長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)

尚瑋

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

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，各類大長(zhǎng)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(zhǎng)的距離，它們被地廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空航天、汽車制造等行業(yè)。

一、長(zhǎng)度計(jì)量的概述

長(zhǎng)度計(jì)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(zhǎng)度和角度兩個(gè)基本參量出發(fā)來(lái)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(shuō)，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(zhǎng)度計(jì)量的三大特點(diǎn)。（1）多維性：長(zhǎng)度計(jì)量即可以通過(guò)平面角來(lái)度量物體的二維數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)立體角來(lái)度量物體的三維數(shù)據(jù)。從坐標(biāo)的角度來(lái)說(shuō)，既可以用二維、三維坐標(biāo)來(lái)表征物體的形狀和位置，也可以通過(guò)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(lái)表征物體的形態(tài)。（2）基本性：長(zhǎng)度的單位“米”，是國(guó)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(zhǎng)度延伸而來(lái)，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(lái)表示，也就是說(shuō)，可以通過(guò)幾何量來(lái)對(duì)其進(jìn)行描述?？梢?jiàn)長(zhǎng)度計(jì)量應(yīng)用的廣泛性。

二、結(jié)構(gòu)組成

（1）計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)主要由移動(dòng)平臺(tái)?？刂葡到y(tǒng)、無(wú)線圖像采集處理系統(tǒng)、測(cè)量軟件、環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)采集等四部分組成。移動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)將主控計(jì)算機(jī)所發(fā)出的指令通過(guò)無(wú)線傳輸通訊模塊發(fā)送給移動(dòng)平臺(tái)上的單片機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行平臺(tái)快速移動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由單片機(jī)控制循環(huán)調(diào)用激光干涉儀的移動(dòng)距離值，形成閉環(huán)，判斷運(yùn)行平臺(tái)所移動(dòng)的距離是否達(dá)到要求，由此來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)距離的誤差。當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到要求位置后，將返回的代碼通過(guò)無(wú)線傳輸通訊模塊傳輸回主控計(jì)算機(jī)。（2）無(wú)線圖像采集處理系統(tǒng)。通過(guò)高清晰CCD 攝像頭和測(cè)量顯微鏡配合，將高清晰CCD 攝像頭采集來(lái)的測(cè)量圖像信號(hào)無(wú)線傳輸回主控計(jì)算機(jī)。在此過(guò)程中，去除掉干擾信號(hào)，使無(wú)線圖像數(shù)據(jù)通訊穩(wěn)定可靠。（3）環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)采集。沿導(dǎo)軌方向均勻布設(shè)高精度傳感器并與計(jì)算機(jī)建立通訊，將溫度、氣壓、濕度和被測(cè)物的材料溫度實(shí)時(shí)采集到主控計(jì)算機(jī)，當(dāng)環(huán)境條件變化較大時(shí)，可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，進(jìn)而減小了測(cè)量的不確定度。（4）測(cè)量軟件。測(cè)量軟件對(duì)傳輸回來(lái)的測(cè)量圖像信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)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(chǔ)測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)線紋類和儀器類計(jì)量器具的全自動(dòng)測(cè)量、半自動(dòng)測(cè)量以及人工測(cè)量的三種測(cè)量方式。

三、長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

以應(yīng)用雙頻激光干涉儀作為計(jì)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(jì)算出相應(yīng)距離，再由系統(tǒng)中配備的無(wú)線傳輸器將所測(cè)距離傳輸至移動(dòng)平臺(tái)。在接收到相應(yīng)指令后，單片機(jī)會(huì)將所收到的檢測(cè)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(jì)量檢測(cè)中運(yùn)用它來(lái)完成圖像的采集工作，在通過(guò)處理軟件精準(zhǔn)的測(cè)算出結(jié)果。

四、開(kāi)發(fā)長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

（一）RS232 長(zhǎng)距離抗干擾傳輸技術(shù)

長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸是依靠無(wú)線信號(hào)來(lái)完成的，因此適當(dāng)?shù)貙?duì)干擾信號(hào)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希@其中就需要運(yùn)用到RS232 長(zhǎng)距離抗干擾傳輸技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)主要是通過(guò)調(diào)配無(wú)線適配器中的頻點(diǎn)和輸送功率來(lái)完成抗干擾目的，以此來(lái)完成干擾信號(hào)的屏蔽。在應(yīng)用過(guò)程中還需要對(duì)其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的校驗(yàn)和核對(duì)，提升依靠無(wú)線數(shù)據(jù)來(lái)傳輸長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少出錯(cuò)率。

（二）基本信息錄入模塊

該模塊包含了原來(lái)計(jì)量器具原始記錄卡、計(jì)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?jī)?nèi)容。根據(jù)檢測(cè)人員的操作習(xí)慣和計(jì)量管理的特點(diǎn),增加了器具類別和周期字段,自動(dòng)生成下個(gè)周期的復(fù)檢校日期,便于器具的分類和查詢管理,同時(shí)根據(jù)公司編號(hào)、送檢單位、規(guī)格范圍、備注等字段都可以進(jìn)行相關(guān)過(guò)濾,軟件使用非常方便。

（三）無(wú)線圖像采集與傳輸技術(shù)

在長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)中獲取的視頻和圖像需要強(qiáng)大的測(cè)算力來(lái)對(duì)其進(jìn)行識(shí)別和測(cè)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(wèn)題是十分常見(jiàn)的。在長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)線圖像采集與傳輸技術(shù)，利用2.4G寬頻段的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)大量檢測(cè)數(shù)據(jù)的快速傳輸。無(wú)線圖像采集與傳輸技術(shù)可對(duì)圖像參數(shù)和傳輸碼流進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)提升視頻和圖像的清晰率和傳送速率。于長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)后，可降低圖像的誤碼率，改善信息傳輸滯后問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

作為在日常生活中應(yīng)用最為廣泛的一門學(xué)科，長(zhǎng)度計(jì)量在歷史的長(zhǎng)河中得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。開(kāi)發(fā)先進(jìn)的長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)可很大幅度的提高計(jì)量?jī)x器的使用性能，檢驗(yàn)力和測(cè)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(cè)量誤差問(wèn)題，監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一設(shè)定，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定高效，檢測(cè)出的數(shù)據(jù)更具可信度。因此長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是十分可行且存在加大發(fā)展空間的。