基于三维测量的物体细小特征位置度误差分析

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1、２０１２年第４６卷Ｎｏ．８８３基于三维测量的物体细小特征位置度误差分析潘保安，袁红兵南京理工大学摘要：简单介绍了三维测量技术的发展现状、测量方法及各自的优缺点，分析了实际测量中位置度误差产生的原因。借助ＦＡＲＯ关节臂三维测量设备，采用接触式和非接触式两种方法测量易变形工件局部细小特征的位置度，并对结果进行比较分析，得出两种方法各自的优缺点，总结出该类零件特征的测量方法。关键词：三维测量；细小特征；位置度；误差分析中图分类号：ＴＨ７４１；ＴＧ８３文献标志码：ＡＰｏｓｉｔｉｏｎＩｎａｃｃｕｒａｃｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＯｂｊｅｃｔ’ｓＳｍａｌ

2、ｌＦｅａｔｕｒｅｓＢａｓｅｄｏｎ３ＤＭｅａｓｕｒｉｎｇＰａｎＢａｏａｎ，ＹｕａｎＨｏｎｇｂｉｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｕｔｌｉｎｅｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆ３Ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｒｅｇｉｖｅｎｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｔｈｅｉｎａｃｃｕｒａｃｙａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｕｓｅｄｉｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎ

3、ｏｆｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｄｅｆｏｒｍｉｎｇｐａｒｔ＇ｓｓｍａｌｌｆｅａｔｕｒｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｏｎｔａｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄｓｕｉｔａｂｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅａｎｓｏｆｓｕｃｈｐａｒｔｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｍａｌｌｆｅａｔｕｒｅ；ｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｉｎａｃｃｕｒａｃｙａｎａｌｙｓｉｓ面积因而无法测量某些细微的特征，被测物表面及!引言测头

4、本身都有一定的磨损，对环境的要求高，测量的所谓三维测量就是测量物体上的点在某一空间成本较大。因此，随着光学技术、微电子技术、图像坐标系下的三维坐标，进而得到物体特征的形状和处理技术和计算机处理技术等的快速发展，非接触［１］位置尺寸。２０世纪５０年代末出现的三坐标测量式测量方法得到了人们普遍的重视，出现了激光测机标志着三维测量技术开始真正投入到工业应用量、结构光（点、线、光栅、莫尔条纹）测量、超声波测中，它彻底打破了传统的测量模式，具有划时代意量、立体视觉法测量、工业ＣＴ等方法。与接触式测义。目前三维测量已广泛应用于汽车零部件、工程量相比

5、，非接触式测量效率和自动化程度高、造价较机械、医疗设备、塑胶产品和电工电气等行业。与传低，由于测量时与工件不接触，因此可以测量形状复［３］统测量相比，三维测量具有测量速度快、精度高、结杂的零件以及柔软物体等，但它对物体颜色及反果可靠性强、操作简单、对测量人员要求相对较低等光度有一定要求，若处理不当，测量结果会因含有一优点。定比例噪声而导致可靠性下降。从测量方式上来看，三维测量也从最初单一的"测量中位置度误差产生的常见原因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位置度表示一形体的轴线或中心平

6、面的实际位表是机械三坐标测量，如利用触发式测头进行接触置相对于理论位置所允许变动的范围［４］。虽然与测量的ＷＥＮＺＥＬ桥式三坐标测量系统、利用硬测头传统测量方法相比，利用三维测量方法所测得的位进行接触测量的ＦＡＲＯ关节臂测量系统。它以精密置度的精度和便捷性都有很大的提高，但是由于测机械为基础，综合应用了电子技术、计算机技术、光量方案的选取、测量环境、测量员的操作水平等因素［２］学技术和数控技术等先进技术。接触式测量的的影响，在实际测量过程中还会遇到诸多问题，导致优点是精度高，对物体的颜色和反光度没有要求，非测量结果与实际值偏差较大，测量

7、中位置度误差产常适合于外形比较简单的物体的测量。但也存在着生的常见原因：（１）对于一些易变形的工件（如塑料一些缺点，如测量速度慢，测量时因和物体接触使物件）夹持不当导致工件变形，这将直接增大测量结体变形而影响测量结果。另外由于测头有一定的表果误差；（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）关键特征部分取收稿日期：２０１２年４月点的位置和数量不当，如测量大平面时只在某一小８４工具技术区域取点、取到面上瑕疵部分的点等；（４）扫描物体度公差值是在整个车身坐标系中给定的，直接的方时点云密度设置不当，过于稀疏会导致

8、某些细小特法是找到特征在车身坐标系中的坐标值，通过坐标征不能被反映出来，过于稠密则会使点云数据量增值得到位置度误差，但这样做比较麻烦，因为将工件大，数据处理缓慢。坐标与车身坐标对齐很困难。实验中采用的方法是