3D打印技术是上世纪80年代末发展起来的快速成型制造技术，它摆脱了传统加工方式的桎梏，无需传统机加工设备即可快速加工出形状复杂的部件， 3D打印技术与传统制造方法最大的区别体现在产品成型的过程上。传统的制造业，制造流程包括设计、制作模具，铸造或锻造，成品切割，部件组装等。而3D打印是增材制造，免去了复杂的加工过程，无需模具，分层打印成型。因此，3D打印技术可以打印出传统方法无法制造的产品，打印更复杂的结构，是一项涉及机械、电子、计算机、化学、物理、材料等方面的多学科交叉技术。

现今，3D打印技术广泛应用于医学、建筑学、考古学、机械工程等领域，其又可大致可分为金属打印和非金属打印，但在3D打印制作过程中，其精度受很多因素的影响——3D打印的成型方向与分层厚度，模型的几何参数，打印工作台的平面度，环境、喷头温度，材料特性等。因此，除了3D打印的增材制造分层效应所带来产品粗糙度的问题，单就3D打印机自身的安装误差、控制误差、以及打印时的工作环境，打印出的产品与设计模型的出入甚至可以称之为偏差，因此，提高3D打印的质量是很有必要也很有意义的。目前国内外关于如何提高3D打印自身的精度与质量已经有了很多的方法与方案，如优化打印的成型方向与分层厚度、优化模型几何参数、改善打印机工作平台平面度等^[1]，故如何通过简单快速的方法提取打印出成品外型数据与原有设计模型数据进行比对，成为了提高3D打印产品质量的先决条件。

获取产品外部数据的方法有很多种，在我国大多数生产企业的加工现场，产品尺寸的测量采用V型块配合百分表、千分表或千分尺等传统量具。这种传统测量方法对操作人员自身技术水平要求很高，操作者的劳动强度很大，测量效率低下，测量准确度也无法得到保证，传统测量方法无法满足对于复杂表面、曲面的测量。与传统方法相比较，光学三维扫描技术具有无接触检测、速度快、数据量大等优势，准确、快速地获得被检测对象表面特征信息，能够将被检测对象的表面形状转换成离散的几何坐标数据，在此基础上实现被检测对象表面参数的数字化、可视化，并可以将得到的数据进行反求与原模型进行比较，对产品质量进行直观、迅速地判断与检测。

基于光学三维扫描的原理，国内外很多学者验证了基于光学三维扫描方式获取产品外部轮廓数据方法的可靠性，并进行了实际的应用，取得了不错的应用效果。清华大学龙玺等^[4]对结构光三维扫描方法的基本工作原理进行了全面分析，并在此基础上提出了一种新的三维拼接技术，在实验中对汽车模型进行了4个视点的扫描，得到的整体拼合后的车模点云图可以完整清晰地反映出了物体的三维轮廓信息，也可以精确地获得其尺寸。 上海交通大学樊强等^[5]针对复杂型面刀具的设计要求和结构特点，研究开发了一种基于点采集的高精度非接触式激光扫描测量系统，完成了对精密刀具等小尺寸复杂表面数据的测量与反求，成功实施了高精度的三维测量。山东职业学院于延军^[6]使用三维扫描仪对曲轴锻模进行了数据采集，并通过数据处理，模型反求，偏差分析完成了对曲轴锻模是否需要进行二次加工的判断，解决了传统复杂曲轴锻模检测、测量不准等技术问题，为曲轴锻模的修复、使用与加工改进提供检测依据。清华大学盛选禹等^[7]利用工业CT机对含有内腔结构的发动机零件进行扫描；将云点图像转换为三维实体模型，得到了发动机零件的实际结构尺寸，实现了对含有内腔结构的发动机零件的逆向设计。北京航空航天大学郭鸿等^[8]，利用激光扫描三维测量技术，通过气缸垫检测仪扫描气缸垫表面采集三维坐标信息并生成了气缸垫的灰度位图，利用数字图像处理技术处理位图，采用人机交互完成了汽缸垫三维尺寸的测量。克服了传统测量方式中接触力、被测结构变形等因素带来的不利影响。同济大学朱合华等^[9]采用三维数字照相与三维激光扫描技术，对岩体表面和节理面的几何信息进行高精度的采集与重构，在此基础上，自动化地生成岩体的数字模型，然后针对不同的数值方法，使用块体切割或三维网格剖分技术，将数值分析所需要的数据，集成到依据工程信息自动生成的数字模型中，实现岩体隧道的数字数值一体化。厦门理工学院何原荣等^[10]采用三维激光扫描技术对宋代古船进行数字化重建。构建了宋代古船的真实三维模型，并通过3D打印技术制作古船的高精度实体复原模型。并得出研究结果：三维激光扫描技术及3D打印技术可以用于历史文物信息的保存和提高文物修复效率，可以避免接触式测量给历史文物带来的表面损坏。武汉大学徐进军等^[11]利用三维激光对近堤岸桥塔进行了扫描，通过数据处理对棱线点云进行曲线拟合，以具有代表性的４条棱线的挠度来反映桥塔的挠度变化。也同时提出由于三维激光扫描易受外界环境影响、点云扫描密度不够等问题，造成棱线点云提取的精度受到一定程度影响。认为该方法可以作为现有挠度监测手段的一种补充，相应的数据处理方法在实用中应该进行改进。同济大学戴靠山等^[12]利用激光扫描技术对一座风电塔的外形进行了扫描，并利用扫描数据进行风电塔几何外形的建模，验证了结构的直径尺寸，同时利用扫描数据对风电塔的垂直度进行了评估，认为在有效数据范围内，激光扫描结果可以通过对比来获取已建成结构的几何缺陷及倾斜等信息，可以进一步基于三维激光扫描技术开发其他风电塔检测技术。Andrey V等^[13]为了数字化保存莫斯科Shabolovka广播塔原有的几何形状和设计数据进行了激光扫描，他们从7个视点扫描，形成一个65米的点云，并利用扫描的结果和现存的图纸，建立了一个精确的多边形三维模型，使他们能够在一个合理的时间范围内(约300天)将高精确度(1厘米左右误差)的大型钢结构进行反求建模并实现数据可视化。Ian M．G等^[14]利用手持激光扫描仪收集了冰雹的外型数据，通过对收集到的数据进行反求建模，并通过3D打印得到模型，收集的数据可以应用于研究冰雹形状空气动力学、强度与密度的关系，以及对雷达冰雹探测和冰雹损伤的严重程度进行新的研究。并可以通过数值模拟方法来提高建筑材料的冲击性能，开发新的风险评估方法。这些将有助于减轻每年严重的冰雹造成的大量财产损失。Enrique V等^[15]利用激光扫描和射频识别技术对家具内部进行语义三维重建，同时提出了一种基于RFID技术的层次化三维数据处理算法，能够生成家具详细、精确的语义三维模型。

以上是国内外学者对光学三维扫描技术的一些应用，我们可以发现，光学三维扫描技术在各个学科领域（建筑、土木、机械等）都有着广泛的应用，且都取得了不错的效果，相比于传统测量方法，它具有速度快，准确度高等优点，但是我们也发现，光学三维扫描技术的精确性存在着一些控制因素，扫描测头标定的准确度，采集的点云数据是否准确，能否精确的进行点云降噪，数据点云向三维模型重建算法的选择等都会影响最终的反求结果，于是如何提升三维扫描的精确度，选择合适的点云拟合模型方法，对利用三维扫描技术进行模型反求建模有着重大的意义，国内外的学者就此提出了一系列的方案。北京工业大学张白等^[16]为减小三维扫描测头的标定方法对测量系统定位精度的要求，设计了一种最小二乘迭代算法及迭代数据筛选算法，实现了高精度高效率对三维扫描测头的标定。该方法对标定过程中三维扫描测头的定位精度没有要求，对于测量机误差以及扫描测头探测误差不敏感，三维扫描测头坐标系单位向量精度可达0．00001，可以完全满足三维扫描测头标定要求。 西南交通大学袁建英等^[17]针对结构光三维扫描系统需要借助精密的人工参照物进行标定，参照物的制作成本高且标定步骤复杂等缺陷，提出一种新的标定方法：通过人工编码标记圆获得标定所需要的同名点，并采用因子分解方法得到射影空间下相机的投影矩阵和空间物点坐标，再借助旋转矩阵的单位正交性与绝对二次曲面秩为3的特性，将射影空间升级至欧式空间，并利用光束法平差进行全局优化。浙江大学田里等^[18]针对在OpenCV中关于特征点识别的相关函数不够稳定，识别的效果容易受到环境、光线等因素的影响的问题，提出了一种自动化结构光三维扫描仪的标定方法。他在传统的两步标定法中引入了一种新的棋盘格角点的自动提取方法，利用标定棋盘格的特点实现了亚像素级的角点坐标自动化提取，并保证了较快和较高的标定精度和鲁棒性。合肥工业大学刘虹等^[19]针对传统三维扫描测量机器人依赖于机器人的定位精度从而难以实现高精度测量的问题，提出了一种三维扫描测头精确跟踪定位的摄影测量方法。Viboon S等^[20]提出了一种从无组织点云计算三维复杂曲面的重建技术。提出了一种基于两级自适应分层聚类算法的神经网络，对无组织点进行管理，使三角网格模型能够通过应用三角网格生成算法得到正确的结果。

以上是国内外学者针对光学三维扫描方法的不足或者不便之处提出的一些改进机制与方案，我们有理由相信在特定的工作环境与精度要求下，使用光学三维扫描技术，我们可以精确的得到物体外观特征属性，并利用扫描获得的数据，进行高精度的模型反求与重建。

综合上述文献所述，国内外各学科领域对基本或复杂物体的测量、反求建模都有利用机器视觉或光学三维扫描方法的发展趋势，这从一定程度上印证了光学三维扫描技术测量方法相比较传统的测量工具与方法的优越性。本文拟引用上述文献的研究、思想方法应用光学三维扫描技术对3D打印产品的精度进行检测。