數據測量

GPS全球定位系統是一種全球性、全天候,且具有連續三維定位和導航能力的系統,是當前最先進的精密衞星導航系統。然而在航空載體上單獨使用GPS導航受到輸出頻率低的限制。慣性導航系統INS(InertialNavigationSystem)具有能夠不依賴外界信息、完全獨立自主地提供多種較高精度的導航參數的優點,但它提供的導航參數誤差隨着時間而積累,不適合長時間的單獨導航。可見,GPS和INS具有優勢互補的特點[2]。以適當的方法將兩者結合起來成為一個組合導航系統,可以提高系統的整體手導航精度及導航性能。當前,GPS與INS相結合已成為導航控制的重要發展方向。本文以GPS/INS組合導航系統為核心,利用差分技術,完成了動態姿態數據測量與採集系統的設計,實現高動態、高精度的姿態測量和定位。設備造價低,操作簡單及使用靈活,具有較高實用價值。

1.1系統工作原理

由於GPS的精密定位服務只侷限於美國指定的軍方用户和政府部門,普通用户只能使用定位精度相對較低的標準定位服務,為了提高GPS的定位精度,考慮使用差分定位技術,當前,現成的差分GPS設備可直接進行差分定位,但多數設備都是從國外進口,價格昂貴,維修服務困難。考慮到成本及造價的問題,系統將當前使用最為廣泛的偽距差分方法應用到系統中,實現了高精度的定位。

偽距差分方法工作原理是由差分GPS基準站發送偽距改正數,由用户站接收並對其測量結果進行改正,消除如星曆誤差、電離層誤差、對流層誤差等系統中的共有誤差,以獲得精確的定位結果[4]。實現時,要求基準站與用户站同時觀測到的衞星數大於或等於4顆(實現完全定位)。本系統主要用於試驗時精確測量試驗設備運動載體的姿態,通過差分GPS修正,可以長時間提供穩定、可靠、滿足精度要求的動態姿態數據,同時提供速度數據、位置數據、秒脈衝信號及其他導航信息。同時,由於差分GPS的引入為地面監視試驗狀態和指揮調度提供保障。

1.2系統組成及功能

系統主要由地面基準站和機載移動站組成。地面基準站主要完成以5s的頻率向機載設備發送差分修正信息;實時記錄地面GPS基站的定位信息;記錄機載移動站的GPS定位信息以及移動站GPS/INS測量的姿態信息和試驗設備的工作信息;以圖形和數字方式實時顯示移動站載體的位置和姿態;對地面設備進行參數裝訂和系統設置,實時監控地面設備和機載設備的工作狀態,實時顯示測量的載機的空間位置和姿態數據,實時記錄試驗數據,試驗結束後進行數據處理分析;打印試驗數據、圖形、曲線及分析結果。其組成為:(1)GPS接收機;(2)數傳電台及功放設備;(3)電源模塊;(4)控制計算機(基準站主控計算機);(5)打印機等。

機載移動站主要完成實時測量飛機的高精度三維姿態基準數據、位置數據、速度數據及其它導航信息並利用數據記錄器進行記錄和存儲;將測得的飛機姿態、位置和速度等數據實時地向機上試驗設備傳輸;將測得的飛機數據與試驗設備工作數據實時地向地面基準站設備傳輸;利用移動站輔助計算機完成對機載姿態精密測量裝置和受試設備進行參數裝訂、系統設置、初始化,下載機載記錄器中記錄的數據,對設備功能檢查。其組成為:

(1)GPS/INS組合導航接收機;

(2)數傳電台及功放設備;

(3)機載數據記錄器;

(4)控制計算機;

(5)四路串口擴展卡;

(6)移動站輔助計算機;

(7)電源模塊。

地面基準站和機載移動站之間的通信利用數傳電台及其輔助設備來完成。電台採用收發異頻的方式傳輸,上行數據採用f1頻率,下行數據採用f2頻率。差分數據(上行數據)每秒傳輸的數據量和飛機位置、速度、姿態數據(下行數據)每秒傳輸的數據量的總和遠遠低於信道的傳輸容量,因此採用這種收發異頻的傳輸方式可以實現數據的上行、下行傳輸,完成數據的通信。

2.1移動站控制計算機設計

機載移動站是差分定位的核心部分,輸入輸出通路比較多,而其控制計算機模塊作為移動站的核心模塊,與外接設備的接口設計是重點。經過分析,移動站中數傳電台(1路)、GPS/INS(2路)均是利用RS232串口輸出,而試驗設備則是利用RS485進行輸出;考慮到移動站主控計算機與移動站控制計算機模塊之間的數據量比較大,因此可採用網絡進行連接。在設計過程中按照便攜式、模塊化的思想,將輸入外設通過串口擴展卡與控制計算機進行連接。控制計算機硬件上主要由以下部件組成:(1)PC/104主控模塊(AllInOne結構);(2)PC/104總線4路串口擴展卡;(3)2路RS232C-RS485轉換器;(4)標準網絡接口卡。±5V、±12V電源模塊。PC/104主控模塊為高性能IntelPentium266CPU處理模塊,採用嵌入式AllInOne結構,基於PC/104總線標準64針帶孔插座,自帶網絡接口,外部支持PC/104總線擴展,因此具有良好的實用性和較強的擴展功能。串口擴展卡將4路串口及2路RS232C-RS485信號轉換器模塊集成在一塊功能板上,實現主控模塊與外部設備的可靠連接。主控模塊工作時,將這6路信號均看作普通串行設備進行讀寫操作。

2.2其他功能部件的配置

除主控模塊外,整個系統的核心硬件還包括GPS/INS組合導航系統、GPS接收機、數傳電台等功能部件,其具體配置如下:

(1)GPS/INS組合導航系統:選用了美國YH-Technolo-gy公司研製的YH-9600GIGPS/INS高精度組合導航系統。該產品融合了INS和GPS的原始數據,進行21階卡爾曼濾波,具有差分改正功能。通過串口高速率輸出姿態、位置、速度、航向、時間、1PPS等數據。

(2)GPS接收機:選用了NovAtel公司高性能GPS接收板OEM4-3151R。該卡將射頻接收電路和數字電路集成在一塊印製電路板上,可跟蹤多達12個GPS衞星的L1C/A碼、L1和L2載波相位,與GPS天線組合使用,適用於單點定位和差分定位系統。

(3)數傳電台:選用了美國PCC數傳電台RFM96W作為GPS差分數據鏈路的專用數傳電台,可靠性高,應用廣泛。

系統軟件設計基於移動站便攜性的要求,採用了Borland公司的C++Builder6.0進行二次開發而成。在設計過程中,利用交互編程技術使窗口、事件和消息等Windows操作系統的工作方式與底層硬件驅動程序相融合,使軟件完全按事件驅動的模式來執行,並在軟件中加強了容錯能力設計,在最大限度上避免了操作人員人為或非正常因素造成的錯誤。

3.1系統軟件的組成

整個系統軟件包括移動站操控軟件、移動站輔助計算機監控軟件和基準站操控軟件。為了減少開發時間,提高工作效率,移動站輔助計算機監控軟件採用第三方成熟的遠程監控軟件,通過網絡接口與系統連接。移動站操控軟件主要由以下模塊組成:參數及系統初始化模塊、GPS原始數據接收存儲模塊、GPS/INS數據接收存儲及轉發模塊、試驗設備數據接收存儲及轉發模塊、差分改正數接收轉發模塊及設備功能檢查模塊。基準站操控軟件由以下功能模塊組成:

(1)初始化模塊:其實現程序啓動之後自動讀取最近一次運行時的系統配置文件進行初始化設置,同時對GPS接收機進行設置。配置文件包括串口參數配置子文件、圖形顯示區設定子文件和GPS接收機輸出設定子文件。

(2)數據接收模塊:數據接收模塊包括基準站GPS原始數據接收子程序、移動站GPS/INS數據接收子程序和試驗設備數據接收子程序。

(3)數據轉換模塊:數據轉換模塊完成移動站發送的GPS/INS數據、試驗設備數據以及GPS接收機輸出的GPS原始數據由二進制格式向ASCII碼格式的轉換。

(4)數據回放模塊:數據回放模塊主要達成讀取已接收存儲的數據進行解碼並在相應區域中用圖形或數字的形式顯示以達到事後模擬監控的目的,實現離線狀態時的全功能模擬。 ^[1] 

虛擬儀器，是以通用計算機為核心，根據用户對儀器的設計定義，用軟件實現虛擬控制面板設計和測試功能的一種計算機儀器系統。用户可以通過鼠標、鍵盤或觸摸屏來操作虛擬面板，實現需要的測試測量目的。LabVIEW是由美國國家儀器公司推出的面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發平台，它是一種真正意義上的圖形化編程語言，採用工程技術人員所熟悉的術語和圖形化的符號代替常規的文本編程語言，具有界面友好、操作方便、開發週期短的特點。在本設計中通過單片機測量出來的速度、位移信號都轉換成了數字的形式，通過串口通訊傳輸給了計算機，通過LabVIEW採集這些數據，通過處理以圖形的方式顯示出來。

系統的硬件電路主要由:數據採集、串行通訊、存儲電路、顯示電路、電源電壓輸入輸出電路、按鍵等幾個模塊組成。通過單片機實現了對位移和速度的測量，這些數據通過串口通訊傳到了計算機。在傳輸的過程中，以0x00開頭代表接下來所傳的數據為位移，0xff開頭代表接下來多傳得數據為速度。

在LabVIEW環境下使用串口與在其它開發環境中的開發過程類似，只不過在Lab-VIEW下使用的是圖形化的編程語言，。首先調用VISAConfigureSerialPort完成串口參數的設置，包括串口資源分配、波特率、數據位、停止位、校驗位等。配製完後就可以用這個串口進行數據收發。發送數據使用VISAWrite，接收數據使用VISARead。在LzbVIEW中，將採集到的位移和數據波形通過圖形的形式表示出來，這樣就能更直觀的觀測到位移和速度的變化。 ^[2] 

隨着網絡技術的迅速發展，使得網絡測量成為一個研究熱點。當前的網絡常常擁有上億級別的用户，大量用户持續交互，各種信息在網絡中快速流轉，這些特點給相關研究者在深入研究網絡數據等工作上帶來了巨大的挑戰。網絡每天產生大量的結構化或非結構化的文本數據、多媒體數據，因此網絡的數據獲取是網絡測量研究的基礎。由於缺乏有效的數據共享機制，學術界在網絡領域研究面臨的主要困難之一就是缺乏可用的數據集。網絡的飛速發展使得網絡中的圖譜數據、內容數據迅速地膨脹，不同的測量技術相繼出現。

早期的網絡測量可以分為全網測量技術、區域測量技術和採樣測量技術。網絡測量技術出現在網絡初期，主要使用網頁爬蟲來對網絡進行全網數據抓取這種將產生大量的開銷。區域測量技術則針對網絡特定劃分的子範圍進行數據採集，如對網絡中某學校的用户進行採集。這種測量方法避免了全網採集的巨大開銷，採集的數據也具有一定的代表性。隨着網絡中數據的大量增長，採樣測量技術被廣泛採用。採樣測量技術是針對全圖的均勻採樣，獲得的數據可以估算某些全局的信息，是當前大規模網絡研究中最常用的測量方法。

上述測量方法的總特點是利用web爬蟲向網絡平台進行數據請求，它們常常受到訪問策略上的限制，就算是採樣測量，獲取可觀的數據量也需要巨大資源開銷，同時上述算法獲取的數據也有一定的侷限性，都是可見的交互數據，不足以支持網絡中的隱式行為分析。為此，學者們提出了一種全新的網絡測量方法亦即點擊流模型，該方法利用ISP提供的Httptraces還原網絡的session，並以此作為用户隱式行為研究的基礎。在網絡的測量研究中，爬蟲系統的設計是基礎，採樣算法是研究的重點，而點擊流模型則是從ISP角度的一種全新的測量方法。本文將從爬蟲系統、採樣算法和點擊流模型三個方面來介紹網絡數據測量的研究現狀。

網絡爬蟲是一種自動蒐集互聯網信息的程序。

專用爬蟲系統

網絡數據具有開放的特點，對不同網絡數據的獲取需要根據該網絡的特點，因此就對爬蟲系統有一些特殊要求如基於移動爬蟲的專用系統，面向新聞主題的爬蟲系統等等。針對現有的三個典型網絡，即 wit-ter、Facebook、RenRen，胡亞楠根據三個網絡的權限問題分別設計了不同的專用爬蟲系統。胡亞楠還在 JAX 術的基礎上，分析了爬取頻率、爬蟲請求數據等參數。而參考文獻[3]中馮典則研究了基於新浪微博的專用爬蟲系統技術。馮典主要是在專用爬蟲系統的數據採集上有所改進。他主要通過多線程和多複用等技術來提高採集速度，以提高專用爬蟲系統的速度。但是在爬蟲系統運行的過程 究者發現由於受到訪問控制策略的影響 上的專用爬蟲系統不能達到最佳效果。因此，一種新的“眾包”技術誕生了。眾包技術就是能夠集合一部分的數據資源來完成一定量的數據獲取 用户提供的是數據集。提出了一種以眾包方式來採集數據的爬蟲方法。針對不同的數據採集任務，爬蟲系統需要根據特定的數據需求進行定向設計。

分佈式爬蟲系統

網絡用户通常通過擴展節點來訪問數據，單節點的訪問將產生擁塞，因此在對網絡數據的獲取過程中，就需要分佈式爬蟲系統的實現。分佈式爬蟲系統中包括多個小爬蟲，這些爬蟲分佈在同一個局域網中，或分佈在不同的地理位置。分佈式爬蟲系統需要分割下載任務，因絡信息，而且可以作為定向信息採集器，定向採集某些網站下的特定信息，如招聘信息，租房信息等。針對不同的需求，網絡爬蟲系統的設計也有所不同。給出了目前流行的幾類爬蟲系統。此每個爬蟲都有需要完成的任務。另外，分佈式的爬蟲系統需要支持分佈擴展的能力，能處理分佈式環境下網絡數據的採集。根據爬蟲分散程度不同，可以分為基於局域網的分佈式爬蟲系統和機遇廣域網的分佈式爬蟲系統。提出了一個基於三層框架的並行爬取的爬蟲系統。這三層框架分別為:應用層、協調數據層和用户抓取層。其中，應用層主要面向用户，給用户提供爬蟲的操作界面。協調數據層主要是爬蟲搜索節點的分佈。用户抓取層，就是從各個搜索節點中採集數據。另外隨着雲的廣泛應用，中提出了基於雲平台的分佈式爬蟲系統，文獻中主要通過數據的調度策略等方法，來實現雲環境的分佈式爬蟲系統。但是由於雲環境也正處在迅速發展階段，因此爬蟲系統在一些實際應用問題上仍有欠缺。

基於Ajax的網絡數據抽取爬蟲系統

與傳統Web頁面不同，現在的網絡在數據展示上大量使用Ajax技術，為了讓爬蟲系統能夠獲得網絡的深層內容，學者們主要研究了基於Ajax的網絡數據抽取爬蟲系統。提出了事件驅動模型，通過識別網頁中的異步函數來識別事件並獲取完整的網頁內容的方法。文獻[9]中設計了在理論和技術方法上都為Ajax網絡爬蟲提供了新的解決方案。作者在基於Ajax技術的網絡爬蟲系統中，通過Ajax技術和爬蟲模塊之間的一些代碼執行等互操作來獲取有用數據。但是上述研究忽略了Ajax技術的動態性，每個Ajax對應一個狀態，為了避免出現重複抓取的情況，中詳細説明了如何設計爬蟲系統來獲取動態網頁內容。 同的採樣比時能達到更高的覆蓋率，Lottery算總而言之，要設計基於Ajax的網絡數據抽取爬 法次之，BFS算法最差。蟲系統，就要做到以下的幾點:首先要識別Ajax 而當數據採樣的結果無偏差時，稱之為無請求鏈接並對其進行擴展，接着用腳本程序來 偏採樣算法。而無偏採樣大多是基於馬爾可夫觸發Ajax事件，當所有的Ajax事件都觸發了， 過程的隨機採樣。其基本原理是通過馬爾可夫爬蟲系統就可以獲取完整的數據。 的穩定性，來實現均勻採樣的目的。

其中，UNI算法數據採樣算法就是從整個網絡上獲取不完 是通過均勻隨機算法生產用户的訪問賬號來實整的數據樣本，並且採集到的數據樣本能夠大 現均勻採樣的。當用户獲得訪問賬號時，就採致反映網絡的性質。雖然這樣的採樣可以大致 集該用户的數據。RW是通過隨機種子的方法反映網絡情況，但是仍然會存在一定的偏差，因 來建立馬爾科夫鏈，最終實現均勻採樣。Re－此數據採樣算法的好壞通常可以以偏差大小來 WeightedRW算法是通過有偏估計來獲得採樣衡量。另外，以採樣結果是否有偏差為分界線， 節點信息。MHRW通過修正馬爾可夫鏈中的採樣算法還分為有偏採樣算法和無偏採樣算 轉移概率來實現均勻採樣，但是MHRW這個方法。

在有偏採樣和無偏採樣中，又可以根據採 法不適用於網絡節點度數較少的情況。於是，樣技術的不同再加以細分，本文對 在該方法的基礎上，提出了一種改進算法，即這兩類算法的分類做了詳細的分類和比較。 USRS，他能有效改善上述缺陷。另外，MHRW如表2所示，當數據採樣的結果出現有偏 方法也不適用於低連通的網絡結構，於是在AS差的時候，我們稱之為有偏採樣算法。在網絡算法中在轉移概率上做了節點跳躍的修改，解數據採樣過程中，又可以根據對網絡圖中解決了這一問題。在針對低連通的網絡結構中，下一個節點的選取方法不同，分為BFS(廣度優先) 還有一種方法也很有效，即FS算法，這是一種算法，Greedy(貪婪)算法，Lottery(彩票)算法， 隨機採樣算法，集合了隨機種子，有偏估計等方Hypotheticalgreedy(貪心)算法。這四種算法的 法。最後要介紹的USDSG主要是針對無向圖主要區別可以在表2中得到。實驗表明，Greed- 而設計，避免了在無向圖中的死循環現象。y算法和Hypotheticalgreedy算法能夠在能在相

從前文可以看出，學者們從不同的角度對網絡數據測量進行了大量的研究工作，並在爬蟲系統、採樣算法和點擊流模型等領域取得了大量的研究成果。然而隨着研究的不斷深入以及網絡的飛速發展，新的問題和新的領域也將層出不窮。例如:數據共享機制的研究:目前的研究都是通過網絡爬蟲等技術來獲得數據，通常耗費巨大的精力卻拿不到最有價值的數據，如何實現數據的共享將是未來學術界要主要探討的方向之一;有向圖採樣算法研究:本文中介紹的有偏採樣和無偏採樣都是基於無向圖的網絡，但是實際生活中數據的傳播具有一定的方向性，因此有向圖採樣算法殭屍未來學術界要主要探討的研究難點。然而相關的研究工作不會侷限於此，利用網絡的社交背景與現有研究領域相結合必將成為網絡研究的新熱點之一。 ^[3] 

在產品外形的測量過程中,通常不能在同一坐但對於由自由曲面組成的、具有複雜外形的產品(如標系下將產品的幾何數據一次測出.其原因之一是汽車、摩托車的外形覆蓋件,其外觀的質量及零件的產品的尺寸超出了測量機的行程,二是在部分區域,配合輪廓的貼合、共線要求較高),由於測量及造型測量探頭受被測實物幾何形狀的干涉阻礙,不能觸過程中的誤差,如果基於零件測量造型,在裝配時會及產品的反面.這就需要在不同的定位狀態(即不同出現配合邊界不一致,貼合性不好,修改曲面邊界會的座標系)下測量產品的各個部分,稱為產品的重定使曲面的光順性變差等問題;另外,像汽車、摩托車位測量.而在造型時,則應將這些不同座標系下的重的外形覆蓋件,出於美觀的要求,外形應具有流線形定位數據變換到同一座標系中,這個過程稱為測量的特點,不同的配合零件的表面是由一個曲面經剪裁、切割生成的,以保證曲面的完整性.在反求造型設計時,數據測量必須採取整體裝配測量的方案.由於受到測量範圍、探頭佈置位置以及產品的測量干涉等的限制,產品裝配狀態下的數據測量也需要通過多次測量才能實現.

產品模型形狀對齊定位主要用於處理模型的剛體運動,以及剛性物體相對一個參考座標的位置.Besl總結了三維形體對齊方法,包括三維數據點集、線段、自由曲線、曲面的對齊.其中,三維數據點集對齊是廣泛採用的一種對齊方法,特別是形狀描述開始是以點集形式表現的情況,如產品反求工程,計算機圖像處理等.三維數據點集的對齊,是通過建立對應點集距離的最小二乘目標函數來實現的.求取剛體運動的旋轉和平移矩陣的方法有四元數法和矩陣的奇異值分解法等.

測量數據的重定位是一種剛體移動,因此可以利用上述的數據對齊方法來處理.由於三點可以建立一個座標關係,如果我們測量時,在不同視圖中建立用於對齊的三個基準點,通過三個基準點的對齊就能實現三維測量數據的統一,實際上是將數據對齊轉換為座標變換問題.

由上述數據變換方法可以看出,模型數據的重定位精度取決於三個基準點的測量精度.另外,在相同的測量誤差的情況下,基準點的位置選取不同,也會影響模型數據的對齊.因此,基於基準點的數據變換是一種近似變換.但如果誤差控制在一定的範圍內,這樣的數據變換是能夠滿足造型和裝配要求的產品表面數字化方法通常分為接觸式和非接觸式採集.接觸式採集有基於力-變形原理的觸發式數據採集和連續掃描式數據採集等;而非接觸式採集主要有激光三角測量法、激光測距法、光干涉法、結構光學法、磁場和圖像分析法等.隨着工業CT技術的發展,斷層掃描技術也在反求工程中取得了應用.其中,座標機測量法操作簡單,測試費用低,是生產企業和研究單位廣泛採用的一種測量方法.

對CMM測量方法,其基準點的測量誤差主要是由測量設備系統誤差、測量人員視覺和操作誤差、產品的變形誤差和探頭補償誤差組成的目前使用的CMM測量精度,通常可以精確到幾個_,但受温度影響會產生較大的零漂,測試時應控制好環境條件.測量人員視覺和操作誤差主要是在手動測量過程中,特別是進行基準點和輪廓線的測量時,測量探頭的觸點完全由操作者的視覺定位,難以保證探頭中心和被測點中心完全重合,探頭和被測點標記的半徑大小也會影響誤差.對在探頭接觸壓力下會產生變形的產品,產品的裝夾和固定是重要的.補償誤差,主要是由接觸式座標測量機的探頭半徑補償造成的,當探頭與被測表面接觸時,實際得到的座標並不是接觸點的座標,而是探頭球心的座標.對規則表面(如平面),接觸點和球心點相差一個半徑值,在測量方向和平面的法線方向相同時,相應方向的座標加上半徑值即是接觸點座標;但當測量表面是曲面時,測量方向和測量點的法矢不一致,用平面球頭半徑進行補償會造成補償誤差.為減小補償誤差,在零件和裝配測量時,同一基準點的測量,探頭應儘量在同一方向接觸,按相同方式補償.兩種轉換關係中,第一種方法類似於作圖法,而最小二乘法是一種計算迭代法.下面分別分析兩種轉換關係的誤差情況.定義三個基準點的矢量差為a1=p2-p1,b1=p3-p2,c1=p1-p3;a2=q2-q1,b2=q3-q2,c2=q1-q3.當測量誤差存在時,因為連接三點組成一個三角形,所以如果採取第一種變換方法,實際上是保證一個點和一條邊重合,p1q1點、a1a2邊重合,a2>a1,c1>c2的情況.我們可以得到以下兩個結論:

(1)當誤差相同時,三角形的面積越大,相對誤差越小,即基準點的選擇距離越遠,測量誤差對數據對齊的影響越小.

(2)在測量誤差呈正態分佈的情況下,三條邊的誤差X1,X2,X3趨於相同,為使各個點的影響相同,相對誤差應趨於相等,即基準點的選取應儘量接近等邊三角形.

另外,在基準點測量時,為控制基準點的測量精度,應採取以下措施:

(1)基準點的位置應儘量選擇在探頭易接觸和不會產生變形的地方,位置標記記號應儘可能小,這樣可以使每次探頭的觸點落在相同的位置,減小視覺誤差;

(2)同一基準點應反覆測量幾次,取幾次測量的平均值;

(3)多次測量應儘量在相同的環境中完成,同時檢查測量機的零位,避免温度誤差. ^[4] 

一、影響誤差的因素 第二，曲面重構誤差。雖然點數據 顯然，這些誤差會積累並最終反應從理論角度分析，逆向工程技術能 資料並非光順平整，但是曲面重建有着 在產品上。按照產品的測量數據建立與原有CAD/ 光順連續性的要求，這與點數據和曲面 二、數據測量誤差分析CAM系統完全兼容的數字模型，當然這 之間的誤差是相沖突的，要縮小誤差，

接觸式測量誤差的影響因素

也是逆向工程技術的最終目標。但憑藉 則曲面的品質會較差而曲面的光順連續 使用三座標測量機進行測量時，存目前的設備和技術，尚無法達到這個目 性達到要求，又很難保證點數據和曲面 在一個很複雜的綜合誤差，這一複雜的的，逆向工程技術不可避免地存在其局 之間的誤差。如何在它們之間取捨，需 綜合誤差造成了三座標測量機測量結果限性。逆向工程最突出的問題是客觀模 要工程技術人員的判斷和操作技巧。 的不確定性。誤差有系統性誤差和隨機型和CAD模型之間的造型誤差。影響誤 第三，製造誤差。在產品加工中會 性誤差，只有系統性誤差可以被預測和差的主要因素有： 產生誤差，因為加工是從參數模型到實 補償。引起三座標測量機測量系統性誤第一，數據測量誤差。從測量設 際模型的又一次近似。 差的主要原因有：三座標測量機本身的備來説，不管是接觸式的還是非接觸式 第四，人為誤差。從採集點數據到 幾何誤差、三座標測量機結構的受力受的，測量設備都會有一定的誤差。測量 加工成品的過程中有不同的操作者和設 熱變形測量誤差。測量誤差是指光柵讀所取得的點數據資料通常無法得到良好 計者參與，在整個產品的設計製造過程 數時，由於接觸力及摩擦力的作用探針的圓、直線或平面等幾何形狀。 中會產生人為的主觀誤差。 將發生偏轉，這種偏轉是隨機的、無法一個獨立的子節點。都由獨立的開關控制。方便子站獨立的維護等。子站的設備上電後即可開始工作。系統的停止條件比較複雜，下幾種方式將導致系統停止：

（1）主站程序停止

（2）主站服務器停止

（3）掃描計時器超時停止

（4）系統故障停止

一般情況下，系統將運行在一個工作循環過程中。上位機在完成一系列的初始化工作後開始後，系統不斷的掃描數據服務器與VGA服務器。當車間現場控制器出現輸入信號，上位機得到信號後通過程序更新服務器的數據並對VGA服務器進行更新處理。在更新完成後上位機向各個子站發出一個信號，各個子站在得到信號後主動的同步VGA服務器信號，並將VGA數據解碼轉換成視頻顯示出來。在整個循環處理的過程中加入一個相當於“看門狗”的程序計時器，防止程序/網絡出現故障時不停的循環處理。如果計時器判斷當前程序超時，系統中斷運行並反饋故障信號顯示在上位機上。

獨立的子站系統保設備維護在線系統由於其實時性的要求，系統必須24小 證了整個系統維護方便。進過實際使用表明該系統完全滿足時不間斷的執行循環程序。因此整個系統的開始條件比較簡 預期預定的要求。單，只需要上位機開啓則整個系統開始運行。所有的子站即預料的。由於三座標測量機是一種高精度的檢測設備，其機房環境條件，對測量機的影響至關重要。這其中包括檢測工件狀態、温度條件、振動、濕度、供電電源、壓縮空氣等因素。

（1）檢測工件的狀態

檢測工件的物理形態對測量結果有一定的影響。最普遍的是工件表面粗糙度和加工留下的切屑。冷卻液和機油對測量誤差也有影響。通常，灰塵可集中在測球上影響測量機的性能和精度。類似的影響測量精度的情況還很多，大多數可以避免，建議在測量機開始工作之前和完成工作之後進行必要的清潔工作。

（2）温度條件

在三座標測量機系統中，温度是影響測量的主要環境因素。測量的標準温度一般為20oC，大多數製造廠商都是在此温度下標定其三座標測量機的各種性能指標，而所有的幾何量和誤差的標準環境温度定義是（20士2）oC。所以，在進行測量時，最理想的情形是在這個温度下進行，但實際狀況卻往往無法滿足這個要求。在測量過程中，如果環境發生變化主要包括環境温度的變化、短時間的温度變化、長時間温度的變化、温度梯度的變化，或者是由於三座標測量機的運動在內部產生熱量，都將會導致三座標測量機與環境之間，三座標測量機內部各部分變形不均勻，從而造成測量誤差。現代化大生產中，許多三座標測量機都是直接在生產車間現場使用，這種情形往往不能滿足對温度的要求。此時，測量結果將達不到原標定的精度。為減小温度變化對測量結果的影響，大多數測量機制造商開發了温度自動修正補償系統。温度自動修正補償系統是通過對測量機光柵和檢測工件温度的監控，根據不同金屬的温度膨脹係數，基於標準温度對測量結果進行修正。

但對於快速温度或温度梯度的變化，無法進行補償修正。除了温度自動修正補償系統外，為減小温度變化對測量結果的影響，一方面要對製造三座標測量機的材料進行選擇，比如選擇那些對温度變化不敏感的材料，或者選擇一些熱慣量小的材料，用這些材料製成的機器可以很快地跟隨環境温度的變化，有利於從軟件方面進行温度補償；另一方面也要從結構上進行考慮，比如輕型的懸臂式結構的三座標測量機比橋式的花崗岩製成的三座標測量機更有利於減小温度的影響。

（3）振動

由於較多的測量機應用在生產現場，振動成為一個常見的問題，比如，在測量機周圍的衝壓機、空壓機或其他重型設備將會對測量機產生嚴重影響。較難察覺的是小輻振動，如果同測量機自身的振動頻率相混淆，對於測量精度也會產生較大影響。因此，測量機的製造商對於測量環境的振動頻率與振幅均有一定的要求。

（4）濕度

與其他環境因素相比，濕度對測量精度的影響就不顯得那麼的重要。為防止塊規或其他計量設備的氧化和生鏽，要求保持環境濕度在40%以下。

（5）供電電源

為保證控制系統和計算機系統以及同外部聯網的良好運作，對於供電電源有一定的要求，包括電源電壓變化、頻率要求以及接地裝置、屏蔽裝置的要求等。

（6）壓縮空氣

由於許多座標測量機使用了精密的空氣軸承，因此需要壓縮空氣。在使用座標測量機的過程中，除了滿足測量機對壓縮空氣的要求外，還要防止由於水和油侵入壓縮空氣對測量機產生影響；同時，應防止突然斷氣，以免對測量機空氣軸承和導軌產生損害。

（1）不必做探頭半徑補償，因為激光光點位置就是工件表面的位置。

（2）測量速度非常塊，不必像接觸觸發探頭那樣逐點進行測量。

（3）軟工件、薄工件、不可接觸的高精度工件可直接測量。

非接觸測量主要缺點如下：

（1）測量精度誤差，因非接觸式探頭大多使用光敏位置探測PSD（positionsensitivedetector）來檢測光點位置，目前的PSD的精度仍不夠，約為20pm以上；

（2）因非接觸式探頭大多是接收工件表面的反射光或散射光，易受工件表面的反射特性的影響，如顏色、斜率等；

（3）PSD易受環境光線及雜散光影響，故噪聲較高，噪聲信號的處理比較困難；

（4）非接觸式測量只做工件輪廓座標點的大量取樣，對邊線處理、凹孔處理以及不連續形狀的處理較困難；

（5）使用CCD作探測器時，成像鏡頭的焦距會影響測量精度，因工件幾何外形變化大時成像會失焦，成像模糊；

（6）工件表面的粗糙度會影響測量結果。

綜上所述，影響測量精度的因素很多，如測量的原理誤差、測量系統的精度及測量過程中的隨機因素等，都會對測量結果造成影響，從而產生誤差。影響測量數據的誤差及精度的因素主要有以下幾種：

（1）物體自身的因素

在曲面測量中，被測物本身的材料、粗糙度、顏色、光學性質及表面形狀，對光的反射和吸收程度有很大的差異，尤其是物體表面的粗糙度和折射率等因素對測量精度產生重大的影響。

（2）標定的因素

所有的測量方法都需要標定。對於光學測量系統而言，是由於光學測量系統在製造和裝配時，必然會存在誤差。因此，物點到像點的非線性關係的標定技術更是獲取物體三維座標的關鍵。由於在測頭的變形以及標定時，對光學系統進行了很多理想假設，因此會帶來一些很複雜的非線性系統誤差，影響測量數據的精度。

（3）攝像機的分辨率

CCD攝像機的分辨率主要是靠尺寸和像素間距大小來決定的。對整個測量系統的分辨率而言，它主要取決於測量的範圍。此外，掃描系統運動裝置的移動誤差，也會降低測量精度。

（4）可測性的問題

在採用CMM或光學系統測量時，都存在可及性問題。多數情況下，可通過加長測杆或採用多個視點掃描的方法來解決。但在處理如貫通孔之類的不可及表面時，採用光學掃描的方法無法獲取完整採樣數據。阻塞問題是由於陰影或障礙物遮擋了掃描介質引起的。除了自阻塞外，固定被測物的卡具也會引起阻塞問題，卡具的表面成了測量的一部分，而被卡具覆蓋的那一部分被測物表面則未測到。

（5）參考點的誤差

在對物體進行多次測量，然後進行拼合的情況下，參考點的選取也會引起誤差。

（6）測量探頭半徑補償誤差

綜上所述，兩種不同的測量方法在測量過程中的測量誤差進行了定性和定量分析，為解決逆向工程中數據測量的精確度等問題提供了強而有力的依據。 ^[5]