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鍛壓制件及其模具三維幾何量光學檢測規范

2011-11-30 19:15:55 作者:管理員


    本標準總結了我國采用工業近景攝影和三維光學面掃描測量鍛壓制件及其模具三維幾何量的科研成果和生產經驗,并參照德國工程師協會VDI/VDE 2634 光學三維測量系統(Optical 3D measuring systems)標準和國標GB/T 12979近景攝影測量規范的基礎上制訂而成。

本標準由中國機械工業聯合會提出。

本標準由全國鍛壓標準化技術委員會歸口。

本標準起草單位:西安交通大學。

本標準主要起草人:梁晉、郭成、肖振中、唐正宗、史寶全 

本標準規定了采用工業近景攝影和三維光學面掃描方法測量鍛壓制件及其模具三維幾何量的檢測規范,適用于鍛壓制件及其模具零部件的三維形狀尺寸檢測,以及為鍛壓制件及其模具的逆向反求設計進行數據準備等。根據鍛壓制件及其模具零部件大小不同,采用工業近景攝影和三維光學面掃描方法可獲取的測量精度約為0.03mm~2mm。

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件,其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用于本標準,然而,鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本適用于本標準。

VDI/VDE 2634 Part 1: 光學三維測量系統-點測量圖像系統(Optical 3D measuring systems imaging systems with point-by-point probing)

VDI/VDE 2634 Part 2: 光學三維測量系統-光學面掃描系統(Optical 3-D measuring systems Optical systems based on area scanning)

VDI/VDE 2634 Part 3: 光學三維測量系統-多視角面掃描系統(Optical 3D-measuring systems – Multiple view systems based on area scanning)

 GB/T 12979: 近景攝影測量規范

工業近景攝影測量industrial close range photogrammetry

使用高分辨率數碼相機拍攝被測對象周圍多幅照片,并通過計算機輔助測量軟件解算出被測對象粘貼的標志點中心三維坐標的測量技術。

1:本標準中的被測對象指鍛壓制件及其模具;

2:工業近景攝影測量系統一般組成為:相機、標志點、標尺、適配器、計算機輔助測量軟件等。

三維光學面掃描測量 optical 3-D measuring systems based on area scanning

通過向被測對象投射白光編碼條紋或激光,并根據光學三角法原理,解算出被測對象表面輪廓點云的立體視覺測量技術。

< reference>

標志點分為編碼(如圖 1所示)和非編碼(如圖 2所示)兩種標志點,工業近景攝影測量方法同時使用編碼和非編碼兩種標志點,三維光學面掃描只使用非編碼標志點。編碼點一般隨意放置,而非編碼標志點一般粘貼在鍛壓制件及其模具的待測位置。

a)編碼標志點  編碼標志點只是工業近景攝影測量中間計算過程使用,與被測對象的三維幾何量沒有對應關系。

b) 非編碼標志點  通常使用黑白圓點作為其標志圖形,具有兩種用途,一是通過非編碼標志點中心的三維坐標可以換算出被測對象的三維幾何量;二是實現三維光學面掃描的多視角拼接,消除拼接累計誤差。

三維幾何量 3D geometry

被測對象(鍛壓制件及其模具)立體輪廓上各種點、線、孔、面、斜度、錐度、圓角等幾何特征的三維坐標、量值、間距等標量。

< scale>

為工業近景攝影測量提供高精度的基準長度,也稱比例尺,如圖 3所示,其上的標志點間距事先經過標定。

適配器 adapter

為了測量鍛壓制件及其模具上某些特殊幾何特征、或者相機無法拍攝到的測量部位所定制的各種輔助測量的器具。

1:各種適配器上粘貼標志點,且須對標志點中心的三維坐標事先予以標定,以確定它們的三維坐標與被側幾何特征量值之間的換算關系。

2:使用適配器,是通過測量適配器上標志點三維坐標換算被側幾何特征量值的間接測量方法。

點云 points cloud三維光學面掃描測量被測對象(鍛壓制件及其模具)表面輪廓,所獲取的大量的密集三維坐標點的集合(通常可達數百萬個),以及由測量軟件對它們處理后的顯示圖形。 

光學測量對象主要包括鍛壓制件及其模具立體輪廓上各種點、線、孔、面、斜度、錐度、圓角等幾何特征的三維幾何量以及各種曲面輪廓。

按照被測對象大小尺寸分為:

大型尺寸(20~300m):如飛機、船舶、重型機械等零部件;

中型尺寸(2~20m):如汽車覆蓋件;

小型尺寸(0.2m~2m):各種汽車零部件;

微型尺寸(0.2m以下):如手機、家電等零部件。

如果只需測量鍛壓制件及其模具的某些關鍵點位的三維坐標,只需在被測位置粘貼標志點,采用工業近景攝影測量方法即可。配合使用各種適配器,可以對鍛壓制件及其模具上的某些特殊幾何特征或者相機無法拍攝的部位進行間接測量。

如果測量鍛壓制件及其模具的復雜曲面輪廓,可綜合運用工業近景攝影和三維光學面掃描兩種測量方法。即首先采用工業近景攝影測量方法,測量并解算出被測曲面周圍非編碼標志點中心的三維坐標,然后將它們導入到三維光學面掃描系統,然后從多個視角掃描被測對象表面,通過局部和全部非編碼標志點的自動匹配,將局部點云自動拼接生成整體曲面的完整點云。

工業近景攝影測量解算出所有非編碼標志點的三維坐標,整體測量精度較高。三維光學面掃描單次測量一個視角區域的點云,并同時測量局部非編碼標志點的三維坐標。將局部非編碼標志點自動匹配到全部標志點,實現了多視角點云的自動拼接,消除了拼接的累計誤差,從而保證整體點云的測量精度,。

    測量鍛壓制件及其模具的幾何特征或曲面輪廓點云后,可利用計算機輔助測量軟件將它們與設計系統中相應的CAD數模進行比對,并由此生成色譜偏差圖和偏差檢測報告。也可將測量數據導入到三維CAD軟件對鍛壓制件及其模具進行逆向反求設計。

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