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Research on the Construction of Standardized Test Datasets Based on Characterization Parameters
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摘要: 几何要素拟合作为测量评价软件中评定误差的关键步骤，不同逼近方法、评价策略的选择及有效数字的取舍等都会对评价结果产生影响，导致不同测量分析软件对同一测量数据生成不同的评价结果。面向几何要素拟合评价算法难以认证的问题，分析和讨论了标准输入测试数据集的生成依据和规则，以及由此确定了不同几何要素的表征参量，实现了基于表征参量的标准输入测试数据集的动态构建。基于标准输入测试数据，通过研究最小二乘双重拟合算法及几何公差评价算法，实现了标准输出测试数据集的生成，最后将评价结果与蔡司测量分析软件CALYPSO进行了比对验证。通过动态构建的标准输出测试数据集与测量评价软件的评价结果进行比对，以完成测量评价软件中不同几何要素基于最小二乘拟合评价算法的认证。Abstract: The fitting of geometric elements is a critical step in evaluating errors in measurement evaluation software. Different approximation methods, evaluation strategies, and the rounding of significant figures can all influence the evaluation results, leading to inconsistent outcomes from different measurement analysis software for the same measurement data. To address the difficulty in certifying the evaluation algorithms for geometric element fitting, this paper analyzes and discusses the basis and rules for generating standardized input test datasets. Characterization parameters for different geometric elements are determined, enabling the dynamic construction of standardized input test datasets based on these parameters. Using the standardized input test datasets, the least squares double fitting algorithm and geometric tolerance evaluation algorithm are studied to generate standardized output test datasets. The evaluation results are then compared and verified with Zeiss' CALYPSO measurement analysis software. By comparing the dynamically constructed standardized output test datasets with the evaluation results from the measurement evaluation software, the certification of the least squares fitting-based evaluation algorithms for different geometric elements in the measurement evaluation software is completed.
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图 1 标准输入测试数据集的构建流程
Figure 1. Construction process for the standardized input test dataset
图 2 标准输出测试数据集的构建流程
Figure 2. Construction process for the standardized output test dataset
表 1 不同几何要素的表征参量
Table 1. Characterization parameters for different geometric elements
序号 几何要素 尺寸量 通用评价参数 共性评价参数 1 直线 质心、方向余弦 直线度 标准
偏差2 平面 质心、法向量 平面度 3 圆 圆心、直径、
法平面方向余弦圆度 4 球 球心、直径 形状误差 5 圆柱 直径、轴线上一点、
轴线方向余弦圆柱度 6 圆锥 圆锥顶点、半顶角、
轴线方向余弦形状误差 
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表 2 直线表征参量评价结果的比对
Table 2. Comparison of evaluation results of the straight line characterization parameters /mm
序号 表征参量 本文 CALYPSO 本文与CALYPSO的差值 1 直线度 0.003370 0.003371 −0.000001 直线标准偏差 0.000742 0.000749 −0.000007 2 直线度 0.003050 0.003048 0.000002 直线标准偏差 0.000984 0.000990 −0.000006
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表 3 平面表征参量评价结果的比对
Table 3. Comparison of evaluation results of the plane characterization parameters /mm
序号 表征参量 本文 CALYPSO 本文与CALYPSO的差值 1 平面度 0.000523 0.000524 -0.000001 平面标准偏差 0.000120 0.000123 -0.000003 2 平面度 0.000644 0.000644 0.000000 平面标准偏差 0.000158 0.000160 -0.000002
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表 4 圆表征参量评价结果的比对
Table 4. Comparison of evaluation results of the circle characterization parameters /mm
序号 表征参量 本文 CALYPSO 本文与CALYPSO的差值 1 圆心: X 47.371483 47.371483 0.000000 圆心: Y 133.929389 133.929389 0.000000 圆心: Z 427.760776 427.760776 0.000000 直径 3.389767 3.389767 0.000000 圆度 0.005488 0.005485 0.000003 圆标准偏差 0.001217 0.001216 0.000001 2 圆心: X 398.152904 398.152904 0.000000 圆心: Y 969.371763 969.371763 0.000000 圆心: Z 976.262163 976.262163 0.000000 直径 2.642686 2.642686 0.000000 圆度 0.007818 0.007816 0.000002 圆标准偏差 0.001549 0.001554 -0.000005
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表 5 球表征参量评价结果的比对
Table 5. Comparison of evaluation results of the sphere characterization parameters /mm
序号 表征参量 本文 CALYPSO 本文与CALYPSO的差值 1 球心点: X 0.000092 0.000092 0.000000 球心点: Y 0.000094 0.000094 0.000000 球心点: Z 0.000422 0.000422 0.000000 直径 4.000185 4.000185 0.000000 形状误差 0.076697 0.076697 0.000000 球标准偏差 0.009868 0.009871 −0.000003 2 球心点: X 2.269316 2.269316 0.000000 球心点: Y 14.453128 14.453128 0.000000 球心点: Z −0.000172 −0.000172 0.000000 2 直径 1.361695 1.361695 0.000000 形状误差 0.401360 0.401360 0.000000 球标准偏差 0.049599 0.049607 −0.000008
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表 6 圆柱表征参量评价结果的比对
Table 6. Comparison of evaluation results of the cylinder characterization parameters /mm
序号 表征参量 本文 CALYPSO 本文与CALYPSO的差值 1 直径 25.165368 25.165368 0.000000 圆柱度 0.051856 0.051856 0.000000 圆柱标准偏差 0.011754 0.011757 −0.000003 2 直径 43.537271 43.537271 0.000000 圆柱度 0.106292 0.106292 0.000000 圆柱标准偏差 0.019902 0.019913 −0.000011
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表 7 圆锥表征参量评价结果的比对
Table 7. Comparison of evaluation results of characterization parameters of the cone /mm
序号 表征参量 本文 CALYPSO 本文与CALYPSO的差值 1 顶点: X 777.405997 777.405997 0.000000 顶点: Y 281.053976 281.053976 0.000000 顶点: Z 120.481811 120.481811 0.000000 半顶角(°) 0.354314 0.354314 0.000000 形状误差 0.000163 0.000163 0.000000 圆锥标准偏差 0.000044 0.000045 −0.000001 2 顶点: X 93.476997 93.476997 0.000000 顶点: Y 705.253355 705.253355 0.000000 顶点: Z −99.490343 −99.490343 0.000000 半顶角(°) 21.768636 21.768636 0.000000 形状误差 0.106292 0.106292 0.000000 圆锥标准偏差 0.019359 0.019363 −0.000004
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