便携式面结构光扫描三维测量系统校准规范.doc

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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，其必威体育精装版版本（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

2

组合高度差测量误差

3

平板形状探测误差

7.2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