基于三维测量的物体细小特征位置度误差分析

　　1 引言

　　所谓三维测量就是测量物体上的点在某一空间坐标系下的三维坐标，进而得到物体特征的形状和位置尺寸[1]。20 世纪 50 年代末出现的三坐标测量机标志着三维测量技术开始真正投入到工业应用中，它彻底打破了传统的测量模式，具有划时代意义。目前三维测量已广泛应用于汽车零部件、工程机械、医疗设备、塑胶产品和电工电气等行业。与传统测量相比，三维测量具有测量速度快、精度高、结果可靠性强、操作简单、对测量人员要求相对较低等优点。

　　从测量方式上来看，三维测量也从最初单一的三坐标测量发展到如今多种测量方式，大体上可以分为接触式和非接触式。接触式测量方法的典型代表是机械三坐标测量，如利用触发式测头进行接触测量的 WENZEL 桥式三坐标测量系统、利用硬测头进行接触测量的 FARO 关节臂测量系统。它以精密机械为基础，综合应用了电子技术、计算机技术、光学技术和数控技术等先进技术[2]。接触式测量的优点是精度高，对物体的颜色和反光度没有要求，非常适合于外形比较简单的物体的测量。但也存在着一些缺点，如测量速度慢，测量时因和物体接触使物体变形而影响测量结果。另外由于测头有一定的表面积因而无法测量某些细微的特征，被测物表面及测头本身都有一定的磨损，对环境的要求高，测量的成本较大。因此，随着光学技术、微电子技术、图像处理技术和计算机处理技术等的快速发展，非接触式测量方法得到了人们普遍的重视，出现了激光测量、结构光( 点、线、光栅、莫尔条纹) 测量、超声波测量、立体视觉法测量、工业 CT 等方法。与接触式测量相比，非接触式测量效率和自动化程度高、造价较低，由于测量时与工件不接触，因此可以测量形状复杂的零件以及柔软物体等[3]，但它对物体颜色及反光度有一定要求，若处理不当，测量结果会因含有一定比例噪声而导致可靠性下降。

　　2 测量中位置度误差产生的常见原因

　　位置度表示一形体的轴线或中心平面的实际位置相对于理论位置所允许变动的范围[4]。虽然与传统测量方法相比，利用三维测量方法所测得的位置度的精度和便捷性都有很大的提高，但是由于测量方案的选取、测量环境、测量员的操作水平等因素的影响，在实际测量过程中还会遇到诸多问题，导致测量结果与实际值偏差较大，测量中位置度误差产生的常见原因: ( 1) 对于一些易变形的工件( 如塑料件) 夹持不当导致工件变形，这将直接增大测量结果误差; ( 2) 工件装夹不牢固，测量时( 特别是接触式测量) 工件会产生微小位移; ( 3) 关键特征部分取点的位置和数量不当，如测量大平面时只在某一小区域取点、取到面上瑕疵部分的点等; ( 4) 扫描物体时点云密度设置不当，过于稀疏会导致某些细小特征不能被反映出来，过于稠密则会使点云数据量增大，数据处理缓慢。