基于蒙特卡罗仿真方法的大尺寸测量不确定度分析

第15卷第1期2009年1月

计算机集成制造系统

ComputerIntegratedManufacturingSystems

Vol.15No.1Jan.2009

文章编号:1006-5911(2009)01-0184-04

基于蒙特卡罗仿真方法的大尺寸测量不确定度分析

张福民,曲兴华,叶声华

(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072)

摘 要:为评价大尺寸测量不确定度,特别是多站融合测量不确定度,引入蒙特卡罗仿真方法。该方法根据各传感器单元的概率特性重复采样,生成测量结果的样本,统计样本得到坐标测量不确定度,并利用计算机可视化样本的三维散点图。通过不同样本数对运算时间和准确性影响的实验,确定样本数为500。以激光跟踪仪为例进行实验,比较蒙特卡罗法、统计法和解析法三种方法得到的不确定度结果,吻合情况较好,其中与解析法比较最大偏差仅为2 7 m。实验结果表明,蒙特卡罗仿真方法可以准确评价大尺寸测量仪器及多站融合测量不确定度,融合精度优于各局部精度。

关键词:大尺寸测量;不确定度分析;蒙特卡罗仿真方法;激光跟踪仪;融合测量中图分类号:TB92 文献标识码:A

Uncertaintyanalysisinlarge scalemeasurementbasedonMonteCarlosimulationmethod

ZHANGFu min,QUXing hua,YESheng hua

(StateKeyLabofPrecisionMeasuringTechnology&Instruments,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Toevaluatelarge scalemeasurementuncertainty,MonteCarlosimulationmethodwasintroducedespeciallyformulti stationsfusionmeasurement.Repeatedprobabilitysampleofeachsensorunitwasaccomplishedwiththismethodandthemeasurementsampleresultswerecreatedandthecoordinatesmeasurementuncertaintywereob tainedbystatisticssamplessoastoshow3Dscatterofpointsthroughcomputervisualization.Byaffectionexperi mentofdifferentsamplesizesonoperationtimeandaccuracy,samplesizewasconfirmedas500times.ComparisonresultsofuncertaintyamongMonteCarlomethod,statisticandanalyticalmethodhadcomeperfect,inwhichthemaximumdeviationwas2.7 mcomparedtoanalyticalmethod.ExperimentresultshowedthatMonteCarlosimula tionmethodcouldbeusedtoevaluatethelarge scalemeasurementinstrumentsanduncertaintyofmulti stationsfu sionmeasurementandthefusionprecisionwassuperiortoeachlocalprecision.Keywords:large scalemeasurement;fusionmeasurement

uncertaintyanalysis;

MonteCarlosimulationmethod;

lasertracker;

0 引言

精密化成为集成制造技术发展的核心,尤其是飞机、船舶装配和发电机组等极端大型计算机集成

制造系统,都需要大尺寸测量技术作为技术支撑

[1]

。

相对常规尺寸,大尺寸测量体系还不健全,特别是精度评价体系缺少国家标准[2]。按照国际标准,测量结果必须说明不确定度,否则将严重影响制造效率。

收稿日期:2007 12 12;修订日期:2008 06 26。Received12Dec.2007;accepted26June2008.

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50575158,60723004);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20060056015)。Foundationitems:

ProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundation,China(No.50575158,60723004),andtheSpecializedResearchFundfortheDoctoralProgramofHighEducation,China(No.20060056015).

作者简介:张福民(1982-),男,内蒙古满洲里人,天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室博士研究生,主要从事测试计量技术及仪器的

研究。E mail:zhangfumin@tju.edu.cn。