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漢振分享 | 工業級3D相機質量評價
日期:2020年04月21日
 

工業級3D相機,即可在高溫、粉塵、振動等復雜惡劣環境下穩定工作的3D相機,長時間使用后測量結果仍然在可接受范圍內,數據準確。雙目結構光3D相機由于其精度高、成像速度快等優勢,市場占有率有較高的增長,尤其是在3C電子、半導體等行業的微小零件自動化在線檢測與測量。在此類行業應用中,如何評價或選擇一款合適的3D工業相機,通常情況下,成像精度是第一評判準則,成像速度次之。

 

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

 

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

 

3D工業相機通常是被作為三維測量與檢測系統使用,行業內普遍使用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。

 

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

 

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

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

 

精密度:在相同條件下,對同一物體進行反復測量,測量值之間的一致程度,反應的是測得值的隨機誤差,具有不可預測、無規律性,測量結果既可能偏大也可能偏小,誤差絕對值起伏無規則,但誤差的分布服從統計規律,主要分析重復性和再現性。

重復性是指由同一個人用同一量具經多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差;再現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。

 

現市面上多數3D相機產品標稱的精度主要是標準偏差與重復性精度,如圖1中的Accuracy和Repeatablity,再現性與系統誤差均未體現,產品的檢測穩定性可能不太好,除了關注產品的測量結果是否準確外,還須注意產品的抗電磁干擾、防塵等能力。后續將繼續分享如何根據實際的應用場景或項目選擇合適的產品。

 

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