《视觉检测 高温金属尺寸三维检测方法》编制说明

CSTM团体标准《视觉检测高温金属尺寸三维检测方法》

编制说明

（立项阶段□征询意见阶段☑审定阶段□报批阶段□）

1、目的意义

以市场需求为导向，围绕标准与创新技术相结合，开展新业态、新技术、新产品或新应

用及高质量、高效率标准的制（修）定，达到引领市场、规范市场、促进创新成果产业化落

地的目的。主要介绍标准的立项背景，包括国内外概况、社会需求、存在问题、技术优势等。

（1）立项背景

在冶金、机械等制造行业中，金属产品涉及航空航天、造船、石油化工和核电等领域。

这些金属产品不仅要求严格的生产质量，还要求严密准确的检测尺寸。金属产品通常是在制

造加工结束后再进行尺寸检测，然而在锻造、热处理等高温加工条件下，无法快速准确的检

测产品尺寸。现如今各行业领域对金属产品的尺寸精度要求日益严格。如何准确检测出不同

形状产品的具体尺寸是一个极其重要的问题。

三维检测系统的光学检测属于无接触检测，可以针对金属产品的不同表面情况，立体呈

现三维，全面获取产品的三维信息。对不同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，能够大范围获取金属产品的三维轮廓、三维形貌、缺陷检

测、平面度等数据信息。三维检测不仅能够让检测速度提升，还能让工作人员在检测时可获

得更加准确的精度数据，从而提高工作效率。

（2）国内外概况

目前关于三维检测系统的标准主要是德国标准VDI/VDE2634Optical3-DMeasurement

Systems。而我国目前没有系统针对高温金属产品的三维检测方法及三维检测系统的标准。

本文件规定了高温金属产品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，包括金属产品的形状与类型、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）的移动柔性光学三维检测系统，其功

能依赖于三角检测（如摄影检测）。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、预期的社会效益、经济效益

三维检测适用于待测产品几何形状的全尺寸三维数字化检测，能够通过不同角度、不同

方位对热态金属产品产品进行实时图像采集，对实现采集的热态产品产品像素图片及数据进

行处理与分析，具有高精度、高稳定性和检测速度快的优点，在严苛的环境下仍可提供高精

度检测数据。三维检测的应用能大大推动冶金、机械等制造行业的发展。三维检测的应用可

以大大提高检测精度和工作效率，提高企业和公司的经济社会效益。

3、工作简况

介绍标准的任务来源和主要工作过程。任务来源是指下达标准制定任务的标准团体和技

术委员会。主要工作过程是指从文献查阅到对标准草案各种形式的征求意见及意见处理、

会议情况，一直到报批稿上报的整个过程时间段和对应工作内容简介。意见处理部分作为附

件单独列出，应描述同意、部分同意和不同意的意见，且应详细说明不同意意见的理由。

（1）下达计划任务的完整名称、项目计划发布文件号、本项目的计划代号

下达计划任务的完整名称为《视觉检测高温金属尺寸三维检测方法》；项目计划发布

文件号为CSTM标准化委员会文件的“材试标字〔2023〕199”；本项目的计划代号为CSTM

LX980701310—2023。

（2）主要承办单位完整名称、副主办单位或协作单位完整名称

主要承办单位：武汉威领锻造视觉科技有限公司

协作单位：武汉新威奇科技有限公司、南京迪威尔高端制造股份有限公司、安徽工业大

学、中国航发哈尔滨东安发动机有限公司、湖北大成名匠锻造科技有限公司。

（3）制修订标准的主要工作过程

2023年5月8日，武汉威领锻造视觉科技有限公司、武汉新威奇科技有限公司、南京

迪威尔高端制造股份有限公司、安徽工业大学、中国航发哈尔滨东安发动机有限公司、湖北

大成名匠锻造科技有限公司等单位组成标准起草工作组，在标准试验讨论稿的基础上，开展

标准讨论稿的研讨。

2023年6月8日，标准起草工作组前往北京参加CSTM标准答辩会议，就相关问题展开

深入探讨和解答。工作组成员们充分发挥自己的专业优势，积极讨论并提出修改建议，并进

行了逐条梳理和综合分析，最终对各位专家意见进行汇总整理，完善标准的征求意见稿。

2023年9月，CSTM标准《视觉检测高温金属尺寸三维检测方法》成功立项，立项编号为

CSTMLX980701310—2023。

（4）标准起草单位和工作组成员

主要参加单位和工作组成员有：武汉威领锻造视觉科技有限公司，王星、赵英杰、褚志

超；武汉新威奇科技有限公司，冯仪、余俊、郝思、陈志林；南京迪威尔高端制造股份有限

公司，陈昌华、张利、哈曜；安徽工业大学，时飞扬、陈继平；中国航发哈尔滨东安发动机

有限公司，王振桥、金辰怀、李云龙；湖北大成名匠锻造科技有限公司，余永刚。

所做的工作：王星负责标准全面统筹，赵英杰、褚志超负责技术方法研究，陈昌华、张

利、哈曜负责资料汇总与实验，时飞扬、陈继平负责检测程序与试验方法，冯仪、余俊、郝

思、陈志林、王振桥、金辰怀、李云龙、余永刚负责方案设计及内容调整。

4、标准编制的原则

（1）制修订标准的依据或理由

三维检测适用于待测产品几何形状的全尺寸三维数字化检测，能够通过不同角度、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，具有高精度、高稳定性和检测速度快的优点，在严苛的环境下仍可提供高精度检测数

据。三维检测的应用能大大推动冶金、机械等制造行业的发展。

（2）制修订标准的原则

遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断完善”的标准编制

原则，并与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，统筹推进。

在确定本标准主要内容时，综合考虑生产企业的使用习惯和用户的利益，寻求最大的经

济、社会效益，充分体现了标准在技术上的先进性和技术上的合理性。

本标准的起草宗旨：在符合适用性的前提下，尽量降低标准的各项要求、简化方法过程，

从而达到降低生产成本的目的。

本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1《标准化工作导则第1部分：标

准的结构和编写》进行编写。

在本标准起草过程中，主要参考了GB/T34358《自由锻件、辗轧环件热态尺寸测量》、

JB/T13379《大型高温锻件热态在位尺寸测量方法》和VDI/VDE2634光学三维测量系统

（Optical3-DMeasurementSystems）

5、确定标准主要技术内容的依据

（1）检测方法

1.检测误差

光学三维检测法对产品几何尺寸的检测误差通常能达到2mm以下。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、拼接误差等。

2.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；

——带数据处理软件的计算机1台；

——脚架等其他附件。

3检测步骤

固定产品工件，保证产品稳定，保证光学三维检测系统与被测产品的安全距离不小于

800mm。

架设三维视觉扫描探头。

用三维视觉扫描探头对金属产品进行扫描。

当一站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。

用数据处理软件记录并保存获取的点云数据。

4检测数据处理

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。

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。

（2）验收试验

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。

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。

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。

3.质量参数长度检测误差的定义

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)

图1长度检测误差图示例

4.检测样本

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。

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。

5.检测程序

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。

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

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。

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。

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

6.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）。

7.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，则质量参数将得到遵守。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。

6、主要试验或验证结果

本项目采用团体标准，基于高温金属尺寸三维检测方法更为合理地应用。为了验证本标

准在国内实施的适用性，标准起草小组进行相关试验验证。

本项目编写符合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》和GB/T20001.4《标准编写规则第4部分：试验方法标准》中有关规定。本项目制订

后有助于国内各个行业从事锻造领域的工作者规范合理使用三维检测方法。并为冶金、机械

制造行业金属产品产品尺寸检测的科学、准确提供了有效指导。本标准填补了国内高温金属

产品三维检测的技术空白。

本标准的实施主体为厂家、用户及有关的检测机构等。

本标准发布后，有利于把握产品质量，将会给全球带来良好的社会效益和一定的经济效

益。

7、与国际、国外同类标准水平的对比情况

方法标准与相关国际＼国外＼国家＼行业＼地方＼团体标准

主要参数对比表

标准号T/CSTMXXXX—202XJB/T13379-2018DB42/T1575—2020

标准视觉检测高温金属尺寸三维大型高温锻件热态在位尺寸测热态锻件三维测量系

名称检测方法量方法统技术规范

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，包括本文件规定了热

金属产品的形状与类型、检测人员、态锻件三维测量系统

本标准规定了大型高温锻

检测原理、一般要求、检测方法、的术语和定义、缩略

件（以下简称锻件）热态在位尺

验收试验、复检、记录和报告等。语、一般要求、基本组

寸测量的方法。

本文件适用于带有一个或多个成、系统功能、测量

本标准适用于各类无法或

成像探头（如相机）基于二进制编系统设备、数据库系

范围不便于直接接触测量的大型高

码的高频和低频光栅的逻辑组合方统、系统服务器的要

温锻造毛坯、半成品等几何尺寸

法的移动柔性光学三维检测系统。求。

及形位尺寸的测量，但不排除使

用户可以配置设备以适应特定的检本文件适用于热

用符合检测要求的传统方法及

测任务。工件通过光学探测进行检态锻件的三维测量系

其他方法。

测。在这种情况下，通过分析工件统设计与应用。

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。

1饼块类产品

金属产2空心类产品

品的形3轴杆类产品

无无

状与类4曲轴类产品

型5弯曲类产品

6复杂形状的产品

按本文件进行检测的人员应按照

测量人员应熟悉所使用的测量

ISO9712或其他同等标准的规定取

方法﹐能熟练使用测量工具或

检测得有关无损检测人员资格鉴定机构

测量装置及系统﹐经过培训并无

人员颁发或认可的目视检测等级资格证

考核合格。

书，从事相应资格等级规定的检测

工作。

1结构光摄影测量法

2三维激光扫描测量法

检测原1三维重建原理

3结构光摄影测量系统和三维视无

理2验收测试和复检原理

觉扫描探头组合测量法

4激光切割测量法

1环境温度保证在-10℃～50℃以内；1坐标系选取1系统布置车间应满足

2噪音不大于70dB（A）；高温锻件尺寸测量使用的标准下列要求：

3无光线直射；坐标系为右手空间直角坐标系。1）环境温度保证在

一般要4光照强度保证在50～700lx。2检测（环境）条件-10℃～50℃以内；

求5被测产品的表面应清洁，无任何影设备安装场地应坚硬平整，被测2）噪音不大于70dB

响目视检测的物质。在进行检测前，锻件应固定不动，不应出现对测3）无光线直射；

产品不宜经过喷砂、喷丸等表面清试有影响的振动和沉陷。被测锻4）光照强度保证在

洁处理。件与检测仪器应保证足够的安50～700lx。

全距离。2系统应采用非接触式

3检测仪器测量方式。

检测所用仪器、仪表应检定合格.......

并在有效期内。6多次测量数据可自动

测量系统（包括软件和硬件）应拟合，重复测量精度误

检定合格并在有效期内。差应在±0.15mm内。

检测步骤

1固定金属产品，保证产品稳定，保

证光学三维检测系统与被测金属产

测量方法分为非接触式测量及

品的安全距离不小于800mm。

接触式测量两大类。非接触式测

2架设三维视觉扫描探头。

量是指测量人员借助测量装置

3用三维视觉扫描探头对金属产品

测量方及系统,与锻件间隔一定距离对

进行扫描。