誤差分析

展華公司是一家集測(cè)繪儀器研發(fā)，生產(chǎn)加工，銷(xiāo)售和技術(shù)服務(wù)于一體的全能型高科技企業(yè)。從開(kāi)始生產(chǎn)單一的小螺絲，拓展到精密機(jī)械制造，精密測(cè)繪，測(cè)繪儀器等領(lǐng)域。如今公司已擁有81項(xiàng)自主研發(fā)轉(zhuǎn)利，121臺(tái)世界的精密制造設(shè)備，5條車(chē)間，3條安裝生產(chǎn)線的技術(shù)研發(fā)，嚴(yán)格的質(zhì)量管理，更快捷人性的售后，這一切只為做出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，更好的服務(wù)于客戶，成為中國(guó)精密測(cè)繪解決方案的可靠供應(yīng)商。2000年通過(guò)了IOS9000質(zhì)量管理體系認(rèn)證，生產(chǎn)的精密零部件主要出口國(guó)外測(cè)繪儀器產(chǎn)品，供應(yīng)科研教學(xué)，工程建設(shè)，電力架設(shè)，高鐵鋪設(shè)，航空航天，國(guó)防等領(lǐng)域。數(shù)字水準(zhǔn)儀是由光學(xué)機(jī)械部分和電子設(shè)備組成,其誤差除由以上兩項(xiàng)單獨(dú)所產(chǎn)生的而外,還包括二者組合產(chǎn)生的誤差。其中光學(xué)機(jī)械部分產(chǎn)生的誤差已被大家所熟知。主要包括a、圓水準(zhǔn)器誤差;b、調(diào)焦透鏡運(yùn)行誤差;c、豎軸傾斜引起的視準(zhǔn)軸誤差;d、自動(dòng)補(bǔ)償器的補(bǔ)償誤差。以下主要討論電子設(shè)備和二者組合所產(chǎn)生的誤差。

1. 線陣探測(cè)器(CCD)的物理特性引起的誤差

1.1 光線的強(qiáng)弱引起條碼標(biāo)尺影像對(duì)比度的誤差影響

數(shù)字水準(zhǔn)儀是根據(jù)條碼影像在探測(cè)器上的位置和比例進(jìn)行測(cè)量的,CCD的物理特性決定其在光線過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱、條碼標(biāo)尺表面光照不均勻、觀測(cè)瞬間強(qiáng)光閃爍、外界熱閃爍等情況下,都會(huì)大大降低標(biāo)尺成像的對(duì)比度,也會(huì)造成局部失真,這將造成測(cè)量誤差,甚至無(wú)法讀數(shù)。

1.2 人工光線的影響

徠卡NA系列數(shù)字水準(zhǔn)儀的探測(cè)器是利用紅外光部分(CCD陣列對(duì)紅外光*敏感)接收和檢測(cè)條碼影像的。因此,在人工光線下進(jìn)行測(cè)量時(shí),如紅外光成份較弱時(shí),會(huì)造成測(cè)量誤差,甚至無(wú)法讀數(shù)。而在這方面,蔡司DINI系列數(shù)字水準(zhǔn)儀是采用可見(jiàn)光接收和檢測(cè)條碼影像,所以不受此影響。

2. 信號(hào)分析和處理的誤差

2.1 信號(hào)分析方法的誤差

徠卡NA系列數(shù)字水準(zhǔn)儀采用相關(guān)法進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),儀器內(nèi)存儲(chǔ)的參考信號(hào)(偽隨機(jī)碼)與測(cè)量信號(hào)(偽隨機(jī)碼)的相關(guān)(對(duì)齊)精度約為碼元寬度(或碼的波長(zhǎng))的1%。條碼標(biāo)尺的碼元寬度為2.025mm,因此相關(guān)精度約為0.02mm。

2.2 大相關(guān)系數(shù)計(jì)算的誤差

數(shù)字水準(zhǔn)儀相關(guān)時(shí),在精度相關(guān)搜索區(qū)域內(nèi),測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)帶全八位數(shù)被相關(guān),因?yàn)閮尚盘?hào)的振幅不同,大相關(guān)系數(shù)是在高度和距離坐標(biāo)系內(nèi)逐點(diǎn)計(jì)算：大相關(guān)位置的精度取決于格網(wǎng)的尺寸,相關(guān)的內(nèi)插計(jì)算,忽略丟失條碼造成的影響。

2.3 測(cè)量信號(hào)處理(圖像處理)的誤差

數(shù)字水準(zhǔn)儀的測(cè)量信號(hào)處理是獲得高精度水準(zhǔn)測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié),條碼影像在CCD陣列上的成象的質(zhì)量以及處理技術(shù)的優(yōu)劣,在很大程度上決定著測(cè)量的精度。引起圖像誤差的主要誤差影響包括:

(1)因CCD陣列的物理特性引起的誤差;

(2)標(biāo)尺被遮擋引起條碼信息丟失的誤差;

(3)調(diào)焦的準(zhǔn)確引起的圖像的分辨力誤差;

(4)標(biāo)尺傾斜引起的圖像變形誤差;

(5)外界條件變化引起的影像誤差;

(6)測(cè)量信號(hào)形成時(shí)電子設(shè)備的誤差等。

獲得穩(wěn)定、清晰、對(duì)比適中、完整的條碼影像是測(cè)量信號(hào)生成和處理的前提,是測(cè)量的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō),圖像的處理是由水準(zhǔn)儀內(nèi)置的軟件完成的。其誤差依賴于軟件的算法和技術(shù)的性。

3. 電視準(zhǔn)軸(i角)的誤差

電視準(zhǔn)軸(i角)的誤差對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的影響理論上與光學(xué)水準(zhǔn)儀i角誤差相同,但電視準(zhǔn)軸(i角)在數(shù)字水準(zhǔn)儀中又缺少象光學(xué)視準(zhǔn)軸(i角)那樣的標(biāo)定水平視線的性質(zhì)。然而電視準(zhǔn)軸(i角)對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的精度的影響是肯定的,而且它隨外界條件的變化而變化。盡管可以用前后視距等長(zhǎng)加以減弱,數(shù)字水準(zhǔn)儀也可由機(jī)內(nèi)設(shè)置的程序自動(dòng)改正,然而外條件隨時(shí)在變化,隨時(shí)測(cè)定i角而加以改正不僅影響作業(yè)效率,而且改正數(shù)也不是可以線性模擬的。

4. 外界條件變化引起的誤差

數(shù)字水準(zhǔn)儀與條碼標(biāo)尺組成的測(cè)量系統(tǒng)是處在時(shí)刻變化的外界條件下工作的。外界條件的變化將引起儀器各部件產(chǎn)生誤差。這種影響常常表現(xiàn)為各部件及其組合的綜合影響,外界因素影響產(chǎn)生的誤差主要有:

(1)視準(zhǔn)軸(i角)變化的影響;

(2)大氣垂直折光的影響;

(3)儀器和標(biāo)尺垂直位移的影響;

(4)地面震動(dòng)的影響;

(5)地面電磁場(chǎng)的影響等。

5. 數(shù)字水準(zhǔn)儀所克服的常規(guī)水準(zhǔn)儀的誤差

(1)沒(méi)有讀數(shù)錯(cuò)誤,沒(méi)有人為讀數(shù)誤差;

(2)多條碼(可認(rèn)為是多分劃)測(cè)量,削弱標(biāo)尺分劃誤差;

(3)自動(dòng)多次測(cè)量,削弱外界條件變化的影響;

(4)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄、檢核、處理和存儲(chǔ)。

以上僅能從概念上對(duì)數(shù)字水準(zhǔn)儀誤差加以論述,由于數(shù)字水準(zhǔn)儀的許多技術(shù)是保密的,目前尚難給予量的估算,只能通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以分析。