摘要：
 

　　在工業(yè)場(chǎng)景中，尤其在3C電子、半導(dǎo)體等行業(yè)的微小零件自動(dòng)化在線檢測(cè)與測(cè)量過(guò)程中，如何評(píng)價(jià)或選擇一款合適的3D工業(yè)相機(jī)非常重要，本文將介紹其中關(guān)鍵的兩項(xiàng)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：成像精度與成像速度。
 

　　1．引言
 

　　工業(yè)級(jí)3D相機(jī)，即可在高溫、粉塵、振動(dòng)等復(fù)雜惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作的3D相機(jī)，長(zhǎng)時(shí)間使用后測(cè)量結(jié)果仍然在可接受范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。雙目結(jié)構(gòu)光3D相機(jī)由于其精度高、成像速度快等優(yōu)勢(shì)，*有較高的增長(zhǎng)，尤其是在3C電子、半導(dǎo)體等行業(yè)的微小零件自動(dòng)化在線檢測(cè)與測(cè)量。在此類(lèi)行業(yè)應(yīng)用中，如何評(píng)價(jià)或選擇一款合適的3D工業(yè)相機(jī)，通常情況下，成像精度是*評(píng)判準(zhǔn)則，成像速度次之。
 

　　2.速度
 

“掃描速率”(Hz)，指的是3D相機(jī)在1秒鐘內(nèi)能獲取到幾幅點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從開(kāi)始采集到解碼重建出點(diǎn)云，即“點(diǎn)云輸出幀率”。許多產(chǎn)品標(biāo)稱(chēng)的掃描速率不含解碼重建部分，是3D相機(jī)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(jī)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(shí)掃描速率為4.3Hz(理論可達(dá)到30Hz，精度會(huì)降低)。
 

　　3.精度
 

　　3D工業(yè)相機(jī)通常是被作為三維測(cè)量與檢測(cè)系統(tǒng)使用，行業(yè)內(nèi)普遍使用VDI/VDE 2634準(zhǔn)則來(lái)評(píng)價(jià)3D相機(jī)的精度，主要評(píng)價(jià)手段為在測(cè)量空間內(nèi)測(cè)量球徑的探測(cè)誤差、球心距的測(cè)量誤差、標(biāo)準(zhǔn)平板的平面測(cè)量誤差及拼接誤差。
 

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

圖2. 測(cè)量誤差示意圖
 

　　3.1準(zhǔn)確度
 

　　準(zhǔn)確度：多次測(cè)量結(jié)果的平均值與其“真值”的接近程度，反應(yīng)的是測(cè)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(cè)平均值偏離“真值”越大，即過(guò)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(dòng)、清潔等因素引起，理想情況下系統(tǒng)誤差為0。
 

　　通常計(jì)算偏倚時(shí)，還需分析其線性，即三維測(cè)量系統(tǒng)在正常工作量程內(nèi)的偏倚變化量。偏移會(huì)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(duì)同一物體進(jìn)行反復(fù)測(cè)量，測(cè)量值之間的一致程度，反應(yīng)的是測(cè)得值的隨機(jī)誤差，具有不可預(yù)測(cè)、無(wú)規(guī)律性，測(cè)量結(jié)果既可能偏大也可能偏小，誤差值起伏無(wú)規(guī)則，但誤差的分布服從統(tǒng)計(jì)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(gè)人用同一量具經(jīng)多次測(cè)量同一零件的同一特性時(shí)獲得的測(cè)量值變差；再現(xiàn)性是由不同的人用同一量具測(cè)量同一零件同一特性時(shí)測(cè)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(jī)產(chǎn)品標(biāo)稱(chēng)的精度主要是標(biāo)準(zhǔn)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(cè)穩(wěn)定性可能不太好，除了關(guān)注產(chǎn)品的測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)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(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景或項(xiàng)目選擇合適的產(chǎn)品。