[发明专利]一种降低测量数据不确定度的数据处理方法

说明书

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种降低测量数据不确定度的数据处理方法。

背景技术

数字化测量是面向精密装配的几何误差建模的第一阶段，高效率和高精度的数据采集是后期数据处理和模型重建的基础。因此采用合适的数字化测量设备与测量方法，获得精确的测量数据是几何误差建模中最基本、最关键的环节。

在实际测量过程中，高精度测量仪器的测量成本较高，通过对低精度测量仪器测量数据进行误差分析并对测量误差进行补偿，实现低精度设备实现等效高精度测量的功能，具有很高的经济价值和工程应用价值，例如三坐标测量机。而测量不确定度用来表征测量的可信程度，是测量结果质量的指标。不确定度越小，所属结果与被测量的真值越接近，表明测量结果越可靠、其使用价值越高；不确定度越大，测量结果的可靠性越差，其使用价值也越低。所有测量都会受到不确定度的影响，可能来自测量仪器、被测物、测量人员或测量环境等，其中测量仪器是导致测量不确定度的重要因素，不确定的程度及来源因测量仪器与测量方法的不同而异，无论测量不确定度是由何种因素造成，最终都会体现在对测量数据的精确度和确定度的影响。所以要找到一种普适性的数据处理方法，使数据更逼近真实情况，降低数据的不确定度。

以三坐标测量机为例，因其测量精度高、测量范围大、能方便的进行空间三维尺寸的测量，所以一般选取接触式三坐标测量机对精密结构体的表面形貌进行数据采集。目前对三坐标测量结果更逼近真实值，大多数是提高三坐标测量精度方面，即寻找三坐标测量机的各项误差源，并提出误差修正方法，主要有两种基本方法：误差预防法和误差补偿法。误差预防法是通过设计和制造途径来消除或减少可能的误差源，依靠提高三坐标测量机制作精度来满足测量精度要求，如江汉大学通过对三坐标测量机更换测量系统，并改进和设计与测量系统相配的机械部分，提高了测量机的精度，但是误差预防方法有很大的局限性、而且经济成本高；而误差补偿法是使用软件技术，人为产生一种新的误差去抵消当前的原始误差，该方法经济成本低，如天津大学提出的基于21项几何误差的准刚体误差修正模型，测量和控制这21项误差，并进行相应补偿，但该方法过程复杂，不太适合工程应用，并且主要修正的是各项系统误差的影响，未充分考虑各种影响因素，对随机成分的处理较少。

随着测量仪器、测量方法、测量环境等的不同，测量结果的不确定度都会有所不同，所以目前研究大多停留在对不确定度进行理论的分析与评定，仅针对某种测量仪器减小测量数据的不确定度，没有一种具有普适性的方法对测量数据进行处理。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种降低测量数据不确定度的数据处理方法，该方法不仅能够达到利用低精度设备实现等效高精度测量的功能，同时数据处理过程简单，还是一种普适性较强的数据处理方法。

实施本发明的具有方案如下：

一种降低测量数据不确定度的数据处理方法，该方法包括：

步骤一：制备平面度低于设定平面度S的平面作为标准平面；

步骤二：对标准平面和待补偿的实际加工平面设置采样频率和采样长度；

步骤三：按照步骤二中的采样频率和采样长度，以标准平面的任一角点为原点，z轴指向标准平面的法线方向，建立直角坐标系，利用测量仪器对标准平面进行采样，获得测量仪器的z轴的测量数据X1，标准平面的测量数据即为测量误差；

步骤四：对获得的测量仪器的测量数据进行最佳拟合定位，去除坐标系的定位误差，获得去除坐标系的定位误差的测量数据X2；

步骤五：按照步骤三的测量方式，在同一所述直角坐标系下多次测量标准平面，针对步骤三获得的测量误差按照步骤四的去除定位误差方式进行处理，获得多组去除坐标系的定位误差的测量数据X2，分析所述测量数据X2，如果所述测量数据X2具有相同的变化规律，则对测量数据X2取均值，该均值记为系统误差X3，并对系统误差进行补偿，获得补偿后的测量数据X4，即X4＝X2-X3；如果测量数据X2没有规律，则忽略系统误差对测量结果的影响；

步骤六：利用可选滤波方法对测量数据X4进行滤波，选定滤波效果最好的滤波方法；