新一代产品几何规范（GPS）不确定度理论及应用研究

论文摘要

新一代GPS标准体系是适应经济全球化要求的,面向数字化设计、制造与检验的标准与计量信息系统。不确定度理论是新一代GPS标准体系的重要基础理论,它不再局限于测量不确定度,还包括总体不确定度、相关不确定度、依从不确定度、规范不确定度、方法不确定度和执行不确定度等一系列新的概念。国际上新一代GPS不确定度理论的研究近几年才刚刚起步,相关的国际标准和应用指南也尚在酝酿之中。本文对这一理论及其应用技术进行了分析和研究,为工件的合格性判定提供了更为合理的判定原则,为工件在规范和认证过程中不确定度的传递计算提供了行之有效的方法,进而为中国参与相关国际标准的制订提供理论支持。主要研究内容与创新如下:针对ISO 14253-1给出的测量不确定度的判定原则在实际应用过程中存在的问题,本文提出了新一代GPS不确定度的判定原则,包括针对单个GPS规范的依从不确定度的判定原则和针对工件的总体不确定度的判定原则;所提出的判定原则不仅考虑了测量不确定度对于工件认证结果的影响,而且考虑了规范不确定度和相关不确定度对于工件认证结果的影响。与单纯的测量不确定度的判定原则相比,新一代GPS不确定度的判定原则的判定结果更为合理,而且与新一代GPS标准体系的基本要求相一致。提出了GPS标准链依从不确定度的计算框架。在对GPS标准链进行建模的基础上,分别给出了缺省状态下和特殊状态下依从不确定度的计算流程:在缺省状态下,依从不确定度应该根据执行不确定度和规范不确定度对于规范操作链影响的具体情况,经过规范操作链的传递计算得到;在特殊状态下,应该根据执行不确定度、方法不确定度和规范不确定度对于认证操作链影响的具体情况,经过认证操作链的传递计算得到。针对滤波操作,提出了线性轮廓滤波器的不确定度传递的计算方法。根据线性轮廓滤波器方程,由未滤轮廓的协方差矩阵推导出了滤过轮廓的协方差矩阵,从而由未滤轮廓的不确定度得到了滤过轮廓的不确定度。给出了典型的线性轮廓滤波器——高斯滤波器的两个测量实例,实验结果表明经过滤波操作后滤过轮廓的不确定度是有所变化的,这一传递规律对于GPS标准链依从不确定度的计算非常重要。针对拟合操作,提出了平面度和直线度最小二乘拟合的不确定度的计算方法。根据平面度和直线度最小二乘拟合的基本原理,推导出了平面度和直线度最小二乘拟合的不确定度的计算公式,并且对坐标测量中平面度和直线度最小二乘拟合的不确定度计算进行了实验分析,实验表明这种方法为平面度和直线度的坐标测量结果提供了不确定度指标,从而保证了测量结果的完整性,提高了认证的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 新一代GPS 标准体系的形成和发展
• 1.3 不确定度理论的发展
• 1.4 课题来源、作者的主要工作及创新
• 2 不确定度理论概述
• 2.1 测量不确定度的基本理论
• 2.2 测量不确定度评定的简化
• 2.3 新一代GPS 不确定度的基本概念
• 2.4 新一代GPS 不确定度理论存在的问题
• 2.5 本章小结
• 3 新一代GPS 不确定度的判定原则
• 3.1 测量不确定度的判定原则
• 3.2 依从不确定度的判定原则
• 3.3 总体不确定度的判定原则
• 3.4 本章小结
• 4 GPS 标准链依从不确定度的计算框架
• 4.1 GPS 标准链依从不确定度计算的相关技术
• 4.2 GPS 标准链的建模
• 4.3 GPS 标准链依从不确定度的计算流程
• 4.4 本章小结
• 5 滤波操作不确定度传递规律的研究
• 5.1 线性轮廓滤波器的基本原理
• 5.2 线性轮廓滤波器的不确定度传递规律
• 5.3 线性轮廓滤波器不确定度传递的测量实例
• 5.4 本章小结
• 6 拟合操作不确定度传递规律的研究
• 6.1 平面度最小二乘拟合的不确定度
• 6.2 直线度最小二乘拟合的不确定度
• 6.3 本章小结
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 对今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录
• 附录2 负责转化、制订的标准草案
• 附录3 参与写作的专著
• 附录4 研究项目的验收结论