《视觉检测 高温金属尺寸三维检测方法》

ICS19.100

CCSJ04

团体标准

T/CSTMXXXXX—202X

视觉检测高温金属尺寸三维检测

方法

VisualInspectionofHighTemperatureMetalDimensional3D

DetectionMethod

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

目次

前言...................................................................................................................................................1

1范围.................................................................................................................................................2

2规范性引用文件............................................................................................................................2

3术语和定义....................................................................................................................................2

4检测人员.........................................................................................................................................2

5检测原理.........................................................................................................................................3

6一般要求.........................................................................................................................................3

7检测方法.........................................................................................................................................3

8验收试验.........................................................................................................................................4

9复检.................................................................................................................................................6

10记录和报告..................................................................................................................................7

附录A(资料性)适用金属产品的形状与类型.................................................................................8

附录B(资料性)起草单位和主要起草人..........................................................................................9

前言

本文件参照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》，

GB/T20001.4-2015《标准编写规则第4部分：试验方法标准》的规定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国材料与试验标准化委员会科学试验标准化领域委员会(CSTM/FC98/TC07)

提出。

本文件由中国材料与试验标准化委员会科学试验标准化领域委员会(CSTM/FC98/TC07)

归口。

1

视觉检测高温金属尺寸三维检测方法

1范围

本文件规定了高温金属尺寸的视觉三维检测方法，以及自动/半自动检测系统测试的一

般原则，包括检测人员、检测原理、一般要求、检测方法、验收试验、复检、记录和报告等。

本文件适用于带有一个或多个成像探头（如相机）基于二进制编码的高频和低频光栅的

逻辑组合方法的移动柔性光学三维检测系统。用户可以配置设备以适应特定的检测任务。工

件通过光学探测进行检测。在这种情况下，通过分析工件或辅助设备（检测适配器）的离散

特征图像，以光学方式记录待检测的量。

由于各类金属在高温状态下会发生热收缩，且收缩比根据各种材料、产品复杂程度而各

异，无法精准量化，本文件规定的方法适用于在高温金属发生收缩量小于十分之一公差要求

的时间内采用单探头或多探头实现对被测产品的扫描检测。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期

的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括

所有的修改单)适用于本文件。

GB/T34358自由锻件、辗轧环件热态尺寸检测

JB/T13379大型高温金属锻件热态在位尺寸检测方法

ISO9712无损检测人员资格鉴定和认证（Non-destructivetesting—Qualification

andcertificationofpersonnel）

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

热态金属产品hotmetalproducts

加热到一定的温度后经过制造成形、热处理等工序，温度在50℃-1500℃以内的固态金

属材料。

3.2

热态金属产品三维尺寸dimensionsofhotmetalproducts

一般指金属产品制造成形温度在50℃-1500℃以内的固态金属材料尺寸。

3.3

热态产品三维检测系统3Dmeasurementsystemforhotproducts

通过非接触式采集设备实时采集制造生产后的热态产品点云数据，并与产品的三维模型

进行比对，实现热态金属产品三维尺寸在线检测及判定的检测系统。

3.4

热态三维检测系统适用产品尺寸范围suitableforproductsizerange

适用8m³以内的高温金属测量。

4检测人员

2

4.1按本文件进行检测的人员应按照ISO9712或其他同等标准的规定取得有关无损检测人

员资格鉴定机构颁发或认可的目视检测等级资格证书，从事相应资格等级规定的检测工作。

4.2检测人员应熟悉所使用的检测设备。

4.3检测人员应具有实际检测经验并掌握一定的金属产品及加工的基础知识。

4.4检测人员应每年进行视力检查，视力检查的结果需满足如下要求：

a)在不小于30cm距离内，一只或两只眼睛的近视力应能读出TimesNewRoman4.5

号或同样大小字符(高为1.6mm)；

b)检测人员应具有足够的色觉，能够辨别和区分目视检测所涉及的颜色或灰度的差别

(灰色阴影)。

5检测原理

5.1三维重建原理

使用数字投影仪将预先编程的数字光栅投射到被测产品表面，光栅随产品表面高度变化

而发生变形，使用两个摄像机同时将此变形条纹图像同步拍摄下来，利用双摄像机构成的立

体视觉系统可以获取到二维图像，利用四步相移算法计算出光栅的相位主值，采用多频外差

原理进行相位展开计算，采用外极约束，即可实现左右相机图像点的匹配，通过计算空间点

的两幅图像中的视差来获取该点的三维坐标，进而实现物体的三维重建。

5.2验收测试和复检原理

5.2.1光学三维检测系统的验收测试和复检依赖于校准工件的检测。这些系统的设计应确保

其性能对待确定的质量值参数没有显著影响。进行测试用以验证检测误差是否在制造商或用

户规定的范围内。

5.2.2对于验收测试和复检，最大允许长度检测误差是待确定的参数。它是根据长度相关的

极限来描述的。为了确定长度检测误差，需要检测出检测样本上特征点之间的空间距离，然

后与实际尺寸比较。因此，必须校准检测样本。

5.2.3对于光学三维检测系统的验收测试和复检，应采用与实际检测相同的检测方式，即使

用光学检测方法。

6一般要求

6.1环境温度保证在-10℃～50℃以内；

6.2噪音不大于70dB（A）；

6.3无光线直射；

6.4光照强度保证在50～700lx。

6.5被测产品的表面应清洁，无任何影响三维检测的物质。在进行检测前，产品应进行除磷

等表面清洁处理或者在氧化皮出现前进行检测。

6.6应能通过不同角度、不同方位对热态金属产品进行实时图像采集，对实现采集的热态产

品像素图片及数据进行处理与分析。

6.7振动应满足相应检测装置和系统对环境的要求，通常要求小于0.5g。

6.8通过专用的标定板对三维检测设备进行定期标定以保证其检测精度。

7检测方法

3

7.1检测设备和工具

光学三维检测系统一套，包括:

——三维视觉扫描探头1台；

——带扫描及数据处理软件的计算机1台；

——机器人、导轨、转台等动作执行机构及其他附件。

7.2检测步骤

7.2.1固定金属产品，保证产品稳定，保证三维视觉扫描探头检测系统与被测金属产品的安

全距离不小于800mm。

7.2.2架设三维视觉扫描探头。

7.2.3用三维视觉扫描探头对金属产品进行扫描。

7.2.4当扫描完以后移动三维视觉扫描探头的位置再对金属产品进行扫描，直至获得的点云

能够全部包含产品能够观测到的表面。

7.2.5用扫描软件记录并保存获取的点云数据。

7.3检测数据处理

7.3.1使用数据处理软件对获取的点云进行拼接，得到在同一坐标系下金属产品的全部点云

数据。

7.3.2根据待测产品表面实测三维坐标数据解算其不同部位的长度、半径、表面精度等几何

要素，参考设计要求对产品效果进行评定。

7.4检测误差

光学三维检测方法对产品几何尺寸的检测误差为0.3mm+0.3mm/m。该方法的误差主要包括

三维视觉扫描探头角度和距离检测误差、拼接误差、机械执行机构误差等。

8验收试验

8.1验收试验用于验证规定准确性的验收测试，应符合设备制造商和用户之间的合同协议。

8.2验收测试前，光学三维检测系统应按照验收目的的特定操作条件进行安装和操作。必须

考虑所需的预热时间。环境条件应与光学三维检测系统的操作条件相对应。此外，确保工件

的安装和固定装置足够稳定。

8.3应允许产品适应检测体积的平均温度。如果产品或光学三维检测系统组件的平均温度明

显偏离参考温度，并且在设备的实际使用过程中也应用了相应的温度校正，则应以适当的温

度进行校正。

8.4质量参数长度检测误差

三维长度检测误差Δl由两点之间的检测距离和校准距离之差获得。

Δl=lm-lk

允许的三维长度检测误差的极限值E为质量参数长度检测误差。它被指定为与长度相

关的量:

E=A+K·L≤B

其中A、K和B是常数，L是要检测的长度(见图1)

4

图1长度检测误差图示例

8.5检测样本

8.5.1确定质量参数所使用的一维检测样本，必须具有适合光学检测的特征。合适的检测样

本的例子是带有圆形检测标志和计步器的量块。进行光学探测的特征必须有取决于图像比例

等级的最小尺寸。

8.5.2检测样本的实际尺寸的不确定度应小于制造商为待测试的光学三维检测系统规定的最

大允许长度检测误差的五分之一。要使用的检测样本需要校准证书。该校准证书应用于验证

所使用的检测样本是否符合国家标准。

8.6检测程序

8.6.1不论检测样本在检测体积中的排列方式如何，应该要遵守制造商规定的由抽样测试七

个不同的检测线所验证的质量参数长度检测误差E。检测样本应沿检测线放置。

8.6.2推荐采用1000mm×200mm×50m(长×宽×高)的检测体积进行验收测试。也可允许使

用其他检测体积。应在每条检测线上测试至少五个测试长度(见图2)。每条检测线上的最长

测试长度应至少与检测体积的最短边一样长。待测试的最长长度应至少未检测体积体对角线

长度的三分之二。若没有合适长度的检测样本时，则改长度可以由两个叠加的样本代替。

检测的五个测试截面的最小评估示例

附加评价示例

图2测试部分和评估

8.6.3最长的检测段应布置在检测线上，以便这些检测段中任何一个的端点位于检测体积的

各个角落，此外，检测体积的每条边应至少有一条平行的检测线。图3显示了检测线的一种

可能的布置。在确定检测结果时，不得将测试段作为已知数量引入。

5

8.6.4如果使用辅助设备（如检测适配器）进行检测，则这些设备应包括在测试中。否则，

应明确排除辅助检测设备。

8.6.5检测线可以一个个地记录在单独的图像组中。在所有检测过程中，传感器的布置和制

造商的刻度定义应保持不变。操作模式和操作条件应保持相同。建议在每种情况下通过同一

种目标点排列来表示整个检测体积。

图3.检测线的推荐布局

8.7计算结果

对于特定的检测，长度检测误差Δl是由检测值lm(光学三维检测系统或计算机打印输出

的指示)与长度的校准值lk之间的差值获得的：

Δl=lm-lk

长度检测误差可以用图形表示（见图1）。

8.8结果评定

如果没有长度检测误差Δl超过最大允许长度检测误差E的值，则质量参数将得到认可。

在不超过一条检测线出现过度误差的情况下，该特定检测线的所有测试长度的检测可以重复

一次。此时不得出现进一步的过度误差，否则检测系统不能通过验收。

9复检

9.1光学三维检测系统的复检用于确保其长期符合用户规定的长度检测误差的限制范围。通

过比较连续的重复检测结果，可以分析设备特征变化的趋势。这可以得出关于光学三维检测

系统的预防性维护和复检间隔的结论。操作模式和操作条件必须大致相同，以便进行趋势分

析。

9.2复检之前，光学三维检测系统应按照说明书所述投入运行。环境条件应与光学三维检测

系统的操作条件相同。同时，确保检测样本的安装和固定装置足够稳定。应允许检测样本适

应检测体积的平均温度。如果检测样本或光学3D检测系统的平均温度与参考温度有显著偏

差，则应进行适当的温度校正。

9.3检测程序

对三维检测系统进行重新验证的推荐程序与所述的验收程序类似。然而质量参数长度检

测误差可以由用户指定以满足其要求。用户可以减少检测线的数量以及测试部分的数量。

9.4评估

9.4.1以确定质量参数为目的的评估测试是按照与验收测试同样的方式进行的。计算待检测

的特征点之间的距离并与校准距离进行比较。检测距离和校准距离之间的差值不能超出用户

规定的质量参数。在不超过一条检测线出现过度误差的情况下，该特定检测线的所有测试长

6

度的检测可以重复一次。

9.4.2如果超过质量参数，检测系统应标记为仅在有限范围内可用，并应采取适当的纠正措

施。

10记录和报告

10.1记录

应按检测工艺规程的要求记录检测数据或信息，并按相关标准和(或)合同要求保存所有

记录。

10.2报告

检测报告应至少包括如下内容：

a)委托单位；

b)被检件的名称、编号、规格和材质等；

c)检测使用的设备和器材；

d)检测和验收标准；

e)检测方法；

f)所有观察项目和检测结果；

g)检测人员、报告编写人和审核人签字及资格证书编号；

h)检测日期。