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1 简介 三维 (3D) 激光扫描仪多年来一直用于文化遗产、法医、3D 土地（地形）和“竣工”测量等应用。三维激光扫描仪使用安装在快速旋转头上的高速激光测距仪扫描环境，从而产生场景的高密度数字点云表示，可以根据需要进行存档和分析。通常，同轴安装的相机会同时记录全彩信息，以提供更逼真的 3D 图像。近年来，激光扫描仪的测距能力得到了提高，可以在数十米或更长的距离上实现亚毫米级精度和测距噪声。事实上，美国国家标准与技术研究所 (NIST) 最近报告称，他们开发了一款精度为 10 µm、测量范围为 10.5 m 1 的 3D 扫描仪。精度的提高，加上高价值制造业以及逆向工程和工厂维护等应用对以相对较低的成本快速获取高质量数据的要求不断提高，促使三维激光扫描仪从测量应用转向工程应用。随着 3D 激光扫描仪技术的普及和对精度要求的不断提高，对校准、性能验证和测量可追溯性的需求也随之增加。非接触式光学测量系统的校准和可追溯性问题非常复杂，不仅限于仪器本身系统误差的校准和补偿。例如，由于扫描激光与被扫描物体的材料和表面特性之间的相互作用以及激光束与表面的入射角，可能会出现显著的系统误差。然而，对于本文考虑的 3D 激光扫描仪类别，测距精度水平取决于仪器的几何误差和激光测距系统的精度。激光测距系统的校准相对简单，可以使用例如校准的长度工件或更精确的坐标测量系统（如激光跟踪器）或通过与参考干涉仪进行比较来进行。但是，没有涵盖激光扫描仪校准或性能验证的文献标准。在本报告的第 2 部分中，我们简要描述了激光扫描仪几何误差的数学模型。此外，NIST 进行的体积性能测试表明，校准后系统误差仍然很明显，这些误差可以归因于对几何对准误差的不完全补偿 2, 3 。因此，需要改进这些设备的校准方式，以充分发挥其潜力。因此，国家物理实验室 (NPL) 对使用“网络方法”校准 3D 扫描仪几何误差的可行性进行了初步调查 - 该方法之前由 NPL 为激光跟踪器校准而开发 4, 5 。在第 3 节中，我们总结了用于校准仪器误差的网络方法。在第 4 节中，我们介绍了用于测试激光扫描仪的方法。第 5 节介绍了结果和观察结果，第 6 节介绍了最后的总结和结论。2 激光扫描仪的几何误差模型 图 1 显示了激光扫描仪内部几何形状的理想表示。安装在固定底座上的旋转平台承载着激光源和旋转镜组件；平台绕着竖轴 Z 旋转。激光源的对准方式是使激光束与旋转镜的旋转轴（称为过境轴 T ）同轴对准。激光束在点 O 处从旋转镜反射，该点位于镜面与旋转轴 T 和 Z 的交点处。镜子相对于轴 T 倾斜 45°，使得激光束从镜子反射到 NZ 平面上的点 P，其中 ON 垂直于 OT。
NPL 报告 ENG 59 对使用... 的初步调查
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