李曉，劉斌,*，梅雪松，王文君，王曉東，李珣

a State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China b Shaanxi Key Laboratory of Intelligent Robots, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China

c Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi'an 710119, China

1. 引言

在過去的20年里，激光加工技術(shù)已經(jīng)在焊接[1-3]、切割[4,5]、打孔[6,7]、紋理加工[8-10]和微結(jié)構(gòu)制造[11-13]等多個領(lǐng)域中得到應用。隨著激光加工技術(shù)及裝備的普及，其應用逐步從批量化流水線加工向小批量個性化定制普及，發(fā)展更適用于個性化定制產(chǎn)品的激光加工技術(shù)具有重要意義。掃描振鏡作為一種可以快速準確地控制激光光斑位置的光機電產(chǎn)品，在采用其進行激光加工時，與傳統(tǒng)的加工方法相比，具有許多優(yōu)點，包括高動態(tài)性能和加工速度、無刀具磨損、非接觸加工以及靈活性高等[14-16]。

三維激光加工的挑戰(zhàn)之一是如何始終保證激光焦點準確聚焦在三維工件上[17-18]。Noh等[19]證明了聚焦的激光可以保證好的加工質(zhì)量，激光離焦會使加工質(zhì)量變差。Cao等[17,20]通過視覺方法測量焦點是否離焦，并通過三軸運動平臺進行補償，保證焦點始終聚焦在加工面上。Wang等[21]通過將大曲面分層分塊，逐層逐塊地加工以保證激光焦點始終聚焦，從而進行大范圍曲面圖案激光加工。就工件三維表面加工而言，動態(tài)調(diào)整聚焦光斑空間位置是實現(xiàn)非平面加工的重要手段之一。三維掃描振鏡的三維加工能力得益于其具有的動態(tài)聚焦單元[22,23]，讓焦點在高度方向?qū)崿F(xiàn)一定范圍內(nèi)變動，而這是一般二維掃描振鏡無法實現(xiàn)的。Xiao等[24]利用三維掃描振鏡和不同類型激光器在不規(guī)則曲面上直接標刻圖案。Diaci等[25]利用三維掃描振鏡在曲面、斜面上標刻出完整圖案。

目前的三維掃描振鏡加工系統(tǒng)大都沒有三維測量能力。當加工三維零件時，需要事先通過三維軟件建模或?qū)ｉT的掃描設(shè)備掃描建模獲得待加工面的三維形貌；加工時，需人為擺放或裝夾工件來保證工件的實際形貌和位姿與加工軟件中的模型一致。因此，當工件小批量、多樣化加工時，前期將投入大量的時間到加工準備工作中去，這為實際加工添了更多的硬件需求與時間成本，甚至提高了多工序帶來的誤差。原位加工技術(shù)，一般是指直接在物體上進行測量并原位加工的方法，其在工業(yè)及生物工程等領(lǐng)域都有所研究應用[26-29]。原位加工技術(shù)應用于激光三維加工，其優(yōu)勢主要在于掃描加工的一體化實現(xiàn)，可以避免傳統(tǒng)方式的建模、裝夾、調(diào)整對準等步驟，及多步驟帶來的工作量和誤差。利用掃描振鏡投射線結(jié)構(gòu)光可以進行三維測量[30-32]。Diaci等[25]提出了一種在曲面上快速加工圖案的方法，利用旁軸相機并使用同一個光源進行工件測量和加工，這種方法將三維激光測量和激光加工相結(jié)合，既不需要事先知道工件的三維形貌，也不需要知道工件的位姿信息，遺憾的是其并沒有給出具體的實現(xiàn)過程以及該方法的精度和效果等評價。

傳統(tǒng)的線結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)是通過線激光器直接發(fā)出線激光并投射在物體表面[33]。Zhou等[34]用線結(jié)構(gòu)光去測量鐵軌，在長度、寬度、厚度方向的測量誤差均在0.3 mm以內(nèi)。Liu等[35]用線結(jié)構(gòu)光測量了直徑30 mm左右的軸，通過將測得的點進行擬合使得測量誤差在20 μm以內(nèi)。Li等[36]用線結(jié)構(gòu)光測量高度100 mm的立方體，其高度誤差達到1 mm。事實上，最終的測量精度由設(shè)備、測量距離、算法等因素共同決定，比如小的相機視場和近的測量距離可以獲得相對高的測量精度。

目前，對線結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)的研究主要包括測量模型、光條紋中心提取和傳感器標定。測量模型的建立是基礎(chǔ)，主要是基于幾何推導；而基于掃描振鏡和不同類型場鏡的測量模型與傳統(tǒng)模型卻有所不同。光條紋中心提取是影響傳感器標定精度的重要因素，亞像素的光心線提取方法如高斯擬合法[37]、灰色重心法[5]和Hessian矩陣法[38]具有更高的提取精度。對于傳感器標定，主要包括相機標定和光平面方程標定兩部分，其中光平面方程標定是難點，如何獲取高精度控制點來擬合光平面成為線結(jié)構(gòu)光傳感器標定的關(guān)鍵問題。

本研究利用一套三維掃描振鏡及一個旁軸相機搭建了三維原位激光加工系統(tǒng)，通過原位加工實驗驗證了整套系統(tǒng)的可行性及實用性。本研究主要貢獻在于提出或?qū)崿F(xiàn)了：①一種基于掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測量模型；②一種通過高度標定來保證測量精度的方法；③一套可用于三維激光原位加工的軟件。與一般線結(jié)構(gòu)光測量方法相比，本研究提出的方法可在不需要光平面標定也不需要額外的運動軸的情況下，實現(xiàn)三維重建，測量加工一體化，減低了加工成本。

2. 方法

2.1. 基于掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測量方法

圖1（a）為本研究中基于掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測量模型，該模型中主要存在四個坐標系：世界坐標系Ow-xwywzw、振鏡坐標系Og-xgygzg、相機坐標系Oc-xcyczc、圖像坐標系O-uv，將振鏡坐標系與世界坐標系重合進行模型簡化。本研究采用f-θ場鏡，在圖1（a）中，a點為振鏡y軸反射鏡的激光反射點，假設(shè)其中心的世界坐標已知為a(0, 0,H)，其中H為a點在世界坐標系中的高度。b、c兩點為振鏡掃描的線激光的兩個端點，端點在世界坐標系的坐標分別為b(x1,y1, 0)和c(x2,y2, 0)，其可通過振鏡精確控制得到。要通過相機獲得空間物體上某點的三維信息，需要至少三個約束條件。根據(jù)典型的針孔相機模型[39]，可得到式（1）如下：

式中，fx,fy為焦距；cx,cy為主點坐標。設(shè)空間一點P，(Xc,Yc,Zc)為P點在相機坐標系中的坐標，(u,v)為對應的像素坐標系內(nèi)的坐標。為了唯一確定該點的坐標值，還需要至少一個約束條件，那就是光平面方程。一般的線結(jié)構(gòu)光測量方法需要對光平面進行標定來確定光平面方程，而通過掃描振鏡產(chǎn)生的光平面是可以精確控制的。激光通過振鏡配置的場鏡進行聚焦，場鏡主要包括f-θ場鏡和遠心f-θ場鏡。當采用f-θ場鏡時，在世界坐標系中光平面經(jīng)過圖1（a）中三個點a、b、c，其世界坐標已知；當采用遠心f-θ場鏡時，在振鏡坐標系中光平面始終垂直于xy平面，可認為圖1中點a的世界坐標為a(x1,0,H)，因此，將振鏡坐標系內(nèi)已知的三個非共線的點根據(jù)相機外參轉(zhuǎn)換到相機坐標系，即可根據(jù)三點確定相機坐標系內(nèi)的光平面方程，如式（2）：

式中，A,B,C,D為光平面方程的系數(shù)，由此得到第三個約束，聯(lián)立式（1）與式（2）得到式（3）：

由此可得到像素坐標系內(nèi)光心上任一點在相機坐標系中的三維坐標(Xc,Yc,Zc)，另根據(jù)相機外參（R為旋轉(zhuǎn)矩陣，T為平移矩陣）可轉(zhuǎn)換到世界坐標系(Xw,Yw,Zw)，因此可得到：

圖1. 基于掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光測量方法。（a）原理模型；（b）實物裝置。

2.2. 高度標定方法

本研究在上述基于相機內(nèi)、外參及光平面方程的線結(jié)構(gòu)光三維測量方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合了高度標定方法來保證高度方向的精度。該方法的原理是找出實際高度與線激光偏移距離及像素坐標系中的光心像素差之間的關(guān)系，進而根據(jù)實際光心在圖像坐標系中的位置確定該點的實際高度值，此關(guān)系如式（5）所示。

式中，Z為實際高度；f為Z的關(guān)于線激光偏移距離x和像素距離p的函數(shù)。本研究中，將線激光投射的直線與世界坐標系中y軸平行，其偏移方向沿世界坐標系x軸方向，如圖1（a）所示。高度標定時，通過三軸運動平臺的Z軸運動特定距離拍攝多組線激光圖片進行標定。

高度設(shè)置為0時，將線激光偏移距離為0的光心定義為基準光心，定義任意光心與基準光心在像素坐標系內(nèi)的平均像素差為P；定義在高度為0平面內(nèi)的其他光心與基準光心的平均光心像素差為P1；線激光偏移距離相同而高度不同時，定義不同高度處的光心與高度為0處的光心的平均像素差為P2。因此，在像素坐標系內(nèi)存在如下關(guān)系：

圖2（a）標定了光心的像素差P1與線激光偏移距離x（-30 mm到30 mm，每5 mm標定一次）的關(guān)系，從圖中可以看出像素差P1與線激光偏移距離x具有較好的線性關(guān)系。圖2（b）標定了平均像素差P2與高度（-15～15 mm，每5 mm標定一次）的關(guān)系，從圖中可以看出，像素差P2與高度具有較好的線性關(guān)系。

實際計算中，我們發(fā)現(xiàn)將P分解為P1+P2的方式得出的高度更準確，圖3為實際高度Z、像素差P2、線激光偏移距離x三者之間的關(guān)系三維面，發(fā)現(xiàn)三者的關(guān)系近乎擬合為一個平面，因此，在計算Z值時，首先在圖2（a）中，根據(jù)線激光偏移距離x線性插值計算出像素差P1，根據(jù)實際線激光計算出像素差P，得出P2=P-P1，再將像素差P2、線激光偏移距離x帶入圖3的曲面差值得出實際高度Z。

2.3. 光心提取方法

在線結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)中，光條紋中心是否準確提取影響系統(tǒng)的測量精度。本研究首先采用中值濾波對采集的線激光圖像進行預處理，隨后采用灰度重心法對線激光中心進行提取。在一列線激光中先利用極值法求出光強最大的一點gmax，然后確定一個閥值K=k×gmax, 0 ＜k＜ 1，在閾值兩邊判斷灰度值大于K的像素，求出其重心位置作為光條紋的中心。設(shè)所有大于閾值K的點的像素坐標為ui(i= 0, 1, 2, …)，相應的灰度值為gi(i= 0, 1, 2,…)，則光心的位置U為：

由灰度重心法來求取線激光條紋的中心，每一列線激光條紋的閾值都是不同的，即使線激光灰度分布不均勻或者發(fā)生了改變，也不會對線激光條紋中心位置的確定帶來很大的誤差，提高了光心提取的精度。

圖2. 像素坐標系內(nèi)的平均像素差。（a）高度為0時，光心的像素差P1與線激光偏移距離x的關(guān)系圖；（b）線激光偏移距離為0時，光心的像素差P2與高度的關(guān)系圖。

圖3. 實際高度Z、不同線激光偏移距離x下的像素差P2、線激光偏移距離x三者之間的關(guān)系三維面。

2.4. 原位加工方法

光心提取后，根據(jù)2.1節(jié)中的模型可生成物體上表面的三維點云，點云的疏密由掃描激光線間距及工業(yè)相機分辨率決定。由于點云面便可體現(xiàn)物體實際的三維形貌以及其在振鏡坐標系中的位姿，因此在三維點云面上進行三維加工圖案的路徑設(shè)計，即可實現(xiàn)原位三維加工。

在得到物體上表面的點云模型后，需將待加工圖案或者路徑投影到點云的相應位置，進而生成三維掃描振鏡加工指令。本研究采用將待加工圖形按照圖片像素點投影到三維點云面上的方式進行三維圖案投影。圖片的每一個像素都可以在點云面中找到與其接近的點，并將與其接近的點的高度值的平均值作為該像素點的高度值。在工件特定位置處進行加工，需要通過將導入的圖案進行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)圖案在工件任意位置的精準投影加工，為此本研究開發(fā)了相應的原位加工軟件。

3. 實驗與評價

3.1. 設(shè)備條件

本研究使用Scanlab intelliSCANse 14三維掃描振鏡，配備焦距為255 mm 的f-θ場鏡，工業(yè)相機采用vieworks VH-5MG 500萬像素黑白相機，安裝在掃描振鏡旁側(cè)，鏡頭采用U-TRON FV1520，保證工作距離在350 mm時，視場在200 mm×200 mm左右。激光器采用帶有波長680 nm指示光源的1064 nm光纖激光器（RFL-P30Q）。三維掃描振鏡安裝于三軸運動平臺上，如圖1（b）所示。

圖4. 標準高度臺階量塊測量圖。（a）標準高度臺階量塊實物圖；（b）標準高度臺階量塊點云圖。

圖5. 采用不同方法得到的臺階面平均實際高度值及其誤差比較圖。（a）兩種方法測得的平均實際高度值；（b）兩種方法的誤差，其中方法1為相機內(nèi)、外參及光平面方法，方法2為相機內(nèi)、外參及光平面方法結(jié)合高度標定方法。

3.2. 掃描精度評價

掃描精度與原位加工時激光能否準確聚焦在待加工面有著直接的關(guān)系，本研究選用一塊長80 mm，寬20 mm，標準高度為3 mm、5 mm、10 mm、15 mm的標準高度臺階量塊[圖4（a）]進行掃描精度測試，線激光間距為0.5 mm，掃描振鏡的掃描速度為5000 mm·s-1，相機曝光時間為50 ms。分別采用相機內(nèi)、外參及光平面方程方法以及結(jié)合高度標定方法進行建模。圖4（b）為結(jié)合高度標定方法后掃描得到的點云圖，基本還原了真實量塊的高度信息。為了比較用相機內(nèi)、外參及光平面測量法（方法1）與相機內(nèi)、外參及光平面結(jié)合高度標定測量法（方法2）的測量精度，繪制采用不同方法得到的臺階面平均實際高度值及其誤差比較圖，圖5（a）為兩種方法測得的平均實際高度值與理想高度值的比較；圖5（b）為兩種方法的誤差比較，只用相機內(nèi)、外參及光平面方程進行掃描的誤差隨著y方向距離的變化發(fā)生變化，并呈現(xiàn)兩端誤差大的情況，在高度為15 mm處，誤差最大，超過1 mm；而經(jīng)過高度標定方法測量的結(jié)果在高度方向上誤差始終穩(wěn)定在±0.2 mm的范圍內(nèi)，不隨掃描位置發(fā)生明顯變化。在y方向上提取掃描到工件上的線激光的第一個點和最后一個點的y值坐標，統(tǒng)計并計算掃描得到的工件長度為(79.900±0.154) mm，與實際工件長度80 mm相符合，其誤差在像素量級。

3.3. 實施過程及實例

3.3.1. 案例1——不同高度臺階的投影加工

為了證明本研究開發(fā)的三維原位加工系統(tǒng)的功能，將開展對標準高度臺階進行線激光掃描、加工圖案投影、三維原位加工，其主要步驟如下。

步驟1，前期標定工作：使用Matlab相機標定工具箱進行相機標定，得到相機內(nèi)參、外參，在獲取外參時，將世界坐標系與振鏡坐標系對準采取振鏡掃描xy方向指示光打在棋盤格上進行對準，如圖6（a）所示。采用2.2節(jié)中的高度標定方法進行高度標定。

步驟2，線激光掃描：通過激光器掃描紅光指示光形成線激光，掃描速度為5000 mm·s-1，工業(yè)相機曝光時間為50 ms，間隔0.5 mm掃描一道線激光，使線激光遍歷物體，其中拍攝得到的一幅線激光圖如圖6（b）所示。

步驟3，提取光心并生成三維點云：采用灰度重心法提取得到的光心如圖6（c）中紅線所示。根據(jù)2.1節(jié)及2.2節(jié)中的方法生成待加工表面點云。

步驟4，加工圖案投影：通過OpenGL顯示生成的三維點云，并導入事先準備好的加工圖案，將圖案經(jīng)過一定的縮放、平移、旋轉(zhuǎn)投影到三維點云面上，生成并在點云面上顯示實際加工圖案，如圖7所示。

步驟5，三維原位加工：為了不破壞標準量塊，在量塊上貼了熱敏紙，激光在熱敏紙上原位標刻出圖案，如圖6（d）所示，原位加工后的圖案與設(shè)計圖案一致。

本研究利用C# winform平臺開發(fā)了原位加工軟件，如圖7所示，軟件具有掃描線激光、導入點云、導入加工圖案、對加工圖案進行平移旋轉(zhuǎn)縮放、生成加工投影圖案、控制振鏡加工、控制三軸運動平臺等功能。

圖6. 不同高度臺階的投影加工的實施與結(jié)果。（a）相機標定過程中振鏡坐標系與世界坐標系對準方法；（b）一幅線激光圖；（c）該線激光圖提取的光心圖，其中紅線為提取得到的光心；（d）在標準量塊上張貼了熱敏紙后的原位加工圖案。

圖7. 三維原位加工軟件界面。

3.3.2. 案例2——大零件的局部掃描加工

本系統(tǒng)的優(yōu)勢之一在于當零件較大時，由于掃描和加工之間零件的位置不會發(fā)生變化，只需對待加工部位進行局部掃描，進一步減少不必要的工作量。選則一個尺寸較大的非標準零件，如圖8（a）所示，其加工結(jié)果如圖8（b）所示。只需保證待加工部位位于振鏡加工范圍及工業(yè)相機視野范圍內(nèi)即可，無需特意擺放位置。圖 8（c）、（d）為對零件局部一角進行掃描建模的結(jié)果，然后在其上投影二維碼圖案，投影后直接進行加工，即可在工件相應位置處加工出設(shè)計圖形，十分便捷。從加工效果可以看出，加工出的圖案完整，無明顯瑕疵，原位加工完成的二維碼的位置和尺寸與軟件中的設(shè)計相符合。

3.3.3. 案例3——弧面投影及變像素距離加工

為了驗證該加工系統(tǒng)對于曲面的加工效果以及改變加工線間距的加工效果，選取一個鋁合金弧面（40 mm×40 mm×11.5 mm）作為加工對象，并將圖案進行等弧長變換后投影，通過軟件中的像素距離人為調(diào)節(jié)加工線間距。掃描及投影結(jié)果如圖9（a）所示，加工時分別采用40 μm和120 μm的加工線間距，加工效果如圖9（b）、（c）所示。當加工線間距為40 μm時，加工圖案被填實，當加工線間距為120 μm時，加工線之間有間隙。在圓弧頂部進行光學顯微鏡觀測，測量得到激光加工的線寬為(46.08±1.22) μm，實際線間距分別為(40.04±0.72) μm和(120.11±0.02) μm，與設(shè)計尺寸相符，表明該系統(tǒng)具有較高的加工精度。

圖8. 大零件的局部掃描加工的實施和結(jié)果。（a）較大尺寸的非標零件；（b）零件局部的原位加工二維碼效果；（c）、（d）二維碼原位投影結(jié)果。

3.3.4. 案例4——刀具測量及表面微織構(gòu)原位加工

刀具表面織構(gòu)化技術(shù)可以實現(xiàn)良好的減磨效果，從而提高刀具的耐磨性和加工性能。利用本研究中的設(shè)備和方法，可以無需夾具，進行刀具形貌的原位測量及微織構(gòu)的原位加工，刀具的尖角和孔等特殊結(jié)構(gòu)可以檢驗本方法的有效性。圖10（a）為具有一定前角的三角形車刀，激光線間隔0.2 mm對其進行測量，測量結(jié)果[圖10（b）]可以明顯看到刀具前刀面及前角，提取測量得到的刀具輪廓[圖10（c）]，通過DigitalMicrograph軟件測量三邊長度及圓的直徑，當考慮到0.2 mm的刀尖圓弧半徑后，其實際長度為L=Li-2 × (√3 - 1) × 0.2，其中L為考慮圓弧半徑的長度，Li為未考慮刀尖圓弧半徑的長度（圖中的長度），各個尺寸的測量值與游標卡尺實測值見表1。通過原位加工軟件導入織構(gòu)圖案，并投影在前刀面上[圖10（d）]，原位加工出的織構(gòu)如圖10（e）所示。設(shè)計的織構(gòu)圖案可以準確地原位加工在刀具前刀面上。該方法可以通過優(yōu)化織構(gòu)圖案及加工工藝滿足不同刀具織構(gòu)的制造。

圖9. 弧面投影及變像素距離加工實施和結(jié)果。（a）弧面掃描及圖案投影結(jié)果；（b）加工線間距為40 μm的加工效果；（c）加工線間距為120 μm的加工效果；（d）加工線間距為40 μm的光學顯微鏡觀測結(jié)果；（e）加工線間距為120 μm的光學顯微鏡觀測結(jié)果。

4. 討論

與使用線激光器的傳統(tǒng)線結(jié)構(gòu)光測量方法不同的是，本研究使用振鏡掃描產(chǎn)生線激光。傳統(tǒng)線結(jié)構(gòu)光由于激光器發(fā)出的激光位置不能被準確控制，因此需要對光平面進行標定來獲取光平面方程，為此需進行大量研究，如Liu等[40]用球形靶標以及非線性優(yōu)化實現(xiàn)光平面的標定，Kiddee等[41]在棋牌格上投射十字線結(jié)構(gòu)光計算光平面方程，這些標定方法算法復雜且需要精確的標定靶標。本研究中用掃描振鏡產(chǎn)生激光線，其坐標可以通過振鏡精確控制，因此省去了光平面標定的必要，大大簡化了線結(jié)構(gòu)光測量的難度和工作量。傳統(tǒng)的線結(jié)構(gòu)光三維重建，需要額外的運動軸或轉(zhuǎn)動軸配合實現(xiàn)激光線對物體的掃描，本研究中的振鏡可以實現(xiàn)自掃描，省去了加入額外運動機構(gòu)的必要，節(jié)省了設(shè)備成本和空間。因此，通過振鏡進行線結(jié)構(gòu)測量具有技術(shù)上和裝備上的優(yōu)勢。

圖10. 刀具測量及表面微織構(gòu)原位加工實施和結(jié)果。（a）具有一定前角的三角形車刀；（b）重建結(jié)果；（c）刀具輪廓俯視圖；（d）原位加工軟件截圖；（e）微織構(gòu)的原位加工結(jié)果。

表1 刀具各個尺寸的原位測量結(jié)果與游標卡尺測量結(jié)果

三維掃描振鏡必須獲取物體的三維信息才能實現(xiàn)光斑在物體上的準確聚焦，然而目前的三維振鏡并沒有三維測量能力，需要通過其他設(shè)備建模提供三維信息，這對使用過程帶來了不便。本研究的方法只需配置一個工業(yè)相機，就可以為三維掃描振鏡增加三維測量能力，與以往三維加工需要經(jīng)過三維建模、導入模型、通過夾具定位才能實現(xiàn)加工的方式不同，本研究的方法無需夾具和人為定位，通過原位測量即可實現(xiàn)物體三維信息和加工坐標系的匹配，實現(xiàn)了任意放置即可加工的簡單操作流程，大大減少了設(shè)備成本和時間成本。

當工件尺寸較大時，由于相機內(nèi)、外參標定不準確，將導致距離世界坐標系原點遠的點的誤差被明顯放大。三維掃描振鏡在加工時，由于掃描得到的高度不準確，將會導致焦點離焦，進而影響加工質(zhì)量。為了進一步提高三維測量精度，本研究提出了結(jié)合高度標定的方法，解決單一標定方法在實際操作中誤差會因工件尺寸增大而顯現(xiàn)的問題，進而保證激光始終聚焦。高度標定方法的誤差主要來源于光心提取過程中線激光較粗，且相機分辨率不高導致光心提取不準確，但其誤差在可接受范圍內(nèi)。

5. 結(jié)論

本研究利用一套三維掃描振鏡及一個旁軸相機搭建了測量加工一體化的原位激光三維加工系統(tǒng)，利用掃描振鏡掃描線結(jié)構(gòu)光進行三維測量，提出了基于掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光測量模型，通過相機標定和高度標定方法保證測量精度。通過實驗案例驗證了整套系統(tǒng)的可行性及實用性。

本研究方法的優(yōu)點在于：①與傳統(tǒng)線結(jié)構(gòu)光測量方法相比，本方法通過振鏡控制光平面而不需要進行光平面方程標定，也不需要通過額外的運動軸實現(xiàn)三維重建，在方法便捷性和硬件成本上具有優(yōu)勢；②通過測量加工一體化的方法簡化了加工步驟，節(jié)省了時間和勞動成本。

對于精度要求高的加工任務，本研究中的原位加工方法可進行粗定位，通過配置精度更高的同軸觀測設(shè)備（如Camera Adapter）進行精定位，進而實現(xiàn)高精度宏微結(jié)合激光加工，在后續(xù)工作中值得研究。

致謝

本研究得到了國家重點研究發(fā)展計劃（2017YFB1104602和2016YFB1102502）、長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃（IRT_15R54）的支持。

Compliance with ethics guidelines

Xiao Li, Bin Liu, Xuesong Mei, Wenjun Wang, Xiaodong Wang, and Xun Li declare that they have no conflict of interest or fi nancial conf l icts to disclose.