《視覺檢測(cè) 高溫金屬尺寸三維檢測(cè)方法》

ICS19.100

CCSJ04

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX—202X

視覺檢測(cè)高溫金屬尺寸三維檢測(cè)

方法

VisualInspectionofHighTemperatureMetalDimensional3D

DetectionMethod

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

目次

前言...................................................................................................................................................1

1范圍.................................................................................................................................................2

2規(guī)范性引用文件............................................................................................................................2

3術(shù)語(yǔ)和定義....................................................................................................................................2

4檢測(cè)人員.........................................................................................................................................2

5檢測(cè)原理.........................................................................................................................................3

6一般要求.........................................................................................................................................3

7檢測(cè)方法.........................................................................................................................................3

8驗(yàn)收試驗(yàn).........................................................................................................................................4

9復(fù)檢.................................................................................................................................................6

10記錄和報(bào)告..................................................................................................................................7

附錄A(資料性)適用金屬產(chǎn)品的形狀與類型.................................................................................8

附錄B(資料性)起草單位和主要起草人..........................................................................................9

前言

本文件參照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，

GB/T20001.4-2015《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定起草。

請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。

本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)科學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會(huì)(CSTM/FC98/TC07)

提出。

本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)科學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會(huì)(CSTM/FC98/TC07)

歸口。

1

視覺檢測(cè)高溫金屬尺寸三維檢測(cè)方法

1范圍

本文件規(guī)定了高溫金屬尺寸的視覺三維檢測(cè)方法，以及自動(dòng)/半自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試的一

般原則，包括檢測(cè)人員、檢測(cè)原理、一般要求、檢測(cè)方法、驗(yàn)收試驗(yàn)、復(fù)檢、記錄和報(bào)告等。

本文件適用于帶有一個(gè)或多個(gè)成像探頭（如相機(jī)）基于二進(jìn)制編碼的高頻和低頻光柵的

邏輯組合方法的移動(dòng)柔性光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)。用戶可以配置設(shè)備以適應(yīng)特定的檢測(cè)任務(wù)。工

件通過光學(xué)探測(cè)進(jìn)行檢測(cè)。在這種情況下，通過分析工件或輔助設(shè)備（檢測(cè)適配器）的離散

特征圖像，以光學(xué)方式記錄待檢測(cè)的量。

由于各類金屬在高溫狀態(tài)下會(huì)發(fā)生熱收縮，且收縮比根據(jù)各種材料、產(chǎn)品復(fù)雜程度而各

異，無(wú)法精準(zhǔn)量化，本文件規(guī)定的方法適用于在高溫金屬發(fā)生收縮量小于十分之一公差要求

的時(shí)間內(nèi)采用單探頭或多探頭實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的掃描檢測(cè)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括

所有的修改單)適用于本文件。

GB/T34358自由鍛件、輾軋環(huán)件熱態(tài)尺寸檢測(cè)

JB/T13379大型高溫金屬鍛件熱態(tài)在位尺寸檢測(cè)方法

ISO9712無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定和認(rèn)證（Non-destructivetesting—Qualification

andcertificationofpersonnel）

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

熱態(tài)金屬產(chǎn)品hotmetalproducts

加熱到一定的溫度后經(jīng)過制造成形、熱處理等工序，溫度在50℃-1500℃以內(nèi)的固態(tài)金

屬材料。

3.2

熱態(tài)金屬產(chǎn)品三維尺寸dimensionsofhotmetalproducts

一般指金屬產(chǎn)品制造成形溫度在50℃-1500℃以內(nèi)的固態(tài)金屬材料尺寸。

3.3

熱態(tài)產(chǎn)品三維檢測(cè)系統(tǒng)3Dmeasurementsystemforhotproducts

通過非接觸式采集設(shè)備實(shí)時(shí)采集制造生產(chǎn)后的熱態(tài)產(chǎn)品點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并與產(chǎn)品的三維模型

進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)熱態(tài)金屬產(chǎn)品三維尺寸在線檢測(cè)及判定的檢測(cè)系統(tǒng)。

3.4

熱態(tài)三維檢測(cè)系統(tǒng)適用產(chǎn)品尺寸范圍suitableforproductsizerange

適用8m3以內(nèi)的高溫金屬測(cè)量。

4檢測(cè)人員

2

4.1按本文件進(jìn)行檢測(cè)的人員應(yīng)按照ISO9712或其他同等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定取得有關(guān)無(wú)損檢測(cè)人

員資格鑒定機(jī)構(gòu)頒發(fā)或認(rèn)可的目視檢測(cè)等級(jí)資格證書，從事相應(yīng)資格等級(jí)規(guī)定的檢測(cè)工作。

4.2檢測(cè)人員應(yīng)熟悉所使用的檢測(cè)設(shè)備。

4.3檢測(cè)人員應(yīng)具有實(shí)際檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)并掌握一定的金屬產(chǎn)品及加工的基礎(chǔ)知識(shí)。

4.4檢測(cè)人員應(yīng)每年進(jìn)行視力檢查，視力檢查的結(jié)果需滿足如下要求：

a)在不小于30cm距離內(nèi)，一只或兩只眼睛的近視力應(yīng)能讀出TimesNewRoman4.5

號(hào)或同樣大小字符(高為1.6mm)；

b)檢測(cè)人員應(yīng)具有足夠的色覺，能夠辨別和區(qū)分目視檢測(cè)所涉及的顏色或灰度的差別

(灰色陰影)。

5檢測(cè)原理

5.1三維重建原理

使用數(shù)字投影儀將預(yù)先編程的數(shù)字光柵投射到被測(cè)產(chǎn)品表面，光柵隨產(chǎn)品表面高度變化

而發(fā)生變形，使用兩個(gè)攝像機(jī)同時(shí)將此變形條紋圖像同步拍攝下來(lái)，利用雙攝像機(jī)構(gòu)成的立

體視覺系統(tǒng)可以獲取到二維圖像，利用四步相移算法計(jì)算出光柵的相位主值，采用多頻外差

原理進(jìn)行相位展開計(jì)算，采用外極約束，即可實(shí)現(xiàn)左右相機(jī)圖像點(diǎn)的匹配，通過計(jì)算空間點(diǎn)

的兩幅圖像中的視差來(lái)獲取該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物體的三維重建。

5.2驗(yàn)收測(cè)試和復(fù)檢原理

5.2.1光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)的驗(yàn)收測(cè)試和復(fù)檢依賴于校準(zhǔn)工件的檢測(cè)。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保

其性能對(duì)待確定的質(zhì)量值參數(shù)沒有顯著影響。進(jìn)行測(cè)試用以驗(yàn)證檢測(cè)誤差是否在制造商或用

戶規(guī)定的范圍內(nèi)。

5.2.2對(duì)于驗(yàn)收測(cè)試和復(fù)檢，最大允許長(zhǎng)度檢測(cè)誤差是待確定的參數(shù)。它是根據(jù)長(zhǎng)度相關(guān)的

極限來(lái)描述的。為了確定長(zhǎng)度檢測(cè)誤差，需要檢測(cè)出檢測(cè)樣本上特征點(diǎn)之間的空間距離，然

后與實(shí)際尺寸比較。因此，必須校準(zhǔn)檢測(cè)樣本。

5.2.3對(duì)于光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)的驗(yàn)收測(cè)試和復(fù)檢，應(yīng)采用與實(shí)際檢測(cè)相同的檢測(cè)方式，即使

用光學(xué)檢測(cè)方法。

6一般要求

6.1環(huán)境溫度保證在-10℃～50℃以內(nèi)；

6.2噪音不大于70dB（A）；

6.3無(wú)光線直射；

6.4光照強(qiáng)度保證在50～700lx。

6.5被測(cè)產(chǎn)品的表面應(yīng)清潔，無(wú)任何影響三維檢測(cè)的物質(zhì)。在進(jìn)行檢測(cè)前，產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行除磷

等表面清潔處理或者在氧化皮出現(xiàn)前進(jìn)行檢測(cè)。

6.6應(yīng)能通過不同角度、不同方位對(duì)熱態(tài)金屬產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集，對(duì)實(shí)現(xiàn)采集的熱態(tài)產(chǎn)

品像素圖片及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

6.7振動(dòng)應(yīng)滿足相應(yīng)檢測(cè)裝置和系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的要求，通常要求小于0.5g。

6.8通過專用的標(biāo)定板對(duì)三維檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行定期標(biāo)定以保證其檢測(cè)精度。

7檢測(cè)方法

3

7.1檢測(cè)設(shè)備和工具

光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)一套，包括:

——三維視覺掃描探頭1臺(tái)；

——帶掃描及數(shù)據(jù)處理軟件的計(jì)算機(jī)1臺(tái)；

——機(jī)器人、導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)臺(tái)等動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其他附件。

7.2檢測(cè)步驟

7.2.1固定金屬產(chǎn)品，保證產(chǎn)品穩(wěn)定，保證三維視覺掃描探頭檢測(cè)系統(tǒng)與被測(cè)金屬產(chǎn)品的安

全距離不小于800mm。

7.2.2架設(shè)三維視覺掃描探頭。

7.2.3用三維視覺掃描探頭對(duì)金屬產(chǎn)品進(jìn)行掃描。

7.2.4當(dāng)掃描完以后移動(dòng)三維視覺掃描探頭的位置再對(duì)金屬產(chǎn)品進(jìn)行掃描，直至獲得的點(diǎn)云

能夠全部包含產(chǎn)品能夠觀測(cè)到的表面。

7.2.5用掃描軟件記錄并保存獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

7.3檢測(cè)數(shù)據(jù)處理

7.3.1使用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)獲取的點(diǎn)云進(jìn)行拼接，得到在同一坐標(biāo)系下金屬產(chǎn)品的全部點(diǎn)云

數(shù)據(jù)。

7.3.2根據(jù)待測(cè)產(chǎn)品表面實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)解算其不同部位的長(zhǎng)度、半徑、表面精度等幾何

要素，參考設(shè)計(jì)要求對(duì)產(chǎn)品效果進(jìn)行評(píng)定。

7.4檢測(cè)誤差

光學(xué)三維檢測(cè)方法對(duì)產(chǎn)品幾何尺寸的檢測(cè)誤差為0.3mm+0.3mm/m。該方法的誤差主要包括

三維視覺掃描探頭角度和距離檢測(cè)誤差、拼接誤差、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤差等。

8驗(yàn)收試驗(yàn)

8.1驗(yàn)收試驗(yàn)用于驗(yàn)證規(guī)定準(zhǔn)確性的驗(yàn)收測(cè)試，應(yīng)符合設(shè)備制造商和用戶之間的合同協(xié)議。

8.2驗(yàn)收測(cè)試前，光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)按照驗(yàn)收目的的特定操作條件進(jìn)行安裝和操作。必須

考慮所需的預(yù)熱時(shí)間。環(huán)境條件應(yīng)與光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)的操作條件相對(duì)應(yīng)。此外，確保工件

的安裝和固定裝置足夠穩(wěn)定。

8.3應(yīng)允許產(chǎn)品適應(yīng)檢測(cè)體積的平均溫度。如果產(chǎn)品或光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)組件的平均溫度明

顯偏離參考溫度，并且在設(shè)備的實(shí)際使用過程中也應(yīng)用了相應(yīng)的溫度校正，則應(yīng)以適當(dāng)?shù)臏?/p>

度進(jìn)行校正。

8.4質(zhì)量參數(shù)長(zhǎng)度檢測(cè)誤差

三維長(zhǎng)度檢測(cè)誤差Δl由兩點(diǎn)之間的檢測(cè)距離和校準(zhǔn)距離之差獲得。

Δl=lm-lk

允許的三維長(zhǎng)度檢測(cè)誤差的極限值E為質(zhì)量參數(shù)長(zhǎng)度檢測(cè)誤差。它被指定為與長(zhǎng)度相

關(guān)的量:

E=A+K·L≤B

其中A、K和B是常數(shù)，L是要檢測(cè)的長(zhǎng)度(見圖1)

4

圖1長(zhǎng)度檢測(cè)誤差圖示例

8.5檢測(cè)樣本

8.5.1確定質(zhì)量參數(shù)所使用的一維檢測(cè)樣本，必須具有適合光學(xué)檢測(cè)的特征。合適的檢測(cè)樣

本的例子是帶有圓形檢測(cè)標(biāo)志和計(jì)步器的量塊。進(jìn)行光學(xué)探測(cè)的特征必須有取決于圖像比例

等級(jí)的最小尺寸。

8.5.2檢測(cè)樣本的實(shí)際尺寸的不確定度應(yīng)小于制造商為待測(cè)試的光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)規(guī)定的最

大允許長(zhǎng)度檢測(cè)誤差的五分之一。要使用的檢測(cè)樣本需要校準(zhǔn)證書。該校準(zhǔn)證書應(yīng)用于驗(yàn)證

所使用的檢測(cè)樣本是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

8.6檢測(cè)程序

8.6.1不論檢測(cè)樣本在檢測(cè)體積中的排列方式如何，應(yīng)該要遵守制造商規(guī)定的由抽樣測(cè)試七

個(gè)不同的檢測(cè)線所驗(yàn)證的質(zhì)量參數(shù)長(zhǎng)度檢測(cè)誤差E。檢測(cè)樣本應(yīng)沿檢測(cè)線放置。

8.6.2推薦采用1000mm×200mm×50m(長(zhǎng)×寬×高)的檢測(cè)體積進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試。也可允許使

用其他檢測(cè)體積。應(yīng)在每條檢測(cè)線上測(cè)試至少五個(gè)測(cè)試長(zhǎng)度(見圖2)。每條檢測(cè)線上的最長(zhǎng)

測(cè)試長(zhǎng)度應(yīng)至少與檢測(cè)體積的最短邊一樣長(zhǎng)。待測(cè)試的最長(zhǎng)長(zhǎng)度應(yīng)至少未檢測(cè)體積體對(duì)角線

長(zhǎng)度的三分之二。若沒有合適長(zhǎng)度的檢測(cè)樣本時(shí)，則改長(zhǎng)度可以由兩個(gè)疊加的樣本代替。

檢測(cè)的五個(gè)測(cè)試截面的最小評(píng)估示例

附加評(píng)價(jià)示例

圖2測(cè)試部分和評(píng)估

8.6.3最長(zhǎng)的檢測(cè)段應(yīng)布置在檢測(cè)線上，以便這些檢測(cè)段中任何一個(gè)的端點(diǎn)位于檢測(cè)體積的

各個(gè)角落，此外，檢測(cè)體積的每條邊應(yīng)至少有一條平行的檢測(cè)線。圖3顯示了檢測(cè)線的一種

可能的布置。在確定檢測(cè)結(jié)果時(shí)，不得將測(cè)試段作為已知數(shù)量引入。

5

8.6.4如果使用輔助設(shè)備（如檢測(cè)適配器）進(jìn)行檢測(cè)，則這些設(shè)備應(yīng)包括在測(cè)試中。否則，

應(yīng)明確排除輔助檢測(cè)設(shè)備。

8.6.5檢測(cè)線可以一個(gè)個(gè)地記錄在單獨(dú)的圖像組中。在所有檢測(cè)過程中，傳感器的布置和制

造商的刻度定義應(yīng)保持不變。操作模式和操作條件應(yīng)保持相同。建議在每種情況下通過同一

種目標(biāo)點(diǎn)排列來(lái)表示整個(gè)檢測(cè)體積。

圖3.檢測(cè)線的推薦布局

8.7計(jì)算結(jié)果

對(duì)于特定的檢測(cè)，長(zhǎng)度檢測(cè)誤差Δl是由檢測(cè)值lm(光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)打印輸出

的指示)與長(zhǎng)度的校準(zhǔn)值lk之間的差值獲得的：

Δl=lm-lk

長(zhǎng)度檢測(cè)誤差可以用圖形表示（見圖1）。

8.8結(jié)果評(píng)定

如果沒有長(zhǎng)度檢測(cè)誤差Δl超過最大允許長(zhǎng)度檢測(cè)誤差E的值，則質(zhì)量參數(shù)將得到認(rèn)可。

在不超過一條檢測(cè)線出現(xiàn)過度誤差的情況下，該特定檢測(cè)線的所有測(cè)試長(zhǎng)度的檢測(cè)可以重復(fù)

一次。此時(shí)不得出現(xiàn)進(jìn)一步的過度誤差，否則檢測(cè)系統(tǒng)不能通過驗(yàn)收。

9復(fù)檢

9.1光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)的復(fù)檢用于確保其長(zhǎng)期符合用戶規(guī)定的長(zhǎng)度檢測(cè)誤差的限制范圍。通

過比較連續(xù)的重復(fù)檢測(cè)結(jié)果，可以分析設(shè)備特征變化的趨勢(shì)。這可以得出關(guān)于光學(xué)三維檢測(cè)

系統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)和復(fù)檢間隔的結(jié)論。操作模式和操作條件必須大致相同，以便進(jìn)行趨勢(shì)分

析。

9.2復(fù)檢之前，光學(xué)三維檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)按照說(shuō)明書所述投入運(yùn)行。環(huán)境條件應(yīng)與光學(xué)三維檢測(cè)

系統(tǒng)的操作條件相同。同時(shí)，確保檢測(cè)樣本的安裝和固定裝置足夠穩(wěn)定。應(yīng)允許檢測(cè)樣本適

應(yīng)檢測(cè)體積的平均溫度。如果檢測(cè)樣本或光學(xué)3D檢測(cè)系統(tǒng)的平均溫度與參考溫度有顯著偏

差，則應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟刃Ｕ?/p>

9.3檢測(cè)程序

對(duì)三維檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行重新驗(yàn)證的推薦程序與所述的驗(yàn)收程序類似。然而質(zhì)量參數(shù)長(zhǎng)度檢

測(cè)誤差可以由用戶指定以滿足其要求。用戶可以減少檢測(cè)線的數(shù)量以及測(cè)試部分的數(shù)量。

9.4評(píng)估

9.4.1以確定質(zhì)量參數(shù)為目的的評(píng)估測(cè)試是按照與驗(yàn)收測(cè)試同樣的方式進(jìn)行的。計(jì)算待檢測(cè)

的特征點(diǎn)之間的距離并與校準(zhǔn)距離進(jìn)行比較。檢測(cè)距離和校準(zhǔn)距離之間的差值不能超出用戶

規(guī)定的質(zhì)量參數(shù)。在不超過一條檢測(cè)線出現(xiàn)過度誤差的情況下，該特定檢測(cè)線的所有測(cè)試長(zhǎng)

6

度的檢測(cè)可以重復(fù)一次。

9.4.2如果超過質(zhì)量參數(shù)，檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)標(biāo)記為僅在有限范圍內(nèi)可用，并應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募m正措

施。

10記錄和報(bào)告

10.1記錄

應(yīng)按檢測(cè)工藝規(guī)程的要求記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)或信息，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和(或)合同要求保存所有

記錄。

10.2報(bào)告

檢測(cè)報(bào)告應(yīng)至少包括如下內(nèi)容：

a)委托單位；

b)被檢件的名稱、編號(hào)、規(guī)格和材質(zhì)等；

c)檢測(cè)使用的設(shè)備和器材；

d)檢測(cè)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；

e)檢測(cè)方法；

f)所有觀察項(xiàng)目和檢測(cè)結(jié)果；

g)檢測(cè)人員、報(bào)告編寫人和審核人簽字及資格證書編號(hào)；

h)檢測(cè)日期。