JJF(桂)-便携式面结构光扫描三维测量系统

JJF（桂）XX—XXXX广西壮族自治区地方计量技术规范JJF（桂）XX—XXXX便携式面结构光扫描三维测量系统校准规范CalibrationSpecificationforPortableOptical3DMeasuringSystemsBasedonStructuredLightScanning(征求意见稿)XXXX—XX—XX发布XXXX—XX—XX实施广西壮族自治区市场监督管理局发布JJF（桂）XXXX-XXXXJJF（桂）XX-20XX便携式面结构光扫描三维测量系统JJF(桂)XX-2024108-2022校准规范JJF(桂)XX-2024108-2022CalibrationSpecificationforPortableOptical3DMeasuringSystemsBasedonStructuredLightScanning归口单位：广西壮族自治区市场监督管理局起草单位：桂林市计量测试研究所桂林量具刃具有限责任公司本规范委托桂林市计量测试研究所负责解释Ⅰ本规范主要起草人：XXXXX（）XXXXX（）XXXXX（）XXXXX（）参加起草人：XXXXX（）XXXXX（）目录引言 01范围 12引用文件 13术语 13.1点云数据 13.2平板 13.4结构光 13.5尺寸探测误差 13.6平板高度测量示值差 14概述 25计量特性 25.1端面探测误差(） 25.2高度差测量误差() 25.3平面形状探测误差 26校准条件 36.1环境条件 36.2校准用软件 37校准项目和校准方法 37.1校准项目 37.2外观检查 47.3校准方法 48校准结果表达 59复校时间间隔 6附录A 7附录B 11JJF（桂）XX-20XX引言本规范依据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001-2011《通用计量术语及定义》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》编写。本规范参照JJF116-2016《三维轮廓光学扫描测量仪校准规范》JJF1951-2021《基于结构光扫描的光学三维测量系统校准规范》VDI/VDE2634.2-2012《光学三维测量系统：第2部分：基于区域扫描的光学系统》VDI/VDE2634.3-2008《光学三维测量系统：第3部分：基于区域扫描的多视角系统》等计量性能的规定。其中，端面尺寸探测误差、平面形状探测误差等计量特性及校准方法与上述标准一致。本规范为首次发布。便携式面结构光扫描三维测量系统校准规范1范围本规范适用于便携式面结构光扫描三维测量系统（以下简称“测量系统”）的校准。2引用文件本规范引用了下列文件：JJF116-2016《三维轮廓光学扫描测量仪校准规范》JJF1951-2021《基于结构光扫描的光学三维测量系统校准规范》VDI/VDE2634.2-2012《光学三维测量系统：第2部分：基于区域扫描的光学系统》VDI/VDE2634.3-2008《光学三维测量系统：第3部分：基于区域扫描的多视角系统》凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于该规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语3.1点云数据测量获得的物体表面特征信息，且无序的空间坐标点集合。3.2平板由一系列尺寸不等的标准平板及固定底板组成的标准量具。3.3量块一系列尺寸不等的无刻度的标准端面量具。3.4结构光指一系列预先编码的由光学投影设备投射具有特定图案的投影光束。3.5尺寸探测误差通过点云数据拟合获得的尺寸与参考值之差。3.6平板高度测量示值差通过点云数据拟合获得的平板之间的高度差值与参考值之差。注：平板平面度不低于0.002mm；量块标称长度建议采用，1等量块。4概述测量系统是一种非接触测量设备，通过向被测物体表面投射结构光，并通过采集经被测物体表面特征调制后的结构光变形条纹获得相关信息。面结构光测量系统主要由数字投影装置、相机、标定板和测量软件等组成。典型的结构光测量系统组成如图1所示。便携式面结构光测量系统通常在测量时会改变结构光测量系统与被测物体的相对位置以获得多个位姿下多个视角的点云数据，随后将点云变换到统一的坐标系下进行数据处理。便携式面结构光测量系统可通过手持移动获得点云数据，也可搭载机械臂等实现点云数据的获取。图1基于面结构光的三维扫描测量系统基本组成示意图5计量特性5.1端面探测误差(）采用标准平板或量块作为标准器具，拟合平板端面尺寸与标准尺寸之间的差值。平板端面尺寸推荐使用。5.2高度差测量误差()采用多块平板或量块组合作为标准器具，拟合平板距离与参考距离之间的差值。最小高度差不小于。5.3平面形状探测误差采用标准平板作为标准器具，扫描测量量块的工作面轮廓，拟合标准平板的平面度参数。工作面尺寸不小于。注：——单视角结构光测量系统测量范围立方体的空间对角线长度，由制造商给出。6校准条件6.1环境条件便携式面结构光测量系统校准的环境条件应满足以下要求：——环境温度：（20±5）℃；——相对湿度：不大于75%；——供电电源：频率（50±0.5）Hz，正弦波，波形失真度不大于5%；——校准过程中环境的振动、光照变化、电磁干扰等应在不确定度中考虑。测量过程中不应有影响测量的其他环境因素。——校准中如更换投影仪镜头、测量范围等，应先对测量系统内部控制参数进行调整确认，确保计量特性可校准。6.2校准用软件6.2.1校准过程中应使用设备的配套数据采集与处理软件。6.2.2校准过程中，仪器设备应设定曝光强度、测量角度、拟合算法等。注：1需要进行曝光强度设定时，应当按照说明书进行。如制造商未规定这些参数，则可忽略不计。2点云数据量大时，可进行点云稀疏。6.2.3校准用设备校准用设备应经过计量技术机构检定或校准，满足校准使用要求，并在有效期内。校准用设备应选择由陶瓷、钢、铝或其他具有漫反射的适当材料制成。平板：平板最大尺寸选用仪器测量范围能够覆盖的最大尺寸范围值。7校准项目和校准方法7.1校准项目便携式面结构光三维测量系统校准项目及对应校准方法条款见表1。表1便携式面结构光三维测量系统校准项目一览表序号校准项目校准方法条款1端面探测误差7.3.12组合高度差测量误差7.3.23平板形状探测误差7.3.37.2外观检查7.2.1测量系统表面镀层或涂层应色泽均匀，不应有显见的露底、起层、起皱、擦伤或划痕等缺陷。7.2.2测量系统所有标记应清晰并易于操作。7.2.3测量系统应有铭牌或产品标识，应有型号、出厂编号、制造厂商等信息。7.3校准方法7.3.1端面探测误差()将平板或量块放置在检测平台上后，测量系统从不同的方向扫描获取标准平板的表面信息，使得其表面轮廓尽可能的被完全测量到。端面探测误差实际上为测量标准平板上拟合的各个端面到端面的最大值与最小之差：（1）式中：——端面探测误差，mm；——由软件拟合计算的端面到端面的距离最大值，mm；——由软件拟合计算的端面到端面的距离最小值，mm。7.3.2高度差测量误差高度差测量误差按照多个平板或量块组合进行测量。图2平板高度差测量示意图多个平板组合测量平板高度差如图2所示。实际测量为多个平板或量块组合测量高度差，按公式（2）计算：（2）式中：——高度差测量误差，mm；——各个平板最大测量高度值，mm；——各个平板最小测量高度值，mm。7.3.3平板形状探测误差（）测量得到标准平板工作面的点云数据，计算最佳拟合平面。对所有点云数据，计算每个点到拟合平面的距离，平板形状探测误差是测量值与被测平板标准值之差：(3)取所有测量点中绝对值最大者，作为平板形状探测误差的测量结果：(4)式中：——第个点到拟合平面的距离，mm。8校准结果表达校准结束后应出具校准证书，校准证书应准确、客观的反应校准结果。校准证书应至少包括如下信息：标题，如“校准证书”；实验室名称和地址；进行校准的地点；证书的唯一性标识，每页及总页数的标识；客户的名称和地址；被校对象的描述和明确标识；进行校准的日期；校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明校准环境的描述；校准结果及其测量不确定度的说明；对校准规范的偏离的说明；校准证书签发人的签名或等效标识；校准结果仅是对被校对象有效的声明；未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。9复校时间间隔测量系统建议复校时间间隔不超过1年，由于复校准时间间隔是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素决定的，客户可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。附录A平板端面探测不确定度评定示例A.1测量方法选用测量系统，其测量空间范围为500mm×300mm×200mm，平板端面探测最大允许误差±0.001mm。选用尺寸为100mm×100mm×10mm、平面度为0.0020mm，和100mm×80mm×10mm、平面度为0.0025mm的标准平板。在整个测量范围内，按照7.2的规定，采用平板端面探测误差、平板高度差测量误差和平板形状探测误差的方式进行测量。A.2测量模型由测量原理和方法，得到测量模型：(A.1)(A.2)(A.3)式中：——第次由软件拟合计算的端面到端面的距离最大值，mm；——第次由软件拟合计算的端面到端面的距离最小值，mm；——第次由软件计算各个平板最大测量高度值，mm；——第次由软件计算各个平板最小测量高度值，mm；——第个点平板探测误差的测量值，mm；——平板形状探测的参考值，mm。A.3标准不确定度计算由式(A.1)、(A.2)和(A.3)可得：(A.4)由于各分量彼此独立，根据不确定度传播率：(A.5)表A.1中列出了标准平板端面探测误差为0.004的10次测量结果，测量结果的实验标准差为不确定度分量：㎜表A.110次平板端面测量结果测量次数测得值（mm）10.004020.003930.004140.004050.004260.003870.003980.004090.0041100.0040实验标准差（mm）0.0001不确定度分量㎜表A.2中列出了标准平板高度差为10的10次测量结果，测量结果的实验标准差为不确定度分量：㎜表A.210次平板高度差测量结果测量次数测得值（mm）110.001210.002310.000410.00059.998610.000710.00289.999910.0011010.001实验标准差（mm）0.0009不确定度分量㎜表A.3中列出了标准平面度为0.002的10次测量结果，测量结果的实验标准差为不确定度分量㎜表A.310次平面度测试结果测量次数测得值（mm）10.00320.002830.003240.003050.003160.002270.002080.002890.0033100.0030实验标准差（mm）0.0004不确定度分量㎜A.4合成标准不确定度标准平板校准结果的测量不确定度的来源及数值汇总于表A.4中。表A.4标准平板不确定度的来源及数值汇总序号不确定度来源符号标准不确定度分量/μm1平板端面探测误差0.12平板高度差测量误差0.93平板形状探测误差0.4由于表A.4中各分量相互独立，故合成标准不确定度为：μm附录B校准证书内页格式委托单位：证书编号：委托单位地址：校准依