CN111964607B - 一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，属于几何量校准领域。本发明主要由四部分组成，一是安装外部支撑框架的重型旋转台，二是安装曲面标准器的外部支撑框架，三是高精度曲面标准器，四是热涨释放组件。本发明提供可旋转的大型的曲面标准及系列参考目标，并有效的保证高精度曲面标准器在实验室温度变化允许的范围内，提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准，能够对大尺寸扫描测量仪器进行大型曲面轮廓测量误差校准，方便实现被校准设备在多种入射角条件下的性能评价，同时在满足入射角的要求下缩小整个校准空间。所述的大尺寸扫描测量仪器包括激光雷达、激光跟踪扫描仪、地面型扫描仪、手持式扫描仪等测量系统。

Description

一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置

技术领域

本发明属于几何量测量领域，涉及一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，尤其涉及一种直接应用于大尺寸扫描测量仪器包括激光雷达、激光跟踪扫描仪、地面型扫描仪、手持式扫描仪等扫描测量系统的校准装置。

背景技术

大尺寸扫描测量仪器广泛应用于飞机整机及蒙皮，复杂曲面复合材料模具，大型卫星天线，紧缩场天线等高端制造业中的外形轮廓检测。要实现此系列大型曲面几何轮廓的准确测量，须对此类大尺寸扫描类测量设备的量值进行准确溯源以保证制造、装配质量及最终产品性能。

扫描类测量系统的主要技术指标有测量范围、扫描测量速度、单点3D测量不确定度。对于基于激光测距原理的扫描测量仪器还单独给出了距离测量的分辨率、不确定度、采样频率和测距噪音等指标；对于区域型光学扫描测量系统还单独给出了单幅视场的视场角、点密度及测量噪音指标等。

现有关于扫描测量系统的评价方法主要针对于中小型区域扫描系统，核心目标是分析系统的小区域扫描特性。依据现有的JB/T12637-2016白光三维测量系统，基于区域扫描的多视角系统和基于面扫描的光学三维测量系统的校准测试，主要关注的参数有探测误差、球空间误差(空间长度测量误差)和平面度测量误差。探测误差一般用扫描仪扫描一个直径已知的标准球，经球拟合得到与球特征相关的参数，即球心位置、拟合半径和圆度等参数，将球的拟合直径和校准直径进行比较，其偏差称为尺寸探测误差，球的圆度或拟合球的半径范围称为形状探测误差。球间距误差通常用扫描仪扫描标准球棒或球阵列，通过计算两球心距的测量值与校准值之间的差别来评定扫描测量系统空间长度测量误差。平面度测量误差，采用扫描仪扫描一个标准平面(标准平面的平面度不超过被校准测量系统品质参数的五分之一)，并计算平面度，反映系统的平面探测能力及测量噪音。针对以上校准能力北京长城计量测试技术研究所研制了球阵列标准器，通过在殷钢梁上设计100mm间距的6个哑光球实现探测误差、球空间误差(空间长度测量误差)的校准，研制基于陶瓷的哑光平面标准器实现平面度误差的校准。但受限于尺寸此标准器适用于小区域扫描测量仪器的校准。

国外德国联邦物理技术研究院(简称PTB)发布了针对光学3D测量系统校准方法VDI2634系列标准，该标准分为三部分，分别是：VDI/VDE 2634第一部分、第二部分、第三部分，其中第一部分规定了图像光学3D测量系统的校准方法，第二部分规定了基于区域扫描的光学3D测量系统的校准方法，第三部分规定了基于区域扫描的多视场光学3D测量系统的校准方法，国内的JB/T12637-2016白光三维测量系统既参考了以上标准。

英国国家物理实验室(NPL)于2012年设计并研发了一种复杂的3D标准器，该标准器由7个球面(两个凸球面和五个凹球面)、一个月牙形凸曲面和一个平面组成，提供了四条长度标准和曲率半径不同的三个球面标准。意大利的都灵理工大学设计并研发了一种用以评价非接触数字扫描仪扫描能力的复合标准曲面样板,该样板总体尺寸为200mm×210mm×80mm，包括两个半径为40mm的1/4半球、两个半径为60mm的1/4圆柱、两个锥角为43.60°的1/4圆锥台，这些成对的几何体分别按照凸和凹面型给出，除此之外还包括平面、斜面、方形凸台、柱形凸台、椭圆凹槽等，可提供了四条长度标准和曲率半径不同的三个球面标准。将扫描结果与以上标准器的已知结果进行比较，根据偏差实现对凸凹等多种自由型面扫描能力的评价。国外各类扫描测量系统供应商都根据各自产品的特点设计了不同的扫描标准样板，这些样板大多采用标准的几何结构特征，如台阶、球面、圆柱面或多种特征的组合等。以上标准器提供的曲面及多种几何特征结构可以模拟被测量对象可能出现的几种面型及几何特征情况，由此该校准结果可以对扫描测量系统的扫描能力进行校准，但受限于尺寸此类标准器进行大尺寸扫描测量系统校准时，远距离扫描角度引入的误差过大，导致尺寸探测误差难以评价，因此只能适用于小区域扫描测量仪器的校准。

美国国家标准技术研究院(NIST)针对大尺寸扫描测量仪器建立了适用于校准设备空间测长能力球阵列扫描系统校准装置，该装置总长为65米，每隔5m有一个立柱，立柱上安置一个直径为4英寸的哑光金属球，球的尺寸、形状和距离已知，利用这些参数校准大尺寸扫描测量系统，校准的参数包括探测误差、球空间误差(长度测量误差)。

通过以上分析，现有的小区域扫描测量仪器具有相对应的校准方法及实物标准，而目前只有美国国家标准技术研究院(NIST)针对大尺寸扫描测量仪器建立了球阵列扫描系统校准装置，但该套装置受球直径尺寸的限制，远距离扫描时不能有效的将扫描入射角度误差的影响因素进行分离，进而影响探测误差与球空间长度误差的校准，同时对曲面评价方法验证上缺少标准实物手段，因此不能实现大型扫描测量系统大型曲面轮廓测量的校准与评价、不同色彩材料的评价。

发明内容

为解决当前大尺寸扫描测量仪器进行大型曲面轮廓测量误差无法校准的难题，本发明公开的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置要解决的技术问题是：提供可旋转的大型的曲面标准及系列参考目标，并有效的保证高精度曲面标准器在实验室温度变化允许的范围内，提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准，能够对大尺寸扫描测量仪器进行大型曲面轮廓测量误差校准，方便实现被校准设备在多种入射角条件下的性能评价，同时在满足入射角的要求下缩小整个校准空间。所述的大尺寸扫描测量仪器包括激光雷达、激光跟踪扫描仪、地面型扫描仪、手持式扫描仪等测量系统。

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置主要由四部分组成，一是安装外部支撑框架的重型旋转台，二是安装曲面标准器的外部支撑框架，三是高精度曲面标准器，四是热涨释放组件。

所述的重型旋转台为重载数控转台，主要由重型台面、转台底座、轴承、涡轮蜗杆、电机驱动及旋转编码器组成，是曲面标准装置的基础，用于安装外部支撑框架，实现高精度曲面标准器旋转姿态调整，通过改变角度实现被校准设备在多种入射角条件下的性能评价，还通过任意选择凸曲面或凹曲面，在满足入射角的要求下缩小整个校准空间。

所述的外部支撑框架主要由外框凸面支撑架、外框凹面支撑架、横梁、底部加强块构成，用于提供一个中空的环形稳定支撑架，并连接曲面标准器与重型转台；所述的凸凹面支撑架采用相同结构，由若干个环形架与一个底部支撑架通过螺栓连接而行成一个环形中空的支撑框架，中间中空的区域用于安装高精度曲面标准器，所述的底部支撑架与重型转台通过螺纹连接，所述的底部加强块则一端与底部支撑架连接一端与重型转台台面连接，以增加底部连接刚度；所述的横梁用于连接凸凹面支撑架，增加外部支撑框架整体刚度。

所述的高精度曲面标准器主要由凸面面板、凹面面板、标准目标、凸凹面板支撑背架、面板姿态调整机构组成，用于提供曲面标准及系列参考目标，凸面面板、凹面面板、凸凹面板支撑背架采用低热涨系数材料制作而成，有效的保证高精度曲面标准器在实验室温度变化允许的范围内，提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准。为方便实现仪器扫描曲面的评价，凸面面板、凹面面板面型采用曲面部分与环形平面结合方案，环形平面分布在曲面部分的口面上。为方便实现曲面部件的高精度加工及运输安装，凸面面板、凹面面板采用分块拼接结构，采用规则图形沿曲面口面法向方向投影切割构造分块曲面面板，凸面面板、凹面面板均由分块曲面面板及分块环形平面面板构成，根据划分凸面面板、凹面面板均有曲面面板，环形平面面板组成。曲面面板背部设有从中心辐射到周边的环形筋及连接筋与曲面面板连接，以保证分块曲面面板的刚度，筋的背后设有连接座，连接座底面为加工基准及安装端面，用于安装面板姿态调整机构，实现曲面面板和凸凹面板支撑背架的连接，同时通过面板姿态调整机构实现每块面板的六自由度调整；环形平面面板筋采用扇形筋径向连接筋交错方案，同样筋的背后设有连接座，连接座底面为加工基准及安装端面，用于安装面板姿态调整机构，实现环形平面面板和凸凹面板支撑背架的连接，同样通过面板姿态调整机构实现每块面板的六自由度调整。标准目标安装在环形平面面板上，标准目标由标准球及目标座构成，标准球通过磁吸方式安装在目标座上，目标座通过与环形平面面板连接，标准球采用不同颜色哑光球工艺，用于提供空间位置标准及实现不同色彩被测物的评价。凸凹面板支撑背架由凸面支撑背架、凹面支撑背架、连接横梁、连接斜梁组成，用于凸凹面板支撑；凸面支撑背架、凹面支撑背架采用穹顶式结构，根据面板内部稳定及安装空间要求而定，由凸面支撑背架、凹面支撑背架、主支撑梁、环形连接梁、中间连接梁组成，用于凸面、凹面面板支撑；连接横梁、连接斜梁则用于将凸面支撑背架及凹面支撑背架连接为一体，增加凸凹面板支撑背架刚度，实现凸凹面板的稳定支撑；凸面支撑背架、凹面支撑背采用与面板一致的材料有效的保证高精度曲面标准器在实验室温度变化允许的范围内，提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准。

所述的热涨释放组件主要由外部支撑框架连接块、径向位移释放导轨、中间连接块、轴向位移释放导轨、凸凹面板支撑背架连接块组成。外部支撑框架连接块一端与外部支撑框架连接，一端安装径向位移释放导轨；中间连接块侧面与径向位移释放导轨滑块连接，端面用于安装轴向位移释放导轨，凸凹面板支撑背架连接块安装在轴向位移释放导轨上。为了使用安全，防止滑台脱离导轨，外部支撑框架连接块上设有径向防脱键，与中间连接块的槽配合防止径向脱离；中间连接块端面上设计有轴向防脱键，与凸凹面板支撑背架连接块的槽配合防止轴向脱离。热涨释放组件具有两个自由度，一个是径向自由移动，一个是轴向自由移动，热涨释放组件径向安装在外部支撑框架周围用于将高精度曲面标准器安装在外部支撑框架上，同时当温度变化时，实现高精度曲面标准器轴向及径向热涨释放，防止由于高精度曲面标准器与外部支撑框材料热涨系数不一致导致的热应力引起的曲面变形的产生。

作为优选，所述的重型旋转台为重载数控转台采用的驱动方式为涡轮蜗杆驱动。

作为优选，所述的四个环形架和底部支撑架均采用钢板焊接去应力后加工而成，截面采用双工字结构，以增加支撑刚度，并方便环形架及底部支撑架端面的连接；所述的横梁采用方钢与端面钢板焊接去应力加工而成，以方便连接，并增加外部支撑框架整体刚度。

作为优选，所述的高精度曲面标准器的凸面面板及凹面面板曲面部分面型采用旋转抛物面，具有以变化的曲率反映曲面在3D空间变化的能力的特点。

作为优选，所述的高精度曲面标准器的凸面面板、凹面面板采用正六边形沿着旋转轴线在曲面上投影的分块划分方式布设。

作为优选，所述的高精度曲面标准器的凸面面板、凹面面板、凸凹面板支撑背架其选用的低热涨系数材料选用殷钢(4J36)制作而成，有效的保证高精度曲面标准器在实验室温度变化允许的范围内，提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准。

作为优选，所述的标准球直径选用1.5英寸球、50mm球、100mm球三种规格，球采用处理的方式为哑光。

本发明公开的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置的工作方法为：

将大尺寸扫描测量仪器安放到被测设备支撑台上，将大尺寸扫描测量仪器移动到曲面标准装置凹面口面及凸面口面正前方，分别在测量检测范围内远近不同位置点，控制大尺寸扫描测量仪器扫描标准曲面的曲面部分，平面部分及标准目标，获取点云数据；通过建立扫描测量数据中扫描的目标点与标定目标点，扫描曲面点及标准曲面面型的关系后计算测量点到标准曲面面型的偏差，实现大尺寸扫描测量仪器校准。

有益效果：

1、本发明公开的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，提供大型的曲面标准及系列参考目标，曲面标准通过凸面面板提供标准旋转抛物面的凸面标准，实现大尺寸扫描测量仪器不同反射角下的误差校准；曲面标准通过凹面面板提供标准旋转抛物面的凹面标准，实现大尺寸扫描测量仪器俯仰角及水平角校准；通过提供的不同颜色的标准球目标实现大尺寸扫描测量仪器色彩误差校准；通过测量检测范围内大于1m不同位置点，控制大尺寸扫描测量仪器扫描标准曲面的曲面部分，平面部分及标准目标，获取点云数据，通过建立扫描测量数据中扫描的目标点，与标定目标点及扫描曲面点及标准曲面面型的关系可实现大尺寸扫描测量仪器俯不同范围内测量误差的校准。

2、本发明公开的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，热涨释放组件用于连接高精度曲面标准器安装及外部支撑框架，热涨释放组件提供两个自由度，一个是径向自由移动，一个是轴向自由移动，热涨释放组件径向安装在外部支撑框架周围用于将高精度曲面标准器安装在外部支撑框架上，当温度变化是，能够实现高精度曲面标准器轴向及径向热涨释放，防止由于高精度曲面标准器与外部支撑框材料热涨系数不一致导致的热应力引起的曲面变形的产生，有效保证高精度曲面标准器在实验室温度变化允许的范围内，提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准。

3、本发明公开的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，是曲面标准装置的基础，用于安装外部支撑框架，实现高精度曲面标准器旋转姿态调整，通过改变角度实现被校准设备在多种入射角条件下的性能评价，还能够任意选择凸曲面或凹曲面，在满足入射角的要求下还缩小整个校准空间。

附图说明

图1是本发明的曲面标准装置主体结构图；

图2是本发明的外部支撑框架结构图；

图3是本发明的高精度曲面标准器结构图；

图4是本发明的凸面面板、凹面面板分块拼规则图；

图5是本发明的热涨释放组件结构图；

图6是本发明装置示意图。

其中：101-重型旋转台、102-外部支撑框架、103-高精度曲面标准器、104-热涨释放组件，201-底部加强块、202-底部支撑架、203-横梁、204-环形架、205-凸面支撑架、206-凹面支撑架，301-凸面面板、302-标准目标、303-凸凹面板支撑背架、304-凹面面板、305-面板姿态调整机构、306-凹面支撑背架、307-凸面支撑背架连接横梁、308-凸面支撑背架连接斜梁、309-凸面支撑背架、310-姿态调整架连接座，401-环二曲面面板B、402-环二曲面面板A、403-环一曲面面板、404-中心曲面面板、405-平面面板、501-外部支撑框架连接块、502-径向位移释放导轨、503-径向位移释放导轨滑块、504-中间连接块、505-中间连接块、506-轴向位移释放导轨、507-轴向位移释放导轨滑块、508-支撑背架连接块、509-轴向防脱键、601-大尺寸扫描测量仪器、602-被测设备支撑台。

具体实施方式

以下结合附图和实施实例对本发明进一步说明。

参见附图1所示，本实施例公开的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，由四部分组成，一是重型旋转台101，二是外部支撑框架102，三是高精度曲面标准器103，四是热涨释放组件104。重型旋转台101是整个曲面标准装置的基础，用于实现曲面标准装置的旋转姿态调整；外部支撑框架102底部与重型转台101连接，用于安装支撑曲面标准器103；高精度曲面标准器103用于提供一个大型的曲面标准及系列参考目标；热涨释放组件104径向安装在外部支撑框架102周围，用于将高精度曲面标准器103安装在外部支撑框102内，热涨释放组件104具有两个自由度，一个是径向自由移动，一个是轴向自由移动，同时当温度变化时，实现高精度曲面标准器103轴向及径向热变形涨释放，防止由于高精度曲面标准器103与外部支撑框102材料热涨系数不一致导致的热应力引起的曲面变形的产生。

参见附图2所示，所述的外部支撑框架102由凸面支撑架205、凹面支撑架206、横梁203、底部加强块201构成，用于提供一个中空的环形稳定支撑架，用于连接曲面标准器103与重型转台101；所述的凸面支撑架205、凹面支撑架206采用相同结构，由四个环形架204与一个底部支撑架202通过螺栓连接而成，形成一个带底部安装平面环形的中间中空的区域用于安装高精度曲面标准器103，所述的底部支撑架202与重型转台101通过螺纹连接，所述的底部加强块201则一端与底部支撑架202连接一端与重型转台台面连接，以增加底部连接刚度；所述的横梁203用于连接凸面支撑架205、凹面支撑架206，增加外部支撑框架102的整体刚度。

参见附图3所示，所述的高精度曲面标准器由凸面面板301、凹面面板304、标准目标302、凸凹面板支撑背架303、面板姿态调整机构305组成，用于提供一个大型的曲面标准及系列参考目标，其采用殷钢(4J36)材料制作而成，有效的保证高精度曲面标准器在实验室温度20±1℃环境下提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准。参见附图4所示，为方便实现仪器扫描曲面的评价，凸面面板301、凹面面板304面型采用曲面部分406与环形平面407结合方案，环形平面407分布在曲面部分406的口面上。为方便实现曲面部件406的高精度加工及运输安装，凸面面板301、凹面面板304采用分块拼接结构，采用规则正六边形沿曲面口面法向方向投影切割构造分块曲面部分406，凸面面板301、凹面面板304均由19块曲面面板及12块环形平面面板405构成，根据划分凸面面板301、凹面面板304均有4种曲面面板，中心曲面面板404，环一曲面面板403，环二曲面面板A402，环二曲面面板B401，1种环形平面面板405组成。每块曲面面板背部设计有从中心辐射到周边的环形筋及连接筋通过焊接与曲面面板连接，以保证分块曲面面板的刚度，筋的背后设计有连接座，连接座底面为加工基准及安装端面，用于安装面板姿态调整机构305，实现曲面面板和凸凹面板支撑背架303的连接，同时通过面板姿态调整机构305的协同调整，实现每块面板的6自由度调整；环形平面面板405筋采用扇形筋径向连接筋交错方案，同样筋的背后设计有3个连接座，连接座底面为加工基准及安装端面，用于安装面板姿态调整机构305，实现环形平面面板405和凸凹面板支撑背架305的连接，同样通过面板姿态调整机构305的协同调整，实现每块环形平面面板405的6自由度调整。

所述的标准目标302安装在环形平面面板405上，标准目标302由标准球及目标座构成，标准球通过磁吸方式安装在目标座上，以方便切换不同目标球，目标座通过自带螺纹与环形平面面板连接，标准球采用不同颜色哑光球工艺，用于提供空间位置标准及实现不同色彩被测物的评价。

所述的凸凹面板支撑背架303由凸面支撑背架309、凹面支撑背架306、凸凹面支撑背架连接横梁307、凸凹面支撑背架连接斜梁308组成、面板姿态调整机构安装座310组成；面支撑背架309、凹面支撑背架306背架采用穹顶式结构，均根据面板内部曲面走势及曲面面板稳定安装需求设计，由主支撑梁、环形连接梁、中间连接梁组成，面板姿态调整机构安装座310则安装在其实，用于安装曲面面板、环形平面面板405，凸凹面支撑背架连接横梁307、凸凹面支撑背架连接斜梁308则用于将凸面支撑背架309、凹面支撑背架306连接为一体，增加凸凹面板支撑背架303刚度，实现凸凹面板的稳定支撑；凸凹面板支撑背架采用与面板一致的殷钢(4J36)材料有效的保证高精度曲面标准器103在实验室温度20±1℃环境下提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准。

参见附图5所示，所述的热涨释放组件104由外部支撑框架连接块501、径向位移释放导轨502、中间连接块505、轴向位移释放导轨506、凸凹面板支撑背架连接块508组成。外部支撑框架连接块501一端与外部支撑框架102连接，一端安装径向位移释放导轨502；中间连接块504侧面与径向位移释放导轨滑块503连接，端面用于安装轴向位移释放导轨506，凸凹面板支撑背架连接块508通过轴向位移释放导轨滑块507安装在轴向位移释放导轨506上。为了使用安全，防止滑台脱离导轨，外部支撑框架连接块上设计有径向防脱键505，与中间连接块504的槽配合防止径向脱离；中间连接块端面上设计有轴向防脱键509，与凸凹面板支撑背架连接块508的槽配合防止轴向脱离。热涨释放组件104具有两个自由度，一个是径向自由移动，一个是轴向自由移动，热涨释放组件104径向安装在外部支撑框架102周围用于将高精度曲面标准器103安装在外部支撑框架上，当温度变化时，实现高精度曲面标准器103轴向及径向热涨释放，防止由于高精度曲面标准器103与外部支撑框架102材料热涨系数不一致导致的热应力引起的曲面变形的产生。

本实施例公开的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置的工作方法为：

将大尺寸扫描测量仪器601安放到被测设备支撑台602上，将大尺寸扫描测量仪器601移动到曲面标准装置凹面口面正前方满足测量范围的最近位置，控制大尺寸扫描测量仪器601扫描标准曲面的曲面部分406，平面部分407及标准目标302，获取点云数据，通过建立扫描测量数据中扫描的目标点与标定目标点，扫描曲面点及标准曲面面型的关系后计算测量点到标准曲面面型的偏差，实现大尺寸扫描测量仪器601俯仰角及水平角校准；将大尺寸扫描测量仪器601移动到曲面标准装置凹面口面正前方，分别测量检测范围内远处不同位置点，并计算相应偏差，实现大尺寸扫描测量仪器601不同范围内测量误差的校准；

旋转重型旋转台180°将曲面标准装置凸面面板301旋转到正前方，移动被测设备支撑台602带动大尺寸扫描测量仪器601到口面满足测量范围的最近位置，控制大尺寸扫描测量仪器601扫描标准曲面的曲面部分406，平面部分407及标准目标302，获取点云数据，通过建立扫描测量数据中扫描的目标点与标定目标点，扫描曲面点及标准曲面面型的关系后计算测量点到标准曲面面型的偏差，实现大尺寸扫描测量仪器不同反射角下的误差校准；将大尺寸扫描测量仪601器移动到曲面标准装置凸面口面正前方，分别测量检测范围内远处不同位置点，并计算相应偏差，实现大尺寸扫描测量仪器不同范围内测量误差的校准。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，其特征在于：主要由四部分组成，一是安装外部支撑框架(102)的重型旋转台(101)，二是安装曲面标准器的外部支撑框架(102)，三是高精度曲面标准器(103)，四是热涨释放组件(104)；

所述的重型旋转台(101)为重载数控转台，主要由重型台面、转台底座、轴承、涡轮蜗杆、电机驱动及旋转编码器组成，是曲面标准装置的基础，用于安装外部支撑框架(102)，实现高精度曲面标准器(103)旋转姿态调整，通过改变角度实现被校准设备在多种入射角条件下的性能评价，还通过任意选择凸曲面或凹曲面，在满足入射角的要求下缩小整个校准空间；

所述的外部支撑框架(102)主要由凸面支撑架(205)、凹面支撑架(206)、横梁(203)、底部加强块(201)构成，用于提供一个中空的环形稳定支撑架，并连接曲面标准器与重型转台；所述的凹面支撑架(206)采用相同结构，由若干个环形架(204)与一个底部支撑架(202)通过螺栓连接而行成一个环形中空的支撑框架，中间中空的区域用于安装高精度曲面标准器(103)，所述的底部支撑架(202)与重型转台通过螺纹连接，所述的底部加强块(201)则一端与底部支撑架(202)连接一端与重型转台台面连接，以增加底部连接刚度；所述的横梁(203)用于连接凹面支撑架(206)，增加外部支撑框架(102)整体刚度；

所述的高精度曲面标准器(103)主要由凸面面板(301)、凹面面板(304)、标准目标(302)、凸凹面板支撑背架(303)、面板姿态调整机构(305)组成，用于提供曲面标准及系列参考目标，凸面面板(301)、凹面面板(304)、凸凹面板支撑背架(303)采用低热涨系数材料制作而成，有效的保证高精度曲面标准器(103)在实验室温度变化允许的范围内，提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准；为方便实现仪器扫描曲面的评价，凸面面板(301)、凹面面板(304)面型采用曲面部分与环形平面结合方案，环形平面分布在曲面部分的口面上；为方便实现曲面部件的高精度加工及运输安装，凸面面板(301)、凹面面板(304)采用分块拼接结构，采用规则图形沿曲面口面法向方向投影切割构造分块曲面面板，凸面面板(301)、凹面面板(304)均由分块曲面面板及分块环形平面面板(405)构成，根据划分凸面面板(301)、凹面面板(304)均有曲面面板，环形平面面板(405)组成；曲面面板背部设有从中心辐射到周边的环形筋及连接筋与曲面面板连接，以保证分块曲面面板的刚度，筋的背后设有连接座，连接座底面为加工基准及安装端面，用于安装面板姿态调整机构(305)，实现曲面面板和凸凹面板支撑背架(303)的连接，同时通过面板姿态调整机构(305)实现每块面板的六自由度调整；环形平面面板(405)筋采用扇形筋径向连接筋交错方案，同样筋的背后设有连接座，连接座底面为加工基准及安装端面，用于安装面板姿态调整机构(305)，实现环形平面面板(405)和凸凹面板支撑背架(303)的连接，同样通过面板姿态调整机构(305)实现每块面板的六自由度调整；标准目标(302)安装在环形平面面板(405)上，标准目标(302)由标准球及目标座构成，标准球通过磁吸方式安装在目标座上，目标座通过与环形平面面板(405)连接，标准球采用不同颜色哑光球工艺，用于提供空间位置标准及实现不同色彩被测物的评价；凸凹面板支撑背架(303)由凸面支撑背架(309)、凹面支撑背架(306)、连接横梁(203)、连接斜梁组成，用于凸凹面板支撑；凸面支撑背架(309)、凹面支撑背架(306)采用穹顶式结构，根据面板内部稳定及安装空间要求而定，由凸面支撑背架(309)、凹面支撑背架(306)、主支撑梁、环形连接梁、中间连接梁组成，用于凸面、凹面面板(304)支撑；连接横梁(203)、连接斜梁则用于将凸面支撑背架(309)及凹面支撑背架(306)连接为一体，增加凸凹面板支撑背架(303)刚度，实现凸凹面板的稳定支撑；凸面支撑背架(309)、凹面支撑背采用与面板一致的材料有效的保证高精度曲面标准器(103)在实验室温度变化允许的范围内，提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准；

所述的热涨释放组件(104)主要由外部支撑框架(102)连接块(501)、径向位移释放导轨(502)、中间连接块、轴向位移释放导轨(506)、凸凹面板支撑背架(303)连接块组成；外部支撑框架(102)连接块(501)一端与外部支撑框架(102)连接，一端安装径向位移释放导轨(502)；中间连接块侧面与径向位移释放导轨(502)滑块(503)连接，端面用于安装轴向位移释放导轨(506)，凸凹面板支撑背架(303)连接块安装在轴向位移释放导轨(506)上；为了使用安全，防止滑台脱离导轨，外部支撑框架(102)连接块(501)上设有径向防脱键，与中间连接块的槽配合防止径向脱离；中间连接块端面上设计有轴向防脱键(509)，与凸凹面板支撑背架(303)连接块的槽配合防止轴向脱离；热涨释放组件(104)具有两个自由度，一个是径向自由移动，一个是轴向自由移动，热涨释放组件(104)径向安装在外部支撑框架(102)周围用于将高精度曲面标准器(103)安装在外部支撑框架(102)上，同时当温度变化时，实现高精度曲面标准器(103)轴向及径向热涨释放，防止由于高精度曲面标准器(103)与外部支撑框材料热涨系数不一致导致的热应力引起的曲面变形的产生。

2.如权利要求1所述的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，其特征在于：工作方法为，将大尺寸扫描测量仪器(601)安放到被测设备支撑台(602)上，将大尺寸扫描测量仪器(601)移动到曲面标准装置凹面口面及凸面口面正前方，分别在测量检测范围内远近不同位置点，控制大尺寸扫描测量仪器(601)扫描标准曲面的曲面部分，平面部分及标准目标(302)，获取点云数据；通过建立扫描测量数据中扫描的目标点与标定目标点，扫描曲面点及标准曲面面型的关系后计算测量点到标准曲面面型的偏差，实现大尺寸扫描测量仪器(601)校准。

3.如权利要求1或2所述的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，其特征在于：所述的高精度曲面标准器(103)的凸面面板(301)及凹面面板(304)曲面部分面型采用旋转抛物面，具有以变化的曲率反映曲面在3D空间变化的能力的特点。

4.如权利要求1或2所述的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，其特征在于：所述的重型旋转台(101)为重载数控转台，采用的驱动方式为涡轮蜗杆驱动。

5.如权利要求1或2所述的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，其特征在于：所述的环形架(204)和底部支撑架(202)均采用钢板焊接去应力后加工而成，截面采用双工字结构，以增加支撑刚度，并方便环形架(204)及底部支撑架(202)端面的连接；所述的横梁(203)采用方钢与端面钢板焊接去应力加工而成，以方便连接，并增加外部支撑框架(102)整体刚度。

6.如权利要求1或2所述的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，其特征在于：所述的高精度曲面标准器(103)的凸面面板(301)、凹面面板(304)采用正六边形沿着旋转轴线在曲面上投影的分块划分方式布设。

7.如权利要求1或2所述的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，其特征在于：所述的高精度曲面标准器(103)的凸面面板(301)、凹面面板(304)、凸凹面板支撑背架(303)其选用的低热涨系数材料选用殷钢4J36制作而成，有效的保证高精度曲面标准器(103)在实验室温度变化允许的范围内，提供稳定的曲面实物标准及参考目标空间坐标标准。

8.如权利要求1或2所述的一种应用于大尺寸扫描测量仪器校准的曲面标准装置，其特征在于：所述的标准球直径选用1.5英寸球、50mm球、100mm球三种规格，球采用处理的方式为哑光。

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