三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普遍，常常困擾大家的是其各種系統(tǒng)的參數(shù)，如分辨率、相機(jī)精度、系統(tǒng)精度、重復(fù)性精度、準(zhǔn)度等等，到底什么是我們需要關(guān)注的指標(biāo)，各個(gè)指標(biāo)之間又有什么差別呢？有些公司為了標(biāo)榜其精度，往往只說明三維相機(jī)的精度，而不談系統(tǒng)精度，造成了很多誤解和誤會(huì)。
_{這里我們先為大家解釋一下各個(gè)參數(shù)的含義，然后再說各個(gè)參數(shù)的關(guān)系，以及在實(shí)際應(yīng)用過程中我們應(yīng)該關(guān)注的參數(shù)。}

相機(jī)的分辨率

這個(gè)參數(shù)既與精度密切相關(guān)，又與精度的概念有很大差別。分辨率是與所采用的硬件分辨率有關(guān)，在三維光學(xué)中，分辨率通常是指所形成三維點(diǎn)云的點(diǎn)密度（X和Y方向），但三維光學(xué)的精度主要指的是Z方向。那么為什么又會(huì)與精度有關(guān)呢？因?yàn)辄c(diǎn)密度會(huì)影響點(diǎn)云算法的魯棒性，如特征擬合的精度和準(zhǔn)度。

三維相機(jī)的精度

我們通常所說的三維相機(jī)的精度是Z方向的精度，也就是點(diǎn)云在相機(jī)坐標(biāo)系下Z方向的重復(fù)性精度。而相機(jī)的準(zhǔn)度，通常是不予標(biāo)注的，該數(shù)據(jù)應(yīng)通過實(shí)際的標(biāo)定和補(bǔ)償完成，而且不同區(qū)域的準(zhǔn)度的差別較大。

參數(shù)關(guān)系

這里三維相機(jī)主要針對(duì)雙目結(jié)構(gòu)光相機(jī)，其原理圖簡(jiǎn)述如下：

? 上面兩個(gè)概念都是與三維相機(jī)相關(guān)的，即分辨率和精度。在VDE/VDI標(biāo)準(zhǔn)中TYPE 1所評(píng)價(jià)的，主要指的是這一部分的精度，包括在ISO10360-8中描述的Form和Size精度，均與此有關(guān)聯(lián)。但標(biāo)準(zhǔn)中同時(shí)關(guān)注了相機(jī)的準(zhǔn)度，以及相關(guān)算法的精度，即具體測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)度。在相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)中，通常采用MSA準(zhǔn)則，這一部分的精度描述是所謂的靜態(tài)精度，即，對(duì)某一特征，反復(fù)多次的拍攝計(jì)算的重復(fù)性精度。準(zhǔn)度的問題，與被測(cè)特征和具體算法相關(guān)，本文在后面進(jìn)行闡述。
作為一個(gè)完整的系統(tǒng)，我們還需要關(guān)注整體的精度，這里包括了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度，如三坐標(biāo)臺(tái)面的運(yùn)動(dòng)誤差，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的精度損失等等。VDE/VDI標(biāo)準(zhǔn)中TYPE 3對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，通過空間7個(gè)姿態(tài)的重復(fù)性和準(zhǔn)度來描述系統(tǒng)的綜合精度。在MSA中，描述為半動(dòng)態(tài)精度，也就是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的累計(jì)誤差數(shù)據(jù)。
對(duì)于相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，如果需要與其他設(shè)備對(duì)標(biāo)，系統(tǒng)精度還包含了支架的定位精度。在MSA中，通常描述為全動(dòng)態(tài)精度，這里要納入支架重復(fù)定位帶來的誤差。

測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

? ? ? ?首先我們要對(duì)三維相機(jī)進(jìn)行選擇，通常來說，相機(jī)本身的精度和分辨率是比較高的，這一塊的選擇余地較大。但如果被測(cè)特征較小，如在1mm左右，我們就要考慮分辨率較高的相機(jī)，點(diǎn)密度能夠滿足基本算法的穩(wěn)定性需求?；蛘呷绻粶y(cè)特征的公差較小，如只有0.1mm，就要采用高精度的相機(jī)，至少達(dá)到1/10以內(nèi)的精度范圍。
? ? ? ?其次，我們要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)精度的控制，這里首先也考慮重復(fù)性精度問題，龍門框架結(jié)構(gòu)，帶光柵尺反饋控制的系統(tǒng)當(dāng)然能夠提供較高的精度，如要求非常高，還要考慮環(huán)境溫度振動(dòng)等的影響。如果采用機(jī)器人的方法，只能完成一些精度要求不高的測(cè)量場(chǎng)景，畢竟機(jī)器人本體帶來的重復(fù)性誤差較大，往往不能滿足高精度的要求。不過隨著技術(shù)的發(fā)展，雙目跟蹤、多目跟蹤、反向定位，以及各種配準(zhǔn)方法，可以有效的消除機(jī)器人本體的誤差損失。雖然也帶來了拼接配準(zhǔn)的誤差，仍舊能系統(tǒng)級(jí)的提高重復(fù)性精度。通常我們認(rèn)為，在1米范圍內(nèi)，機(jī)器人系統(tǒng)的精度可以控制在0.05mm以內(nèi)。
? ? ? ?在汽車行業(yè)中，特別要求零件是在模擬裝車狀態(tài)測(cè)量，也就是給予了零件約束條件，該條件會(huì)造成測(cè)量過程中零件的變形。由此出現(xiàn)了支架對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，也就是MSA中全動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的目的，來評(píng)估測(cè)量支架的影響。通常，對(duì)于一個(gè)剛性較好的零件，支架定位誤差的貢獻(xiàn)在0.02-0.05mm的范圍，如果是一個(gè)剛性差的零件，該影響較難評(píng)估。
按照MSA的要求，還有一個(gè)重要的影響，是零件本身對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響，如孔邊產(chǎn)生的毛刺，表面色澤的變化等等，都會(huì)對(duì)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)果帶來變差。這類型的影響通過GR&R的實(shí)驗(yàn)可以完成驗(yàn)證，通常會(huì)采用不同批次的10個(gè)零件，來對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并確定是否可以驗(yàn)收。在這里說明一下，由于光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)通常是自動(dòng)化系統(tǒng)，我們只評(píng)價(jià)重復(fù)性的影響，不評(píng)價(jià)再現(xiàn)性的影響。
最后，我們需要說明，任何測(cè)量系統(tǒng)都會(huì)存在準(zhǔn)度問題，也就是所謂的測(cè)不準(zhǔn)原則。除了器件級(jí)自身的標(biāo)定外，我們還會(huì)采用兩種方式進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的標(biāo)定，以提高系統(tǒng)的準(zhǔn)度。一種是金規(guī)法，采用國(guó)際質(zhì)監(jiān)局或有資質(zhì)的企業(yè)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)量塊、米規(guī)等完成的標(biāo)定。一種是銀規(guī)法，即高于現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)一個(gè)級(jí)別的另一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，來完成對(duì)準(zhǔn)度的標(biāo)定。

結(jié)論

? 首先，我們要區(qū)分使用的是絕對(duì)測(cè)量系統(tǒng)還是相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收的指標(biāo)差別較大。其次，相機(jī)的精度和分辨率我們需要結(jié)合實(shí)際情況來考慮，但在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中并不是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。另外，如采用機(jī)器人的測(cè)量系統(tǒng)，在一定范圍內(nèi)，整體精度能在0.05-0.1mm以內(nèi)。而且，如果是相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，我們還要充分考慮支架帶來的影響，相對(duì)不同剛性的零件，支架的影響差別不一，通常會(huì)在0.03mm以上，如塑料件，其波動(dòng)甚至?xí)_(dá)到0.1mm以上。最后，在實(shí)際應(yīng)用中最容易讓人困擾的是，零件本身對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響，如前所述不同批次零件的定位波動(dòng)，或者類似于毛刺、熱影響區(qū)等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響?？傮w來說，要做一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，目前MSA還是較好執(zhí)行的一種標(biāo)準(zhǔn)，能被整個(gè)行業(yè)所接受。

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