光切斷法三維輪廓測量儀校準規(guī)范

CalibrationSpecificationforOpticalcut-offmethodthree-dimensionalprofilemeasuring××××-××-××發(fā)布××××-××-××實施中華人民共和國工業(yè)和信息化部發(fā)布CalibrationSpecificationforOpticalcut-offmethodthree-dimensionalprofilemeasuringinstrumentI II 12引用文件 13術語和計量單位 13.1光學三維測量系統(tǒng) 13.2光切斷法 13.3結(jié)構(gòu)光 13.4探測誤差 24概述 25計量特性 25.1探測誤差 25.2示值誤差 25.3重復性 36校準條件 36.1環(huán)境條件 36.2測量標準及其他設備 37校準項目和校準方法 47.1校準項目 47.2外觀及工作正常性檢查 47.3探測誤差 47.4示值誤差 57.5重復性 68校準結(jié)果表達 69復校時間間隔 7附錄A原始記錄格式 8附錄B校準證書內(nèi)頁格式 附錄C標準器樣式 附錄D測量不確定度評定示例 本規(guī)范依據(jù)JJF1071-2010《國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則》、JJF1001-2011《通用計量名詞術語》和JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》編寫。本規(guī)范為首次發(fā)布。1光切斷法三維輪廓測量儀校準規(guī)范本規(guī)范適用于200mm×100mm×50mm范圍內(nèi)，采用多條紋摩爾結(jié)構(gòu)光投射，利用光切斷原理并測量出各點的高度和位置，且具有閃測影像測量儀功能測量高精度寬度尺寸的三維輪廓測量儀校準。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件：JJF1001-2011通用計量術語及定義JJF1094-2002測量儀器特性評定VDI/VDE2634Part2光學三維測量系統(tǒng):基于區(qū)域掃描的光學系統(tǒng)（Optical3-DMeasuringSystems:OpticalSystemsBasedonAreaScanning）VDI/VDE2634part3光學三維測量系統(tǒng)：基于區(qū)域掃描的多視角系統(tǒng)（Optical3DMeasuringSystems:MultipleViewSystemsBasedonAreaScanning）JJF(軍工)116-2016三維輪廓光學掃描測量儀校準規(guī)范JB/T12639-2016閃測影像測量儀注：凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本規(guī)范。3術語和計量單位3.1光學三維測量系統(tǒng)Optical3Dmeasuringsystems光學三維測量系統(tǒng)是一種通用非接觸測量和測試設備，可以用來獲取被測物體的形貌數(shù)據(jù)，測量結(jié)果通常為各點的空間坐標。[VDI/VDE2634Part2光學三維測量系統(tǒng):基于區(qū)域掃描的光學系統(tǒng)]3.2光切斷法Opticalcut-offmethod投光鏡頭射出一束平行光帶在一定角度投射與被測表面上,光帶與表面輪廓相交的曲線影像即反映了被測表面的幾何形狀，受光鏡頭從正上方接收反射的曲線影像，通過CMOS傳感器使這些光線成像并進行運算，由此測量出各點的高度和位置。3.3結(jié)構(gòu)光Structuredlight已知空間方向的投影光線的集合稱為結(jié)構(gòu)光。通常具有特定形狀和分布，用于投射2到被測物表面。常見的機構(gòu)光形狀主要有點、線、多線、網(wǎng)格、光柵等。[JJF(軍工)116-2016三維輪廓光學掃描測量儀校準規(guī)范]3.4探測誤差Probingerror探測誤差是使用測量標準球半徑的示值變化范圍而確定的誤差，主要反映了形狀和尺寸的影響。[JJF(軍工)116-2016三維輪廓光學掃描測量儀校準規(guī)范]4概述光切斷法三維輪廓測量儀主要原理由兩個投光鏡頭射出多條紋摩爾結(jié)構(gòu)光，光帶與工件表面輪廓相交的曲線影像即反映了被測表面的幾何形狀，通過受光鏡頭和COMS傳感器獲得獲取被測件三維輪廓的光學圖像，再由計算機通過高精度圖像分析算法對信號進行分析運算來達到測量的目的。現(xiàn)多用于復雜零部件三維尺寸的精密檢測。圖1結(jié)構(gòu)原理圖5計量特性5.1探測誤差形狀探測誤差和尺寸探測誤差均不大于1.2μm。5.2示值誤差5.2.1高度尺寸測量示值誤差無Z軸連接高度尺寸最大允許誤差：±2.5μm；有Z軸連接高度尺寸最大允許誤差：±4.0μm。35.2.2寬度尺寸測量示值誤差低倍率鏡頭寬度尺寸最大允許誤差：±5μm；高倍率鏡頭寬度尺寸最大允許誤差：±2μm。5.3重復性5.3.1高度尺寸測量重復性無Z軸連接高度尺寸測量重復性：0.4μm；有Z軸連接高度尺寸測量重復性：1.0μm。5.3.2寬度尺寸測量的重復性低倍率鏡頭寬度尺寸測量重復性：1.0μm；高倍率鏡頭寬度尺寸測量重復性：0.5μm。6校準條件6.1環(huán)境條件6.1.1環(huán)境的溫度：(20±2)℃,校準期間溫度波動不大于1℃/h，被校儀器在室內(nèi)溫度平衡時間不少于24h，標準器與被校儀器在同一環(huán)境下的溫度平衡時間不少于6h。6.1.2環(huán)境相對濕度：30%~75%。6.1.3其他：周圍無影響測量結(jié)果的灰塵、噪音、腐蝕性氣體、電磁干擾和機械振動等。6.2測量標準及其他設備6.2.1標準球直徑推薦6mm、25mm、40mm；直徑校準結(jié)果的不確定度U≤0.3μm；圓度校準結(jié)果的不確定度U≤0.3μm，其建議樣式見附錄C。6.2.2標準階梯塊相鄰階梯差值不確定度不大于被校光切斷法三維輪廓測量儀1/4|MPE|，測量點均勻分布在測量范圍內(nèi)，其建議樣式見附錄C。6.2.3二維點陣掩模板4點陣坐標間的距離的不確定度不大于被校光切斷法三維輪廓測量儀1/4|MPE|，其測量范圍不小于被校儀器測量范圍的2/3，其建議樣式見附錄C。7校準項目和校準方法7.1校準項目光切斷法三維輪廓測量儀校準項目見表1。12347.2外觀及工作正常性檢查檢查被校儀器的結(jié)構(gòu)是否完整，無影響正常工作的機械損傷。使用環(huán)境條件應滿足儀器要求，無影響計量特性的因素。7.3探測誤差探測誤差由兩項影響量：形狀探測誤差ΔF和尺寸探測誤差ΔS。探測誤差的校準基于對標準球的形狀和直徑進行的測量。根據(jù)被校儀器測量范圍選擇適當直徑標準球；標準球符合附錄C，底座加連接桿方式固定，避免因不穩(wěn)定引入測量誤差；在測量空間范圍內(nèi)大致空間中8個角點和中心處共9個位置來安裝標準球確定探測誤差，參見圖2。5由被校儀器測量給出各個位置的擬合球直徑和擬合球心，分析各個測量位置標準球表面的點到擬合球心距離。所有點到擬合球心距離的最大值與最小值之差為該位置的形狀探測誤差ΔFi:ΔFi=rmax-rmin(1)擬合球的直徑Di與標準球直徑參考值Ds之間的差為該位置的尺寸探測誤差ΔSi:ΔSi=Di-Ds(2)取各位置中形狀探測誤差和尺寸探測誤差最大者，分別作為形狀探測誤差ΔF和尺寸探測誤差ΔS的測量結(jié)果ΔF=max(ΔFi)(3)ΔS=max(|ΔSi|)(4)式中：i表示測量位置的序號，i=1，2，?,9。7.4示值誤差7.4.1高度尺寸測量示值誤差對于被校儀器的高度尺寸測量示值誤差，應當按被校儀器測量范圍選擇合適標準階梯塊，標準器的測量點在被校儀器測量范圍內(nèi)大致均勻分布5個點。將符合6.2.2要求的標準階梯塊平行放置于工作臺上，調(diào)節(jié)掃描條件進行測量3次，將測量結(jié)果hi(i=1,2,3)6 填入表A.3.1，取3次測量結(jié)果的平均值h。測量結(jié)果處理：測量值平均值h與標準器參考值H的差值為示值誤差，所有示值誤差均不應超過對應的最大允許誤差。7.4.2寬度尺寸測量示值誤差對于光切斷法三維輪廓測量儀帶有高精度攝像頭集合閃測影像測量，首先應當按被校準儀器測量范圍選擇符合6.2.3的標準器，標準器的測量范圍不小于被校儀器寬度測量范圍的2/3，在測量范圍內(nèi)均勻分布5個點。調(diào)整焦距使圖像清晰，進行測量3次，將測量結(jié)果li(i=1,2,3)填入表A.3.2中。取3次測量結(jié)果的平均值l。測量結(jié)果處理：測量值平均值l與標準器參考值L的差值為示值誤差：Δ=l-L，所有示值誤差均不應超過對應的最大允許誤差。7.5尺寸測量重復性7.5.1高度尺寸測量重復性7.5.1.1重復7.4.1的操作步驟對同一標準值于相同位置重復測量10次，并將測量結(jié)果hi(i=1,2,3,…,10)填入表A.4.1中。7.5.1.3以貝塞爾公式如下式計算實驗標準偏差評價其重復性，重復性結(jié)果sh應當滿足儀器技術指標要求。7.5.2寬度尺寸測量的重復性7.5.2.1重復7.4.2的操作步驟對同一標準值于相同位置重復測量10次，將測量結(jié)果li(i=1,2,3,…,10)填入表A.4.2中。7.5.2.3以貝塞爾公式如下式計算實驗標準偏差來評價其重復性，重復性結(jié)果sl應當滿足7儀器技術指標要求。8校準結(jié)果表達校準后，出具校準證書。校準證書應至少包含以下信息：a）標題：“校準證書”；b）實驗室名稱和地址；c）進行校準的地點（如果與實驗室的地址不同d）證書或報告的唯一性標識（如編號），每頁及總頁數(shù)的標識；e）客戶的名稱和地址；f）被校準對象的描述和明確標識；g）進行校準的日期，如果與校準結(jié)果的有效性和應用有關時，應說明被校對象的接h）如果與校準結(jié)果的有效性應用有關時，應對被校樣品的抽樣程序進行說明；i）校準所依據(jù)的技術規(guī)范的標識，包括名稱及代號；j）本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明；k）校準環(huán)境的描述；l）校準結(jié)果及其測量不確定度的說明；m）對校準規(guī)范的偏離的說明；n）校準證書或校準報告簽發(fā)人的簽名、職務或等效標識；o）校準結(jié)果僅對被校對象有效的聲明；p）未經(jīng)實驗室書面批準，不得部分復制證書的聲明。9復校時間間隔建議復校時間間隔不超過1年。由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、本身質(zhì)量等諸多因素決定的，因此，申請校準單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復校時間間隔。8A.1外觀及工作正常性檢查A.2探測誤差序號123456789形狀探測誤差尺寸探測誤差A.3示值誤差……9A.4重復性B.1外觀及工作正常性檢查B.2探測誤差形狀探測誤差尺寸探測誤差B.3示值誤差……B.4重復性C.1標準球標準球采用啞光處理的陶瓷，一般以直徑為其型號規(guī)格，結(jié)構(gòu)型式帶連接桿和底座，其中連接桿可以自由擺動，如圖C.1圖C.1標準球結(jié)構(gòu)示意圖C.2標準階梯塊標準階梯塊采用啞光處理的陶瓷上按一定規(guī)律刻畫一系列階梯具有標準高度差值三維標準器。通過校準后可作為光切斷法三維輪廓測量儀的標準器測量高度尺寸測量示值誤差。標準階梯塊的測量點應分5個點均勻分布覆蓋被校儀器測量范圍，其樣式建議如圖C.2，也可使用其他樣式的標準階梯塊。圖C.2標準階梯塊樣式示意圖C.3二維點陣掩膜板二維點陣掩模板是于特定材質(zhì)的玻璃平板上按一定規(guī)律刻畫一系列具有二維尺寸坐標的圖形標記(如網(wǎng)格、十字標記、圓形標記等)的二維標準器。通過校準后可作為標準器測量寬度尺寸示值誤差。其樣式建議如圖C.3，也可使用其他樣式的二維掩模板。圖C.3掩模板樣式示意圖D.1高度尺寸示值誤差的測量不確定度D.1.1測量方法用0.2mm標準階梯去校準分辨率0.1μm光切斷法三維輪廓測量儀，按照7.4.1方法測量高度尺寸誤差，溫度控制(20±1)℃。D.1.2測量模型Δh=h-HΔh_____高度尺寸測量示值誤差(μm)；h_____光切斷法三維輪廓測量儀的測得值(μm)。H_____標準階梯塊的標準值(μm)D.1.3方差和靈敏系數(shù)考慮各分量彼此獨立，依據(jù)不確定度傳播律：故:=u2(Δh)=cu2(h)+cu2(H)D.1.4被檢儀器測得值引入的標準不確定度分量u(h)被檢儀器測得值引入的標準不確定度主要來源于測量重復性引入的標準不確定度u1(h)或讀數(shù)分辨率引入的標準不確定度u2(h)，這二者取大。D.1.4.1測量重復性引入的標準不確定度u1(h)對標準階梯塊，重復測量10次，得到讀數(shù)值如表D.1.1所示，用貝塞爾公式計算實驗標準偏差。123456789則測量重復性引入的標準不確定度測量重復性引入的標準不確定度D.1.4.2讀數(shù)分辨率引入的標準不確定度u2(h)被測儀器分辨率0.0001m