结构光扫描用于创建物理对象的 3D 渲染。结构光扫描仪包含一个投影仪，用于将光图案投射到测试对象上，以及一个或多个摄像头，用于捕获物体表面产生的扭曲图案（通常有两个摄像头）。对相机捕获的图像进行分析，以确定物体的形状。利用投影仪和相机之间的校准空间关系，通过拼接物体周围不同位置的多个图像，生成显示物体外表面的点云。点云被多边形化以生成网格，然后可以将其导出为立体光刻 （STL） 文件，用于分析、逆向工程、CNC 加工路径的库存模型定义、过程中监控和增材制造修复材料的位置选择，仅举几例。
为了充分利用从结构光扫描中提取的零件尺寸，我们必须了解传感器的性能。根据NIST的说法，用于量化这种性能的一个指标是测量的可重复性，即“在改变的测量条件下进行的相同测量结果之间的一致性”。在这项研究中，我们使用图 1 中所示的伪影来评估可重复性，方法是选择 15 个位置来创建网格，并使用每个网格结构的不同位置重复 15 个位置的测量序列 10 次。均值、范围和标准差是根据特征维度中的分布计算得出的。这既包括扫描的影响，也包括零件相对于扫描仪的位置和方向。对 10 个位置和 5 个位置重复此序列以评估相应的灵敏度。
本研究中使用的蔡司 ATOS Q 结构光扫描仪使用两个摄像头和一个基于 LED 的结构光投影仪每次扫描可收集 800 万个点。测量范围从 100 mm × 70 mm 到 500 mm × 370 mm。本研究中应用的测量面积为 350 mm × 260 mm，工作距离为 490 mm。点与点之间的距离从 0.04 毫米到 0.15 毫米不等。该工件由 50.8 毫米× 50.8 毫米× 101.6 毫米 6061-T6 铝材进行 CNC 加工。如图 1 所示，几何形状包括 10 个孔，标称直径为 2.9 – 15.9 mm，四个台阶高度为 20、25、30 和 35 mm。加工后，棱柱形零件经过喷砂处理，达到缎面光洁度。
图 2 显示了直径标准偏差与平均圆直径的函数关系比较。标准差值随圆直径的增加而减小。这是因为较大的圆圈有更多的点可用于从扫描中定义其形状。此外，减少扫描位置的数量会增加圆直径的标准偏差。
为了总结所选伪影和特征的结构光扫描仪测量性能，提供了两张图：一张用于 10 个圆圈（图 4），另一张用于四个台阶高度（图 5）。每个图中的纵轴表示测量位置的数量，横轴表示特征大小。高度图显示了 10 个独立测试对每个特征大小-位置组合数的可重复性（一个标准差）。单位为千分尺。
结果是，对于圆，取决于用于定义特征的点数，低标准偏差（5 μm 或更小）仅适用于许多测量位置（10 至 15 个）和中等到大圆（6 – 16 mm）。另一方面，对于台阶高度，对特征大小没有很强的依赖性（即，轮廓近似平坦）。这是因为无论台阶高度如何，工件几何形状都为测量提供了大致相同的表面积。许多测量位置（10 至 15 个）均具有低标准偏差（5 μm 或更小）。
