(高清版)GBT 16857.8-2022 产品几何技术规范（GPS） 坐标测量系统（CMS）的验收检测和复检检测 第8部分：使用光学距离传感器的坐标测量机

产品几何技术规范(GPS)第8部分：使用光学距离传感器的国家标准化管理委员会国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会 I Ⅱ 1 1 2 8 85.1环境条件 85.2工作条件 95.3探测形状误差 95.4探测离散值 95.5探测尺寸误差 9 95.7长度测量误差 5.8平面形状测量误差 5.9工件载荷的影响 6验收检测和复检检测 6.1总则 6.2探测特性 6.3长度测量误差 6.4平面形状测量误差 7合格判定 207.1验收检测 207.2复检检测 8.1验收检测 8.2复检检测 8.3期间核查 9产品文件和数据页中的说明 22附录A(资料性)结构分辨力检测 附录C(资料性)量规的找正 附录D(规范性)配置光学距离传感器的万向探测系统的坐标测量机万向位置值 41I ⅡGB/T16857拟由14部分构成。——第1部分：词汇。目的在于确定坐标测量机及其验收——第2部分：用于测量线性尺寸的坐标测量机。目的在于规定用于测量按照制造商给定的特性指标进行验收检测的验证方法，以及用户对 第3部分：配置转台的轴线为第四轴的坐标测量机。目的在于规定验证一台由制造商所规定 -第4部分：在扫描模式下使用的坐标测量机。目的在于规定在扫描模式下使用的坐标测量机 -第5部分：使用单探针或多探针接触式探测系统的坐标测量机。目的在于规定带有接触式探 ——第7部分：配置影像探测系统的坐标测量机。目的在于规定验证用于测量尺寸的坐标测量机 —第8部分：使用光学距离传感器的坐标测量机。目的在于规定由坐标测量机制造商或用户规 第11部分：工业CT。目的在于规定以基于X射线衰减的X射线计算机断层扫描(CT)原理Ⅲ——第12部分：关节臂式坐标测量机。目的在于规定关节臂式坐标测量机性能的验收检测和复检——第13部分：光学三维坐标测量机。目的在于规定光学三维坐标测量机性能的验收检测和复检1本文件规定了按照制造商给定的特性指标验证坐标测量机的验收检测方本文件规定的验收检测和复检检测的方法只适用于使用光学距离传感器的笛卡尔坐标系坐标测量机。下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文GB/T16857.2—2017产品几何技术规范(GPS)坐标测量机的验收检测和复检检测第2部GB/T16857.5—2017产品几何技术规范(GPS)坐标测量机的验收检测和复检检测第5部ISO10360-1:2000产品几何量技术规范(GPS)坐标测量机的验收检测和复检检测第1部分：词汇[GeometricalProductSpecifications(GPS)—Acceptanceandreverificationtestsforcoordinatemeasuringmachines(CMMISO14253-1产品几何技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第1部分：按规范验证合workpiecesandmeasuringequipment—Part1:Decisionrulesforverif2ISO/TS23165产品几何技术规范(GPS)坐标测量机的检测不确定度评估指南[Geometricalproductspecifications(GPS)—Guidelinesfortheevaluationofcoordin3图1成像区域定义探测形状误差probingformerror对球形尺寸实物标准器的测量点进行最小二乘法拟合(高斯拟合要素)计算，能确定径向距离变化范围，或对局部检测平面上的测量点进行最小二乘法拟合计算，能确定法向距离变化范围，示值误差处于该范围内。见图2。4DaDaQ探测离散值probingdispersionvalue包含95%数据点的两个同心球面最小半径差或两个平行平面间的最小间距。5取分布于检测球上25个代表点，所得到最小二乘拟合直径与其校准直径之间的差值为示值误差。见图2。全探测尺寸误差probingsizeerrorAll取检测球上全部测量点，所得到最小二乘拟合直径与其校准直径之间的差值为示值误差。长度测量误差lengthmeasurementerror对参考检测长度进行测量所得到的示值误差。平面形状测量误差flatformmeasurementerror两个平行平面间的最小距离，包含全局检测平面上95%的测量点。6探测形状最大允许误差maximumpermissibleerrorforprobingform技术规范所允许的Promsh₁×25jons极限值作为最大允许误差。b)Ppomsh1×5J₀0s.swre=(A+Lp/探测离散值的最大允许限maximumpermissiblelimitofprobingdispersion技术规范所允许的Promsh₀s%jos极限值作为最大允许限。b)PpomsLDs5%j.00s.AmL=(A+Lp/探测尺寸最大允许误差maximumpermissibleerrorforprobingsize技术规范所允许的Psimsm₁×25j.os极限值作为最大允许误差。b)Psmsml×sJ.00s.xcr=(A+Lp/7技术规范所允许的Psie.SphAllj,os极限值作为最大允许误差。b)Psm.sph.AMj:00S,MPE=(A+Lp/K);长度测量最大允许误差maximumpermissibleerrorforlengthmeasurement技术规范所允许的EBijons或Eum.j:ops极限值作为最大允许误差。平面形状测量最大允许误差maximumpermissibleerrorforflatformmeasurement技术规范所允许的EForm.PLD₉5%jos极限值作为最大允许误差。b)EFormPLD95%j.ODS.Mpe=(A+Lp/c)EFarm.PL.D₉5%j,0DA——大于零的常数，单位为微米(μm),由制造商提供；万向位置值articulatedlocationvalue五个球心的最小外接球直径。坐标测量机技术规范及相关规定等所允许的万向位置值(3.17)的极限值为Lpa₅×25,An,os。b)LDa₅×25.At:0DS,MnL=(A+Lp/84符号本文件中所用到的符号如表1所示。万向位置值的最大允许限万向：使用万向系统调整传感器方位时5计量特性要求5.1环境条件环境条件的允许极限值(包括坐标测量机安装场地影响测量工作的温度、湿度和振动等),应按如下9 使用陶瓷或钢制实物标准器确定探测误差和数值，允许使用其他适合的材料。所使用材料应是具值和待验证值可发生变化。相较于对应的最大允许误差(MPE)或最大允许限(MPL),待检测实物标准尺寸远小于成像区域的尺寸(见图4),采集点数可以不足，且可不评价传感器的畸测量区域小于成像区域的66%时，还应测量局部检测平面。如果制造商和用户同意使用大球体，则可量区域应至少为成像区域的66%。测尺寸误差。局部检测平面和更大的检测球可用否≥66%成像区域是与(P₁及Po)与(P₁及Po)Ps——Ps.sph₁×2s,j₁oos和Psm.sphAIPy——Ppom.sh₁×25,j.oosPp——PForm.SphD₉5%,j配置光学距离传感器的坐标测量机实物标准器，例如标准球用于探测系统标定，但不应用于本应校准检测球的直径与形状，以及局部检测平面的形状，并建议形状误差MPE或MPL的20%。检测球及局部检测平面的形状偏差和表面粗糙度影响检测结果。应按用户可在制造商指定的极限范围内任意选择检测球或检测平面的位置，测量检测球的表面时，检测球的测量区域宜覆盖制造商规定的球体最宽锥角(见图6)。应在技术s——检测球；图6待发布的检测球测量区域和锥角6.2.3.3使用检测平面的检测程序测量检测平面的表面时，检测平面最宽的测量区域不宜超过制造商规定的成像区域。应在技术文件中说明所选择的点所处平面的测量区域。对于配置光学距离传感器的坐标测量机，实际评价数据点的数量差异可显著如果软件具有剔除属于其他表面点的自动功能，则从检测球或局部检测平面上的测量区域中选择25个区域，并缩减至每制造商应提供软件工具，以将数据缩减到代表点。这些软件工具在坐标可使用。制造商的操作手册中所介绍的滤波用途和条件，可根据双方协议作应用。应记录并向用户提供滤波应用程序。如将数据缩减至代表点，除了该区如果在检测球上进行检测，宜按照GB/T16857.5—2017要求的25个位置作为检测球上25个区域的中心位置。对于配置离散单点测量传感器的坐标测量机，则应按照GB/T16857.5的程序测量25个点。如果传感器不能测量整个半球，则可由制造商规定制造商可自行决定为特殊工作条件(如滤波)指定额外的MPE。在指定或检测MPE时，可不使用使用25个代表点，计算无约束的高斯(即最小二乘)拟合球。分别计算出25个代表点的高斯径向距离r,记录相对于最小二乘球心(如球的形状误差rmx-rmim)的25个代表点的高斯径向距离变化范PForm.Sph₁×25.j:oDs=rma使用25个代表点，计算无约束的高斯(即最小二乘)拟合平面。分别计算25个代表点的高斯法向距离d,记录相对于最小二乘平面(如平面形状误差dmx-dmim)的25个代表点的高斯法向距离的变化PPorm.sph₁×25j:os=d应采用探测形状误差所用的25个相同代表点。使用25个代表点，根据最小二乘法确定半径不受约束的高斯拟合球。通过球体测量直径Dm和校准直径Da的差值获得探测尺寸误差Psmsh₁×25j.os:Psie.Sph₁×25j:ops=Dme无论滤波是否为制造商规定的额定工作条件的组成部分，该检测应在用确定包含95%所有测量点的两个同心球面最小半径差，该范围定义为探测离散值。使用局部检测平面时，计算包含95%所有测量点的高斯拟合平面的法向距离范围。检测球的所有测量点拟合为半径不受约束的高斯球，通过球体测量直径Dm和校准直径Da的差Pse.SphA.j:oDs=Dmeas长度测量误差评价方法的原理是通过比较5个不同检测长度的校准值和示值，确定配置光学距离应按B.3规定的程序测量单向长度。如果配置光学距离传感器的坐标测量机还具有其他类型的探测系统(如接触式探测系统和影像探测系统),则应使用制造商规定的其中一种探测系统进行长度测量检测。如果仅有光学传感器可用，则使用陶瓷或钢制实物标准器确定长度测量误差，允许使用其他适合的材差值和待验证值可发生变化。相较于对应的长度测量最大允许误差，待检应小到可忽略不计。如果制造商未规定实物标准器的材料和表面特性，则能由用户任意选择。除非用每个位置最长的已校准检测长度应至少为沿着坐标测量机测量线方向最大量程的66%。因此，沿5个不同的参考检测长度应放置在坐标测量机测量空间的7个不同方位(位置和方向),每个长度应测量3次，合计共105次测量。7个方位中的4个应是空间对角线，如表2和图7所示。用户可指定剩余的3个方位，默认的方位是平行于坐标测量机的3个坐标轴，如表2所示。能根据双方协商采用与表2和图7不同的方位，在此情况下，应在技术文件中记录。如果软件具有自动剔除属于其他表面点的功能，则可使用该功能。通过附录A中所述的分辨力检测能观察到滤波的影响。如果执行分辨力检测，则应使用相同的坐制造商可自行决定为特殊工作条件(如滤波)指定额外的MPE。图7待评价的实物标准器方位：需4个对角线方位和沿坐标系轴线的3个默认方位表2在测量空间的方向在测量空间的方向1沿空间对角线从点(1,0,0)到(0,1,1)必需2沿空间对角线从点(1,1,0)到(0,0,1)必需3沿空间对角线从点(0,1,0)到(1,0,1)必需4沿空间对角线从点(0,0,0)到(1,1,1)必需5平行于机器标尺从点(0,1/2,1/2)到(1,1/2,1/2)6平行于机器标尺从点(1/2,0,1/2)到(1/2,1,1/2)7平行于机器标尺从点(1/2,1/2,0)到(1/2,1/2,1)注：在此表中，坐标系(x、y、z)中测量空间对角点假设为(0,0,0)和(1,1,1如果参考检测长度并非由GB/T16857.2—2017中定义的“常规CTE材料”构成，则相应的*殷钢材料的CTE不大于0.5×10-⁶K-¹,CTE的扩展不确定度(k=2)不大于0.3×10-⁶K-1。常规CTE材料的参考检测长度。常规CTE材料的检测长度应大于0.5m或坐标测量机最长能通过算术调整低CTE检测长度，从而得出符合GB/T16857.2—2017通过105次测量可获得长度测量误差EBj.ons如按B.2中的规定使用双向测量实物标准器，则每个EBi,j.os可由每种实物标准器的测量值LBme如按B.3中的规定使用单向测量实物标准器，则每个Eumjions可由每种实物标准器的测量值单向测量每条测量线的5个长度时，可使用以下两种方法(方法A或方法B)中的任一种来计Lunima.-Lunial+Psin.sph₁×25鉴于可比性原因，如果采用点云采样进行单向误差测量时，则针对105次待检测长度采样如果坐标测量机带有附加装置(包括第三方软件),已校准检测长度的ISO10360-1:2000中图12、图13或图14)表达方式相同。6.4.1原理探测形状检测不易检测到此类误差，配置区域测量传感器的坐标测量机通常形状。由于此类误差对表面形状测量有很大影响，因此对于这类坐标测量检测。过几种不同的方式实现拼接。本文件通过引用由笛卡尔坐标系的坐标测量机获得的三维坐标将拼接限制为基于简单数据合并的拼接操作。基于通过参考重叠区域或使用参考标记另外，通过探测形状检测难以检测到由于坐标测量机的机械结构存在缺陷而导致的直线度测量误平面形状测量误差评价方法的原理是，通过测定以下内容来确定配置光学距机是否能够在规定的平面形状测量最大允许误差使用陶瓷或钢制实物标准器用于确定平面形状测量误差，允许使用其他着平面形状误差和待验证值可发生变化。相对于平面检测的最大允许误差，待应小到可忽略不计。如果制造商未规定实物标准器的材料和表面，则能由用户——平面的较长边长度至少是线扫描或点扫描传感器的投影线长度的两倍，或系的空间对角线。建议采用图8和表3中所示的方位，并应记录与图8不同的方位，应由用户自行决定如果探测系统配有转向功能，则检测结果可受到光学距离传感器方向的显著影响。建议在检测期如果软件具有自动剔除属于其他表面点的功能，则可使用该功能。如果正常的操作程序中包括手分辨力检测能观察到滤波的影响见附录A。如果执行分辨率检测，则应使用相同的坐标测量机工制造商可自行决定为特殊工作条件(如滤波)指定额外的MPE。图8待评价的检测平面的推荐位置：沿x-y平面上的对角线的1个位置和1个空间对角线位置在测量空间的方向1沿x-y平面对角线的点(0,0,0)到(1,1,0)2沿空间对角线的点(0,0,0)到(1,1,1)注：在此表中，坐标系(x、y、z)中测量空间对角点假设为(0,0,0)和(1,1,1EForm.PLaD95%,j:ops=dmax 置光学距离传感器的坐标测量机还具有其他类型的探测系统(如接触式探测系统和影像探测 ——平面形状测量误差EromPLD₉5%j:os不大于制造商规定的平面形状测量最大允许误差按照6.3要求的35组长度测量误差中，最多5个、3次重复中可最多1次(不多于1次)超出合格不应额外进行重复测量。7.2复检检测则认为已验证配置光学距离传感器的坐标测量机的性能。以此类推，同7.1的规定，在6.4中所述的额外的EFarmPLD₉5%,jons不大于最大允许误差8.1验收检测可用于验证配置光学距离传感器的坐标测量机的探测和长度测量性能是否符合由制造商和用户一致同意的最大允许误差。8.2复检检测在组织内部的质量保证体系中，本文件所给出的复检检测能用于验证配置光学距离传感器的坐标测量机的探测和长度测量性能，由用户来确定最大允许误差的要求，允许用户为此给出所有可能及详细的适用限制。8.3期间核查在组织内部的质量保证系统中，能周期性地使用简化的复检检测来验证坐标测量机是否满足最大允许误差的要求。可通过减少待评价的实际测量点数简化本文件所规定的光学距离传感器的期间核查的范围。宜对探测系统进行定期检测，以及在发生对探测性能影响显著的事故后进行检测。9产品文件和数据页中的说明第4章中给出的符号不适合用于产品文件、图样、数据页等，表4给出了允许的对应标识。表4产品文件、图纸、数据页中的符号和对应标识MPE(P[Form.Sph.1×25:j:ODMPL(P[Form.Sph.D95%:j:ODMPE(P[Size.Sph.1×25:i:ODMPE(P[Size.Sph.All:j:ODMPE(E[Form.Pla.D95%:j:OD图A.1使用结构标准器验证结构分辨力A.2.3棱边结构使用直角棱边结构(凹坑、尖状、间隙或类似结构)作为待检测特征的实物标准器。实物标准器的尺寸(如凹陷直径和深度)应远大于待验证的分辨力。如采用旋转对称结构，则能获得平面中任何方向的信息。棱边的质量(棱边的圆整、相互垂直)应显著优于要验证的分辨力。如图A.2所示，使用传感器测量棱边轮廓，结果用于确定结构分辨力。将获得的值与指定的值进行比对。XX图A.2测量棱边结构确定结构分辨力A.2.4波形标准器使用包含一个或多个正弦波的标准器作为实物标准器，其存在相对应分辨力的待验证截止波长，且波幅和波长应校准。如使用旋转对称结构，则能获得平面中任何方向的信息。使用传感器测量波形标准器的表面，结果用于确定标准器的波长，如图A.3所示，该波长通过测量波幅与校准波幅大于0.7的比值进行表征。将该波长与指定的分辨力进行比对。图A.3测量波形标准器确定结构分辨力A.3基本原理系统理论表明，能在时域(此处：在空间中)以及频域(此处：空间频率，极限值。两个图像都包含相同的信息，且可通过傅里叶变换将一图像转换为另一图像及反变换。作为分辨力极限值模型，应使用一阶低通(在控制工程中称为具有一阶延迟的比例环节)。首先，考虑空间域(见图A.4),特征结构(接合点、阶跃、斜率)将在滤波后产生相应的响应。从计量学的角度来看，阶跃是最重要的特征，它以理想形状的阶跃形式实现。滤波器特性的常数X₁是过零点的切线和距离切线足够长的阶跃高度之间的交点。该常数能转换对于空间域中的阶跃响应：空间截止频率vg(单位：每毫米线对数)是传递系数的绝对值下降到1/√2时的频率(极限为-3dB):式中：λg——截止波长。图A.4系统输入和响应的阶跃，用于确定结构分辨力的极限值因此，阶跃响应(理想形状阶跃的测量)允许计算正传递的正弦轮廓高度70%的截止波长。图A.5说明了此关系。严格而言，此考虑仅适用于正弦轮廓(波形标准器)。然而，矩形轮廓能用于充分逼近(相当于半周期宽度的正阶跃和负阶跃的周期性延伸)。该矩形轮廓由众多叠加的正弦波(傅里叶级数)组成。由于高次谐波在很大程度上将因低通滤波而消失，仅考虑基波(正弦波)即可。使用具有对应分辨力的截止波长的波形标准器，并检查传递系数是否至少为70%(正弦)或90%(矩形)。生产或获得多波形标准器不仅要求高，且价格昂贵。因此，在阶跃(见图A.4)或两个连续的反向阶跃(间隙)上获得相同的信息切实可行。2)——高度降低到正弦波幅的70%或矩形高度的90%.图A.5具有指定截止波长周期的正弦波及矩形波，以及成功检测时的响应信号(规范性)测。在此情形下，有些坐标测量机不必准确到达名义位置。这并不会带来坐制造商宜提供软件工具，以将数据缩减到代表点。这些软件工具在坐标宜使用。制造商的操作手册中所介绍的滤波器用途和条件，可根据双行应用。宜记录并向用户提供滤波应用程序。如将数据缩减至代表点，如果软件具有自动剔除属于其他表面点的功能，则可使用该功能。除消除噪声或异常值之外，不宜滥用自动或手动数据选项。可能考虑多种方法将测量点缩减到每个区域的代表点。一种简易的方法是分别在25个区域中选择单个点或计算三维坐标的简易算术平均值。另一种方法是将每个区域中的测量点拟合到球体或平面上，并确定球体或平面上的代表点。如使用球体，建议使用后一种方法进行检测。如果使用配置离散点测量传感器的坐标测量机，则宜测量和评价离散点。B.2验证双向长度测量性能的双向测量B.2.1概述已校准量规的双向测量可提供一个双向已校准检测长度。双向测量涉及在量规的每端探测一个单点或代表点，并从完全相反的方向获取这些探测点(外部双向测量的示例见图B.1)。内部和外部双向测量不应在一条测量线上混用。下面描述了几种可能的双向测量方法。一些光学距离传感器可在无探测运动的情况下获取探测点。但是，如需要传感器的探测运动，宜按图B,1所示的探测方向。b)1——位置1;图B.1每个点到点或等效方式的双向测量示例B.2.2量块可通过点到点测量校准的量块提供参考检测长度，其中该点为单点或代可用点到点的双向方法测量经校准的步距规来提供参考检测长度，其中该点为单点或代表点(见图B.1)。找正程序见附录C。可用球棒或球板提供参考检测长度，其中长度等于已校准球心至球心的径的一半。采用点到点双向测量方法，其中该点为单点或代表点(与量块双向尺序见附录C。可用激光干涉仪和已校准尺寸的实物标准器提供参考检测长度，采用两行测量。参考检测长度是尺寸实物标准器的校准长度与校准的激光干涉仪记录的位移总和。方法是：在初始位置以单点或代表点探测尺寸实物标准器，在第二个位置以单点或代表点已校准量规的单向测量可提供一个单向已校准检测长度。单向测量涉及在量规的每端探测一点或代表点，并从相同的名义方向获取这些探测点(见图B.2)。从不同方向的单侧单向测量不应在一2图B.2验证单向长度测量性能的单向测量示例图B.2验证单向长度测量性能的单向测量示例(续)B.3.2量块可通过点到点测量已校准量块提供参考检测长度，其中该点为单点或代可用点到点的单向方法测量经校准的步距规来提供参考检测长度，其中该点为单点或代表点(见图B.1)。找正程序见附录C。B.3.4球棒或球板用于单向测量可用球棒或球板提供参考检测长度，其中长度等于已校准球心至球心的长度，测量的探测点见可用激光干涉仪和实物标准器提供参考检测长度，采用两个探测点或两二个位置以单点或代表点探测实物标准器名义上相同的校准点(见图B.2)。B.4.1通则干涉仪的一些方法(见图B.3)。能用校准的单向长度与本条中具体描述的校准双向长度(默认为短量块)的算术和提供校准的检测由点云获得的单向长度误差不应用于评价单向长度测量性能。但是，应用6.3.5中描述的推导过pc图B.3需补充双向测量的单向测量B.4.2单向测量和双向短量块测量组成的参考检测长度对每一条测试的测量线，采用B.2.2所述的双向测量方法测量经校准的短尺寸实物标准器(默认为尺寸实物标准器应沿测量线放置，即其轴向应与测试的测量线方向大致一致。尺寸实物标准器的位置应尽可能靠近测试的测量线；当然，为了装夹的方便，尺寸实物标准器可靠近坐标测量机工作台面。例如，如果坐标测量机的空间对角线是待测试的测量线，则尺寸实物标准器应沿空间对角线方向，但可装夹在对角线下方的工作台台面上。如果已校准直径的小球体(默认为25mm)作为尺寸实物标准器，则宜测量球体上共四个点。其中两个点(或两个代表点)应位于平行于测量线的球直径上相对位置。另两个点位于垂直于测量线并通过球心的平面内，在空间应相隔90°。以这种方法测量的球直径等同于短量块的双向测量值。对于每条待测试的测量线，应测量短尺寸实物标准器的双向长度三次，并按时间顺序记录其示值每个单向参考检测长度的三次示值误差按时间顺序加上(通常是算术方法)准器的双向示值误差，生成参考检测长度的示值误差。重复测量每条测量线每个单向参考检测长度的15次示值误差按时间顺序加上(通常是算术方法)相对应的短尺寸实物标准器的双向示值误差，生成参考检测长度的示值误差。对每条测量线，共包含明确指出本条中单向误差和双向误差的组合方法与B.4.3中其他条款的方法不同。这是由于在实(资料性)为了比对坐标测量机的测量长度与检测长度的校准值，需要适当找正检测长度。如果检测长度的校准证书提供了找正的操作指南，则在长度测量前宜按照此指南执行。如果校准证书没有提供找正的C.2平行面量规测头多点探测一个测量面建立一个基准面(最小二乘拟合),垂直这个面的方向是基准方向(量规轴对有些长度远远大于测量面尺寸的量规(例如校准长度大于测量面尺寸的10倍),基准方向的建立心。量规轴线即两个球的球心到球心连线。采用这种找正方法，这种类型的参考检测长度应仅用于探在这两种方