摘要：
 

　　在工業(yè)場景中，尤其在3C電子、半導(dǎo)體等行業(yè)的微小零件自動化在線檢測與測量過程中，如何評價或選擇一款合適的3D工業(yè)相機非常重要，本文將介紹其中關(guān)鍵的兩項評判標準：成像精度與成像速度。
 

　　1．引言
 

　　工業(yè)級3D相機，即可在高溫、粉塵、振動等復(fù)雜惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作的3D相機，長時間使用后測量結(jié)果仍然在可接受范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)準確。雙目結(jié)構(gòu)光3D相機由于其精度高、成像速度快等優(yōu)勢，*有較高的增長，尤其是在3C電子、半導(dǎo)體等行業(yè)的微小零件自動化在線檢測與測量。在此類行業(yè)應(yīng)用中，如何評價或選擇一款合適的3D工業(yè)相機，通常情況下，成像精度是*評判準則，成像速度次之。
 

　　2.速度
 

“掃描速率”(Hz)，指的是3D相機在1秒鐘內(nèi)能獲取到幾幅點云數(shù)據(jù)，從開始采集到解碼重建出點云，即“點云輸出幀率”。許多產(chǎn)品標稱的掃描速率不含解碼重建部分，是3D相機數(shù)據(jù)采集的大幀率，如下圖1所示：

圖1.掃描速率
 

　　理論上，不含解碼重建部分的掃描速率=投影的圖片數(shù)量/投影大幀率，投影的圖片數(shù)量跟編碼方式相關(guān)，直接影響到精度，如我司自主研發(fā)的3D相機TrueD2305M在180mm*120mm的成像視野范圍內(nèi)Z向精度優(yōu)于15μm，且重復(fù)性精度優(yōu)于1.5μm時掃描速率為4.3Hz(理論可達到30Hz，精度會降低)。
 

　　3.精度
 

　　3D工業(yè)相機通常是被作為三維測量與檢測系統(tǒng)使用，行業(yè)內(nèi)普遍使用VDI/VDE 2634準則來評價3D相機的精度，主要評價手段為在測量空間內(nèi)測量球徑的探測誤差、球心距的測量誤差、標準平板的平面測量誤差及拼接誤差。
 

　　“精度”，指被測量的測得值之間的一致程度與其“真值”的接近程度，即準確度和精密度的綜合測量誤差。

圖2. 測量誤差示意圖
 

　　3.1準確度
 

　　準確度：多次測量結(jié)果的平均值與其“真值”的接近程度，反應(yīng)的是測得值的系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)誤差具有方向性，可改善、可修正。

圖3. 偏倚
 

　　觀測平均值偏離“真值”越大，即過分偏倚，原因可能是光學(xué)系統(tǒng)偏心、內(nèi)部零件變形、磨損或環(huán)境如濕度、溫度、振動、清潔等因素引起，理想情況下系統(tǒng)誤差為0。
 

　　通常計算偏倚時，還需分析其線性，即三維測量系統(tǒng)在正常工作量程內(nèi)的偏倚變化量。偏移會隨著量程變化，如下圖所示：
 

圖4. 偏倚線性
 

　　3.2精密度
 

　　精密度：在相同條件下，對同一物體進行反復(fù)測量，測量值之間的一致程度，反應(yīng)的是測得值的隨機誤差，具有不可預(yù)測、無規(guī)律性，測量結(jié)果既可能偏大也可能偏小，誤差值起伏無規(guī)則，但誤差的分布服從統(tǒng)計規(guī)律，主要分析重復(fù)性和再現(xiàn)性。
 

　　重復(fù)性是指由同一個人用同一量具經(jīng)多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差；再現(xiàn)性是由不同的人用同一量具測量同一零件同一特性時測量平均值的變差。
 

圖5. 重復(fù)性和再現(xiàn)性
 

　　4.總結(jié)
 

　　現(xiàn)市面上多數(shù)3D相機產(chǎn)品標稱的精度主要是標準偏差與重復(fù)性精度，如圖1中的Accuracy和Repeatablity，再現(xiàn)性與系統(tǒng)誤差均未體現(xiàn)，產(chǎn)品的檢測穩(wěn)定性可能不太好，除了關(guān)注產(chǎn)品的測量結(jié)果是否準確外，還須注意產(chǎn)品的抗電磁干擾、防塵等能力。后續(xù)將繼續(xù)分享如何根據(jù)實際的應(yīng)用場景或項目選擇合適的產(chǎn)品。