ISO 10360-10 是关于非接触式面扫描光学三维测量系统验收和复核测试的国际标准。该标准定义了两个主要性能指标——探测误差和球间距误差——并规定了用于验证制造商最大允许误差（MPE）声明的测试条件、参考试样及评估程序。
目录
关键事实
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标准名称：DIN/EN ISO 10360-10
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签发机构：国际标准化组织（ISO）
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范围：非接触式光学三维测量系统的验收与复核测试
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主要绩效指标：2：探针误差（P_Form）和球间距误差（E_uni）
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主要测试结果：经校准的参考球（需提供可溯源的校准证书）
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参考温度：20 °C（如 ISO 1 所定义）
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MPE声明：特定于制造商——未在标准中作统一定义
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适用传感器类型：激光三角测量、结构光、飞行时间3D相机
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上级标准系列：ISO 10360（第2部分：接触式三坐标测量机；第10部分：非接触式光学系统）
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相关规范框架：GPS — 几何产品规范（ISO 14638 总体规划）
ISO 10360-10 的适用范围是什么？
探针误差（P_Form）是指在对校准参考球体上所有采集数据点进行最小二乘法球体拟合后，残差偏差的范围。传感器会在球体表面采集规定数量的最小数据点；最小二乘法算法将理想球体拟合到该点云上；P_Form 即最大残差偏差与最小残差偏差之间的差值。
正式表述：
PForm=dmax−dminPForm=dmax−dmin
其中 dmaxdmax 是最大的正残差，而 dmindmin 是最佳拟合球面上的最大负残差。
P_Form 量化了系统重现已知几何基本形状的能力。较低的 P_Form 值表明传感器以较高的局部一致性和较低的噪声捕获了表面几何形状。
ISO 10360-10 中的关键定义有哪些？
ISO 10360-10 定义了 4 个基础计量学概念，这些概念决定了性能测试的结构和评估方式：探测误差、球体间距误差、测量体积和采集模式。
ISO 10360-10 中的“探针误差”是什么？
探针误差（P_Form）是指在对校准参考球体上所有采集数据点进行最小二乘法球体拟合后，残差偏差的范围。传感器会在球体表面采集规定数量的最小数据点；最小二乘法算法将理想球体拟合到该点云上；P_Form 即最大残差偏差与最小残差偏差之间的差值。
正式表述：
PForm=dmax−dminPForm=dmax−dmin
其中 dmaxdmax 是最大的正残差，而 dmindmin 是最佳拟合球面上的最大负残差。
P_Form 量化了系统重现已知几何基本形状的能力。较低的 P_Form 值表明传感器以较高的局部一致性和较低的噪声捕获了表面几何形状。
ISO 10360-10 中的“球面间距误差”是什么？
球间距误差（E_uni）是指两个经校准的参考球之间测得的中心间距与该距离的可溯源参考值之间的绝对差值。
正式表述：
Euni=∣Lmeasured−Lreference∣Euni=∣L测量−L参考∣
其中 LmeasuredL测量值 是根据点云测定的中心间距，而 LreferenceL参考 是来自校准证书的校准值。
E_uni 量化了系统在测量体积内的长度测量精度。E_uni 是 ISO 10360-2 标准下触觉三坐标测量机（CMM）测试中所用长度测量误差的体积等效值。单个 E_uni 测试结果涵盖一个空间方位和一个间距；完整的测试方案要求在测量体积内的多个位置和方位进行测量。
ISO 10360-10 中的“测量体积”指什么？
测量体积是指测量系统能够产生符合制造商规定规格的测量结果的三维工作空间。ISO 10360-10 要求在性能测试中系统地对测量体积进行采样——而不仅仅是在中心位置或单一工作距离处进行采样。
系统体积采样可检测三类空间相关误差：由透镜或激光器几何形状引起的边缘区域畸变、由校准非线性引起的深度相关尺度误差，以及由视场内光照强度变化引起的与位置相关的噪声。
单次扫描采集与多次扫描采集有何区别？
ISO 10360-10 区分了两种采集模式。单次扫描采集是在不重新定位传感器或测试样本的情况下，通过一次曝光或一次扫描过程捕获测试样本。多次扫描采集则结合了多次曝光或扫描过程（无论是否重新定位传感器），以生成最终的测量结果。
根据 ISO 10360-10 标准，这两种模式均有效，前提是制造商声明了所列 MPE 值适用于哪种模式。对于同一性能指标，多次扫描的结果无法与单次扫描的结果直接进行比较。
ISO 10360-10 要求哪些参考实物？
ISO 10360-10 规定，经校准的参考球体应作为一级测试标准件。每个球体均附有可追溯的校准证书，其中载明其直径和形状偏差。符合要求的参考球体须满足3 项材料和几何要求。
参考球体有哪些要求？
首先，相对于传感器的空间分辨率，球体直径必须足够大，以便在球体表面获取所需的最小数据点数量。其次，球体表面的光洁度必须能够产生与传感器照明波长相匹配的稳定、漫反射——具有高镜面反射率或波长依赖性吸收的表面会在点云中产生系统误差。 第三，球体形状偏差（经校准）必须小于待测的探测误差，以确保该偏差不会主导测试结果。
测试时，参考球体应如何定位？
ISO 10360-10 要求在测量体积内将球体放置于多个位置和方向。至少需设置 5 个球体位置——分布于场域的近端、远端、中央、左侧和右侧区域——以检测与空间相关的性能变化。每个位置产生一个 P_Form 结果；成对的球体位置则针对每个测试的分离距离和方向产生 E_uni 结果。
为什么光学系统需要针对特定表面的校正方案？
与触觉传感器不同，光学传感器会对被测表面的光学特性——如反射率、镜面反射率、颜色和半透明度——作出反应。即使几何形状完全相同，表面涂有哑光白色陶瓷涂层的参考球体所产生的信号，与表面为抛光钢材的相同球体所产生的信号也截然不同。
ISO 10360-10 考虑到了这种依赖关系，要求测试试样与系统计划测量的工件的反射率等级相匹配，或能代表该等级。在 ISO 10360-2 规定的接触式三坐标测量机（CMM）测试中，没有与该试样-表面匹配要求相当的规定。
ISO 10360-10 规定了哪些性能指标？
ISO 10360-10 规定了 3 项用于评估和验收光学三维测量系统的定量性能指标：探针误差 (P_Form)、球间距误差 (E_uni) 以及（如制造商指定）平面度误差。
P_Form 是如何计算的？
P_Form 的计算分为4 个步骤。
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | 在规定的测试条件下，获取一个已校准参考球的点云数据 |
| 2 | 应用最小二乘球拟合算法，确定最佳拟合球的中心和半径 |
| 3 | 计算每个采集点相对于最佳拟合球面的带符号残差偏差 |
| 4 | 将 P_Form 计算为以下范围： PForm=dmax−dminPForm=dmax−dmin |
当残差范围超过制造商规定的最大允许误差（MPE）时，P_Form 测试结果即视为超出限值。若任何单个测试位置超出限值，则该次测试结果即为不合格。
E_uni 是如何计算的？
E_uni 的计算公式为 Euni=|Lmeasured−Lreference|Euni=∣L测量−L参考∣. 每个球体的中心由对该球体所采集点云进行最小二乘球体拟合确定。
对于每对球体位置以及每个测试的空间方向，都会单独计算 E_uni 值。完整的 E_uni 测试结果即为在测量体积内所有测试位置和方向中记录到的最大 E_uni 值。
MPE在验收测试中扮演什么角色？
MPE（最大允许误差）是指制造商在指定测试条件下对某项性能指标所声明的上限值。ISO 10360-10 并未规定通用的 MPE 值；各制造商需针对每款产品及每种运行模式分别规定适用的 MPE 值。
验收试验旨在确定某特定测量系统所获得的 P_Form 和 E_uni 结果是否均未超过该系统所声明的最大允许误差（MPE）值。只要任何一项 MPE 值超出规定范围，即视为验收试验结果不合格，无论其他位置的结果如何。
根据《测量不确定度表示指南》（GUM / ISO/IEC 98-3）评估的测量不确定度，既适用于参考实物校准，也适用于测试测量结果。不确定度与最大允许误差（MPE）是两个独立的概念，不能相互替代。
ISO 10360-10 规定了哪些环境条件？
ISO 10360-10 规定了在验收和复核测试期间必须加以控制并记录的5 类环境条件：温度、湿度、振动、气流以及系统稳定时间。
| 状况 | 要求 | 光学系统特有的风险 |
|---|---|---|
| 温度 | 参考值：20 °C（ISO 1）。测试期间的波动：在制造商声明的范围内，通常为±2 °C | 热漂移会改变内部校准几何结构和光程 |
| 湿度 | 在制造商规定的额定工作范围内 | 高湿度会导致光学元件上产生凝结水；低湿度且存在湿度梯度时，会导致空气柱中的折射率发生变化 |
| 振动 | 在制造商规定的振动公差范围内 | 地面或安装结构的振动会导致激光线几何形状发生偏移，从而在扫描过程中产生点对点误差 |
| 空气流动 | 测量区域内无湍流 | 空气流动产生的局部折射率梯度会改变表面的视位置 |
| 沉降时间 | 通常在转运后2至12小时内，检测前 | 热稳定化可消除导致校准几何形状失真的内部温度梯度 |
光学3D系统在运输后需要经过一段稳定时间，才能开始测试。这段稳定期可使传感器的内部温度趋于稳定，从而消除会改变光程和内部校准几何形状的温度梯度。与接触式三坐标测量机（CMM）探头相比，光学三角测量传感器对微振动更为敏感，因为机械振动会直接影响激光线的几何形状。
ISO 10360-10 测试期间的受控条件必须作为测试报告的必备内容予以记录。在声明的环境范围之外获得的测试结果，不得作为验收决策的依据。
验收测试与重新验证有何区别？
ISO 10360-10 定义了两种规范上截然不同的测试程序：验收测试和重新验证。两者均采用相同的测试方案和性能指标，但其目的不同，且发生在系统生命周期的不同阶段。
| 属性 | 验收测试 | 重新验证 |
|---|---|---|
| 时间 | 一次——在交付和安装时 | 在使用寿命期间定期 |
| 目的 | 确认新安装的系统符合制造商规定的最大允许误差（MPE）值 | 在使用、运输、维护或更换部件后，确认是否仍符合要求 |
| 议程 | 完整的 ISO 10360-10 测试序列 | 与验收测试协议相同 |
| 间隔 | 不适用（一次性事件） | 由应用的不确定度要求、观测到的稳定性以及适用的质量管理体系（例如 ISO/IEC 17025）决定 |
| 可追溯性 | 通过经校准的参考标准器进行维护（可追溯至国际单位制米） | 通过相同的校准标准品进行维护；按规定间隔对标准品进行重新校准 |
ISO 10360-10 并未规定复检间隔。校准间隔由以下三个因素决定：应用所需的测量不确定度、系统随时间推移的实际性能稳定性，以及管理该测量实验室的质量管理体系的要求。
通过在验收测试和复核中均使用经校准的参考实物，确保了测量结果可追溯至国际单位制（SI）米。每颗参考球体的校准证书中均记录了其可追溯性。
ISO 10360-10 标准如何适用于激光三角测量系统？
ISO 10360-10 是用于在工业测量应用中对激光三角测量传感器进行认证的主要规范框架。激光三角测量是一种几何光学测量原理：将激光线或激光点投射到表面上；摄像头捕捉偏移后的激光图像；该偏移量反映了每个受光位置的表面高度。
激光三角测量传感器和系统是属于 ISO 10360-10 标准范围内的光学三维测量系统。该标准适用于与工业传感器部署相关的三种实施类型。
| 部署类型 | 描述 | ISO 10360-10 应用 |
|---|---|---|
| 三坐标测量机（CMM）安装式传感器 | 安装在坐标测量机（CMM）上的固定式激光三角测量传感器 | P_Form 和 E_uni 测试均可直接应用；测量体积对应于传感器的有效工作距离范围和扫描场 |
| 机器人引导传感器 | 传感器通过工业机器人沿预设扫描轨迹移动 | 制造商的技术规格规定了测试中采用的运动学配置所适用的MPE值 |
| 内嵌式传感器 | 集成在生产线上用于连续零件检测的传感器 | 测试方案与生产测量中使用的采集模式一致 |
ISO 10360-10 同时支持激光三角测量传感器的单次扫描和多次扫描协议。单次扫描结果适用于在单次扫描过程中对每个工件进行测量的传感器。多次扫描结果适用于将多次扫描数据拼接成一个配准点云的系统。验收测试中使用的采集模式必须与生产测量中使用的采集模式一致。
在探针误差测试中，传感器会采集一个经过校准的参考球体的点云数据；而在球体间距误差测试中，球体对会被放置在代表实际测量应用中主要扫描方向的姿态下。这种具有应用代表性的测试几何结构，确保了认证结果对预期用途具有实际意义。
符合 ISO 10360-10 标准，为评估和比较不同供应商及安装环境下的激光三角测量传感器性能提供了标准化且与制造商无关的基础。