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13部分：光学三维坐标测量系统 编制说明

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13部分：光学三维坐标测量系统（征求意见稿）一、工作简况1、任务来源本标准是根据国家标准化管理委员会关于下达2023年第二批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知（国标委发[2023]37号制定《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13部分：光学三维坐标测量系统》，计划编号：20230790-T-469，由全国产品几何技术规范标准化技术委员会（SAC/TC240以下简称标委会）提出并归口。负责起草单位为中机生产力促进中心有限公司等，计划应完成时间2024年。2、制定背景使用及维修、报废等全生命周期，是制造业技术标准中最重要的标准体系之一。新一代GPS成为引领世界高端制造业前进方向的新型国际标准体系，是实现数字化设计、制造与检验技术的重要基础。坐标测量系统（CMS）作为现代工业检测、质量控制和制造技术中不可缺少的重要测量设备。其原理是通过测量空间任意的点、线、面及其相互位置，获得被测量几何型面上各测点的几何坐标尺寸，再由这些点的坐标值经过数学运算求出被测零部件的几何尺寸和形状位置误差。随着科学技术的发展,各种零部件的设计、加工、装配的精度和复杂度越来越高,尤其在智能制造装备、航空航天装备、轨道交通装备、海洋工程装备等精密高端装备制造领域，对于包括精密零部件等在内的高端工业机械制造和高精尖工业产品的研发设计、生产制造、检验检测等过程的需求也越发迫切，这就对测量与检测技术提出了更高的要求。光学三维坐标测量系统可利用光学原理在不接触物体的情况下对物体的三维信息进行快速、准确的收集，可实现无接触、无损伤的智能化检测，受被测物的几何形貌特性对测量范围的限制更小，可适应生产实践中复杂的现场测量环境，具有便携、高精度和自动化的特点，在保证测量精度的同时提升检测速度，在技术路径上弥补了三坐标测量设备、关节臂等传统坐标测量机（CMM）在测量速度、测量便利性以及测量环境适应性等方面的不足，可以实现大尺寸复杂表面形貌物体高效高精度现场测量。国内光学三维坐标测量系统相关厂家近年来发展迅速，市场呈现持续快速增长趋势，具有广泛的使用场景。由于光学三维坐标测量系统具有应用场景多元化、系统参数复杂等特性，其验收检测和复检检测方法、合格判据是否统一将直接影响到光学三维坐标测量系统的性能评价。为了保证系统的测量准确性、性能稳定性和评价一致性，需要对光学三维坐标系统的验收检测和复检检测进行标准化。同时，作为GPS标准体系中坐标测量机系列的重要组成部分，国际上已制定ISO10360-13:2021(E)《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13部分：光学三维坐标测量系统》。而国内光学三维坐标测量系统验收检测和复检检测标准尚缺失，随着国内相关光学三维坐标测量系统市场不断壮大，相应的检测标准需求越加迫切，针对光学三维坐标测量系统的检测标准也亟待建立。3、起草过程预研阶段：作为ISO/TC213国内技术对口单位，中机生产力促进中心有限公司组织相关专家长期跟踪ISO10360-13国际标准动态。2021年标准正式发布后，标委会秘书处组织专家对标准进行分析，完成了翻译工作，形成标准翻译稿。同时，深入高等院校和仪器生产企业，对标准的使用情况进行调研分析。技术委员会工作平台组织委员进行立项投票，应投票87人，实际投票73人，全部为赞成票，占应投票人数83.9%，满足要求，立项投票通过。2022年12月7日，正式上报国家标准化管理委员会。起草阶段：2023年8月6日，标准计划下达后，标委会于2023年8月21日通过发文的形式向全社会广泛征集标准起草组成员。经过征集和初步遴选，标委会成立了《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13部分：光学三维坐标测量系统》标准起草工作组。开《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13部分：光学三维坐标测量系统》国家标准启动会暨第一次标准讨论会，上海大学、四川省产业计量测试研究院等18家单位的20名专家出席了会议。会上，标委会秘书处向与会专家介绍了标准的立项背景，并结合前期各单位申请加入标准起草组情况，介绍了标准起草工作组的暂定方案，标准制定原则和框架内容。会议重点围绕国家标准草案进行了讨论，形成了一系列意见建议（见附件1并对下一步工作进行了任务分工。会后，标准会议意见，对标准草案进行了修改和完善。2024年3月27日～29日，全国产品几何技术规范标准化技术委员会在江西省上饶市召开第二次标准讨论会，上海大学、四川省产业计量测试研究院等18家单位的27名专家出席了会议。会议重点围绕本项国家标准草案进行了讨论，形成了一系列意见建议（见附件2）。会议要求作组结合会议意见，尽快完善标准草案稿。化技术委员会在浙江省杭州市组织召开了第三次国家标准讨论会，会上，标准起草工作组介绍了第二次标准讨论会后，标准的修改情况。会议重点围绕本项国家标准草案进行了讨草工作组结合会议意见，对标准草案进行了修改和完善，于2024年6月30日完成了标准征求意见稿和编制说明，提交标委会秘书处。二、编制原则、主要内容及其确定依据本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》进行编写。在标准编制过程中，重点遵循以下原则：1）一致性原则本标准的编制原则是对编制过程中所涉及的相关国际、国内标准文件进行了分析研究，保持与已发布国家标准的一致性。2）科学性原则充分体现技术内容支撑，力求做到对原ISO标准技术内容理解、确认之后再进行翻译转化，以保证技术内容的科学性和准确性。3）可操作性原则结合我国制造业发展的实际情况，力求具有指导性和可操作性。4）简易性原则标准内容和技术表述浅显易懂，且在实际应用中无歧义。2、标准主要内容及其确定依据2.0标准引言引言描述了系列标准的作用，本文件的编写目的，分部分编写的原因，各部分之间的相互关系等。说明：标准引言按照GB/T1.1-2020的要求进行编写，主体内容与系列标准的其他部分保持一致，同时增加了ISO标准中引言的部分内容。2.1标准范围本文件规定了光学三维坐标测量系统（CMS）长度测量性能指标（由制造商所给定的）的验收检测方法，还规定了用户定期验证光学三维坐标测量系统（CMS）的复检检测方本文件适用于被扫描物体的表面特性（如光泽度，颜色）在一定范围内时，对坐标测量系统性能的验证。本文件不适用于其他类型的坐标测量系统，包括ISO10360系列其他部分所涵盖的内容、用于测量表面特性的测将“其他类型的坐标测量系统”按照标准引言中的内容进行2.2规范性引用文件共有ISO10360-1、ISO14253-1、ISO/IEC指南9规范性引用文件2.3术语和定义为便于理解标准中的技术内容，给出了光学三维坐标测量系统、传感器测量空间、配准、融合、级联测量空间、单视图测量、多视图测量等相关术语及定义。2.4符号给出了形状探测误差、尺寸探测误差、级联测量空间中的空间长度测量误差、最大允许尺寸探测误差、传感器测量空间内的多视角测量等符号。2.5额定工作条件明确了环境条件和操作条件，以及对标准器材质及表面特性的要求，测量数据的预处理说明。2.6验收检测和复检检测规范了光学三维坐标测量系统验收检测和复检检测的操作，包括：畸变特性、探测特性、级联测量空间中的空间2.7合格判据给出了验收检测和复检检测的合格判据，光学三维坐标测量系统的性能指标需在考虑测量不确定度前提下满足制造商所规定的最大允许误差要求，并规定了在未通过性能验证时的处理方式，同时对检测项目的强制性做出了规定。2.8应用、产品文档和数据表中的说明针对验收检测、复检检测和临时检测建立统一的标准规2.9附录本标准以规范性附录形式给出了代表参考检测长度的标准器和相应的测量程序，同时以资料性附录形式分别给出了：双向长度测量特性的评估、用于评估级联路径对误差传播影响的级联长度测量程序、标准器的找正、实物标准器的表面特性、结构分辨力测试、不确定度的评估指南、与GPS矩阵模型的关系。3、与国际标准相比，技术差异及其原因——将“其他类型的坐标测量系统”按照标准引言中的内容进行了详细表述（见第1章避免产生歧义；——用规范性引用的GB/T16857.1替换了ISO10360-1以适应我国的技术条件，见第3章，增加可操作性；——用规范性引用的GB/T18779.1替换了ISO14253-1以适应我国的技术条件，见第3章、5.2.2和第7章，增加可操作性。4、与国际标准相比，主要编辑性改动——用资料性引用的GB/T4249替换了ISO8015以适应我国的技术条件，见H.1，增加可操作性；——用资料性引用的GB/T18779.5替换了ISO14253-5以适应我国的技术条件，见附录G，增加可操作性；——用资料性引用的GB/T19765替换了ISO1以适应我国的技术条件，见G.4.1，增加可操作性；——用资料性引用的GB/T20308替换了ISO14638以适应我国的技术条件，见H.1，增加可操作性；——用资料性引用的GB/T33523所有部分替换了ISO25178所有部分以适应我国的技术条件，见第1章，增加可——删除了图1中的一个标引符号说明“Pos-i(i=1,——删除了图2中的一个标引符号说明“Pos-i(i=1,——删除了参考文献中ISO10360-11。三、试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会效益和生态效益1、试验验证的分析、综述报告试验验证内容见附件4。2、预期的经济效益、社会效益和生态效益本标准的制定和实施对我国高端装备制造业的发展，企1）统一检测方法，提升光学三维坐标测量系统出厂性能的一致性和稳定性在本标准制定实施之前，没有专门的标准对光学三维坐标测量系统进行规范化描述和定义，因此，制造商、用户和使用方在光学三维坐标测量系统验收检测以及复检检测的过程中，经常因工作条件、性能指标评价体系、检测方法流程、合格判据不统一而产生困扰。本标准的制定实施将为光学三维坐标测量系统制造商、用户或使用方等提供统一的标准进行验收检测、复检检测和期间核查，确保系统性能，促进产品技术和质量水平的进一2）促进我国制造业的国际化进程在全球一体化的大背景下，世界各国之间的技术竞争实际上都体现在技术标准上。标准是一个国家的技术资源，是一个国家的工业产业走向国际化的重要技术支撑。本标准等同采纳国际最新标准，形成科学的定义和分析评价方法，助力我国制造业产业走向国际化，提高我国产品的国际竞争力。本标准的制定与实施，可填补我国光学三维坐标测量系统验收检测和复检检测标准的空白，为光学三维坐标测量系统的推广应用奠定坚实基础，为我国光学三维坐标测量系统技术的研发提供可靠保证，有利于保障产品在设计、制造、认证过程中的一致性，助力推动我国制造业向高端化、精密化、国际化转型，有助于使我国新一代产品几何技术规范与国际接轨，技术内容更加完整，技术水平先进，标准结构更加规范，编制符合GB/T1.1-2020的要求；术语词汇更贴近生产，内容更适应当前技术水平，为企业在设计、制造、检验等过程提供技术支持，牵引我国高端装备制造业的发展。四、与国际、国外同类标准技术内容的对比情况，或者与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况五、以国际标准为基础的起草情况，以及是否合规引用或者采用国际国外标准，并说明未采用国际标准的原因本标准修改采用ISO10360-13:2021。六、与有关法律、行政法规及相关标准的关系本标准与我国的现行法律、法规和强制性国家标准没有七、重大分歧意见的处理经过和依据八、涉及专利的有关说明本标准不涉及专利。九、实施国家标准的要求，以及组织措施、技术措施、过渡期和实施日期的建议等措施建议建议作为推荐性国家标准发布，标准发布即实施。建议标准号：GB/T16857.13-xxxx。十、其他应当说明的事项在标准修订过程中，考虑到“其他类型的坐标测量系统”的表述过于模糊，容易产生歧义，因此按照引言的表述将此内容进行详细表述。本标准采标程度由“等同”变更为“修标准起草工作组第一次讨论会意见建议1)范围第一句“本文件规定了光学三维坐标测量系统的验收检测和复检检测，使用户能够定期对系统性能进行验证。”改为“本文件规定了光学三维坐标测量系统（CMS）长度测量性能指标（由制造商所给定的）的验收检测方法，还规定了用户定期验证光学三维坐标测量系统（CMS）的复检检测方法”2)范围第二句修改为，本文件适用于被扫描物体表面特性（如光泽度、颜色）在一定范围内时，对坐标测量系统性能的验证。4)3.1改为，仅采用光学传感器进行空间坐标测量的系统5)3.2术语改为，传感器空间测量范围且符合制造商规定的空间测量范围。7)3.2注改为，制造商所给定的传感器空间测量范围的尺寸参数可能与传感器感知范围有很大差异。8)3.3注1改为，通过刚性变换实现的变换，包括平移和/12)3.5术语改为，拼接测量空间13)3.5内容改为，传感器相对于工件移动和配准得到的、且符合制造商规定的空间测量范围。14)3.5注1，改为，拼接测量空间可以由设计确定，通常由长方体边界或被测工件的三维尺寸来确定。15)3.6改为，使用光学传感器完成的相对于工件16)3.6注1，改为，单视图测量是在不移动、未配准和未融合的情况下测量。个单视图测量进行配准和融合实现的空间坐标测量。18)3.8定义中百分位改为一定百分比19)3.9定义改为，由未加权和无约束的最小二乘法得到的拟合球与已校准检测球直径的示值误差，与所有数据的百分比有关。20)3.10定义，指示误差，改为，示值误差21)3.10定义，中心到中心的距离，改为，中心距23)3.11术语，平面形状畸变误差，放一放，待畸变误差确定24)3.11定义，改为，包含检测平面上测量的所有数据百分比的两平行平面之间的最小距离25)3.12术语，改为，拼接测量空间中的空间长度测量误差26)3.12定义，改为，拼接测量空间，已校准27)3.12注2，改为，为了表征拼接测量空间28)3.12注3，改为，可以通过标准球的中心距来实现29)3.13术语，改为，探测形状离散最大允许误差，下述术语相同修改30)3.17术语，改为，拼接测量空间中的空间长度测量最大允许误差31)3.18术语改为，拼接测量空间中的双向测量误差32)3.18定义改为，拼接测量空间，示值误差33)3.19术语改为，双向长度测量最大允许误差。第二次讨论会意见建议1)3.11将“单视角”改为“单视图”2)5.2.1删除“(至少部分适用时)”除“进行”4)5.2.2将“并应根据ISO14253-1的规定考虑校准不确定度”改为“并应根据ISO14253-1评定测量不确定度”5)5.2.3第三段字体改成“五号”字体6)5.2.3将“异常值消除”改为“剔除异常值”7)6.1将“按下列描述”改为“规定如下”8)6.1将“根据”改为“由于”9)6.1注1改为“例如，要验证的MPE值是从制造商的MPE值延伸而来，并经过验证”10)6.1将“强制性检测”改为“必选检测项”11)6.2.1“该类型的误差”改为“此类误差”对畸变误差进行规范和检测”13)6.2.2.1原句改为“该检测的原理是在传感器空间测量范围内，确定光学三维坐标测量系统是否能在规定的畸变最大允许误差范围内进行测量”14)6.2.2.1将“评价两种特性”改为“两种评价特性”15)6.2.2.2将“校准”改为“测量”16)6.2.2.2注1将“6.3.2.3.1”改为“6.2.2.3.1”球体的球心到球心距离”18)6.2.2.2将“坐标测量系统用于标定的标准器不得作为实物标准器”改为“用于标定坐标测量系统的标准器不应作为实物标准器”19)6.2.2.3.1将“被分为”改为“包括”20)6.2.2.3.1将“八”改为“8”21)6.2.2.3.1将“则应尽可能”改为“则应”22)6.2.2.3.1将“8个体素中的2个的组合”改为“8个体素中的任选2个的组合”23)6.2.2.3.1将“外缘”改为“边缘”24)6.2.2.3.1将“该标准”改为“本文件”25)6.2.2.3.1删除“或者，在”26)6.2.2.3.1原文改为“球体上至少25%的探测点，到传感器空间测量范围边缘缘的距离，不得超过传感器空间测量范围内最长长度的10%”27)6.2.2.3.1原文改为“为实现12种相对组合，可重新定位坐标测量系统和实物标准器”28)6.2.2.3.1原文改为“在每次测量后，坐标测量系统与实物标准器之间的相对位置应轻微变化”29)6.2.2.3.1将“立体像素”改为“体素”30)6.2.2.3.1图1删除“，概览”图中传感器空间测量范围内已校准的检测长度的位置”32)6.2.2.3.1图1将“”改为“标引符号说明”34)全文将“正常操作程序”改为“操作程序”35)6.2.2.3.3将“这会生成”改为“测量生成”36)6.2.2.3.3将“复现检测”改为“复检检测”37)6.3.1将“评价四种特性”改为“四种评价特性”38)6.3.3将“多视角”和“多视点”都改为“多视图”39)6.3.4.1将“实物标准器表面”改为“实物标准器表面之外”40)6.3.4.2.1删除“百分比”全文一致41)6.3.4.2.1将“强制性的”改为“必选的”球壳体”文中统一采用“球壳体”43)6.3.4.2.2将“有意不给出”改为“本文件未给出”44)6.3.4.2.3注1将“由于检测球体表面测量的区域限制”改为“受到检测球体表面测量的区域限制”45)6.3.5.1将“评价四种特性”改为“四种评价特性”46)6.3.5.2将“应予以考虑”改为“在验证时应评估”47)6.3.5.2原文改为“为了覆盖传感器空间测量范围，每次测量平面的位置不同”48)6.3.5.2将“应在双方同意的情况下进行多次单视图测量”改为“在双方同意的情况下应进行多次单视图测量”49)6.3.5.2将“强烈建议”改为“建议”50)6.3.5.3将“应报告所采用的平面布置情况”改为“应说明所采用的平面位置情况”51)6.3.5.3将“设置和确定”改为“设置和标定”52)6.3.5.3将“数据消除”改为“数据剔除”53)6.3.5.3将“为特殊操作条件指定额外的MPE，例如指定的滤波”改为“为特殊操作条件（例如指定的滤波）指定额外的MPE”荐位置，每个都显示在两个不同的视图中”改为“每个都显示在两个不同的视图中传感器空间测量范围内检测平面的推荐位置”55)6.3.5.4将“95%对应的误差”改为“95%的对应误差”全文进行统一56)6.3.5.4将“指定百分比的测量点(95%或100%)”改为“指定百分比(95%或100%)的测量点”57)6.3.5.4将DForm.Pla.D95%:SMV.MV:O3D调整到平面形状畸变误差之后58)6.4.2将“光学三维坐标测量系统用于标定的实物标准器不得作为检测的实物标准器”改为“用于标定光学三维坐标测量系统的实物标准器不得作为检测的实物标准器”59)6.4.3将“k=2”改为“k=2”60)6.4.3将“镍钢材料”改为“殷钢材料”61)6.4.3将“0.5×10-6k-1”改为“0.5×10-6K-1”标测量系统的特征”改为“光学三维坐标测量系统的特性”64)6.4.4将“必须”改为“必需”6.4.4将“一种或两种参考特性”改为“一种或两种参考特征”第三次讨论会意见建议1)第1章改为“本文件规定了在测量制造商规定的长度时验证光学三维坐标测量系统性能的验收检测，还规定了用户定期验证光学三维坐标测量系统（CMS）性能的复检检测”2)第7章节将“合格性判定”改为“合格判定”3)7.1.1.1改为“并按ISO14253-1的规定考虑其测量不确定度”4)附录A.1改为“对光学三维坐标测量系统的双向长性能进行可选验证”6)全文“参考检测长度”改为“已校准检测长度”7)附录B.1改为“本文件中所述的测量程序获测长度，被设计用来测量三种类型的坐标测量系统误差”8)附录B.2将“激光干涉仪”改为“激光干涉法”；9)附录C标题改为“用于评估拼接路径对误差影响的拼接长度测量程序”征”都改为“要素”11)图C.1改为“常规拼接路径示例：由六个线性等距排列的球形特征组成的标准器进行拼接长度测量”12)附录D将“参考（量规轴线）方向”改为“基准方向效性”面效果和珍珠色效果”改为“金属表面处理和珍珠色处理的效果”15)附录E3改为“通过使用表面特性与坐标测量系统合作性良好的实物标准器来执行”；16)附