VDI VDE 2634 Blatt 1-2002 Optical 3D measuring systems - Imaging systems with point-by-point probing.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKOptische 3D-MesssystemeBildgebende Systeme mit punktfrmiger AntastungOptical 3D measuring systemsImaging systems with point-by-pointprobingVDI/VDE 2634Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Ges

2、ellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)GMA/DGPF Gemeinschaftsausschuss Optische 3D-MesstechnikVDI/VDE-Handbuch Messtechnik IIVDI/VDE-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsse

3、ldorf 2002Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedICS 17.040.30Mai 2002May 2002Inhalt g54g72g76g87g72Vo r b e m e r k u n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Geltungsbereich und Zweck . . . . . . . . . . 22Formelzeiche

4、n . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Prinzip der Abnahme und berwachung . . . 44Abnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.1 Definition der Kenngre Lngenmess-abweichung . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2 Prfkrper . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.3 Durchfhrung . . . . . . . .

5、. . . . . . . . 64.4 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.5 Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85berwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.1 Durchfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . 95.2 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.3 berwachungsintervall und Dokum

6、entation 9Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Contents g51g68g74g72Preliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Symbols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Principle of acceptance test and reverification

7、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Acceptance test . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.1 Definition of the quality parameter length measurement error . . . . . . . . . . . . . . 54.2 Artefacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.3 Measurement procedure . . . . . . . . . . . 64.4 Evaluati

8、on . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.5 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Checking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.1 Measurement procedure . . . . . . . . . . . 95.2 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.3 Checking interval and documentation. . . . 9Bibliog

9、raphy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Frhere Ausgabe: 1.00 Entwurf,deutschFormeredition: 1/00 draft, in German onlyDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the

10、English trans-lation. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20022 VDI/VDE 2634 Blatt 1 / Part 1VorbemerkungOptische 3D-Messsysteme werden als universelleMess- und Prfgerte eingesetzt. Jeder Betreibermuss sicher

11、sein, dass das eingesetzte optische 3D-Messsystem die geforderte Leistung erbringt. Insbe-sondere darf die maximal zulssige Messabweichungnicht berschritten werden. Dies kann auf Dauer nurdurch vergleichbare Abnahmekriterien und eine re-gelmige berwachung der Gerte gewhrleistetwerden. Die Verantwort

12、ung hierfr liegt zum einenbeim Gertehersteller, zum anderen beim Betreiberdes Messsystems.Die Abnahme und berwachung von optischen 3D-Messsystemen unterschiedlicher Bauweise, Automa-tisierungsstufe und Gre muss schnell und einfachmit kostengnstigen Prfkrpern durchgefhrt wer-den knnen. Dazu eignen si

13、ch Lngennormale undPrfkrper, die wie bliche Messobjekte mit dem zuprfenden 3D-Messsystem gemessen werden.Das vorliegende Blatt 1 enthlt praxisnahe Ab-nahme- und berwachungsverfahren zur Beurteilungvon bildgebenden optischen 3D-Messsystemen mitpunktfrmiger Antastung hinsichtlich ihrer Genauig-keit. D

14、ie Kenngre Lngenmessabweichung ist inAnlehnung an ISO 10 360-2 definiert. Eine geson-derte Prfung der Antastabweichung entfllt, da beidieser Richtlinie dieser Einfluss in der Bestimmungder Lngenmessabweichung enthalten ist.In Blatt 2 dieser Richtlinie sind Systeme mit flchen-hafter Antastung beschri

15、eben.Die Richtlinie wurde im Fachausschuss Optische3D-Messtechnik“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess-und Automatisierungstechnik (GMA) und im Ar-beitskreis Nahbereichsphotogrammetrie“ der Deut-schen Gesellschaft fr Photogrammetrie und Fern-erkundung (DGPF) erarbeitet. Der Gemeinschafts-ausschuss setzt s

16、ich aus Vertretern namhafter Anwen-der und Mitarbeiter aus Hochschulen zusammen, diesich mit optischen 3D-Messsystemen befassen.1Geltungsbereich und ZweckDiese Richtlinie gilt fr mobile, flexible optische3D-Messsysteme mit einem oder mehreren bild-gebenden Messkpfen (z.B. Kameras), die nach demTrian

17、gulationsprinzip arbeiten (wie z.B. die Photo-grammetrie). Sie knnen vom Anwender fr seineMessaufgabe speziell konfiguriert werden. Die Mes-sung des Werkstcks erfolgt durch taktile oder opti-sche Antastung. Die Aufnahme der Messgre ge-schieht in beiden Fllen optisch durch Analyse derAbbildung diskre

18、ter Merkmale auf dem Werkstckselbst oder auf Zusatzeinrichtungen (Messadapter).Preliminary noteOptical 3D measuring systems are used as universalmeasuring and test equipment. In each case, the usermust be sure that the optical 3D measuring system inuse complies with the required performance specifi-

19、cation. In particular, the maximum permissiblemeasurement error shall not be exceeded. In the longrun, this can only be ensured by means of harmonisedacceptance criteria, and by checking of the equip-ment at regular intervals. The responsibility for this isshared by the manufacturer of the measuring

20、 equip-ment on the one hand and the user on the other hand. Quick and easy methods using reasonably priced ar-tefacts are needed for the acceptance and reverifica-tion of optical 3D measuring systems of various de-signs, degrees of automation, and sizes. This can beachieved by means of length standa

21、rds and artefactswhich can be measured in the same way as typicalworkpieces.This Part 1 of VDI/VDE 2634 describes practical ac-ceptance and reverification methods for the evalua-tion of the accuracy of optical 3D measuring imagingsystems with point-by-point probing. The definitionof the quality para

22、meter length measurement error issimilar to that in ISO 10 360-2. Separate testing of theprobing error is not required as this effect is consid-ered in the determination of the length measurementerror.Part 2 of VDI/VDE 2634 describes systems for sur-face probing. This guideline was drafted by the te

23、chnical commit-tee ”Optical 3D measurement“ of the VDI/VDE So-ciety for Measurement and Automatic Control(GMA) and by the working group ”Close-range pho-togrammetry“ of the German Association for Photo-grammetry and Remote Sensing“. In the joint com-mittee, representatives of well-known users cooper

24、-ate with members from universities, who specialisein the field of optical 3D measuring systems. 1ScopeThis guideline applies to mobile, flexible optical 3Dmeasuring systems with one or several imagingprobes (such as cameras), whose function relies ontriangulation (such as photogrammetry). The equip

25、-ment can be configured by the user to suit a particularmeasurement task. The workpiece is measured bytactile or optical probing. In both cases, the quantityto be measured is recorded optically by analysing theimages of discrete features of the workpiece, or ofauxiliary equipment (measuring adapters

26、). Such fea-tures are represented, e.g., in the form of circular re-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002 VDI/VDE 2634 Blatt 1 / Part 1 3 Verkrperungen von Merkmalen sind z.B. kreisfr-mige reflektierend

27、e Messmarken oder Leuchtdioden.Im vorliegenden Blatt 1 werden Verfahren und Prf-krper zur Prfung von optischen 3D-Messsystemenmit punktfrmiger Antastung angegeben. Die Ver-fahren eignen sich gleichermaen fr die Abnahme von optischen 3D-Messsystemendie berwachung von optischen 3D-Messsyste-men (im Si

28、nne der Prfmittelberwachung gemDIN ISO 9000 bis DIN ISO 9004)Die Anforderungen an die zur Abnahme bzw. ber-wachung eingesetzten Prfkrper werden festgelegtund einzelne beispielhaft beschrieben. Prfkrper imSinne dieser Richtlinie sind lineare, ebene und rum-liche Anordnungen von Antastformelementen. D

29、iessind beispielsweise optisch wirksame Kantenschnitt-punkte, Kreise oder mechanisch antastbare Kugelnund Flchen. Prfkrper mssen bezglich ihrerMae und Form kalibriert sein.Zur Beurteilung der Genauigkeit der Messsystemewird eine Kenngre festgelegt. Der Grenzwert derKenngre wird fr die Abnahme der Me

30、sssystemevom Hersteller und fr die berwachung vom Betrei-ber festgelegt.Die Kenngre dient der Spezifikation der optischen3D-Messsysteme sowie dem Vergleich unterschied-licher Messsysteme. Da ihr Wert von der Betriebsartund den Betriebsbedingungen abhngig ist, wirdempfohlen, fr die Abnahme und berwac

31、hung be-sondere Betriebsarten und -bedingungen anzugebenund festzulegen, um die Vergleichbarkeit der Prfer-gebnisse zu sichern. Die Kenngre ist nicht ohneweiteres auf jede beliebige Messaufgabe bertragbar.Werden keine Einschrnkungen der Betriebsartenund Betriebsbedingungen vereinbart, so muss derspe

32、zifizierte Grenzwert der Kenngre unter allenmglichen Betriebsarten und -bedingungen eingehal-ten werden. Bei Nichteinhaltung von gegebenen Ein-schrnkungen ist eine berschreitung des Grenzwer-tes der Kenngre mglich und zulssig. Unter Betriebsarten sollen Einstell- und Konfigura-tionsmglichkeiten des

33、Gertes verstanden werden,wie zum Beispiel:Beleuchtungsart und -intensittMessvolumenArt, Anzahl und Anordnung der verwendeten op-tischen MesskpfeArt und Dauer der Bildaufnahme sowie -auswer-tungflecting measurement marks or light-emitting diodes(LEDs). This Part 1 of VDI/VDE 2634 describes methods an

34、dartefacts for the testing of optical 3D measuring sys-tems with point-by-point probing. The methods areequally suited forthe acceptance of optical 3D measuring systemsthe reverification of optical 3D measuring sys-tems (for the purpose of checking of test equip-ment as specified in DIN ISO 9000 thr

35、ough DINISO 9004).The requirements to be met by the artefacts used foracceptance and reverification are specified and ex-amples of artefacts are described. For the purpose ofthis guideline, an artefact is a linear, two-dimen-sional, or three-dimensional arrangement of featuresto be probed. Examples

36、are optically extractable edgeintersections, circles, or spheres and surfaces that canbe probed mechanically. Artefacts must be calibratedwith respect to their dimensions and shape.A quality parameter is defined in order to validate as-sess the accuracy of the measuring systems. The per-missible lim

37、its for this quality parameter is specifiedby the manufacturer for the acceptance test of themeasuring system, and by the user for the reverifica-tion, respectively.The quality parameter serves to specify optical 3Dmeasuring systems and to compare different measur-ing systems. For its value being de

38、pendent on the op-erating mode and operating conditions, it is recom-mended to select and specify particular operatingmodes and operating conditions for acceptance andreverification in order to ensure comparability of thetest results. The same quality parameter cannot per sebe used for any arbitraty

39、 measurement task.Where no limitations to the operating modes andoperating conditions are specified, the specified limitof the quality parameter must be complied with underall possible operating modes and operating condi-tions. Exceeding the limit value of the quality param-eter is possible, and per

40、missible, where specified lim-itations are not meetmet. The term operating modes denotes adjustment andconfiguration options of the instrument such astype and intensity of illuminationmeasuring volumetype, number and arrangement of the optical sen-sors usedtype and duration of image acquisition and

41、evalu-ationprocessing;B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20024 VDI/VDE 2634 Blatt 1 / Part 1Art, Anzahl und Form der zu analysierendenMerkmaleUnter Betriebsbedingungen werden die ueren Ein-flsse auf das optis

42、che 3D-Messsystem verstanden.Dies sind zum Beispiel:Temperatur und TemperaturgradientFeuchteSchwingungen (mechanisch)elektromagnetische StreffekteUmgebungsbeleuchtungStaub2 FormelzeichenIn dieser Richtlinie werden folgende Formelzeichenverwendet:E Kenngre LngenmessabweichungA konstanter Anteil der K

43、enngre Lngenmess-abweichungB maximaler Wert der Kenngre Lngenmess-abweichungK KonstanteL Messlngelmgemessener Wert der Lngelkkalibrierter Wert der LngeDl Lngenmessabweichung3Prinzip der Abnahme undberwachungAbnahme und berwachung von optischen 3D-Messsystemen erfolgen durch Messung kalibrierterPrfkr

44、per. Diese mssen so beschaffen sein, dassihre Eigenschaften keine nennenswerten Auswirkun-gen auf die zu bestimmende Kenngre haben. Eswird berprft, ob die Messabweichungen innerhalbder vom Hersteller bzw. Anwender festgelegtenGrenze liegen.Kenngre fr die Abnahme und berwachung istdie maximal zulssig

45、e Lngenmessabweichung. Siewird durch einen lngenabhngigen Grenzwert be-schrieben. Zur Bestimmung der Lngenmessabwei-chung werden die rumlichen Abstnde zwischenden Antastformelementen eines Prfkrpers gemes-sen und mit den bekannten Istmaen verglichen. DerPrfkrper muss dazu kalibriert sein.Bei der Abn

46、ahme und berwachung der optischen3D-Messsysteme muss die Antastung der Prfkrpernach dem gleichen Prinzip erfolgen wie bei einer re-alen Messung, also entweder mit taktiler oder opti-scher Antastung der Formelemente.type, number and form of features to be analysedThe term conditions of operation deno

47、tes external in-fluences on the optical 3D measuring system. Theseinclude, for example:the temperature and its gradienthumidityvibrations (mechanical)electromagnetic interferenceenvironmental lighting conditionsdust2SymbolsThroughout the text of this guideline, the followingsymbols are used:E charac

48、teristic quality parameter for the lengthmeasurement errorA constant offset part of the characteristic qualityparameter for the length measurement errorB maximum value of the quality parameter char-acteristic for the length measurement errorK constantL length to be measuredlmmeasured value of length

49、lkcalibrated value of lengthl length measurement error3Principle of acceptance test and reverificationAcceptance test and reverification of optical 3Dmeasuring systems rely on measurements of cali-brated artefacts. These shall be designed so that theirproperties have no significant effect on the qualityvalue parameter to be determined. A test is made toverify that measurement error