TW201411092A - 輪廓線自動量測系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種輪廓線自動量測系統及方法，該系統用於：獲取待測物體的輪廓線及組成該輪廓線的輪廓點；進行輪廓點取樣，獲取取樣點及其對應的方向向量；根據每個取樣點的方向向量將獲取的取樣點偏移第一預定距離得到對應的理論點，並生成一個量測程式；根據該量測程式對待測物體進行測量得到量測點座標，計算量測點與對應理論點的距離得到各量測點的偏差值，根據最大偏差值與最小偏差值得到輪廓度；畫出理論線與上下公差線，連接各個量測點與對應的理論點，標出各量測點的偏差值。利用本發明可以自動量測待測物體的輪廓線。

Description

輪廓線自動量測系統及方法

本發明涉及一種影像量測系統及方法，尤其涉及一種輪廓線自動量測系統及方法。

隨著各種工業產品外觀設計的多樣化，構成產品表面的結構也越來越複雜，因此產品外殼進行裝配組合時，對產品外殼的輪廓線精度要求也越來越高。

然而，在目前三座標系量測系統中，三次元測量機台作為一種應用最廣泛的量測系統，卻缺乏專業的產品輪廓線分析報告生成平臺，如何提取產品輪廓線對其進行量測，得到輪廓線的偏差及其輪廓度，生成輪廓度圖形報告，正日益變為一種需求，並且這種需求也日趨迫切。

鑒於以上內容，有必要提供一種輪廓線自動量測系統及方法，其可對待測物體的輪廓線進行自動量測，得到輪廓線的偏差及其輪廓度，並以圖形化的形式，生成輪廓度報告。

一種輪廓線自動量測系統，該系統包括：輪廓線獲取模組，用於從計算裝置的儲存器中獲取待測物體的輪廓線及組成該輪廓線的輪廓點；輪廓線采點模組，用於根據相鄰輪廓點構造向量，計算每組相鄰向量的夾角，根據該夾角大小進行輪廓點取樣，獲取取樣點及其對應的方向向量；量測程式生成模組，用於根據每個取樣點的方向向量將獲取的取樣點偏移第一預定距離得到對應的理論點，當兩個相鄰理論點之間的連線與輪廓線相交時，則在這兩個相鄰理論點之間插入一點，並根據理論點及插入點生成一個量測程式；輪廓度量測模組，用於根據該量測程式對待測物體進行測量得到量測點座標，計算量測點與對應理論點的距離得到各量測點的偏差值，根據最大偏差值與最小偏差值得到輪廓度；量測報告生成模組，用於畫出理論線與上下公差線，連接各個量測點與對應的理論點，標出各量測點的偏差值，以圖形化的方式顯示量測結果。

一種輪廓線自動量測方法，該方法包括：輪廓線獲取步驟，從計算裝置的儲存器中獲取待測物體的輪廓線及組成該輪廓線的輪廓點；輪廓線采點步驟，根據相鄰輪廓點構造向量，計算每組相鄰向量的夾角，根據該夾角大小進行輪廓點取樣，獲取取樣點及其對應的方向向量；量測程式生成步驟，根據每個取樣點的方向向量將獲取的取樣點偏移第一預定距離得到對應的理論點，當兩個相鄰理論點之間的連線與輪廓線相交時，則在這兩個相鄰理論點之間插入一點，並根據理論點及插入點生成一個量測程式；輪廓度量測步驟，根據該量測程式對待測物體進行測量得到量測點座標，計算量測點與對應理論點的距離得到各量測點的偏差值，根據最大偏差值與最小偏差值得到輪廓度；量測報告生成步驟，畫出理論線與上下公差線，連接各個量測點與對應的理論點，標出各量測點的偏差值，以圖形化的方式顯示量測結果。

相較於習知技術，所述的輪廓線自動量測系統及方法，其可對待測物體的輪廓線進行自動量測，得到輪廓線的偏差及其輪廓度，並以圖形化的形式，生成輪廓度報告，使用戶可以直觀地觀察到量測結果，提高了量測效率。

參閱圖1所示，係本發明計算裝置的應用環境示意圖。在本實施方式中，該計算裝置2透過資料線與量測機台4連接。其中，該計算裝置2包括透過資料匯流排相連的顯示設備20、輸入設備22、儲存器23、輪廓線自動量測系統24和處理器25。在本實施方式中，所述計算裝置可以是電腦或伺服器等。

參閱圖2所示，所述量測機台4包括探針41、待測物體42及X軸馬達、Y軸馬達和Z軸馬達（圖2中未示出）等。所述X軸馬達、Y軸馬達和Z軸馬達用於控制探針41在X軸方向、Y軸方向和Z軸方向進行移動，以實現對待測物體42的量測。在本實施方式中，所述量測機台4為三座標量測系統。

所述輪廓線自動量測系統24用於對待測物體42的輪廓線進行量測，得到輪廓線的偏差及其輪廓度，並以圖形化的形式，生成輪廓度報告，顯示在顯示設備20上，具體過程以下描述。

所述儲存器23用於儲存所述輪廓線自動量測系統24的程式碼和待測物體42的標準輪廓線等資料。所述顯示設備20用於顯示量測結果，所述輸入設備22用於輸入測試人員設置的量測參數等，如預設的公差範圍等。

在本實施方式中，所述輪廓線自動量測系統24可以被分割成一個或多個模組，所述一個或多個模組被儲存在所述儲存器23中並被配置成由一個或多個處理器（本實施方式為一個處理器25）執行，以完成本發明。例如，參閱圖3所示，所述輪廓線自動量測系統24被分割成輪廓線獲取模組240、輪廓線采點模組241、量測程式生成模組242、輪廓度量測模組243和量測報告生成模組244。本發明所稱的模組是完成一特定功能的程式段，比程式更適合於描述軟體在計算裝置2中的執行過程。

參閱圖4所示，係本發明輪廓線自動量測方法的較佳實施方式的流程圖。

步驟S1，輪廓線獲取模組240從儲存器23中獲取待測物體42曲面的標準輪廓線（以下稱為“待測物體42的輪廓線”）及組成該輪廓線的輪廓點。

步驟S2，輪廓線采點模組241根據相鄰輪廓點構造向量，計算每組相鄰向量的夾角，根據該夾角大小進行輪廓點取樣，獲取取樣點及其對應的方向向量（或稱為下行向量），具體流程參閱圖5的描述。

步驟S3，量測程式生成模組242將獲取的取樣點按其方向向量偏移第一預定距離（如0.1毫米）得到理論點，當兩個相鄰理論點之間的連線與輪廓線相交時，則在這兩個相鄰理論點之間插入一點，並根據理論點及插入點生成一個量測程式，具體流程參閱圖7的描述。

步驟S4，輪廓度量測模組243根據該量測程式控制量測機台4的探針41對待測物體42進行測量得到量測點座標，計算量測點與對應理論點的距離得到各量測點的偏差值，根據最大偏差值與最小偏差值得到輪廓度，具體流程參閱圖10的描述。

步驟S5，量測報告生成模組244畫出理論線與上下公差線，連接各個量測點與對應的理論點，標出各量測點的偏差值，根據量測點的偏差值大小用不同顏色標注各相鄰量測點的連線，具體流程參閱圖12的描述。

參閱圖5所示，是圖4中步驟S2的具體流程圖。

步驟S20，輪廓線采點模組241根據兩兩相鄰輪廓點構造向量，計算每組相鄰向量的夾角a，與第一預設值t1比較。例如，參閱圖6所示，輪廓點P1與P2之間構造的向量為V12，P3與P4之間構造的向量為V34等等。在本實施方式中，t1=5度。

步驟S21，輪廓線采點模組241判斷每組相鄰向量的夾角a是否大於第一預設值t1。如果某相鄰向量的夾角a大於第一預設值t1，則執行步驟S22；如果某相鄰向量的夾角a小於或等於第一預設值t1，則執行步驟S23。

步驟S22，輪廓線采點模組241確定該兩個相鄰輪廓點之間的輪廓線為曲線，根據夾角大小取點得到取樣點。在本實施方式中，夾角a越大取點數量越多。例如，當該夾角大於5度，且小於等於10度時，取一個點，當該夾角大於10度，且小於等於20度時，取兩個點等等。

步驟S23，輪廓線采點模組241確定該兩個相鄰輪廓點之間的輪廓線為直線，將該兩個相鄰輪廓點向直線的中點方向偏移第二預定距離（如0.2毫米）得到取樣點。

步驟S24，輪廓線采點模組241獲取取樣點座標及其對應的方向向量，並將取樣點的座標及每個取樣點的方向向量輸出到一個文本文檔。例如，參閱圖6所示，取樣點P4對應的下行向量為V4。

參閱圖7所示，是圖4中步驟S3的具體流程圖。

步驟S30，量測程式生成模組242將獲取的取樣點按其方向向量偏移第一預定距離（如0.1毫米）得到理論點。由於在實際量測中探針41不能跟待測物體42表面接觸（防止待測物體42表面被刮花），所以需要將獲取的取樣點偏移一定的距離。

步驟S31，量測程式生成模組242判斷兩個相鄰理論點之間的連線是否與輪廓線相交，若出現相交情況，則在這兩個相鄰理論點之間插入一點，使得所有理論點之間的連線與輪廓線不相交。

例如，參閱圖8所示，假設P2代表待測物體42輪廓線的一個取樣點，由於取樣點P2即是輪廓線P1P2的終點，同時又是輪廓線P2P3的起點，故取樣點P2會產生兩個理論點，即圖8中的P'1、P'2。由於P'1與P'2的連線與輪廓線相交，則在理論點P'1、P'2之間插入一個點P。該插入點P可以是該輪廓點P2向輪廓線外偏移第三預定距離（如0.1毫米）得到。例如，假設理論點P'1的座標為（x1，y1），P'2的座標為（x2，y2），插入點P的座標為（x0，y0），則x1<x0<x2，且y1<y0<y2。

步驟S32，量測程式生成模組242將獲取的理論點的座標、理論點的方向向量，以及插入點的座標，按照預定的格式儲存到一個文檔，生成一個量測程式（參閱圖9所示）。在本實施方式中，所述預定的格式為文本格式。

參閱圖10所示，是圖4中步驟S4的具體流程圖。

步驟S40，輪廓度量測模組243根據生成的量測程式控制量測機台4的探針41對待測物體42進行測量得到量測點座標。由於在實際量測中探針41不能跟待測物體42表面接觸（防止待測物體42表面被刮花），所以得到的量測點座標是探針41在三維座標系中的座標進行補償後獲得的座標。

步驟S41，輪廓度量測模組243計算量測點與對應理論點的距離得到各量測點的偏差值D，與第二預設值t2比較。在本實施方式中，t2=0.01毫米。

步驟S42，輪廓度量測模組243判斷各量測點的偏差值D是否大於該第二預設值t2。如果某個量測點的偏差值D大於該第二預設值t2，則執行步驟S43；如果某個量測點的偏差值D小於或等於該第二預設值t2，則執行步驟S44。

步驟S43，輪廓度量測模組243確定該量測點的偏差值過大，待測物體42在該量測點位置的輪廓線不合格。

步驟S44，輪廓度量測模組243確定該待測物體42在該量測點位置的輪廓線合格，由最大偏差值與最小偏差值之差得到輪廓度。例如，參閱圖11所示，假設“D2”代表最大偏差值，“D1”代表最小偏差值，則輪廓度=D2-D1。

參閱圖12所示，是圖4中步驟S5的具體流程圖。

步驟S50，量測報告生成模組244根據獲取的理論點擬合出一條理論線，並根據該理論線確定上下公差線。參閱圖13所示，“c0”代表擬合出的理論線（局部），“c1”代表上公差線（局部），“c2”代表下公差線（局部），H1、H2、H3、H4代表理論點，P1、P2、P3、P4代表量測點。

步驟S51，量測報告生成模組244連接各個量測點與該理論線上對應的理論點，在圖形介面上標注每組量測點與理論點的偏差值及該輪廓線的輪廓度。

參閱圖14所示，是圖形介面的一個示意圖。量測點A001的偏差值為0.003毫米，最大偏差值為0.014毫米，最小偏差值為-0.004毫米，所以該輪廓線的輪廓度為(0.014-(-0.004))=0.018毫米。

步驟S52，量測報告生成模組244根據量測點的偏差值大小用不同顏色標注各相鄰量測點的連線。在本實施方式中，如果某個量測點的偏差值位於預先設定的一個偏差範圍，則該量測點與下一個量測點的連接線繪製成該偏差範圍對應的顏色。

例如，參閱圖13所示，如果量測點P1的偏差值在第一偏差範圍（如[-0.005，0.005]）內，則P1、P2之間的連線|P1P2|繪製成第一顏色（如綠色），如果量測點P3的偏差值在第二偏差範圍（如[0.005，0.010]）內，則P3、P4之間的連線|P3P4|繪製成第二顏色（如黃色）。

進一步地，在其他實施方式中，所述量測報告生成模組244根據量測點的偏差值大小用不同顏色標注各量測點與對應理論點的連線。例如，如果某個量測點的偏差值位於預先設定的一個偏差範圍，則該量測點與對應理論點的連接線繪製成該偏差範圍對應的顏色。

舉例而言，參閱圖13所示，如果量測點P1的偏差值在第一偏差範圍（如[-0.005，0.005]）內，則P1、H1之間的連線|P1H1|繪製成第一顏色（如綠色），如果量測點P3的偏差值在第二偏差範圍（如[0.005，0.010]）內，則P3、H3之間的連線|P3H3|繪製成第二顏色（如黃色）。

需要說明的是，在其他實施方式中，步驟S52也可以去除，即不對各相鄰量測點的連線或量測點與對應理論點的連線進行著色。

步驟S53，量測報告生成模組244輸出輪廓度圖形報告（參閱圖14所示），包括標注的偏差值和輪廓度等資訊。

最後應說明的是，以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

2．．．計算裝置

4．．．量測機台

20．．．顯示設備

22．．．輸入設備

23．．．儲存器

24．．．輪廓線自動量測系統

25．．．處理器

41．．．探針

42．．．待測物體

240．．．輪廓線獲取模組

241．．．輪廓線采點模組

242．．．量測程式生成模組

243．．．輪廓度量測模組

244．．．量測報告生成模組

圖1係本發明計算裝置的應用環境示意圖。

圖2係圖1中的量測機台的結構示意圖。

圖3係輪廓線自動量測系統的功能模組圖。

圖4係本發明輪廓線自動量測方法的較佳實施方式的流程圖。

圖5係圖4中步驟S2的具體流程圖。

圖6係在輪廓線上采點的示意圖。

圖7係圖4中步驟S3的具體流程圖。

圖8係在兩個理論點之間插入一點的示意圖。

圖9係一個生成的量測程式的示意圖。

圖10係圖4中步驟S4的具體流程圖。

圖11係計算輪廓度的示意圖。

圖12係圖4中步驟S5的具體流程圖。

圖13係將量測點連線繪製成不同顏色的示意圖。

圖14係圖形化輸出結果的示意圖。

2．．．計算裝置

4．．．量測機台

20．．．顯示設備

22．．．輸入設備

23．．．儲存器

24．．．輪廓線自動量測系統

25．．．處理器

Claims (12)

1. 一種輪廓線自動量測系統，應用於計算裝置中，該系統包括：
   輪廓線獲取模組，用於從計算裝置的儲存器中獲取待測物體的輪廓線及組成該輪廓線的輪廓點；
   輪廓線采點模組，用於根據相鄰輪廓點構造向量，計算每組相鄰向量的夾角，根據該夾角大小進行輪廓點取樣，獲取取樣點及其對應的方向向量；
   量測程式生成模組，用於根據每個取樣點的方向向量將獲取的取樣點偏移第一預定距離得到對應的理論點，當兩個相鄰理論點之間的連線與輪廓線相交時，則在這兩個相鄰理論點之間插入一點，並根據理論點及插入點生成一個量測程式；
   輪廓度量測模組，用於根據該量測程式對待測物體進行測量得到量測點座標，計算量測點與對應理論點的距離得到各量測點的偏差值，根據最大偏差值與最小偏差值得到輪廓度；及
   量測報告生成模組，用於畫出理論線與上下公差線，連接各個量測點與對應的理論點，標出各量測點的偏差值，以圖形化的方式顯示量測結果。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輪廓線自動量測系統，其中，所述輪廓線采點模組獲取取樣點及其對應的方向向量包括：
   根據兩兩相鄰輪廓點構造向量，計算每組相鄰向量的夾角，將該夾角與預設值比較；
   如果某相鄰向量的夾角大於該預設值，則確定該兩個相鄰輪廓點之間的輪廓線為曲線，根據夾角大小取點得到取樣點；
   如果某相鄰向量的夾角小於或等於該預設值，則確定該兩個相鄰輪廓點之間的輪廓線為直線，將該兩個相鄰輪廓點向直線的中點方向偏移第二預定距離得到取樣點；及
   獲取取樣點座標及其對應的方向向量，並將取樣點的座標及每個取樣點的方向向量輸出到一個文本文檔。
3. 如申請專利範圍第1項所述之輪廓線自動量測系統，其中，所述量測程式包括獲取的理論點的座標、理論點的方向向量，以及插入點的座標。
4. 如申請專利範圍第1項所述之輪廓線自動量測系統，其中，所述量測報告生成模組還用於根據量測點的偏差值大小用不同顏色標注各相鄰量測點的連線。
5. 如申請專利範圍第4項所述之輪廓線自動量測系統，其中，如果某個量測點的偏差值位於預先設定的一個偏差範圍，則該量測點與下一個量測點的連接線繪製成該偏差範圍對應的顏色。
6. 如申請專利範圍第1項所述之輪廓線自動量測系統，其中，所述量測報告生成模組還用於根據量測點的偏差值大小用不同顏色標注各量測點與對應理論點的連線。
7. 一種輪廓線自動量測方法，運行於計算裝置中，該方法包括：
   輪廓線獲取步驟，從計算裝置的儲存器中獲取待測物體的輪廓線及組成該輪廓線的輪廓點；
   輪廓線采點步驟，根據相鄰輪廓點構造向量，計算每組相鄰向量的夾角，根據該夾角大小進行輪廓點取樣，獲取取樣點及其對應的方向向量；
   量測程式生成步驟，根據每個取樣點的方向向量將獲取的取樣點偏移第一預定距離得到對應的理論點，當兩個相鄰理論點之間的連線與輪廓線相交時，則在這兩個相鄰理論點之間插入一點，並根據理論點及插入點生成一個量測程式；
   輪廓度量測步驟，根據該量測程式對待測物體進行測量得到量測點座標，計算量測點與對應理論點的距離得到各量測點的偏差值，根據最大偏差值與最小偏差值得到輪廓度；及
   量測報告生成步驟，畫出理論線與上下公差線，連接各個量測點與對應的理論點，標出各量測點的偏差值，以圖形化的方式顯示量測結果。
8. 如申請專利範圍第7項所述之輪廓線自動量測方法，其中，所述輪廓線采點步驟包括：
   根據兩兩相鄰輪廓點構造向量，計算每組相鄰向量的夾角，將該夾角與預設值比較；
   如果某相鄰向量的夾角大於該預設值，則確定該兩個相鄰輪廓點之間的輪廓線為曲線，根據夾角大小取點得到取樣點；
   如果某相鄰向量的夾角小於或等於該預設值，則確定該兩個相鄰輪廓點之間的輪廓線為直線，將該兩個相鄰輪廓點向直線的中點方向偏移第二預定距離得到取樣點；及
   獲取取樣點座標及其對應的方向向量，並將取樣點的座標及每個取樣點的方向向量輸出到一個文本文檔。
9. 如申請專利範圍第7項所述之輪廓線自動量測方法，其中，所述量測程式包括獲取的理論點的座標、理論點的方向向量，以及插入點的座標。
10. 如申請專利範圍第7項所述之輪廓線自動量測方法，其中，所述量測報告生成步驟還包括：
    根據量測點的偏差值大小用不同顏色標注各相鄰量測點的連線。
11. 如申請專利範圍第10項所述之輪廓線自動量測方法，其中，如果某個量測點的偏差值位於預先設定的一個偏差範圍，則該量測點與下一個量測點的連接線繪製成該偏差範圍對應的顏色。
12. 如申請專利範圍第7項所述之輪廓線自動量測方法，其中，所述量測報告生成步驟還包括：
    根據量測點的偏差值大小用不同顏色標注各量測點與對應理論點的連線。