光學(xué)掃描測量精度的影響因素及對策分析

（2）測頭鏡頭組合選擇不當(dāng)

采集大型工件表面點云數(shù)據(jù)時，應(yīng)選用測量范圍較大的鏡頭組合，以實現(xiàn)總體數(shù)據(jù)的快速采集；對于其中部分特征較多、較小的區(qū)域，則最好選用測量范圍較小的鏡頭組合再進行局部小特征的突出測量，以獲得較好的測量效果。

對于大型工件，如選擇測量范圍較小的鏡頭組合進行測量，則要求工件表面有較多用于點云拼接的標識點，這就會延長工件預(yù)處理時間，加大測量時間跨度，因環(huán)境溫度隨時間變化引起的誤差就會反映到測量結(jié)果中，且會影響整個測量效率。如果用數(shù)碼像機對整個工件上的標識點進行定位，測量時自動進行拼接，則因標識點數(shù)較多、出現(xiàn)標識點之間關(guān)系相同的概率變大，容易發(fā)生拼接錯誤；如果不用數(shù)碼相機對整個工件上的標識點進行定位，相鄰單幅點云之間利用共同標識點進行拼接，則由于拼接次數(shù)較多，也會產(chǎn)生拼接累積誤差過大的現(xiàn)象。

反之，對于小型工件，如果選擇測量范圍較大的鏡頭組合進行測量，則無法準確反映工件上的小特征，使測量結(jié)果達不到要求的精度，需要重新更換合適的鏡頭組合，重新進行標定和測量。

（3）測量順序不當(dāng)

測量順序是指測量時相鄰單幅測量結(jié)果間的疊加順序。以測量一個細長工件為例，圖中1,2,3,4,5所示矩形區(qū)域為當(dāng)前標定測頭的測量范圍。當(dāng)按圖所示發(fā)射狀排列方式測量工件時，首先測量工件中間位置，完成中間第1幅的測量后，再測量第2幅，然后利用三個共同的標志點將第2幅與第1幅進行拼合，此時會產(chǎn)生一個拼接誤差。同樣，第3幅與第2幅之間進行拼合時，也會產(chǎn)生一個拼接誤差。假設(shè)所有的拼接誤差大小相同，則1,2,3之間產(chǎn)生的累積誤差為28，1,4,5之間產(chǎn)生的累積誤差也為28。測量結(jié)果顯示，1,2,3之間的累積誤差與1,4,5之間的累積誤差并不形成疊加關(guān)系，因此總的累積誤差仍為28。如按圖2所示的順序排列方式測量工件，則最大累積誤差為48。因此，測量時應(yīng)盡可能采用“以中心為基準，發(fā)射狀排列”的測量順序，以減小累積誤差。

（4）測量策略選擇不當(dāng)

測量時，應(yīng)將被測工件按大型工件、中型工件、小尺寸多特征工件、內(nèi)腔工件等進行分類，對于每類工件應(yīng)相應(yīng)采取不同的測量策略。

測量大型工件時，可首先用數(shù)碼像機對標識點進行總體定位，然后選擇一個單幅測量范圍較大的鏡頭組合進行測量；如工件尺寸過大，可分兩次進行測量，然后利用共同的參考點進行拼合；如大尺寸工件中存在較多的局部小特征，則可在測量基本完成后，再選用一組測量范圍較小的鏡頭組合進行局部測量。為便于小范圍測量的自動拼合，對該局部進行預(yù)處理時應(yīng)增加參考點的密度。

測量中、小型工件時，應(yīng)注意采用正確的測量順序，以減少累積誤差。實際上，對中、小型工件也可以采用對大尺寸工件的測量策略，但必須配備用于對參考點進行總體定位的數(shù)碼像機及相關(guān)軟件。

測量工件內(nèi)腔表面時，為克服光學(xué)掃描測量設(shè)備的景深限制，可采取一些技術(shù)手段將內(nèi)腔測量轉(zhuǎn)化為外型測量，如可將硅膠注人工件內(nèi)腔中，待其凝固后取出，對其外型進行測量。

（5）工件表面標志點安放不當(dāng)

不管是大型工件還是中、小型工件的測量，都會遇到工件表面標志點的安放問題。

大型工件的數(shù)據(jù)采集一般需要使用標尺和數(shù)碼像機，測量可分兩步進行:第一步，利用大的數(shù)碼點對用于單幅測量點云拼合的標志點進行整體構(gòu)造，為保證通過正常運算獲得單幅測量用的標志點點云，必須遵循圖1所示的排列規(guī)則；第二步，以標志點點云作為參考系，系統(tǒng)會將測得的每個單幅點云中的標志點與已有參考點云中的標志點進行比較，如二者吻合，則自動進行拼合，兩個相鄰單幅點云之間不必再有重疊部分。也可進行測量，但前提是每個單幅點云都必須包含至少三個標志點，此時需對被測區(qū)域適當(dāng)粘貼標志點，否則會造成測量困難或使測量精度下降。

中型工件的標志點粘貼與大型工件有所不同，由于相鄰兩幅點云的自動(或手工)拼合需要根據(jù)相鄰單幅點云的共同標志點來完成，因此中型工件的標志點粘貼密度應(yīng)大于大型工件，否則難以實現(xiàn)相鄰兩幅點云的拼合。

由于小型工件標志點的安放會不同程度地掩蓋工件上的特征，因此工件表面應(yīng)盡量少貼或不貼標志點，以獲得較完整的掃描數(shù)據(jù)。

此外，一般應(yīng)將標志點粘貼在工件上較平整的位置，以減小對標志點處點云補缺的難度及相應(yīng)的測量誤差。

（6）測量過程中操作不當(dāng)

在測量過程中，應(yīng)注意以下操作要點：
①調(diào)整測頭方位，使被測部位同時位于兩個測頭的測量范圍之內(nèi)；

②調(diào)整主光源的光強，分別調(diào)整標識點和工件表面的清晰度，使測量部位的標識點及工件表面達到最清晰程度；

③測量過程中應(yīng)盡量避免對測頭的沖擊或碰撞。如不慎發(fā)生這種情況，應(yīng)及時對測頭進行檢查和重新標定，以保持后續(xù)測量的精度，否則，測量結(jié)果會顯示測量部件數(shù)據(jù)缺失，甚至使測量完全無法繼續(xù)進行。