【摘 要】
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三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining,CMM）通过对被测光学元件表面进行接触式扫描,获取精确的表面轮廓三维检测数据,因其性能稳定、检测结果可靠,被广泛应用在光学表面面形三维扫描检测。本文通过分析光学表面CMM三维扫描检测获取数据时存在的误差,根据误差产生机理建立误差去除算法模型,编写算法将所获得的三维检测数据进行快速准确的误差去除。本文的研究工作主要包括:根据
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三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining,CMM）通过对被测光学元件表面进行接触式扫描,获取精确的表面轮廓三维检测数据,因其性能稳定、检测结果可靠,被广泛应用在光学表面面形三维扫描检测。本文通过分析光学表面CMM三维扫描检测获取数据时存在的误差,根据误差产生机理建立误差去除算法模型,编写算法将所获得的三维检测数据进行快速准确的误差去除。本文的研究工作主要包括:根据光学表面CMM三维扫描测量检测数据的三大误差来源——测头曲率半径误差、检测坐标系旋转平移偏差和残差数据噪点误差,通过分析误差产生机理建立误差去除数学模型,确定检测数据误差去除的算法流程。针对传统多目标优化去除旋转平移偏差算法的缺陷,提出利用主成分分析完成检测数据初始配准、利用kd-tree数据结构改进的最近邻迭代（Iterative Closest Point,ICP）算法完成检测数据精确配准,实现快速去除被测光学元件所在的检测坐标系与理论坐标系之间的旋转平移偏差。针对光学表面CMM三维扫描测量所产生的噪点误差,根据光学检测数据残差特点,提出基于三次样条插值拟合、并利用残差概率分布的数据去噪算法。最后在光学表面CMM三维扫描测量数据处理算法的基础上开发了三维扫描检测数据处理软件,并详细介绍了软件的功能与实现方法,最后通过对CMM检测数据进行误差处理实验,验证软件的正确性和可用性。
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