EIV模型条件下自由曲面数字化评价方法研究

Further research on the digital evaluation methodology of the shape accuracy is urgent need for the further development of intelligent precision manufacturing technology for freeform surface. To obtain the shape data of freeform surface using precision measurement technology is the basic content of digital evaluation method. For building the EIV model of the contact precision measurement platform with correlation coefficients, the variables’ error relation of shape coordinate data is determined for achieving the goal of error analysis and precision calibration. Based on the local approximants theory of domain influence, surface reconstruction method trimming the outliers is built for dealing with the shape measurement data contaminated with errors. Combined with error theory, data registration method is studied for revealing the evolving law between corresponding relation of variable error and algorithm parameter and constructing a new data registration algorithm with adaptive inhibition for variable error. Combined with the precision measurement technology of freeform surface, by using the theory and experiment to study the error modeling method, surface reconstruction technology and data registration algorithm based on the EIV model, this project presents a digital evaluation method for shape accuracy of freeform surface with universally applicability, which improves further the basic theory and method of precision detection for freeform surface.

自由曲面智能精密制造技术的进一步发展迫切需要对其面形精度数字化评价方法进行深入研究。基于精密测量技术获取自由曲面面形数据是研究数字化评价方法的基本内容。针对接触式精密测量平台，确定面形坐标数据变量误差关系，实现测量系统的误差分析与精度标定，建立引入相关系数的测量系统EIV误差模型；针对包含误差的面形测量数据，基于支持域局部逼近理论，构造具有粗大误差修正作用的重构方法；研究结合误差理论的数据配准方法，揭示变量误差对应关系与算法参数的演变规律，构造具有适应性误差抑制作用的数据配准算法。本项目实施，结合自由曲面精密测量技术，通过理论和实验研究EIV模型条件下的误差建模方法、曲面重构技术和数据配准算法，提出一种普遍适用性的面形精度数字化评价方法，进一步完善自由曲面精密检测的基本理论和基本方法。

自由曲面元件广泛应用于现代精密工程领域，其面形精度是影响光学性能的关键因素之一。本课题基于误差理论系统性地研究了自由曲面的面形误差评定方法。主要工作包括: 1.基于三坐标精密测量系统的曲面面形信息获取技术，研究了精密测量系统的误差辨识与建模方法，初步建立了完备的曲面测量数据误差模型；2.以EIV误差模型条件下的自由曲面测量数据为研究对象，采用不同的处理方法构造了具有粗大误差修正作用的曲线曲面重构算法；3.针对自由曲面数据配准方法，结合误差理论，探讨了随机误差、相关系数与数据配准算法参数的关系，揭示了迭代最近点算法回归矩阵的演变规律。本课题通过理论和实验研究EIV模型条件下的误差建模方法、曲面重构技术和数据配准算法，已初步建立具有普遍适用性的自由曲面数字化评价方法，显著提升了自由曲面面形数据重构算法的拟合精度和稳健性，对推动自由曲面表面质量评定算法的规范化具有重要作用。