CSTM團體標準《視覺檢測高溫金屬尺寸三維檢測方法》

編制說明

（立項階段□征詢意見階段?審定階段□報批階段□）

1、目的意義

以市場需求為導向，圍繞標準與創(chuàng)新技術相結合，開展新業(yè)態(tài)、新技術、新產品或新應

用及高質量、高效率標準的制（修）定，達到引領市場、規(guī)范市場、促進創(chuàng)新成果產業(yè)化落

地的目的。主要介紹標準的立項背景，包括國內外概況、社會需求、存在問題、技術優(yōu)勢等。

（1）立項背景

在冶金、機械等制造行業(yè)中，金屬產品涉及航空航天、造船、石油化工和核電等領域。

這些金屬產品不僅要求嚴格的生產質量，還要求嚴密準確的檢測尺寸。金屬產品通常是在制

造加工結束后再進行尺寸檢測，然而在鍛造、熱處理等高溫加工條件下，無法快速準確的檢

測產品尺寸。現(xiàn)如今各行業(yè)領域對金屬產品的尺寸精度要求日益嚴格。如何準確檢測出不同

形狀產品的具體尺寸是一個極其重要的問題。

三維檢測系統(tǒng)的光學檢測屬于無接觸檢測，可以針對金屬產品的不同表面情況，立體呈

現(xiàn)三維，全面獲取產品的三維信息。對不同產品進行實時圖像采集，對實現(xiàn)采集的熱態(tài)產品

像素圖片及數(shù)據(jù)進行處理與分析，能夠大范圍獲取金屬產品的三維輪廓、三維形貌、缺陷檢

測、平面度等數(shù)據(jù)信息。三維檢測不僅能夠讓檢測速度提升，還能讓工作人員在檢測時可獲

得更加準確的精度數(shù)據(jù)，從而提高工作效率。

（2）國內外概況

目前關于三維檢測系統(tǒng)的標準主要是德國標準VDI/VDE2634Optical3-DMeasurement

Systems。而我國目前沒有系統(tǒng)針對高溫金屬產品的三維檢測方法及三維檢測系統(tǒng)的標準。

本文件規(guī)定了高溫金屬產品尺寸的視覺三維檢測方法，以及自動/半自動檢測系統(tǒng)測試

的一般原則，包括金屬產品的形狀與類型、檢測人員、檢測原理、一般要求、檢測方法、驗

收試驗、復檢、記錄和報告等。

本文件適用于帶有一個或多個成像探頭（如相機）的移動柔性光學三維檢測系統(tǒng)，其功

能依賴于三角檢測（如攝影檢測）。用戶可以配置設備以適應特定的檢測任務。工件通過光

學探測進行檢測。在這種情況下，通過分析工件或輔助設備（檢測適配器）的離散特征圖像，

以光學方式記錄待檢測的量。

由于各類金屬在高溫狀態(tài)下會發(fā)生熱收縮，且收縮比根據(jù)各種材料、產品復雜程度而各

異，無法精準量化，本文件規(guī)定的方法適用于在高溫金屬發(fā)生收縮量小于十分之一公差要求

的時間內采用單探頭或多探頭實現(xiàn)對被測產品的掃描檢測。

2、預期的社會效益、經濟效益

三維檢測適用于待測產品幾何形狀的全尺寸三維數(shù)字化檢測，能夠通過不同角度、不同

方位對熱態(tài)金屬產品產品進行實時圖像采集，對實現(xiàn)采集的熱態(tài)產品產品像素圖片及數(shù)據(jù)進

行處理與分析，具有高精度、高穩(wěn)定性和檢測速度快的優(yōu)點，在嚴苛的環(huán)境下仍可提供高精

度檢測數(shù)據(jù)。三維檢測的應用能大大推動冶金、機械等制造行業(yè)的發(fā)展。三維檢測的應用可

以大大提高檢測精度和工作效率，提高企業(yè)和公司的經濟社會效益。

3、工作簡況

介紹標準的任務來源和主要工作過程。任務來源是指下達標準制定任務的標準團體和技

術委員會。主要工作過程是指從文獻查閱到對標準草案各種形式的征求意見及意見處理、

會議情況，一直到報批稿上報的整個過程時間段和對應工作內容簡介。意見處理部分作為附

件單獨列出，應描述同意、部分同意和不同意的意見，且應詳細說明不同意意見的理由。

（1）下達計劃任務的完整名稱、項目計劃發(fā)布文件號、本項目的計劃代號

下達計劃任務的完整名稱為《視覺檢測高溫金屬尺寸三維檢測方法》；項目計劃發(fā)布

文件號為CSTM標準化委員會文件的“材試標字〔2023〕199”；本項目的計劃代號為CSTM

LX980701310—2023。

（2）主要承辦單位完整名稱、副主辦單位或協(xié)作單位完整名稱

主要承辦單位：武漢威領鍛造視覺科技有限公司

協(xié)作單位：武漢新威奇科技有限公司、南京迪威爾高端制造股份有限公司、安徽工業(yè)大

學、中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機有限公司、湖北大成名匠鍛造科技有限公司。

（3）制修訂標準的主要工作過程

2023年5月8日，武漢威領鍛造視覺科技有限公司、武漢新威奇科技有限公司、南京

迪威爾高端制造股份有限公司、安徽工業(yè)大學、中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機有限公司、湖北

大成名匠鍛造科技有限公司等單位組成標準起草工作組，在標準試驗討論稿的基礎上，開展

標準討論稿的研討。

2023年6月8日，標準起草工作組前往北京參加CSTM標準答辯會議，就相關問題展開

深入探討和解答。工作組成員們充分發(fā)揮自己的專業(yè)優(yōu)勢，積極討論并提出修改建議，并進

行了逐條梳理和綜合分析，最終對各位專家意見進行匯總整理，完善標準的征求意見稿。

2023年9月，CSTM標準《視覺檢測高溫金屬尺寸三維檢測方法》成功立項，立項編號為

CSTMLX980701310—2023。

（4）標準起草單位和工作組成員

主要參加單位和工作組成員有：武漢威領鍛造視覺科技有限公司，王星、趙英杰、褚志

超；武漢新威奇科技有限公司，馮儀、余俊、郝思、陳志林；南京迪威爾高端制造股份有限

公司，陳昌華、張利、哈曜；安徽工業(yè)大學，時飛揚、陳繼平；中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機

有限公司，王振橋、金辰懷、李云龍；湖北大成名匠鍛造科技有限公司，余永剛。

所做的工作：王星負責標準全面統(tǒng)籌，趙英杰、褚志超負責技術方法研究，陳昌華、張

利、哈曜負責資料匯總與實驗，時飛揚、陳繼平負責檢測程序與試驗方法，馮儀、余俊、郝

思、陳志林、王振橋、金辰懷、李云龍、余永剛負責方案設計及內容調整。

4、標準編制的原則

（1）制修訂標準的依據(jù)或理由

三維檢測適用于待測產品幾何形狀的全尺寸三維數(shù)字化檢測，能夠通過不同角度、不同

方位對熱態(tài)金屬產品進行實時圖像采集，對實現(xiàn)采集的熱態(tài)產品像素圖片及數(shù)據(jù)進行處理與

分析，具有高精度、高穩(wěn)定性和檢測速度快的優(yōu)點，在嚴苛的環(huán)境下仍可提供高精度檢測數(shù)

據(jù)。三維檢測的應用能大大推動冶金、機械等制造行業(yè)的發(fā)展。

（2）制修訂標準的原則

遵循“面向市場、服務產業(yè)、自主制定、適時推出、及時修訂、不斷完善”的標準編制

原則，并與技術創(chuàng)新、試驗驗證、產業(yè)推進、應用推廣相結合，統(tǒng)籌推進。

在確定本標準主要內容時，綜合考慮生產企業(yè)的使用習慣和用戶的利益，尋求最大的經

濟、社會效益，充分體現(xiàn)了標準在技術上的先進性和技術上的合理性。

本標準的起草宗旨：在符合適用性的前提下，盡量降低標準的各項要求、簡化方法過程，

從而達到降低生產成本的目的。

本標準在結構編寫和內容編排等方面依據(jù)GB/T1.1《標準化工作導則第1部分：標

準的結構和編寫》進行編寫。

在本標準起草過程中，主要參考了GB/T34358《自由鍛件、輾軋環(huán)件熱態(tài)尺寸測量》、

JB/T13379《大型高溫鍛件熱態(tài)在位尺寸測量方法》和VDI/VDE2634光學三維測量系統(tǒng)

（Optical3-DMeasurementSystems）

5、確定標準主要技術內容的依據(jù)

（1）檢測方法

1.檢測誤差

光學三維檢測法對產品幾何尺寸的檢測誤差通常能達到2mm以下。該方法的誤差主要

包括三維視覺掃描探頭角度和距離檢測誤差、拼接誤差等。

2.檢測設備和工具

光學三維檢測系統(tǒng)一套，包括:

——三維視覺掃描探頭1臺；

——帶數(shù)據(jù)處理軟件的計算機1臺；

——腳架等其他附件。

3檢測步驟

固定產品工件，保證產品穩(wěn)定，保證光學三維檢測系統(tǒng)與被測產品的安全距離不小于

800mm。

架設三維視覺掃描探頭。

用三維視覺掃描探頭對金屬產品進行掃描。

當一站掃描完以后移動三維視覺掃描探頭的位置再對金屬產品進行掃描，直至獲得的點

云能夠全部包含產品能夠觀測到的表面。

用數(shù)據(jù)處理軟件記錄并保存獲取的點云數(shù)據(jù)。

4檢測數(shù)據(jù)處理

使用數(shù)據(jù)處理軟件對獲取的點云進行拼接，得到在同一坐標系下金屬產品的全部點云數(shù)

據(jù)。

根據(jù)待測產品表面實測三維坐標數(shù)據(jù)解算其不同部位的長度、半徑、表面精度等幾何要

素，參考設計要求對產品效果進行評定。

（2）驗收試驗

1.驗收試驗用于驗證規(guī)定準確性的驗收測試，應符合設備制造商和用戶之間的合同協(xié)

議。

2.驗收測試前，光學三維檢測系統(tǒng)應按照驗收目的的特定操作條件進行安裝和操作。必

須考慮所需的預熱時間。環(huán)境條件應與光學三維檢測系統(tǒng)的操作條件相對應。此外，確保工

件的安裝和固定裝置足夠穩(wěn)定。

應允許產品適應檢測體積的平均溫度。如果產品或光學三維檢測系統(tǒng)組件的平均溫度明顯偏

離參考溫度，并且在設備的實際使用過程中也應用了相應的溫度校正，則應以適當?shù)臏囟冗M

行校正。

3.質量參數(shù)長度檢測誤差的定義

三維長度檢測誤差Δl由兩點之間的檢測距離和校準距離之差獲得。

Δl=lm-lk

允許的三維長度檢測誤差的極限值E為質量參數(shù)長度檢測誤差。它被指定為與長度相

關的量:

E=A+K·L≤B

其中A、K和B是常數(shù)，L是要檢測的長度(見圖1)

圖1長度檢測誤差圖示例

4.檢測樣本

確定質量參數(shù)所使用的一維檢測樣本，必須具有適合光學檢測的特征。合適的檢測樣本

的例子是帶有圓形檢測標志和計步器的量塊。進行光學探測的特征必須有取決于圖像比例等

級的最小尺寸。

檢測樣本的實際尺寸的不確定度應小于制造商為待測試的光學三維檢測系統(tǒng)規(guī)定的最

大允許長度檢測誤差的五分之一。要使用的檢測樣本需要校準證書。該校準證書應用于驗證

所使用的檢測樣本是否符合國家標準。

5.檢測程序

不論檢測樣本在檢測體積中的排列方式如何，應該要遵守制造商規(guī)定的由抽樣測試七個

不同的檢測線所驗證的質量參數(shù)長度檢測誤差E。檢測樣本應沿檢測線放置。

推薦采用1000mm×200mm×50m(長×寬×高)的檢測體積進行驗收測試。也可允許使

用其他檢測體積。應在每條檢測線上測試至少五個測試長度(見圖2)。每條檢測線上的最長

測試長度應至少與檢測體積的最短邊一樣長。待測試的最長長度應至少未檢測體積體對角線

長度的三分之二。若沒有合適長度的檢測樣本時，則改長度可以由兩個疊加的樣本代替。

檢測的五個測試截面的最小評估示例

附加評價示例

圖2測試部分和評估

最長的檢測段應布置在檢測線上，以便這些檢測段中任何一個的端點位于檢測體積的各

個角落，此外，檢測體積的每條邊應至少有一條平行的檢測線。圖3顯示了檢測線的一種可

能的布置。在確定檢測結果時，不得將測試段作為已知數(shù)量引入。

如果使用輔助設備（如檢測適配器）進行檢測，則這些設備應包括在測試中。否則，應

明確排除輔助檢測設備。

檢測線可以一個個地記錄在單獨的圖像組中。在所有檢測過程中，傳感器的布置和制造

商的刻度定義應保持不變。操作模式和操作條件應保持相同。建議在每種情況下通過同一種

目標點排列來表示整個檢測體積。

圖3檢測線的推薦布局

6.計算結果

對于特定的檢測，長度檢測誤差Δl是由檢測值lm(光學三維檢測系統(tǒng)或計算機打印輸出

的指示)與長度的校準值lk之間的差值獲得的：

Δl=lm-lk

長度檢測誤差可以用圖形表示（見圖1）。

7.結果評定

如果沒有長度檢測誤差Δl超過最大允許長度檢測誤差E的值，則質量參數(shù)將得到遵守。在

不超過一條檢測線出現(xiàn)過度誤差的情況下，該特定檢測線的所有測試長度的檢測可以重復一

次。此時不得出現(xiàn)進一步的過度誤差，否則檢測系統(tǒng)不能通過驗收。

6、主要試驗或驗證結果

本項目采用團體標準，基于高溫金屬尺寸三維檢測方法更為合理地應用。為了驗證本標

準在國內實施的適用性，標準起草小組進行相關試驗驗證。

本項目編寫符合GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草

規(guī)則》和GB/T20001.4《標準編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標準》中有關規(guī)定。本項目制訂

后有助于國內各個行業(yè)從事鍛造領域的工作者規(guī)范合理使用三維檢測方法。并為冶金、機械

制造行業(yè)金屬產品產品尺寸檢測的科學、準確提供了有效指導。本標準填補了國內高溫金屬

產品三維檢測的技術空白。

本標準的實施主體為廠家、用戶及有關的檢測機構等。

本標準發(fā)布后，有利于把握產品質量，將會給全球帶來良好的社會效益和一定的經濟效

益。

7、與國際、國外同類標準水平的對比情況

方法標準與相關國際＼國外＼國家＼行業(yè)＼地方＼團體標準

主要參數(shù)對比表

標準號T/CSTMXXXX—202XJB/T13379-2018DB42/T1575—2020

標準視覺檢測高溫金屬尺寸三維大型高溫鍛件熱態(tài)在位尺寸測熱態(tài)鍛件三維測量系

名稱檢測方法量方法統(tǒng)技術規(guī)范

本文件規(guī)定了高溫金屬尺寸的

視覺三維檢測方法，以及自動/半自

動檢測系統(tǒng)測試的一般原則，包括本文件規(guī)定了熱

金屬產品的形狀與類型、檢測人員、態(tài)鍛件三維測量系統(tǒng)

本標準規(guī)定了大型高溫鍛

檢測原理、一般要求、檢測方法、的術語和定義、縮略

件（以下簡稱鍛件）熱態(tài)在位尺

驗收試驗、復檢、記錄和報告等。語、一般要求、基本組

寸測量的方法。

本文件適用于帶有一個或多個成、系統(tǒng)功能、測量

本標準適用于各類無法或

成像探頭（如相機）基于二進制編系統(tǒng)設備、數(shù)據(jù)庫系

范圍不便于直接接觸測量的大型高

碼的高頻和低頻光柵的邏輯組合方統(tǒng)、系統(tǒng)服務器的要

溫鍛造毛坯、半成品等幾何尺寸

法的移動柔性光學三維檢測系統(tǒng)。求。

及形位尺寸的測量，但不排除使

用戶可以配置設備以適應特定的檢本文件適用于熱

用符合檢測要求的傳統(tǒng)方法及

測任務。工件通過光學探測進行檢態(tài)鍛件的三維測量系

其他方法。

測。在這種情況下，通過分析工件統(tǒng)設計與應用。

或輔助設備（檢測適配器）的離散

特征圖像，以光學方式記錄待檢測

的量。

1餅塊類產品

金屬產2空心類產品

品的形3軸桿類產品

無無

狀與類4曲軸類產品

型5彎曲類產品

6復雜形狀的產品

按本文件進行檢測的人員應按照

測量人員應熟悉所使用的測量

ISO9712或其他同等標準的規(guī)定取

方法﹐能熟練使用測量工具或

檢測得有關無損檢測人員資格鑒定機構

測量裝置及系統(tǒng)﹐經過培訓并無

人員頒發(fā)或認可的目視檢測等級資格證

考核合格。

書，從事相應資格等級規(guī)定的檢測

工作。

1結構光攝影測量法

2三維激光掃描測量法

檢測原1三維重建原理

3結構光攝影測量系統(tǒng)和三維視無

理2驗收測試和復檢原理

覺掃描探頭組合測量法

4激光切割測量法

1環(huán)境溫度保證在-10℃～50℃以內；1坐標系選取1系統(tǒng)布置車間應滿足

2噪音不大于70dB（A）；高溫鍛件尺寸測量使用的標準下列要求：

3無光線直射；坐標系為右手空間直角坐標系。1）環(huán)境溫度保證在

一般要4光照強度保證在50～700lx。2檢測（環(huán)境）條件-10℃～50℃以內；

求5被測產品的表面應清潔，無任何影設備安裝場地應堅硬平整，被測2）噪音不大于70dB

響目視檢測的物質。在進行檢測前，鍛件應固定不動，不應出現(xiàn)對測3）無光線直射；

產品不宜經過噴砂、噴丸等表面清試有影響的振動和沉陷。被測鍛4）光照強度保證在

潔處理。件與檢測儀器應保證足夠的安50～700lx。

全距離。2系統(tǒng)應采用非接觸式

3檢測儀器測量方式。

檢測所用儀器、儀表應檢定合格.......

并在有效期內。6多次測量數(shù)據(jù)可自動

測量系統(tǒng)（包括軟件和硬件）應擬合，重復測量精度誤

檢定合格并在有效期內。差應在±0.15mm內。

檢測步驟

1固定金屬產品，保證產品穩(wěn)定，保

證光學三維檢測系統(tǒng)與被測金屬產

測量方法分為非接觸式測量及

品的安全距離不小于800mm。

接觸式測量兩大類。非接觸式測

2架設三維視覺掃描探頭。

量是指測量人員借助測量裝置

3用三維視覺掃描探頭對金屬產品

測量方及系統(tǒng),與鍛件間隔一定距離對

進行掃描。