CN107063330B - 用于多传感器测量系统的多孔板标准器及联合误差检测法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多传感器测量系统的多孔板标准器，包括板体，板体上设有分别按照各自的线性拓扑结构分布的A类纵向测量孔与B类横向测量孔；A类纵向测量孔与B类横向测量孔均由同轴线的锥孔和圆孔构成；本发明还涉及一种联合误差检测方法：采用本发明的12孔标准器，对标准器上的测量孔进行编号；采用高精度三坐标测量仪测量包括圆孔直径的各种实际值；多传感器测量系统中的各传感器依次按照最短采样路径对各测量孔进行采样；计算每一个测量孔中圆孔的圆心坐标以及圆孔直径测量值，然后分别计算各类联合误差，判断各联合误差是否合格。本发明能够满足同时具有光学、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。

Description

用于多传感器测量系统的多孔板标准器及联合误差检测法

技术领域

本发明涉及一种标准器，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。本发明还涉及一种用于检测多传感器联合误差的方法。

背景技术

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。现今，标准球通常被选为多传感器坐标测量系统的标准器，其非常适合接触式测量，但光学成像质量不佳，同时必须面对标准球采样范围过小使得拟合的高斯球出现的病态问题；二维平面标准圆适合图像传感器与光学传感器，但接触式测量难以执行；环规可被用来作为评价的标准装置，但其厚度会对光学影像测量产生影响。

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，将直接影响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。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种用于多传感器测量系统的标准器，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。

本发明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。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：一种用于多传感器测量系统的多孔板标准器，包括扁平的板体，所述板体上设有分别按照各自的线性拓扑结构分布的A类纵向测量孔与B类横向测量孔；所述A类纵向测量孔与B类横向测量孔均由同轴线的锥孔和圆孔构成，所述锥孔的大端位于板体的上表面，其小端与位于板体下表面的圆孔相连通，所述锥孔小端的直径等于圆孔的直径；所述圆孔的直径d为10mm≤d≤51mm，所述圆孔的高度c≤0.3mm，所述圆孔的圆度小于1μm；所述锥孔的锥角θ为30°≤θ≤60°；

A类纵向测量孔的线性拓扑结构包括位于板面上同一竖线上的两个一级A类节点，所述两个一级A类节点之间的距离为延伸距离L₁，分别从两个一级A类节点开始按照以下规律向外至少生成出二级A类节点：每一个上一级A类节点沿与过该A类节点的竖线两侧分别与该竖线呈45°夹角的两斜直线方向分别生成两个下一级A类节点，所述下一级A类节点与上一级A类节点之间的距离均为延伸距离L₁；各A类纵向测量孔的中心与各A类节点重合；

B类纵向测量孔的线性拓扑结构包括位于板面上同一横线上的两个一级B类节点，所述两个一级B类节点之间的距离为延伸距离L₂，分别从两个一级B类节点开始按照以下规律向外至少生成出二级B类节点：每一个上一级B类节点沿与过该B类节点的横线两侧分别呈45°夹角的两斜直线方向分别生成两个下一级B类节点，所述下一级B类节点与上一级B类节点之间的距离均为延伸距离L₂；各B类纵向测量孔的中心与各B类节点重合。

上述技术方案中，由于测量孔由锥孔和圆孔构成，锥孔上大下小十分方便接触式传感器伸入测量孔内对圆孔进行采样；同时由于圆孔的高度较小，能够保证圆孔具有较好的圆度，提高圆孔上下位置处的圆心位置的一致性，保证标准器自身的精度。采用图像传感器进行采样时，圆孔上方的锥孔能够对采样光源以外的光源起到遮挡作用，避免其他光源对被测圆孔的影响，使得圆孔与锥面之间具有较高的明暗对比，从而保证圆孔边缘上的点能被准确的定位。采用激光传感器进行采样时，由于锥孔具有一定的深度，只有激光束照射到一定深度即圆孔边缘(锥孔与圆孔的交界处)的点才能被视为采样点，从而能够避免采集到异常点(非采样点)；同时，锥面上的点与圆孔边缘上的点在Z轴上是线性减小，这样使得采样点集合里面的各采样点数据之程线性关系，有利于提高曲线拟合的计算精度。

优选的，所述延伸距离L₁与延伸距离L₂均在40～100mm内。这样能够根据多传感器测量系统的精度与测量范围来选择合适的延伸距离，测量范围越大，延伸距离越大，测量精度越高，延伸距离越小。

优选的，所述延伸距离L₁与延伸距离L₂均为60mm；所述锥孔的锥角θ为45°，所述圆孔的直径为12mm；板体采用高速钢或者陶瓷材料制成，所述板体的平整度低于2μm。这样，标准器能够适应于测量范围较大，同时精度较高的多传感器测量系统；采用高速钢或陶瓷材料制成的标准器具有良好的尺寸稳定性，不易变形；板条平整度低于2μm，能够提高标准器自身的精度，从而提高采样精度，减少测量值与实际值之间的误差。

优选的，所述板体上总共具有12个测量孔：所述A类纵向测量孔的线性拓扑结构具有2个一级A类节点与4个二级A类节点；所述B类横向测量孔的线性拓扑结构具有2个一级B类节点与4个二级B类节点。这样，能够满足对纵向横向斜向每个方向上进行至少3次测量，同时能够降低加工制造难度，保证标准器自身的精度。

为实现对多传感器测量系统的联合误差的检测的目的，本发明采用了如下技术手段：一种采用本发明的多孔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，所述多孔板的板体上总共具有12个测量孔：所述A类纵向测量孔的线性拓扑结构具有2个一级A类节点与4个二级A类节点；所述B类纵向测量孔的线性拓扑结构具有2个一级B类节点与4个二级B类节点，包括以下步骤：

步骤1：对所述多孔板标准器上的所有测量孔进行编号：

对A类纵向测量孔进行编号：将位于同一竖线上端的一级A类节点编号为A01，其下端的一级A类节点编号为A02，将位于A01上方的左右两个二级A类节点分别编号为A11、A12，将位于A02下方的左右两个二级A类节点分别编号为A14、A13；

对B类横向测量孔进行编号：将位于同一横线右端的一级B类节点编号为B01，其左端的一级B类节点编号为B02，将位于B01右侧的上下两个二级B类节点分别编号为B11、B12,将位于B02左侧的上下两个二级B类节点分别编号为B13、B14；

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：

各测量孔的圆孔直径实际值d_S,i，其中，i∈{1,2,...,11,12}；

纵向距离：A01-A02、B11-B12、B13-B14、A11-A14和A12-A13；

横向距离：B01-B02、A11-A12和A13-A14、B11-B14和B12-B13；

+45°斜向距离：A01-B02、A01-A12、A12-B02、A12-B14；

-45°斜向距离：A01-B01、A01-A11、A11-B01、A11-B12；

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，选取多传感器测量中的一种传感器按照采样路径1：A01→A11→A12→A02→A13→A14对A类纵向测量孔进行采样，以获取每个A类纵向测量孔的圆孔上沿其圆周方向等间距分布的至少5个采样点；

步骤4：按照采样路径2：B01→B11→B12→B02→B13→B14对B类横向测量孔进行采样，以获取每个B类横向测量孔的圆孔上沿其圆周方向等间距分布的至少5个采样点；

步骤5：依次采用多传感器测量系统中的其余传感器重复步骤3与步骤4，完成全部传感器对全部测量孔的采样；

步骤6：计算每一个测量孔中圆孔的圆心坐标以及圆孔直径测量值：分别获取每一个传感器对同一测量孔采样的采样点组成的采样点子集p_r,i，r∈{1,...,n}，i∈{1,2,...,11,12}，再由各采样点子集p_r,i组成联合采样点集合P_i，再根据联合采样点集合中的各采样点采用最小二乘法进行曲线拟合，得到拟合圆孔，从而得出圆孔的圆心坐标以及圆孔直径测量值d_C,i，i∈{1,2,...,11,12}；

步骤7：根据步骤6中计算出的各测量孔的圆心坐标，计算出步骤2中对应的各纵向距离、横向距离、+45°斜向距离以及-45°斜向距离的测量值；

步骤8：计算多传感器测量系统的坐标误差：用步骤7中的测量值减去步骤2中相应的实际值得出相应的坐标误差：纵向坐标误差E_L1,j、横向坐标误差E_L2,j，+45°斜向坐标误差E_L3,k，-45°斜向坐标误差E_L4,k，其中，j∈{1,2,3,4,5}，k∈{1,2,3,4}；若以上坐标误差均小于多传感器坐标测量系统的坐标误差阈值，则判定多传感器测量系统的坐标误差合格。

优选的，还包括尺寸误差检测：随机选取步骤6中三个拟合圆孔，将各拟合圆孔的圆孔直径测量值d_C,i减去步骤2中对应圆孔直径实际值d_S,i，从而得到三个尺寸误差值，若该三个尺寸误差值均小于多传感器坐标测量系统的尺寸误差阈值，则判定多传感器测量系统的尺寸误差合格。

优选的，还包括形状误差检测：随机选取步骤6中的三个拟合圆孔，分别计算每个拟合圆孔的形状误差：计算出联合采样点集合中各采样点距离拟合圆孔圆心的距离，再用最大距离减去最小距离，从而得到该圆孔的形状误差；计算出三个拟合圆孔的形状误差，若三个形状误差均小于多传感器坐标测量系统的形状误差阈值，则判定多传感器测量系统的形状误差合格。

优选的，还包括位置误差检测：随机选取步骤6中三个拟合圆孔，分别计算每一个拟合圆孔的位置误差：获取每一个拟合圆孔所对应的联合采样点集合P_i，再分别根据每一个采样点子集p_r,i中的采样点采用最小二乘法进行曲线拟合，分别得到对应的圆心O_r,i，采用最小外接圆法计算包含各圆心O_r,i最小外接圆，该最小外接圆的直径即为该拟合圆孔的位置误差；计算出三个拟合圆孔的位置误差，若三个位置误差均小于多传感器测量系统的位置误差阈值，则判定多传感器坐标测量系统的位置误差合格。

优选的，所述步骤3与步骤4中单个A类纵向测量孔与单个B类横向测量孔的采样点的数量均为25个。

优选的，当多传感器测量系统中包含接触式传感器时，首先选取接触式传感器按照步骤3与步骤4进行采样，接触式传感器采样完毕后，其余传感器根据接触式传感器反馈的采样点坐标，确定第一采样点的坐标。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的联合误差检测方法利用具有按拓扑结构分布的测量孔的标准器，测量孔具备锥孔和圆孔特点，能够同时满足接触、图像、激光传感器的使用，标准器布局简单、科学合理，单个测量孔之间保持严格的拓扑几何关系，有利于多传感器测量系统联合误差的表达描述以及后续误差的修正校准。

2、本发明对标准器采样过程中，单个测量孔之间相互独立、互不干扰，并保持线性的几何关系，利用搜索查找算法易形成自动高效的采样路径，而针对测量孔的接触式、图像、激光传感器的各自采样方式简单可控，能够保证对测量孔的高质量采样获取。

3、本发明设计实现的标准器及坐标误差检测方法，能够分别对多传感器测量系统的5个横向、5个纵向、8个斜向不同尺度跨度的坐标误差检测，大大提高了对坐标误差检测的精度，并且能够反映具有较大测量范围的多传感器测量系统的坐标误差。

4、本发明设计实现的标准器及联合误差检测方法，能够实现对多传感器测量系统的尺寸误差、形状误差以及位置误差等联合误差进行检测，并且对于上述三种误差的检测均随机选取三个不同位置分布的测量孔，能够保证误差检测的准确性。

附图说明

图1为具体实施方式1中多孔板标准器中单个测量孔的结构示意图；

图2为具体实施方式2中多孔板标准器中测量孔按拓扑结构分布的示意图；

图3为具体实施方式3中多孔板标准器放置在多传感器测量系统进行误差检测的示意图；

图4为具体实施方式3中对多孔板标准器的单个测量孔进行采样的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。

具体实施方式1

一种用于多传感器测量系统的多孔板标准器，如图1所示，包括扁平的板体1，所述板体1上设有分别按照各自的线性拓扑结构分布的A类纵向测量孔与B类横向测量孔；所述A类纵向测量孔与B类横向测量孔均由同轴线的锥孔2和圆孔3构成，所述锥孔2的大端位于板体1的上表面，其小端与位于板体1下表面的圆孔3相连通，所述锥孔2小端的直径等于圆孔3的直径；所述圆孔3的直径d为10mm≤d≤51mm，所述圆孔3的高度c≤0.3mm，所述圆孔3的圆度小于1μm；所述锥孔2的锥角θ为30°≤θ≤60°；

A类纵向测量孔的线性拓扑结构包括位于板面上同一竖线上的两个一级A类节点，A类节点是指A类纵向测量孔的线性拓扑结构中的节点，所述两个一级A类节点之间的距离为延伸距离L₁，分别从两个一级A类节点开始按照以下规律向外至少生成出二级A类节点：每一个上一级A类节点沿与过该A类节点的竖线两侧分别与该竖线呈45°夹角的两斜直线方向分别生成两个下一级A类节点，所述下一级A类节点与上一级A类节点之间的距离均为延伸距离L₁；各A类纵向测量孔的中心与各A类节点重合；

B类纵向测量孔的线性拓扑结构包括位于板面上同一横线上的两个一级B类节点，B类节点是指B类纵向测量孔的线性拓扑结构中的节点，所述两个一级B类节点之间的距离为延伸距离L₂，分别从两个一级B类节点开始按照以下规律向外至少生成出二级B类节点：每一个上一级B类节点沿与过该B类节点的横线两侧分别呈45°夹角的两斜直线方向分别生成两个下一级B类节点，所述下一级B类节点与上一级B类节点之间的距离均为延伸距离L₂；各B类纵向测量孔的中心与各B类节点重合。

上述技术方案中，由于测量孔由锥孔2和圆孔3构成，锥孔2上大下小十分方便接触式传感器伸入测量孔内对圆孔进行采样；同时由于圆孔3的高度较小，能够保证圆孔3具有较好的圆度，提高圆孔3上下位置处的圆心位置的一致性，保证标准器自身的精度。采用图像传感器进行采样时，圆孔3上方的锥孔2能够对采样光源以外的光源起到遮挡作用，避免其他光源对被测圆孔3的影响，使得圆孔3与锥面之间具有较高的明暗对比，从而保证圆孔边缘上的点能被准确的定位。采用激光传感器进行采样时，由于锥孔2具有一定的深度，只有激光束照射到一定深度即圆孔边缘(锥孔与圆孔的交界处)的点才能被视为采样点，从而能够避免采集到异常点(非采样点)；同时，锥面上的点与圆孔边缘上的点在Z轴上是线性减小，这样使得采样点集合里面的各采样点数据之程线性关系，有利于提高曲线拟合的计算精度。

本具体实施方式中，所述延伸距离L₁与延伸距离L₂均在40～100mm内。这样能够根据多传感器测量系统的精度与测量范围来选择合适的延伸距离，测量范围越大，延伸距离越大，测量精度越高，延伸距离越小。

具体实施方式2

本具体实施方式的多孔板标准器与具体实施方式1中所不同的是：

本具体实施方式中，所述延伸距离L₁与延伸距离L₂均为60mm；所述锥孔的锥角θ为45°，所述圆孔的直径为12mm；板体采用高速钢或者陶瓷材料制成，所述板体的平整度低于2μm。这样，标准器能够适应于测量范围较大，同时精度较高的多传感器测量系统；采用高速钢或陶瓷材料制成的标准器具有良好的尺寸稳定性，不易变形；板条平整度低于2μm，能够提高标准器自身的精度，从而提高采样精度，减少测量值与实际值之间的误差。

本具体实施方式中，如图2所示，所述板体上总共具有12个测量孔：所述A类纵向测量孔的线性拓扑结构具有2个一级A类节点与4个二级A类节点；所述B类横向测量孔的线性拓扑结构具有2个一级B类节点与4个二级B类节点。这样，能够满足对纵向横向斜向每个方向上进行至少3次测量，同时能够降低加工制造难度，保证标准器自身的精度。

具体实施方式3

本具体实施方式采样具体实施方式2中的多孔板标准器对多传感器测量系统进行误差检测，如图2至图4所示。

一种采用本发明的多孔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，本具体实施方式的多传感器具有3种传感器：接触式传感器1、图像传感器2以及激光传感器3种传感器，包括以下步骤：

步骤1：对所述多孔板标准器上的所有测量孔进行编号：

对A类纵向测量孔进行编号：将位于同一竖线上端的一级A类节点编号为A01，其下端的一级A类节点编号为A02，将位于A01上方的左右两个二级A类节点分别编号为A11、A12，将位于A02下方的左右两个二级A类节点分别编号为A14、A13；

对B类横向测量孔进行编号：将位于同一横线右端的一级B类节点编号为B01，其左端的一级B类节点编号为B02，将位于B01右侧的上下两个二级B类节点分别编号为B11、B12,将位于B02左侧的上下两个二级B类节点分别编号为B13、B14；

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：

各测量孔的圆孔直径实际值d_S,i，其中，i∈{1,2,...,11,12}；

纵向距离：A01-A02、B11-B12、B13-B14、A11-A14和A12-A13；

横向距离：B01-B02、A11-A12和A13-A14、B11-B14和B12-B13；

+45°斜向距离：A01-B02、A01-A12、A12-B02、A12-B14；

-45°斜向距离：A01-B01、A01-A11、A11-B01、A11-B12；

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，选取多传感器测量中的一种传感器按照采样路径1：A01→A11→A12→A02→A13→A14对A类纵向测量孔进行采样，以获取每个A类纵向测量孔的圆孔上沿其圆周方向等间距分布的25个采样点，25个采样点近似均匀的分布在被测圆孔上；

步骤4：按照采样路径2：B01→B11→B12→B02→B13→B14对B类横向测量孔进行采样，以获取每个B类横向测量孔的圆孔上沿其圆周方向等间距分布的25个采样点，25个采样点近似均匀的分布在被测圆孔上；

步骤5：依次采用多传感器测量系统中的其余传感器重复步骤3与步骤4，完成全部传感器对全部测量孔的采样；如图4所示，在利用图像传感器2与激光传感器3进行采样时，图中1a表示传感器的视场区域，图中1b表示传感器的感兴趣区域。

步骤6：计算每一个测量孔中圆孔的圆心坐标以及圆孔直径测量值：分别获取每一个传感器对同一测量孔采样的采样点组成的采样点子集p_r,i，r∈{1,...,n}，i∈{1,2,...,11,12}，再由各采样点子集p_r,i组成联合采样点集合P_i，再根据联合采样点集合中的各采样点采用最小二乘法进行曲线拟合，得到拟合圆孔，从而得出圆孔的圆心坐标以及圆孔直径测量值d_C,i，i∈{1,2,...,11,12}；本具体实施方式中，r∈{1,2,3}r∈{1,2,3}，每个采样点子集p_r,i中含有25个采样点，每个拟合圆孔均由25个采样点拟合而成，能够大大提高拟合精度，使拟合圆孔逼近真实圆孔，从而能够保证计算值更接近实际测量值。

步骤7：根据步骤6中计算出的各测量孔的圆心坐标，计算出步骤2中对应的各纵向距离、横向距离、+45°斜向距离以及-45°斜向距离的测量值；

步骤8：计算多传感器测量系统的坐标误差：用步骤7中的测量值减去步骤2中相应的实际值得出相应的坐标误差：纵向坐标误差E_L1,j、横向坐标误差E_L2,j，+45°斜向坐标误差E_L3,k，-45°斜向坐标误差E_L4,k，其中，j∈{1,2,3,4,5}，k∈{1,2,3,4}；若以上坐标误差均小于多传感器坐标测量系统的坐标误差阈值，则判定多传感器测量系统的坐标误差合格。

本具体实施方式，还包括尺寸误差检测：随机选取步骤6中三个拟合圆孔，将各拟合圆孔的圆孔直径测量值d_C,i减去步骤2中对应圆孔直径实际值d_S,i，从而得到三个尺寸误差值，若该三个尺寸误差值均小于多传感器坐标测量系统的尺寸误差阈值，则判定多传感器测量系统的尺寸误差合格。

本具体实施方式，还包括形状误差检测：随机选取步骤6中的三个拟合圆孔，分别计算每个拟合圆孔的形状误差：计算出联合采样点集合中各采样点距离拟合圆孔圆心的距离，再用最大距离减去最小距离，从而得到该圆孔的形状误差；计算出三个拟合圆孔的形状误差，若三个形状误差均小于多传感器坐标测量系统的形状误差阈值，则判定多传感器测量系统的形状误差合格。

本具体实施方式，还包括位置误差检测：随机选取步骤6中三个拟合圆孔，分别计算每一个拟合圆孔的位置误差：获取每一个拟合圆孔所对应的联合采样点集合P_i，再分别根据每一个采样点子集p_r,i中的采样点采用最小二乘法进行曲线拟合，分别得到对应的圆心O_r,i，采用最小外接圆法计算包含各圆心O_r,i最小外接圆，该最小外接圆的直径即为该拟合圆孔的位置误差；计算出三个拟合圆孔的位置误差，若三个位置误差均小于多传感器测量系统的位置误差阈值，则判定多传感器坐标测量系统的位置误差合格。

本具体实施方式，由于多传感器测量系统中包含接触式传感器1，首先选取接触式传感器1按照步骤3与步骤4进行采样，接触式传感器1采样完毕后，其余传感器根据接触式传感器1反馈的采样点坐标，确定第一采样点的坐标。采用接触式传感器1进行人工操作选取圆孔边缘上的3个相位差大于90度采样点，再利用多传感器测量系统的NC数字控制程序控制传感器自动进行采样以获取沿圆周方向分布的至少5个采样点，本具体实施方式中为25个采样点。由于接触式传感器1十分便于人工操作采样，首先选取接触式传感器1进行采样能简化采样操作，并且接触式传感器1反馈的采样点坐标信息能够使得后续进行采样的传感器对采样点快速定位，提高采样速率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于多传感器测量系统的多孔板标准器，其特征在于：包括扁平的板体，所述板体上设有分别按照各自的线性拓扑结构分布的A类纵向测量孔与B类横向测量孔；所述A类纵向测量孔与B类横向测量孔均由同轴线的锥孔和圆孔构成，所述锥孔的大端位于板体的上表面，其小端与位于板体下表面的圆孔相连通，所述锥孔小端的直径等于圆孔的直径；所述圆孔的直径d为10mm≤d≤51mm，所述圆孔的高度c≤0.3mm，所述圆孔的圆度小于1μm；所述锥孔的锥角θ为30°≤θ≤60°；

A类纵向测量孔的线性拓扑结构包括位于板面上同一竖线上的两个一级A类节点，所述两个一级A类节点之间的距离为延伸距离L₁，分别从两个一级A类节点开始按照以下规律向外至少生成出二级A类节点：每一个上一级A类节点沿与过该上一级A类节点的竖线两侧分别与该竖线呈45°夹角的两斜直线方向分别生成两个下一级A类节点，所述下一级A类节点与上一级A类节点之间的距离均为延伸距离L₁；各A类纵向测量孔的中心与各A类节点重合；

B类纵向测量孔的线性拓扑结构包括位于板面上同一横线上的两个一级B类节点，所述两个一级B类节点之间的距离为延伸距离L₂，分别从两个一级B类节点开始按照以下规律向外至少生成出二级B类节点：每一个上一级B类节点沿与过该上一级B类节点的横线两侧分别呈45°夹角的两斜直线方向分别生成两个下一级B类节点，所述下一级B类节点与上一级B类节点之间的距离均为延伸距离L₂；各B类纵向测量孔的中心与各B类节点重合。

2.根据权利要求1所述的用于多传感器测量系统的多孔板标准器，其特征在于：所述延伸距离L₁与延伸距离L₂均在40～100mm内。

3.根据权利要求1所述的用于多传感器测量系统的多孔板标准器，其特征在于：所述延伸距离L₁与延伸距离L₂均为60mm；所述锥孔的锥角θ为45°，所述圆孔的直径为12mm；板体采用高速钢或者陶瓷材料制成，所述板体的平整度低于2μm。

4.根据权利要求1所述的用于多传感器测量系统的多孔板标准器，其特征在于：所述板体上总共具有12个测量孔：所述A类纵向测量孔的线性拓扑结构具有2个一级A类节点与4个二级A类节点；所述B类横向测量孔的线性拓扑结构具有2个一级B类节点与4个二级B类节点。

5.一种采用如权利要求4所述的用于多传感器测量系统的多孔板标准器的联合误差检测法，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：对所述多孔板标准器上的所有测量孔进行编号：

对A类纵向测量孔进行编号：将位于同一竖线上端的一级A类节点编号为A01，其下端的一级A类节点编号为A02，将位于A01上方的左右两个二级A类节点分别编号为A11、A12，将位于A02下方的左右两个二级A类节点分别编号为A14、A13；

对B类横向测量孔进行编号：将位于同一横线右端的一级B类节点编号为B01，其左端的一级B类节点编号为B02，将位于B01右侧的上下两个二级B类节点分别编号为B11、B12,将位于B02左侧的上下两个二级B类节点分别编号为B13、B14；

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：

各测量孔的圆孔直径实际值d_S,i，其中，i∈{1,2,...,11,12}；

纵向距离：A01-A02、B11-B12、B13-B14、A11-A14和A12-A13；

横向距离：B01-B02、A11-A12和A13-A14、B11-B14和B12-B13；

+45°斜向距离：A01-B02、A01-A12、A12-B02、A12-B14；

-45°斜向距离：A01-B01、A01-A11、A11-B01、A11-B12；

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，选取多传感器测量系统中的一种传感器按照采样路径1：A01→A11→A12→A02→A13→A14对A类纵向测量孔进行采样，以获取每个A类纵向测量孔的圆孔上沿其圆周方向等间距分布的至少5个采样点；

步骤4：按照采样路径2：B01→B11→B12→B02→B13→B14对B类横向测量孔进行采样，以获取每个B类横向测量孔的圆孔上沿其圆周方向等间距分布的至少5个采样点；

步骤5：依次采用多传感器测量系统中的其余传感器重复步骤3与步骤4，完成全部传感器对全部测量孔的采样；

步骤6：计算每一个测量孔中圆孔的圆心坐标以及圆孔直径测量值：分别获取每一个传感器对同一测量孔采样的采样点组成的采样点子集p_r,i，r∈{1,...,n}，i∈{1,2,...,11,12}，再由各采样点子集p_r,i组成联合采样点集合P_i，再根据联合采样点集合中的各采样点采用最小二乘法进行曲线拟合，得到拟合圆孔，从而得出圆孔的圆心坐标以及圆孔直径测量值d_C,i，i∈{1,2,...,11,12}；

步骤7：根据步骤6中计算出的各测量孔的圆心坐标，计算出步骤2中对应的各纵向距离、横向距离、+45°斜向距离以及-45°斜向距离的测量值；

步骤8：计算多传感器测量系统的坐标误差：用步骤7中的测量值减去步骤2中相应的实际值得出相应的坐标误差：纵向坐标误差E_L1,j、横向坐标误差E_L2,j，+45°斜向坐标误差E_L3,k，-45°斜向坐标误差E_L4,k，其中，j∈{1,2,3,4,5}，k∈{1,2,3,4}；若以上坐标误差均小于多传感器坐标测量系统的坐标误差阈值，则判定多传感器坐标测量系统坐标误差合格。

6.根据权利要求5所述的联合误差检测法，其特征在于：还包括尺寸误差检测：随机选取步骤6中三个拟合圆孔，将各拟合圆孔的圆孔直径测量值d_C,i减去步骤2中对应圆孔直径实际值d_S,i，从而得到三个尺寸误差值，若该三个尺寸误差值均小于多传感器坐标测量系统的尺寸误差阈值，则判定多传感器测量系统的尺寸误差合格。

7.根据权利要求5所述的联合误差检测法，其特征在于：还包括形状误差检测：随机选取步骤6中的三个拟合圆孔，分别计算每个拟合圆孔的形状误差：计算出联合采样点集合中各采样点距离拟合圆孔圆心的距离，再用最大距离减去最小距离，从而得到该拟合圆孔的形状误差；计算出三个拟合圆孔的形状误差，若三个形状误差均小于多传感器坐标测量系统的形状误差阈值，则判定多传感器测量系统的形状误差合格。

8.根据权利要求5所述的联合误差检测法，其特征在于：还包括位置误差检测：随机选取步骤6中三个拟合圆孔，分别计算每一个拟合圆孔的位置误差：获取每一个拟合圆孔所对应的联合采样点集合P_i，再分别根据每一个采样点子集p_r,i中的采样点采用最小二乘法进行曲线拟合，分别得到对应的圆心O_r,i，采用最小外接圆法计算包含各圆心O_r,i的最小外接圆，该最小外接圆的直径即为该拟合圆孔的位置误差；计算出三个拟合圆孔的位置误差，若三个位置误差均小于多传感器测量系统的位置误差阈值，则判定多传感器测量系统的位置误差合格。

9.根据权利要求5所述的联合误差检测法，其特征在于：所述步骤3与步骤4中单个A类纵向测量孔与单个B类横向测量孔的采样点的数量均为25个。

10.根据权利要求5所述的联合误差检测法，其特征在于：当多传感器测量系统中包含接触式传感器时，首先选取接触式传感器按照步骤3与步骤4进行采样，接触式传感器采样完毕后，其余传感器根据接触式传感器反馈的采样点坐标，确定第一采样点的坐标。