融合坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法（征求意見稿）

1T/CSOE0010—2025融合坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法本標(biāo)準(zhǔn)給出了形狀尺寸探測(cè)誤差校準(zhǔn)法、長(zhǎng)度示值誤差校準(zhǔn)法、聯(lián)合測(cè)量誤差校準(zhǔn)法校準(zhǔn)融合坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)原理、校準(zhǔn)裝置、校準(zhǔn)條件和校準(zhǔn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了融合坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果和復(fù)校時(shí)間間隔要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于融合坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的校準(zhǔn)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(duì)應(yīng)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(jì)量術(shù)語及定義JJF1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示JJF1064-2024坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范JJF1071-2010國(guó)家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則JJF1951-2021基于結(jié)構(gòu)光掃描的光學(xué)三維測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)structuredlight3Dmeasurementsystem結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)是一種通過投射結(jié)構(gòu)光圖案至物體表面，并利用相機(jī)捕獲物體表面的結(jié)構(gòu)光圖像，結(jié)合三角測(cè)量原理計(jì)算物體表面三維坐標(biāo)的測(cè)量設(shè)備。3.2融合坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)structuredlight3Dmeasurementsystemintegratingcoordinatemeasuringmachine由結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)組成。通過將結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)安裝在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量座末端，由坐標(biāo)測(cè)量機(jī)帶動(dòng)至不同視點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)對(duì)象表面點(diǎn)云的完整測(cè)量。簡(jiǎn)稱融合測(cè)量系統(tǒng)。3.3聯(lián)合測(cè)量誤差Jointmeasurementerror使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸式測(cè)量系統(tǒng)和融合測(cè)量系統(tǒng)，分別對(duì)被測(cè)對(duì)象表面測(cè)量得到相應(yīng)的三維坐標(biāo)，比對(duì)二者之間的坐標(biāo)偏差。4形狀尺寸探測(cè)誤差校準(zhǔn)法4.1校準(zhǔn)原理將檢測(cè)球安裝在融合測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量空間內(nèi)的任意位置；使用融合測(cè)量系統(tǒng)在多個(gè)視場(chǎng)對(duì)檢測(cè)球進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量視點(diǎn)的分布位置應(yīng)由用戶規(guī)定，如果用戶沒有規(guī)定，建議下列測(cè)量視點(diǎn)（有效測(cè)量視場(chǎng)的中心位置）分布（見圖1）：—在檢測(cè)球的極點(diǎn)（結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)方向所定義）一視點(diǎn)；—極點(diǎn)下45°八視點(diǎn)（均勻分布）；—極點(diǎn)下90°（即在赤道上）八視點(diǎn)（均勻分布）。T/CSOE0010—20252將結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)獲取的單視場(chǎng)點(diǎn)云拼接至融合測(cè)量系統(tǒng)全局坐標(biāo)系，拼接后的測(cè)量點(diǎn)云應(yīng)覆蓋檢測(cè)球至少半個(gè)球以上。圖1測(cè)量系統(tǒng)的推薦視場(chǎng)對(duì)檢測(cè)球表面測(cè)量點(diǎn)云進(jìn)行球面擬合，計(jì)算擬合球心和半徑r，計(jì)算點(diǎn)云中所有點(diǎn)到擬合球心的距離ri。形狀探測(cè)誤差PF：尺寸探測(cè)誤差PS：P式中：0——檢測(cè)球半徑參考值。4.2校準(zhǔn)裝置檢測(cè)球：用于校準(zhǔn)探測(cè)誤差及聯(lián)合測(cè)量誤差。其直徑和形狀均已按計(jì)量技術(shù)規(guī)范校準(zhǔn)，作為校準(zhǔn)參考值。材質(zhì)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(zhǔn)條件4.3.1環(huán)境條件校準(zhǔn)結(jié)果的溫度參考值為20℃,環(huán)境溫度對(duì)20℃的偏離及其變化會(huì)引入不確定度分量，應(yīng)在校準(zhǔn)結(jié)果中的不確定度評(píng)定中考慮。環(huán)境條件的允許極限由用戶規(guī)定，校準(zhǔn)時(shí)的環(huán)境條件應(yīng)控制在允許極限內(nèi)。4.3.2校準(zhǔn)用軟件校準(zhǔn)用軟件應(yīng)符合下列規(guī)定：a)校準(zhǔn)過程中應(yīng)使用設(shè)備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。b)設(shè)定圖像采集處理的點(diǎn)間距、快門時(shí)間、稀疏點(diǎn)云參數(shù)、剔除率、擬合算法等1)需要稀疏點(diǎn)云時(shí)，應(yīng)按照使用說明書進(jìn)行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點(diǎn)2)剔除率設(shè)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(zhǔn)方法4.4.1校準(zhǔn)準(zhǔn)備應(yīng)采用制造商的操作說明書中規(guī)定的步驟對(duì)融合測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行必要的準(zhǔn)備，包括：a)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量座與結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)的配置和組裝；b)融合測(cè)量系統(tǒng)啟動(dòng)/預(yù)熱周期；c)標(biāo)準(zhǔn)器的清潔程序；d)融合測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定程序。4.4.2校準(zhǔn)步驟形狀探測(cè)誤差及尺寸探測(cè)誤差校準(zhǔn)應(yīng)按下列步驟完成：a)融合測(cè)量系統(tǒng)的啟動(dòng)/預(yù)熱；b)按圖1所示安裝檢測(cè)球的位置；c)在每個(gè)位置，使用融合測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量檢測(cè)球；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計(jì)算檢測(cè)球的形狀尺寸誤差。4.5測(cè)量不確定度按要求進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),形狀尺寸探測(cè)誤差校準(zhǔn)法的測(cè)量不確定度優(yōu)于被測(cè)儀器形狀尺寸探測(cè)誤差的5長(zhǎng)度示值誤差校準(zhǔn)法5.1校準(zhǔn)原理在允許的極限內(nèi)，選擇球列的7個(gè)方向和位置，建議按照表1和圖2所示的7個(gè)方向擺放。表1測(cè)量空間的不同方向1234567圖2球列的推薦位置示意圖對(duì)所有7個(gè)不同的位置和方向重復(fù)下列步驟：在每個(gè)不同的方向或位置，使用融合測(cè)量系統(tǒng)對(duì)球列進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)云應(yīng)覆蓋球列上所有檢測(cè)球，且每個(gè)檢測(cè)球的測(cè)量點(diǎn)云覆蓋至少半個(gè)球以上，重復(fù)3次。T/CSOE0010—20254在測(cè)量點(diǎn)云上定半徑擬合每個(gè)檢測(cè)球的球心坐標(biāo)，并計(jì)算對(duì)應(yīng)的球心距Lij，計(jì)算與球心距參考值L0j之差，作為示值誤差SDij。長(zhǎng)度示值誤差SD：SD=max=maxLij-L0j式中：i——測(cè)量位置或方向的序號(hào)，i=1,2,...,7；j——球列上球心距的序號(hào)，j=1,2,3...。5.2校準(zhǔn)裝置球列：用于校準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)球心距測(cè)量示值誤差。球心距不少于5個(gè)，最小長(zhǎng)度為30mm，最大長(zhǎng)度不小于測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量空間對(duì)角線的66%，其他長(zhǎng)度應(yīng)使測(cè)量長(zhǎng)度間隔基本均勻。球心距按計(jì)量技術(shù)規(guī)范校準(zhǔn)，作為校準(zhǔn)參考值。當(dāng)最大長(zhǎng)度無法達(dá)到測(cè)量空間對(duì)角線的66%時(shí)，應(yīng)增加球列測(cè)量位置/方向。5.3校準(zhǔn)條件5.3.1環(huán)境條件校準(zhǔn)結(jié)果的溫度參考值為20℃,環(huán)境溫度對(duì)20℃的偏離及其變化會(huì)引入不確定度分量，應(yīng)在校準(zhǔn)結(jié)果中的不確定度評(píng)定中考慮。環(huán)境條件的允許極限由用戶規(guī)定，校準(zhǔn)時(shí)的環(huán)境條件應(yīng)控制在允許極限內(nèi)。5.3.2校準(zhǔn)用軟件校準(zhǔn)用軟件應(yīng)符合下列規(guī)定：a)校準(zhǔn)過程中應(yīng)使用設(shè)備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。b)設(shè)定圖像采集處理的點(diǎn)間距、快門時(shí)間、稀疏點(diǎn)云參數(shù)、剔除率、擬合算法等1)需要稀疏點(diǎn)云時(shí)，應(yīng)按照使用說明書進(jìn)行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點(diǎn)2)剔除率設(shè)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(zhǔn)方法5.4.1校準(zhǔn)準(zhǔn)備應(yīng)采用制造商的操作說明書中規(guī)定的步驟對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行必要的準(zhǔn)備，包括：e)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量座與結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)的配置和組裝；f)融合測(cè)量系統(tǒng)啟動(dòng)/預(yù)熱周期；g)標(biāo)準(zhǔn)器的清潔程序；h)融合測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定程序。5.4.2校準(zhǔn)步驟長(zhǎng)度示值誤差校準(zhǔn)應(yīng)按下列步驟完成：a)結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的啟動(dòng)/預(yù)熱；b)如圖2所示任意選擇球列的7個(gè)方向和位置；c)使用融合測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)3次測(cè)量球列；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計(jì)算球列的長(zhǎng)度示值誤差。5.5測(cè)量不確定度按要求進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),長(zhǎng)度示值誤差校準(zhǔn)法的測(cè)量不確定度優(yōu)于被測(cè)儀器球心距測(cè)量示值誤差的1/3。結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)融合測(cè)量校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定示例見附錄A。T/CSOE0010—202556聯(lián)合測(cè)量誤差校準(zhǔn)法6.1校準(zhǔn)原理在允許的極限內(nèi)，選擇檢測(cè)球的5個(gè)位置，其位置應(yīng)至少覆蓋測(cè)量空間水平方向上的80%，建議按圖4布置檢測(cè)球的位置；圖3檢測(cè)球的推薦位置示意圖在每個(gè)不同的方向和位置，使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)檢測(cè)球進(jìn)行測(cè)量；對(duì)所有27個(gè)不同的位置和方向重復(fù)下列步驟：在每個(gè)不同的方向或位置，使用融合測(cè)量系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)球進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)云應(yīng)覆蓋檢測(cè)球至少半個(gè)球以上，重復(fù)3次。對(duì)測(cè)量點(diǎn)云定半徑擬合檢測(cè)球的球心坐標(biāo)Oi，計(jì)算與球心坐標(biāo)參考值Oi0之差，聯(lián)合測(cè)量誤差E：E=max式中：i——測(cè)量位置或方向的序號(hào)，i=1,2,...,5；Oi0——坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)檢測(cè)球球心坐標(biāo)的測(cè)量值，即球心坐標(biāo)參考值。6.2校準(zhǔn)裝置檢測(cè)球：用于校準(zhǔn)探測(cè)誤差及聯(lián)合測(cè)量誤差。其直徑和形狀均已按計(jì)量技術(shù)規(guī)范校準(zhǔn)，作為校準(zhǔn)參考值。材質(zhì)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(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)球心距測(cè)量示值誤差。球心距不少于5個(gè)，最小長(zhǎng)度為30mm，最大長(zhǎng)度不小于測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量空間對(duì)角線的66%，其他長(zhǎng)度應(yīng)使測(cè)量長(zhǎng)度間隔基本均勻。球心距按計(jì)量技術(shù)規(guī)范校準(zhǔn)，作為校準(zhǔn)參考值。當(dāng)最大長(zhǎng)度無法達(dá)到測(cè)量空間對(duì)角線的66%時(shí)，應(yīng)增加球列測(cè)量位置/方向。6.3校準(zhǔn)條件6.3.1環(huán)境條件校準(zhǔn)結(jié)果的溫度參考值為20℃,環(huán)境溫度對(duì)20℃的偏離及其變化會(huì)引入不確定度分量，應(yīng)在校準(zhǔn)結(jié)果中的不確定度評(píng)定中考慮。環(huán)境條件的允許極限由用戶規(guī)定，校準(zhǔn)時(shí)的環(huán)境條件應(yīng)控制在允許極限內(nèi)。6.3.2校準(zhǔn)用軟件校準(zhǔn)用軟件應(yīng)符合下列規(guī)定：校準(zhǔn)過程中應(yīng)使用設(shè)備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。T/CSOE0010—20256設(shè)定圖像采集處理的點(diǎn)間距、快門時(shí)間、稀疏點(diǎn)云參數(shù)、剔除率、擬合算法等1)需要稀疏點(diǎn)云時(shí)，應(yīng)按照使用說明書進(jìn)行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點(diǎn)2)剔除率設(shè)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(zhǔn)方法6.4.1校準(zhǔn)準(zhǔn)備應(yīng)采用制造商的操作說明書中規(guī)定的步驟對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行必要的準(zhǔn)備，包括：a)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量座與結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)的配置和組裝；b)融合測(cè)量系統(tǒng)啟動(dòng)/預(yù)熱周期；c)標(biāo)準(zhǔn)器的清潔程序；d)融合測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定程序。6.4.2校準(zhǔn)步驟聯(lián)合測(cè)量誤差校準(zhǔn)應(yīng)按下列步驟完成：a)結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的啟動(dòng)/預(yù)熱；b)如圖3所示任意選擇5個(gè)不同的位置拜訪檢測(cè)球；c)使用融合測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)3次測(cè)量檢測(cè)球；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計(jì)算融合測(cè)量誤差。6.5測(cè)量不確定度按要求進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),聯(lián)合測(cè)量誤差校準(zhǔn)法的測(cè)量不確定度優(yōu)于被測(cè)儀器聯(lián)合測(cè)量誤差的1/3。7校準(zhǔn)結(jié)果經(jīng)校準(zhǔn)的融合測(cè)量系統(tǒng)出具校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)證書應(yīng)符合JJF1071的要求。校準(zhǔn)結(jié)果至少應(yīng)包含下列a)校準(zhǔn)條件；b)被校準(zhǔn)的計(jì)量特性和測(cè)得值；c)測(cè)得值的不確定度；d)注明點(diǎn)間距、快門時(shí)間、稀疏點(diǎn)云參數(shù)、刪除點(diǎn)的比例、擬合算法、使用軟件的生產(chǎn)商和版本號(hào)等必要信息；不確定度評(píng)定以附錄A示例為參考。8復(fù)校時(shí)間間隔融合測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)定期進(jìn)行校準(zhǔn)。使用者根據(jù)實(shí)際使用情況決定復(fù)校時(shí)間間隔。建議復(fù)校間隔一般不超過1年。T/CSOE0010—20257（資料性）不確定度評(píng)定示例測(cè)量模型：SD=max=maxLij-L0j式中：Li：融合測(cè)量系統(tǒng)第i次測(cè)量得到的球列上第j組球心距的測(cè)量值；L0j：第j組球心距的校準(zhǔn)值，mm。不確定度來源分析：1)融合測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性（A類評(píng)定）通過10次重復(fù)測(cè)量固定目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算單點(diǎn)坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)偏差（表征系統(tǒng)隨機(jī)誤差）最大值urep（取