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基于Nelder–Mead单纯形法的杠杆式触针轮廓仪非线性误差补偿

1877    2021-08-25

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作者:孙艳玲1, 吴运权2, 李波1, 常素萍2

作者单位:1. 湖北文理学院机械工程学院, 湖北 襄阳 441053;
2. 华中科技大学机械科学与工程学院,湖北 武汉 430074


关键词:杠杆式触针;非线性误差;Nelder–Mead单纯形法;误差补偿


摘要:

杠杆式触针轮廓仪由于其测量精度高、测量范围广,成为常用的表面轮廓测量仪器。但是杠杆结构在测量过程中带来的非线性误差对轮廓测量精度影响较大,该文对基于激光干涉原理的高精度大量程杠杆式触针轮廓仪进行非线性误差分析,应用Nelder–Mead单纯形法对误差进行补偿,并通过高精度标准球冠进行补偿结果的校验实验。通过实验结果的分析可知,该方法可以有效地减小测量结果的非线性误差,将触针式轮廓仪在大量程测量时的XZ向精度提高到±1 μm以内。


Nonlinear error compensation of lever-type stylus profilometer based on Nelder-Mead simplex method
SUN Yanling1, WU Yunquan2, LI Bo1, CHANG Suping2
1. School of Mechanical Engineering, Hubei University of Arts and Science, Xiangyang 441053, China;
2. School of Mechanical Science & Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Abstract: Due to the high measurement accuracy and wide range of applications, lever-type stylus profiler is commonly used in surface profile measuring. However, the nonlinear error caused by the lever structure has a great influence on the profile measurement. In this paper the nonlinear errors of stylus profiler are analyzed based on laser interference principle. The nonlinear errors are compensated by the Nelder-Mead simplex, and the compensation results are verified by the high precision standard spherical crown. It can be seen that the method can effectively reduce the nonlinear error of the measurement result and improve the accuracy of the stylus profiler in large-scale measurement to within ±1 μm of X and Z directions.
Keywords: lever-type stylus;nonlinear error;Nelder-Mead simplex;error compensation
2021, 47(8):114-119  收稿日期: 2020-10-22;收到修改稿日期: 2020-12-04
基金项目:
作者简介: 孙艳玲(1973-),女,山东蓬莱市人,副教授,硕士,主要从事表面形貌测量技术与仪器方面的研究
参考文献
[1] 洪小丽, 肖弦. 基于微机的精密电感式测微仪的设计[J]. 仪表技术与传感器, 2007(3): 21-23
[2] MARTYNOV V V, PLATONOV Y Y. Surface roughness analysis of multilayer x-ray optics[C]//Optical Engineering Applications. International Society for Optics and Photonics, 2008.
[3] 徐利, 王晴岚. 利用扭秤进行空间干涉仪的地面测试技术[J]. 中国测试, 2020, 46(2): 74-79
[4] 杨练根. 基于微恒力位移传感器的表面形貌测量系统和二维Motif评定方法[D]. 武汉: 华中科技大学, 2004.
[5] 胡春冰. 大量程触针杠杆式轮廓仪的非线性误差分析和补偿[C]//第十六届全国光学测试学术交流会会议论文集, 2016: 190.
[6] 孙艳玲, 常素萍. 接触式表面轮廓测量的非线性误差分析与补偿[J]. 计量学报, 2016, 37(6): 563-566
[7] 王麓雅, 肖宏峰, 阳波. 一种随机Nelder-Mead单纯形优化方法[J]. 电脑知识与技术, 2010, 6(12): 9765-9766
[8] 肖宏峰. 基于单纯形多向搜索的大规模进化优化算法[D]. 长沙: 中南大学, 2009.
[9] JIANG X, SCOTT P J, WHITEHOUSE D J, et al. Paradigm shifts in surface metrology. Part II. The current shift[J]. Proceedings of the Royal Society A, 2007, 463(2085): 2071-2099
[10] 储玉芬. 基于交流调制的光栅干涉条纹细分技术及实现[J]. 制造业自动化, 2012, 34(10): 14-17
[11] NELDER J A, MEAD R. A simplex method for function minimization[J]. Computer Journal, 1965, 7(4): 308-313
[12] 师途, 杨甬英, 张磊, 等. 非球面光学元件的面形检测技术[J]. 中国光学, 2014, 7(1): 26-46