VDI VDE 2634 Blatt 2-2012 Optical 3-D measuring systems - Optical systems based on area scanning.pdf

1、Zubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2012Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedFrhereAusgaben: 08.02; 09.11 EntwurfFor

2、mereditions: 08/02; 09/11DraftVEREINDEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKOptische 3-D-MesssystemeBildgebende Systeme mit flchenhafter AntastungOptical 3-D measuring systemsOptical systems based on area scanningVDI/VDE 2634Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssu

3、e German/EnglishVDI/VDE-Handbuch FertigungsmesstechnikVDI/VDE-Handbuch Optische TechnologienVDI/VDE-RICHTLINIENICS 17.040.01 August 2012Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . .

4、. . 32 Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Prinzip der Annahme und berwachung . . . 54 Annahmeprfung . . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Kenngre Antastabweichung . . . . . . . 74.2 Kenngre Kugelabstandsabweichung . . . 84.3 Kenngre Ebenheitsmessabweichung . . . 115 berwachung . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . 125.1 Durchfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . 135.2 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.3 berwachungsintervall und Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . 13Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14A1 Allgemeines . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . 14A2 Unsicherheit der Antastabweichung . . . . 14A3 Unsicherheit der Kugelabstandsabweichung. 14A4 Unsicherheit der Ebenheitsmessabweichung . . . . . . . . . 15Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introd

7、uction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Principle of acceptance test and reverification . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Acceptance test . . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Qualit

8、y parameter probing error . . . . . . 74.2 Quality parameter sphere-spacing error . . 84.3 Quality parameter flatness measurement error . . . . . . . . . . . . . 115 Reverification . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.1 Procedure. . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.2 Evaluation . . . . . . . . .

9、 . . . . . . . . 135.3 Reverification interval anddocumentation . . . . . . . . . . . . . . . 13Annex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14A1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . 14A2 Uncertainty of the probing error . . . . . . 14A3 Uncertainty of the sphere-spacing error . . 14A

10、4 Uncertainty of the flatness measurement error. . . . . . . . . 15Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Die 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 Engli

11、sh trans-lation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachbereich FertigungsmesstechnikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI/VDE 2634 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012VorbemerkungDer I

12、nhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Ric

13、htlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungOptische 3-D-Messsysteme werden als

14、universelleMess- und Prfgerte eingesetzt. Jeder Betreibermuss sicher sein, dass das eingesetzte optische 3-D-Messsystem die geforderte Leistung erbringt. Insbe-sondere darf die maximal zulssige Messabweichungnicht berschritten werden. Dies kann auf Dauer nurdurch vergleichbare Abnahmekriterien und e

15、ine re-gelmige berwachung der Gerte gewhrleistetwerden. Die Verantwortung dafr liegt zum einenbeim Gertehersteller und zum anderen beim Betrei-ber des optischen 3-D-Messsystems.Die Annahme und berwachung von optischen 3-D-Messsystemen unterschiedlicher Bauweise, Automa-tisierungsstufe und Gre muss s

16、chnell und einfachmit kostengnstigen Prfkrpern durchgefhrt wer-den knnen. Dazu eignen sich Lngennormale undPrfkrper, die wie bliche Messobjekte mit dem op-tischen 3-D-Messsystem gemessen werden.Die vorliegende Richtlinie enthlt praxisnahe Ab-nahme- und berwachungsverfahren zur Beurteilungvon bildgeb

17、enden optischen 3-D-Messsystemen mitflchenhafter Antastung hinsichtlich ihrer Genauig-keit. Die Kenngren Antastabweichung und Kugel-abstandsabweichung sind in Anlehnung an DIN ENISO 10 360 definiert. Zustzlich wird die KenngreEbenheitsmessabweichung eingefhrt.Die Richtlinienreihe VDI/VDE 2634 besteh

18、t aus fol-genden Blttern:Blatt 1 Systeme mit punktfrmiger AntastungBlatt 2 Bildgebende Systeme mit flchenhafter An-tastungBlatt 3 Bildgebende Systeme mit flchenhafter An-tastung in mehreren EinzelansichtenEine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterw

19、ww.vdi.de/2634.Preliminary noteThe content of this guideline has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing system

20、s and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline

21、.IntroductionOptical 3-D measuring systems are used as universalmeasuring and test equipment. In each case, the usermust be sure that the optical 3-D measuring system inuse complies with the required performance specifi-cation. In particular, the maximum permissible meas-urement error shall not be e

22、xceeded. In the long run,this can only be ensured by means of standardised ac-ceptance criteria, and by checking of the equipmentat regular intervals. The responsibility for this isshared by the manufacturer of the measuring equip-ment on the one hand and the user on the other hand.Quick and easy me

23、thods using reasonably pricedartefacts are needed for the acceptance and reverifica-tion of optical 3-D measuring systems of various de-signs, degrees of automation, and sizes. This can beachieved by means of length standards and artefactswhich are measured in the same way as typical work-pieces.Thi

24、s guideline describes practical acceptance andreverification methods for the evaluation of the accu-racy of optical 3-D measuring imaging systems basedon area scanning. The definitions of the quality pa-rameter probing error and sphere spacing error aresimilar to that in DIN EN ISO 10360. As additio

25、nalquality parameter, the flatness measurement error isdefined.The series of guidelines VDI/VDE 2634 consists ofthe following parts:Part 1 Imaging systems with point-by-point prob-ingPart 2 Optical systems based on area scanningPart 3 Multiple view systems based on area scan-ningA catalogue of all a

26、vailable parts of this series ofguidelines can be accessed on the internet atwww.vdi.de/2634.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08VDI/VDE 2634 Blatt 2 / Part 2 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20121 AnwendungsbereichDie vorliegende Rich

27、tlinie gilt fr optische 3-D-Messsysteme mit flchenhafter Antastung, die nachdem Triangulationsprinzip arbeiten. Diese knnenanwendungsspezifisch konfiguriert werden. Die Sen-soren bestehen aus mehreren Komponenten, z.B.einem oder mehreren bildgebenden Messkpfen(Kameras) und einem oder mehreren Projek

28、tionssys-temen, welche Strukturen auf die zu messende Ob-jektoberflche abbilden, bzw. einem System zur Be-leuchtung einer vorhandenen Oberflchentextur. Bei-spiele fr derartige Sensoren sind Messsysteme aufder Basis von Streifenprojektions- oder Moirtechni-ken sowie flchenhaft messende Fotogrammetrie

29、-oder Scannermesssysteme.Diese Richtlinie gilt fr die Messung von 3-D-Objek-ten in einem elementaren Messvorgang (Einzelan-sicht“). Whrend des elementaren Messvorgangsdrfen die Komponenten des Sensors nicht relativ zu-einander bewegt werden. Nicht abgedeckt sind Sys-teme, die durch Repositionieren d

30、es Sensors und/oder des Objekts mehrere Einzelansichten in ein Ob-jektkoordinatensystem transformieren, z.B. durch: messende, translatorische und/oder rotatorischePositionierachsen extern angemessene Referenzmarken mathematisches Einpassen der Einzelansicht indie Gesamtpunktewolke (Matching“)In dies

31、er Richtlinie werden Verfahren und Prfkrperzur Annahme und zur regelmigen berwachungvon optischen 3-D-Messsystemen angegeben. DieVerfahren eignen sich gleichermaen fr die Annahme von optischen 3-D-Messsystemenund die berwachung von optischen 3-D-Messsyste-men (im Sinne der Prfmittelberwachung gemDIN

32、 EN ISO 9000 bis DIN EN ISO 9004)Die Anforderungen an die zur Annahme und ber-wachung eingesetzten Prfkrper werden festgelegtund einzelne beispielhaft beschrieben. Prfkrper imSinne dieser Richtlinie sind lineare, ebene und rum-liche Anordnungen von Antast-Formelementen. Diessind beispielsweise optis

33、ch antastbare Ebenen oderKugeln. Prfkrper mssen bezglich ihrer Maeund Form kalibriert sein.Zur Beurteilung der Genauigkeit der Messsystemewerden Kenngren festgelegt. Die Grenzwerte die-ser Kenngren werden fr die Annahme der opti-schen 3-D-Messsysteme vom Hersteller und fr dieberwachung vom Betreiber

34、 festgelegt. Alle dreiKenngren gemeinsam erlauben eine quantitative1 ScopeThis guideline applies to optical 3-D measuring sys-tems based on area scanning, whose function is basedon triangulation. The equipment can be configured bythe user to suit a particular measurement task. Theirsensors consist o

35、f several components such as one orseveral imaging sensors (cameras) and one or severalprojection systems projecting structures onto the ob-ject surface to be measured, or a system serving toilluminate any existing surface texture. Examples ofsuch sensors are measuring systems based on fringe-projec

36、tion or moir techniques, and photogrammetricor scanning systems with area-based measuring capa-bilities.This guideline applies to the measuring of three-dimensional objects in a single elementary measuringprocess (“single view”). The components of the sen-sor shall not change their positions relativ

37、e to eachother during the elementary measuring process. Thisguideline does not cover systems where several sin-gle views are transformed into an object-related ref-erence frame by repositioning the sensor and/or theobject, for example by means of measuring translatory and/or rotary positioningaxes e

38、xternally measured reference marks arithmetical fitting of the single view into theoverall point cloud (matching)This guideline describes methods and artefacts forthe testing of optical 3-D measuring systems. Themethods are equally suited for the acceptance of optical 3-D measuring systemsand the re

39、verification of optical 3-D measuring sys-tems (for the purpose of checking of test equip-ment as specified in DIN EN ISO 9000 throughDIN EN ISO 9004)The requirements to be met by the artefacts used foracceptance and reverification are specified, and ex-amples of artefacts are described. For the pur

40、pose ofthis guideline, an artefact is a linear, two-dimen-sional, or three-dimensional arrangement of featuresto be probed. Examples are planes and spheres thatcan be probed optically. Artefacts shall be calibratedwith respect to their dimensions and form.Quality parameters are defined in order to a

41、ssess theaccuracy of the measuring systems. Limits for thesequality parameters are specified for the acceptance ofthe optical 3-D measuring systems and for theirreverification by the manufacturer and by the user, re-spectively. All three quality parameters together al-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB3

42、0F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI/VDE 2634 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012Beurteilung des Messsystems, wobei system- oderanwendungsbezogen eine unterschiedliche Gewich-tung erfolgen kann.Die Kenngren dienen der Spezifikation der opt

43、i-schen 3-D-Messsysteme sowie dem Vergleich unter-schiedlicher Messsysteme. Da diese Werte von derBetriebsart und den Betriebsbedingungen abhngigsind, wird empfohlen, fr die Annahme und ber-wachung besondere Betriebsarten und -bedingungenanzugeben und festzulegen, um die Vergleichbarkeitder Prfergeb

44、nisse zu sichern. Die Kenngren sindnicht ohne Weiteres auf jede beliebige Messaufgabebertragbar.Werden keine Einschrnkungen der Betriebsarten undBetriebsbedingungen vereinbart, so mssen die spezi-fizierten Grenzwerte der Kenngren unter allenmglichen Betriebsarten und -bedingungen eingehal-ten werden

45、. Bei Nichteinhaltung von gegebenen Ein-schrnkungen ist eine berschreitung des jeweiligenGrenzwerts der Kenngren mglich und zulssig.Unter Betriebsarten sollen Einstell- und Konfigura-tionsmglichkeiten des optischen 3-D-Messsystemsverstanden werden, z.B.: Beleuchtungsart und -intensitt Messvolumen Ar

46、t, Anzahl und Anordnung der verwendetenoptischen Messkpfe Art und Dauer der Bildaufnahme und -auswertungUnter Betriebsbedingungen werden die ueren Ein-flussfaktoren auf das optische 3-D-Messsystem ver-standen. Dies sind z.B.: Temperatur und Temperaturgradient Feuchte Schwingungen (mechanisch) elektr

47、omagnetische Streffekte Umgebungsbeleuchtung Staub2 FormelzeichenIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet:Formel-zeichenBenennungKenngrenF EbenheitsmessabweichungPF Antastabweichung (Form)PS Antastabweichung (Ma)SD Kugelabstandsabweichunglow to quantitatively

48、evaluate the measuring system.Different system- and application-specific weight-ings are possible.The quality parameters serve to specify optical 3-Dmeasuring systems, and to compare different measur-ing systems. For their values being dependent on theoperating mode and operating conditions, it is r

49、ecom-mended to define and specify particular operatingmodes and operating conditions for acceptance andreverification to ensure comparability of the test re-sults. The same quality parameters cannot per se beused for any arbitrary measurement task.Where no limitations to the operating modes and op-erating conditions are specified, the specified limitsof the quality parameters must be complied with un-der all po