1、 福建省地方計量技術規范JJF（閩）11012020在線式CCD圖像尺寸測量系統校準規范Calibration Specification for Online CCD Image SizeMeasurement System2020-1-14發布2020-4-14實施 JJF（閩）1101-2020在線式CCD圖像尺寸測量系統校準規范JJF（閩）11012020Calibration Specification for OnlineCCD Image Size Measurement System JJF（閩）1101-2020目錄引言（II）1范圍（1）2引用文件（1）3術語（1）4概述（

2、2）5計量特性（3）5.1尺寸測量誤差（3）5.2標定系數的重復性（3）5.3標定系數的非線性誤差（3）5.4各位置測量結果的一致性（3）5.5照度均勻性（3）5.6測量重復性（3）6校準條件（4）6.1環境條件（4）6.2標準器及其它設備（4）7校準項目和校準方法（4）7.1校準項目（4）7.2校準方法（4）8校準結果表達（7）8.1校準數據處理（7）8.2校準證書（8）8.3校準結果的不確定度評定（8）9復校時間間隔（8）附錄A在線式CCD圖像尺寸測量系統校準記錄（式樣）（9）附錄B校準證書校準結果內容（11）附錄C尺寸測量誤差的校準結果不確定度評定（示例）（12）附錄D角度測量誤差的校準

3、結果不確定度評定（示例）（16）附錄E專用標準器組的技術要求（18）I JJF（閩）1101-2020引 言本規范參照 GB/T 247622009產品幾何技術規范（GPS ）影像測量儀的驗收檢測和復檢檢測制定，其編寫格式執行 JJF 10712010國家計量校準規范編寫規則，測量不確定度評定采用 JJF 1059.12012測量不確定度評定與表示要求的內容與方法編寫。本校準規范為首次制定文件。 JJF（閩）1101-2020在線式 CCD圖像尺寸測量系統校準規范1范圍本規范適用于測量范圍為（0100）mm，CCD像素在 200萬以上的在線式圖像尺寸測量系統的校準。2引用文件本規范引用了下列文

4、件：JJF 10012011通用計量術語及定義JJF 10942002測量儀器特性評定JJF 1059.12012測量不確定度評定與表示JJF 13182011影像測量儀校準規范ISO/CIE 19476:2014(F) Characterization of the performance of illuminancemeters and luminance meters（照度計和亮度計的性能特性）GB/T 247622009產品幾何技術規范（GPS）影像測量儀的驗收檢測和復檢檢測凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

5、規范。3術語JJF 13182011影像測量儀校準規范和 ISO/CIE 19476:2014(F)Characterization of the performance of illuminance meters and luminance meters（照度計和亮度計的性能特性）中界定的及以下術語和定義適用于本規范。3.1 CCD圖像尺寸測量系統通過 CCD攝像系統獲取被測對象的清晰圖像并完成各類尺寸分析計算的測量系統。3.2標定系數通過系統標定建立的被測實際尺寸和 CCD像素物理尺寸的數學關系，獲取標定系數（尺寸像素測量比）k，單位為 mm/pixel。pixel像素。3.3標定系數的重

6、復性用同一標準尺寸對測量系統進行連續重復標定，當無法保證標準器重復擺放的位置及方向完全一致時，多次獲取的標定系數 k之間的一致性。1 JJF（閩）1101-20203.4標定系數的非線性誤差用不同大小的標準尺寸對測量系統進行標定，獲取大小不同的標定系數 k，這些標定系數 k的線性度。3.5各位置測量結果的一致性同一被測尺寸放置在測量平臺（視場范圍內）上的不同位置時，測量系統測得結果的一致程度。4概述在線式 CCD圖像尺寸測量系統屬于非接觸式圖像尺寸測量儀器的一種，廣泛應用于規模化生產型企業流水線上中間產品（半成品和零部件）的尺寸在線測量，測量元素包括長度、寬度、孔距、間距、圓弧、直徑、半徑、槽

7、寬、角度等。圖 1是在線式 CCD圖像尺寸測量系統示意圖。3241651CCD成像系統；2可調立柱；3計算機；4圖像采集卡；5傳送帶；6被測件圖 1在線式 CCD圖像尺寸測量系統示意圖如圖 1所示，傳送帶將被測件傳送到指定位置后，圖像尺寸測量系統利用CCD攝像頭捕捉到被測件的清晰圖片，利用計算機的圖像處理軟件對圖像進行降噪、復原和特征提取以及尺寸計算等一系列技術處理，計算出被測零部件的各類尺寸值，同時與設定的產品標準尺寸進行比對，并參考尺寸公差自動判斷零部件尺寸是否符合要求。被測尺寸的測量結果由公式（1）計算。L kn式中： L 尺寸測量結果，mm；(1)k 標定系數（尺寸像素測量比）， mm

8、/pixel；n 對應的像素點個數。 JJF（閩）1101-20205計量特性5.1尺寸測量誤差見表 1所示。表1尺寸測量的最大允許誤差項目最大允許誤差分辨力0.01mm0.1mm系統測量范圍二維尺寸測量誤差直徑測量誤差角度測量誤差（020）mm0.03 mm（040）mm0.05 mm（080）mm（0100）mm0.2 mm0.1 mm0.1 mm0.03 mm0.05 mm0.2 mm0.35.2標定系數的重復性標定系數的重復性不超過 0.05%。5.3標定系數的非線性誤差標定系數的非線性誤差不超過 0.1%。5.4各位置測量結果的一致性見表 2所示。表2各位置測量結果的一致性系統測量范

9、圍（020）mm（040）mm（080）mm分辨力0.01mm0.01mm0.1mm0.1mm各位置測量結果的一致性不超過0.03 mm0.05 mm0.1 mm0.2 mm（0100）mm5.5照度均勻性照度均勻性不超過 20%。5.6測量重復性尺寸測量重復性不超過 0.03mm。6校準條件3 JJF（閩）1101-20206.1環境條件6.1.1溫濕度條件：校準在線式 CCD圖像測量系統的環境溫度為(2010)，相對濕度不大于 80%。6.1.2其它條件：校準環境內無影響測量的振動，能夠在測量視場范圍內提供均勻的，穩定的光照條件，無自然光或其它外部光源直射。6.2標準器及其它設備校準項目和

10、校準用標準器見表 3。表3校準項目和校準用標準器序號校準項目校準用標準器專用尺寸、槽寬、直徑標準器組。U=0.005mm，k=2專用角度標準器組。U=0.1，k=2123尺寸測量誤差標定系數的重復性20mm的專用尺寸標準器。U=0.005mm，k=2標定系數的非線性誤差5mm、10mm、20mm、40mm、60mm、80mm的專用尺寸標準器。U=0.005mm，k=2各位置測量結果的一致性420mm的專用尺寸標準器。U=0.005mm，k=256照度均勻性測量重復性照度計。量程應大于 2klx，準確度等級：二級及以上20mm的專用尺寸標準器。U=0.005mm，k=2注：也可采用滿足測量不確定

11、度要求的其它標準器進行校準。7校準項目和校準方法7.1校準項目：在線式 CCD圖像尺寸測量系統的校準項目參見表 3。7.2校準方法校準前，應對在線式 CCD圖像尺寸測量系統的外觀、CCD和機臺相互作用等進行檢查，目視判斷有無影響測量的灰塵、光線和松動等因素。如無特殊要求，校準用標準器（組）應盡量位于測量視場的中心位置。在確定無影響計量特性的因素后，測量系統預熱 15分鐘以上，然后按下列校準方法進行校準。7.2.1尺寸測量誤差在線式 CCD圖像尺寸測量系統的尺寸測量誤差包括二維尺寸測量誤差、直 JJF（閩）1101-2020徑測量誤差和角度測量誤差。7.2.1.1二維尺寸測量誤差根據測量系統的測

12、量范圍合理選擇專用尺寸標準器（見附錄 E的圖 E.1）。用某一專用尺寸標準器進行校準時，先選用標準器上的基本標準尺寸用于測量系統的標定。標定時，標準器在 X軸或 Y軸方向上應盡量充滿測量視場，比例應不低于 80%。然后，在軟件系統中輸入標定系數值，并測量該標準器上的最大極限標準尺寸和最小極限標準尺寸，連續測量 3次，測得結果的平均值分別與對應尺寸標準值進行比較，計算各自的尺寸測量誤差。校準時，在垂直于 CCD光軸的測量臺面上，專用尺寸標準器的標準尺寸應分別平行于 X軸和 Y軸方向。槽寬尺寸測量誤差校準與二維尺寸測量誤差校準的方法類似。7.2.1.2直徑尺寸測量誤差在線式 CCD圖像尺寸測量系統

13、直徑測量誤差的校準采用專用直徑標準器，包括標準圓孔和標準圓柱（見附錄 E的圖 E.3）。校準時，用某一專用直徑標準器上的基本標準尺寸進行標定，在軟件系統中輸入標定系數值，然后，測量專用直徑標準器上的最大極限標準尺寸和最小極限標準尺寸，連續測量 3次，測得結果的平均值分別與對應直徑標準值進行比較，計算各自的直徑測量誤差。7.2.1.3角度測量誤差校準時，對某一專用角度標準器上的最大標準角度、基本標準角度和最小標準角度（見附錄 E的圖 E.4）連續測量 3次，測得結果的平均值分別與對應角度標準值進行比較，計算各自的角度測量誤差。選取其中最大的角度測量誤差值作為角度測量誤差。7.2.2標定系數的重復

14、性用 20mm的基本標準尺寸進行標定，標定 5次并分別獲取標定系數 ki。選取其中標定系數的最大值和最小值按公式（2）計算測量系統標定系數的重復性。kr (kmax kmin) 100%(2)C kav式中： kr 測量系統標定系數的重復性， %；kmax 標定系數最大值；5 JJF（閩）1101-2020kmin 標定系數最小值；kav標定系數平均值；C 極差系數，5次測量時取 C 2.33。7.2.3標定系數的非線性誤差根據測量系統的最大測量范圍，選用 3個以上適合的基本標準尺寸，從大到小逐次遞減進行標定，獲取其標定系數 ki。選取其中標定系數的最大值和最小值按公式（3）計算測量系統標定系

15、數的非線性誤差。kl (kmax kmin) 100%(3)2 kav式中： kl 測量系統標定系數的非線性誤差， %；kmax 標定系數最大值；kmin 標定系數最小值；kav標定系數平均值。7.2.4各位置測量結果的一致性用 20mm的基本標準尺寸標定完后，在軟件系統中輸入標定系數值。在圖 2所示的測量視場范圍內的 1到 8位置（方向）中，分別測量 20mm的基本標準尺寸。比較 8個位置（方向）測得的尺寸值，最大值與最小值之差即為測量系統各位置測量結果的一致性。47586123圖 2測量結果一致性校準位置圖7.2.5照度均勻性在無自然光直射的條件下，測量被測件工作臺（視場范圍內）上 9個測

16、量點的照度值。測量點位置分布如圖 3所示。 JJF（閩）1101-2020圖 3照度均勻性校準位置圖分別把照度計探頭置于圖 3所示的被測件工作臺（測量視場范圍內）上的各個測量點，逐一測定 9個位置的照度值，由公式（4）計算照度均勻性。8Ei E08E0Eu i1100%(4)式中： Eu 照度均勻性，%；E0位置0的照度測得值；Ei 第i（i=1，2，3，8）個位置的照度測得值。7.2.6測量重復性用 20mm的基本標準尺寸標定完后，在軟件系統中輸入標定系數值。然后，對該基本標準尺寸進行測量，重復測量 5次。分別讀取測得值，由公式（5）計算測量重復性結果。L Lmax LminC(5)式中：L

17、 測量重復性結果；Lmax 測得值的最大值；Lmin 測得值的最小值；C 極差系數，5次測量時取 C 2.33。8校準結果表達8.1校準數據處理在線式 CCD圖像尺寸測量系統的校準結果可以參考校準記錄（式樣）（見附錄 A）。8.2校準證書7 JJF（閩）1101-2020在線式 CCD圖像尺寸測量系統校準后出具校準證書，校準證書應包括的信息及推薦的校準證書內頁格式見附錄 B。8.3校準結果測量不確定度評定校準結果測量不確定度依據 JJF1059.12012評定。在線式 CCD圖像尺寸測量系統測量誤差的測量不確定度評定見附錄 C和附錄 D。9復校時間間隔復校時間間隔由使用者自主決定，建議不超過

18、1年。 JJF（閩）1101-2020附錄A校準記錄（式樣）記錄編號：送校單位證書編號：樣品名稱制造廠名稱型號規格出廠編號型號規格儀器編號技術特征溯源機構證書編號有效日期標準器技術依據校準地點接收日期核驗日期校準員溫度：相對濕度：%2020年月月日校準日期2020年年月月日日年日發布日期核驗員1、尺寸測量誤差1.1二維尺寸測量誤差(mm)X軸尺寸測量誤差(mm) Y軸尺寸測量誤差(mm)最大極限尺最小極限尺寸示值最大極限尺寸示值最小極限尺寸示值標準值示值誤差示值誤差標準值示值誤差示值誤差寸示值1.2直徑測量誤差(mm)柱徑測量誤差(mm)孔徑測量誤差(mm)最大極限尺最小極限尺最大極限尺最小極

19、限尺標準值示值誤差示值誤差標準值示值誤差示值誤差寸示值寸示值寸示值寸示值9 JJF（閩）1101-20201.3角度測量誤差()最大角度示值中間角度示值最小角度示值最大角度示值中間角度示值最小角度示值標準值示值誤差標準值示值誤差2、標定系數重復性（%）次數12345重復性ki3、標定系數的非線性誤差（%）標定尺寸非線性誤差ki4、各位置測量結果的一致性（mm）位置點測得值12345678一致性均勻性重復性5、照度均勻性（%）位置點測得值0123456786、測量重復性（mm）次數12345測得值校準結果不確定度描述： JJF（閩）1101-2020.附錄B校準證書校準結果內容B.1校準證書至少

20、包括以下信息：a）標題，如“校準證書”；b）證書編號、頁碼及總頁數；c）校準實驗室的名稱和地址；d）校準日期；e）校準地點；f)送校單位的名稱和地址；g)被校在線式CCD圖像尺寸測量系統的描述和明確標識；h)校準所依據的校準規范名稱和代號；i)校準所用計量標準的名稱、技術參數、證書編號及有效期；j)校準時的環境條件；k)校準結果；l)校準結果的測量不確定度；m）必要時，給出復校時間間隔的建議；n）校準人簽名、核驗人簽名、批準人簽名；o）校準結果僅對校準對象有效的聲明；p）未經校準實驗室書面批準，不得部分復制校準證書的聲明。B.2推薦的在線式CCD圖像尺寸測量系統校準證書內頁格式：校準結果校準項

21、目校準數據123456尺寸測量誤差標定系數的重復性標定系數的非線性誤差各位置測量結果的一致性照度均勻性測量重復性附加說明：11 JJF（閩）1101-2020附錄C尺寸測量誤差的校準結果不確定度評定（示例）C.1測量方法在線式 CCD圖像測量系統開機預熱之后，選用某一專用尺寸標準器的基本標準尺寸進行標定，在軟件系統中輸入標定系數值。然后，用該標準器上的最大極限標準尺寸進行校準。儀器平均尺寸測量值 Dm與標準尺寸 Dn之差即為示值誤差 dD。C.2測量模型尺寸測量示值誤差公式：dD Dm Dn式中： dD在線式 CCD圖像測量系統尺寸測量誤差；Dm 尺寸測量平均值；Dn標準尺寸值。C.3方差和靈

22、敏系數(y) (f /xi )2u 2(xi )有：依 u2cu2c(y) uc2(dD) c12u2(Dm) c22u2(Dn)式中：c1 ddD 1。則：DDm1；c D2nu2c(dD) u2(Dm)u2(Dn)C.4標準不確定度一覽表表C.1標準不確定度一覽表標準不確定度靈敏系不確定度來源標準不確定度值不確定度分量數ci分量ui測量重復性或量化u1(Dm)u1(Dm) =0.005 mm0.005 mm誤差當 L=5mm時，當 L=5mm時，0.0008mmu2(Dm) =0.0008mm當 L=50mm時，u2(Dm) =0.0075mm當 L=100mm時，u2(Dm) =0.01

23、5mm1當 L=50mm時，0.0075mmu2(Dm)標定系數的重復性當 L=100mm時，0.015mm JJF（閩）1101-2020標準不確定度靈敏系不確定度來源標準不確定度值不確定度分量數ci分量ui專用標準器尺寸修正值不確定度u1(Dn)u1(Dn) =0.0025 mm0.0025 mm當 L=5mm時，當 L=5mm時，0.0003mmu2(Dn) =0.0003mm-1環境溫度與 20之當 L=50mm時，u2(Dn)當 L=50mm時，差u2(Dn) =0.0033mm0.0033mm當 L=100mm時，u2(Dn) =0.007mm當 L=100mm時，0.007mmC

24、.5計算標準不確定度分量C.5.1測量重復性或量化誤差引入的不確定度分量u1(Dm)C.5.1.1測量重復性引入的不確定度分量u11(Dm)采用 A類不確定度方法進行評定，在在線式 CCD圖像測量系統正常工作及重復性條件下，10次測量結果如下：表C.2重復性測量結果序號12345測量值（mm）序號10.05610.06710.05810.03910.0510測量值（mm）10.0410.0310.0410.0510.04n(xi x)2依據表 C.2可得單次實驗標準差 s i1 n1 0.01mm，逐點校準儀器尺寸測量示值誤差時，又取 3次平均值作為測量值，故：u11(Dm) s / 3 0.

25、01mm/ 3 0.005mmC.5.1.2分辨力引入的不確定度分量u12(Dm)在線式 CCD圖像尺寸測量系統的尺寸數顯分辨力是 0.01mm，在半寬0.005mm范圍內為均勻分布， k 3，故有：u12(Dm) 0.005mm/ 3 0.003mm測量重復性引入的不確定度分量 u11(Dm)和數顯分辨力引入的不確定度分量13 JJF（閩）1101-2020u12(Dm)，取其結果較大者，故：u1(Dm) 0.005mmC.5.2標定系數重復性引入的不確定度分量u2(Dm)在線式 CCD圖像尺寸測量系統的標定系數的重復性一般不超過 0.05%。在半寬 0.025%范圍內為均勻分布， k 3，

26、故有：u(Dm) 0.00025/ 3 0.00015 0.015%2當 L=5mm時，u2(Dm) =0.0008mm；當 L=50mm時，u2(Dm) =0.0075mm；當 L=100mm時，u2(Dm) =0.015mm。C.5.3專用尺寸標準器尺寸修正值引入的不確定度分量u1(Dn)采用 B類不確定度方法進行評定，專用尺寸標準器量傳得到的修正值擴展不確定度U 0.005mm，k 2，則：u1(Dn) 0.005mm/ 2 0.0025mmC.5.4環境溫度與20之差引入的不確定度分量u2(Dn)校準在線式 CCD圖像測量系統的環境溫度為(2010)。采用 B類不確定度方法進行評定，在

27、半寬 10范圍內為均勻分布， k 3故有：u2(Dn) 10/ 3 5.8。專用尺寸標準器的膨脹系數為 11.510-6L /。當 L=5mm時，u2(Dn)=0.0003mm；當 L=50mm時，u2(Dn)=0.0033mm；當 L=100mm時，u2(Dn)=0.007mm。C.6合成標準不確定度以上各分量互不相關，可得合成標準不確定度uc(dD)：uc(dD) u1 (Dm) u2 (Dm) u1 (Dn) u 2 (Dn)2 2 2 2當 L=5mm時，uc(dD) =0.006mm；當 L=50mm時，u2(Dn)=0.012mm；當 L=100mm時，u2(Dn)=0.018mm

28、。C.7擴展不確定度擴展不確定度U等于包含因子 k與合成標準不確定度uc(dD)之積，取k 2。 JJF（閩）1101-2020當 L=5mm時，U =0.012mm， k 2；當 L=50mm時，U =0.024mm， k 2；當 L=100mm時，U =0.036mm， k 2。U (0.012 L / 4000)mm，k 215 JJF（閩）1101-2020附錄D角度測量誤差的校準結果不確定度評定（示例）D.1測量方法在線式 CCD圖像測量系統開機預熱之后，選用某一專用角度標準器的基本標準角度進行校準。儀器平均角度測量值 Am與標準角度 An之差即為角度測量示值誤差 d A。D.2測量

29、模型角度測量示值誤差公式： dA Am An式中： d A在線式 CCD圖像測量系統角度測量誤差；Am角度測量平均值；An 標準角度值。D.3方差和靈敏系數(y) (f /xi )2u 2(xi )有：依 u2cu (y) uc (dA) c1u (Am)c2u (An)2 2 2 2 2 2c式中：c1 d1AAmc2 d 1AAn則：u2c(dA) u2(Am)u2(An)D.4標準不確定度一覽表表D.1標準不確定度一覽表標準不確定度靈敏系數不確定度分量不確定度來源標準不確定度值ci分量uiu1(Am)u1(An)u1(Am) =0.04u1(An) =0.0510.040.05測量重復性或量化誤差專用角度標準器角度修正值不確定度-1D.5計算標準不確定度分量D.5.1測量重復性或量化誤差引入的不確定度分量u1(Am)D.5.1.1測量重復性引入的不確定度分量u11(Am) JJF（閩）1101-2020采用 A類不確定度方法進行評定，在在線式 CCD圖像測量系統正常工作及重復性條件下，10次測量角度結果如下：表D.2重復性測量結果序號12345測量值（mm）序號45.0645.1745.0845.1945.210測量值（mm）45.045.045.145.145.0n(xi x)2依據表 D.2可得單次實驗