西安交通大学信息机电研究所西安交通大学模具与先进成形技术研究所技术研究特色西安交通大学工业三维摄影测量技术发展路线三维全场变形技术概述面向复杂机械和新型材料运行工况下或现场使用单位简介研究生招生XTDICXTDVCXTRTXTMicroXTDIC 3D控制箱数字散斑全场应变XTDP三维光学测量坐标变换XTDCAL工业近景摄影测量XTSD静态变形XTDA大型飞机风洞大视场高速运动物体动态变形和运动轨迹XTSOXTOMXTOM INSPECTOR三维扫描仪XTFLC板料热成形三维全场应变检测试验机XTSM板料和管材胀形成形试验的三维全场变形检测系统板料成形膜结构双轴双向拉伸试验机双轴四缸电液伺服静态、动态、疲劳试验机双向对称微拉伸试验机(用于光学和电子显微镜)TOMS-汽车模具三维光学快速检测系统专用系统核心技术:复杂工况三维全场动态变形检测技术关键技术产品应用领域系列产品概述三维全尺寸快速检测解决方案:大型复杂工件产品的反求和快速质量检测其他光学体式显微镜测量板料液压胀形试验的三维全场变形检测数据动画演示泡沫铝物体内部变形测量实验板料成形极限FLC快速测定(3D-DIC)飞机风洞模型三维全场应变检测(数字图像相关法)一种基于DIC技术识别焊缝材料参数的新方法高温三维全场应变测量(3000摄氏度以内)高速拉伸变形技术发展路线高速冲击振动模态分析实验---数字散斑应用圆棒试件疲劳实验汽车车桥的静态变形和数字散斑三维全场应变实验木材压缩和弯曲性能试验----全场应变分析型号和配置------XTDIC数字散斑应变测量分析一般测量步骤 XTDIC数字散斑系统计算步骤-----XTDIC数字散斑系统显示和编辑计算结果----XTDIC散斑系统输出功能------XTDIC数字散斑系统大幅面三维全场应变测量视频----XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统沙土全场变形实验-相似材料钛合金试件压缩变形三维数字散斑试验拉伸试验三维全场应变测量总体功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统主要功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统变形分析功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析分析曲线功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量报表功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统截线分析---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统等势线分析--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析XTDIC数字散斑系统与电子引申计比对试验XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统三维全场应变测量分析重型卡车车架和车门全方位静态变形和全场应变检测发动机活塞缸体受力三维静态变形实验相似材料模型变形实验-标志点变形和全场变形两种方法复合材料节点试验---基于XTSD的三维静态变形测量大型结构件大变形三维摄影测量相似材料模型实验-光学三维变形测量变形分析应用大尺寸大变形静态测量某汽车覆盖件冲压全场应变检测步骤和流程汽车覆盖件(长到6米)板料冲压全场应变三维检测板料成形极限FLC试验板料剪切实验装置大型汽车模具制件的实际板料成形三维全场应变检测数字图像相关法(散斑应变)在板料力学性能测试中的应用板料成形网格应变测量实验快速使用说明---XTSM板料成形应变测量分析系统评估模式说明-----XTSM板料成形分析计算模式-XTSM板料成形网格应变分析系统三维点云处理---XTSM板料成形网格应变分析系统网格模式---XTSM板料成形网格应变分析系统XTSM板料成形应变测量分析系统板料成形网格变形分析楼房振动变形实验飞机风洞模型静态变形测量飞机结构件运动特性的动态视觉测量系统动态变形和运动轨迹汽车模具快速质量检测和比对分析路面构造三维扫描及三维坐标获取TOMS汽车模具摄影测量系统实现汽车模具实型数字化检测汽车模具三维光学系统应用于汽车覆盖件回弹的计算三维检测应用比对分析和质量检测焊接过程高温三维全场应变实时检测焊接失稳变形光学非接触三维检测的研究三维全场变形应变系统在焊接学科的研究和应用焊接过程三维全场应变检测实验采用XTSD静态变形系统的焊接过程三维变形检测实验采用XTOM面扫描系统进行焊接变形实验焊接变形试验--光学三维动态变形测量大尺寸无缝焊接管道三维测量和变形分析焊接变形和应变分析船用螺旋桨叶片检测大型飞机三维光学快速测量建模关键技术研究大型水轮机叶片、汽轮机叶片、船舶螺旋桨的快速检测手机零部件三维测量测量实例三维光学测量的应用领域逆向设计应用客车逆向设计快速建模案例轿车、客车、卡车、火车等车辆的组装后产品质量检测大型挖掘机铲斗模型的建模和测量测量实例 测量系统软件界面三维扫描测量实例 逆向和检测汽车模具检测案例 大型泡沫和铸件快速检测其他测量案例行业应用复杂工况三维全场动态变形 检测技术三维全场变形技术概述应变(strain)工业摄影测量光束平差(捆绑调整)自标定方法数字图像相关法(Digital Image Correlatiom,DIC)工业数字近景摄影测量与机器视觉的关系机器视觉(Machine Vision)工业数字近景摄影测量Photogrametry国内外DIC相关研究链接国内外三维检测Strain Measurement by Digital Image Correlation数字散斑全场应变分析工业近景摄影测量静态大尺寸大变形动态变形和运动轨迹三维扫描和建模板料成形网格变形分析焊接变形和应变分析比对分析和质量检测点云处理和三角化相机标定其他综述
解决方案:大型复杂工件产品的反求和快速质量检测

大型复杂工件产品的快速质量检测和反求解决方案

(国家863项目资助)


随着中国制造业的快速发展,许多行业的产品大量采用了复杂曲面,特别是在汽车、飞机、船舶、军工等行业中比较普遍,在产品开发中,工件的复杂曲面和模具型面的数字化建模和三维检测是进行产品设计和质量控制的前提和基础,具有重要的意义。目前对于中小型工件(长度小于1米)的反求建模和三维测量,主要采用台式三座标测量机、激光扫描仪、关节臂三座标测量机等,基本能满足检测和反求要求。

而对于大型的工件(工件长度为1米~30米),如汽车大型覆盖件、汽车大型注塑件、装焊后的汽车壳体、水轮机叶轮、大型抛物面天线、飞机模具等,由于很难将其搬到台式三座标测量机进行测量,目前主要采用激光跟踪仪、经纬仪、模板模线对工件的一些关键点进行测量。这些测量设备速度慢、检测繁琐,且无法进行全尺寸检测,只能测量工件很少的关键点三维坐标,无法达到全尺寸反求设计和生产检测所需的密集点云采集要求。

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。国外一套系统需要200万~300万人民币,企业最多只能买一套,无法满足在线检测的大量任务。我们的系统性价比很高,企业完全有能力在每个生产工位配备多套检测系统。


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本解决方案,采用自主研发的三个系统组合应用,可单独使用独立系统,也可配合使用不同系统,满足不同应用需求,实现大型复杂工件产品的反求和快速质量检测解决方案。

1. XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统

原理: 采用普通高分辨率数码相机拍摄大型工件的多幅二维相片,采用工业摄影测量计算工件关键点(人工粘贴圆形标志点、工件自身点线孔特征)的精确三维坐标,这是一种便携式光学三坐标系统。可以代替传统的激光跟踪仪、关节臂、经纬仪等,而且没有繁琐的移站问题,可以全方位方便测量大型工件。

可以测量10毫米~30米的工件,精度达到1/70000 ~1/150000,相当于1米长度的工件测量精度为0.01mm

用途

(1)单独使用,作为三坐标系统使用,可测量工件关键点的三维坐标。

(2)配合使用,与“XTOM三维光学面扫描系统”配合使用,大大提高面扫描的整体拼接精度。

2. XTOM三维扫描仪

原理:采用主动光面扫描技术,一次扫描工件一个面的三维坐标。单次测量幅面128mm×96mm~2200mm×2000mm,单次测量点云数量为100万~600万,单次扫描时间为5秒。相当于在5秒时间测量一个工件100万~600万个点的三维坐标,每个点的间隔为0.08mm~1mm。通过多次多次拼接可以测量10毫米~30米的工件,测量精度根据单次幅面大小和相机像素不同为0.01~1mm,一般为0.03mm。

用途:

(1)测量复杂曲面产品外轮廓。

(2)根据不同应用需求,选择不同单次测量幅面和不同相机

(3)与“XTDP三维光学点测量系统”配合使用,大大提高面扫描的整体拼接精度。

3.XTOM三维点云预处理系统

原理: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。“XTOM 三维扫描仪”采用独特高效算法,快速自动完成海量点云的处理。

用途:多视点云的全自动对齐拼接和重叠面删除。


实际应用解决方案——大型泡沫件的快速检测


在大型模具制造过程中,第一步先制造泡沫件,泡沫件是由多个部分粘贴完成的,在制造和装配过程中都会产生误差,在进行铸造之前,需要快速检测泡沫件的关键尺寸。

应用要求:泡沫件一般测量精度要求0.5mm~1mm、检测速度快、效率高、生产在线测量。

以前方法问题:由于泡沫很轻,无法采用传统的接触式三坐标测量机。以前企业基本没有办法检测。

解决方案

1. 独立采用XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统”,快速测量关键点尺寸。

2.如果需要测量工件某些复杂曲面部分的尺寸,采用“XTOM三维扫描仪”进行三维扫描,选择单次大幅面配置,一次测量幅面为400毫米~2米。


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实际应用解决方案——大型铸件的快速检测


大型铸件检测目的主要有两个,一是检测铸件是否合格,因为铸件在浇铸过程会产生各种收缩变形。二是将每个铸件检测的关键尺寸输入到加工中心,减少加工中心的进刀余量,提高后续加工中心的加工效率,同时也避免加工中心刀具的损坏。

以前方法问题:由于大型铸件很大,很难采用传统的接触式三坐标测量机。

解决方案

1.独立采用“XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统”,快速测量关键点尺寸。

2.如果需要测量工件某些复杂曲面部分的尺寸,采用“XTOM三维光学面扫描系统”进行面扫描,选择单次大幅面配置,一次测量幅面为400毫米~2米。

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实际应用解决方案——与大型数控加工中心配合的快速检测

提高大型数控加工中心的效率,可以为企业带来可观的经济效率,大型数控加工中心一般为单件生产,精确测量毛胚的三维尺寸并输入到加工中心,可以大大提高加工中心的效率和安全性,减少加工中心的进刀余量,提高后续加工中心的加工效率,同时也避免加工中心刀具的损坏。

以前方法问题:由于大型铸件很大,很难采用传统的接触式三坐标测量机。

解决方案:

1.独立采用“XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统”,快速测量关键点尺寸。

2.如果需要测量工件某些复杂曲面部分的尺寸,采用“XTOM三维光学面扫描系统”进行面扫描,选择单次大幅面配置,一次测量幅面为400毫米~2米。


实际应用解决方案—大型模具的快速检测

大型模具的精度要求要,需要精确检测型面以及其它形位尺寸。
解决方案:
1.采用“XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统”,快速测量关键点尺寸。
2.如果需要测量工件某些复杂曲面部分的尺寸,采用“XTOM三维扫描仪”进行面扫描,选择单次大幅面配置,一次测量幅面为400毫米~2米。

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实际应用解决方案—汽车白车身的快速反求测量

解决方案:

1.首先采用“XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统”,快速测量关键点尺寸。

2.采用“XTOM三维扫描仪”进行面扫描。
3.采用XTOM三维点云预处理系统,进行多视点云的全自动对齐拼接和重叠面删除,快速生成单层完整的点云。


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汽车白车身反求和测量

实际应用解决方案——大型水轮机叶片、汽轮机叶片、船舶螺旋桨的快速检测

以前方法问题:主要采用模板膜线方式检测,精度差。

解决方案:

1. 独立采用XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统”,快速测量关键点尺寸。

2.如果需要测量工件某些复杂曲面部分的尺寸,采用“XTOM三维光学面扫描系统”进行扫描,选择单次大幅面配置,一次测量幅面为400毫米~2米。

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大型叶片检测

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大型水轮叶片的快速三维检测


实际应用解决方案——大型结构件的快速检测
大型结构件长度为1米~30米左右,一般有安装孔位,需要检测单件安装孔位等加工精度、结构件组装精度。

解决方案:

单独采用XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统”,快速测量工件特征关键点尺寸。

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大型结构件


实际应用解决方案——轿车、客车、卡车、火车等车辆的组装后产品质量检测

轿车、客车、卡车组装后的长度为5米~10米左右,虽然每个部件的加工精度很高,但是组装后会产生误差,需要检测组装后的产品质量。

解决方案:

单独采用XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统”,快速测量工件特征关键点尺寸,方便快捷。   

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大型卡车组装后质量检测   


实际应用解决方案——大型机械关键尺寸检测

大型机械,如大型锻压、轧辊机、发电机、工程机械等,长度为5米~30米左右,虽然每个部件的加工精度很高,但是组装后会产生误差,需要检测组装后的产品质量。

解决方案:

单独采用XTDP三维光学点测量(数字近景工业摄影测量)系统”,快速测量工件特征关键点尺寸,方便快捷。

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轧辊机组装后质量检测

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