《三维激光扫描仪 核心精度计量校准规范》

1三维激光扫描仪核心精度计量校准规范本文件规定了三维激光扫描仪核心精度的计量校准术语和定义、计量特性、校准条件、校准项目、校准方法、校准结果表达以及复校时间间隔。本文件适用于测量距离0.5m～1000m的地面架站式、手持式三维激光扫描仪的校准。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JJF1059.1测量不确定度评定与表示3术语和定义请选择适当的引导语3.1三维激光扫描仪3Dlaserscanner通过发射并接收激光束，获取目标表面三维坐标信息，生成点云数据的非接触式测量设备，按工作模式可分为架站式、手持式、移动式三类3.2点云pointcloud三维激光扫描仪采集的、具有空间坐标（X,Y,Z）及可能包含反射强度、颜色等附加信息的离散点集合。3.3测距误差rangingerror扫描仪测量的距离值与标准器溯源值之间的差值，分为单次测距误差和多次平均测距误差。3.4测角误差anglemeasurementerror扫描仪测量的水平角、垂直角值与标准角度值之间的差值，包含水平角测量误差和垂直角测量误差。3.5空间长度测量误差spatiallengthmeasurementerror扫描仪测量的两个空间点之间的距离与标准长度值之间的差值，反映扫描空间内的综合精度。3.6点云拼接误差pointcloudregistrationerror多站扫描或多视角扫描得到的点云数据，经配准后重叠区域的点对偏差值。4计量特性4.1单点精度最高单点测量误差不超过±0.02mm。4.2体积精度2常规测量模式下体积精度不劣于0.015mm＋0.035mm/m；配合摄影测量系统时，大尺寸测量体积精度不劣于0.02mm＋0.02mm/m。4.3球形状探测误差标准球直径测量误差不超过±0.02mm，球形状误差不大于0.015mm。4.4球心距测量示值误差对于长度100mm～1000mm的标准球棒，测量示值误差不超过±(0.01mm＋1×10-5L)，其中L为球心距标称长度（单位：mm）。4.5测量重复性对同一标准球心距连续10次测量的极差不大于0.01mm。5校准条件5.1环境条件校准环境应满足以下要求：a)环境温度：(20±2)℃,温度变化率不超过1℃/h；b)相对湿度：40%～60%，无凝露；c)振动：振动加速度不超过0.05g，无明显冲击；d)光照：避免阳光直射，环境照度不超过2000lux，无频闪光源；e)校准区域内无强电磁干扰，无腐蚀性气体。5.2校准用标准器及辅助设备5.2.1校准所用标准器应经法定计量机构校准合格，并在有效期内，具体包括：5.2.2标准陶瓷球：直径50mm～100mm，球度误差不应大于0.002mm，表面哑光处理，反射率10%~30%；5.2.3标准球棒：长度覆盖100mm、300mm、500mm、1000mm、2000mm，球心距扩展不确定度不应大于0.003mm（k=2），碳纤维杆体热膨胀系数不应大于1×10-6/℃;5.2.4标准平面：尺寸不小于600mm×600mm，平面度误差不应大于0.005mm；5.2.5高精度坐标测量机：作为量值溯源基准，测量精度优于0.001mm＋1×10-6L；5.2.6辅助设备：稳定的工装夹具、温湿度监测仪、振动监测仪。5.3被校准设备要求被校准三维激光扫描仪应处于正常工作状态，配套软件版本为正式发布版本，设备光学部件表面无划痕、无污渍，电池电量充足。6校准项目和校准方法6.1校准准备校准前将被校准设备、标准器放置于校准环境中恒温至少4h，记录校准环境的温度、湿度、振动等参数。按照设备操作手册完成设备预热、标定，确保设备处于最佳工作状态。6.2单点精度校准6.2.1将直径50mm的标准陶瓷球固定于校准工装，放置在扫描仪标称最佳工作距离处。6.2.2从正面对标准球进行扫描，获取完整的球面点云数据，扫描过程中保持设备与标准球的相对位置稳定。6.2.3对点云进行去噪、预处理后，采用最小二乘法拟合球面，计算所有点到拟合球面的距离偏差。6.2.4取最大偏差绝对值作为单点精度测量结果，重复测量3次，取平均值作为最终结果，应符合4.1的要求。36.3球形状探测误差校准6.3.1.1对于单视角固定式扫描仪，将标准球在测量空间内均匀布置10个不同位置，每个位置分别扫描获取球面点云。6.3.1.2对于手持式或多视角扫描仪，将标准球放置于测量空间内3个典型位置（近距、中距、远距每个位置从不少于5个不同方向扫描，获取完整球面点云。6.3.1.3对每个位置的点云进行球面拟合，计算拟合球面与标准球标称直径的偏差，以及球面形状误6.3.1.4取所有位置中最大的直径偏差和球形状误差作为测量结果，应符合4.3的要求。6.4球心距测量示值误差校准6.4.1选择长度分别为100mm、500mm、1000mm的标准球棒，分别布置于测量空间内7个不同位置，覆盖测量体积的边缘区域和中心区域。6.4.2对每个位置的球棒进行扫描，获取两个标准球的完整点云，采用定半径拟合法计算两个球的球心坐标，得到球心距测量值。6.4.3按照公式(1)计算每个位置的示值误差：Ed=Dm−Ds···················································(1)式中：Ed——球心距测量示值误差，单位为毫米（mm）；Dm——球心距测量值，单位为毫米（mm）；Ds——标准球棒的球心距标准值，单位为毫米（mm）。6.4.4取所有测量位置中最大的示值误差绝对值作为测量结果，应符合4.4的要求。6.5体积精度验证6.5.1对于最大测量范围超过2m的扫描仪，采用2000mm标准球棒配合摄影测量系统进行验证，在测量空间内至少布置9个不同位置，覆盖X、Y、Z三个轴向的最大范围。6.5.2按照6.4的方法测量每个位置的球心距示值误差，按照公式(2)计算体积精度：MPEV=a+b×L·················································(1)式中：MPEV——最大允许体积误差，单位为毫米（mm）；a——固定误差项，单位为毫米（mm）；b——比例误差系数，单位为毫米每米（mm/m）；L——测量距离，单位为米（m）。6.5.3所有测量结果均应满足4.2的要求。6.6测量重复性校准6.6.1选取500mm标准球棒固定于测量空间中心位置，保持扫描参数不变。6.6.2连续扫描测量10次，记录每次的球心距测量值。6.6.3按照公式(3)计算测量重复性：式中：R——测量极差，单位为毫米（mm）；Dmax——10次测量的最大值，单位为毫米（mm）；Dmin——10次测量的最小值，单位为毫米（mm）。6.6.4测量结果应符合4.5的要求。7校准结果处理7.1数据处理4所有测量数据应按照设备配套软件的默认算法进行处理，保留不少于3位有效数字。测量不确定度评定应符合JJF1059.1的要求，校准结果的扩展不确定度应不大于被校准设备最大允许误差的1/3。7.2校准报告校准完成后应出具校准报告，报告至少包含下列内容：a)校准机构名称、地址；b)被校准设备的名称、型号、编号、生产单位；c)校准依据文件编号、名称；d)