CN102682136B - 产品段差及间隙分析系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种产品段差及间隙分析系统。该系统根据第一、第二两段连续点云分别拟合两条直线，若某段连续点云上存在拐角点，则将该段连续点云从该拐角点处分成两段，并根据分段后的连续点云分别拟合两条直线。之后，该系统从第一、第二两段连续点云的所有拟合直线中分别选择一条拟合直线，选择的两条拟合直线走势相同，根据该两条直线的夹角的角平分线建立平面坐标系，确定与该两条直线对应的两段连续点云上的最高点以及该对应的两段连续点云上最近的两点，计算该两个最高点纵坐标之差得到产品上相邻两个零件的段差、该最近的两点横坐标之差得到产品上相邻两个零件之间的间隙宽度。本发明还提供一种产品段差及间隙分析方法。

Description

产品段差及间隙分析系统及方法
技术领域
本发明涉及一种计算机辅助设计系统及方法，尤其是一种应用于影像量测领域中的产品段差及间隙分析系统及方法。
背景技术
一件产品，例如手机，通常是由许多零件组装而成。段差是指产品上组装的前后两个相邻零件高度的差异，间隙是指组装的前后两个相邻零件之间的空隙。由于零件的前后分型面位置不同及加工精度，产品上组装的相邻零件不可避免的存在段差及间隙。通常，对生产的产品需要对零件的段差及间隙进行检测，以确认产品是否符合要求。目前的检测方法一般依赖于测试人员手动操作，不易操作且容易引起人工误差。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种产品段差及间隙分析系统及方法，可以自动分析产品段差及间隙，速度快且精度高。
一种产品段差及间隙分析系统，应用于计算机。该系统包括离散点过滤模块、直线拟合模块、平面坐标系建立模块及距离计算模块。离散点过滤模块接收激光扫描仪扫描产品得到的点云数据，根据点云数据中相邻点之间的坐标值之差是否超过预设阀值过滤掉点云数据中分散的点，得到两段或多段连续点云。直线拟合模块读取第一、第二段连续点云，根据该两段连续点云分别拟合两条直线，若第一或/及第二段连续点云上存在拐角点，则将该第一或/及第二段连续点云从该拐角点处分成两段，并根据分段后的连续点云分别拟合两条直线。平面坐标系建立模块从第一、第二段连续点云的所有拟合直线中分别选择一条拟合直线，选择的两条拟合直线走势相同，根据该两条拟合直线的夹角的角平分线建立平面坐标系，并分别确定与该两条拟合直线对应的两段连续点云上的最高点，以及该对应的两段连续点云上距离最近的两点。距离计算模块计算该两个最高点纵坐标之差得到产品上相邻两个零件的段差，计算该距离最近的两点横坐标之差得到产品上相邻两个零件之间的间隙宽度。
一种产品段差及间隙分析方法，应用于计算机。该方法包括：(A)接收激光扫描仪扫描产品得到的点云数据；(B)根据点云数据中相邻点之间的坐标值之差是否超过预设阀值过滤掉点云数据中分散的点，得到两段或多段连续点云；(C)读取第一、第二段连续点云，根据该两段连续点云分别拟合两条直线，若第一或/及第二段连续点云上存在拐角点，则将该第一或/及第二段连续点云从该拐角点处分成两段，并根据分段后的连续点云分别拟合两条直线；(D)从第一、第二段连续点云的所有拟合直线中分别选择一条拟合直线，选择的两条拟合直线走势相同；(E)根据该两条拟合直线的夹角的角平分线建立平面坐标系，并分别确定与该两条拟合直线对应的两段连续点云上的最高点，以及该对应的两段连续点云上距离最近的两点；及(F)计算该两个最高点纵坐标之差得到产品上相邻两个零件的段差，计算该距离最近的两点横坐标之差得到产品上相邻两个零件之间的间隙宽度。
相较于现有技术，本发明提供的产品段差及间隙分析方法可以分析扫描产品相邻零件之间的接壤部位得到的点云数据，得到产品上相邻两个零件之间的段差及间隙宽度，速度快且精度高。
附图说明
图1是本发明产品段差及间隙分析系统较佳实施例的功能模块图。
图2A及图2B是本发明方产品段差及间隙分析方法较佳实施例的流程图。
图3是扫描得到的点云示意图。
图4是根据连续点云拟合直线的示意图。
图5是根据拟合直线建立平面坐标系的示意图。
主要元件符号说明
计算机 1
激光扫描仪 2
产品 3
产品段差及间隙分析系统 10
离散点过滤模块 11
直线拟合模块 12
距离计算模块 13
平面坐标系建立模块 14
存储器 20
点云数据 21
处理器 30
显示器 40
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
如图1所示，是本发明产品段差及间隙分析系统10较佳实施例的功能模块图。该产品段差及间隙分析系统10安装并运行于计算机1。该计算机1与激光扫描仪2相连接。该计算机1包括存储器20、处理器30及显示器40。
激光扫描仪2扫描产品3相邻零件之间的接壤部位，得到点云数据21，并将点云数据21存储至存储器20。
该产品段差及间隙分析系统10包括离散点过滤模块11、直线拟合模块12、距离计算模块13及平面坐标系建立模块14。存储器20存储模块11至14的计算机化程序代码。处理器30执行所述计算机化程序代码，分析点云数据21，得到所述相邻零件之间的段差和间隙信息(具体介绍请参见下文)。显示器40显示点云数据21及分析过程。
离散点过滤模块11用于读取点云数据21，根据点云数据21中相邻点之间X、Y、Z坐标值之差是否超过预设阀值过滤掉点云数据中分散的点，得到两段或多段连续点云。所述预设阀值包括相邻两点之间的X差值的阀值、Y差值的阀值及Z差值的阀值，若点云中某一点与其相邻点的X差值或Y差值或Z差值任意一项超出相应阀值，则离散点过滤模块11判断该点为离散点。在本实施例中，假设点云数据21共记录N个点的X、Y、Z坐标值，则第n个点(n＜N)的X差值阀的值Xn、Y差值的阀值Yn及Z差值的阀值Zn分别为之前n-1个点的X、Y、Z坐标值的平均值Xa、Ya、Za。如图3所示，Q1、Q2代表两段连续点云，其他6个点为离散点。
直线拟合模块12用于从上述两段或多段连续点云中读取第一、第二段连续点云，根据该两段连续点云分别拟合两条直线。例如，直线拟合模块12读取图3中的两段连续点云Q1、Q2，根据Q1拟合一条直线L1、根据Q2拟合一条直线L2(如图4所示)。这里所述的拟合只是一个粗略的拟合，直线拟合模块12仅在连续点云(例如Q1或Q2)的起点和终点之间取少数几个点(例如2个点)进行直线拟合。
距离计算模块13用于计算所述第一、第二段连续点云中各点到对应的拟合直线的距离以判断该两段连续点云是否有拐角点。在本实施例中，所述连续点云上的拐角点为该连续点云上到对应拟合直线距离最大的点，且该点为该连续点云与对应拟合直线的交点之间的点。例如，距离计算模块13连续点云Q2上各点到直线L2的距离，得到连续点云Q2上的点P0到直线L2的距离最大，且点P0为连续点云Q2与直线L2的交点A1、A2之间的点，则距离计算模块13判断点P0为连续点云Q2的拐角点。
直线拟合模块12用于将存在拐角点的连续点云从该拐角点处分成两段，并根据分段后的连续点云分别拟合两条直线。例如，直线拟合模块12将连续点云Q2从拐角点P0处分成两段，并根据分段后的连续点云分别拟合两条直线L21、L22。
基于上述类似的方法，距离计算模块13进一步判断分段后得到的连续点云是否存在拐角点，如果有拐角点，则直线拟合模块12进一步对该连续点云分段、拟合直线，直到分段后得到的连续点云上没有拐角点。
平面坐标系建立模块14用于从第一、第二段连续点云的所有拟合直线中分别选择一条拟合直线，选择的两条拟合直线走势相同。在本实施例中，判断两条拟合直线走势相同的标准为该两条拟合直线的最小夹角小于预设角度(例如5度)。例如，在本实施例中，连续点云Q1拟合得到的直线有L1，连续点云Q2拟合得到的直线有L2、L21、L22，其中，L1与L21的最小夹角小于预设角度(例如5度)，则平面坐标系建立模块14判断L1与L21是第一、第二段连续点云拟合得到的所有直线中走势相同的直线。
平面坐标系建立模块14还用于根据该两条走势相同的拟合直线的夹角的角平分线建立平面坐标系(如图5所示的xy平面坐标系)，并分别确定与该两条走势相同的拟合直线对应的两段连续点云上的最高点，以及该对应的两段连续点云上距离最近的两点。在本实施例中，所述最高点为对应的连续点云上到拟合直线距离最大的点。如图5所示，连续点云Q1上到直线L1距离最大的点为P1(x1，y1)，连续点云Q21到直线L21距离最大的点为P2(x2，y2)，则平面坐标系建立模块14判断点P1为连续点云Q1上的最高点，点P2为连续点云Q21上的最高点。此外，连续点云Q1上的点P3(x3，y3)与连续点云Q21上的点P4(x4，y4)之间的距离最近。
距离计算模块13还用于计算该两个最高点纵坐标之差得到产品上相邻两个零件的段差，计算该距离最近的两点横坐标之差得到产品上相邻两个零件之间的间隙宽度。例如，距离计算模块13计算点P1(x1，y1)、P2(x2，y2)的纵坐标之差得到产品上相邻两个零件的段差为|y2-y1|，计算点P3(x3，y3)、P4(x4，y4)的横坐标之差得到产品上相邻两个零件之间的间隙宽度为|x4-x3|。
如图2A及图2B所示，是本发明方产品段差及间隙分析方法较佳实施例的流程图。
步骤S201，激光扫描仪2扫描产品3相邻零件之间的接壤部位，得到点云数据21，并将点云数据21存储至存储器20。
步骤S202，离散点过滤模块11读取点云数据21，根据点云数据21中相邻点之间X、Y、Z坐标值之差是否超过预设阀值过滤掉点云数据中分散的点，得到两段或多段连续点云。所述第一预设范围包括相邻两点之间的X差值的阀值、Y差值的阀值及Z差值的阀值，若点云中某一点与其相邻点的X差值或Y差值或Z差值任意一项超出相应阀值，则离散点过滤模块11判断该点为离散点。在本实施例中，假设点云数据21共记录N个点的X、Y、Z坐标值，则第n个点(n＜N)的X差值的阀值Xn、Y差值的阀值Yn及Z差值的阀值Zn分别为之前n-1个点的X、Y、Z坐标值的平均值Xa、Ya、Za。如图3所示，Q1、Q2代表两段连续点云，其他6个点为离散点。
步骤S203，直线拟合模块12用于从上述两段或多段连续点云中读取第一、第二段连续点云，根据该两段连续点云分别拟合两条直线。例如，直线拟合模块12读取图3中的两段连续点云Q1、Q2，根据Q1上的点拟合一条直线L1、根据Q2上的点拟合一条直线L2(如图4所示)。
步骤S204，距离计算模块13计算所述第一、第二段连续点云中各点到对应的拟合直线的距离以判断该两段连续点云是否有拐角点。在本实施例中，所述连续点云上的拐角点为该连续点云上到对应拟合直线距离最大的点，且该点为该连续点云与对应拟合直线的交点之间的点。
步骤S205，距离计算模块13判断所述第一、第二段连续点云上是否有拐角点。若该第一、第二段连续点云上都不存在拐角点，则流程进入步骤S206，距离计算模块13判断该第一、第二段连续点云无需再分段，之后流程进入步骤S208。若该第一或第二段连续点云上存在拐角点，则针对该段连续点云，流程进入步骤S207。例如，若距离计算模块13计算得到连续点云Q2上的点P0到直线L2的距离的距离最大，且点P0为连续点云Q2与直线L2的交点A1、A2之间的点，则距离计算模块13判断点P0为连续点云Q2的拐角点，则针对连续点云Q2，流程进入步骤S207。
步骤S207，直线拟合模块12将存在拐角点的连续点云从该拐角点处分成两段，并根据分段后的连续点云分别拟合两条直线。例如，直线拟合模块12将连续点云Q2从拐角点P0处分成两段，并根据分段后的连续点云分别拟合两条直线L21、L22。对于分段后得到的连续点云及拟合直线，可以重复步骤S204～S207进一步判断分段后得到的连续点云是否存在拐角点。如果有拐角点，则继续对连续点云分段、拟合直线，直到分段后得到的所有连续点云上都没有拐角点，流程进入步骤S208。
步骤S208，平面坐标系建立模块14从第一、第二段连续点云的所有拟合直线中分别选择一条拟合直线，选择的两条拟合直线走势相同。在本实施例中，判断两条拟合直线走势相同的标准为该两条拟合直线的最小夹角小于预设角度(例如5度)。例如，在本实施例中，连续点云Q1拟合得到的直线有L1，连续点云Q2拟合得到的直线有L2、L21、L22，其中，L1与L21的最小夹角小于预设角度(例如5度)，则平面坐标系建立模块14判断L1与L21是第一、第二段连续点云拟合得到的所有直线中走势相同的直线。
步骤S209，平面坐标系建立模块14确定该两条走势相同的拟合直线的夹角的角平分线，根据该角平分线建立平面坐标系。如图5所示，直线L1与L21两个夹角的角平分线互相垂直，平面坐标系建立模块14以垂直方向的角平分线为y轴、水平方向的角平分线为x轴建立xy平面坐标系。
步骤S210，平面坐标系建立模块14确定分别确定与该两条走势相同的拟合直线对应的两段连续点云上的最高点，以及该对应的两段连续点云上距离最近的两点。在本实施例中，所述最高点为该对应的连续点云上到该拟合直线距离最大的点。如图5所示，连续点云Q1上到直线L1距离最大的点为P1(x1，y1)，连续点云Q21到直线L21距离最大的点为P2(x2，y2)，则平面坐标系建立模块14判断点P1为连续点云Q1上的最高点，点P2为连续点云Q21上的最高点。此外，连续点云Q1上的点P3(x3，y3)与连续点云Q21上的点P4(x4，y4)之间的距离最近。
步骤S211，距离计算模块13计算该两个最高点纵坐标之差得到产品上相邻两个零件的段差，计算该距离最近的两点横坐标之差得到产品上相邻两个零件之间的间隙宽度。例如，距离计算模块13计算点P1(x1，y1)、P2(x2，y2)的纵坐标之差得到产品上相邻两个零件的段差为|y2-y1|，计算点P3(x3，y3)、P4(x4，y4)的横坐标之差得到产品上相邻两个零件之间的间隙宽度为|x4-x3|。
最后所应说明的是，以上实施例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例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，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种产品段差及间隙分析系统，应用于计算机，其特征在于，该系统包括：
离散点过滤模块，用于接收激光扫描仪扫描产品得到的点云数据，根据点云数据中相邻点之间的坐标值之差是否超过预设阀值过滤掉点云数据中分散的点，得到两段或多段连续点云；
直线拟合模块，用于从上述两段或多段连续点云中读取第一、第二段连续点云，根据该两段连续点云分别拟合两条直线，若第一或/及第二段连续点云上存在拐角点，则将该第一或/及第二段连续点云从该拐角点处分成两段，并根据分段后的连续点云分别拟合两条直线；
平面坐标系建立模块，用于从第一、第二段连续点云的所有拟合直线中分别选择一条拟合直线，选择的两条拟合直线走势相同，根据该两条拟合直线的夹角的角平分线建立平面坐标系，并分别确定与该两条拟合直线对应的两段连续点云上的最高点，以及该对应的两段连续点云上距离最近的两点，所述最高点为两段连续点云上到对应的拟合直线距离最大的点；及
距离计算模块，用于计算两个最高点纵坐标之差得到产品上相邻两个零件的段差，计算该距离最近的两点横坐标之差得到产品上相邻两个零件之间的间隙宽度。
2.如权利要求1所述的产品段差及间隙分析系统，其特征在于，所述预设阀值包括相邻两点之间的X差值的阀值、Y差值的阀值及Z差值的阀值，若点云中某一点与其相邻点的X差值或Y差值或Z差值任意一项超出相应阀值，则该点为离散点。
3.如权利要求2所述的产品段差及间隙分析系统，其特征在于，点云中第n个点的X差值的阀值Xn、Y差值的阀值Yn及Z差值的阀值Zn分别为之前n-1个点的X、Y、Z坐标值的平均值Xa、Ya、Za。
4.如权利要求1所述的产品段差及间隙分析系统，其特征在于，所述距离计算模块还用于计算所述第一、第二段连续点云中各点到对应的拟合直线的距离以判断该第一、第二段连续点云是否有拐角点，所述拐角点为该连续点云上到对应的拟合直线距离最大、且该点为该连续点云与对应的拟合直线的交点之间的点。
5.如权利要求1所述的产品段差及间隙分析系统，其特征在于，各拟合直线对应的连续点云上的最高点为该对应的连续点云上与该拟合直线距离最大的点。
6.一种产品段差及间隙分析方法，应用于计算机，其特征在于，该方法包括：
接收激光扫描仪扫描产品得到的点云数据；
根据点云数据中相邻点之间的坐标值之差是否超过预设阀值过滤掉点云数据中分散的点，得到两段或多段连续点云；
从所述两段或多段连续点云中读取第一、第二段连续点云，根据该两段连续点云分别拟合两条直线，若第一或/及第二段连续点云上存在拐角点，则将该第一或/及第二段连续点云从该拐角点处分成两段，并根据分段后的连续点云分别拟合两条直线；
从第一、第二段连续点云的所有拟合直线中分别选择一条拟合直线，选择的两条拟合直线走势相同；
根据该两条拟合直线的夹角的角平分线建立平面坐标系，并确定与该两条拟合直线对应的两段连续点云上的最高点，以及该对应的两段连续点云上距离最近的两点，所述最高点为两段连续点云上到对应的拟合直线距离最大的点；及
计算两个最高点纵坐标之差得到产品上相邻两个零件的段差、该距离最近的两点横坐标之差得到产品上相邻两个零件之间的间隙宽度。
7.如权利要求6所述的产品段差及间隙分析方法，其特征在于，所述预设阀值包括相邻两点之间的X差值的阀值、Y差值的阀值及Z差值的阀值，若点云中某一点与其相邻点的X差值或Y差值或Z差值任意一项超出相应阀值，则该点为离散点。
8.如权利要求7所述的产品段差及间隙分析方法，其特征在于，点云中第n个点的X差值的阀值Xn、Y差值的阀值Yn及Z差值的阀值Zn分别为之前n-1个点的X、Y、Z坐标值的平均值Xa、Ya、Za。
9.如权利要求6所述的产品段差及间隙分析方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
计算所述第一、第二段连续点云中各点到对应的拟合直线的距离以判断该第一、第二段连续点云是否有拐角点，所述拐角点为该连续点云上到对应的拟合直线距离最大、且该点为该连续点云与对应的拟合直线的交点之间的点。
10.如权利要求6所述的产品段差及间隙分析方法，其特征在于，各拟合直线对应的连续点云上的最高点为该对应的连续点云上与该拟合直线距离最大的点。
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