《计测技术》推荐｜航空工业计量所孙安斌、刘雨薇：高精度球坐标扫描测量系统校准技术研究

导读

高精度球坐标激光扫描测量系统凭借非接触、高效率、大尺寸三维全域测量优势，已广泛应用于航空机身、火箭舱体、风电叶片等大型复杂曲面零部件数字化检测场景。当前国内外针对该类计量型激光雷达的校准体系仍存在明显短板：现有ASTM 等计量标准仅支持球面、平板等简单几何特征点对点测距精度评定，缺少覆盖不同曲率、多入射角工况的复杂曲面全场轮廓溯源手段；同时数米级大型实物标准基准装置极易受自重、环境温变产生微米级形变，基准自身精度失稳，无法满足高精度扫描设备量值传递需求，制约大尺寸曲面测量结果可信度。针对上述两大核心技术瓶颈，本文提出了一套基于一体化大型实物曲面标准装置的全轮廓校准方案。

高精度球坐标扫描测量系统校准技术研究

作者：孙安斌，王继虎，曹铁泽，樊晶晶，高廷，刘雨薇^*

作者单位：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所

摘要：现有高精度球坐标扫描测量系统计量标准多局限于简单几何特征评价，难以满足复杂曲面全场扫描精度的溯源需求；同时，现有大型曲面标准装置的精度易受重力及环境温度等因素影响，导致校准高精度球坐标扫描测量系统时准确度降低。针对以上问题，提出基于大型实物曲面的校准方法。创新性地设计集凹面、凸面与平面于一体的大型组合式标准装置，实现对测量系统轮廓扫描性能的综合评价；提出“分块加工⁃精密拼接⁃热胀释放”的结构设计方案，利用殷钢骨架与独立悬挂式热胀释放机构抑制环境热应力与重力变形，实现大型标准装置的高精度装配，并保障装置的长期稳定性符合要求；提出大型几何数字模型高精度重构方法，实现高精度球坐标扫描测量系统的精确校准。实验结果表明：该方法可将装配误差容限控制在0.05 mm以内，均方根误差小于0.01 mm，有效支撑了测量系统精度溯源能力的构建。

作者简介

孙安斌，正高级工程师，博士，中国计量测试学会几何量专业委员会委员，主要研究方向为大尺寸测量与校准技术。主持和参与多项课题和项目。

刘雨薇，工程师，博士，主要研究方向为大尺寸测量与校准技术，视觉测量。

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引用格式：孙安斌，王继虎，曹铁泽，等. 高精度球坐标扫描测量系统校准技术研究［J］. 计测技术，2026，46（2）：155-170.

Citation：SUN A B， WANG J H， CAO T Z， et al. Research on calibration technology for high⁃precision spherical coordinate scanning measurement systems［J］. Metrology & Measurement Technology，2026，46（2）：155-170.

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供稿：刘雨薇

编辑：李成成

排版：马鹤伟

审核：刘宇轩