复杂曲面激光三角法测量的精度提高技术研究

发布时间：2023-05-21 21:51

　　激光三角法测量具有测量速度快、精度高、操作简单等优点,广泛应用于物体表面轮廓、几何尺寸以及自由曲面形貌的测量。本论文主要研究激光测头在一定的安装位置下,复杂曲面几何特性--倾角和转角对测量精度影响,并通过建立误差修正模型来提高测量精度,为复杂曲面的高精度测量提供了参考。本文首先总结了激光三角法测量精度的影响因素以及误差修正方法,为课题的开展奠定了理论基础。针对复杂曲面激光三角测量,提出了被测面几何特性误差--倾角误差和转角误差,并对其进行了几何定义。针对激光测头安装误差,提出了一种将其转换为倾角误差和转角误差的标定方法。搭建了实验平台,完成了基于上述因素影响下的点激光位移传感器的误差校对实验。分析实验数据得出了倾角和转角因素影响下的误差规律。基于校对实验数据,建立了误差修正模型。分析误差产生规律发现,在倾角和转角一定的情况下,位移和校对误差之间存在线性关系,这简化了误差修正模型:将倾角、转角和位移对误差的影响,转变为倾角和转角对误差与位移二者比值的影响。为了修正测量结果,一方面建立了随机森林模型:将倾角、转角和位移作为特征向量,将误差修正值作为预测量,将样本数据分为训练集和测试集,对训...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题背景与意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 激光三角法测量技术
        1.3.2 激光三角测量系统的误差因素
        1.3.3 误差修正算法研究
        1.3.4 数据预测模型的应用现状
    1.4 本文主要研究内容与研究框架
第二章 激光三角法测量影响因素分析及误差修正模型理论
    2.1 激光测量系统的误差影响因素分析
        2.1.1 激光三角法测量原理
        2.1.2 激光测量系统的精度影响因素分析
    2.2 随机森林模型
        2.2.1 决策树
        2.2.2 随机森林的定义
        2.2.3 随机森林的算法
        2.2.4 随机森林的泛化误差和OOB估计
    2.3 响应曲面模型
        2.3.1 多项式响应面模型
        2.3.2 参数估计
        2.3.3 假设检验
    2.4 本章小结
第三章 复杂曲面几何特性误差校对实验
    3.1 复杂曲面几何特性误差定义及影响分析
        3.1.1 曲面曲率
        3.1.2 倾角误差和转角误差的定义
        3.1.3 几何特性误差对激光三角测量的影响
    3.2 激光位移传感器安装误差的标定
        3.2.1 坐标系的建立与转换
        3.2.2 标定方案的设计
        3.2.3 安装误差的标定
    3.3 几何特性误差校对实验
        3.3.1 实验平台介绍
        3.3.2 误差校对实验
    3.4 误差规律分析
    3.5 本章小结
第四章 激光三角法复杂曲面几何特性误差的修正模型
    4.1 随机森林模型的建立
        4.1.1 决策树数量
        4.1.2 最大特征数
        4.1.3 特征重要性评估
        4.1.4 预测结果分析
    4.2 响应曲面模型的建立
        4.2.1 数据预处理
        4.2.2 数学建模与方差分析
        4.2.3 预测结果分析
    4.3 模型对比
    4.4 本章小结
第五章 响应曲面法误差修正的摆线齿廓激光三角测量
    5.1 摆线齿轮齿廓曲线及其方程
    5.2 摆线齿廓总体测量方案设计
        5.2.1 测量平台
        5.2.2 总体测量方案
    5.3 摆线齿廓测量
        5.3.1 测头安装位置的标定
        5.3.2 摆线齿轮安装中心的标定
        5.3.3 数据采样方案的确定
    5.4 采样数据处理
        5.4.1 摆线齿廓坐标求解
        5.4.2 响应曲面法求解齿廓修正值
    5.5 齿廓法向偏差分析
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间获得的科研成果



本文编号：3821490