VDI VDE 2634 Blatt 3-2008 Optical 3D-measuring systems - Multiple view systems based on area scanning.pdf

1、ICS 17.040.01 VDI-RICHTLINIEN Dezember 2008December 2008VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Optische 3-D-Messsysteme Bildgebende Systeme mit flchenhafter Antastung in mehreren Einzelansichten Optical 3D-measuring systems Multiple view systems based o

2、n area scanning VDI/VDE 2634Blatt 3 / Part 3 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellsch

3、aft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachausschuss Optische 3-D-Messtechnik VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik Band 2: Fertigungstechnisches Messen VDI/VDE-Handbuch Optische Technologien Frhere Ausgabe: 09.06Entwurf, deutsch Former edition: 09/06 Draft, inGerman only Vervielfl

4、tigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedZu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2008 Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2

5、Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich 3 2 Formelzeichen 5 3 Prinzip der Annahme und berwachung5 4 Annahmeprfung 6 4.1 Kenngre Antastabweichung. 7 4.2 Kenngre Kugelabstandsabweichung 10 4.3 Kenngre Lngenmessabweichung 13 5 berwachung. 19 5.1 Prfkrper 19 5.2 Durchfhrung. 19 5.3 Auswertung 19 5.4 berwachun

6、gsintervall und Dokumentation 20 Schrifttum 20 Preliminary note .2 Introduction 2 1 Scope.3 2 Symbols.5 3 Principle of acceptance testing and re-verification5 4 Acceptance test 6 4.1 Quality parameter: probing error7 4.2 Quality parameter: sphere spacing error .10 4.3 Quality parameter: length measu

7、rement error13 5 Re-verification 19 5.1 Artefacts.19 5.2 Procedure .19 5.3 Evaluation 19 5.4 Re-verification interval and documentation20 Bibliography.20 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI/VDE 2634 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Inge

8、nieure e.V., Dsseldorf 2008 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-di

9、g, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedank

10、t. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and

11、translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. E

12、inleitung Optische 3-D-Messsysteme werden als universelle Mess- und Prfgerte eingesetzt. Jeder Betreibermuss sicher sein, dass das eingesetzte optische3-D-Messsystem die geforderte Leistung erbringt.Insbesondere darf die maximal zulssige Messab-weichung nicht berschritten werden. Dies kannauf Dauer

13、nur durch vergleichbare Annahmekrite-rien und eine regelmige berwachung der Ger-te gewhrleistet werden. Die Verantwortung dafrliegt zum einen beim Gertehersteller und zumanderen beim Betreiber des optischen 3-D-Mess-systems. Die Annahme und berwachung von optischen 3-D-Messsystemen unterschiedlicher

14、 Bauweise,Automatisierungsstufe und Gre muss schnell und einfach mit kostengnstigen Prfkrperndurchgefhrt werden knnen. Dazu eignen sichLngennormale und Prfkrper, die wie blicheMessobjekte mit dem Messsystem gemessen wer-den. Die vorliegende Richtlinie enthlt praxisnahe An-nahme- und berwachungsverfa

15、hren zur Beurtei-lung von bildgebenden optischen 3-D-Mess-systemen mit flchenhafter Antastung hinsichtlichihrer Genauigkeit. In Ergnzung zur RichtlinieVDI/VDE 2634 Blatt 2 werden notwendige Ergn-zungen fr die Messung von Objekten in mehreren Einzelansichten festgelegt. Die Richtlinienreihe VDI/VDE 2

16、634 besteht ausfolgenden Blttern: Blatt 1 Systeme mit punktfrmiger Antastung Blatt 2 Bildgebende Systeme mit flchenhafter Antastung Blatt 3 Bildgebende Systeme mit flchenhafter Antastung in mehreren Einzelansichten Introduction Optical 3D measuring systems are used as univer-sal measuring and test e

17、quipment. Every user must be sure that the optical 3D measuring system used comes up to the performance required. In particu-lar, the maximum permissible error must not be exceeded. In the long run, this can be ensured only through comparable acceptance criteria and re-verification of the equipment

18、at regular intervals. The responsibility for this lies on the one hand with the manufacturer of the equipment and on the other hand, with the user of the optical 3D measu-ring system. Acceptance testing and re-verification of optical 3D measuring systems of different design, level of automation and

19、size must be rapid and easy to carry out using low-cost artefacts. For this purpose, length standards and artefacts are suitable which are measured with the measuring system just as usual objects to be measured. The present guideline gives practical acceptance test and re-verification procedures to

20、assess the precision of imaging optical 3D measuring systems providing area-based sampling. In addition to guideline VDI/VDE 2634 Part 2, it defines neces-sary supplements for the measurement of objects using multiple images. The series of guidelines VDI/VDE 2634 consists of the following parts: Par

21、t 1 Imaging systems with point-by-point probing Part 2 Optical systems based on area scanningPart 3 Multiple view systems based on area scanning B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI/VDE 2634 Blatt

22、 3 / Part 3 3 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlinie gilt fr optische 3-D-Messsysteme mit flchenhafter Antastung, die nachdem Triangulationsprinzip arbeiten und das Mess-objekt in mehreren, unterschiedlichen Einzelansich-ten erfassen. Die Messsysteme knnen anwen-dungsspezifisch konfiguriert

23、werden. Die Sensorenbestehen aus mehreren Komponenten, z. B. einemoder mehreren bildgebenden Messkpfen (Kame-ras) und einem oder mehreren Projektionssystemen,die Strukturen auf die zu messende Objektoberfl-che abbilden, oder einem System zur Beleuchtungeiner vorhandenen Oberflchentextur. Beispiele f

24、r derartige Sensoren sind Messsysteme auf der Basisvon Streifenprojektions- oder Moirtechniken sowie flchenhaft messende Fotogrammetrie- oder Scan-nermesssysteme. Diese Richtlinie gilt fr die Messung von 3-D-Objekten in mehreren Einzelansichten. Anders als bei der Prfung nach VDI/VDE 2634 Blatt 2 dr

25、-fen whrend der Messung die Komponenten desMesssystems relativ zueinander bewegt werden.Dies kann durch Repositionieren des Sensors und/oder des Messobjekts geschehen. Die verschiede-nen Einzelansichten des Messobjekts werden in eineinheitliches Objektkoordinatensystem transfor-miert, z. B. durch: T

26、ransformation der Einzelansichten ber ange-messene Referenzmarken Einpassen aller Einzelansichten in die Gesamt-punktewolke ber die Geometrie des Objekts (Matching“ ohne Referenzmarken) Nicht abgedeckt sind Systeme, bei denen der Sen-sor oder das Messobjekt durch messende transla-torische und/oder r

27、otatorische Achsen positioniertwird, z. B. Sensoren auf Koordinatenmessgertengem Richtlinie VDI/VDE 2617 Blatt 6.2. In der vorliegenden Richtlinie werden Verfahren und Prfkrper zur Annahme und zur regelmi-gen berwachung von optischen 3-D-Messsys-temen angegeben. Die Verfahren eignen sich glei-cherma

28、en fr die Annahme von optischen 3-D-Messsystemen die berwachung von optischen 3-D-Messsys-temen (im Sinne der Prfmittelberwachunggem der Normen DIN EN ISO 9000 bisDIN EN ISO 9004) Die Anforderungen an die zur Annahme undberwachung eingesetzten Prfkrper werdenfestgelegt und einzelne beispielhaft besc

29、hrieben.Prfkrper im Sinne dieser Richtlinie sind lineare,1 Scope The present guideline is applicable to optical 3D measuring systems based on area scanning which operate on the triangulation principle and deter-mine the object to be measured from several dif-ferent images. The measuring systems can

30、be con-figured so that the application-specific require-ments are met. The sensors consist of several com-ponents, e. g. one or several imaging probes (cam-eras) and one or several projection systems imag-ing structures onto the object surface to be meas-ured, or a system for illuminating existing s

31、urface textures. Examples of such sensors are measuring systems on the basis of fringe projection or moir techniques as well as area-based photogrammetry or scanning systems. This guideline applies to the measurement of 3D objects using multiple images. Unlike in testing in accordance with VDI/VDE 2

32、634 Part 2, compo-nents of the measuring system may be moved rela-tive to each other during the measurement. This can be achieves by re-positioning of the sensor and/or of the object to be measured. The different single images of the measured object are trans-formed into a uniform object coordinate

33、system, e. g. by transformation of the single images through suitable reference markers matching of all single images into the total po-int cloud via the geometry of the object (match-ing without reference markers) Systems in which the sensor or the measured ob-ject is positioned by measuring transl

34、ational and/or rotational axes such as sensors on coordinate mea-suring machines according to guideline VDI/VDE 2617 Part 6.2 are not covered by this guide-line. In the present guideline, methods and artefacts for acceptance testing and regular re-verification of optical 3D measuring systems are spe

35、cified. The methods are similarly suitable for acceptance testing of optical 3D measuring systems re-verification of optical 3D measuring systems (within the meaning of “control of measuring and test equipment” according to standards DIN EN ISO 9000 to DIN EN ISO 9004) The requirements to be met by

36、the artefacts used for acceptance testing and re-verification are speci-fied and some of them are described as examples. Artefacts within the scope of this guideline are B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI/VDE 2634 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verei

37、n Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 ebene und rumliche Anordnungen von Antast-Formelementen, beispielsweise optisch antastbareEbenen oder Kugeln. Prfkrper mssen bezglich ihrer Mae und Form kalibriert sein. Zur Beurteilung der Genauigkeit der Messsysteme werden Kenngren festgelegt. Die Grenzw

38、ertedieser Kenngren werden fr die Annahme deroptischen 3-D-Messsysteme vom Hersteller undfr die berwachung vom Betreiber festgelegt. Die Kenngren dienen der Spezifikation der opti-schen 3-D-Messsysteme sowie dem Vergleichunterschiedlicher Messsysteme. Da diese Werte von der Betriebsart und den Be-tr

39、iebsbedingungen abhngig sind, wird empfohlen,fr die Annahme und berwachung besondereBetriebsarten und -bedingungen anzugeben undfestzulegen, um die Vergleichbarkeit der Prf-ergebnisse sicher zu stellen. Die Kenngren sindnicht ohne Weiteres auf jede beliebige Messaufga-be bertragbar. Werden keine Ein

40、schrnkungen der Betriebsartenund -bedingungen vereinbart, so mssen die spezi-fizierten Grenzwerte der Kenngren unter allenmglichen Betriebsarten und -bedingungen einge-halten werden. Bei Nichteinhaltung von gegebenen Einschrnkungen ist eine berschreitung des je-weiligen Grenzwerts der Kenngren mglic

41、h und zulssig. Unter Betriebsarten sollen Einstell- und Konfigura-tionsmglichkeiten des optischen 3-D-Messsys-tems verstanden werden, z. B.: Beleuchtungsart und -intensitt Messvolumen und Sensormessvolumen Art, Anzahl und Anordnung der verwendeten optischen Messkpfe Art und Dauer der Bildaufnahme un

42、d Bildaus-wertung Datenvorverarbeitung (Filterparameter, Ausrei-ereliminierung, Ausdnnung der Punktwolke in berlappungsbereichen, krmmungsabhn-gige Ausdnnung usw.) Unter Betriebsbedingungen werden die ueren Einflussfaktoren auf das optische 3-D-Messsystemverstanden. Dies sind z. B.: Vorbehandlung de

43、s Messobjekts (z. B. Einsprhen) Temperatur und Temperaturgradient Feuchte Schwingungen (mechanisch) elektromagnetische Streffekte Umgebungsbeleuchtung Staub linear, planar and spatial arrangements of probingelements, for example optically probable planes or spheres. Artefacts must have been calibrat

44、ed with regard to their dimensions and form. To assess the accuracy of the measuring systems quality parameters are specified. The limits for these parameters are specified by the manufacturer for acceptance testing of the optical 3D measuring systems, and by the user as far as re-verification is co

45、ncerned. The quality parameters serve to specify the optical 3D measuring systems as well as to compare diffe-rent measuring systems. As these values are dependent on the mode of ope-ration and on the operating conditions, it is advisa-ble to state and specify particular modes and condi-tions of ope

46、ration for acceptance testing and re-verification so that comparability of the test results is ensured. The quality parameters cannot easily be used for any measurement task whatever. If no restrictions as to the modes and conditions of operation are made, the specified limits of the quality paramet

47、ers must be complied with for all potential modes and conditions of operation. If specified restrictions are not complied with, ex-ceeding of the pertinent limit of the quality pa-rameters is possible and admissible. By modes of operation possibilities of adjusting and configuring the optical 3D mea

48、suring system are to be understood such as, for example: type of illumination and intensity measuring volume and sensor measuring volume type, number and arrangement of optical probes used type and duration of image acquisition and im-age evaluation data pre-processing (filter parameters, elimina-ti

49、on of outliers, thinning of point cloud in over-lapping regions, curvature-dependent thinning, etc.) By operating conditions the external factors influ-encing the optical 3D measuring system are un-derstood. These are, for example: preparation of object to be measured (e. g. spraying) temperature and temperature gradient humidity vibration (mechanical) ele