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产品 Products

一、通用变形检测产品:
 XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统
 XJTUSD三维光学静态变形测量分析系统
 XJTUDA三维光学动态变形与运动测量
 XJTURT 三维实时跟踪测量分析系统
二、板料成形检测产品:
 XJTUSM板料成形网格应变测量分析系统
 XJTUFLC杯突和板料成形极限检测系统

三、科学研究变形检测产品:

 XJTUDVC 体积内三维全场应变测量系统
 XJTUMicro显微数字图形相关法全场应变测量分析系统
 XJTUCAL 多相机多幅面的相机柔性自标定系统

四、轮廓与坐标检测产品:

 XJTUOM三维光学面扫描系统
 XJTUDP三维光学摄影测量系统
 XJTUSO小型三维光学面扫描系统
 XJTUOM INSPECTOR 点云处理与比对检测系统
 XJTUOM点云预处理软件
 

友情链接 Links

西安新拓三维光测科技有限公司
苏州西博三维科技有限公司
西安交通大学
快速制造国家工程中心
苏州研究院
XJTUOM视频空间
天汽模

 

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XJTUOM 三维光学面扫描系统


随着现代工业制造水平的发展,产品零件大量采用不规则复杂曲面,其设计、生产、检测、试验等环节需要进行大量的三维曲面实体数字化和三维测量,迫切需要快速、高效、准确、移动式的三维测量技术和反求逆向设计技术。XJTUOM型三维光学点云测量系统用于不规则复杂曲面产品零件的移动便携式三维测量和逆向设计,可以与XJTUDP型工业数字近景三维摄影测量系统(便携式大型物体的关键点三维摄影测量)配合使用。视频演示

 

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XJTUOM 三维光学面扫描系统


 XJTUDP三维光学摄影测量系统

 
软件界面--XJTUOM 三维光学面扫描系统

 
软件界面--XJTUOM 三维光学面扫描系统

 

概述
     XJTUOM是一个三维实体数字化系统(optical 3d range scanning system),用于不规则复杂曲面产品零件的移动便携式三维扫描和逆向设计,可以与XJTUDP型工业数字近景三维摄影测量系统(便携式大型物体的关键点三维摄影测量)配合使用。
    采用国际最先进的外差式多频相移三维光学测量技术,单幅测量幅面大小(从150mm到2米)、测量精度、测量速度等性能都达到国际最先进水平,与传统的格雷码加相移方法相比,测量精度更高,单次测量幅面更大、抗干扰能力强、受被测工件表面明暗影响小,而且能够测量表面剧烈变化的工件,可以扫描测量几毫米到几十米的工件和物体。广泛适用于各种需求三维数据的行业,如汽车工业、飞机工业、摩托车外壳及内饰、家电,雕塑等
   目前,国内外三维光学密集点云扫描测量系统主要有两类:一是采用简单的单幅光栅相移技术,以加拿大Inspeck公司为代表的单相机测量技术,主要用于人体测量和人像雕刻使用,其精度无法满足工业的测量精度;二是采用格雷码加相移的三维测量技术,用多幅格雷码光栅对测量区域分级标识,再用单幅光栅相移测量,该技术国外在二十世纪90年代初已经成熟,德国GOM公司采用该技术在1995年就推出了ATOS Standard产品,目前国内外的三维光学扫描测量系统多采用该方法。
   格雷码加相移的三维测量技术的优点为算法实现简单,易于实现产品化,但是缺点非常明显:一是格雷码只是用于对测量幅面的分级,无法提高测量精度;二是格雷码的使用造成测量系统对测量工件的表面明暗比较敏感,一般要喷显影剂才能测量,无法测量较暗的工件,无法测量表面剧烈变化的工件;三是单次测量幅面较小,一般小于400mm

   对于格雷码加相移的三维测量技术的缺点,国外一直在研究新的测量方法,提出了很多测量技术,其中外差式多频相移技术是发展较快的方法。XJTUOM型测量系统就是采用国际最新的外差式多频相移三维光学测量技术,是国内第一个采用外差式多频相移技术的实用化三维光学测量产品,达到了国外最新产品的技术水平。

核心技术:基于摄影测量的相机自标定技术(国际上第二家拥有该技术)

    
   相机标定技术是三维光学测量的核心技术,是测量精度的基础。目前国内外有几十家生产三维激光线扫描系统和白光面扫描系统,其相机标定方法基本上都是平面标定和标定块标定方法。其中国内单位使用最多的是张正友的平面圆点图案或棋盘格的标定算法,由于其算法是公开的,所以很多厂家直接采用张正友相机标定算法。但是该算法存在很多问题,无法保证高精度的测量精度,只能用于对精度要求不高的图像模式识别研究,只能标定小视场的相机(如100mm~200mm)。平面圆点图案的标定算法存在的主要问题如下:
   1)要求标定板圆点图案中,每个圆点的位置是已知的,而且要事先高精度测量图案中所有圆点的位置,每一个标定板都必须事先测量。圆点的位置误差直接影响标定的精度。
   2)要求标定板严格的平整度。对于小尺寸的标定板,如100mm~200mm,可以加工出较好的平整度,但是对于大尺寸的标定板,如200mm~2000mm,根本无法加工出高精度的标定板。
   3)只能实现小幅面的相机标定,如100mm~200mm。因为无法加工出几米长的高精度平板,所以无法实现高精度的大幅面相机标定,如200mm~2000mm。
   因此,传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法无法满足工业测量的精度要求,受标定板制作的各种误差(如平面度误差、圆点位置误差等),标定精度无法保证,只能用于小视场相机标定(只能局限在100mm~200mm),只能用于对测量精度要求不高的图像模式识别研究,其标定精度根本无法满足工业测量的要求。

   西安交通研制的“基于摄影测量的相机自标定技术”,是国际上第二家拥有该技术,该标定技术有效地解决了传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法,实现了高精度的相机标定。其优点如下:
   1)高精度相机标定,相机标定精度是可控的,不是随机的。传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法,其标定精度无法控制,随机性很大。
   2)可以完成多种视场的相机标定,可以完成10mm~10000mm视场的相机标定,实现可控的高精度相机标定。
  “基于摄影测量的相机自标定技术”的技术难度很高,西安交通大学是在“XJTUDP三维光学摄影测量系统(工业三维摄影测量)”的基础上完成了该标定算法,国际上第二家拥有该技术,有效保证了 “XJTUOM 三维光学面扫描系统”,以及西安交通大学系列三维光学测量系统的高精度。


 
 
 
 

 100mm~400mm的编码标定板   

  
       0.5米~2米大幅面编码标定十字架


功能特点 

l         自主研发的三维面扫描和点测量(近景摄影测量)集成的三维扫描系统。XJTUOM面扫描系统和XJTUDP摄影测量系统紧密配合,测量拼接精度更高、性价比更高、使用更方便。可以完成20米~50米大型飞机的测量。

l         采用国际最先进的外差式多频相移三维光学测量技术,达到国外最新产品的技术水平。与传统的格雷码加相移方法相比,测量精度更高,单次测量幅面更大(从150mm到3米)、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,而且能够测量表面剧烈变化的工件。

l         采用国际最新的相机标定算法精度更高提供多种标定板标定板和十字架标定采用编码标志点和亚像素图像识别技术,标定精度更高更准确。标定板幅面从150mm×110mm 3米×3米。

l         一机多用,单幅测量幅面从200mm到3米,可以测量几毫米到几十米的工件和物体。一台测量系统可同时扫描测量小型、中型、大型工件。

l         扫描预览,实时跟踪标志点,方便使用。

l         达到工业检测精度要求。不但满足反求逆向设计需求,更达到产品检测的可靠性和精度。采用专门研发的高模高强全碳纤维机械结构。

l         面扫描、测量数据密集。单幅扫描一次获得130~660万的点云,点云的点间距为0.04mm ~ 0.67mm,海量数据测量和处理,测量精度从0.008mm0.05mm

l         移动便携式测量。与传统的三坐标测量机、激光抄数机相比,突出特点为移动便携式操作,流动式测量,不需要固定的大型操作台,移动式测量,可以扫描测量几毫米到几十米的产品工件和物体。

l         强大的自动拼接和重叠面自动删除功能。功能强大的多次扫描自动拼接功能,提高工件扫描效率80%以上,拼接精度更高,多幅拼接自动化完成,自动删除重叠面。可以与XJTUDP型工业数字近景三维摄影测量系统配合使用提高拼接精度。

l         测量扫描速度快。单幅(最大3米幅面)测量速度为3~6秒。

l         激光指示器测距。方便操作测量,提高测量效率。

l         系统采用工业化产品设计。所有硬件设备集成一起,一体化设计,性能稳定可靠。软件一体化集中控制所有硬件设备,包括激光指示器、工业相机、光栅投射器等。

l         长期升级和技术支持。西安交通大学雄厚的技术力量,保证系统的长期升级更新和技术支持。

 

  应用领域

  l         逆向设计:快速获取零件的曲面点云数据,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位尺寸检测,特别适合复杂曲面的检测,可以检测铸件、锻件、冲压件、模具、注塑件、木制品等产品。
l         其他应用:文物扫描和三维显示、牙齿及畸齿矫正、整容及上颌面手术。

检测应用领域

用途

工件和模具制造测量

 

试验分析 、回跳和修整 、优选铣磨策略 、磨损 、复制 、锻件和铸件 、造型与设计

注塑模具测量

 

初检、收缩和翘曲 、产品的反复改进 、改进的控制 、整体和局部分析 、尺寸控制、数值模拟;

板金成型测量

 

白车身 、优选磨铣策略 、回跳和修整 、孔的模型 、截面分析 、边缘和特征分析 、装配 、数值模拟;

涡轮叶片测量

 

翼面扭曲和分析 、平均弯曲线和弦长 、最大宽度和偏移厚度 、前端/后端边缘半径 、部件收缩趋势、总体气流量 、完成叶轮装配

航空行业测量

 

空气动力学、模型分析 、风洞试验 、流体动力学计算 (CFD) 、数值模拟 、虚拟装配 、定位和装夹

功能演示:


 叶轮扫描过程  制件扫描过程   车门扫描过程 三维扫描标定过程 
 叶轮扫描过程   制件扫描过程   车门扫描过程  三维扫描标定过程 
XJTUOM INSPECTOR 点云处理与比对检测系统    车门扫描点云的融合处理
XJTUOM INSPECTOR 点云处理与比对检测系统  车门扫描点云的融合处理

应用案例:


 
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大型飞机三维光学快速测量建模关键技术研究
 
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客车逆向设计快速建模案例
 
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轿车、客车、卡车、火车等车辆的组装后产品质量检测
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汽车模具三维光学系统应用于汽车覆盖件回弹的计算
 
 
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手机零部件三维测量
 
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测量实例
 
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大尺寸无缝焊接管道三维测量和变形分析
 
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汽车模具快速质量检测和比对分析
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测量实例 逆向和检测


三维质量检测与反求逆向对三维面测量设备不同需求

 目前国内外有许多产品可以用于反求设计(逆向工程),如激光扫描、面结构光扫描等,但是真正能够用于产品质量三维检测的并不多。一般来讲,反求设计(逆向工程)对三维测量设备的的精度和功能要求不高,反求设计大量采用手工操作,各种激光、白光面扫描设备基本都可以满足要求,测量只占很少的工作量,大量时间花在点云的修改、构面、结构设计。
    三维质量检测对测量设备精度和功能的要求要远远超过反求设计,产品质量检测是企业生产现场在线工作模式,是一个企业生产线的工位,而反求逆向设计主要用于企业的设计部门,属于离线工作模式。因此,三维质量检测设备必须具备全自动、高精度、高效率、方便性、稳定性的特点。 三维测量设备必须同时具有以下三个技术,才能实现产品的三维质量检测,达到测量点云与产品CAD数模进行三维全尺寸快速比对的目的。
   (1)全局坐标系下标志点的高精度测量。各种激光和面扫描设备一次只能测量工件的局部,需要进行多次拼接,势必产生无法消除的累计误差。所以没有工业摄影测量技术的保证,单独使用激光和面扫描设备根本无法控制测量的精度。“XJTUDP三维光学点测量系统”(近景工业摄影测量技术)就是完成该功能,精度可以达到0.01mm/m。
   (2)不同幅面的面扫描测量。由于工件的大小不同、精度要求不同,需要选择不同的单次测量幅面和精度。“XJTUOM 三维光学面扫描系统”可以在标志点全局坐标系下快速测量不同幅面(从100mm~2000mm),多视扫描点云自动拼接到标志点全局坐标系,可以满足不同精度、不同大小的工件测量(如泡沫件、铸件、锻件、机加件、注塑件等),适用于几十毫米~30米大小的工件。
   (3)多视点云的全自动对齐拼接和重叠面删除。由于一个工件由多视角拍摄测量完成,必须全自动完成多视点云的对齐拼接和重叠面删除,快速生成单层完整的工件点云。“XJTUOM 三维点云预处理系统”采用独特高效算法,快速自动完成海量点云的处理。
    目前全世界能够独立研发近景工业摄影测量产品的只有2~3家企业,而能够研发白光面扫描、激光扫描产品的有几十家,国外很多著名的激光测量设备和面扫描测量设备厂家都没有自己的工业摄影测量技术,多使用AICON和GSI的工业摄影测量产品,造成整个检测系统的造价极高,而且不同厂家系统匹配不紧密。
    所以国内外真正能够独立研发在线产品三维质量检测系统的极少,西安交通大学的工业摄影测量技术和面扫描技术都是自主研发,不但满足反求逆向设计需求,更适合产品在线质量检测,系统配合紧密,造价远远低于国外系统。

XJTUOM点云预处理系统:

三维光学面扫描系统可以快速的获取被测物体的表面形状信息,测量数据一般呈现海量和区域分布不均的特点,精度也受到诸多因素的影响,点云的后期处理就是一个关键因素。合理的点云处理方法不仅可以保证原始点云的精度,而且可以大大的提高工作效率。
    虽然有很多商用的点云处理软件(如Geomagic studio等),但是在多幅点云的对齐和融合方面存在一些问题。西安交通大学针对这些商用点云软件的缺点,专门开发了“XJTUOM点云预处理系统”,可以快速、高精度、自动化完成多幅海量点云的精确匹配和融合,满足逆向设计和产品在线质量检测的不同需求。

  
    界面-XJTUOM点云预处理系统

XJTUOM 系统功能简介

 

扫描预览,实时跟踪标志点,方便使用

采用国际最新的相机自标定算法、编码标定板、编码十字架,精度更高,提供多种标定板。

小型工件扫描

  

大型工件扫描

 

全局坐标自动拼接  实时扫描预览

  

XJTUOM点云预处理 精确匹配 重叠面自动融合


 

 
Web www.xjtudic.com
 

西安交通大学 机械工程学院 模具与先进成形技术研究所 信息机电研究所
电子邮件: xjtops@163.com  网站: www.xjtudic.com  www.xjtops.com  www.3dthink.cn

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