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的預處理。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據采集，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據采集，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一些參考點，利用共同的參考點對各次測量結果進行拼合，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，測量結果顯示該部位數據缺失；

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，使系統無法有效識別單幅點云的拼合位置，從而容易產生拼合錯誤，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、工件安放狀態不當(如工件受力)等非測量因素。此外，在對工件內腔(如發動機氣道)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，并非測量所得數據即為點云數據，測量的過程實際上是形成工件影像的過程，要獲得點云數據，還需利用ATOS系統對形成的影像數據進行后處理。對于用單幅點云進行拼合生成的結果，首先需要利用幾個共同的標識點將所有的單幅數據對齊，以減少累積誤差;然后利用對齊后的點云進行重運算，將影像數據轉換為點云數據。此時的點云數據可能還存在密度不均勻、粗大誤差點多等問題，可再經過三角網格化處理(Polygonize)，最終獲得質量較好的點云數據。

當然，后處理不僅僅包括上述內容。在實際測量中，掃描獲得的數據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據進行三維CAD模型構造時產生錯誤的可能性。

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容。在實際測量中，掃描獲得的數據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據進行三維CAD模型構造時產生錯誤的可能性。

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造的精度要求，而且可大大提高建模效率。

4 結語

近年來，實物反求技術在新產品設計、產品改型設計、模具制造等方面正發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、模具等領域的應用日趨廣泛。但目前國內對相關技術的研究還比較滯后，相關的技術裝備還主要依賴進口。因此，研究和開發具有我國自主知識產權的實物反求技術及設備，并盡快實現商品化應用，是該領域的當務之急。本文對光學掃描點云數據采集系統實際應用中的精度影響因素進行了分析，并提出了相應對策，希望能對提高相關測量設備的應用水平有所幫助，同時也可為實物反求技術的研究提供一些可資借鑒的實際經驗，促進我國反求工程技術開發、應用水平的不斷提高。