三维尺寸测量方法及发展趋势

   随着科学技术和工业生产的迅猛发展,许多领域越来越多地提出了对三维工件尺寸和形状参数测量的要求。目前人们虽然已经成功地开发出许多种测量方法及仪器,但是由于它们都存在成本、测量范围、测量精度及测量速度等多方面的限制,还不能满足科技和生产发展的需要。本文针对国内外的发展现状,对现有的三维工件测量方法进行概述,指出它们存在的优缺点,并根据需要对它们的发展趋势进行了预测。

   目前国内在光学三维测量领域主要是应用三坐标测量机，但三坐标测量机只能针对一些中小尺寸的产品进行测量,且对环境要求较高。而大尺寸的测量多数是在室外，甚至是在野外恶劣条件下进行，三坐标测量机则无法满足其要求。因此，现在更多使用的是国外的进口仪器,主要是英国雷尼绍公司、德国Gom公司、日本罗兰公司和英国泰勒霍普森有限公司的相关产品。国内天津大学叶声华教授所在的精密测试技术及仪器国家重点实验室也对激光雷达做了深入研究并取得了显著成果;中航工业联合哈尔滨工业大学、天津大学、北京交通大学等高校，依托中航工业强度所、北京空间机电研究所、中国电科38所等应用单位,开展“全视角高精度三维测量仪的开发和应用”项目。但国内产品无论是测量精度、效率、实时性,还是数据处理等，都与国外产品存在着较大的差距。

   因此我国开始加快大尺寸三维测量仪的研发,旨在打破国外技术垄断和仪器封锁，攻克超高速、高分辨率视觉传感器和核心测量算法，研发具有实时、非接触、多点同步等功能的大尺寸精密测量仪器，并建立视觉三维测量仪器的研发基地、生产基地和系统集成验证中心，最终使大尺寸三维测量服务于我国大型工业装备的研发和制造。

   三摄像机视觉测量系统是多摄像机视觉测量系统的一个特例，是人们在进行立体视觉测量时为减小特征点误匹配常采用的一种方法，该系统通

   常将外部参数已经精确校准的三台摄像机固定在一个支架上，利用三台摄像机对被测空间点进行成像来确定其空间位置，如Krypton公司推出的400-CMM和600-CMM系统。测量时将系统任意摆放在被测件附近，使被测体处于系统视场范围内，通过光学接触式测头进行逐点测量。测头上包含9个位置关系确定的光学特征点，通过测头和测尖的组合变换可以实现不可见点的测量；系统不需要现场校准，可以根据被测体的大小和位置来改变测量系统的摆放位置，但是由于三台像机位置固定不动，所以其视场范围受到了很大的限制，并且该系统还比较笨重。