融合坐標測量機的結構光三維測量系統(tǒng)校準方法（征求意見稿）

1T/CSOE0010—2025融合坐標測量機的結構光三維測量系統(tǒng)校準方法本標準給出了形狀尺寸探測誤差校準法、長度示值誤差校準法、聯(lián)合測量誤差校準法校準融合坐標測量機的結構光三維測量系統(tǒng)的校準原理、校準裝置、校準條件和校準方法。本標準規(guī)定了融合坐標測量機的結構光三維測量系統(tǒng)的校準結果和復校時間間隔要求。本標準適用于融合坐標測量機的結構光三維測量系統(tǒng)測量精度的校準。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。JJF1001-2011通用計量術語及定義JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示JJF1064-2024坐標測量機校準規(guī)范JJF1071-2010國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則JJF1951-2021基于結構光掃描的光學三維測量系統(tǒng)校準規(guī)范3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1結構光三維測量系統(tǒng)structuredlight3Dmeasurementsystem結構光三維測量系統(tǒng)是一種通過投射結構光圖案至物體表面，并利用相機捕獲物體表面的結構光圖像，結合三角測量原理計算物體表面三維坐標的測量設備。3.2融合坐標測量機的結構光三維測量系統(tǒng)structuredlight3Dmeasurementsystemintegratingcoordinatemeasuringmachine由結構光三維測量系統(tǒng)和坐標測量機組成。通過將結構光三維測量系統(tǒng)安裝在坐標測量機測量座末端，由坐標測量機帶動至不同視點，實現(xiàn)被測對象表面點云的完整測量。簡稱融合測量系統(tǒng)。3.3聯(lián)合測量誤差Jointmeasurementerror使用坐標測量機接觸式測量系統(tǒng)和融合測量系統(tǒng)，分別對被測對象表面測量得到相應的三維坐標，比對二者之間的坐標偏差。4形狀尺寸探測誤差校準法4.1校準原理將檢測球安裝在融合測量系統(tǒng)測量空間內的任意位置；使用融合測量系統(tǒng)在多個視場對檢測球進行測量，測量視點的分布位置應由用戶規(guī)定，如果用戶沒有規(guī)定，建議下列測量視點（有效測量視場的中心位置）分布（見圖1）：—在檢測球的極點（結構光三維測量系統(tǒng)方向所定義）一視點；—極點下45°八視點（均勻分布）；—極點下90°（即在赤道上）八視點（均勻分布）。T/CSOE0010—20252將結構光三維測量系統(tǒng)獲取的單視場點云拼接至融合測量系統(tǒng)全局坐標系，拼接后的測量點云應覆蓋檢測球至少半個球以上。圖1測量系統(tǒng)的推薦視場對檢測球表面測量點云進行球面擬合，計算擬合球心和半徑r，計算點云中所有點到擬合球心的距離ri。形狀探測誤差PF：尺寸探測誤差PS：P式中：0——檢測球半徑參考值。4.2校準裝置檢測球：用于校準探測誤差及聯(lián)合測量誤差。其直徑和形狀均已按計量技術規(guī)范校準，作為校準參考值。材質包括亮光不銹鋼球、啞光不銹鋼球或啞光陶瓷球等。4.3校準條件4.3.1環(huán)境條件校準結果的溫度參考值為20℃,環(huán)境溫度對20℃的偏離及其變化會引入不確定度分量，應在校準結果中的不確定度評定中考慮。環(huán)境條件的允許極限由用戶規(guī)定，校準時的環(huán)境條件應控制在允許極限內。4.3.2校準用軟件校準用軟件應符合下列規(guī)定：a)校準過程中應使用設備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。b)設定圖像采集處理的點間距、快門時間、稀疏點云參數(shù)、剔除率、擬合算法等1)需要稀疏點云時，應按照使用說明書進行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點2)剔除率設定為0.3%。3)除廠商明確規(guī)定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。T/CSOE0010—202534.4校準方法4.4.1校準準備應采用制造商的操作說明書中規(guī)定的步驟對融合測量系統(tǒng)進行必要的準備，包括：a)坐標測量機測量座與結構光三維測量系統(tǒng)的配置和組裝；b)融合測量系統(tǒng)啟動/預熱周期；c)標準器的清潔程序；d)融合測量系統(tǒng)的標定程序。4.4.2校準步驟形狀探測誤差及尺寸探測誤差校準應按下列步驟完成：a)融合測量系統(tǒng)的啟動/預熱；b)按圖1所示安裝檢測球的位置；c)在每個位置，使用融合測量系統(tǒng)測量檢測球；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計算檢測球的形狀尺寸誤差。4.5測量不確定度按要求進行校準時,形狀尺寸探測誤差校準法的測量不確定度優(yōu)于被測儀器形狀尺寸探測誤差的5長度示值誤差校準法5.1校準原理在允許的極限內，選擇球列的7個方向和位置，建議按照表1和圖2所示的7個方向擺放。表1測量空間的不同方向1234567圖2球列的推薦位置示意圖對所有7個不同的位置和方向重復下列步驟：在每個不同的方向或位置，使用融合測量系統(tǒng)對球列進行測量，測量點云應覆蓋球列上所有檢測球，且每個檢測球的測量點云覆蓋至少半個球以上，重復3次。T/CSOE0010—20254在測量點云上定半徑擬合每個檢測球的球心坐標，并計算對應的球心距Lij，計算與球心距參考值L0j之差，作為示值誤差SDij。長度示值誤差SD：SD=max=maxLij-L0j式中：i——測量位置或方向的序號，i=1,2,...,7；j——球列上球心距的序號，j=1,2,3...。5.2校準裝置球列：用于校準測量系統(tǒng)球心距測量示值誤差。球心距不少于5個，最小長度為30mm，最大長度不小于測量系統(tǒng)測量空間對角線的66%，其他長度應使測量長度間隔基本均勻。球心距按計量技術規(guī)范校準，作為校準參考值。當最大長度無法達到測量空間對角線的66%時，應增加球列測量位置/方向。5.3校準條件5.3.1環(huán)境條件校準結果的溫度參考值為20℃,環(huán)境溫度對20℃的偏離及其變化會引入不確定度分量，應在校準結果中的不確定度評定中考慮。環(huán)境條件的允許極限由用戶規(guī)定，校準時的環(huán)境條件應控制在允許極限內。5.3.2校準用軟件校準用軟件應符合下列規(guī)定：a)校準過程中應使用設備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。b)設定圖像采集處理的點間距、快門時間、稀疏點云參數(shù)、剔除率、擬合算法等1)需要稀疏點云時，應按照使用說明書進行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點2)剔除率設定為0.3%。3)除廠商明確規(guī)定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。5.4校準方法5.4.1校準準備應采用制造商的操作說明書中規(guī)定的步驟對坐標測量機進行必要的準備，包括：e)坐標測量機測量座與結構光三維測量系統(tǒng)的配置和組裝；f)融合測量系統(tǒng)啟動/預熱周期；g)標準器的清潔程序；h)融合測量系統(tǒng)的標定程序。5.4.2校準步驟長度示值誤差校準應按下列步驟完成：a)結構光三維測量系統(tǒng)和坐標測量機的啟動/預熱；b)如圖2所示任意選擇球列的7個方向和位置；c)使用融合測量系統(tǒng)重復3次測量球列；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計算球列的長度示值誤差。5.5測量不確定度按要求進行校準時,長度示值誤差校準法的測量不確定度優(yōu)于被測儀器球心距測量示值誤差的1/3。結構光三維測量系統(tǒng)與坐標測量機融合測量校準結果的測量不確定度評定示例見附錄A。T/CSOE0010—202556聯(lián)合測量誤差校準法6.1校準原理在允許的極限內，選擇檢測球的5個位置，其位置應至少覆蓋測量空間水平方向上的80%，建議按圖4布置檢測球的位置；圖3檢測球的推薦位置示意圖在每個不同的方向和位置，使用坐標測量機對檢測球進行測量；對所有27個不同的位置和方向重復下列步驟：在每個不同的方向或位置，使用融合測量系統(tǒng)對檢測球進行測量，測量點云應覆蓋檢測球至少半個球以上，重復3次。對測量點云定半徑擬合檢測球的球心坐標Oi，計算與球心坐標參考值Oi0之差，聯(lián)合測量誤差E：E=max式中：i——測量位置或方向的序號，i=1,2,...,5；Oi0——坐標測量機對檢測球球心坐標的測量值，即球心坐標參考值。6.2校準裝置檢測球：用于校準探測誤差及聯(lián)合測量誤差。其直徑和形狀均已按計量技術規(guī)范校準，作為校準參考值。材質包括亮光不銹鋼球、啞光不銹鋼球或啞光陶瓷球等。球列用于校準測量系統(tǒng)球心距測量示值誤差。球心距不少于5個，最小長度為30mm，最大長度不小于測量系統(tǒng)測量空間對角線的66%，其他長度應使測量長度間隔基本均勻。球心距按計量技術規(guī)范校準，作為校準參考值。當最大長度無法達到測量空間對角線的66%時，應增加球列測量位置/方向。6.3校準條件6.3.1環(huán)境條件校準結果的溫度參考值為20℃,環(huán)境溫度對20℃的偏離及其變化會引入不確定度分量，應在校準結果中的不確定度評定中考慮。環(huán)境條件的允許極限由用戶規(guī)定，校準時的環(huán)境條件應控制在允許極限內。6.3.2校準用軟件校準用軟件應符合下列規(guī)定：校準過程中應使用設備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。T/CSOE0010—20256設定圖像采集處理的點間距、快門時間、稀疏點云參數(shù)、剔除率、擬合算法等1)需要稀疏點云時，應按照使用說明書進行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點2)剔除率設定為0.3%。3)除廠商明確規(guī)定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。6.4校準方法6.4.1校準準備應采用制造商的操作說明書中規(guī)定的步驟對坐標測量機進行必要的準備，包括：a)坐標測量機測量座與結構光三維測量系統(tǒng)的配置和組裝；b)融合測量系統(tǒng)啟動/預熱周期；c)標準器的清潔程序；d)融合測量系統(tǒng)的標定程序。6.4.2校準步驟聯(lián)合測量誤差校準應按下列步驟完成：a)結構光三維測量系統(tǒng)和坐標測量機的啟動/預熱；b)如圖3所示任意選擇5個不同的位置拜訪檢測球；c)使用融合測量系統(tǒng)重復3次測量檢測球；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計算融合測量誤差。6.5測量不確定度按要求進行校準時,聯(lián)合測量誤差校準法的測量不確定度優(yōu)于被測儀器聯(lián)合測量誤差的1/3。7校準結果經校準的融合測量系統(tǒng)出具校準證書，校準證書應符合JJF1071的要求。校準結果至少應包含下列a)校準條件；b)被校準的計量特性和測得值；c)測得值的不確定度；d)注明點間距、快門時間、稀疏點云參數(shù)、刪除點的比例、擬合算法、使用軟件的生產商和版本號等必要信息；不確定度評定以附錄A示例為參考。8復校時間間隔融合測量系統(tǒng)應定期進行校準。使用者根據(jù)實際使用情況決定復校時間間隔。建議復校間隔一般不超過1年。T/CSOE0010—20257（資料性）不確定度評定示例測量模型：SD=max=maxLij-L0j式中：Li：融合測量系統(tǒng)第i次測量得到的球列上第j組球心距的測量值；L0j：第j組球心距的校準值，mm。不確定度來源分析：1)融合測量系統(tǒng)的重復性（A類評定）通過10次重復測量固定目標點，計算單點坐標的標準偏差（表征系統(tǒng)隨機誤差）最大值urep（取