一种新型平尺直线度自动测量方法

斤斤计较

作　　者：严雅君 钱巍 陈刚
机构地区：上海市质量监督检验技术研究院,上海201114
摘　　要：阐述了按JJF1097—2003《平尺校准规范》推荐的传统方法（桥板法）对平尺直线度测量存在的缺点，同时提出了一种采用光电自准直仪自动检测平尺直线度的方法，并分析比较了桥板法和光电白准直仪法检测平尺直线度的误差计算方法，最后总结出光电自准直仪法利用目前先进的仪器及计算机软件自动采集数据、无线传输、自动平差等技术，可大大减少人为误差，节省人力物力，所测数据准确可靠。

规矩湾锦苑

　　拜读了楼主提供的上海质检院的平尺直线度检测研究成果，我认为成果实现了自动检测、自动处理和检测结果的自动输出，特别是“小车”的设计和制作，都是创新点，值得肯定和赞扬，如果把数据处理的原理与节距法数据处理的原理详细做个比较就更好了。因为，在阅读成果中发现“光电自准直仪自动检测平尺直线度的方法”实施时，在被测面上采集数据采用了“小车”，小车的跨距是100mm，这与与使用节距法的桥板跨距100mm完全相同，感觉上数据处理方法与节距法没有两样，只是实现了将数据自动输入计算机进行处理。如果是把100mm的跨距视为一个点，就属于直线度误差的“直接测量法”，这就与用激光自动跟踪仪检测直线度的方法完全相同了。　

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          在网上查了一下上海市质量监督检验技术研究院（SQI），原来，上海质检院并非是上海市人民政府依法设置的法定计量检定机构，而是非营利性公益科研类政府实验室，也是国家级上海产品质量监督检验研究院，这样的质检院将质检、纤捡、检定/校准/检测、情报、ccc等多个领域的工作融合在一起，履行社会责任，这样的体制改革，还是首次得知。

     其中，从事检定/校准/检测的计量检测所，是将原上海市电子仪表标准计量测试所、上海市机电工业技术监督所、上海市化学工业技术监督所、上海市轻工技术监督所四个工业系统质检技术机构的计量校准实验室合并组建而成。由此可见，其与上海市人民政府依法设置的法定计量检定机构，上海市计量测试技术研究院（SIMT）还是有其别的。上海计量院（华东计量测试中心）成立于1930年（前身为上海市度量衡检定所），这才是华东6省1市量值溯源的上级计量机构。

     啰啰嗦嗦谈了上述许多，还是要回到楼主上传的论文上来。大体看了一下，感觉文章中的某些措辞、提法不够规范，也不够传统，看不到是如何“提高了检测精度和工作效率，确保了数据准确可靠”，由于时间关系，本人将在今后详细拜读的基础上，陆续谈出自己的意见和看法。

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         所谓“一种新型平尺直线度自动测量方法”，实际上并看不出什么“新”的特点。

     文章中将使用小角度测量仪器，以“节距法”进行的直线度测量，改称““桥板法”测量平尺直线度”，桥板是测量中的辅助工具，以辅助工具命名测量方法，这应该并不合适。毕竟所谓的“节距法”，就是将被测截面分成若干段，使用小角度测量仪器测出每段首尾连线相对测量基准的倾斜角度变化，再按一定的规则计算评定得出被测截面的直线度误差曲线（折线近似代替曲线），这里的“节距”实际上就是“竹子或草木茎分枝长叶的部分”，比如“竹节”，或“物体的分段或两段之间连接的部分”，也就是节距定位。在几何量专业，“节距法”是大家都已经认可并接受了的术语，且在某些相关法规性技术文件中也有较严格定义，所以，文章将“节距法”改称““桥板法”是不够合适的。文章中谈及“该方法测量桥板两个支撑点的相对倾斜角度”、“测量被测平面角度的变化”，以及“实现倾斜角度”的测量等描述在测量原理上还是正确的，这使某些持有“节距法”测量的是什么“高度差”的理论无法得到支持。

     文章中称“桥板法”（节距法）存在以下缺点：1)桥板移动方式为手工移动，无法真正沿直线移动及实现两次桥板位置的首尾相接，存在较大的测量误差。不知道文章的作者如何得知“手工移动”桥板，就“无法真正沿直线移动及实现两次桥板位置的首尾相接”，难道以受校平尺侧面定位移动“小车”，就一定是“沿直线移动及实现两次桥板位置的首尾相接”吗？平尺侧面并没有形状误差要求啊？那一定就是“沿直线移动”吗？至于得出结论“存在较大的测量误差”，显然主观武断的想象成分更大些了吧？ 2)测量过程耗时较长，且无法实时计算测量结果。以节距法测量平尺直线度，刨除测量前的准备时间，应该不会出现相对“耗时较长”吧？至于“实时计算测量结果”，实际上也是早已做过的事情，比如将电子水平仪自动（半自动、手工）采集到的测量原始数据导入到计算机，使用软件进行数据处理，，这不是“实时计算测量结果”吗？

     文章在极力贬低传统的“节距法”测量后，推出了新的“光电自准直仪法”，从文章中的文字描述可以看出，所谓“新”的测量方法与传统的“节距法”几乎没什么区别，都是“被测平面角度的变化”，但以测量仪器命名测量方法也依然是不够合适的，这很容易引起某种程度的混乱，比如这就引起了某些人“与节距法没有两样”的感觉，甚至将“节距”这个“两段之间连接的部分”“视为一个点”，而与什么“直接测量法”联系到了一起（节距法属间接测量）。至于文章中谈到“光电自准直仪的测量范围约3～30m”，让人实在不敢相信。大家都清楚，光电自准直仪最大的缺陷就是，成像质量受光的折射、散射及空气流动影响很大，所以一般不适宜在环境较差的现场使用，长距离测量时成像质量往往很差，所以一般仅适合在环境条件较好的实验室内做短距离测量，当然某些品牌型号的光电自准直仪为了保证所谓的稳定性，而“牺牲”了仪器的灵敏度（去掉灵敏度档位），包括产品说明书中给出的虚无测量范围不在现今讨论的范围。

     （后续）
     

规矩湾锦苑

　　只要打开国家标准GB/T11336-2004《直线度误差检测》就可以看到，直线度误差检测的方法“按测量原理、测量器具等分类”可分为直接测量法、间接测量法、组合测量法、量规测量法“四个大类。而直接测量法和间接测量法的细类则按所用的测量设备（含量具、仪器、辅助设备等）进行分类，例如指示器法、钢丝法、水平仪法、自准直仪法、平晶法、表桥法等等。“节距法”是大家所熟知的直线度误差检测方法，但在国家标准GB/T11336中并没有合法地位，它实际上属于间接测量法，在间接测量法中的水平仪法和自准直仪法就是这个“节距法”，其共同具有的最大特点是使用了测量设备“桥板”，因此有人称为“桥板法”也并非不妥。
　　楼主提供的论文“新”方法使用了光电自准直仪，在细类的名称上叫“自准直仪法”没有什么不妥，但在大类上却必须看其测量原理。如果数据采集是相邻两个受检点依次首尾相连，每个受检点的读数均以其前一个受检点的高度为测量基准，测量基准是变化的，测量方法无疑就是GB/T11336规定的间接测量法的自准直仪法。如果数据采集是在被检表面上任意进行，并非首尾相连，就是以自准直仪的光束为同一个测量基准，测量基准是恒定的，这种测量方法就是GB/T11336规定的直接测量法中的“光轴法”。光轴法可以使用自准直仪，这个“光轴”就是自准直仪产生的。光轴法之所以没有用测量设备的名称命名是因为可以使用任何可以产生一条光束的测量仪器，而不能使用测量仪器水平仪。
　　综上所述，因此我在2楼指出了论文的薄弱环节“如果把数据处理的原理与节距法数据处理的原理详细做个比较就更好了”，这是因为论文没有介绍清楚其采点的方法，也就是说论文的“新”方法使用了什么“测量基准”交代不清，新方法在检测原理上也就没有创新点。但，也不能对论文给予否定，“移动小车”的构思、设计和使用是最大的创新点。我认为，小车实现间接测量法因为需要受检点首尾相连，难度较大，还是利用直接测量法比较好，小车的固定跨距也就无所谓，在确保平稳　条件下以越小越好，例如50mm、80mm，最多不要超过100mm为佳。当然自动数据输入、放大、处理、测量结果输出也应该是“新方法”的优点之一。

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（续4楼）
      文章中对直线度误差的评定方法“两端点连线法”是这样评价的，“两端点连线法虽然计算简单但精度较低，使用价值不大”，事情是这样吗？首先应该说明，“两端点连线法”是直线度误差的评定方法，而非是直线度误差的测量方法。这个评定方法是国家标准规定允许使用的，其评定基准（评定基线）的位置是测量之前就已经确定的，就是连接被测实际线始、末点的一条直线，由于该评定方法不是什么测量方法，所以谈不上什么“精度较低”，其由于仅是一条直线，与被测实际线不存在相接触并包容的位置关系，也不符合直线度误差的定义，不符合“最小准则”，所以其是允许使用的，但非“最小”的直线度评定方法（近似方法），当然在被测实际线处于单凸或单凹的误差折线时，此方法评定所得直线度误差与最小包容线评定所得结果是完全一样的。所以两端点连线由于“计算简单”，一直被广泛使用，而不是文章中所讲“使用价值不大”。另外，“两端点连线法”评定所得直线度误差值正是由于非最小（接近最小），所以不管从生产制造还是对用户使用的角度来讲，实际上是要求更严了，也就是讲只会产生“误废”，而不会产生“误收”。从这个角度看问题，“两端点连线法”“精度较低”以及“使用价值不大”的说辞，都是讲不通的，正是由于上述原因，“两端点连线法”评定直线度误差一直被广泛的使用着。所以不能为了突出所谓“新型测量方法”，而去贬低传统的，也是标准允许使用的“两端点连线”评定方法。另外需要指出，在直线度测量的数据处理过程中，唯一被推导出的计算公式就是“两端点连线”计算公式，其余什么“旋转”、“平移”，都是在此公式基础上的一种“变形”，这样的“变形”就是为了使评定所得直线度为“最小”，为符合“最小条件准则”。总之，“两端点连线法”是节距法测量中最基础的评定方法，肆意贬低是不可取的。

      文章谈及的所谓“新型测量方法”，从自动数据采集、输入、处理及结果输出来看，应该讲是上个世纪80～90年代就已经有过的东西，而且在使用电子水平仪、自准直仪及其它测量仪器时都有过，所以不是什么“新型测量方法”。那么文章中提及的“小车自动运行和定位”是新技术吗？早在上个世纪80年代末，北京XX研究所就做过该项科研工作，科研项目是以“平直度光电组合测量法”的题目立项的，其数据采集方式有动态位置、动态时间、定点采样三种，仅是人工遥控自动移动的“桥板”没有被称为“小车”罢了，其数据处理采用人机对话，并有多种评定方法，测量结果以三维图形和数据两种方式输出，并标识出极值点位置。通过上述历史的回顾，我们可以看到，人为放大了的“实现了自动检测、自动处理和检测结果的自动输出，特别是“小车”的设计和制作，都是创新点”的评价，完全是言过其实或对该项测量技术历史发展过程不了解导致的。由此，我们还可以看出，所谓“新型测量方法”实质上是对近30年前的历史重复，如果仅作为某个单位或部门的一种拿来主义的“尝试”倒未曾不可，但如果以此所谓“新型”的科研项目立项，显然科研项目立项的起点太低了吧。

     文章谈及的“桥板法”（节距法）测量lO00mm铸铁平尺直线度，“用最小区域法计算平尺直线度误差”所得结果为11.5μm；而使用所谓“光电自准直仪法”（节距法）“测量前文中提及的lO00mm铸铁平尺”，“自动测量系统自动采集10个测量点的数据，计算得出平尺直线度误差为10.6μm”，两次测量的跨距相同，但第二次使用光电自准直仪测量，对仪器的分辨力及原始测量数据均没有讲明，仅凭两次测量得到的两个结果11.5μm与10.6μm，又有什么可比性呢？又怎么能讲出“可见测量精度比最小区域法作图计算得出的误差值小”这样含糊不清的言辞，来证实后者比前者测量准确度高这样结论来呢？难道还有比“最小”更小的另一个“最小”？毕竟测量准确度高或低不是以直线度误差值的大或小来判断的吧？所以，文章的好多用语给人有些外行的感觉。

     至于“节距法”有没有“合法地位”的疑惑，由于检定/校准依据的是规程/规范，而不是什么推荐性标准，大家可以去JJG117规程中的6.3.4.4条款中看一下，那里清楚的讲明了“节距法”的“合法地位”。所以检定/校准依据的是规程/规范，而非要本末倒置的去推荐性标准中去查依据，这确实让人无话可说。

规矩湾锦苑

　　“两端点连线法虽然计算简单但精度较低，使用价值不大”的说法，“计算简单”是确实的，也是其重要优点之一。“精度较低”是相对于直线度误差的“真值”而言的，直线度误差的定义必须满足“最小条件”，因此被测表面直线度误差的真值是符合“最小包容区”的，两端点连线只是最小包容直线的近似，评定得到的直线度误差也就是真实直线度误差的近似值，“精度较低”是站得住脚的。“使用价值不大”则有失偏颇，因为可以得到直线度误差的近似值，且计算简单，就具有了较大的使用价值。至于两端点连线评定直线度误差“要求更严了”是个事实，但把只会产生“误废”，而不会产生“误收”作为优点并不妥当，测量要准确可靠意思是防止误判风险，误判既包括误收也包括误废，误收和误废都是坏事，都必须预防。
　　由于论文并没有介绍测量过程实施中的测量基准是什么，因此也未见其“新方法”的数据处理过程或原理，这是论文的一大残缺，因为这个残缺，谈论“两次测量得到的两个结果11.5μm与10.6μm”的优劣是没有价值的，建议作者补充数据采集和数据处理的方法。
　　“节距法”的名称的确在国家标准中是没有法律地位的，术语“节距法”仅存在于平板检定规程。“形位公差”系列标准与“极限与配合”系列标准一样是国家六项基础标准之一，虽然它们都使用了符号 T ，但不能认为无关紧要，可执行可不执行，特别是从事几何量计量的人员更是必须学习和掌握的基本标准，检定规程/校准规范则是国家基础标准在特定检测项目或指定被检对象中的具体应用。
　　我并不认为论文“好多用语给人有些外行的感觉”，将其一棍子打死。应该肯定论文的创新点，也应该指出其不足，提出修改的建议，这才是正确对待他人成果应持有的做法。

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          真能扯，““精度较低”是相对于直线度误差的“真值”而言的”，那使用最小区域包容法评定所得直线度误差就是“真值”了？至于“误废”或“误收”的问题，只是从一个特殊角度来看问题，没必要非要往“误判风险”上扯，貌似公允，实则只是矫情。

          “测量过程实施中的测量基准是什么”应该并不需要“介绍”，所谓的测量基准是仪器读数的参考基线，自准直仪是按照射出的主光轴反射成像后，依据成像的位置改变来瞄准获得读数的，所以不管是间接或直接测量，自准直仪的测量基准只能是仪器的主光轴，如此明确的道理还需要介绍吗？“未见其“新方法”的数据处理过程”也很简单，自动采集测量数据后输入计算机进行数据处理，按一定的评定准则进行评定后给以测量结果的输出，至于自动采集的测量数据是否合理？自动采集数据针对不断跳动变化的数据判定是否正确？评定结果的输出是否正确？这些均属未经验证也很难说清楚的事情，一切取决于软件的自动判断和自动处理后给以输出，正是由于这一系列的说不清，所谓的自动测量在实际测量工作中使用的很少，大家反而更习惯于半自动或手动测量。

        标准只是规程/规范起草时的参考文献，而不是标准的照搬，正是由于规程/规范与标准的种种不同，所以二者之间出现的不同反映在多方面的，硬要规程/规范按标准来“具体应用”，那倒不如修改计量法，将计量检定依据规程改为计量检定依据标准更为直接，但那可能吗？

        对于文章“该方法测量桥板两个支撑点的相对倾斜角度”、“测量被测平面角度的变化”，以及“实现倾斜角度”的测量等描述在测量原理上还是正确的评价，本人在起初就讲过，所以不存在什么“将其一棍子打死”的事情。反倒是什么“实现了自动检测、自动处理和检测结果的自动输出，特别是“小车”的设计和制作，都是创新点”的阿谀奉承，实则是无原则的“捧杀”，难道近30年前做过的事情，现今还会称为“创新点”？那岂不是不断重复即为不断“创新”？

规矩湾锦苑

　　至于谁“扯”不是技术讨论的内容，扯不扯和谁在扯的问题我拒绝做任何评判。但，众所周知测得值偏离真值的程度是衡量测量结果“精度”（准确性）高低的量化评判指标，最小包容区直线评定的直线度误差是直线度误差的定义，符合定义的值是“真值”，两端点连线评定的直线度误差将偏离最小包容区直线评定的直线度误差，偏离直线度误差的真值，因此相对于最小包容区直线评定的直线度误差而言，其“精度”是低的。
　　测量的目的是准确判定被测对象的符合性，既不能误收也不能误废，这是测量人员需遵循的原则。误收和误废合称“误判”，研究误差理论和不确定度评定就是为了杜绝误判或降低误判的风险，现代计量管理模式之所以要把计量确认和测量过程控制作为两大主过程，目的仍然是防止误判，防止误废风险变成不可挽回的事实。
　　连测量过程实施时的测量基准是什么都可以不顾，可见有的人处理检测数据的随意性，这种检测结果如何谈准确可靠？“测量基准是仪器读数的参考基线”是测量基准的定义，“不管是间接或直接测量，自准直仪的测量基准只能是仪器的主光轴”则是口中念测量基准的定义，行动上背离测量基准的定义，把自准直仪的主光轴与测量基准画等号。只要认真读一下GB/T11336就一定会看到间接测量和直接测量的本质区别在哪里。同样使用自准直仪，间接测量法还必须与桥板组合成完整的测量系统，每个受检点的高度读数都是以其前面一个受检点的高度读得，根据测量基准的定义，前一受检点就是该受检点的测量基准，测量基准在实施测量中不停地变更，而直接测量法时各受检点的读数均以自准直仪发出的光束为“基线”读得，在这种情况下自准直仪发出的光束才是测量基准。直接测量与间接测量的测量基准“不管是间接或直接测量，自准直仪的测量基准只能是仪器的主光轴”明显是典型的不懂“测量基准”是何物的语言。
　　国家标准适用于各行各业，各个领域，检定规程适用于计量检定这个特定的领域。多年来，之所以部分国家标准和检定规程各行其是，相互矛盾，现在看来似乎找到了根源，原来少数检定规程的起草人认为国家标准对计量检定这个国内技术领域没有约束力，检定规程的制定可以违背国家标准的规定，国家标准充其量只是“参考文献”，其基本规定可以遵守也可能反其道而行之，甚至几何量计量的检定规程连六项基础标准都可以形同虚设，都可以违背。
　　本人与论文的作者素不相识，与论文作者的单位也毫无瓜葛，即便本人是阿谀奉承之人，也犯不着对论文的作者和单位阿谀奉承。把同行之间的相互鼓励，相互尊重，相互学习，相互帮助视为“阿谀奉承”的人，自身是什么心态，本人不想加以评论。但对论文是“正确的评价”的态度，还是想“一棍子打死”，看看自己发表的帖子就明白了，毕竟帖子就在眼前，也勿需本人评论，人人皆知。

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         最小包容区评定准则是符合直线度定义的，但由此准则评定所得直线度误差未必就一定是什么“真值”，否则，国家标准就不要允许使用两端点连线法评定直线度误差，仅使用最小包容区评定准则以获得直线度误差“真值”该有多好。

        节距法使用小角度测量仪器自准直仪的测量基准到底是什么？既然承认直接测量法“读数均以自准直仪发出的光束为“基线”读得”，那么间接测量法中仪器读数难道不以“自准直仪发出的光束为“基线”读得”？自准直仪视场中的成像不是同所谓的直接法一样，都是“自准直仪发出的光束”经反射回来后在视场内所成的像？仪器读数时不是针对反射回来后所成的像瞄准后进行的读数？不瞄准反射像，而只一味瞎谈什么“不停地变更”的受检点如何来瞄准读数？能够瞄准“受检点”读数吗？“不管是间接或直接测量，自准直仪的测量基准只能是仪器的主光轴”，这样的话有毛病吗？如此简单的问题都搞不懂，难道不是“典型的不懂“测量基准”是何物的语言”？事情非常简单，仪器视场内的像是“自准直仪发出的光束”经反射回来后在视场内所成的像，仪器的指标线是瞄准这个成像而经读数装置读出的数，所以，自准直仪读数的参考基线（测量基准）只能是仪器的主光轴！这应该是毫无争议的公理。

       既然“国家标准适用于各行各业，各个领域”，那么为何计量检定的依据是规程而不是标准？规程对相关标准的引用肯定是参考，而不是照搬，正确的东西会引用，错误的东西或不适用于规程的东西肯定不会引用。如果产品没有标准，规程连什么“引用”都无需考虑（像激光跟踪仪等就没有引用什么国家标准），毕竟这两个技术文件的用途不同，侧重点不同......，这样的例子多了，还需要一一列举吗？。至于什么“各行其是”、“违背”、“反其道而行之”以及“形同虚设”等无聊指责，没人屑于评论。

       既然不是“阿谀奉承”之人，那就将“实现了自动检测、自动处理和检测结果的自动输出，特别是“小车”的设计和制作，都是创新点”的胡言乱语，给大家“解读”清楚，近30年前就有过的东西，现今仅是重复再现，怎么就成了这自动那自动的“创新点”？

规矩湾锦苑

　　承认“ 最小包容区评定准则是符合直线度定义的”就好，再学习一下JJF1001的3.21条“量的真值”是怎么定义的即可得到答案，“与量的定义一致的量值”简称“真值”，符合直线度误差定义的值不叫真值，还有什么可以称为直线度误差的真值？难道说两端点连线评定的直线度误差可以叫“真值”吗？
　　直接测量法“读数均以自准直仪发出的光束为“基线”读得”，说明直接测量法的测量基准是唯一的，因此勿需使用累积的方法统一测量基准，读得的数据可以直接进入直线度误差的评定。间接测量法时，每个受检点的读数都是相对于其前面的那个受检点，测量基准并非自准直仪发出的光束，测量基准是不断变化的，因此必须采用逐点累积获得统一测量基准后的数据才能进入直线度误差评定步骤。因为直接测量法和间接测量法的测量基准不同，数据处理的方法也就不同，这是国家标准GB/T11336所告诉我们的，离开了国家标准直线度误差的检测还谈什么正确性、可信性？“不管是间接或直接测量，自准直仪的测量基准只能是仪器的主光轴”，试图用自准直仪的测量基准偷换直线度误差“不管是间接或直接测量”的测量基准的概念是徒劳的，大家都很清楚，这里讲的测量基准是被检表面各受检点直线度检测读数时的参考对象，不是所用测量设备工作原理的什么基准。
　　 既然“国家标准适用于各行各业，各个领域”，那么为何计量检定的依据是规程而不是标准？这个问题是幼稚的。 “国家标准适用于各行各业，各个领域”人人都知道，但国家标准终归不是专业标准，不是行业标准各专业领域都有自己的特殊要求，允许各专业领域制定自己的标准和规范。计量检定领域有其特殊的要求，制定检定规程/校准规范是应该的，但检定规程/校准规范是决不能违背国家标准，与国家标准唱对台戏的。
　　楼主提供的论文“实现了自动检测、自动处理和检测结果的自动输出，特别是“小车”的设计和制作，都是创新点”，这是客观事实，当然“专家”可以否定人家的长处，甚至否定这个论文，作为与作者同行的量友，我们是要对朋友的优点和成果给予肯定的，给予支持和抱以学习态度的，“专家”认为这就是“阿谀奉承”、“胡言乱语”那就请便，本人不想在这里为自己辩护。火药和冲天炮焰火的发明史何止千年，说枪炮和火箭是创新是不是也算“胡言乱语”呢？