產品幾何技術規(guī)范（GPS） 坐標測量系統(tǒng)（CMS）的驗收檢測和復檢檢測 第13部分：光學三維坐標測量系統(tǒng) 編制說明

產品幾何技術規(guī)范(GPS)坐標測量系統(tǒng)(CMS)的驗收檢測和復檢檢測第13部分：光學三維坐標測量系統(tǒng)（征求意見稿）一、工作簡況1、任務來源本標準是根據國家標準化管理委員會關于下達2023年第二批推薦性國家標準計劃及相關標準外文版計劃的通知（國標委發(fā)[2023]37號制定《產品幾何技術規(guī)范(GPS)坐標測量系統(tǒng)(CMS)的驗收檢測和復檢檢測第13部分：光學三維坐標測量系統(tǒng)》，計劃編號：20230790-T-469，由全國產品幾何技術規(guī)范標準化技術委員會（SAC/TC240以下簡稱標委會）提出并歸口。負責起草單位為中機生產力促進中心有限公司等，計劃應完成時間2024年。2、制定背景使用及維修、報廢等全生命周期，是制造業(yè)技術標準中最重要的標準體系之一。新一代GPS成為引領世界高端制造業(yè)前進方向的新型國際標準體系，是實現(xiàn)數(shù)字化設計、制造與檢驗技術的重要基礎。坐標測量系統(tǒng)（CMS）作為現(xiàn)代工業(yè)檢測、質量控制和制造技術中不可缺少的重要測量設備。其原理是通過測量空間任意的點、線、面及其相互位置，獲得被測量幾何型面上各測點的幾何坐標尺寸，再由這些點的坐標值經過數(shù)學運算求出被測零部件的幾何尺寸和形狀位置誤差。隨著科學技術的發(fā)展,各種零部件的設計、加工、裝配的精度和復雜度越來越高,尤其在智能制造裝備、航空航天裝備、軌道交通裝備、海洋工程裝備等精密高端裝備制造領域，對于包括精密零部件等在內的高端工業(yè)機械制造和高精尖工業(yè)產品的研發(fā)設計、生產制造、檢驗檢測等過程的需求也越發(fā)迫切，這就對測量與檢測技術提出了更高的要求。光學三維坐標測量系統(tǒng)可利用光學原理在不接觸物體的情況下對物體的三維信息進行快速、準確的收集，可實現(xiàn)無接觸、無損傷的智能化檢測，受被測物的幾何形貌特性對測量范圍的限制更小，可適應生產實踐中復雜的現(xiàn)場測量環(huán)境，具有便攜、高精度和自動化的特點，在保證測量精度的同時提升檢測速度，在技術路徑上彌補了三坐標測量設備、關節(jié)臂等傳統(tǒng)坐標測量機（CMM）在測量速度、測量便利性以及測量環(huán)境適應性等方面的不足，可以實現(xiàn)大尺寸復雜表面形貌物體高效高精度現(xiàn)場測量。國內光學三維坐標測量系統(tǒng)相關廠家近年來發(fā)展迅速，市場呈現(xiàn)持續(xù)快速增長趨勢，具有廣泛的使用場景。由于光學三維坐標測量系統(tǒng)具有應用場景多元化、系統(tǒng)參數(shù)復雜等特性，其驗收檢測和復檢檢測方法、合格判據是否統(tǒng)一將直接影響到光學三維坐標測量系統(tǒng)的性能評價。為了保證系統(tǒng)的測量準確性、性能穩(wěn)定性和評價一致性，需要對光學三維坐標系統(tǒng)的驗收檢測和復檢檢測進行標準化。同時，作為GPS標準體系中坐標測量機系列的重要組成部分，國際上已制定ISO10360-13:2021(E)《產品幾何技術規(guī)范（GPS）坐標測量系統(tǒng)（CMS）的驗收檢測和復檢檢測第13部分：光學三維坐標測量系統(tǒng)》。而國內光學三維坐標測量系統(tǒng)驗收檢測和復檢檢測標準尚缺失，隨著國內相關光學三維坐標測量系統(tǒng)市場不斷壯大，相應的檢測標準需求越加迫切，針對光學三維坐標測量系統(tǒng)的檢測標準也亟待建立。3、起草過程預研階段：作為ISO/TC213國內技術對口單位，中機生產力促進中心有限公司組織相關專家長期跟蹤ISO10360-13國際標準動態(tài)。2021年標準正式發(fā)布后，標委會秘書處組織專家對標準進行分析，完成了翻譯工作，形成標準翻譯稿。同時，深入高等院校和儀器生產企業(yè)，對標準的使用情況進行調研分析。技術委員會工作平臺組織委員進行立項投票，應投票87人，實際投票73人，全部為贊成票，占應投票人數(shù)83.9%，滿足要求，立項投票通過。2022年12月7日，正式上報國家標準化管理委員會。起草階段：2023年8月6日，標準計劃下達后，標委會于2023年8月21日通過發(fā)文的形式向全社會廣泛征集標準起草組成員。經過征集和初步遴選，標委會成立了《產品幾何技術規(guī)范(GPS)坐標測量系統(tǒng)(CMS)的驗收檢測和復檢檢測第13部分：光學三維坐標測量系統(tǒng)》標準起草工作組。開《產品幾何技術規(guī)范(GPS)坐標測量系統(tǒng)(CMS)的驗收檢測和復檢檢測第13部分：光學三維坐標測量系統(tǒng)》國家標準啟動會暨第一次標準討論會，上海大學、四川省產業(yè)計量測試研究院等18家單位的20名專家出席了會議。會上，標委會秘書處向與會專家介紹了標準的立項背景，并結合前期各單位申請加入標準起草組情況，介紹了標準起草工作組的暫定方案，標準制定原則和框架內容。會議重點圍繞國家標準草案進行了討論，形成了一系列意見建議（見附件1并對下一步工作進行了任務分工。會后，標準會議意見，對標準草案進行了修改和完善。2024年3月27日～29日，全國產品幾何技術規(guī)范標準化技術委員會在江西省上饒市召開第二次標準討論會，上海大學、四川省產業(yè)計量測試研究院等18家單位的27名專家出席了會議。會議重點圍繞本項國家標準草案進行了討論，形成了一系列意見建議（見附件2）。會議要求作組結合會議意見，盡快完善標準草案稿。化技術委員會在浙江省杭州市組織召開了第三次國家標準討論會，會上，標準起草工作組介紹了第二次標準討論會后，標準的修改情況。會議重點圍繞本項國家標準草案進行了討草工作組結合會議意見，對標準草案進行了修改和完善，于2024年6月30日完成了標準征求意見稿和編制說明，提交標委會秘書處。二、編制原則、主要內容及其確定依據本標準在結構編寫和內容編排等方面依據GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》進行編寫。在標準編制過程中，重點遵循以下原則：1）一致性原則本標準的編制原則是對編制過程中所涉及的相關國際、國內標準文件進行了分析研究，保持與已發(fā)布國家標準的一致性。2）科學性原則充分體現(xiàn)技術內容支撐，力求做到對原ISO標準技術內容理解、確認之后再進行翻譯轉化，以保證技術內容的科學性和準確性。3）可操作性原則結合我國制造業(yè)發(fā)展的實際情況，力求具有指導性和可操作性。4）簡易性原則標準內容和技術表述淺顯易懂，且在實際應用中無歧義。2、標準主要內容及其確定依據2.0標準引言引言描述了系列標準的作用，本文件的編寫目的，分部分編寫的原因，各部分之間的相互關系等。說明：標準引言按照GB/T1.1-2020的要求進行編寫，主體內容與系列標準的其他部分保持一致，同時增加了ISO標準中引言的部分內容。2.1標準范圍本文件規(guī)定了光學三維坐標測量系統(tǒng)（CMS）長度測量性能指標（由制造商所給定的）的驗收檢測方法，還規(guī)定了用戶定期驗證光學三維坐標測量系統(tǒng)（CMS）的復檢檢測方本文件適用于被掃描物體的表面特性（如光澤度，顏色）在一定范圍內時，對坐標測量系統(tǒng)性能的驗證。本文件不適用于其他類型的坐標測量系統(tǒng)，包括ISO10360系列其他部分所涵蓋的內容、用于測量表面特性的測將“其他類型的坐標測量系統(tǒng)”按照標準引言中的內容進行2.2規(guī)范性引用文件共有ISO10360-1、ISO14253-1、ISO/IEC指南9規(guī)范性引用文件2.3術語和定義為便于理解標準中的技術內容，給出了光學三維坐標測量系統(tǒng)、傳感器測量空間、配準、融合、級聯(lián)測量空間、單視圖測量、多視圖測量等相關術語及定義。2.4符號給出了形狀探測誤差、尺寸探測誤差、級聯(lián)測量空間中的空間長度測量誤差、最大允許尺寸探測誤差、傳感器測量空間內的多視角測量等符號。2.5額定工作條件明確了環(huán)境條件和操作條件，以及對標準器材質及表面特性的要求，測量數(shù)據的預處理說明。2.6驗收檢測和復檢檢測規(guī)范了光學三維坐標測量系統(tǒng)驗收檢測和復檢檢測的操作，包括：畸變特性、探測特性、級聯(lián)測量空間中的空間2.7合格判據給出了驗收檢測和復檢檢測的合格判據，光學三維坐標測量系統(tǒng)的性能指標需在考慮測量不確定度前提下滿足制造商所規(guī)定的最大允許誤差要求，并規(guī)定了在未通過性能驗證時的處理方式，同時對檢測項目的強制性做出了規(guī)定。2.8應用、產品文檔和數(shù)據表中的說明針對驗收檢測、復檢檢測和臨時檢測建立統(tǒng)一的標準規(guī)2.9附錄本標準以規(guī)范性附錄形式給出了代表參考檢測長度的標準器和相應的測量程序，同時以資料性附錄形式分別給出了：雙向長度測量特性的評估、用于評估級聯(lián)路徑對誤差傳播影響的級聯(lián)長度測量程序、標準器的找正、實物標準器的表面特性、結構分辨力測試、不確定度的評估指南、與GPS矩陣模型的關系。3、與國際標準相比，技術差異及其原因——將“其他類型的坐標測量系統(tǒng)”按照標準引言中的內容進行了詳細表述（見第1章避免產生歧義；——用規(guī)范性引用的GB/T16857.1替換了ISO10360-1以適應我國的技術條件，見第3章，增加可操作性；——用規(guī)范性引用的GB/T18779.1替換了ISO14253-1以適應我國的技術條件，見第3章、5.2.2和第7章，增加可操作性。4、與國際標準相比，主要編輯性改動——用資料性引用的GB/T4249替換了ISO8015以適應我國的技術條件，見H.1，增加可操作性；——用資料性引用的GB/T18779.5替換了ISO14253-5以適應我國的技術條件，見附錄G，增加可操作性；——用資料性引用的GB/T19765替換了ISO1以適應我國的技術條件，見G.4.1，增加可操作性；——用資料性引用的GB/T20308替換了ISO14638以適應我國的技術條件，見H.1，增加可操作性；——用資料性引用的GB/T33523所有部分替換了ISO25178所有部分以適應我國的技術條件，見第1章，增加可——刪除了圖1中的一個標引符號說明“Pos-i(i=1,——刪除了圖2中的一個標引符號說明“Pos-i(i=1,——刪除了參考文獻中ISO10360-11。三、試驗驗證的分析、綜述報告，技術經濟論證，預期的經濟效益、社會效益和生態(tài)效益1、試驗驗證的分析、綜述報告試驗驗證內容見附件4。2、預期的經濟效益、社會效益和生態(tài)效益本標準的制定和實施對我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，企1）統(tǒng)一檢測方法，提升光學三維坐標測量系統(tǒng)出廠性能的一致性和穩(wěn)定性在本標準制定實施之前，沒有專門的標準對光學三維坐標測量系統(tǒng)進行規(guī)范化描述和定義，因此，制造商、用戶和使用方在光學三維坐標測量系統(tǒng)驗收檢測以及復檢檢測的過程中，經常因工作條件、性能指標評價體系、檢測方法流程、合格判據不統(tǒng)一而產生困擾。本標準的制定實施將為光學三維坐標測量系統(tǒng)制造商、用戶或使用方等提供統(tǒng)一的標準進行驗收檢測、復檢檢測和期間核查，確保系統(tǒng)性能，促進產品技術和質量水平的進一2）促進我國制造業(yè)的國際化進程在全球一體化的大背景下，世界各國之間的技術競爭實際上都體現(xiàn)在技術標準上。標準是一個國家的技術資源，是一個國家的工業(yè)產業(yè)走向國際化的重要技術支撐。本標準等同采納國際最新標準，形成科學的定義和分析評價方法，助力我國制造業(yè)產業(yè)走向國際化，提高我國產品的國際競爭力。本標準的制定與實施，可填補我國光學三維坐標測量系統(tǒng)驗收檢測和復檢檢測標準的空白，為光學三維坐標測量系統(tǒng)的推廣應用奠定堅實基礎，為我國光學三維坐標測量系統(tǒng)技術的研發(fā)提供可靠保證，有利于保障產品在設計、制造、認證過程中的一致性，助力推動我國制造業(yè)向高端化、精密化、國際化轉型，有助于使我國新一代產品幾何技術規(guī)范與國際接軌，技術內容更加完整，技術水平先進，標準結構更加規(guī)范，編制符合GB/T1.1-2020的要求；術語詞匯更貼近生產，內容更適應當前技術水平，為企業(yè)在設計、制造、檢驗等過程提供技術支持，牽引我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展。四、與國際、國外同類標準技術內容的對比情況，或者與測試的國外樣品、樣機的有關數(shù)據對比情況五、以國際標準為基礎的起草情況，以及是否合規(guī)引用或者采用國際國外標準，并說明未采用國際標準的原因本標準修改采用ISO10360-13:2021。六、與有關法律、行政法規(guī)及相關標準的關系本標準與我國的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性國家標準沒有七、重大分歧意見的處理經過和依據八、涉及專利的有關說明本標準不涉及專利。九、實施國家標準的要求，以及組織措施、技術措施、過渡期和實施日期的建議等措施建議建議作為推薦性國家標準發(fā)布，標準發(fā)布即實施。建議標準號：GB/T16857.13-xxxx。十、其他應當說明的事項在標準修訂過程中，考慮到“其他類型的坐標測量系統(tǒng)”的表述過于模糊，容易產生歧義，因此按照引言的表述將此內容進行詳細表述。本標準采標程度由“等同”變更為“修標準起草工作組第一次討論會意見建議1)范圍第一句“本文件規(guī)定了光學三維坐標測量系統(tǒng)的驗收檢測和復檢檢測，使用戶能夠定期對系統(tǒng)性能進行驗證?！备臑椤氨疚募?guī)定了光學三維坐標測量系統(tǒng)（CMS）長度測量性能指標（由制造商所給定的）的驗收檢測方法，還規(guī)定了用戶定期驗證光學三維坐標測量系統(tǒng)（CMS）的復檢檢測方法”2)范圍第二句修改為，本文件適用于被掃描物體表面特性（如光澤度、顏色）在一定范圍內時，對坐標測量系統(tǒng)性能的驗證。4)3.1改為，僅采用光學傳感器進行空間坐標測量的系統(tǒng)5)3.2術語改為，傳感器空間測量范圍且符合制造商規(guī)定的空間測量范圍。7)3.2注改為，制造商所給定的傳感器空間測量范圍的尺寸參數(shù)可能與傳感器感知范圍有很大差異。8)3.3注1改為，通過剛性變換實現(xiàn)的變換，包括平移和/12)3.5術語改為，拼接測量空間13)3.5內容改為，傳感器相對于工件移動和配準得到的、且符合制造商規(guī)定的空間測量范圍。14)3.5注1，改為，拼接測量空間可以由設計確定，通常由長方體邊界或被測工件的三維尺寸來確定。15)3.6改為，使用光學傳感器完成的相對于工件16)3.6注1，改為，單視圖測量是在不移動、未配準和未融合的情況下測量。個單視圖測量進行配準和融合實現(xiàn)的空間坐標測量。18)3.8定義中百分位改為一定百分比19)3.9定義改為，由未加權和無約束的最小二乘法得到的擬合球與已校準檢測球直徑的示值誤差，與所有數(shù)據的百分比有關。20)3.10定義，指示誤差，改為，示值誤差21)3.10定義，中心到中心的距離，改為，中心距23)3.11術語，平面形狀畸變誤差，放一放，待畸變誤差確定24)3.11定義，改為，包含檢測平面上測量的所有數(shù)據百分比的兩平行平面之間的最小距離25)3.12術語，改為，拼接測量空間中的空間長度測量誤差26)3.12定義，改為，拼接測量空間，已校準27)3.12注2，改為，為了表征拼接測量空間28)3.12注3，改為，可以通過標準球的中心距來實現(xiàn)29)3.13術語，改為，探測形狀離散最大允許誤差，下述術語相同修改30)3.17術語，改為，拼接測量空間中的空間長度測量最大允許誤差31)3.18術語改為，拼接測量空間中的雙向測量誤差32)3.18定義改為，拼接測量空間，示值誤差33)3.19術語改為，雙向長度測量最大允許誤差。第二次討論會意見建議1)3.11將“單視角”改為“單視圖”2)5.2.1刪除“(至少部分適用時)”除“進行”4)5.2.2將“并應根據ISO14253-1的規(guī)定考慮校準不確定度”改為“并應根據ISO14253-1評定測量不確定度”5)5.2.3第三段字體改成“五號”字體6)5.2.3將“異常值消除”改為“剔除異常值”7)6.1將“按下列描述”改為“規(guī)定如下”8)6.1將“根據”改為“由于”9)6.1注1改為“例如，要驗證的MPE值是從制造商的MPE值延伸而來，并經過驗證”10)6.1將“強制性檢測”改為“必選檢測項”11)6.2.1“該類型的誤差”改為“此類誤差”對畸變誤差進行規(guī)范和檢測”13)6.2.2.1原句改為“該檢測的原理是在傳感器空間測量范圍內，確定光學三維坐標測量系統(tǒng)是否能在規(guī)定的畸變最大允許誤差范圍內進行測量”14)6.2.2.1將“評價兩種特性”改為“兩種評價特性”15)6.2.2.2將“校準”改為“測量”16)6.2.2.2注1將“6.3.2.3.1”改為“6.2.2.3.1”球體的球心到球心距離”18)6.2.2.2將“坐標測量系統(tǒng)用于標定的標準器不得作為實物標準器”改為“用于標定坐標測量系統(tǒng)的標準器不應作為實物標準器”19)6.2.2.3.1將“被分為”改為“包括”20)6.2.2.3.1將“八”改為“8”21)6.2.2.3.1將“則應盡可能”改為“則應”22)6.2.2.3.1將“8個體素中的2個的組合”改為“8個體素中的任選2個的組合”23)6.2.2.3.1將“外緣”改為“邊緣”24)6.2.2.3.1將“該標準”改為“本文件”25)6.2.2.3.1刪除“或者，在”26)6.2.2.3.1原文改為“球體上至少25%的探測點，到傳感器空間測量范圍邊緣緣的距離，不得超過傳感器空間測量范圍內最長長度的10%”27)6.2.2.3.1原文改為“為實現(xiàn)12種相對組合，可重新定位坐標測量系統(tǒng)和實物標準器”28)6.2.2.3.1原文改為“在每次測量后，坐標測量系統(tǒng)與實物標準器之間的相對位置應輕微變化”29)6.2.2.3.1將“立體像素”改為“體素”30)6.2.2.3.1圖1刪除“，概覽”圖中傳感器空間測量范圍內已校準的檢測長度的位置”32)6.2.2.3.1圖1將“”改為“標引符號說明”34)全文將“正常操作程序”改為“操作程序”35)6.2.2.3.3將“這會生成”改為“測量生成”36)6.2.2.3.3將“復現(xiàn)檢測”改為“復檢檢測”37)6.3.1將“評價四種特性”改為“四種評價特性”38)6.3.3將“多視角”和“多視點”都改為“多視圖”39)6.3.4.1將“實物標準器表面”改為“實物標準器表面之外”40)6.3.4.2.1刪除“百分比”全文一致41)6.3.4.2.1將“強制性的”改為“必選的”球殼體”文中統(tǒng)一采用“球殼體”43)6.3.4.2.2將“有意不給出”改為“本文件未給出”44)6.3.4.2.3注1將“由于檢測球體表面測量的區(qū)域限制”改為“受到檢測球體表面測量的區(qū)域限制”45)6.3.5.1將“評價四種特性”改為“四種評價特性”46)6.3.5.2將“應予以考慮”改為“在驗證時應評估”47)6.3.5.2原文改為“為了覆蓋傳感器空間測量范圍，每次測量平面的位置不同”48)6.3.5.2將“應在雙方同意的情況下進行多次單視圖測量”改為“在雙方同意的情況下應進行多次單視圖測量”49)6.3.5.2將“強烈建議”改為“建議”50)6.3.5.3將“應報告所采用的平面布置情況”改為“應說明所采用的平面位置情況”51)6.3.5.3將“設置和確定”改為“設置和標定”52)6.3.5.3將“數(shù)據消除”改為“數(shù)據剔除”53)6.3.5.3將“為特殊操作條件指定額外的MPE，例如指定的濾波”改為“為特殊操作條件（例如指定的濾波）指定額外的MPE”薦位置，每個都顯示在兩個不同的視圖中”改為“每個都顯示在兩個不同的視圖中傳感器空間測量范圍內檢測平面的推薦位置”55)6.3.5.4將“95%對應的誤差”改為“95%的對應誤差”全文進行統(tǒng)一56)6.3.5.4將“指定百分比的測量點(95%或100%)”改為“指定百分比(95%或100%)的測量點”57)6.3.5.4將DForm.Pla.D95%:SMV.MV:O3D調整到平面形狀畸變誤差之后58)6.4.2將“光學三維坐標測量系統(tǒng)用于標定的實物標準器不得作為檢測的實物標準器”改為“用于標定光學三維坐標測量系統(tǒng)的實物標準器不得作為檢測的實物標準器”59)6.4.3將“k=2”改為“k=2”60)6.4.3將“鎳鋼材料”改為“殷鋼材料”61)6.4.3將“0.5×10-6k-1”改為“0.5×10-6K-1”標測量系統(tǒng)的特征”改為“光學三維坐標測量系統(tǒng)的特性”64)6.4.4將“必須”改為“必需”6.4.4將“一種或兩種參考特性”改為“一種或兩種參考特征”第三次討論會意見建議1)第1章改為“本文件規(guī)定了在測量制造商規(guī)定的長度時驗證光學三維坐標測量系統(tǒng)性能的驗收檢測，還規(guī)定了用戶定期驗證光學三維坐標測量系統(tǒng)（CMS）性能的復檢檢測”2)第7章節(jié)將“合格性判定”改為“合格判定”3)7.1.1.1改為“并按ISO14253-1的規(guī)定考慮其測量不確定度”4)附錄A.1改為“對光學三維坐標測量系統(tǒng)的雙向長性能進行可選驗證”6)全文“參考檢測長度”改為“已校準檢測長度”7)附錄B.1改為“本文件中所述的測量程序獲測長度，被設計用來測量三種類型的坐標測量系統(tǒng)誤差”8)附錄B.2將“激光干涉儀”改為“激光干涉法”；9)附錄C標題改為“用于評估拼接路徑對誤差影響的拼接長度測量程序”征”都改為“要素”11)圖C.1改為“常規(guī)拼接路徑示例：由六個線性等距排列的球形特征組成的標準器進行拼接長度測量”12)附錄D將“參考（量規(guī)軸線）方向”改為“基準方向效性”面效果和珍珠色效果”改為“金屬表面處理和珍珠色處理的效果”15)附錄E3改為“通過使用表面特性與坐標測量系統(tǒng)合作性良好的實物標準器來執(zhí)行”；16)附