VDI-VDE 2634 第一部份

VDI/VDE準則2634 第1部分

德國工程師協會(VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE，簡稱VDI ) 德國電氣工程師協會

( VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK，簡稱VDE )

光學三維測量系統，逐點探測成像系統 準則內容 初步說明（） 1適用範圍 2符號參數

3驗收檢測和複檢原則 4驗收檢測

4.1品質參數“長度測量誤差”的定義 4.2檢測樣本 4.3測量程式 4.4結果評估 4.5等級評定 5檢查 5.1測量流程 5.2評估

5.3檢測間隔（時效）和報告 參考書目

初步說明（概述）

光學三維測量系統是一種通用的測量和測試設備。在所有情況下，使用者一定要確保使用中的光學三維測量系統達到所需的性能規格，特別是最大允許測量誤差不能超出要求。就長遠而言，這只能通過統一的驗收標準和對設備的定期複檢來確保。這個職責歸測量設備的製造者和使用者共同所有。

使用價位合理的檢測樣本且快速簡單的方法被各種樣式、自由度、型號的光學三維測量系統的驗收和複檢所需要。這個目的可以通過長度標準和跟典型工件同樣方式測量的檢測樣本實現。

本VDI/VDE準則2634的第一部分介紹了評估逐點探測式光學三維測量成像系統的準確性的實用的驗收和複檢方法。品質參數“長度測量誤差”的定義與ISO 10360-2中的定義類似。獨立的探測誤差測試是不需要的，因為這個影響已經在長度測量誤差的測定中考慮進去了。

VDI/VDE準則2634的第二部分介紹了用於表面探測的系統。 本準則由VDI/VDE協會測量與自動控制（GMA）的“光學三維測量”技術委員會和德國攝影測量與遙感協會的“近景攝影測量”工作組起草。在聯合委員會中，知名用戶的代表與來自大學的專門研究光學三維測量系統領域的成員合作。 1適用範圍

本準則適用於可移動的、靈活的光學三維測量系統，該系統有一個或幾個起三角測量（如攝影測量）作用的成像探頭（如相機）。使用者可以配置設備來適應特別的測量任務。工件通過接觸探測或光學探測進行測量。這兩種情況下，要測量的數值都是通過分析工件的離散特徵的圖像或輔助設備（測量適配器）的圖像應用光學的方法記錄下來。這些特徵以例如圓形反射測量標誌或LED的形式表現出來。

本VDI/VDE準則2634的第一部分介紹了用於測試逐點探測式光學三維測量系統的方法和檢測樣本。這些方法同樣適用於：

1.光學三維測量系統的驗收

2.光學三維測量系統的複檢（如DIN ISO 9000到DIN ISO 9004所規定的那樣以檢查測試設備為目的）。

我們規定了用於驗收和複檢的檢測樣本需要滿足的條件，並且描述了檢測樣本的範例。對於本準則的目的，檢測樣本是一個將被探測的線性的、二維的或三維的特徵排列。範例是一些用光學手段可提取的邊緣交叉點、圓或球和用機械手段可探測的表面。檢測樣本必須就其尺寸和形狀進行校準。

定義一個品質參數用來確認對測量系統精確度的評估生效。品質參數的允許限度，對於測量系統的驗收檢測由製造者確定，對於系統的複檢由使用者確定。

品質參數用於確定光學三維測量系統和比較不同測量系統之間的差別。因為品質參數的值取決於操作方式和條件，因此建議為驗收和複檢選擇並確定特定的操作方式和條件來確保測試結果的可比性。同一個品質參數不能隨便用於其它測量任務。

如果沒有對操作方式和條件規定限制，品質參數的指定範圍必須滿足所有可能的操作方式和條件。如果不滿足規定限制，超出品質參數的限定值是可能且可以的。

操作方式這個詞是指調整和配置儀器的設置，例如： 1.光照的類型和強度； 2.測量體積；

3.所用光感測器的類型、數量和排列佈局； 4.圖像採集及評價過程的類型和持續時間 5.特徵分析的類型、數量和形式。

操作條件這個詞是對光學三維測量系統的外部影響。它們包括如下一些例項： 1.溫度及變化率； 2.濕度； 3.震動（機械）； 4.電磁干擾； 5.環境光照條件； 6.灰塵。

2符號參數

本準則全文將用到以下符號參數，其具體意義如下： E —— 長度測量誤差的特徵品質參數；

A —— 長度測量誤差的特徵品質參數的常量偏差部分； B —— 長度測量誤差的特徵品質參數的最大值； K —— 常數； L —— 要測量的長度； lm —— 長度的測量值； lk —— 長度的校準值； Δl —— 長度測量誤差。 3驗收檢測和複檢原則

光學三維測量系統的驗收檢測和複檢依靠於對已校準的檢測樣本的測量。這些應該妥善設計使它們的特性不會對將要確定的品質參數值造成重要的影響。做一個測試來驗證測量誤差在製造者或使用者所設定的範圍內。

對於驗收檢測和複檢來說，最大允許的長度測量誤差是需要確定的品質參數。這是用一個術語“基於長度的限制”來描述的。為了確定長度測量誤差，需要測量出檢測樣本上特徵點之間的空間距離，然後與實際尺寸比較。為此檢測樣本必須是校準過的。

對於光學三維測量系統的驗收檢測和複檢，檢測樣本應該與實際測量使用相同的方式進行探測，也就是對被測特徵統一使用接觸探測或光學探測。 4驗收檢測

驗收檢測應該遵守設備製造者和使用者之間的合同，用來驗證規定的準確性是否達到。這是在製造者或使用者的後續安裝中執行實施。

在驗收檢測之前，光學三維測量系統應該按照以驗收為目的特定的操作條件進行安裝和操作。預熱的次數一定要考慮到。環境條件要與光學三維測量系統的操作條件相類似。而且，安裝和固定檢測樣本要足夠地穩定牢固。應該允許檢測樣本去適應測量的平均溫度。當檢測樣本或光學三維測量系統的部件的平均溫度顯著偏離DIN 102的參考溫度，應該採取恰當的溫度糾正，前提是這樣的糾正在設備的實際使用中也採用了。

在驗收檢測完成後起草一份報告，歸納測試結果。同時，建議在驗收報告中記錄所有測量值。

4.1品質參數“長度測量誤差”的定義

三維長度測量誤差Δl是通過計算兩點間測量值與校準值之差獲得的。 Δl = lm - lk

允許的三維長度測量誤差的極值E是品質參數長度測量誤差。它被指定為一個長度表徵量： E = A + K · L ≤ B

其中A、K和B為常量，L是要測量的長度（見圖1）。

製造者對最大允許長度測量誤差E的規範說明，適用於章節4.2中所述的檢測樣本。在製造者規定的測量體積內所有允許的操作模式

中都要遵守它。因此，對一套光學三維測量系統的長度測量誤差的說明書來說，必

須附有對驗收過程中的特殊操作模式和操作條件的描述才是完整的。當操作模式或操作條件在運行範圍內改變時，應該一直遵守品質參數規定。

圖1.長度測量誤差示例圖 4.2檢測樣本

確定品質參數所使用的一維檢測樣本，必須有適合接觸式或光學式探測的特徵。合適的檢測樣本，例如有圓形測量標誌和計步器的量塊。請注意，要進行光學探測的特徵必須有一個取決於圖像等級的最小尺寸。

檢測樣本的實際尺寸應該被認為是小於製造者為將要測試的光學三維測量系統規定的最大允許長度測量誤差的五分之一的一個不確定值。要使用的檢測樣本需要一個校準證書。這個校準證書應該用來驗證使用的檢測樣本的國家級標準的可追溯性。 4.3測量程式

不論檢測樣本在測量體積內怎樣排列，應該要遵守由製造者規定的品質參數長度測量誤差E。這是由抽樣測試七個不同的測量線所驗證的。檢測樣本應該沿這些測量線放置。

推薦使用2000mm×2000mm×1500mm（長×寬×高）的測量體積做接受度測試。其它的測量體積也是允許的。在每條測量線上至少應該測試五個長度（見圖2）。在每條測量線上最長的測試長度應該至少與測量體積的最短邊一樣長。要測試的最長長度應該至少達到測量體積體對角線的三分之二長度。當沒有合適長度的檢測樣本時，這個長度可以由兩個疊加的樣本代替。

圖2.測試部分和評估

最長的測量段應該被安排在其上任何測試段中的一個結束點都位於測量體積的每個角落的測量線上。而且，對於測量體積的每條邊應該至少有一條平行的測量線。圖3顯示了測量線的一種可能的安排。當確定測量結果時，測試段不應該作為已知量來介紹。

當測量中使用輔助設備時，這些設備應該包含在測試中。否則，應該明確排除輔助設備。

測量線可能會一個接一個地記錄在單獨的圖像集中。感測器的佈局和製造者的等級定義在所有的測量過程中保持不變。操作模式和操作條件要保持恒定。建議在每種情況下通過同一種目標點的佈局來表示整個測量體積。

圖3.測量線的推薦佈局

4.4結果評估

對於一個特定測量，長度測量誤差Δl是通過計算測量值lm（光學三維測量系統或電腦列印輸出的表示）與標定值lk的差獲得的，如下所示： Δl = lm - lk

長度測量誤差可以用圖解的方式來表示（如圖1）。

4.5等級評定

如果沒有長度測量誤差Δl大量超出最大允許長度測量誤差E的值，要遵守品質參數。如果過量誤差在不多於一條的測量線上發生，那麼對這條測量線的所有測試長度的測量可以重複一次。之後不應該再發生過量誤差，否則測量系統驗收失敗。 5複檢

光學三維測量系統的複檢用於確保其長期符合用戶設定的長度測量誤差的限制範圍。通過比較連續的複檢測量結果，可以來分析關於設備特徵變化的趨勢。這可以得出關於光學三維測量系統的預維修和複檢間隔的結論。操作模式和操作條件必須與趨勢分析大致相同。

複檢之前，光學三維測量系統應該按說明手冊中所述運行起來。注意任何需要預熱的時間。環境條件應該與光學三維測量系統的操作條件相似。同時，確保檢測樣本的安裝和固定要足夠地穩定。要允許檢測樣本去適應測量體積的平均溫度。當檢測樣本或光學三維測量系統的平均溫度嚴重地偏離了按照DIN 102確定的參考溫度，要應用適當的溫度糾正措施，如果這些措施在設備的實際使用過程中也應用過。

5.1測量程式（流程）

複檢三維測量系統的推薦流程與它們的驗收流程（見第4章）相似。然而，品質參數長度測量誤差可能由使用者規定來符合其要求。使用者可能減少測量線的數目及測試環節。 5.2評估

以確定品質參數為目的的評估測試是按照與接受度測試同樣的方式進行的。計算要探測的特徵間的距離並與校準值比較。測量值和校準值之間的差值不能超出使用者所規定的品質參數。假如量誤差在不多於一條的測量線上發生，那麼對這條測量線的所有測試長度的測量可以重複一次。

如果超出了品質參數，應該標記測量系統為只在限定範圍內可用，並要採取適當的糾正措施。

5.3複檢間隔（時效）和文件

複檢間隔應該由一個光學三維測量系統的使用者獨立確定。這是由系統元件、所需的測量不確定度和設備所在不同地點的環境條件決定的。

複檢應該根據指定的測試時間表進行，取決於設備元件的穩定性，並包括視覺化檢

查（核對缺損）。在測試完成後，應該起草一份報告總結測試結果。最好在檢查報告中記錄所有的測量資料。 參考書目

ISO 10 360-2 Coordinate Metrology. Part 2: Performance Assessment of Coordinate Measuring Machine (CMM)

Atkinson, K.B. (ed.): Close-Range Photogrammetry and Machine Vision. Caithness, UK. Whittles Publishing 1996

Luhmann, T.: Nahbereichsphotogrammetrie. Heidelberg: Wichmann Verlag 1999 Pfeifer, T.: Fertigungsme?technik. München: R. Oldenbourg Verlag 1998

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