JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1406—2013
地面激光扫描仪校准规范
Calibration Specification for Terrestrial Laser Scanners
2013-05-13发布
2013-08-13实施
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1406—2013
地面激光扫描仪校准规范
JJF1406—2013
Calibration Specification for
Terrestrial LaserScanners
归口单位：全国几何量长度计量技术委员会主要起草单位：中国计量科学研究院
江苏省计量科学研究院
本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释 JJF1406—2013
本规范主要起草人：
邓向瑞（中国计量科学研究院）钱征宇（江苏省计量科学研究院）
参加起草人：
李建双（中国计量科学研究院）李连福（中国计量科学研究院） JJF1406—2013
目
录
引言 1范围· 2引用文件 3术语 3.1标靶 3.2 绝对距离 3.3 相对距离. 3.4 参考距离· 3.5球棒 4概述 5计量特性 5.1径向重复性 5.27 标靶重复性 5.32 径向距离示值误差 5.4空间距离示值误差 6校准条件. 6.1环境条件 6.2校准用的标准器 6.37 校准使用的软件 7校准项目和方法 7.1 径向距离示值误差 7.2 径向重复性 7.3 标靶重复性 7.4 空间距离示值误差 8 校准结果 9 复校时间间隔附录A校准记录与计算表格附录B 校准证书内页格式附录C 径向距离示值误差测量不确定度评定附录 D 空间距离校准装置介绍
(I) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (3) (3) (3) (4) (4) (4) (5) (5) (6) (8) (9) (11)
.
..
+·.
...
I JJF1406—2013
引言
本规范为首次制订。主要计量性能及其校准方法参考ASMEB89.4.19一2006《基于激光的球坐标测量系统性能评价》（PerformanceEvaluationofLaser-BasedSpherical CoordinateMeasurementSystems）和VDI/VDE2634-2《光学三维测量系统一光学面扫描系统》（Optical 3-Dmeasuring systems-Optical systems based on area scanning）进行编制。
Ⅱ JJF1406—2013
地面激光扫描仪校准规范
1范围
本规范规定了静态地面激光扫描仪（以下简称扫描仪）的校准方法，适用于脉冲式或相位式扫描仪的校准，其他原理的扫描仪也可参照此规范进行校准。
2引用文件
本规范引用下列文件： JF1071一2010国家计量校准规范编写规则凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；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
下列术语和定义适用于本规范。 3.1标靶target ：具有几何中心并可用于校准的扫描目标。本规范采用球型标靶。 3.2绝对距离absolutedistance
仪器内部坐标系的原点（距离测量的起算点）到标靶中心之间的距离。 3.3相对距离relativedistance
标靶中心之间的距离。
3.4参考距离referencedistance
作为参考值的标靶中心之间的距离。 3.5球棒ballbar
通过刚性结构连接的两个直径相同的球型标靶构成的标准器。
4概述
扫描仪主要由激光测距系统、激光扫描系统、控制系统、电源供应系统及附件等部分组成，可快速、大量地采集空间点位信息，建立扫描目标的三维点云模型。
扫描仪测量采用球坐标系，通过内部伺服马达系统，精密控制多面反射棱镜的快速转动，使激光光束沿水平和垂直两个方向进行线阵列或面阵列扫描；通过精密时钟控制编码器同步测量每束激光横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β，以及沿测量轴方向的距离观测值L，再经过坐标转换，即可得到被测目标在笛卡尔坐标系下的三维坐标X，Y，Z（图1)。
1 JJF1406—2013
x
X=LcosBeosd Y=Lcospsina Z=Lsing
图1扫描仪工作原理示意图
5计量特性 5.1径向重复性
在一组重复性测量条件下，对同一个固定标靶的径向绝对距离测得值的测量精密度。 5.2标靶重复性
在一组重复性测量条件下，标靶中心坐标（点位）测得值的测量精密度。 5.3径向距离示值误差
沿测量轴方向相对距离测得值与参考值之差。 5.4空间距离示值误差
对空间不同距离和方位的标靶进行扫描测量时，相对距离测得值与参考值之差。 6校准条件 6.1环境条件
校准应在生产商规定或用户约定的条件下进行。环境温度及其变化速度均会影响校准结果的不确定度，应在不确定度报告中考虑。 6.2校准用的标准器
推荐使用表1所列计量校准装置或标准器具，允许使用满足不确定度要求的其他计量标准设备进行校准。
表1计量校准装置及技术要求
序号 计量校准装置或标准器具
技术要求
漫反射，无透射球型标靶（推荐选用表面喷砂处理的铝制品）。 直径不小于100mm，直径变化量不大于0.1mm
标靶
1
2 JJF1406—2013 表1(续)
序号 计量校准装置或标准器具
技术要求
提供覆盖校准范围的一系列线性参考距离，如将一个目标从一个位置移动到另一个位置。 参考距离的扩展不确定度应不超过被校准设备最大允许误差绝对值的1/4
2
径向距离校准装置
提供一系列不同距离和方位的空间参考距离，如将多个标靶安装在刚性结构上或将球棒在空间变换不同方向和位置。 参考距离的扩展不确定度应不超过被校准设备最大允许误差绝对值的1/4
空间距离校准装置
3
6.3校准使用的软件
校准过程中应使用用户的配套软件计算标靶中心坐标，当用户不具备相关功能的软件时，可使用校准实验室的软件。
校准证书中应注明使用的软件名称、生产商和版本号。 7校准项目和方法
校准前需按照使用说明书的规定对扫描仪进行预热，扫描仪的自检应无故障提示。 7.1径向距离示值误差
将球型标靶安置在移动平台上，在直线导轨一端安置扫描仪，调节扫描仪的位置和高度，使其中心大致处于标靶中心运动轨迹的延长线上。
扫描仪至标靶的初始位置应大于最小测量距离，标靶沿导轨移动到不同测量位置，测量位置数应不少于5个，并在测量范围内大致均勾分布（图2）。
D,
Do
O
S O P
蒙光干沙仪口 .
直线导轨
L4
图2径向距离校准示意图
按式（1）计算径向距离示值误差，记录格式见表A.1：
(1)
AL=L.-Li
其中：式中：
L,=/X,-X)?+(Y,-Y.)?+(Z-Z)2
AL- 径向距离示值误差，mm；
3 JJF
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JJF1406—2013
地面激光扫描仪校准规范
Calibration Specification for Terrestrial Laser Scanners
2013-05-13发布
2013-08-13实施
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1406—2013
地面激光扫描仪校准规范
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Calibration Specification for
Terrestrial LaserScanners
归口单位：全国几何量长度计量技术委员会主要起草单位：中国计量科学研究院
江苏省计量科学研究院
本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释 JJF1406—2013
本规范主要起草人：
邓向瑞（中国计量科学研究院）钱征宇（江苏省计量科学研究院）
参加起草人：
李建双（中国计量科学研究院）李连福（中国计量科学研究院） JJF1406—2013
目
录
引言 1范围· 2引用文件 3术语 3.1标靶 3.2 绝对距离 3.3 相对距离. 3.4 参考距离· 3.5球棒 4概述 5计量特性 5.1径向重复性 5.27 标靶重复性 5.32 径向距离示值误差 5.4空间距离示值误差 6校准条件. 6.1环境条件 6.2校准用的标准器 6.37 校准使用的软件 7校准项目和方法 7.1 径向距离示值误差 7.2 径向重复性 7.3 标靶重复性 7.4 空间距离示值误差 8 校准结果 9 复校时间间隔附录A校准记录与计算表格附录B 校准证书内页格式附录C 径向距离示值误差测量不确定度评定附录 D 空间距离校准装置介绍
(I) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (3) (3) (3) (4) (4) (4) (5) (5) (6) (8) (9) (11)
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I JJF1406—2013
引言
本规范为首次制订。主要计量性能及其校准方法参考ASMEB89.4.19一2006《基于激光的球坐标测量系统性能评价》（PerformanceEvaluationofLaser-BasedSpherical CoordinateMeasurementSystems）和VDI/VDE2634-2《光学三维测量系统一光学面扫描系统》（Optical 3-Dmeasuring systems-Optical systems based on area scanning）进行编制。
Ⅱ JJF1406—2013
地面激光扫描仪校准规范
1范围
本规范规定了静态地面激光扫描仪（以下简称扫描仪）的校准方法，适用于脉冲式或相位式扫描仪的校准，其他原理的扫描仪也可参照此规范进行校准。
2引用文件
本规范引用下列文件： JF1071一2010国家计量校准规范编写规则凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；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
下列术语和定义适用于本规范。 3.1标靶target ：具有几何中心并可用于校准的扫描目标。本规范采用球型标靶。 3.2绝对距离absolutedistance
仪器内部坐标系的原点（距离测量的起算点）到标靶中心之间的距离。 3.3相对距离relativedistance
标靶中心之间的距离。
3.4参考距离referencedistance
作为参考值的标靶中心之间的距离。 3.5球棒ballbar
通过刚性结构连接的两个直径相同的球型标靶构成的标准器。
4概述
扫描仪主要由激光测距系统、激光扫描系统、控制系统、电源供应系统及附件等部分组成，可快速、大量地采集空间点位信息，建立扫描目标的三维点云模型。
扫描仪测量采用球坐标系，通过内部伺服马达系统，精密控制多面反射棱镜的快速转动，使激光光束沿水平和垂直两个方向进行线阵列或面阵列扫描；通过精密时钟控制编码器同步测量每束激光横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β，以及沿测量轴方向的距离观测值L，再经过坐标转换，即可得到被测目标在笛卡尔坐标系下的三维坐标X，Y，Z（图1)。
1 JJF1406—2013
x
X=LcosBeosd Y=Lcospsina Z=Lsing
图1扫描仪工作原理示意图
5计量特性 5.1径向重复性
在一组重复性测量条件下，对同一个固定标靶的径向绝对距离测得值的测量精密度。 5.2标靶重复性
在一组重复性测量条件下，标靶中心坐标（点位）测得值的测量精密度。 5.3径向距离示值误差
沿测量轴方向相对距离测得值与参考值之差。 5.4空间距离示值误差
对空间不同距离和方位的标靶进行扫描测量时，相对距离测得值与参考值之差。 6校准条件 6.1环境条件
校准应在生产商规定或用户约定的条件下进行。环境温度及其变化速度均会影响校准结果的不确定度，应在不确定度报告中考虑。 6.2校准用的标准器
推荐使用表1所列计量校准装置或标准器具，允许使用满足不确定度要求的其他计量标准设备进行校准。
表1计量校准装置及技术要求
序号 计量校准装置或标准器具
技术要求
漫反射，无透射球型标靶（推荐选用表面喷砂处理的铝制品）。 直径不小于100mm，直径变化量不大于0.1mm
标靶
1
2 JJF1406—2013 表1(续)
序号 计量校准装置或标准器具
技术要求
提供覆盖校准范围的一系列线性参考距离，如将一个目标从一个位置移动到另一个位置。 参考距离的扩展不确定度应不超过被校准设备最大允许误差绝对值的1/4
2
径向距离校准装置
提供一系列不同距离和方位的空间参考距离，如将多个标靶安装在刚性结构上或将球棒在空间变换不同方向和位置。 参考距离的扩展不确定度应不超过被校准设备最大允许误差绝对值的1/4
空间距离校准装置
3
6.3校准使用的软件
校准过程中应使用用户的配套软件计算标靶中心坐标，当用户不具备相关功能的软件时，可使用校准实验室的软件。
校准证书中应注明使用的软件名称、生产商和版本号。 7校准项目和方法
校准前需按照使用说明书的规定对扫描仪进行预热，扫描仪的自检应无故障提示。 7.1径向距离示值误差
将球型标靶安置在移动平台上，在直线导轨一端安置扫描仪，调节扫描仪的位置和高度，使其中心大致处于标靶中心运动轨迹的延长线上。
扫描仪至标靶的初始位置应大于最小测量距离，标靶沿导轨移动到不同测量位置，测量位置数应不少于5个，并在测量范围内大致均勾分布（图2）。
D,
Do
O
S O P
蒙光干沙仪口 .
直线导轨
L4
图2径向距离校准示意图
按式（1）计算径向距离示值误差，记录格式见表A.1：
(1)
AL=L.-Li
其中：式中：
L,=/X,-X)?+(Y,-Y.)?+(Z-Z)2
AL- 径向距离示值误差，mm；
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