光學掃描測量精度的影響因素及對策分析

（7）工件被測表面預處理不當

開始測量前，需要對工件表面進行適當?shù)念A處理。如果工件形狀十分簡單，且工件尺寸較小，通過單幅測量即可完成數(shù)據(jù)采集，則只需使工件表面能在主光源照射下形成漫反射即可。但通常情況下，僅僅通過單幅掃描測量很難完成對一個完整工件的數(shù)據(jù)采集，且一般的工件表面在主光源照射下也很難形成符合測量要求的漫反射，因此必須在工件表面預設(shè)一些參考點，利用共同的參考點對各次測量結(jié)果進行拼合，并用著色劑對工件表面進行均勻噴涂處理，使工件表面形成較理想的漫反射。

被測工件表面預處理不當主要指：

①工件表面某些部位反光過強或吸光過多，不能形成適合掃描要求的漫反射，導致無法形成有效的點云，測量結(jié)果顯示該部位數(shù)據(jù)缺失；

②缺乏足夠的參考點，導致無法進行拼合，即使能形成點云，也只是分散點云而不是整體點云；

③工件表面參考點的粘貼一致性太強，缺少特點，使系統(tǒng)無法有效識別單幅點云的拼合位置，從而容易產(chǎn)生拼合錯誤，難以形成被測工件的整體點云。

工件被測表面預處理不當還包括未對工件表面不能正確反映設(shè)計意圖的部分進行修正、工件表面在測量中被碰傷而未及時修復、工件安放狀態(tài)不當(如工件受力)等非測量因素。此外，在對工件內(nèi)腔(如發(fā)動機氣道)進行硅膠注射以形成模型時，注射量不足或硅膠中氣泡過多也會使形成的模型不能正確反映工件內(nèi)腔實際形狀。

（8）后處理不當

在光學掃描測量中，并非測量所得數(shù)據(jù)即為點云數(shù)據(jù)，測量的過程實際上是形成工件影像的過程，要獲得點云數(shù)據(jù)，還需利用ATOS系統(tǒng)對形成的影像數(shù)據(jù)進行后處理。對于用單幅點云進行拼合生成的結(jié)果，首先需要利用幾個共同的標識點將所有的單幅數(shù)據(jù)對齊，以減少累積誤差;然后利用對齊后的點云進行重運算，將影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為點云數(shù)據(jù)。此時的點云數(shù)據(jù)可能還存在密度不均勻、粗大誤差點多等問題，可再經(jīng)過三角網(wǎng)格化處理(Polygonize)，最終獲得質(zhì)量較好的點云數(shù)據(jù)。

當然，后處理不僅僅包括上述內(nèi)容。在實際測量中，掃描獲得的數(shù)據(jù)點并不一定只局限于所測實物模型，一些不屬于該模型的、測量環(huán)境中的隨機點也被同時測人，因此在進行后處理時必須去除這些不需要的點，以減小其后在基于點云數(shù)據(jù)進行三維CAD模型構(gòu)造時產(chǎn)生錯誤的可能性。

此外，后處理還包括對點云的簡化處理。在一個實物反求點云中，對工件各個部位的精度要求并非完全相同，因此，對一些不太重要的部位可作降低點云密度的簡化處理；對一些比較重要的部位則可提高其點云密度。這樣不僅能保證三維模型構(gòu)造的精度要求，而且可大大提高建模效率。

當然，后處理不僅僅包括上述內(nèi)容。在實際測量中，掃描獲得的數(shù)據(jù)點并不一定只局限于所測實物模型，一些不屬于該模型的、測量環(huán)境中的隨機點也被同時測人，因此在進行后處理時必須去除這些不需要的點，以減小其后在基于點云數(shù)據(jù)進行三維CAD模型構(gòu)造時產(chǎn)生錯誤的可能性。

此外，后處理還包括對點云的簡化處理。在一個實物反求點云中，對工件各個部位的精度要求并非完全相同，因此，對一些不太重要的部位可作降低點云密度的簡化處理；對一些比較重要的部位則可提高其點云密度。這樣不僅能保證三維模型構(gòu)造的精度要求，而且可大大提高建模效率。

4 結(jié)語

近年來，實物反求技術(shù)在新產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品改型設(shè)計、模具制造等方面正發(fā)揮著越來越重要的作用，在汽車制造、航空航天、機床工具、國防軍工、電子、模具等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。但目前國內(nèi)對相關(guān)技術(shù)的研究還比較滯后，相關(guān)的技術(shù)裝備還主要依賴進口。因此，研究和開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的實物反求技術(shù)及設(shè)備，并盡快實現(xiàn)商品化應(yīng)用，是該領(lǐng)域的當務(wù)之急。本文對光學掃描點云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實際應(yīng)用中的精度影響因素進行了分析，并提出了相應(yīng)對策，希望能對提高相關(guān)測量設(shè)備的應(yīng)用水平有所幫助，同時也可為實物反求技術(shù)的研究提供一些可資借鑒的實際經(jīng)驗，促進我國反求工程技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用水平的不斷提高。