三维光学摄影测量技术在模具检测和设计中的应用-chenjun

1、 系列三维光学摄影测量技术先驱西安交通大学信息机电研究所、模具与先进成形技术工研究所,隶属西安交通大学机械工程学院,多年来致力于三维光学扫描系统、工业数字近景三维摄影测量系统、三维检测软件研究开发、三维逆向设计、冲压应变三维测量、拉伸变形散斑三维图像处理的研究。研究所综合机械设计、光学测量技术、计算机技术,自主研发系列工业近景摄影测量系统,广泛的应用于汽车工业、飞机工业、机械制造、模具设计、家电、数码类电子产品等制造行业的三维复杂曲面产品的三维测量、逆向设计、产品质量检测、尺寸检验、三维变形与应变分析。近年来,系列三维光学摄影测量技术在国内诸多汽车模具厂家的模具泡沫实型、铸件及制件的各个加工、

2、检测、设计环节得以广泛应用,另外在数码产品、家用电器等注塑模具的设计、检验中也广泛应用。 三维光学测量研究内容 三维全尺寸快速检测研究测量点云与三维CAD 数模进行对齐、误差分析、快速检测。光学三维面扫描测量 系列三维光学摄影测量产品 XJTUDP三维光学摄影测量系统 XJTUOM三维光学面扫描系统 XJTUSD三维光学静态变形测量 XJTUSM板金成型应变分析 XJTUDA三维光学动态变形测量XJTUDIC数字散斑动态应变测量分析系统 系列三维光学摄影测量系统之汽车冲压模具行业应用汽车工业经过了上百年的发展,现代汽车制造技术已经非常成熟, 在不考虑应用新能源、新材料的条件下, 新车型的变化越

3、来越集中于汽车覆盖件的变化。新型车身开发制造的周期、质量主要取决于汽车覆盖件模具的开发制造能力, 特别是大中型覆盖件模具,它是车身制造的重要装备, 也是企业提高汽车开发、制造水平的关键。而三维光学测量系统为覆盖件模具设计检验提供了一个重要手段。系列三维光学摄影测量系统目前已经广泛的应用于汽车冲压模具设计制作的各个环节之中。 二、FMC(消失模铸造实型加工检测FMC(Fade mould casting FMC(Fade mould casting 也称实型铸造, 台湾称为包丽龙铸造。该工艺在国外汽车模具铸件中普遍使用, 制作模型以塑聚苯乙烯塑料代木, 这种模型经济适用, 成本低廉, 铸件型面加

4、工余量少, 精度高。由于实体模型铸造简化了造型工序,铸造时无需起模修型、配箱、落芯等工序, 因而铸件毛坯无毛刺, 无分型面、型腔网挡, 孔位光洁,是汽车模具制造的最佳选择。FMC泡沫实型加工完成后,其加工质量决定了后期模具铸件的精度、切削余量,检测至关重要。采用系列三维光学摄影测量系统,可以快速在线实现FMC泡沫实型的关键位置、加工基准面及型面部分的三维检测,大大提高了泡沫实型的加工和检测效率,最大程度的避免了模具铸件废品率和提高加工效率。解决方案:XJTUDP三维摄影测量系统-关键位置、加工基准面快速检测XJTUOM三维光学面扫描系统-型面部分全尺寸检测分析 FMC泡沫实型摄影测量快速检测

5、摄影拍照 XJTUDP三维测量点计算 质量分析 国内众多知名汽车模具企业使用XJTUDP摄影测量系统进行FMC泡沫实型在线检测 FMC泡沫实型的型面部分三维光学全尺寸检测 三、冲压模具铸件检测解决方案:XJTUDP三维摄影测量系统-关键位置、加工基准面快速检测XJTUOM三维光学面扫描系统-型面部分全尺寸检测加工余量分析DelOverLapArea点云预处理系统-扫描数据优化降噪融合等处理 模具铸件快速检测 摄影拍照 XJTUDP三维测量点计算 质量分析 四、模具、制件检测解决方案:XJTUDP三维摄影测量系统-关键位置、加工基准面快速检测XJTUOM三维光学面扫描系统-型面部分全尺寸检测加工

6、余量分析DelOverLapArea点云预处理系统-扫描数据优化降噪融合等处理 模具检测 制件检测 制件装焊后检测验证 系列三维光学摄影测量系统之注塑模具行业应用注塑模具已经广泛的应用于工业、生活用品生产中,而且随着现代工业发展水平需求量越来越大。系列三维光学摄影测量系统目前已经广泛的应用于注塑模具的产品设计、模具检验的各个环节之中。 一、注塑模具的前期产品正逆向设计应用需求:产品逆向设计样件装配分析解决方案:XJTUOM三维光学面扫描系统XJTUDP三维摄影测量系统DelOverLapArea点云预处理系统 摄影测量 摄影测量全局点计算 数据处理表面三维扫描 产品逆向设计 二、注塑模具模具、

7、产品检测应用需求:模具检测产品检测解决方案:XJTUOM三维光学面扫描系统XJTUDP三维摄影测量系统DelOverLapArea点云预处理系统 注塑模具的模具、产品检测 系列三维光学摄影测量系统之三维光学测量系统介绍 XJTUOM三维光学扫描系统 外差式多频相移,行业最新技术定位于工业测量,精度高,速度快,操作方便标志点实施跟踪识别,自动编号,全局自动拼接匹配针对性开发几毫米到几米幅面规格,满足不同行业需求自主开发点云处理软件,快速完成点云数据的处理合成配合摄影测量系统,有效提高整体拼接精度 (一XJTUOM 三维光学扫描测量系统技术特点 依靠多年来在模具行业研究积累,率先研发出国际最先进的

8、外差式多频相移三维光学测量技术。与传统的格雷码加相移方法相比,测量精度更高,速度更快,单次测量幅面更大(从20mm 到2000mm 、抗干扰能力强、受被测工件表面明暗影响小,工件一般不需要喷显影剂,表面剧烈变化的工件测量中也具有突出优势。单幅扫描一次获得130万660万的点云,点云的点间距为0.08 1mm ,海量数据测量和处理,测量精度从0.008mm 到0.05mm 。 与传统的三坐标测量机、激光抄数机相比,突出特点为可移动便携式操作,流动式测量,无大型操作台,移动式测量,不受行程测量限制,可以扫描测量几毫米到几十米的产品工件和物体。l 面扫描、测量数据密集 自动降噪、精简及点云数据的重叠

9、面删除合并,解决了三维扫描中手工删除点云重叠面的繁重体力劳动,提高工件扫描效率80%以上。与传统的激光扫描相比,12个小时的扫描工作仅需要在36秒的一个单幅测量时间下完成,单幅面最大可达2米,数据点则多达百万。软硬件控制一体化设计,控制系统的开关机、扫描测量、激光辅助对焦等,简单培训即可速速掌握。标志点实时跟踪识别,自动编号,全局自动匹配拼接。拼接效率更高,速度更快,有效的消除了传统的相邻拼接产生的拼接积累误差。与XJTUDP 三维点摄影测量系统配合使用,更是能大大提高拼接精度达(0.1mm/4m 。l 强大的点云预处理系统l 一体化设计,操作简单方便 (二光学三维测量原理 三维扫描仪测量光栅

10、 三维测量原理密集点云(局部 (三XJTUOM系统组成 软件界面 标定板 十字架标定各种镜头组光栅发射测量头 典型应用领域l逆向设计:扫描测量工件的三维点云数据,建立三维数模,达到快速设计产品目的。l产品检测:生产线产品质量控制和形状尺寸检测,可以检测金属铸件、冲压件、模具、塑料件、木制品等产品。l其他应用:文物扫描和三维显示、工艺品、雕刻;医学领域人体数字化、人体建模及人体雕刻;鞋帽服装类产品的开发模拟。 汽车工业逆向设计 产品检测 医学牙模仿形、塑制品青铜器、工艺品的仿形 功能特点:1一台XJTUSO设备,支持多种测量幅面:34×24mm、64×48mm、128

11、5;96mm、192×144mm。2高精度测量,曲面拟合精度更好,点云间距为:0.025mm、0.05mm、0.1mm、0.15mm3采用LED光源,光源发热小,可以长时间连续工作。4采用全电动操作台设计:电动升降立柱、多轴运动台。6软件功能强大,具有点云扫描、自动拼接、点云处理、比对检测等全部功能。(五XJTUSO三维光学扫描系统精密型 典型应用领域l数码产品:手机、MP3等消费类数码产品的仿形设计、质量检测。l医学、美容:医学美容修复、正畸矫形,人体仿生及口腔医学牙科应用l首饰珠宝:首饰、珠宝产品的设计、仿形。 小型精密件的扫描仿形、质量检测 XJTUDP三维摄影测量系统用于对大

12、型或超大型(几米到几十米物体的关键点进行三维测量。不受机械行程、物体大小、体积的限制,与XJTUOM系统配合使用,能够有效减少累积误差,提高整体三维数据的测量精度。也可以单独使用,对大型物体的关键点进行快速检测,目前在汽车业已经广泛应用于汽车模具铸件、泡沫实型、制件的检测。XJTUDP 三维摄影测量系统 (一XJTUDP三维光学摄影测量系统特点国内唯一自主研发工业近景摄影测量系统国家863项目“大型复杂曲面产品的反求和三维快速检测系统研究”资助便携式光学三坐标工业测量系统,可轻松完成几十米的超大工件测量国内数家大型汽车模具制造企业、重型机械制造企业生产现场应用系统功能完备,可快速方便地进行大型

13、工件的产品外形质量检测1/10 000 000的大型工件超高精度摄影测量高素质的研发团队可针对性定制开发,满足不同行业需求 (二测量光学原理 一物体的5幅以上的照片图像,经计算机图像匹配等处理及相关数学计算后得到待测点精确的三维坐标。 (二软件界面 (三系统组成: 专业单反相机 编码、非编码标志点XJTUDP 软件系统定向尺高精度标尺 (四系统使用操作数据输出测量结果以三维坐标输出,可以快速的用与关键点三维检测;也可以作为全局参考点配合XJTUOM系统的密集点云扫描,大幅提高大物件的扫描测量精度测量精度0.1mm/4m1/10,000,000选有更高精度的数码相机和测量措施,可以获得更高精度。 (五典型应用领域l汽车工业:汽车模具业的泡沫实型