CN115597524A - 一种孔轴垂直度误差测量方法、装置及设备 - Google Patents

一种孔轴垂直度误差测量方法、装置及设备 Download PDF

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CN115597524A CN202211151073.1A CN202211151073A CN115597524A CN 115597524 A CN115597524 A CN 115597524A CN 202211151073 A CN202211151073 A CN 202211151073A CN 115597524 A CN115597524 A CN 115597524A
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Abstract

本发明公开了一种孔轴垂直度误差测量方法、装置及设备，涉及精密检测领域，包括采集待评定孔轴的三维坐标点集，并构建全局坐标系，将待评定孔轴的实测数据进行拟合，得到基准平面、法向矢量及轴向矢量，并建立平面局部坐标系，将待评定孔轴每层截面圆实测点分别拟合，得圆心点集，利用圆心点集向基准平面投影，得到投影点集，基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型，利用最优化目标T对待评定孔轴在平面基准下的垂直度误差进行评定，得到所述待评定孔轴评定结果，降低了传统垂直度误差评定模型复杂度，更加直观和简单，符合垂直度误差评定最小区域原则，求解快，算法移植性强，实现了高效、快速的孔轴垂直度误差评定。

Description

一种孔轴垂直度误差测量方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及精密检测领域，特别是涉及一种孔轴垂直度误差测量方法、装置、设备及应用。
背景技术
随着机械装备制造业的高速发展，机械产品的加工精度越来越高，进而也对相应的检测方法提出了更严格的要求。几何误差是衡量机械零件制造精度的一项重要指标，而垂直度误差作为一种常见的几何误差，直接影响着产品的装配精度、运动精度以及可靠性，目前精密检测领域对其评定方法、求解算法都亟需提高和完善；
目前对孔轴特征在平面基准下的垂直度误差测量及评定，传统的方式主要采用角尺、塞尺、千分尺、量块、量规以及指示计等通用量具来完成，该方法高度依赖于人工，测量效率和精度都不高。现代的检测方法借助于各种精密的检测设备，主要采用蓝光扫描、三坐标测量、在机测量等方法，这些设备可以快速地获取工件的表面形貌，然后对实测数据进行处理、分析计算得到垂直度误差值。这些数字化的检测方法效率和精度都远远高于传统的方法，但是这些方法通常是依赖一整套软硬件结合的复杂检测系统来实现，因此成本比较高昂；
综上所述可以看出，如何提供一种快速、精确孔轴垂直度误差测量方法是目前有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种孔轴垂直度误差测量方法、装置及设备，以解决现有技术中检测方法效率低、精度差，检测成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种孔轴垂直度误差测量方法，包括：
采集待评定孔轴的三维坐标点集，并构建全局坐标系；
基于所述全局坐标系，将所述待评定孔轴的三维坐标点集进行拟合，得到基准平面、法向矢量及轴向矢量，并建立平面局部坐标系和孔轴局部坐标系；
将所述待评定孔轴每层截面圆实测点分别拟合，得圆心点集；
利用所述圆心点集沿所述平面局部坐标系的Zp轴向所述基准平面投影，得到投影点集；
基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型，包括：
假设点Pc为所述基准平面上一点，计算点Pc到所述投影点集中各个点的距离di；
基于所述各个点的距离di，建立最优化模型，计算得最优化目标T；
利用所述最优化目标T对所述待评定孔轴在平面基准下的垂直度误差进行评定，得到所述待评定孔轴评定结果。
优选地，所述投影点集中各个点的距离di计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000021
其中，所述xc，yc为所述点Pc的坐标，xfi，yfi为所述投影点集中的点的坐标。
优选地，所述最优化模型计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000022
其中，T为优化目标，di≤T为约束条件。
优选地，所述采集待评定孔轴的三维坐标点集，并构建全局坐标系包括：
采集同一坐标系下的所述待评定孔轴的孔轴特征三维坐标点集Ωc{Pi(xci，yci，zci)|i＝1，2，…，m}和平面特征三维坐标点集Ωp{Pi(xpi，ypi，zpi)|i＝1，2，…，n}，并构建全局坐标系Og(Xg，Yg，Zg)。
优选地，所述基于所述全局坐标系，将所述待评定孔轴的三维坐标点集进行拟合，得到基准平面、法向矢量及轴向矢量包括：
利用圆柱拟合的最小二乘法对所述孔轴特征三维坐标点集进行拟合，得到所述轴向矢量；
利用平面拟合的最小区域法对所述平面特征三维坐标点集进行拟合，得到所述基准平面和所述法向矢量。
优选地，所述将所述待评定孔轴每层截面圆实测点分别拟合，得圆心点集包括：
计算所述待评定孔轴的局部坐标系Z轴到所述全局坐标系Og的 Zg坐标轴的第一坐标变换矩阵Mgc，其计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000031
其中θ为孔轴局部坐标系Z轴和Zg坐标轴的夹角；
基于所述第一坐标变换矩阵将Mgc将所述孔轴特征三维坐标点集Ωc进行坐标变换，得到坐标变换后的三维坐标点集Ωd；
将所述坐标变换后的三维坐标点集Ωd进行分层，得到多层截面圆测量点，保证每层截面圆的点数大于等于3；
基于所述全局坐标系Og，采用圆拟合的最小二乘法对所述多层截面圆测量点分别拟合，得到各截面圆的圆心点集Ωe{Pi(xei，yei，zei)|i＝1，2，…，t}；
计算所述全局坐标系Og的Zg坐标轴到所述孔轴特征的局部坐标系Z轴的第二坐标变换矩阵Mcg，其计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000032
基于所述第二坐标变换矩阵将Mcg将所述各截面圆的圆心点集Ωe进行坐标变换，得到坐标变换后的圆心点集Ωf{Pi(xfi，yfi，zfi)|i＝1，2，…，t}。
优选地，所述利用所述圆心点集沿所述平面局部坐标系的Zp轴向所述基准平面投影，得到投影点集包括：
将所述坐标变换后的圆心点集Ωf沿平面局部坐标系 Op(Xp，Yp，Zp)的Zp轴正方向投影到基准平面，得到投影点集Ωg{Pi(xgi，ygi，zgi)|i＝1，2，…，t}；
计算所述全局坐标到所述平面局部坐标系的第三坐标变换矩阵 Mpg，其计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000041
其中，cosθxx为平面局部坐标系Op的Xp轴与全局坐标系Og的Xg轴的夹角，cosθyx为平面局部坐标系Op的Yp轴与全局坐标系Og的Xg轴的夹角，以此类推；a、b、c分别是全局坐标系Og(Xg，Yp，Zg)的原点在局部坐标系Op(Xp，Yp，Zp)的x，y，z坐标；
基于所述第三坐标变换矩阵Mpg将所述投影点集Ωg进行坐标变换，由于坐标变换后圆心点都在所述平面局部坐标系的平面上，得到坐标变换后的二维圆心点集Ωh{Pi(xhi，yhi)|i＝1，2，…，t}。
优选地，所述利用所述最优化目标T对所述待评定孔轴在平面基准下的垂直度误差进行评定，得到所述待评定孔轴评定结果包括：
计算所述待评定孔轴的垂直度误差Dev＝2×T；
将所述待评定孔轴的垂直度误差与所述待评定孔轴标准值进行比较，计算超差值，若超差值等于0则判定该孔轴特征的垂直度合格，否则判定为不合格。
本发明还提供一种孔轴垂直度误差测量装置，包括：
数据采集模块，用于采集待评定孔轴的三维坐标点集；
坐标系建立模块，基于所述全局坐标系，将所述待评定孔轴的三维坐标点集进行拟合，得到基准平面、法向矢量及轴向矢量，并建立全局坐标系、平面局部坐标系和孔轴局部坐标系；
数据拟合模块，用于将所述待评定孔轴每层截面圆实测点分别拟合，得圆心点集；
投影模块，利用所述圆心点集沿所述平面局部坐标系的Zp轴向所述基准平面投影，得到投影点集；
模型建立模块，用于基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型；
孔轴评定模块，用于利用所述最优化目标T对所述待评定孔轴在平面基准下的垂直度误差进行评定，得到所述待评定孔轴评定结果。
本发明还提供一种孔轴垂直度误差测量设备，包括：
蓝光扫描仪，用于采集待评定孔轴的三维坐标点集；
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述所述一种孔轴垂直度误差测量方法的步骤。
本发明所提供的一种孔轴垂直度误差测量方法，利用采集待评定的三维坐标点集构建全局坐标系，通过对所述待评定孔轴的实测数据进行拟合得到圆心点集，基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型，从最优化理论的角度出发建立孔轴特征在平面特征作为基准下的垂直度误差评定的数学模型，降低了传统垂直度误差评定数学模型的复杂度，模型较为直观和简单，符合垂直度误差评定的最小区域原则，求解速度快，算法移植性强，为大批量生产、高加工精度机械产品的垂直度误差评定提供了一种新的低成本、高效率的解决方案。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种孔轴垂直度误差测量方法的第一种具体实施例的流程图；
图2为孔轴特征在平面基准下的垂直度示意图；
图3为孔轴垂直度误差评定方法流程图；
图4为孔轴特征与平面特征坐标系示意图；
图5为本发明实施例提供的一种孔轴垂直度误差测量装置的结构框图；
其中，孔轴特征1，平面特征2。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种孔轴垂直度误差测量方法、装置及设备，降低了传统垂直度误差评定数学模型的复杂度，实现了高效、快速的孔轴垂直度误差测量。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种孔轴垂直度误差测量方法的第一种具体实施例的流程图；具体操作步骤如下：
步骤S101：采集待评定孔轴的三维坐标点集，并构建全局坐标系；
如图2所示，采集同一坐标系下的所述待评定孔轴的孔轴特征三维坐标点集Ωc{Pi(xci，yci，zci)|i＝1，2，…，m}和平面特征三维坐标点集Ωp{Pi(xpi，ypi，zpi)|i＝1，2，…，n}，并构建全局坐标系Og(Xg，Yg，Zg)。
步骤S102：基于所述全局坐标系，将所述待评定孔轴的三维坐标点集进行拟合，得到基准平面、法向矢量及轴向矢量，并建立平面局部坐标系和孔轴局部坐标系；
利用圆柱拟合的最小二乘法对所述孔轴特征三维坐标点集进行拟合，得到所述轴向矢量；
利用平面拟合的最小区域法对所述平面特征三维坐标点集进行拟合，得到所述基准平面和所述法向矢量。
步骤S103：将所述待评定孔轴每层截面圆实测点分别拟合，得圆心点集；
计算所述待评定孔轴的局部坐标系Z轴到所述全局坐标系Og的 Zg坐标轴的第一坐标变换矩阵Mgc，其计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000071
其中θ为孔轴局部坐标系Z轴和Zg坐标轴的夹角；
基于所述第一坐标变换矩阵将Mgc将所述孔轴特征三维坐标点集Ωc进行坐标变换，得到坐标变换后的三维坐标点集Ωd；
将所述坐标变换后的三维坐标点集Ωd进行分层，得到多层截面圆测量点，保证每层截面圆的点数大于等于3；
基于所述全局坐标系Og，采用圆拟合的最小二乘法对所述多层截面圆测量点分别拟合，得到各截面圆的圆心点集Ωe{Pi(xei，yei，zei)|i＝1，2，…，t}；
计算所述全局坐标系Og的Zg坐标轴到所述孔轴特征的局部坐标系Z轴的第二坐标变换矩阵Mcg，其计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000072
基于所述第二坐标变换矩阵将Mcg将所述各截面圆的圆心点集Ωe进行坐标变换，得到坐标变换后的圆心点集Ωf{Pi(xfi，yfi，zfi)|i＝1，2，…，t}。
步骤S104：利用所述圆心点集沿所述平面局部坐标系的Zp轴向所述基准平面投影，得到投影点集；
将所述坐标变换后的圆心点集Ωf沿平面局部坐标系 Op(Xp，Yp，Zp)的Zp轴正方向投影到基准平面，得到投影点集Ωg{Pi(xgi，ygi，zgi)|i＝1，2，…，t}；
计算所述全局坐标到所述平面局部坐标系的第三坐标变换矩阵 Mpg，其计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000081
其中，cosθxx为平面局部坐标系Op的Xp轴与全局坐标系Og的Xg轴的夹角，cosθyx为平面局部坐标系Op的Yp轴与全局坐标系Og的Xg轴的夹角，以此类推；a、b、c分别是全局坐标系Og(Xg，Yg，Zg)的原点在局部坐标系Op(Xp，Yp，Zp)的x，y，z坐标；
基于所述第三坐标变换矩阵Mpg将所述投影点集Ωg进行坐标变换，由于坐标变换后圆心点都在所述平面局部坐标系的平面上，得到坐标变换后的二维圆心点集Ωh{Pi(xhi，yhi)|i＝1，2，…，t}。
步骤S105：基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型；
所述建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型包括：
假设点Pc为所述基准平面上一点，计算点Pc到所述投影点集中各个点的距离di；
所述投影点集中各个点的距离di计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000091
其中，所述xc，yc为所述点Pc的坐标，xfi，yfi为所述投影点集中的点的坐标。
基于所述各个点的距离di，建立最优化模型，计算得最优化目标 T；
所述最优化模型计算公式为：
Figure RE-GDA0003986227050000092
其中，T为优化目标，di≤T为约束条件。
步骤S106：利用所述最优化目标T对所述待评定孔轴在平面基准下的垂直度误差进行评定，得到所述待评定孔轴评定结果；
计算所述待评定孔轴的垂直度误差Dev＝2×T；
将所述待评定孔轴的垂直度误差与所述待评定孔轴标准值进行比较，计算超差值，若超差值等于0则判定该孔轴特征的垂直度合格，否则判定为不合格。
本实施例提供一种孔轴垂直度误差测量方法，基于最优化理论的孔轴特征垂直度误差高效评定方法，从最优化理论的角度出发建立孔轴特征在平面特征作为基准下的垂直度误差评定的数学模型，降低了传统垂直度误差评定数学模型的复杂度，模型较为直观和简单，符合垂直度误差评定的最小区域原则，求解速度快，算法移植性强，为大批量生产、高加工精度机械产品的垂直度误差评定提供了一种新的低成本、高效率的解决方案。
基于上述实施例，本实施例利用具体实验对本方法进行阐述，具体如下：
如图3、图4所示，导入同一坐标系下孔轴的孔轴特征三维坐标点集Ωc{Pi(xci，yci，zci)|i＝1，2，…，m}和平面特征三维坐标点集Ωp{Pi(xpi，ypi，zpi)|i＝1，2，…，n}，并构建全局坐标系Og(Xg，Yg，Zg)；
采用平面拟合的最小区域法对平面特征三维坐标点集进行拟合，得到基准平面，并在基准平面上建立平面局部坐标系Op(Xp，Yp，Zp)。其中，坐标系Op原点过基准平面，Zp轴正方向指向基准平面法向矢量方向。
采用圆柱拟合的最小二乘法对孔轴特征三维坐标点集Ωc{Pi(xci，yci，zci)|i＝1，2，…，m}进行拟合，得到孔轴特征的轴向矢量，在孔轴特征上建立局部坐标系Oc(Xc，Yc，Zc)，其中，坐标系Op原点过轴向矢量并与一端端面重合，Zc轴正方向指向轴向矢量方向。
计算所述待评定孔轴的局部坐标系Z轴到所述全局坐标系Og的 Zg坐标轴的第一坐标变换矩阵Mgc；
基于所述第一坐标变换矩阵将Mgc将所述孔轴特征三维坐标点集Ωc进行坐标变换，得到坐标变换后的三维坐标点集Ωd；
将所述坐标变换后的三维坐标点集Ωd进行分层，得到多层截面圆测量点，保证每层截面圆的点数大于等于3；
基于所述全局坐标系Og，采用圆拟合的最小二乘法对所述多层截面圆测量点分别拟合，得到各截面圆的圆心点集Ωe{Pi(xei，yei，zei)|i＝1，2，…，t}；
计算所述全局坐标系Og的Zg坐标轴到所述孔轴特征的轴向矢量 Vc的第二坐标变换矩阵Mcg；
基于所述第二坐标变换矩阵将Mcg将所述各截面圆的圆心点集Ωe进行坐标变换，得到坐标变换后的圆心点集Ωf{Pi(xfi，yfi，zfi)|i＝ 1，2，…，t}。
基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型；
使用Nlopt算法库的全局优化算法求解上述最优化模型，计算得到最优化目标T＝0.0041mm。
表1孔轴特征三维坐标点集和平面特征三维坐标点集实测表
Figure RE-GDA0003986227050000111
Figure RE-GDA0003986227050000121
Figure RE-GDA0003986227050000131
计算垂直度误差Dev＝2×T＝0.0082mm；
将计算得到的直线度误差值Dev与设计公差值0.01mm进行比较，计算超差值等于0,判定该孔轴特征在给定平面基准下的垂直度合格。
本实施例提供一种孔轴垂直度误差测量方法，利用采集待评定的三维坐标点集构建全局坐标系，通过对所述待评定孔轴的实测数据进行拟合得到圆心点集，基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型，从最优化理论的角度出发建立孔轴特征在平面特征作为基准下的垂直度误差评定的数学模型，由实验数据可知，本方法降低了传统垂直度误差评定数学模型的复杂度，模型较为直观和简单，符合垂直度误差评定的最小区域原则，求解速度快，算法移植性强，实现了高效、快速的孔轴垂直度误差评定。
请参考图5，图5为本发明实施例提供的一种孔轴垂直度误差测量装置的结构框图；具体装置可以包括：
数据采集模块100，用于采集待评定孔轴的三维坐标点集；
坐标系建立模块200，基于所述全局坐标系，将所述待评定孔轴的三维坐标点集进行拟合，得到基准平面、法向矢量及轴向矢量，并建立全局坐标系、平面局部坐标系和孔轴局部坐标系；
数据拟合模块300，用于将所述待评定孔轴每层截面圆实测点分别拟合，得圆心点集；
投影模块400，利用所述圆心点集沿所述平面局部坐标系的Zp轴向所述基准平面投影，得到投影点集；
模型建立模块500，用于基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型；
孔轴评定模块600，用于利用所述最优化目标T对所述待评定孔轴在平面基准下的垂直度误差进行评定，得到所述待评定孔轴评定结果。
本实施例的一种孔轴垂直度误差测量装置用于实现前述的一种孔轴垂直度误差测量方法，因此一种孔轴垂直度误差测量装置中的具体实施方式可见前文中的一种孔轴垂直度误差测量方法的实施例部分，例如，数据采集模块100，坐标系建立模块200，数据拟合模块 300，投影模块400，模型建立模块500，孔轴评定模块600分别用于实现上述一种孔轴垂直度误差测量方法中步骤S101，S102，S103、 S104、S105和S106，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
本发明具体实施例还提供了一种孔轴垂直度误差测量设备，包括：蓝光扫描仪，用于采集待评定孔轴的三维坐标点集；存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种孔轴垂直度误差测量的方法的步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的一种孔轴垂直度误差测量方法、装置及设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种孔轴垂直度误差测量方法，其特征在于，包括：
采集待评定孔轴的三维坐标点集，并构建全局坐标系；
基于所述全局坐标系，将所述待评定孔轴的三维坐标点集进行拟合，得到基准平面、法向矢量及轴向矢量，并建立平面局部坐标系和孔轴局部坐标系；
将所述待评定孔轴每层截面圆实测点分别拟合，得圆心点集；
利用所述圆心点集沿所述平面局部坐标系的Zp轴向所述基准平面投影，得到投影点集；
基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型，包括：
假设点Pc为所述基准平面上一点，计算点Pc到所述投影点集中各个点的距离di；
基于所述各个点的距离di，建立最优化模型，计算得最优化目标T；
利用所述最优化目标T对所述待评定孔轴在平面基准下的垂直度误差进行评定，得到所述待评定孔轴评定结果。
2.如权利要求1所述的孔轴垂直度误差测量方法，其特征在于，所述投影点集中各个点的距离di计算公式为：
Figure FDA0003857203220000011
其中，所述xc，yc为所述点Pc的坐标，xfi，yfi为所述投影点集中的点的坐标。
3.如权利要求2所述的孔轴垂直度误差测量方法，其特征在于，所述最优化模型计算公式为：
Figure FDA0003857203220000012
其中，T为优化目标，di≤T为约束条件。
4.如权利要求1所述的孔轴垂直度误差测量方法，其特征在于，所述采集待评定孔轴的三维坐标点集，并构建全局坐标系包括：
采集同一坐标系下的所述待评定孔轴的孔轴特征三维坐标点集Ωc{Pi(xci,yci,zci)|i＝1,2,…,m}和平面特征三维坐标点集Ωp{Pi(xpi,ypi,zpi)|i＝1,2,…,n}，并构建全局坐标系Og(Xg,Yg,Zg)。
5.如权利要求4所述的孔轴垂直度误差测量方法，其特征在于，所述基于所述全局坐标系，将所述待评定孔轴的三维坐标点集进行拟合，得到基准平面、法向矢量及轴向矢量包括：
利用圆柱拟合的最小二乘法对所述孔轴特征三维坐标点集进行拟合，得到所述轴向矢量；
利用平面拟合的最小区域法对所述平面特征三维坐标点集进行拟合，得到所述基准平面和所述法向矢量。
6.如权利要求4所述的孔轴垂直度误差测量方法，其特征在于，所述将所述待评定孔轴每层截面圆实测点分别拟合，得圆心点集包括：
计算所述待评定孔轴的局部坐标系Z轴到所述全局坐标系Og的Zg坐标轴的第一坐标变换矩阵Mgc，其计算公式为：
Figure FDA0003857203220000021
其中θ为孔轴局部坐标系Z轴和Zg坐标轴的夹角；
基于所述第一坐标变换矩阵将Mgc将所述孔轴特征三维坐标点集Ωc进行坐标变换，得到坐标变换后的三维坐标点集Ωd；
将所述坐标变换后的三维坐标点集Ωd进行分层，得到多层截面圆测量点，保证每层截面圆的点数大于等于3；
基于所述全局坐标系Og，采用圆拟合的最小二乘法对所述多层截面圆测量点分别拟合，得到各截面圆的圆心点集Ωe{Pi(xei,yei,zei)|i＝1,2,…,t}；
计算所述全局坐标系Og的Zg坐标轴到所述孔轴特征的局部坐标系Z轴的第二坐标变换矩阵Mcg，其计算公式为：
Figure FDA0003857203220000031
基于所述第二坐标变换矩阵将Mcg将所述各截面圆的圆心点集Ωe进行坐标变换，得到坐标变换后的圆心点集Ωf{Pi(xfi,yfi,zfi)|i＝1,2,…,t}。
7.如权利要求6所述的孔轴垂直度误差测量方法，其特征在于，所述利用所述圆心点集沿所述平面局部坐标系的Zp轴向所述基准平面投影，得到投影点集包括：
将所述坐标变换后的圆心点集Ωf沿平面局部坐标系Op(Xp,Yp,Zp)的Zp轴正方向投影到基准平面，得到投影点集Ωg{Pi(xgi,ygi,zgi)|i＝1,2,…,t}；
计算所述全局坐标到所述平面局部坐标系的第三坐标变换矩阵Mpg，其计算公式为：
Figure FDA0003857203220000032
其中，cosθxx为平面局部坐标系Op的Xp轴与全局坐标系Og的Xg轴的夹角，cosθyx为平面局部坐标系Op的Yp轴与全局坐标系Og的Xg轴的夹角，以此类推；a、b、c分别是全局坐标系Og(Xg,Yg,Zg)的原点在局部坐标系Op(Xp,Yp,Zp)的x，y，z坐标；
基于所述第三坐标变换矩阵Mpg将所述投影点集Ωg进行坐标变换，由于坐标变换后圆心点都在所述平面局部坐标系的平面上，得到坐标变换后的二维圆心点集Ωh{Pi(xhi,yhi)|i＝1,2,…,t}。
8.如权利要求1所述的孔轴垂直度误差测量方法，其特征在于，所述利用所述最优化目标T对所述待评定孔轴在平面基准下的垂直度误差进行评定，得到所述待评定孔轴评定结果包括：
计算所述待评定孔轴的垂直度误差Dev＝2×T；
将所述待评定孔轴的垂直度误差与所述待评定孔轴标准值进行比较，计算超差值，若超差值等于0则判定该孔轴特征的垂直度合格，否则判定为不合格。
9.一种孔轴垂直度误差测量装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集待评定孔轴的三维坐标点集；
坐标系建立模块，基于所述全局坐标系，将所述待评定孔轴的三维坐标点集进行拟合，得到基准平面、法向矢量及轴向矢量，并建立全局坐标系、平面局部坐标系和孔轴局部坐标系；
数据拟合模块，用于将所述待评定孔轴每层截面圆实测点分别拟合，得圆心点集；
投影模块，利用所述圆心点集沿所述平面局部坐标系的Zp轴向所述基准平面投影，得到投影点集；
模型建立模块，用于基于最优化理论，建立二维空间下垂直度误差评定的最优化模型；
孔轴评定模块，用于利用所述最优化目标T对所述待评定孔轴在平面基准下的垂直度误差进行评定，得到所述待评定孔轴评定结果。
10.一种孔轴垂直度误差测量设备，其特征在于，包括：
蓝光扫描仪，用于采集待评定孔轴的三维坐标点集；
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述一种孔轴垂直度误差测量方法的步骤。
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