CN101566466A - 轮廓度分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种轮廓度分析方法，该方法包括如下步骤：获取需进行轮廓度计算的物件的所有理论轮廓数据和量测点数据；设置轮廓度计算的公差及精确度；当所述获取的量测点需要向理论轮廓平移时，记录该平移后的量测点在X轴和Y轴上移动的距离；当所述获取的量测点需要向理论轮廓旋转时，记录该旋转后的量测点绕Z轴所旋转的角度；计算各量测点平移和旋转后的点的坐标；计算各量测点的最小误差距离；及计算该被测物件的轮廓度及残差。另外，本发明还提供一种轮廓度分析系统。

Description

轮廓度分析系统及方法

技术领域

本发明涉及一种轮廓度分析系统及方法。

背景技术

影像量测是目前精密量测领域中最广泛使用的量测方法，该方法不仅精确度高，而且量测速度快。影像量测主要用于零件或者部件的尺寸误差和形位误差的量测，对保证产品质量起着重要的作用。

但是，现有影像量测系统给出的误差只是笼统的误差范围，不能直观的表达各个量测点的误差范围，同时，现有影像量测系统的轮廓度计算很单一，不能根据用户不同的需求进行不同基准的轮廓度计算。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种轮廓度分析系统，可以根据用户的不同需求进行不同的轮廓度计算，并直观的表达出每一量测点的误差状况。

此外，还有必要提供一种轮廓度分析方法，可以根据用户的不同需求进行不同的轮廓度计算，并直观的表达出每一量测点的误差状况。

一种轮廓度分析系统，包括计算机及与该计算机相连的数据库，该计算机包括：获取模块，用于从该数据库中获取需进行轮廓度计算的物件的所有理论轮廓数据和量测点数据；设置模块，用于设置轮廓度计算的公差及精确度；平移模块，用于当所述获取的量测点需要向理论轮廓平移时，根据设置的精确度依次将各量测点向理论轮廓平移，并记录平移后的各量测点相对于理论轮廓平移的距离；所述设置模块还用于当所述获取的量测点不需要向理论轮廓平移时，将各量测点相对于理论轮廓的平移距离设置为零；旋转模块，用于当所述获取的量测点需要向理论轮廓旋转时，根据设置的精确度依次将各量测点向理论轮廓旋转，并记录各量测点相对于理论轮廓旋转的角度；所述设置模块还用于当所述量测点不需要向理论轮廓旋转时，将各量测点相对于理论轮廓的旋转角度设置为零；及计算模块，用于根据所述各量测点相对于理论轮廓平移的距离及旋转的角度依次计算各量测点平移和旋转后的点的坐标，根据所述平移和旋转后的点到理论轮廓的距离计算各量测点的最小误差距离，根据所述所有量测点的最小误差距离计算该被测物件的轮廓度及残差。

一种轮廓度分析方法，该方法包括如下步骤：从数据库中获取需进行轮廓度计算的物件的所有理论轮廓数据和量测点数据；设置轮廓度计算的公差及精确度；当所述获取的量测点需要向理论轮廓平移时，根据设置的精确度依次将各量测点向理论轮廓平移，并记录平移后的各量测点相对于理论轮廓平移的距离；当所述获取的量测点不需要向理论轮廓平移时，将各量测点相对于理论轮廓的平移距离设置为零；当所述获取的量测点需要向理论轮廓旋转时，根据设置的精确度依次将各量测点向理论轮廓旋转，并记录各量测点相对于理论轮廓旋转的角度；当所述量测点不需要向理论轮廓旋转时，将各量测点相对于理论轮廓的旋转角度设置为零；及根据所述各量测点相对于理论轮廓平移的距离及旋转的角度依次计算各量测点平移和旋转后的点的坐标，根据所述平移和旋转后的点到理论轮廓的距离计算各量测点的最小误差距离，根据所述所有量测点的最小误差距离计算该被测物件的轮廓度及残差。

相较于现有技术，所述轮廓度分析系统及方法，可以根据用户的不同需求进行不同的轮廓度计算，并直观的表达出每一量测点的误差状况，以便工作人员能够快速做出针对性改善，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明轮廓度分析系统较佳实施例的硬件架构图。

图2是图1中计算机的功能模块图。

图3是本发明轮廓度分析方法较佳实施例的作业流程图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明物件轮廓度分析系统较佳实施例的系统架构图。该系统主要包括计算机1、数据库2、显示器3、键盘4及鼠标5。该数据库2用于存储被量测物件的理论轮廓数据和各量测点数据。该计算机1与该数据库2相连，用于获取数据库2中需进行轮廓度计算的物件的理论轮廓数据和各量测点数据，根据用户不同需求选择相应的计算方式计算该物件各个量测点相对于理论轮廓的最小误差距离，及根据计算的所有量测点的最小误差距离中的最大值和最小值计算该物件的轮廓度。所述显示器3、键盘4及鼠标5分别与计算机主机1相连，用于在该物件轮廓度计算过程中数据的输入和输出。

如图2所示，是图1中计算机1的功能模块图。该计算机1包括获取模块10、设置模块12、判断模块14、平移模块16、旋转模块18、计算模块20及显示模块22。

所述获取模块10用于从数据库2中获取需进行轮廓度计算的物件的所有理论轮廓数据和量测点数据。所述轮廓度计算的方式包括无基准要求的计算方式、基于轴的计算方式及基于平面的计算方式。其中，无基准要求的计算方式是指将物件各个量测点在平面上通过平移和旋转得到最接近理论轮廓数据的坐标值，并根据平移和旋转后的物件各个量测点坐标值进行轮廓度计算；基于轴的计算方式是指将物件各个量测点在X轴或Y轴上平移一段距离得到最接近理论轮廓数据的坐标值，并根据平移后的物件各个量测点坐标值进行轮廓度计算；所述基于平面的计算方式是指物件各个量测点不能进行平移和旋转，直接利用物件各个量测点坐标值进行轮廓度计算。所述理论轮廓数据是指在设计时给出的理论尺寸数据，理论轮廓可以是点、直线、圆及圆弧。所述量测点数据是指在对物件进行影像量测时量测到的物件上所有量测点的坐标值，所述坐标为二维坐标。

所述设置模块12用于设置轮廓度计算的公差、精确度及误差放大倍数。所述公差是指轮廓度计算结果所允许的误差范围；所述精确度是指轮廓度计算结果所精确到的小数点后的位数；所述误差放大倍数是指当误差非常小时，将该误差放大以更直观的表达该误差，该放大倍数可以为1-100倍。

所述判断模块14用于判断所述获取的量测点是否需要向理论轮廓平移。当用户所需求的轮廓度的计算方式为无基准要求或基于轴的计算方式时，判断模块14判断所述获取的量测点需要向理论轮廓平移；当用户所需求的轮廓度的计算方式为基于平面的计算方式时，判断模块14判断所述获取的量测点不需要向理论轮廓平移。

所述平移模块16用于当所述获取的量测点需要向理论轮廓平移时，依次将各量测点向理论轮廓平移，当平移后的量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求时，记录该平移后的量测点在X轴和/或Y轴上移动的距离。当所选择的轮廓度计算方式为基于轴的计算方式时，量测点可在X轴或Y轴上移动；当所选择的轮廓度计算方式为无基准要求的计算方式时，量测点可在X轴和Y轴上移动。所述平移的方法为：将量测点到理论轮廓的距离进行等分，例如：10等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，得到距离最小的部分，再将该距离最小的部分进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，得到距离最小的部分，依次类推进行递归运算，当平移后的量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求时，记录此时量测点在X轴和Y轴上移动的距离。

所述设置模块12还用于当所述获取的量测点不需要向理论轮廓平移时，将各量测点在X轴和Y轴的移动距离设置为0。

所述判断模块14还用于判断所述获取的量测点是否需要向理论轮廓旋转。当轮廓度的计算方式为无基准要求时，判断模块14判断所述获取的量测点需要向理论轮廓旋转；当轮廓度的计算方式为基于平面或基于轴的计算方式时，判断模块14判断所述获取的量测点不需要向理论轮廓旋转。

所述旋转模块18用于当所述获取的量测点需要向理论轮廓旋转时，依次将量测点作为圆心，将各量测点以量测点到理论轮廓中心点的距离为半径，绕与量测点所在平面垂直的Z轴旋转，当旋转后的量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求时，记录该旋转后的量测点绕Z轴所旋转的角度。所述旋转的方法为：将量测点绕Z轴旋转一周的360度角进行等分，例如：10等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，得到距离最小的部分，再将该距离最小的部分进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，得到距离最小的部分，依次类推进行递归运算，当旋转后的量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求时，记录此时量测点所旋转的角度。

所述设置模块12还用于当所述量测点不需要向理论轮廓旋转时，将各量测点的旋转角度设置为0。

所述计算模块20用于根据所述各量测点向理论轮廓平移的距离及旋转的角度依次计算各量测点平移和旋转后的点的坐标。计算的公式为：

$[X,Y,Z,1]=[x,y,z,1]*\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ \mathrm{Lx}& \mathrm{Ly}& 0& 1\end{array}\right)*\left(\begin{array}{cccc}\mathrm{Cos}\left(a\right)& \mathrm{Sin}\left(a\right)& 0& 0\\ -\mathrm{Sin}\left(a\right)& \mathrm{Cos}\left(a\right)& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)$

其中，[x，y，z，1]中的x，y为量测点的坐标，z为0，Lx为量测点在X轴移动的距离，Ly为量测点在Y轴移动的距离，a为量测点向理论轮廓旋转的角度，[X，Y，Z，1]中的X，Y为量测点平移和旋转后的坐标。

所述计算模块20还用于根据所述平移和旋转后的点到理论轮廓的距离计算各量测点的最小误差距离。当平移和旋转后的点在理论轮廓上的投影在该理论轮廓上时，则计算该平移和旋转后的点到理论轮廓的距离为相应量测点的最小误差距离；当平移和旋转后的点在理论轮廓上的投影不在该理论轮廓上时，则计算该平移和旋转后的点到理论轮廓的各端点的最近距离为相应量测点的最小误差距离。

所述计算模块20还用于根据所述所有量测点的最小误差距离计算该被测物件的轮廓度及残差。所述轮廓度为所有量测点的最小误差距离中的最大值与最小值的绝对值之和，所述残差为所有量测点的最小误差距离的绝对值之和。

所述判断模块14还用于根据所设置的公差判断所计算的轮廓度是否合格。当所计算的轮廓度在所设置的公差范围内时，判断所计算的轮廓度合格；当所计算的轮廓度不在所设置的公差范围内时，判断所计算的轮廓度不合格。

所述显示模块22用于当所述计算的轮廓度合格时，将所计算的各量测点的最小误差距离、轮廓度值及残差显示于该物件的量测图像上，并显示“pass”。所述显示模块22还用于当所述计算的轮廓度不合格时，将所计算的各量测点的最小误差距离、轮廓度值及残差显示于该物件的量测图像上，并显示“fail”。

如图3所示，是本发明轮廓度分析方法较佳实施例的作业流程图。步骤S10，获取模块10从数据库2种获取需进行轮廓度计算的物件的所有理论轮廓数据和量测点数据。

步骤S12，设置模块12设置轮廓度计算的公差、精确度及误差放大倍数。

步骤S14，判断模块14判断所述获取的量测点是否需要向理论轮廓平移。当用户所需求的轮廓度的计算方式为无基准要求或基于轴的计算方式时，判断模块14判断所述获取的量测点需要向理论轮廓平移；当用户所需求的轮廓度的计算方式为基于平面的计算方式时，判断模块14判断所述获取的量测点不需要向理论轮廓平移。

步骤S16，当所述获取的量测点需要向理论轮廓平移时，平移模块16依次将各量测点向理论轮廓平移，当平移后的量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求时，记录该平移后的量测点在X轴或/和Y轴上移动的距离。当所选择的轮廓度计算方式为基于轴的计算方式时，量测点可在X轴或Y轴上移动；当所选择的轮廓度计算方式为无基准要求的计算方式时，量测点可在X轴和Y轴上移动。所述平移的方法为：将量测点到理论轮廓的距离进行等分，例如：10等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，得到距离最小的部分，再将该距离最小的部分进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，得到距离最小的部分，依次类推进行递归运算，当平移后的量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求时，记录此时量测点在X轴和Y轴上移动的距离。

步骤S18，当所述获取的量测点不需要向理论轮廓平移时，设置模块12将各量测点在X轴和Y轴的移动距离设置为0。

步骤S20，判断模块14判断所述获取的量测点是否需要向理论轮廓旋转。当轮廓度的计算方式为无基准要求时，判断模块14判断所述获取的量测点需要向理论轮廓旋转；当轮廓度的计算方式为基于平面或基于轴的计算方式时，判断模块14判断所述获取的量测点不需要向理论轮廓旋转。

步骤S22，当所述获取的量测点需要向理论轮廓旋转时，旋转模块18依次将量测点作为圆心，将各量测点以量测点到理论轮廓中心点的距离为半径，绕与量测点所在平面垂直的Z轴旋转，当旋转后的量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求时，记录该旋转后的量测点绕Z轴所旋转的角度。所述旋转的方法为：将量测点绕Z轴旋转一周的360度进行等分，例如：10等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，得到距离最小的部分，再将该距离最小的部分进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，得到距离最小的部分，依次类推进行递归运算，当旋转后的量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求时，记录此时量测点所旋转的角度。

步骤S24，当所述量测点不需要向理论轮廓旋转时，设置模块12将各量测点的旋转角度设置为0。

步骤S26，计算模块20根据所述各量测点向理论轮廓平移的距离及旋转的角度依次计算各量测点平移和旋转后的点的坐标。计算的公式为：

$[X,Y,Z,1]=[x,y,z,1]*\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ \mathrm{Lx}& \mathrm{Ly}& 0& 1\end{array}\right)*\left(\begin{array}{cccc}\mathrm{Cos}\left(a\right)& \mathrm{Sin}\left(a\right)& 0& 0\\ -\mathrm{Sin}\left(a\right)& \mathrm{Cos}\left(a\right)& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)$

其中，[x，y，z，1]中的x，y为量测点的坐标，z为0，Lx为量测点在X轴移动的距离，Ly为量测点在Y轴移动的距离，a为量测点向理论轮廓旋转的角度，[X，Y，Z，1]中的X，Y为量测点平移和旋转后的坐标。

步骤S28，计算模块20根据所述平移和旋转后的点到理论轮廓的距离计算各量测点的最小误差距离。当平移和旋转后的点在理论轮廓上的投影在该理论轮廓上时，则计算该平移和旋转后的点到理论轮廓的距离为相应量测点的最小误差距离；当平移和旋转后的点在理论轮廓上的投影不在该理论轮廓上时，则计算该平移和旋转后的点到理论轮廓的各端点的最近距离为相应量测点的最小误差距离。

步骤S30，计算模块20根据所述所有量测点的最小误差距离计算该被测物件的轮廓度及残差。所述轮廓度为所有量测点的最小误差距离中的最大值与最小值的绝对值之和，所述残差为所有量测点的最小误差距离的绝对值之和。

步骤S32，判断模块14根据所设置的公差判断所计算的轮廓度是否合格。当所计算的轮廓度在所设置的公差范围内时，判断所计算的轮廓度合格；当所计算的轮廓度不在所设置的公差范围内时，判断所计算的轮廓度不合格。

步骤S34，当所述计算的轮廓度合格时，显示模块22将所计算的各量测点的最小误差距离、轮廓度值及残差显示于该物件的量测图像上，并显示“pass”。

步骤S36，当所述计算的轮廓度不合格时，显示模块22将所计算的各量测点的最小误差距离、轮廓度值及残差显示于该物件的量测图像上，并显示“fail”。

Claims (10)

1.一种轮廓度分析系统，包括计算机及与该计算机相连的数据库，其特征在于，该计算机包括：

获取模块，用于从该数据库中获取需进行轮廓度计算的物件的所有理论轮廓数据和量测点数据；

设置模块，用于设置轮廓度计算的公差及精确度；

平移模块，用于当所述获取的量测点需要向理论轮廓平移时，根据设置的精确度依次将各量测点向理论轮廓平移，并记录平移后的各量测点相对于理论轮廓平移的距离；

所述设置模块还用于当所述获取的量测点不需要向理论轮廓平移时，将各量测点相对于理论轮廓的平移距离设置为零；

旋转模块，用于当所述获取的量测点需要向理论轮廓旋转时，根据设置的精确度依次将各量测点向理论轮廓旋转，并记录各量测点相对于理论轮廓旋转的角度；

所述设置模块还用于当所述量测点不需要向理论轮廓旋转时，将各量测点相对于理论轮廓的旋转角度设置为零；及

计算模块，用于根据所述各量测点相对于理论轮廓平移的距离及旋转的角度依次计算各量测点平移和旋转后的点的坐标，根据所述平移和旋转后的点到理论轮廓的距离计算各量测点的最小误差距离，根据所述所有量测点的最小误差距离计算该被测物件的轮廓度及残差。

2.如权利要求1所述的轮廓度分析系统，其特征在于，该系统还包括：

判断模块，用于根据所设置的公差判断所计算的轮廓度是否合格。

3.如权利要求1所述的轮廓度分析系统，其特征在于，所述轮廓度计算的方式包括：无基准要求的计算方式、基于轴的计算方式及基于平面的计算方式。

4.如权利要求1所述的轮廓度分析系统，其特征在于，所述轮廓度为所有量测点的最小误差距离中的最大值与最小值的绝对值之和，所述残差为所有量测点的最小误差距离的绝对值之和。

5.如权利要求1至4任一权利要求所述的轮廓度分析系统，其特征在于，所述平移模块将各量测点向理论轮廓平移依据如下步骤执行：将量测点到理论轮廓的距离进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，将量测点平移到距离最小的部分；再将该距离最小的部分进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，将量测点平移到再次等分后的距离最小的部分；重复上述平移步骤直到量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求。

6.如权利要求1至4任一权利要求所述的轮廓度分析系统，其特征在于，所述旋转模块将各量测点向理论轮廓旋转依据如下步骤执行：将量测点作为圆心，将量测点到理论轮廓中心点的距离作为半径；将量测点按旋转一周的角度进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，将量测点旋转到距离最小的部分；再将该距离最小的部分进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，将量测点旋转到再次等分后的距离最小的部分；重复上述旋转步骤直到量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求。

7.一种轮廓度分析方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

从数据库中获取需进行轮廓度计算的物件的所有理论轮廓数据和量测点数据；

设置轮廓度计算的公差及精确度；

当所述获取的量测点需要向理论轮廓平移时，根据设置的精确度依次将各量测点向理论轮廓平移，并记录平移后的各量测点相对于理论轮廓平移的距离；

当所述获取的量测点不需要向理论轮廓平移时，将各量测点相对于理论轮廓的平移距离设置为零；

当所述获取的量测点需要向理论轮廓旋转时，根据设置的精确度依次将各量测点向理论轮廓旋转，并记录各量测点相对于理论轮廓旋转的角度；

当所述量测点不需要向理论轮廓旋转时，将各量测点相对于理论轮廓的旋转角度设置为零；及

根据所述各量测点相对于理论轮廓平移的距离及旋转的角度依次计算各量测点平移和旋转后的点的坐标，根据所述平移和旋转后的点到理论轮廓的距离计算各量测点的最小误差距离，根据所述所有量测点的最小误差距离计算该被测物件的轮廓度及残差。

8.如权利要求7所述的轮廓度分析方法，其特征在于，该方法还包括步骤：

根据所设置的公差判断所计算的轮廓度是否合格。

9.如权利要求7或8所述的轮廓度分析方法，其特征在于，所述将各量测点向理论轮廓平移的步骤包括如下步骤：

将量测点到理论轮廓的距离进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，将量测点平移到距离最小的部分；

再将该距离最小的部分进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，将量测点平移到再次等分后的距离最小的部分；

重复上述平移步骤直到量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求。

10.如权利要求7或8所述的轮廓度分析方法，其特征在于，所述将各量测点向理论轮廓旋转的步骤包括如下步骤：

将量测点作为圆心，将量测点到理论轮廓中心点的距离作为半径；

将量测点按旋转一周的角度进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，将量测点旋转到距离最小的部分；

再将该距离最小的部分进行等分，计算等分后每一部分到理论轮廓的距离，将量测点旋转到再次等分后的距离最小的部分；

重复上述旋转步骤直到量测点到理论轮廓的距离足够小以达到所设置的精确度要求。

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