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锻压制件及其模具三维几何量光学检测规范

2011-11-30 19:15:55 作者:管理员


    本标准总结了我国采用工业近景摄影和三维光学面扫描测量锻压制件及其模具三维几何量的科研成果和生产经验,并参照德国工程师协会VDI/VDE 2634 光学三维测量系统(Optical 3D measuring systems)标准和国标GB/T 12979近景摄影测量规范的基础上制订而成。

本标准由中国机械工业联合会提出。

本标准由全国锻压标准化技术委员会归口。

本标准起草单位:西安交通大学。

本标准主要起草人:梁晋、郭成、肖振中、唐正宗、史宝全 

本标准规定了采用工业近景摄影和三维光学面扫描方法测量锻压制件及其模具三维几何量的检测规范,适用于锻压制件及其模具零部件的三维形状尺寸检测,以及为锻压制件及其模具的逆向反求设计进行数据准备等。根据锻压制件及其模具零部件大小不同,采用工业近景摄影和三维光学面扫描方法可获取的测量精度约为0.03mm~2mm。

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。

VDI/VDE 2634 Part 1: 光学三维测量系统-点测量图像系统(Optical 3D measuring systems imaging systems with point-by-point probing)

VDI/VDE 2634 Part 2: 光学三维测量系统-光学面扫描系统(Optical 3-D measuring systems Optical systems based on area scanning)

VDI/VDE 2634 Part 3: 光学三维测量系统-多视角面扫描系统(Optical 3D-measuring systems – Multiple view systems based on area scanning)

 GB/T 12979: 近景摄影测量规范

工业近景摄影测量industrial close range photogrammetry

使用高分辨率数码相机拍摄被测对象周围多幅照片,并通过计算机辅助测量软件解算出被测对象粘贴的标志点中心三维坐标的测量技术。

1:本标准中的被测对象指锻压制件及其模具;

2:工业近景摄影测量系统一般组成为:相机、标志点、标尺、适配器、计算机辅助测量软件等。

三维光学面扫描测量 optical 3-D measuring systems based on area scanning

通过向被测对象投射白光编码条纹或激光,并根据光学三角法原理,解算出被测对象表面轮廓点云的立体视觉测量技术。

< reference>

标志点分为编码(如图 1所示)和非编码(如图 2所示)两种标志点,工业近景摄影测量方法同时使用编码和非编码两种标志点,三维光学面扫描只使用非编码标志点。编码点一般随意放置,而非编码标志点一般粘贴在锻压制件及其模具的待测位置。

a)编码标志点  编码标志点只是工业近景摄影测量中间计算过程使用,与被测对象的三维几何量没有对应关系。

b) 非编码标志点  通常使用黑白圆点作为其标志图形,具有两种用途,一是通过非编码标志点中心的三维坐标可以换算出被测对象的三维几何量;二是实现三维光学面扫描的多视角拼接,消除拼接累计误差。

三维几何量 3D geometry

被测对象(锻压制件及其模具)立体轮廓上各种点、线、孔、面、斜度、锥度、圆角等几何特征的三维坐标、量值、间距等标量。

< scale>

为工业近景摄影测量提供高精度的基准长度,也称比例尺,如图 3所示,其上的标志点间距事先经过标定。

适配器 adapter

为了测量锻压制件及其模具上某些特殊几何特征、或者相机无法拍摄到的测量部位所定制的各种辅助测量的器具。

1:各种适配器上粘贴标志点,且须对标志点中心的三维坐标事先予以标定,以确定它们的三维坐标与被侧几何特征量值之间的换算关系。

2:使用适配器,是通过测量适配器上标志点三维坐标换算被侧几何特征量值的间接测量方法。

点云 points cloud三维光学面扫描测量被测对象(锻压制件及其模具)表面轮廓,所获取的大量的密集三维坐标点的集合(通常可达数百万个),以及由测量软件对它们处理后的显示图形。 

光学测量对象主要包括锻压制件及其模具立体轮廓上各种点、线、孔、面、斜度、锥度、圆角等几何特征的三维几何量以及各种曲面轮廓。

按照被测对象大小尺寸分为:

大型尺寸(20~300m):如飞机、船舶、重型机械等零部件;

中型尺寸(2~20m):如汽车覆盖件;

小型尺寸(0.2m~2m):各种汽车零部件;

微型尺寸(0.2m以下):如手机、家电等零部件。

如果只需测量锻压制件及其模具的某些关键点位的三维坐标,只需在被测位置粘贴标志点,采用工业近景摄影测量方法即可。配合使用各种适配器,可以对锻压制件及其模具上的某些特殊几何特征或者相机无法拍摄的部位进行间接测量。

如果测量锻压制件及其模具的复杂曲面轮廓,可综合运用工业近景摄影和三维光学面扫描两种测量方法。即首先采用工业近景摄影测量方法,测量并解算出被测曲面周围非编码标志点中心的三维坐标,然后将它们导入到三维光学面扫描系统,然后从多个视角扫描被测对象表面,通过局部和全部非编码标志点的自动匹配,将局部点云自动拼接生成整体曲面的完整点云。

工业近景摄影测量解算出所有非编码标志点的三维坐标,整体测量精度较高。三维光学面扫描单次测量一个视角区域的点云,并同时测量局部非编码标志点的三维坐标。将局部非编码标志点自动匹配到全部标志点,实现了多视角点云的自动拼接,消除了拼接的累计误差,从而保证整体点云的测量精度,。

    测量锻压制件及其模具的几何特征或曲面轮廓点云后,可利用计算机辅助测量软件将它们与设计系统中相应的CAD数模进行比对,并由此生成色谱偏差图和偏差检测报告。也可将测量数据导入到三维CAD软件对锻压制件及其模具进行逆向反求设计。

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