三維光學測量系統的應用越來越普遍，常常困擾大家的是其各種系統的參數，如分辨率、相機精度、系統精度、重復性精度、準度等等，到底什么是我們需要關注的指標，各個指標之間又有什么差別呢？有些公司為了標榜其精度，往往只說明三維相機的精度，而不談系統精度，造成了很多誤解和誤會。
_{這里我們先為大家解釋一下各個參數的含義，然后再說各個參數的關系，以及在實際應用過程中我們應該關注的參數。}

相機的分辨率

這個參數既與精度密切相關，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，在三維光學中，分辨率通常是指所形成三維點云的點密度（X和Y方向），但三維光學的精度主要指的是Z方向。那么為什么又會與精度有關呢？因為點密度會影響點云算法的魯棒性，如特征擬合的精度和準度。

三維相機的精度

我們通常所說的三維相機的精度是Z方向的精度，也就是點云在相機坐標系下Z方向的重復性精度。而相機的準度，通常是不予標注的，該數據應通過實際的標定和補償完成，而且不同區域的準度的差別較大。

參數關系

這里三維相機主要針對雙目結構光相機，其原理圖簡述如下：

? 上面兩個概念都是與三維相機相關的，即分辨率和精度。在VDE/VDI標準中TYPE 1所評價的，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，均與此有關聯。但標準中同時關注了相機的準度，以及相關算法的精度，即具體測量數據的準度。在相對測量系統中，通常采用MSA準則，這一部分的精度描述是所謂的靜態精度，即，對某一特征，反復多次的拍攝計算的重復性精度。準度的問題，與被測特征和具體算法相關，本文在后面進行闡述。
作為一個完整的系統，我們還需要關注整體的精度，這里包括了運動機構的精度，如三坐標臺面的運動誤差，機器人運動學模型的精度損失等等。VDE/VDI標準中TYPE 3對此進行了詳細的規定，通過空間7個姿態的重復性和準度來描述系統的綜合精度。在MSA中，描述為半動態精度，也就是運動機構的累計誤差數據。
對于相對測量系統，如果需要與其他設備對標，系統精度還包含了支架的定位精度。在MSA中，通常描述為全動態精度，這里要納入支架重復定位帶來的誤差。

測量系統的實際應用

? ? ? ?首先我們要對三維相機進行選擇，通常來說，相機本身的精度和分辨率是比較高的，這一塊的選擇余地較大。但如果被測特征較小，如在1mm左右，我們就要考慮分辨率較高的相機，點密度能夠滿足基本算法的穩定性需求。或者如果被測特征的公差較小，如只有0.1mm，就要采用高精度的相機，至少達到1/10以內的精度范圍。
? ? ? ?其次，我們要進行運動精度的控制，這里首先也考慮重復性精度問題，龍門框架結構，帶光柵尺反饋控制的系統當然能夠提供較高的精度，如要求非常高，還要考慮環境溫度振動等的影響。如果采用機器人的方法，只能完成一些精度要求不高的測量場景，畢竟機器人本體帶來的重復性誤差較大，往往不能滿足高精度的要求。不過隨著技術的發展，雙目跟蹤、多目跟蹤、反向定位，以及各種配準方法，可以有效的消除機器人本體的誤差損失。雖然也帶來了拼接配準的誤差，仍舊能系統級的提高重復性精度。通常我們認為，在1米范圍內，機器人系統的精度可以控制在0.05mm以內。
? ? ? ?在汽車行業中，特別要求零件是在模擬裝車狀態測量，也就是給予了零件約束條件，該條件會造成測量過程中零件的變形。由此出現了支架對測量結果的影響，也就是MSA中全動態實驗的目的，來評估測量支架的影響。通常，對于一個剛性較好的零件，支架定位誤差的貢獻在0.02-0.05mm的范圍，如果是一個剛性差的零件，該影響較難評估。
按照MSA的要求，還有一個重要的影響，是零件本身對測量系統的影響，如孔邊產生的毛刺，表面色澤的變化等等，都會對光學測量系統的結果帶來變差。這類型的影響通過GR&R的實驗可以完成驗證，通常會采用不同批次的10個零件，來對測量系統的結果進行評價，并確定是否可以驗收。在這里說明一下，由于光學測量系統通常是自動化系統，我們只評價重復性的影響，不評價再現性的影響。
最后，我們需要說明，任何測量系統都會存在準度問題，也就是所謂的測不準原則。除了器件級自身的標定外，我們還會采用兩種方式進行系統級的標定，以提高系統的準度。一種是金規法，采用國際質監局或有資質的企業認可的標準量塊、米規等完成的標定。一種是銀規法，即高于現有測量系統一個級別的另一個測量系統，來完成對準度的標定。

結論

? 首先，我們要區分使用的是絕對測量系統還是相對測量系統，評價的標準和驗收的指標差別較大。其次，相機的精度和分辨率我們需要結合實際情況來考慮，但在整個測量系統中并不是最為關鍵的環節。另外，如采用機器人的測量系統，在一定范圍內，整體精度能在0.05-0.1mm以內。而且，如果是相對測量系統，我們還要充分考慮支架帶來的影響，相對不同剛性的零件，支架的影響差別不一，通常會在0.03mm以上，如塑料件，其波動甚至會達到0.1mm以上。最后，在實際應用中最容易讓人困擾的是，零件本身對測量系統的影響，如前所述不同批次零件的定位波動，或者類似于毛刺、熱影響區等對測量結果的影響。總體來說，要做一個完整的測量系統的評價，目前MSA還是較好執行的一種標準，能被整個行業所接受。

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