JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1242—2010
激光跟踪三维坐标测量系统校准规范
Calibration Specification for Laser Tracker
3-Dimensional Measuring System
2010-04-05实施
2010-01-05发布
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1242—2010
激光跟踪三维坐标测量系统
校准规范
JJF 1242—2010
Calibration SpecificationforLaser Tracker3-DimensionalMeasuring System
本规范经国家质量监督检验检疫总局于2010年01月05日批准，并自2010年04月
05日起施行。
归口单位：全国几何量长度计量技术委员会
起草单位：中国计量科学研究院
本规范由归口单位负责解释 JJF1242—2010
本规范起草人：
王为农（中国计量科学研究院）裴丽梅（中国计量科学研究院）任国营（中国计量科学研究院） JJF1242—2010
目
录
1 范围 2 引用文献… 3
(1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (3) (3) (3) (3) (3) (6) (7) (8) (9) (9) (9) (9) (10) (10) (11) (14)
术语.. 4 概述·
计量特性 5. 1 点对点长度示值误差： 5. 2 双面示值误差· 5.3 距离示值误差· 5. 4 球面反射靶标误差 5.5 动态速度极限· 5.6 动态示值误差. 5. 7 动态示值变动量.·. 6 校准条件： 6.1环境条件 6.2 标准设备： 7校准项目和方法 7.1点对点长度示值误差 7. 2 双面示值误差. 7. 3 距离示值误差 7. 4 球面反射靶标误差 7. 5 动态速度极限·· 7. 6 动态示值误差： 7. 7 动态示值变动量.. 7.8未能满足最大允许误差要求时的处理.· 8 校准结果
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复校时间间隔附录A额定条件和校准结果记录表附录B利用稳定的靶座间距离获得参考长度的不确定度
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I JJF1242—2010
激光跟踪三维坐标测量系统校准规范
1范围
本规范规定了激光跟踪三维坐标测量系统的校准方法，以下以激光跟踪仪为例进行表述，适用于当作工业测量仪器的激光跟踪仪和原理相同的其他测量仪器的校准。
2引用文献
ASMEB89.4.19一2006基于激光的球坐标测量系统性能评价PerformanceEvalu ation of Laser-Based Spherical Coordinate Measurement Systems
JJF1001一1998通用计量术语及定义 JJF1094一2003测量仪器的特性评定 JJF1059—1999 测量不确定度评定与表示使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本
3术语
以下规定了本规范用到术语的定义。其他术语和定义符合JJF1001一1998。
3.1测距仪absolutedistancemeter，ADM
内置于激光跟踪仪的测距仪，也被称为电子测距仪（electronicdistancemeter
EDM)。 3.2前视/后视frontsight/backsight
这些是测量的模式。前视是仪器的正常测量模式。后视通过下列方式得到：仪器绕垂直轴旋转180°，光束绕水平轴旋转后重新照准目标点。
注意：前视/后视有时被称为正视/倒视或面1/面2。 3.3基点homepoint
相对激光跟踪仪固定的位置，与仪器坐标系统原点的关系已经准确确定。 注意：基点用作激光跟踪仪测距装置的距离参考。
3.4干涉仪interferometer，IFM
内置于激光跟踪仪的激光位移干涉仪。 3.5测量能力指数measurementcapabilityindex，C.
长度测量的最大允许误差绝对值与相应参考长度的扩展不确定度的比率。
Cm=IMPEI/U
3.6球面反射靶标sphericallymountedretroreflector，SMR
安装在球形外壳中的反射靶标。 注意：对开放的角锥棱镜，其顶点通常调整至与球心一致。
3.7双面测试two-facetest
使用前视/后视进行的测试，用于评定仪器的某些特定几何误差的影响。
1 JJF1242—2010
4概述
激光跟踪三维坐标测量系统由主机和反射靶标组成。主机通过干涉仪或测距仪与两个互相垂直的测角系统构成，建立了一个球坐标系。通过双轴旋转驱动机构控制光线跟踪反射靶标的移动，同时测量主机到反射靶标之间的距离，以及这些旋转轴的角坐标，确定靶标在坐标系中的位置，可以测量静止目标，跟踪和测量活动目标。
激光跟踪仪的距离测量使用内置的干涉仪或测距仪。有的激光跟踪仪只具备其中一种距离测量能力，有的则同时具备两种方式。不同的配置使激光跟踪仪对不同的误差源比较敏感，因此对只配有干涉仪、只配有测距仪或同时配有干涉仪和测距仪的激光跟踪仪要求校准不同的计量特性组合。
5计量特性
5.1点对点长度示值误差
激光跟踪仪对短标尺进行点对点长度测量时，其示值与参考值之差。该测量需要在水平、垂直、对角线和用户指定的任意方位进行。需要进行符合性评定时，由生产商或用户规定最大允许误差，并填入表A.1。 5.2双面示值误差
激光跟踪仪对固定点进行双面测试时，前视/后视测量同一点时激光跟踪仪的示值之差。该测量需要对三个不同位置的点进行。需要进行符合性评定时，由生产商或用户规定最大允许误差，并填人表A.1。 5.3距离示值误差
激光跟踪仪对沿测量轴安装的长标尺测量时，激光跟踪仪示值与参考值之差。该测量需要对四个不同参考长度进行；具有测距仪功能的激光跟踪仪，还要增加两个额外的长度。需要进行符合性评定时，由生产商或用户规定最大允许误差，并填人表A.1。 5.4球面反射靶标误差
旋转安装在基点的球面反射靶标，激光跟踪仪测量示值的变化量。该测量需要将球面反射靶标绕激光入射轴旋转四个位置，绕激光垂直轴摆动四个位置进行。需要进行符合性评定时，由生产商或用户规定最大允许误差，并填人表A.1。 5.5动态速度极限
靶标沿圆周运动时，激光跟踪仪可以保持跟踪能力时的最高转速RL。需要进行符合性评定时，由生产商或用户规定最大允许误差，并填人表A.1。 5.6动态示值误差
靶标沿圆周运动，速度达到0.7R时，激光跟踪仪测量靶标运动轨迹直径的示值误差。需要进行符合性评定时，由生产商或用户规定最大允许误差，并填人表A.1。 5.7动态示值变动量
靶标沿圆周运动，速度达到0.7R，时，激光跟踪仪测量靶标运动轨迹半径的示值
变化范围，用半径示值的标准差表示。需要进行符合性评定时，由生产商或用户规定最大充许误差，并填入表A.1。 2 JJF1242—2010
6校准条件
校准应在被校仪器的额定条件下进行。额定条件根据表A.2项目按照生产商提供的参数填人。 6.1环境条件
环境条件指温度、湿度和大气压力的允许范围，按照生产商的规定或由用户规定，填入表A.2。 6.2标准设备 6.2.1短标尺，用于点对点长度示值校准，长度应当不小于2.3m，其参考长度的扩展不确定度U应当不超过表A.1中规定的最大允许误差的1/4。这相当于测量能力指数Cm=4。
短标尺有多种型式，包括：（a）可以用反射靶标测量其端点的，经过校准的标准器；（b）安装在刚性结构上的两个靶标靶座，靶座之间的距离通过测距或测位移设备
校准；
（c）通过内置的距离或位移测量设备产生参考长度的导轨测量系统。 本规范中以安装两块靶座的独立刚性结构作为点对点长度测量标准器进行表述，
6.2.2双面测试使用在不同高度固定安装的三个靶座作为标准器，如表5中的图示。 三个靶座放置位置：一个在地面上，一个大约在激光跟踪仪高度，一个在距地面两倍激光跟踪仪高度处。D表示仪器与地面上靶座之间的距离。 6.2.3长标尺，用于距离测量示值校准，长度应当不小于20m，其参考长度的扩展不确定度应当不超过表A.1中规定的最大允许误差绝对值的1/2。这相当于测量能力指数 Cm=2.
长标尺具有多种型式，包括：（a）利用激光位移干涉仪测量滑架在轨道上的运动距离作为参考长度。 （b）安装在刚性结构上的多个靶座，靶座之间的距离采用适当技术校准，例如采
用激光位移干涉仪。
本规范中以利用位移干涉仪测量滑架在轨道上的运动距离作为参考长度进行表述。 6.2.4标准圆轨迹发生器，靶座距精密轴系的距离约500mm。标准圆直径的测量不确定度U应当不超过表A.1中规定的最大允许误差绝对值的1/4。这相当于测量能力指数Cm=4。 7校准项目和方法
7.1点对点长度示值误差
建议使用单个球面反射靶标进行本规范中描述的所有校准项目。当使用测距仪时，为广减少校准时间，可以使用多入球面反射靶标，但这种方式进行校准可能明显加大长度测量误差。
如果使用实物标准器，应当监控和记录标准器的温度。如果校准中标准器温度偏离
3 JJF1242—2010
标准温度，应当利用这些数据来补偿热膨胀引起的参考长度的变化，并确定相应的扩展不确定度。
作为可替换方法，如果使用独立式结构或导轨测量系统获得参考长度，则必须监控环境条件，以修正空气的折射率的变化。
校准中，激光跟踪仪需绕立轴旋转，在四个规定的水平角位置测量。对于被校准的激光跟踪仪，若无法在规定的水平角进行测量，则应在可利用的角度范围内均匀等距分布测量点进行测量。 7.1.1水平长度测量。短标尺按照表1所示水平方向设置。距离A应当不小于2.3m。 激光跟踪仪的高度h，应当大约与靶座α和b的高度一样。D表示参考长度与激光跟踪仪之间的距离。此外，激光跟踪仪的安装应当使其与靶座α和6的距离近似相等。
按照表1中描述的位置和方向，对激光跟踪仪进行测量。同一个方位进行三次重复
测量。数据处理方法见7.1.6，测量结果填人表A.1。
表1水平长度测量
距离D （近似值） 0.1A 1.2A 1.2A 1.2A 1.2A 2.7A 2.7A 2.7A 2.7A
相对靶座α的测量
位置序号
水平角（°）
任意 0 90 180 270 0 90 180 270
1 2 3 4 5 6 7 8 9
靶座
立轴
7.1.2垂直长度测量。短标尺按照表2所示垂直方向设置。距离A应当不小于2.3m。 激光跟踪仪的高度h，应当大约在靶座α和b的高度之间的中点。D表示参考长度与激光跟踪仪之间的距离。
按照表2中描述的位置和方向，对激光跟踪仪进行测量。同一个方位进行三次重复测量。数据处理方法见7.1.6，测量结果填人表A.1。 7.1.3右对角长度测量。短标尺按照表3所示右对角线方向设置。长度A应当不小于 2.3m。激光跟踪仪的高度h，应当大约在靶座a和b的高度之间的中点。D表示参考长度与激光跟踪仪之间的距离。
按照表3中描述的位置和方向，对激光跟踪仪进行测量。同一个方位进行三次重复测量。数据处理方法见7.1.6，测量结果填人表A.1。
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