CN102622293A - 测量程序优化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量程序优化系统，该系统包括：导入模块、创建模块、计算模块、匹配模块、分类模块及整合模块。利用该系统，可以创建对应不同角度的虚拟测针；根据每个虚拟测针对应的角度计算每个虚拟测针的法向，以及逐个计算每个测量点的法向；计算每个测量点的法向分别与所有虚拟测针的法向的夹角，并确定最小的夹角对应的虚拟测针为该测量点的匹配虚拟测针；根据测量点对应的匹配虚拟测针对所有测量点进行分类；将同一类的测量点对应的测量程序进行整合，并输出整合的测量程序。发明还提供一种测量程序优化方法。利用本发明可提高测量效率。

Description

测量程序优化系统及方法
技术领域
本发明涉及一种测量技术，尤其涉及一种离线编程中对测量程序的优化系统及方法。
背景技术
质量是一个企业保持长久发展能力的重要因素之一，如何保证和提高产品质量，是企业活动中的重要内容。
在模具制造工业，测量人员利用三次元测量机台对产品进行测量以检验产品是否合格。通常，测量人员通过离线编写测量程序，再将编写好的测量程序导入至测量机台以控制测量机台的测针(或者称为“探针”)对产品进行检测。由于一个产品有多个测量面上的点需要进行测量，因此，测针需要时常变换角度以完成测量。
首先，频繁变换测针角度会造成测量效率的低下。其次，由于编程人员离线编写测量程序，往往无法兼顾在测量过程中如何适时地控制测针的转向，容易使得测针与产品发生碰撞，也可称为“撞针”。撞针容易造成测针的损坏，必然会导致成本的浪费。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种测量程序优化系统及方法，可优化测量程序，避免撞针对测针的损坏以及测量过程中频繁转换测针的角度。
一种测量程序优化系统，该系统包括：导入模块，用于导入包括测量元素的图档，并将所有测量元素的信息从用户坐标系转换为世界坐标系；创建模块，用于定义测量装置上的测针的两个旋转角度为第一角度及第二角度，定义单位刻度，以及根据该单位刻度以及所述两个旋转角度创建具有不同角度的多个虚拟测针；计算模块，用于根据每个虚拟测针对应的角度计算每个虚拟测针的法向，以及逐个计算每个测量元素的测量点的法向；匹配模块，用于计算每个测量点的法向分别与所有虚拟测针的法向的夹角，并确定最小的夹角对应的虚拟测针为该测量点的匹配虚拟测针；分类模块，用于根据测量点对应的匹配虚拟测针对所有测量点进行分类，使同一类的测量点对应相同的虚拟测针；及整合模块，用于将同一类的测量点对应的测量程序进行整合，并输出整合的测量程序。
一种测量程序优化方法，该方法包括：导入包括测量元素的图档，并将所有测量元素的信息从用户坐标系转换为世界坐标系；定义测量装置上的测针的两个旋转角度为第一角度及第二角度，定义单位刻度，以及根据该单位刻度以及所述两个旋转角度创建具有不同角度的多个虚拟测针；根据每个虚拟测针对应的角度计算每个虚拟测针的法向，以及逐个计算每个测量元素的测量点的法向；计算每个测量点的法向分别与所有虚拟测针的法向的夹角，并确定最小的夹角对应的虚拟测针为该测量点的匹配虚拟测针；根据测量点对应的匹配虚拟测针对所有测量点进行分类，使同一类的测量点对应相同的虚拟测针；及将同一类的测量点对应的测量程序进行整合，并输出整合的测量程序。
相较于现有技术，所述的测量程序优化系统及方法，可优化测量程序，避免撞针对测针的损坏以及测量过程中频繁转换测针的角度，使得测针能够有效及安全的完成对产品的测量。
附图说明
图1是本发明测量程序优化系统的较佳实施方式的功能模块图。
图2是本发明测量程序优化系统的较佳实施方式的测针示意图。
图3是本发明测量程序优化系统的较佳实施方式的虚拟测针列表示意图。
图4是本发明测量程序优化系统的较佳实施方式的虚拟测针法向计算示意图。
图5是本发明测量程序优化方法的较佳实施方式的虚拟测针创建流程图。
图6是本发明测量程序优化方法的较佳实施方式的主流程图。
图7是本发明测量程序优化方法的较佳实施方式的模拟测试流程图。
主要元件符号说明
电子装置                      1
处理器                        10
存储装置                      12
测量程序优化系统              2
导入模块                      20
创建模块                      21
计算模块                      22
匹配模块                      23
分类模块                      24
整合模块                      25
模拟模块                      26
测量控制模块                  27
半球                          3
测杆                          4
测头                          5
具体实施方式
如图1所示，是本发明测量程序优化系统的较佳实施方式的功能模块图。所述的测量程序优化系统2应用于电子装置1中，用于根据测量装置(例如，三次元测量机床)上的测针的参数对编写的测量程序进行优化，使得测针在一个角度下将该角度可测量的所有测量元素进行测量完毕，然后再将测针转换至另一个角度继续测量，还可进行测量模拟，从而避免撞针对测针的损坏以及测量过程中频繁转换测针的角度。
所述电子装置1可以是计算机、笔记本电脑、服务器、测量装置等。所述电子装置1包括处理器10以及存储装置12。所述的处理器10用于执行所述电子装置1内安装的各类软件，例如，所述的测量程序优化系统2、操作系统等应用软件。
所述的存储装置12用于存储各类数据，例如，测针的参数、利用所述的测量程序优化系统2设置数据、计算所得的数据、编写的测量程序等。所述存储装置12可以是所述电子装置1的内存，例如，硬盘，还可以是可移动的内存卡、闪存卡等。
在本较佳实施方式中，所述的测量程序优化系统2包括多个功能模块，分别是导入模块20、创建模块21、计算模块22、匹配模块23、分类模块24以及整合模块25。
所述的导入模块20，用于导入包括测量元素的图档，并将所有测量元素的信息从用户坐标系转换为世界坐标系。所述图档可以是产品的CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)图档，或者其他包括产品测量元素信息的图档。在本实施方式中，所述的测量元素可以包括，但不限于，点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球等。所述测量元素的信息包括测量元素本身的特性、测量元素内选取的一个或多个测量点的坐标信息等。例如，当测量元素是圆时，那么测量元素本身的特性包括圆的半径等信息。
所述用户坐标系，可以是根据用户定义的三维坐标系，例如，直角坐标系等。所述世界坐标系可以是机械坐标系，机械坐标系的原点是生产厂家在制造测量装置(例如，测量机床)时的固定坐标系原点(也称机械零点)。
所述的创建模块21，用于定义测量装置上的测针的两个旋转角度为第一角度及第二角度，并定义单位刻度。参考图2所示，通常测针包括测杆4和测头5，而测针上方是半球3。测针在测量物体时会旋转多个角度以测量指定位置，例如图2中两个虚线框示意的旋转角度，包括半球3的旋转以及测杆4的旋转。在本实施方式中，定义的第二角度为半球3的旋转角度(下文也称为“B角”)，所述的第一角度为测杆4相对于该半球3的旋转角度(下文也称为“A角”)。所述的单位刻度可根据测量要求进行变更，例如，可定义为15度角。
所述的创建模块21，还用于根据该单位刻度以及所述两个旋转角度创建具有不同角度的多个虚拟测针。此外，所述的创建模块21，进一步用于对每个虚拟测针进行命名，并生成虚拟测针列表。
例如，所述的第一角度及第二角度都有对应的旋转范围，例如，第一角度的旋转范围是105度，第二角度的旋转范围是360度，根据定义的单位刻度15度，可划分多个虚拟测针，其中，每个虚拟测针对应一个第一角度及一个第二角度。
参考如图3所示的虚拟测针列表中的举例说明，虚拟测针的名称可根据测针的名称以及每个虚拟测针对应的第一角度以及第二角度进行定义，例如当第一角度(A角)与第二角度(B角)都为零时，该虚拟测针的名称可以是“TIP/A0，B0”，其中，“TIP”用以代表测针名，可根据用户习惯进行修改。
上文所述的第一角度及第二角度的旋转范围以及单位刻度皆为举例说明，实际应用中不局限于此。测量人员可根据需求进行相应的修改。
所述的计算模块22，用于根据每个虚拟测针对应的角度计算每个虚拟测针的法向，以及逐个计算每个测量元素的测量点的法向。
首先，可通过计算得出虚拟测针“TIP/A0，B0”对应的法向(下文用“IJK”表示)为(0，0，1)。当虚拟测针的角度发生变换后，例如变换后第一角度A角为15度，第二角度B角为15度，相应的虚拟测针为“TIP/A 15，B 15”，可据如图4所示的虚拟测针法向计算方式来计算虚拟测针“TIP/A 15，B 15”的法向为(0.25，0.07，0.97)。实际应用中可用其它不同方式来计算角度变换后虚拟测针相应的法向。
每个测量元素可包括一个或多个测量点，测量点的法向计算方法可根据已知的数学方法计算得到。此外，若所述导入模块20导入的图档中测量元素的信息已经包括各个测量点的法向时，此处可忽略对测量点法向的计算。
所述的匹配模块23，用于计算每个测量点的法向分别与所有虚拟测针的法向的夹角，并确定最小的夹角对应的虚拟测针为该测量点的匹配虚拟测针。
例如，假设测量点的法向为(x1，y1，z1)，一个虚拟测针的法向为(x2，y2，z2)，需要计算的角度为“angle”。那么该测量点法向与该虚拟测针的法向的夹角可通过下附公式进行计算：(1)：E＝x1×x2+y1×y2+z1×z2；(2)：F＝sqrt[(x12+y12+z12)×(x22+y22+z22)]；(3)：angle＝ACOS(E÷F)。实际应用中的计算并不限于此。
在得出一个测量点的法向与所有虚拟测针的法向之间的夹角后，比对这些夹角，并从中选取一个最小的夹角所对应的虚拟测针为该测量点的匹配虚拟测针。所述匹配虚拟测针所在的第一角度与第二角度是在模拟测量和实际测量中测量该测量点时测针所在的角度。
所述的分类模块24，用于根据测量点对应的匹配虚拟测针对所有测量点进行分类，分类后使同一类的测量点对应相同的匹配虚拟测针。例如，测量点L、O、Q对应的匹配虚拟测针皆为“TIP/A 15，B15”，那么测量点L、O、Q可归为同一类。
所述的整合模块25，用于将同一类的测量点对应的测量程序进行整合，并输出整合的测量程序。
在离线对产品进行测量程序编写时，可以是依照一定的测量顺序下的对测量点的测量逐一进行程序的编写，而在该测量顺序下，测针在测量该多数测量点时需要不停变换角度。通过上述分类以及测量程序的整合，可以使得在后续的模拟测量和实际测量中，可控制模拟测量时的虚拟测针以及实际测量时的测量装置上的测针在位于一个角度时，可将该角度下可测量的所有不同测量元素上的测量点测量完毕，然后再转换所述虚拟测针或测针的角度进行下一步测量。
在其它实施方式中，所述的测量程序优化系统2还可进一步包括模拟模块26以及测量控制模块27。
所述的模拟模块26，用于在导入的图档内运行所述整合的测量程序控制虚拟测针进行模拟测试，并在虚拟测针的测量路径与该图档内的产品图形相交时判断发生撞针，以及输出发生撞针时的位置信息及虚拟测针信息。例如，撞针时的位置信息包括测量点位置，测针信息包括测针当前的角度等。
根据该发生撞针时的位置信息及虚拟测针信息，可修改发生撞针的测量点所对应的虚拟测针，例如变换第一角度及/或第二角度。
所述的测量控制模块27，用于在模拟测量后确定没有发生撞针后，根据整合的测量程序控制测量装置上的测针变换角度，在每个变换角度下将对应该变换角度的所有测量点测量完毕后再转换另一个角度进行测量。
上文所述的所有计算方式仅是举例说明，皆可用本领域内已知的其他数学方法进行计算。
图5是本发明测量程序优化方法的较佳实施方式的虚拟测针创建流程图。首先，步骤S2，所述的导入模块20导入包括测量元素的图档。所述图档可以是产品的CAD图档。
步骤S4，所述的导入模块20将所有测量元素的信息从用户坐标系转换为世界坐标系。
步骤S6，所述的创建模块21定义测量装置上的测针的两个旋转角度为第一角度及第二角度，并定义单位刻度。
步骤S8，所述的创建模块21根据该单位刻度以及所述两个旋转角度创建具有不同角度的多个虚拟测针，并对每个虚拟测针进行命名。
步骤S10，所述的计算模块22根据每个虚拟测针对应的角度计算每个虚拟测针的法向。
步骤S12，所述的创建模块21生成虚拟测针列表，然后，结束本流程。
图6是本发明测量程序优化方法的较佳实施方式的主流程图。首先，步骤S20，所述的计算模块22从导入图档中选择一个测量元素上的一个测量点，并计算该测量点的法向。
步骤S22，所述的匹配模块23计算每个测量点的法向分别与所有虚拟测针的法向的夹角。
步骤S24，所述的匹配模块23确定最小的夹角对应的虚拟测针为该测量点的匹配虚拟测针。
步骤S26，所述的计算模块22判断是否导入图档中所有测量元素的测量点都已经选择完毕。若尚未选择完毕，则流程返回至步骤S20，继续选择下一个测量点。
若所有测量元素的测量点都已经选择完毕，于步骤S28，所述的分类模块24根据测量点对应的匹配虚拟测针对所有测量点进行分类，分类后使同一类的测量点对应相同的匹配虚拟测针。
步骤S30，所述的整合模块25将同一类的测量点对应的测量程序进行整合，并输出整合的测量程序，然后，结束本流程。
图7是本发明测量程序优化方法的较佳实施方式的模拟测试流程图。首先，步骤S40，所述的模拟模块26在导入的图档内运行所述整合的测量程序控制虚拟测针进行模拟测试。
步骤S42，所述的模拟模块26判断虚拟测针的测量路径是否与该图档内的产品图形相交。若虚拟测针的测量路径没有与该图档内的产品图形相交，则表示没有发生撞针，结束本流程。
若虚拟测针的测量路径与该图档内的产品图形相交，于步骤S44，所述的模拟模块26判断发生撞针。
步骤S46，所述的模拟模块26输出发生撞针时的位置信息及虚拟测针信息，然后，结束本流程。例如，撞针时的位置信息包括测量点位置，测针信息包括测针当前的角度等。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种测量程序优化系统，其特征在于，该系统包括：
导入模块，用于导入包括测量元素的图档，并将所有测量元素的信息从用户坐标系转换为世界坐标系；
创建模块，用于定义测量装置上的测针的两个旋转角度为第一角度及第二角度，定义单位刻度，以及根据该单位刻度以及所述两个旋转角度创建具有不同角度的多个虚拟测针；
计算模块，用于根据每个虚拟测针对应的角度计算每个虚拟测针的法向，以及逐个计算每个测量元素的测量点的法向；
匹配模块，用于计算每个测量点的法向分别与所有虚拟测针的法向的夹角，并确定最小的夹角对应的虚拟测针为该测量点的匹配虚拟测针；
分类模块，用于根据测量点对应的匹配虚拟测针对所有测量点进行分类，使同一类的测量点对应相同的虚拟测针；及
整合模块，用于将同一类的测量点对应的测量程序进行整合，并输出整合的测量程序。
2.如权利要求1所述的测量程序优化系统，其特征在于，该系统还包括模拟模块，用于在导入的图档内运行所述整合的测量程序进行模拟测试，并在虚拟测针的测量路径与该图档内的产品图形相交时判断发生撞针，以及输出发生撞针时的位置信息及虚拟测针信息。
3.如权利要求1所述的测量程序优化系统，其特征在于，该系统还包括测量计算模块，用于根据整合的测量程序控制测针在一个角度下将对应该角度的所有测量点测量完毕后再转换另一个角度进行测量。
4.如权利要求1所述的测量程序优化系统，其特征在于，所述的创建模块，还用于对每个虚拟测针进行命名，并生成虚拟测针列表，其中，命名信息包括测针名及对应的第一角度和第二角度。
5.如权利要求1或4所述的测量程序优化系统，其特征在于，所述的第二角度为测针上方半球的旋转角度，所述的第一角度为测针相对于该半球的旋转角度。
6.一种测量程序优化方法，其特征在于，该方法包括：
导入包括测量元素的图档，并将所有测量元素的信息从用户坐标系转换为世界坐标系；
定义测量装置上的测针的两个旋转角度为第一角度及第二角度，定义单位刻度，以及根据该单位刻度以及所述两个旋转角度创建具有不同角度的多个虚拟测针；
根据每个虚拟测针对应的角度计算每个虚拟测针的法向，以及逐个计算每个测量元素的测量点的法向；
计算每个测量点的法向分别与所有虚拟测针的法向的夹角，并确定最小的夹角对应的虚拟测针为该测量点的匹配虚拟测针；
根据测量点对应的匹配虚拟测针对所有测量点进行分类，使同一类的测量点对应相同的虚拟测针；及
将同一类的测量点对应的测量程序进行整合，并输出整合的测量程序。
7.如权利要求6所述的测量程序优化方法，其特征在于，该方法还包括：
在导入的图档内运行所述整合的测量程序进行模拟测试；
判断测针的测量路径与该图档内的产品图形是否相交；及
若测针的测量路径与该图档内的产品图形相交，确定发生撞针，并输出发生撞针时的位置信息及虚拟测针信息。
8.如权利要求6所述的测量程序优化方法，其特征在于，该方法还包括：
根据整合的测量程序控制测针在一个角度下将对应该角度的所有测量点测量完毕后再转换另一个角度进行测量。
9.如权利要求6所述的测量程序优化方法，其特征在于，该方法还包括：
对每个虚拟测针进行命名，并生成虚拟测针列表，其中，命名信息包括测针名及对应的第一角度和第二角度。
10.如权利要求6或9所述的测量程序优化方法，其特征在于，所述的第二角度为测针上方半球的旋转角度，所述的第一角度为测针相对于该半球的旋转角度。
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