误差与测量不确定度分析在长度计量检定与校准中的应用

为使实验数据能够更加真实准确地反映出检定结果,该文阐述了误差和测量不确定度的概念公式以及适用范围,最后结合实验筛的实例对测量结果进行了误差分析和不确定度进行了评定。     

大射电望远镜5m模型全站仪设站研究

针对大射电望远镜(LT)5m模型站点坐标不确定的特点,研究全站仪站点坐标设定的方法,基于几何原理推导确定站点坐标的公式,并进行误差分析。实验数据表明该方法有效提高了测量精度。     

基于蒙特卡罗法与GUM法的直线度测量不确定度评定

由于形位误差测量的复杂性和测量结果评定的多样性,导致在实际测量结果中形位误差的不确定度评定成了难题。通过GUM法和蒙特卡罗法对直线度的测量不确定度进行评定。首先,根据最小二乘法得到直线度的误差模型;然后采用GUM方法对测量结果进行不确定度评定,采用蒙特卡罗仿真方法对测量值进行模拟仿真,从而得到直线度误差的不确定度;设置实验对比,通过数据分析验证了蒙特卡罗方法评定的可行性,为形位误差测量结果不确定度评定提供了更加简便的方法。     

飞机数字化测量网络布站设计

考虑大尺寸、高精度要求的飞机或特殊机型飞行器需要采用多仪器组合测量网络来完成数字化测量任务,本文对测量网络进行了最优布站设计.介绍了传统的飞机调平理论,提出了飞机数字化调平变换算法,并建立了其不确定度模型.通过不确定度分析和误差依赖性仿真得出飞机各基准点不确定度和水平点位置对测量不确定度的影响.结合由激光雷达、iGPS组成的飞机数字化测量网络的测量特性,提出了飞机数字化测量网络的最优布站设计方案.对某机型飞机水平测量实验验证表明,经布站优化设计后的测量结果精度为0.402mm,提高了约20％.结果显示提出的布站设计方案有效、可行,其分析方法为寻找高准确度、高效率的飞机数字化测量的布站设计提供了参考依据.     

钢丝拉伸强度试验结果不确定度的评定

任何检测都存在误差,不确定度是了解测量值可靠程度的途径。在钢丝拉伸强度试验中,测量过程引入的不确定度的主要来源有测量的重复性和仪器校准的不确定度,运用统计学公式合成检测结果的扩展不确定度。     

数控轴线单向位置偏差测量不确定度的序列评定

提出了用激光干涉仪测量数控轴线单向位置偏差,建立序列测量模型并导出测量序列任一截口的合成标准不确定度(uci),实验结果证明温度偏离标准温度引起的不确定度对uci的贡献率超过了80%,而只有uci能够体现这个贡献率.因此评定数控轴线单向位置偏差的检测精度科学合理的方法是采用合成不确定度,以取代传统的实验标准差.     

工件圆度误差测量不确定度评定

为了实现工件圆度误差的不确定度评定,对基于三坐标测量机的工件圆度轮廓数据的采样策略、圆度评定方法及不确定度评定方法进行研究。首先,根据工件圆度轮廓特征进行实验测量,获取不同工件的多个样本。接着,基于最小二乘法和微分进化优化算法对样本的圆度误差进行了误差评定。然后,在分析比较误差大小的基础上,说明了采用的采样策略和微分进化评定算法。最后,基于圆度误差评定结果运用了测量不确定度表示指南(GUM)和蒙特卡洛方法(MCM)进行不确定度评定。实验结果表明:微分进化算法与最小二乘法相比均值差最大达到1.1μm, MCM方法比GUM方法得到的标准不确定度均值小0.02μm。合理的采样点数、微分进化算法及MCM不确定度评定方法可以得到更稳定可靠、精度高的评定结果。     

数控轴线单向位置偏差测量不确定度的序列评定

提出了用激光干涉仪测量数控轴线单向位置偏差，建立序列测量模型并导出测量序列任一截口的合成标准不确定度（uci），实验结果证明温度偏离标准温度引起的不确定度对uci的贡献率超过了80％，而只有uci能够体现这个贡献率。因此评定数控轴线单向位置偏差的检测精度科学合理的方法是采用合成不确定度，以取代传统的实验标准差。     

工业机器人运动学参数标定误差不确定度研究

为研究机器人末端定位不确定度分布规律,采用不确定度误差的评价方法对工业机器人标定方案得到的运动学参数进行了分析.采用基于各轴单独旋转拟合空间曲线的方法,解算获得运动学参数模型.在机器人标定模型的基础上,分析出各项运动学参数标定结果的不确定度.分析了各轴关节转角θ对不确定度的影响规律,并实验研究各轴在标定或者动态测量过程中,测量点数及测量角度等条件对测量不确定度的影响.推导出机器人末端位置误差不确定度的计算方法,并分别以机器人某一固定姿态和固定路径为例,研究了机器人末端位置误差的不确定度.采用激光跟踪仪做为闭环测量设备,实验验证了单轴运动空间曲线拟合方法,可有效地估计在整个机器人工作空间内的运动误差不确定度分布,标定后在x、y、z3个方向上定位不确定度分别为0.356 mm、0.582 mm和0.524 mm.     

基于Matlab和ABAQUS的身管应力分析比较

身管强度与身管应力密切相关。身管应力既可以基于相关解析公式用Matlab软件计算，也可以采用有限元软件ABAQUS分析，对特定单筒身管和自紧身管实例，采用前述两种方法进行应力分析并比较，结果表明：对弹性变形的单筒身管，两者分析结果基本一致，特征参数误差不超过2%；对塑性变形的自紧身管，两者分析结果差异也很小，两者计算出的自紧压力差异随着自紧度增大而增大，但不超过2%;ABAQUS计算的自紧压力和内壁径向应力绝对值差异也随着自紧度增大而增大，但不超过0.5%。     

火炮身管疵病深度测量系统

为了准确获取火炮身管疵病深度参数,提出了一种新的基于等效多基线立体成像的疵病深度测量方法,并采用单摄像机建立了疵病深度自动测量系统。首先,对摄像机采用Tsai两步法进行标校。接着,采用等效多基线立体成像法获取疵病图像。在此基础上,利用标校数据和图像的位置参数,通过疵病特征提取和疵病图像立体匹配处理,获取疵病深度图像的输出,从而得到准确的疵病深度值,实现对火炮身管疵病深度参数的精确测量。测试结果表明:该疵病测量系统得到的疵病深度测量绝对误差0.1 mm,相对误差5%,完全满足火炮身管疵病深度测量的需要,能够为火炮鉴定试验和伴装保障提供重要的技术支持。     

采用红外扫描激光与超声技术的室内空间定位

为了解决当前定位方法无法兼顾高精度、高集成度、多任务性、实时性测量的问题,提出了一种基于激光测距原理的室内空间定位系统。该方法通过单台测量基站向被测空间内发射旋转扫描红外激光信号以及超声脉冲信号,采用旋转扫描红外激光形成多平面约束,采用高精度超声测距形成距离约束。然后,将多平面约束与距离约束相耦合,得到测量靶标的非线性约束方程组。最后,利用非线性最优化算法解算得到测量靶标的精确空间坐标。该方法仅采用单台测量基站即可完成全周向、多任务实时性的空间测量与定位。采用激光跟踪仪系统作为比对基准验证了本方法的测量精度及可靠性。结果显示,在5m的被测空间内,其定位测量误差在0.3mm以内,可满足大多数工业测量应用场合需求。与传统的室内定位方法相比,本方法极大地提高了测量系统的集成度以及测量效率,为全站式空间定位方法提供了新的思路。     

The detection of rotary axis of NC machine tool based on multi-station and time-sharing measurement

At present, the detection of rotary axis is a difficult problem in the errors measurement of NC machine tool. In the paper, a method with laser tracker on the basis of multi-station and time-sharing measurement principle is proposed, and this method can rapidly and accurately detect the rotary axis. Taking the turntable measurement for example, the motion of turntable is measured by laser tracker at different base stations. The redundant equations can be established based on the large amount of measured data concerning the distance or distance variation between measuring point and base station. The coordinates of each measuring point during turntable rotation can be accurately determined by solving the equations with least square method. Then according to the error model of rotary axis, the motion error equations of each measuring point can be established, and each error of turntable can be identified. The algorithm of multi-station and time-sharing measurement is derived, and the error separation algorithm is also deduced and proved feasible by simulations. Results of experiment show that a laser tracker completes the accuracy detection of the turntable of gear grinding machine within 3 h, and each error of the turntable are identified. The simulations and experiments have verified the feasibility and accuracy of this method, and the method can satisfy the rapid and accurate detecting requirements for rotary axis of multi-axis NC machine tool.     

评定二次曲面轮廓度误差的角度分割逼近法

提出一种基于角度分割逼近算法和粒子群算法计算二次曲面轮廓度误差的最小区域评定方法来准确评定任意位姿的二次曲面轮廓度误差。首先,给出了能够实现角度分割逼近算法的两条前提假设;基于假设,给出了更合理的算法网格布局递推公式。根据曲面轮廓度误差的定义建立了误差评定的精确模型。然后,采用角度分割逼近法求取测点到拟合二次曲面轮廓的距离;通过粒子群算法,以所有的点与二次曲面距离中的最大值为适应度值拟合出二次曲面一般方程,并实现被测轮廓与理论轮廓位置的匹配。最后,采用上述方法对某抛物面天线进行了评定,并与参数分割法、SMX-Insight和最小二乘法进行比较。实验结果显示：该方法测得的天线轮廓度误差为0.659 8 mm,比其它方法准确。结论表明：基于角度分割算法能够更有效地评定任意位姿二次曲面轮廓度误差,计算准确、迅速,而且无需确定待分割区域。     

空间坐标一致性光学测量方法研究

制导惯性装置的方位敏感轴与导引头CCD空间坐标一致与否直接影响导弹初始方位精度,介绍了一种导引头光轴坐标与惯性导航坐标安装误差的光学测量方法,阐述了此方案的原理、测量步骤,简要地分析了这种测量方法的误差。测量方案具有测量简便,调整快捷,非接触测量,测量精度高等特点,测量系统不确定度为±30″。     

基于传感器联合测量的车载POS精度检测系统设计

POS系统是移动测量系统的重要组成部分,其位置姿态精度一直受到广泛关注。结合全站仪、激光跟踪仪、GNSS授时装置等传感器,设计了动态精度检测系统,开展了POS系统动态精度检测方法研究。主要采用单次测量时间统计、平滑曲线拟合等方法探测检测系统的测量误差,并在误差剔除的基础上,结合ICP算法,利用跟踪仪高精度测量数据,对全站仪数据进行修正,提高检测系统整体测量精度。最后,在某实验区,进行车载POS系统动态跟踪实验,分别采用整体轨迹对比和实时点位对比方法进行POS系统事后处理精度检测和实时导航精度检测。实验结果表明:采用该种检测方法,动态检测系统能检测出POS实时和事后处理的动态定位精度。     

Analysis of tunnel displacement accuracy with total station

The remote distance measurement (RDM) method requires only common total stations and not special post-processing software. Moreover, this method is easy to operate and highly accurate results can be obtained. Therefore, RDM is used in the displacement monitoring of tunnel engineering. This study presents the calculation formulas for the crown settlement and wall convergence of tunnel as measured by RDM with total station. The mean error formulas are derived based on error propagation laws. When tunnel displacements measured by using total station with the m_s not more than 2 mm + 2D ppm (D is the measurement distance) and m_α not more than 1″, the horizontal distance between the rear viewpoint and the monitoring section is in the range of 50–150 m, the horizontal distance between the total station and the monitoring section ranges from 40 m to 60 m, and the total station is near the tunnel centerline, the measurement accuracy can reach 1 mm.     

自动气象站检定结果不确定度的评定与表示

测量不确度是测量系统最重要的特性指标,它表征了测量结果的分散性,是对测量结果质量的定量表征。本文根据中华人民共国国家计量技术规范JJF1059—1999《测量不确定度评定与表示》中所述方法,通过对自动气象站各要素检定结果的各分量的分析,合理选择测量结果不确度的评定方法,对各要素在测量结果的分散性进行较为科学的评定,为自动气象站观测数据的准确性及可靠性提供依据。     

Adaptive Monte Carlo and GUM methods for the evaluation of measurement uncertainty of cylindricity error

Measurement uncertainty is one of the most important concepts in geometrical product specification (GPS). The “Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM)” is the internationally accepted master document for the evaluation of uncertainty. The GUM method (GUMM) requires the use of a first-order Taylor series expansion for propagating uncertainties. However, when the mathematical model of measurand is strongly non-linear the use of this linear approximation may be inadequate. Supplement 1 to GUM (GUM S1) has recently been proposed based on the basis of probability density functions (PDFs) using the Monte Carlo method (MCM). In order to solve the problem that the number of Monte Carlo trials needs to be selected priori, adaptive Monte Carlo method (AMCM) described in GUM S1 is recommended to control over the quality of the numerical results provided by MCM.The measurement and evaluation of cylindricity errors are essential to ensure proper assembly and good performance. In this paper, the mathematical model of cylindricity error based on the minimum zone condition is established and a quasi particle swarm optimization algorithm (QPSO) is proposed for searching the cylindricity error. Because the model is non-linear, it is necessary to verify whether GUMM is valid for the evaluation of measurement uncertainty of cylindricity error. Then, AMCM and GUMM are developed to estimate the uncertainty. The procedure of AMCM scheme and the validation of GUMM using AMCM are given in detail. Practical example is illustrated and the result shows that GUMM is not completely valid for high-precision evaluation of the measurement uncertainty of cylindricity error if only the first-order terms in the Taylor series approximation are taken into account. Compared with conventional methods, not only the proposed QPSO method can search the minimum zone cylindricity error precisely and rapidly, but also the Monte Carlo simulation is adaptive and AMCM can provide control variables (i.e. expected value, standard uncertainty and lower and higher coverage interval endpoints) with an expected numerical tolerance. The methods can be extended to the evaluation of measurement uncertainty of other form errors such as roundness and sphericity errors.     

基于全站仪三坐标测量系统的测量方法

由数台全站仪和一台计算机组成的全站仪测量系统进行前方交会测量,可以完成在工业测量中的单点坐标的测量、特别是大尺寸工件的测量。现根据全站仪测量系统的测量原理,对较大范围内检测点的空间三坐标计算方法和误差作一分析探讨。以实现如汽车车身、轮船船体、空中客车等加工制造中大工件的在线检测。