现场大尺寸测量量值溯源

第41卷 第10期 2008年10月 天 津 大 学 学 报 Journal of Tianjin University Vol.41 No.10 Oct. 2008

现场大尺寸测量量值溯源

张福民，曲兴华，戴建芳，叶声华

（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072）

摘 要：为了评价大尺寸测量量值的准确性，需要建立大尺寸测量的量值溯源体系．针对研究的大尺寸配对视觉测量网的溯源难题，以激光跟踪仪作为高精度标准仪器，利用四元数空间配准算法将所有视觉传感器测量值统一到激光跟踪仪坐标系下，对其测量值现场原位溯源，并通过空间性能评价实验对激光跟踪仪溯源．实验表明，激光跟踪仪的不确定度为10 µm+0.8 µm /m，配对式视觉测量网的不确定度优于0.2 mm．应用本文的方法可现场快速对多数大尺寸测量仪器溯源，研制的配对式视觉测量网络满足多数大尺寸测量任务． 关键词：大尺寸测量；量值溯源；激光跟踪仪；不确定度

中图分类号：TB92 文献标志码：A 文章编号：0493-2137（2008）10-1167-05

Quantity Traceability in Large-Scale Measurement in Situ

ZHANG Fu-min，QU Xing-hua，DAI Jian-fang，YE Sheng-hua

（State Key Laboratory Precision Measuring Technology and Instruments，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

Abstract：The quantity traceability system is often established to evaluate the accuracy of large-scale measurement. It is

difficult to trace back to the source based on large-scale pairing vision measurement net. So quaternion spatial registrationalgorithm is used to transform the measure values of all vision sensors to laser tracker coordinate system with high precision standard，and finally these values are traced in situ. Besides，the laser tracker is also traced by spatial ability estimation experiments. The corresponding experimental results show that the uncertainty of laser tracker is 10 µm+0.8 µm /m，while the uncertainty of pairing vision measurement net exceeds 0.2 mm. The method can trace back to the field source for most large-scale devices quickly，and the corresponding pairing vision measurement net can satisfy plenty of large-scale measurement tasks.

Keywords：large-scale measurement；quantity traceability；laser tracker；uncertainty

大尺寸测量主要有激光跟踪仪、经纬仪、测量臂

[1]

和摄影测量系统等仪器．各个仪器的精度不同[2-3]，测量结果不一致，保证这些大尺寸几何参数的量值统一和溯源十分重要．VIM定义的溯源是指通过一条可靠描述不确定度的不间断比较链，将测量结果与适

[4-5]

当标准器相联系，传递至国家标准．常规尺寸溯源体系相对完善，一般可利用高一级精度的标准仪器，或采用量块、步距规、球板、孔板、标准尺和球棒等标准实物．而这些方法如果应用于大尺寸测量的溯源则存在较多困难．一是制作大型标准件无论在加工还是便携性上都存在较大困难；二是对于非便携大尺

收稿日期：2008-03-31；修回日期：2008-05-10.

寸测量仪器，例如龙门式CMM和本文研制的多传感

器测量网络，很难运送到计量实验室校准，一般需要现场原位溯源．另外，即使可运送计量实验室校准，但现场测量环境恶劣，受温度变化等环境影响较大．现场原位溯源则可以确保溯源环境和现场环境之间的一致性，避免引入较大的环境误差．因此，越来越多的工业测量任务倾向于现场溯源．更重要的是，国家甚至国际上都还缺乏大尺寸测量的相关标准．如何正确评价大尺寸测量结果，并建立大尺寸测量量值溯源体系已引起各国的重视．

英国国家物理研究院NPL利用3 m长的标准尺

基金项目：国家自然科学基金资助项目（50575158；60723004）；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20060056015）. 作者简介：张福民（1982— ），男，博士研究生，zhangfumin@tju.edu.cn. 通讯作者：曲兴华，xinghuaq@sina.com.