器本身而言;测量不确定度为的是表明被测量值的分散性, 是对测量结果而言的, 测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小。当测量仪器使用外部校准时, 在校准证书中应该包括测量不确定度。

虽然测量仪器的误差和测量不确定度有许多不同, 但它们仍存在着密切的联系。不确定度理论是以误差理论为基础的, 现在国际上更多采用不确定度来对测量结果进行补充。其基本分析和计算方法是共同的。在估计B类分量时, 更是离不开误差分析。测量仪器的示值误差或最大允许误差与使用测量仪器得到的测量结果的不确定度有关。若测量仪器经过检定、校准, 知道其示值误差, 则该示值误差的不确定度就是测量仪器的不确定度分量。若测量仪器未经过检定、校准, 则测量仪器的最大允许误差就是该不确定度分量的扩展不确定度, 在已知其分布的情况下可以得到该不确定度分量的标准不确定度。在JJF1094-2002《测量仪器特性评定》5.3.1.4条“测量仪器示值误差符合性评定基本要求”中指出:评定示值误差的不确定度U95与被测量仪器的最大允许误差的绝对值之比应小于或等于1:3, 并且被测量仪器的示值误差在其最大允许误差限内时, 即可判为合格。

参考文献

[1]国家质量技术监督局JJF1001-1998.通用计量术语及定义[S].北京:中国计量出版社, 1998.

[2]国家质量技术监督局JJF1059-1999.测量不确定度评定与表示[S].北京:中国计量出版社, 1999.

[3]国家质量监督检验检疫总局JJF1094-2002.测量仪器特性评定[S].北京:中国计量出版社, 2004.

[4]淋洪桦.测量误差与不确定度评估[M].北京:机械工业出版社, 2009.