摄影测量在管道、轴孔方面的检测应用

系统概述

DACS-PM工业摄影测量系统是一套光学三坐标测量系统，用于大型工业产品、生产设备、试验设施等对象的空间几何尺寸检测。具有精度高、非接触、速度快、自动化、便携性等特点。

测量原理

系统采用高分辨率摄影测量专用相机，在不同位置和方向获取被测工件两幅或多幅数字图像，经图像预处理、标志识别、图像匹配、空间三坐标交会及光束平差后得到待测点的三维坐标。依据点的三维坐标对工件进行几何尺寸检测、变形测量、逆向工程等。

系统组成

测量相机

                                  

高分辨率数字摄影测量相机，具有参数稳定，机身结构强度高等优点，更加适合于工业测量现场环境。

自动定向规

自动定向规上设置有13个已知三维坐标的标志点，其中包含一套定向规识别码，系统软件可自动识别定向规建立测量坐标系，快速获取设站参数，提高算法可靠性，加快运算速度。

长度基准尺

基准尺采用膨胀系数极小的碳纤维或铟钢材料加工成型，其上设置一系列带基准尺识别码的摄影标志，各标志中心间距离已精确标定，自动为测量系统提高高精度的长度基准。

回光摄影标志

以回光材料为基底加工成型的摄影标志，其反光系数比普通工件表面高出数百倍，可满足摄影测量专用图像高对比度的要求。摄影标志布设在工件表面或工装的特征位置，可准确获取工件外形及特征处的三维坐标。

测量工装

测量工装由配合结构及回光标志构成，可测量工装与边缘、孔、角、面等几何形体紧密配合，对工装的特征位置进行测量。

     

系统软件

DACS-PM系统软件是测量系统的核心部分，主要实现图像预处理、标志识别、图像匹配、空间三角交会、光束平差等各种复杂的算法处理，获取工件表面待测点的三维坐标。软件附加的空间分析模块可对被测工件进行形位误差评定，空间要素关系分析，模块比较等，为用户提供完整的检测报表。

应用案例

DACS-PM工业摄影测量系统已经广泛应用于航空、航天、通信、造船、重工业、水利水电、汽车工业等诸多工业领域。

性能特点

高精度：系统测量精度可达1/200000，满足各类大尺寸工业产品外形检测的精度需求

自动化：系统自动化程度高，整个测量过程可由一名测量人员完成

速度快：一次测量获取成千上万各点的三维坐标

大范围：测量范围从0.3m到几百米，适用于各种尺寸的产品检测

非接触：采用光学非接触测量方式，对于柔性结构的待测工作，本系统具有无可比拟的优势

超便捷：测量系统可放置在一个旅行箱中，只需一名测量人员即可携带系统到达任何测量现场。环境适应能力强，测量系统可在真空、有毒、高低温等环境下进行测量；可在非常狭小的空间实现高精度测量

检测要求

1.待测物为圆管状构件，长度约6m，直径约3.2m；

2.检测圆管端口、端尾及长度方向3m位置的圆度、圆心偏移量。

现场勘探

构件位于车间内的滚轮架上，滚轮架可匀速旋转，视野较开阔，周围无强烈震动。

编码点及单点布设要求

由现场施工人员提前划好零位基准线、距端口等距位置圆周线；

由三位施工人员贴取单点及编码点，单点之间间距约500mm，编码点布设间距1m×1m，随着圆管旋转同步贴取待测点。

3.2 现场测量

点位贴取完毕后，启动滚轮架装置，拍摄距离约4m，保持正常步速随着滚轮架转动来回循环拍摄。

照片数量约150张，测量时间为10分钟。旋转一周测量结束后收取编码点，滚轮架装置即可停止。

测量注意事项

施工人员保证划线及贴点准确性优于1mm

构件本身转动过程中无形变

编码点均匀布设，测量过程中保持拍照角度垂直入射。

测量结果数据处理

将拍摄的多幅数字图像导入电脑系统软件，经图像预处理、标志识别、图像匹配、空间三坐标交会及光束平差后得到待测点的三维坐标。

上图为平差处理后的空间点位信息，红色代表相机位置，绿色直线为某一单点由不同角度相机投射出的光束；可以输出TXT文本格式的三维坐标点集，整个数据处理时间约为5分钟。

效率及精度评定

下图为数据处理过程中平差结果，可以看出弱点、无效点数量为零，3D点点位精度RMS­-X优于0.022mm，RMS­-Y优于0.018mm，RMS­-Z优于0.018mm；质量因子为1.102（越接近1整体数据精度越高），相机的内符合均方根为0.29μm。

以三维坐标为基础，利用系统软件进行各种标准形状的拟合计算，对不同形状的工件进行形位误差评定；利用相交、平行、投影、角度、距离等分析计算功能，可进行平面度、平行度、垂直度、同轴度、同心度等空间几何关系评定。

三维模型数据分析处理

   将测量数据导入分析软件中，与模型比对分析得到点位的空间偏差量以及各圆周圆心、半径偏移量。

二维报表分析处理

检测过程综述

单块隧道构长度约10m，管口直径约为4.7m，要求圆周12等分，检测圆心偏移量及整圆圆度。

传统方式采用全站仪检测，由两人配合总测量时间为2-3小时，点位数量约300；精度可达到1mm。

数据及报表分析处理

将测量数据导入分析软件中，分析处理并根据检测要求出具二维、三维报表；上图为每个截断面检测结果，数据结果为圆心、零位线点、90°线点三维坐标偏离值，整圆进行等分后半径偏离值，可以根据数据结果查出问题位置及位置点，以便工厂进行修正、处理。

对比分析

近景摄影测量技术较传统方法省时省力，且可实现批量化大范围的同步动态检测，使其在工业检测领域内有了新的突破。

总结

工业测量检测是在工业生产中不可缺少的一个环节。随着工业技术的进步和发展，对产品的质量控制相应提出了更高的要求。近景摄影测量改变了传统的常规测量方式，通过这种非接触方式建立的工业检测系统在精度、可靠性、灵活性、自动化程度、实时性等方面具有更大的优越性，能较好地满足高精度工业检测的要求。