用于多传感器测量系统的多球板标准器及联合误差检测法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于多传感器测量系统的多球板标准器，包括板体，板体上表面按拓扑结构分布有标准球；拓扑结构包括按正四边形或正八边形路径延伸布置的一级节点，一级节点至少衍生出二级节点：以相邻两个上一级节点为一个衍生组并向外衍生出两个下一级节点，该衍生组中两个上一级节点分别沿着以自身为端点并与它们两者自身的连线呈135°的射线方向，以相等的距离衍生出各自的下一级节点。本发明专利技术还涉及一种联合误差检测方法：采用本发明专利技术的10球标准器，对标准球进行编号；测量包括标准球直径的各种实际值；各传感器依次按照采样路径对各标准球进行采样；计算标准球的球心坐标以及球体直径测量值，然后分别计算各类联合误差，判断各联合误差是否合格。

Multi plate standard device and joint error detection method for multisensor measurement system

The invention relates to a method for multi ball plate standard multi sensor measurement system, which comprises a plate body, the plate body surface according to the topological structure of the distribution of standard ball; including topology according to the positive quadrilateral or eight polygon path layout a node, a node at least two derived nodes: two adjacent a node for a group of derivative and outward derived two lower level nodes, the derived group two on one level of nodes along with their endpoints and a ray direction 135 degrees and they both own connection to the same distance derived from their next level node. The invention also relates to a method for detecting a joint error: the 10 ball standard device, the number of standard ball; various measurements including standard ball diameter of each sensor in accordance with the actual value; sampling path of each standard ball sampling; calculation of standard ball ball coordinate and sphere diameter measurements, and then respectively. Calculate all kinds of joint error, determine the combined error is qualified.

【技术实现步骤摘要】
用于多传感器测量系统的多球板标准器及联合误差检测法
本专利技术涉及一种标准器，尤其是涉及一种针对多传感器测量系统进行标定校准、误差修正以及坐标量值溯源的标准器。本专利技术还涉及一种用于检测多传感器联合误差的方法。
技术介绍
随着汽车摩托车、航空航天、高铁、船舶、医疗器械等先进制造领域的飞速发展，大量高端产品使用了复杂零件，这些零件具有多尺度特征尺寸和测量难度大的特点，其精度直接影响产品最终质量及使用寿命。任何单一传感器都不能完成此类零件的全部特征测量。在几何量测量领域，多传感器坐标测量系统利用光学-影像-接触式传感器之间的互补性，成为了复杂零部件多要素高精度测量的重要手段，而集成不同类型传感器的复合式测量方式也正成为工业检测的重要发展趋势。据统计，多传感器坐标测量机大都分布在各企业的高端产品制造加工领域。以重庆先进制造产业为例，长安汽车、力帆、长安工业、四联仪器仪表、重庆机床、綦江齿轮等多家企业都引进了不同类型的多传感器坐标测量机，用于汽车模具、汽缸盖、涡轮、叶片、凸轮、机身及不规则空间型面的复杂零件多要素三维几何测量。标准器是坐标测量系统验证检测和复检检测的关键。由于图像传感器、光学传感器多属于2D测头，采用非接触测量方式；接触式传感器属于3D测头，采用接触测量方式；因此，需要找到一种三种传感器测量均能够适用的标准器。由于现有技术中的标准器不能同时适用于不同类型的传感器，因此现有技术中的标准器不能实现对多传感器测量系统联合误差(联合测量值与实际值之间的误差)的检测，只能针对不同类型的传感器采用不同类型的标准器进行各自的误差检测，但是多传感器测量系统的输出值是综合了各个传感器的测量值而计算出的具有极高精确性的联合测量值。因此，研究适用于多传感器坐标测量机的标准器，实现对多传感器坐标测量机性能评定十分迫切，这将直接影响先进制造企业最终生产产品的质量，进而提升其在高端产品市场的竞争力，对于全面提升我国先进制造业的技术水平并促进相关产业共同增值发展有重要的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供一种用于多传感器测量系统的多球板标准器，以解决现有技术中的标准器不能同时适用于不同类型的传感器进行误差检测的技术问题，能够同时满足同时具有光学、图像、接触式传感器的多传感器测量系统对联合误差进行检测的需求。为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术手段：一种用于多传感器测量系统的多球板标准器，包括板体，所述板体上表面按拓扑结构分布有标准球；所述拓扑结构包括按正四边形或正八边形路径延伸布置的一级节点，所述一级节点位于正四边形或正八边形的顶点上；所述一级节点按如下规律至少衍生出二级节点：以相邻两个上一级节点为一个衍生组并向外衍生出两个下一级节点，该衍生组中两个上一级节点分别沿着以自身为端点并与它们两者自身的连线呈135°的射线方向，以相等的延伸距离衍生出各自的下一级节点；所述各标准球对应于各节点位置固定安装在板体上。上述技术方案中，一级节点按照正四形路径延伸时，使得标准器上同时具有2个横向距离和2纵向距离，在向外衍生出二级节点后便能同时满足至少3个斜向±45°距离、至少3个横向距离和至少3个纵向距离的测量；一级节点按照正八边形路径延伸时能够同时具有斜向±45°距离、纵向和横向距离，在向外衍生出二级节点后便能同时满足至少3个斜向±45°距离、至少3个横向距离和至少3个纵向距离的测量。为了能够满足同时针对不同测量范围的多传感器测量系统的联合误差检测的要求，各衍生组采用不同的延伸距离衍生出各自的二级节点，这样就能够更容易实现对多传感器测量系统的整个测量范围的覆盖，同时满足对短距离、中长距离和长距离的误差检测。优选的，所述拓扑结构的一级节点按正四边形路径衍生时，以每两个相邻的一级节点为一个衍生组，向外衍生出二级节点，共衍生出4个二级节点。这样的拓扑结构简单，标准球数量较少，能够减少采样数据，提高采样速度，适合于测量范围较小的多传感器测量系统的误差检测。优选的，所述拓扑结构的一级节点按正八边形路径衍生时，以相邻两个一级节点为一个衍生组向外衍生出二级节点，并且相邻衍生组不具有共同的一级节点。这样的拓扑结构使得标准器具有较多的标准球，能提供更多采样数据，覆盖更广的测量范围，同时能够提高采样精度，适用于精度要求较高的多传感器测量系统的误差检测。优选的，所述一级节点的数量为6个，并且分布在正八边形两两相邻的6个顶点上；选取4个相邻的一级节点组成两个相邻的衍生组，所述两个衍生组以不同的延伸距离分别衍生出2个二级节点。这样的拓扑结构，能够在减少标准球的情况下，简化标准器结构，并且能够保证具有足够的采样数据，保证采样精度，提高采样效率。本专利技术还提供一种采用上述标准器进行误差检测的方法，目的是能够实现对多传感器测量系统的联合误差的检测。一种使用本专利技术的多球板标准器进行联合误差检测的方法，所述多传感器测量系统具有n种用于尺寸测量的传感器，并至少包括接触式传感器、图像传感器或激光传感器中的任意一种；所述多球板标准器具有以下拓扑结构：拓扑结构的一级节点按正八边形路径衍生时，以相邻两个一级节点为一个衍生组向外衍生出二级节点，并且相邻衍生组不具有共同的一级节点；所述一级节点的数量为6个，并且分布在正八边形两两相邻的6个顶点上；选取4个相邻的一级节点组成两个相邻的衍生组，所述两个衍生组以不同的延伸距离分别衍生出2个二级节点；包括以下步骤：步骤1：对所述多球板标准器上的标准球进行编号：对一级节点进行编号：将衍生有二级节点的一级节点按照顺时针或逆时针方向依次编号为A01、A02、A03、A04，将靠近A04的一级节点编号为A05,并将靠近A01或A05的一级节点编号为A06；对二级节点进行编号：将由编号为A01、A02、A03、A04的一级节点所对应衍生出的二级节点依次编号为A11、A21、A31、A41；步骤2：采用高精度三坐标测量仪测量上述标准器的以下实际值：各标准球的直径实际值dS,i，其中，i∈{1,2,...,10}；第一组实际距离：A01-A11、A01-A04、A04-A41、A11-A41、A02-A03；第二组实际距离：A02-A21、A02-A31、A04-A05、A03-A06、A31-A06；第三组实际距离：A01-A02、A11-A21、A06-A05；第四组实际距离：A03-A04、A31-A41；步骤3：将标准器水平放置在多传感器测量系统的工作台上，分别依次选取多传感器测量系统中的传感器按照以下采样路径对标准球进行采样：A01→A11→A02→A21→A03→A31→A04→A41→A05→A06；步骤4：计算每一个标准球的球心坐标以及标准球的直径测量值：分别获取每一个传感器对同一标准球采样的采样点组成的采样点子集pr,i，r∈{1,...,n}，i∈{1,2,...,10}，再由各采样点子集pr,i组成联合采样点集合Pi，再对联合采样点集合中的各采样点利用最小二乘法进行曲线拟合，得到拟合圆球，从而得出拟合圆球的球心坐标以及直径测量直径dC,i，i∈{1,2,...,10}；步骤5：根据步骤4中计算出的各标准球的球心坐标，计算出步骤2中对应的各距离的测量值；步骤6：计算多传感器测量系统的坐标误差：用步骤5中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多传感器测量系统的多球板标准器，其特征在于：包括板体，所述板体上表面按拓扑结构分布有标准球；所述拓扑结构包括按正四边形或正八边形路径延伸布置的一级节点，所述一级节点位于正四边形或正八边形的顶点上；所述一级节点按如下规律至少衍生出二级节点：以相邻两个上一级节点为一个衍生组并向外衍生出两个下一级节点，该衍生组中两个上一级节点分别沿着以自身为端点并与它们两者自身的连线呈135°的射线方向，以相等的延伸距离衍生出各自的下一级节点；所述各标准球对应于各节点位置固定安装在板体上。

【技术特征摘要】
1.一种用于多传感器测量系统的多球板标准器，其特征在于：包括板体，所述板体上表面按拓扑结构分布有标准球；所述拓扑结构包括按正四边形或正八边形路径延伸布置的一级节点，所述一级节点位于正四边形或正八边形的顶点上；所述一级节点按如下规律至少衍生出二级节点：以相邻两个上一级节点为一个衍生组并向外衍生出两个下一级节点，该衍生组中两个上一级节点分别沿着以自身为端点并与它们两者自身的连线呈135°的射线方向，以相等的延伸距离衍生出各自的下一级节点；所述各标准球对应于各节点位置固定安装在板体上。2.根据权利要求1所述的用于多传感器测量系统的多球板标准器，其特征在于：所述拓扑结构的一级节点按正四边形路径衍生时，以每两个相邻的一级节点为一个衍生组，向外衍生出二级节点，共衍生出4个二级节点。3.根据权利要求1所述的用于多传感器测量系统的多球板标准器，其特征在于：所述拓扑结构的一级节点按正八边形路径衍生时，以相邻两个一级节点为一个衍生组向外衍生出二级节点，并且相邻衍生组不具有共同的一级节点。4.根据权利要求3所述的用于多传感器测量系统的多球板标准器，其特征在于：所述一级节点的数量为6个，并且分布在正八边形两两相邻的6个顶点上；选取4个相邻的一级节点组成两个相邻的衍生组，所述两个衍生组以不同的延伸距离分别衍生出2个二级节点。5.采用如权利要求4所述的用于多传感器测量系统的多球板标准器的联合误差检测方法，所述多传感器测量系统具有n种用于尺寸测量的传感器，并至少包括接触式传感器、图像传感器或激光传感器中的任意一种，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：对所述多球板标准器上的标准球进行编号：对一级节点进行编号：将衍生有二级节点的一级节点按照顺时针或逆时针方向依次编号为A01、A02、A03、A04，将靠近A04的一级节点编号为A05,并将靠近A01或A05的一级节点编号为A06；对二级节点进行编号：将由编号为A01、A02、A03、A04的一级节点所对应衍生出的二级节点依次编号为A11、A21、A31、A41；步骤2：采用高精度三坐标测量仪测量上述标准器的以下实际值：各标准球的直径实际值dS,i，其中，i∈{1,2,...,10}；第一组实际距离：A01-A11、A01-A04、A04-A41、A11-A41、A02-A03；第二组实际距离：A02-A21、A02-A31、A04-A05、A03-A06、A31-A06；第三组实际距离：A01-A02、A11-A21、A06-A05；第四组实际距离：A03-A04、A31-A41；步骤3：将标准器水平放置在多传感器测量系统的工作台上，分别依次选取多传感器测量系统中的传感器按照以下采样路径对标准球进行采样：A01→A1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周森，徐健，陶磊，陈龙，颜宇，
申请(专利权)人：重庆市计量质量检测研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50