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2023
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产业计量优秀成果连载之计量测试技术成果（7）
分布式光纤传感系统关键参数计量技术
天津市计量监督检测科学研究院
分布式光纤测量和传感技术集传感与传输于一体，将单根光纤既作为传感介质，又作为光信号的传输介质，测试距离通常可达数十公里甚至上百公里，可连续测量光纤沿线的多种外部参量。它被广泛应用于民生、国防安全等多个领域中，如航空航天、周界安全、大型基础设施结构健康等。但是目前我国还缺乏分布式光纤传感关键指标的校准装置及方法，严重制约了分布式光纤传感市场的良性发展。
针对分布式光纤传感中的最大传感距离、定位精度、应变等三个关键参数的校准难题，提出了分布式传感系统传感性能的校准技术，研制了一套基于可调谐激光器的OFDR系统，开发了OTDR和OFDR配合下待测光纤长距离和短距离条件下末端与多点外加激励参量位置测量方法，研究了基于纳米位移台分布式光纤应变测量标定与精度验证方法，实现了分布式光纤传感系统的计量检测与质量评价。
大型零件原位精密测量关键技术
四川省产业计量测试研究院
大型零件的加工制造一直是我国作为制造业大国大而不强的关键制约因素之一。作为保障国家安全的航天、航空、核电、大型装备等领域，基于可靠性、抗干扰、防雷达、隐形、超高速稳流等特殊功能需求，越来越多的装备外形需要被设计成自由曲面，比如大飞机外形基本采用流线设计，自由曲面使用率超过50%；核电常规岛关键件为承压设备，为满足结构强度要求，保证承压能力，减小核电泄漏风险，自由曲面使用率超过35%。由于自由曲面空间分布广、曲率变化不规律，导致产品检测和加工难度大，特异型超大构件检测和加工技术已成为制约国家重大装备核心技术自主可控的重大瓶颈，长期制约着我国高端制造的发展。
围绕大型零件测量方法难以保障、制造效率低下的“卡脖子”难题，研制出了工业摄影测量与手持激光扫描仪通识性合作目标、多终端测量设备数据无缝融合技术、双/多层加密控制网统一光束法平差技术、多部件装配式大型空间自由曲面全细节外形数据获取技术、全细节多节点约束装配技术，在国内测量技术的研制与应用中处于国内先进水平。
该项技术有两大技术创新点。一是开发了国内首套针对特异型超大构件的多源多模式原位精密测量系统，实现了云级测量数据高精度融合。二是发明了一种多源多模式数据融合方法，基于统一光束法平差的多层控制网加密控制及多源数据无缝层级融合新方法，突破了多源多模式数据高精度融合技术壁垒。
该项技术成果已成功应用于第三代核电复杂型面制造、某型号大型运输机机身机翼，以及航天、风电等行业的重大项目，填补了国内多源多模式数据融合和点云级测量数据精细化控制技术空白，研发的特异形超大构件原位高精度测量系统，满足了国家重大战略需求，为提升我国重大高端装备制造能力、保障国家安全作出突出贡献。
基于3D视觉的机器人智能检测系统关键技术
长三角哈特机器人产业技术研究院
随着数控技术、计算机技术和机器人技术等核心技术的发展，自动化水平得到了快速提高。制造业面临小批量、定制化、种类急剧增加、尺寸变化范围大、结构更加复杂等新的需求，现有的检测设备具有测量精度高的优势，但测量自动化、智能化难以满足在线自动化的检测需求。
结合机器人技术和三维视觉检测技术，开发基于3D视觉的机器人智能检测系统，借助工业机器人、线性平移台和高精度激光轮廓仪等先进设备，应用系统标定技术、运动规划技术和三维点云处理技术等，实现大尺寸复杂零部件的自动化检测和在线测量，极大地提升了检测系统的效率和智能化水平，为工业现场提供高效智能化的检测。
该项技术有三大创新点。一是针对机器人系统的标定，将机器人运动学参数误差等几何误差和关节屈服变形等非几何误差等影响，借助数值优化技术实现机器人高精度标定，显著提升机器人的绝对精度。二是针对传感器测量位姿及机器人测量路径的最优规划，通过对检测对象的三维模型进行描述、对视觉传感器及工作范围进行描述、对运动约束进行描述，开发不同约束条件下的位姿采样方法，实现传感器测量位姿和机器人运动路径的最优规划。三是针对分块点云数据的快速配准，结合传统ICP配准算法，开发基于零部件3D模型的配准算法，基于粒子群算法等智能优化算法的配准算法，以及基于局部辅助配准标记的配准算法等，实现大尺寸零部件分块点云的高精度快速拼接，为大尺寸零部件的三维测量提供技术支持。
该项技术在汽车零部件制造业，尤其是在复杂汽车管路（如油管、刹车管）检测进行了广泛应用，并得到市场的良好反馈。
基于单差的测地型北斗接收机精度测试技术
武汉地震计量检定与测量工程研究院有限公司
观测值精度是测地型北斗接收机内部噪声水平的最重要表征，直接反映接收机的测量性能，是接收机的重要技术指标。
该项技术是一种基于零基线单差的GNSS接收机伪距、载波相位和多普勒观测值精度计算方法，建立GNSS观测误差模型，将接收机采样不同步和接收机钟差共同引入的误差作为参数估计，通过历元间求差和接收机间求单差，削弱电离层、对流层和多路径效应的影响，采用不同的卫星截止高度角和载噪比随机观测模型，构建观测方程组，实现对不同频点的观测值精度计算；通过引入2台及以上的陪检接收机，可实现对单台接收机的观测值精度进行检测。在载波相位观测值精度求解过程中，整周模糊度与其他待求参数存在耦合，计算方法采取固定某时段一颗卫星的整周模糊度进行传播解耦，求取整周模糊度的固定解，解决了方程组的混定问题，避免历元采样不同步带来的影响。
该项技术首次实现了测地型北斗接收机多普勒频移观测值精度的测试评价，成果应用于对BDS、GPS、GLONASS、Galileo共4个卫星系统全频点的载波相位和多普勒观测值精度计量测试中。
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