高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量方法和系统与流程

技术特征：
1.一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1，计算被测端面每次测量的位姿初始函数；步骤2，进行被测端面采集点云噪点剔除，筛选确认被测端面每次测量的最终位姿状态函数；步骤3，计算被测端面各温度工况下位姿变化结果的初始结果；步骤4，进行端面位姿变化测量数据筛选，确认各温度工况下的端面相对位姿变化最终测量结果。2.根据权利要求1所述的一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量方法，其特征在于，步骤1的具体步骤如下：步骤1.1，根据被测端面的结构，确定被测端面函数形式f(r0,r1,r2,...,r
n
)，和函数相关未知参数r0,r1,r2,...,r
n
，n为正整数；步骤1.2，导出每次测量获得的被测端面的点云图片，点云图片上包含被测端面的点云坐标点集{i
j1
(x
j1
,y
j1
,z
j1
),i
j2
(x
j2
,y
j2
,z
j2
),
…
,i
ji
(x
ji
,y
ji
,z
ji
),
…
,i
np
(x
np
,y
np
,z
np
)}；i
ji
(x
ji
,y
ji
,z
ji
)表示第j次测量被测端面上的第i个点的坐标；i＝1,2,3,...,p，p为被测端面上的点的总数；j＝1,2,3,...,n，n为对被测端面进行点云测量的总数，p,n均为正整数；步骤1.3，利用端面拟合算法分别对每次测量采集的点云进行端面相关函数拟合，确定每次采集的端面函数的未知参数，得到被测端面每次测量的位姿初始函数。3.根据权利要求2所述的一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量方法，其特征在于，步骤2的具体步骤如下：步骤2.1，将步骤1.3中用于计算的每次测量获得的所有点云坐标i
ji
(x
ji
,y
ji
,z
ji
)与相应的拟合出的端面函数进行距离计算，公式如下：δli＝f(x
ji
,y
ji
,r0,r1,r2...r
n
)
‑
z
ji
δli表示第i个点距拟合出的平面的距离；步骤2.2，进行循环判断：如果每次测量得到的所有点坐标到拟合函数的距离都小于α则拟合的函数为测量得到的端面的最终位姿状态函数；如果存在点坐标到拟合函数的距离大于α的点，则剔除相应的点形成新的点集，进入步骤2.3；α为设定的理论测量精度；步骤2.3，将每次测量筛选后的剩余点重新作为新点云，返回步骤1.3，对每次测量采集的剩余点云进行重新函数拟合，获取新的拟合函数，再次计算每次采集的剩余点云相对新拟合函数的距离，重新进行点的筛选。4.根据权利要求3所述的一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量方法，其特征在于，步骤3的具体步骤如下：步骤3.1，根据步骤2得到的每次测量对应的被测端面的最终位姿状态函数，以第一次测量对应的拟合出的函数的特征向量f0为基准，对比分析出其他次测量对应的拟合出的函数的特征向量f
j
相对特征向量f0的角度变化值a{a1,a2,a3,...,aj,...,an}；步骤3.2，按照各温度工况条件给所有测量得到的点云图片进行分组，进行各温度工况下平均位姿角度变化值计算：将各温度工况下的k个端面角度变化值分别进行取平均处理，得到所有m个温度工况下的平均角度变化值a{a1,a2,a3,...,am}：
第m个温度工况下的平均角度变化值am＝(a1 a2 .... ak)/k；a＝{a1,a2,a3,...,am}；k、m均为正整数，n＝k
·
m。5.根据权利要求4所述的一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量方法，其特征在于，步骤4的具体步骤如下：步骤4.1，将每个温度工况下的所有角度变化值与该温度工况对应的平均角度变化值进行对比，获取每个温度工况下k张点云图片的角度变化值相对平均角度变化值的差值绝对值δa{δa1,δa2,δa3,...,δak}；第m个温度工况对应的平均角度变化差值点集为δa{δa1,δa2,δa3,...,δak}，其中，δa1＝a1
‑
am、δa2＝a2
‑
am、
……
、δak＝ak
‑
am；步骤4.2，计算各温度工况下所有角度变化值的标准差a
#
，将各温度工况下所有角度变化值相对平均角度变化值的差值绝对值δa与相应的标准差a
#
进行对比，筛除各温度工况下角度变化值相对平均角度变化值的差值绝对值δa大于标准差a
#
的所有奇异数据；步骤4.3，进行循环判断：如果各温度工况剩余数据数量均小于初始数量k的60％，则进入步骤4.4；如果存在剩余数据数量大于初始数量k的60％的温度工况，则进入步骤4.5；步骤4.4，对各温度工况剩余数据进行重新计算平均角度变化值，将重新计算的均值作为各温度工况下的端面相对位姿变化最终测量值；步骤4.5，将剩余数据数量大于初始数量k的60％的所有温度工况的剩余数据按温度工况区分，重新进行平均处理获得角度变化值的新平均值a’，返回步骤4.1，对比剩余点云图片的角度变化值与相应各角度变化值的新平均值a’的差值绝对值，继续剔除新角度变化值相对平均角度变化值的差值绝对值大于标准差a
#
的所有数据，再进入步骤4.3进行判断，直至所有温度工况下剩余数据均满足要求。6.一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量系统，其特征在于，包括：第一模块，用于计算被测端面每次测量的位姿初始函数；第二模块，用于进行被测端面采集点云噪点剔除，筛选确认被测端面每次测量的最终位姿状态函数；第三模块，用于计算被测端面各温度工况下位姿变化结果的初始结果；第四模块，用于进行端面位姿变化测量数据筛选，确认各温度工况下的端面相对位姿变化最终测量结果。7.根据权利要求6所述的一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量系统，其特征在于，计算被测端面每次测量的位姿初始函数的具体步骤如下：步骤1.1，根据被测端面的结构，确定被测端面函数形式f(r0,r1,r2,...,r
n
)，和函数相关未知参数r0,r1,r2,...,r
n
，n为正整数；步骤1.2，导出每次测量获得的被测端面的点云图片，点云图片上包含被测端面的点云坐标点集{i
j1
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)表示第j次测量被测端面上的第i个点的坐标；i＝1,2,3,...,p，p为被测端面上的点的总数；j＝1,2,3,...,n，n为对被测端面进行点云测量的总数，p,n均为正整数；步骤1.3，利用端面拟合算法分别对每次测量采集的点云进行端面相关函数拟合，确定每次采集的端面函数的未知参数，得到被测端面每次测量的位姿初始函数。
8.根据权利要求7所述的一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量系统，其特征在于，进行被测端面采集点云噪点剔除，筛选确认被测端面每次测量的最终位姿状态函数的具体步骤如下：步骤2.1，将步骤1.3中用于计算的每次测量获得的所有点云坐标i
ji
(x
ji
,y
ji
,z
ji
)与相应的拟合出的端面函数进行距离计算，公式如下：δli＝f(x
ji
,y
ji
,r0,r1,r2...r
n
)
‑
z
ji
δli表示第i个点距拟合出的平面的距离；步骤2.2，进行循环判断：如果每次测量得到的所有点坐标到拟合函数的距离都小于α则拟合的函数为测量得到的端面的最终位姿状态函数；如果存在点坐标到拟合函数的距离大于α的点，则剔除相应的点形成新的点集，进入步骤2.3；α为设定的理论测量精度；步骤2.3，将每次测量筛选后的剩余点重新作为新点云，返回步骤1.3，对每次测量采集的剩余点云进行重新函数拟合，获取新的拟合函数，再次计算每次采集的剩余点云相对新拟合函数的距离，重新进行点的筛选。9.根据权利要求8所述的一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量系统，其特征在于，计算被测端面各温度工况下位姿变化结果的初始结果的具体步骤如下：步骤3.1，根据步骤2得到的每次测量对应的被测端面的最终位姿状态函数，以第一次测量对应的拟合出的函数的特征向量f0为基准，对比分析出其他次测量对应的拟合出的函数的特征向量f
j
相对特征向量f0的角度变化值a{a1,a2,a3,...,aj,...,an}；步骤3.2，按照各温度工况条件给所有测量得到的点云图片进行分组，进行各温度工况下平均位姿角度变化值计算：将各温度工况下的k个端面角度变化值分别进行取平均处理，得到所有m个温度工况下的平均角度变化值a{a1,a2,a3,...,am}：第m个温度工况下的平均角度变化值am＝(a1 a2 .... ak)/k；a＝{a1,a2,a3,...,am}；k、m均为正整数，n＝k
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m。10.根据权利要求9所述的一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量系统，其特征在于，进行端面位姿变化测量数据筛选，确认各温度工况下的端面相对位姿变化最终测量结果的具体步骤如下：步骤4.1，将每个温度工况下的所有角度变化值与该温度工况对应的平均角度变化值进行对比，获取每个温度工况下k张点云图片的角度变化值相对平均角度变化值的差值绝对值δa{δa1,δa2,δa3,...,δak}；第m个温度工况对应的平均角度变化差值点集为δa{δa1,δa2,δa3,...,δak}，其中，δa1＝a1
‑
am、δa2＝a2
‑
am、
……
、δak＝ak
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am；步骤4.2，计算各温度工况下所有角度变化值的标准差a
#
，将各温度工况下所有角度变化值相对平均角度变化值的差值绝对值δa与相应的标准差a
#
进行对比，筛除各温度工况下角度变化值相对平均角度变化值的差值绝对值δa大于标准差a
#
的所有奇异数据；步骤4.3，进行循环判断：如果各温度工况剩余数据数量均小于初始数量k的60％，则进入步骤4.4；如果存在剩余数据数量大于初始数量k的60％的温度工况，则进入步骤4.5；步骤4.4，对各温度工况剩余数据进行重新计算平均角度变化值，将重新计算的均值作
为各温度工况下的端面相对位姿变化最终测量值；步骤4.5，将剩余数据数量大于初始数量k的60％的所有温度工况的剩余数据按温度工况区分，重新进行平均处理获得角度变化值的新平均值a’，返回步骤4.1，对比剩余点云图片的角度变化值与相应各角度变化值的新平均值a’的差值绝对值，继续剔除新角度变化值相对平均角度变化值的差值绝对值大于标准差a
#
的所有数据，再进入步骤4.3进行判断，直至所有温度工况下剩余数据均满足要求。

技术总结
一种高低温环境下的端面位姿相对变化高精度测量方法，包括步骤如下：步骤1，计算被测端面每次测量的位姿初始函数；步骤2，进行被测端面采集点云噪点剔除，筛选确认被测端面每次测量的最终位姿状态函数；步骤3，计算被测端面各温度工况下位姿变化结果的初始结果；步骤4，进行端面位姿变化测量数据筛选，确认各温度工况下的端面相对位姿变化最终测量结果。本发明的方法和系统能够有效的剔除测量中的端面噪点及奇异数据，进一步减小测量误差提高测量精度。度。度。


技术研发人员：唐小军 孙子杰
受保护的技术使用者：北京卫星制造厂有限公司
技术研发日：2021.06.02
技术公布日：2021/10/19