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(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)選用測量范圍較大的鏡頭組合，以實(shí)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(jìn)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(jìn)行測量，則要求工件表面有較多用于點(diǎn)云拼接的標(biāo)識點(diǎn)，這就會(huì)延長工件預(yù)處理時(shí)間，加大測量時(shí)間跨度，因環(huán)境溫度隨時(shí)間變化引起的誤差就會(huì)反映到測量結(jié)果中，且會(huì)影響整個(gè)測量效率。如果用數(shù)碼像機(jī)對整個(gè)工件上的標(biāo)識點(diǎn)進(jìn)行定位，測量時(shí)自動(dòng)進(jìn)行拼接，則因標(biāo)識點(diǎn)數(shù)較多、出現(xiàn)標(biāo)識點(diǎn)之間關(guān)系相同的概率變大，容易發(fā)生拼接錯(cuò)誤；如果不用數(shù)碼相機(jī)對整個(gè)工件上的標(biāo)識點(diǎn)進(jìn)行定位，相鄰單幅點(diǎn)云之間利用共同標(biāo)識點(diǎn)進(jìn)行拼接，則由于拼接次數(shù)較多，也會(huì)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(jìn)行測量，則無法準(zhǔn)確反映工件上的小特征，使測量結(jié)果達(dá)不到要求的精度，需要重新更換合適的鏡頭組合，重新進(jìn)行標(biāo)定和測量。

（3）測量順序不當(dāng)

測量順序是指測量時(shí)相鄰單幅測量結(jié)果間的疊加順序。以測量一個(gè)細(xì)長工件為例，圖中1,2,3,4,5所示矩形區(qū)域?yàn)楫?dāng)前標(biāo)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(shí)，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(gè)共同的標(biāo)志點(diǎn)將第2幅與第1幅進(jìn)行拼合，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)拼接誤差。同樣，第3幅與第2幅之間進(jìn)行拼合時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(shí)應(yīng)盡可能采用“以中心為基準(zhǔn)，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(shí)，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(jìn)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(shí)，可首先用數(shù)碼像機(jī)對標(biāo)識點(diǎn)進(jìn)行總體定位，然后選擇一個(gè)單幅測量范圍較大的鏡頭組合進(jìn)行測量；如工件尺寸過大，可分兩次進(jìn)行測量，然后利用共同的參考點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行局部測量。為便于小范圍測量的自動(dòng)拼合，對該局部進(jìn)行預(yù)處理時(shí)應(yīng)增加參考點(diǎn)的密度。

測量中、小型工件時(shí)，應(yīng)注意采用正確的測量順序，以減少累積誤差。實(shí)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(diǎn)進(jìn)行總體定位的數(shù)碼像機(jī)及相關(guān)軟件。

測量工件內(nèi)腔表面時(shí)，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(jìn)行測量。

（5）工件表面標(biāo)志點(diǎn)安放不當(dāng)

不管是大型工件還是中、小型工件的測量，都會(huì)遇到工件表面標(biāo)志點(diǎn)的安放問題。

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

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

由于小型工件標(biāo)志點(diǎn)的安放會(huì)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(biāo)志點(diǎn)，以獲得較完整的掃描數(shù)據(jù)。

此外，一般應(yīng)將標(biāo)志點(diǎn)粘貼在工件上較平整的位置，以減小對標(biāo)志點(diǎn)處點(diǎn)云補(bǔ)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(diǎn)：
①調(diào)整測頭方位，使被測部位同時(shí)位于兩個(gè)測頭的測量范圍之內(nèi)；

②調(diào)整主光源的光強(qiáng)，分別調(diào)整標(biāo)識點(diǎn)和工件表面的清晰度，使測量部位的標(biāo)識點(diǎn)及工件表面達(dá)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(shí)對測頭進(jìn)行檢查和重新標(biāo)定，以保持后續(xù)測量的精度，否則，測量結(jié)果會(huì)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(jìn)行。