三维质量检测与反求逆向对三维面测量设备不同需求

目前国内外有许多三维测量产品可以用于反求设计（逆向工程），如激光扫描、面结构光扫描等，但是真正能够用于产品质量三维检测的并不多。一般来讲，反求设计（逆向工程）对三维测量设备的的精度和功能要求不高，反求设计大量采用手工操作，各种激光、白光面扫描设备基本都可以满足要求，测量只占很少的工作量，大量时间花在点云的修改、构面、结构设计。
三维质量检测对测量设备精度和功能的要求要远远超过反求设计，产品质量检测是企业生产现场在线工作模式，是一个企业生产线的工位，而反求逆向设计主要用于企业的设计部门，属于离线工作模式。因此，三维质量检测设备必须具备全自动、高精度、高效率、方便性、稳定性的特点。光学三维测量设备必须同时具有以下技术，才能实现产品的三维质量检测，达到测量点云与产品CAD数模进行三维全尺寸快速比对的目的。

1. 基于工业近景摄影测量技术的多相机多视场高精度标定技术

基于工业近景摄影测量技术的多相机多视场高精度标定技术，是实现检测技术第一步。相机标定技术是三维光学测量的核心技术，是测量精度的基础。目前国内外有几十家生产三维激光线扫描系统和白光面扫描系统，其相机标定方法基本上都是平面标定和标定块标定方法。其中国内单位使用最多的是张正友的平面圆点图案或棋盘格的标定算法，由于其算法是公开的，所以很多厂家直接采用张正友相机标定算法。但是该算法存在很多问题，无法保证高精度的测量精度，只能用于对精度要求不高的图像模式识别研究，只能标定小视场的相机（如100mm～200mm）
传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法无法满足工业测量的精度要求，受标定板制作的各种误差（如平面度误差、圆点位置无法），标定精度无法保证，只能用于小视场相机标定（只能局限在100mm～200mm），只能用于对测量精度要求不高的图像模式识别研究，其标定精度根本无法满足工业测量的要求。
西安交通研制的“基于摄影测量的相机自标定技术”，是国际上第二家拥有该技术，该标定技术有效地解决了传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法，实现了高精度的相机标定。

2. 全局坐标系下标志点的高精度测量

各种激光和面扫描设备一次只能测量工件的局部，需要进行多次拼接，势必产生无法消除的累计误差。所以没有工业摄影测量技术的保证，单独使用激光和面扫描设备根本无法控制测量的精度。XTDP工业近景摄影测量系统就是完成该功能，精度可以达到0.1mm/4m。
目前全世界能够独立研发近景工业摄影测量产品的只有2～3家企业，而能够研发白光面扫描、激光扫描产品的有几十家，国外很多著名的激光测量设备和面扫描测量设备厂家都没有自己的工业摄影测量技术。

3. 不同幅面的面扫描测量
由于工件的大小不同、精度要求不同，需要选择不同的单次测量幅面和精度。“XTOM 三维光学面扫描系统”可以在标志点全局坐标系下快速测量不同幅面（从30mm～4000mm），多视扫描点云自动拼接到标志点全局坐标系，可以满足不同精度、不同大小的工件测量（如泡沫件、铸件、锻件、机加件、注塑件等），适用于几十毫米～100米大小的工件。

4.多视点云的全自动对齐拼接和重叠面删除。

由于一个工件由多视角拍摄测量完成，必须全自动完成多视点云的对齐拼接和重叠面删除，快速生成单层完整的工件点云。“XTOM 三维点云预处理系统”采用独特高效算法，快速自动完成海量点云的处理。

5. 自主研发的点云与数模比对分析软件
三维检测最终是实现测量数据（点云）与设计数模的三维全尺寸误差比对检测，市场上虽然有一些通用的检测软件，但是存在价格高、功能繁琐的缺点，不利于推广和应用。西安交通大学针对制造行业的特点，专门研制了三维检测比对分析软件，既满足了企业检测的需要，又大大减低了软件的成本。