CN102841951B - 三次元安全面建立系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种三次元安全面建立方法，包括：将产品与三次元测针进行曲面三角网格化，输出三角形队列；计算测针的空间最大包围盒，根据产品上的当前量测点PT1和目标量测点PT2的坐标计算测针的空间最大包围盒移动到该目标量测点PT2的路径中的最大空间包围盒；通过侦测三角形队列中是否有组成该产品的三角形落入该最大空间包围盒中，来判断该产品是否与该最大空间包围盒相交；若相交，则根据该产品在该最大空间包围盒中的每片三角形的坐标，计算三角形顶点与该最大空间包围盒的底平面间的垂直距离最远的点M；利用预设的安全面公差修正该最远的点M所在的平面得到安全面。本发明还提供一种三次元安全面建立系统。

Description

三次元安全面建立系统及方法
技术领域
本发明涉及一种三坐标量测系统及方法，尤其涉及一种三次元安全面建立系统及方法。
背景技术
进入上世纪80年代以来，工业生产有了很大的发展，特别是机械、汽车、电子、航空航天工业兴起后，各种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术与仪器的支持。三坐标测量机(即三次元)是目前使用最广泛的通用检测仪器之一，它不仅精度高且适用面广，主要用于零件和部件尺寸误差和形位误差的测量，对保证产品质量起着重要的作用，对产品研发、工程试模、量产制造等整个设计生产过程都至关重要。
三次元安全面的作用为：安全保护平面，可避免测针移动过程中碰撞到产品，三次元测针的任何移动，均需先从当前点移动到安全面上，然后从安全面上滑行到需要移动的点正上方。目前已上市的三次元软件仅有极少部分有安全面设定，且该安全面设定全部由人工手动进行，手动设定的曲线为：1.手动设定效率不高，测针移动过程中不管有没有障碍物都会先移动到安全面，再滑行，浪费时间；2.容易出错且不能精确设计安全平面，操作用户都是凭经验进行设定。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种三次元安全面建立系统，其可精确、自动设定安全面，避免人为设定的缺陷。
还有必要提供一种三次元安全面建立方法，其可精确、自动设定安全面，避免人为设定的缺陷。
一种三次元安全面建立系统，该系统包括：三角网格化模块用于将产品与三次元测针进行曲面三角网格化，输出三角形队列；包围盒计算模块用于计算测针的空间最大包围盒，根据产品上的当前量测点PT1和目标量测点PT2的坐标计算测针的空间最大包围盒移动到该目标量测点PT2的路径中的最大空间包围盒；判断模块用于通过侦测所述三角形队列中是否有组成该产品的三角形落入所述最大空间包围盒中，来判断该产品是否与该最大空间包围盒相交；最远点计算模块用于当该产品与所述最大空间包围盒相交时，根据该产品在该最大空间包围盒中的每片三角形的坐标，计算三角形顶点与该最大空间包围盒的底平面间的垂直距离最远的点M；安全面建立模块用于利用预设的安全面公差修正该最远的点M所在的平面得到安全面。
一种三次元安全面建立方法，该方法包括：将产品与三次元测针进行曲面三角网格化，输出三角形队列；计算测针的空间最大包围盒，根据产品上的当前量测点PT1和目标量测点PT2的坐标计算测针的空间最大包围盒移动到该目标量测点PT2的路径中的最大空间包围盒；通过侦测所述三角形队列中是否有组成该产品的三角形落入所述最大空间包围盒中，来判断该产品是否与该最大空间包围盒相交；当该产品与所述最大空间包围盒相交时，根据该产品在该最大空间包围盒中的每片三角形的坐标，计算三角形顶点与该最大空间包围盒的底平面间的垂直距离最远的点M；利用预设的安全面公差修正该最远的点M所在的平面得到安全面。
相较于现有技术，所述的三次元安全面建立系统及方法，可先判断三次元测针移动过程中是否遇到障碍物，如遇到障碍物，计算出一个最佳化安全平面，使得测针从当前量测点移动到该安全平面上后再从安全面滑行到目标量测点的正上方，避免了安全事故，若三次元测针在移动过程中没有遇到障碍物，测针则会从当前量测点直接移动到目标量测点上，提高了量测效率。
附图说明
图1是本发明三次元安全面的示意图。
图2是本发明较佳实施例中的三次元安全面建立系统的运行环境示意图。
图3是本发明较佳实施例中的三次元安全面建立方法的作业流程图。
图4举例说明本发明中的安全面建立示意图。
图5是图3中步骤S300的具体作业流程图。
图6是本发明三角网格化的示意图。
图7是图3中步骤S302的具体作业流程图。
图8是本发明中测针的空间最大包围盒的示意图。
图9是本发明中获取移动路径中的最大空间包围盒的示意图。
图10是图3中步骤S304的具体作业流程图。
主要元件符号说明
  计算机  100
  安全面建立系统  1
  存储设备  2
  处理器  3
  显示设备  4
  三角网格化模块  10
  包围盒计算模块  12
  判断模块  14
  最远点计算模块  16
  安全面建立模块  18
  路径模拟模块  20
  输出模块  22
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2所示，是本发明较佳实施例中的三次元安全面建立系统的运行环境示意图。该安全面建立系统1运行于一台计算机100中，该计算机100包括存储设备2、至少一个处理器3和一台显示设备4。
在本实施例中，所述安全面建立系统1以软件程序或指令的形式安装在存储设备2中，并由处理器3执行。该安全面建立系统1用于产品量测过程中的安全面建立，并模拟测针的量测路径，该安全面如图1中所示。在其他实施例中，所述存储设备2可以为计算机100外接的存储器。所述显示设备4用于显示安全面建立过程中的图形及显示量测路径。
其中，所述安全面建立系统1包括三角网格化模块10、包围盒计算模块12、判断模块14、最远点计算模块16、安全面建立模块18、路径模拟模块20及输出模块22。本发明所称的模块是完成一特定功能的计算机程序段，比程序更适合于描述软件在计算机中的执行过程，因此在本发明以下对软件描述都以模块描述。该安全面建立系统1中各模块的功能将在图3至图10中进行详细描述。
如图3所示，是本发明较佳实施例中的三次元安全面建立方法的作业流程图。
步骤S300，三角网格化模块10将产品与三次元测针进行曲面三角网格化，并输出三角形队列。具体三角网格化方法将在图5中进行详细描述。
步骤S302，包围盒计算模块12计算测针的空间最大包围盒，根据产品上的当前量测点PT1和目标量测点PT2的坐标计算测针的空间最大包围盒移动到该目标量测点PT2的路径中的最大空间包围盒。所述包围盒计算方法将在图7至图9中进行详细描述。
步骤S304，判断模块14通过侦测所述三角形队列中是否有组成该产品的三角形落入所述最大空间包围盒中，来判断该产品是否与该最大空间包围盒相交。具体相交判断方法在图10中进行详细描述。
若上述判断结果为该产品与所述最大空间包围盒不相交，则流程直接结束。
若上述判断结果为该产品与所述最大空间包围盒相交，则于步骤S306，最远点计算模块16根据该产品在该最大空间包围盒中的每片三角形的坐标，计算三角形顶点与该最大空间包围盒的底平面间的垂直距离最远的点M，该点M如图4中所示。
步骤S308，安全面建立模块18根据该最远的点M可以得出产品的曲面安全面S1，该曲面安全面S1是一个平面。为了确保安全，本实施例需要利用一个预设的安全面公差Tol修正该曲面安全面S1，即建立最终的安全面S，如图4中所示。
步骤S310，路径模拟模块20将所述当前量测点PT1和目标量测点PT2投影到该安全面S上得到点PT3和PT4(如图4所示)，路径模拟模块20根据该当前量测点PT1、目标量测点PT2、点PT3和PT4可以模拟测针的量测路径。该量测路径包括三条路径：当前量测点PT1至点PT3间的路径，点PT3至点PT4间的路径，及点PT4至目标量测点PT2间的路径。
步骤S310，输出模块22输出并显示该量测路径。
如图5所示，是图3中步骤S300的具体作业流程图。本实施例中，对测针三角网格化和对产品三角网格化可以分开实现。下述以对测针的三角网格化为例进行说明。
步骤S500，所述三角网格化模块10从计算机100中读取测针的三维图形。本实施例中，该计算机100中存储有所述产品和测针的三维图形。
步骤S502，所述三角网格化模块10判断该三维图形是否由三角面片组成。若判断结果为该三维图形由三角面片组成，则流程直接进入步骤S512。若判断结果为该三维图形不是由三角面片组成，则流程进入步骤S504。
步骤S504，所述三角网格化模块10将该三维图形转换成B样条曲面，得到该B样条曲面参数平面的边界线，并用若干条水平直线和若干条垂直直线将该B样条曲面参数平面做等距切分得到若干个包围盒。图6以一个圆球为例表示所述测针的三维图形，三角网格化模块10用多条水平直线和垂直直线作为切分线(以下简称为“等距切分线”)，在U方向和V方向做等距切分，得到图6所示的多个UV方格及等距切分线与边界线相交所形成的三角形。
步骤S506，所述三角网格化模块10将所述与边界线没有交点的UV方格(如图6中框线A和C所圈住的UV方格)的四个顶点按照逆时针原则连接成两个三角形，先将一个小包围盒的四个定点按照逆时针原则连接成两个三角形后，再按照逆时针原则将由四个小包围盒组成的大包围盒中的八个三角形合并成两个三角形。在其他实施例中，所述三角网格化模块10在连接三角形时还可以按照顺时针原则连接。
步骤S508，所述三角网格化模块10将所述等距切分线与边界线的交点(如图6中框线B所圈住的点)、边界线上的边界点及所有UV方格的顶点加入一个2D队列中。
步骤S510，所述三角网格化模块10在该2D队列中查找与点P1最近的点P2，及构成边P1P2的最大边对角的点P3，依据点P1、P2、P3构成的三角形的外接圆内没有点的原则，连接该点P1、P2和P3，构成三角形，并依此方法完成三维图形中的所有三角形连接。
步骤S512，所述三角网格化模块10根据上述构成的所有三角形，输出一个三角形队列T。
如图7所示，是图3中步骤S302的具体作业流程图。
步骤S700，包围盒计算模块12根据三角形队列T中组成测针的每片三角形的坐标，计算能包围住测针的最小坐标点和最大坐标点，得到测针的空间最大包围盒，其中，该测针的空间最大包围盒由八个点组成。
如图8所示，该测针的空间最大包围盒的上底面有四点，下底面有四点，由这八个点组成的包围盒为测针的空间最大包围盒。其中，上底面四点的坐标分别为(ptMin.x，ptMin.y，ptMax.z)、(ptMin.x，ptMax.y，ptMax.z)、(ptMax.x，ptMax.y，ptMax.z)和(ptMax.x，ptMin.y，ptMax.z)，所述下底面四点的坐标分别为(ptMin.x，ptMin.y，ptMin.z)、(ptMin.x，ptMax.y，ptMin.z)、(ptMax.x，ptMax.y，ptMin.z)和(ptMax.x，ptMin.y，ptMin.z)。
步骤S702，以当前量测点PT1为原点，以当前量测点PT1与目标量测点PT2间的连线为移动长度，以X轴为移动方向，移动该测针的空间最大包围盒得到移动后的该八个点的坐标。如图9所示，先以当前量测点PT1与目标量测点PT2间的连线为移动长度，将目标量测点移动到X轴方向，然后，将测针的空间最大包围盒移动到X轴上的目标量测点处，得到移动后的该八个点的坐标。
步骤S704，根据移动前八个点的坐标和移动后该八个点的坐标计算移动路径中的最大空间包围盒，该最大空间包围盒如图9中的示意图所示。
如图10所示，是图3中步骤S304的具体作业流程图。
步骤S1000，判断模块14以当前量测点PT1为原点，以测针的法向向量为旋转轴，及以当前量测点PT1到目标量测点PT2间的连线与X轴间的夹角为旋转角度，旋转组成产品的三角形到所述最大空间包围盒的坐标系内。
步骤S1002，判断模块14判断组成该产品的三角形中是否有三角形的坐标值落入组成所述最大空间包围盒的最小坐标点与最大坐标点之间。具体而言，判断该产品的三角形的坐标值是否大于所述最小坐标点而小于所述最大坐标点，例如，判断三角形各顶点的X轴坐标值是否大于ptMin.x且小于ptMax.x。
若该产品有三角形的坐标值落入所述最小坐标点与最大坐标之间，则于步骤S1004，判定该产品与所述最大空间包围盒相交。
若该产品没有三角形的坐标值落入所述最小坐标点与最大坐标之间，则于步骤S1006，判定该产品与所述最大空间包围盒未相交。
最后应说明的是，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。例如，将此方法应用于在清晰的边界线上寻找边界点。

Claims (10)

1.一种三次元安全面建立方法，该方法包括：
三角网格化步骤，将产品与三次元测针分别进行曲面三角网格化，输出三角形队列；
包围盒计算步骤，计算测针的空间最大包围盒，根据产品上的当前量测点PT1和目标量测点PT2的坐标计算测针的空间最大包围盒移动到该目标量测点PT2的路径中的最大空间包围盒；
判断步骤，通过侦测所述三角形队列中是否有组成该产品的三角形落入所述最大空间包围盒中，来判断该产品是否与该最大空间包围盒相交；
最远点计算步骤，当该产品与所述最大空间包围盒相交时，根据该产品在该最大空间包围盒中的每片三角形的坐标，计算三角形顶点与该最大空间包围盒的底平面间的垂直距离最远的点M；
安全面建立步骤，利用预设的安全面公差修正该最远的点M所在的平面得到安全面。
2.如权利要求1所述的三次元安全面建立方法，其特征在于，该方法还包括：
路径模拟步骤，将所述当前量测点PT1和目标量测点PT2投影到该安全面上得到点PT3和PT4，由该当前量测点PT1、目标量测点PT2、点PT3和PT4模拟测针的量测路径；及
输出步骤，输出并显示该量测路径。
3.如权利要求2所述的三次元安全面建立方法，其特征在于，所述量测路径包括三条路径：当前量测点PT1至点PT3间的路径，点PT3至点PT4间的路径，及点PT4至目标量测点PT2间的路径。
4.如权利要求1所述的三次元安全面建立方法，其特征在于，所述包围盒计算步骤包括：
根据三角形队列中组成测针的每片三角形的坐标，计算能包围测针的最小坐标点和最大坐标点，得到测针的空间最大包围盒，其中，该测针的空间最大包围盒由八个点组成；
以当前量测点PT1为原点，以当前量测点PT1与目标量测点PT2间的连线为移动长度，以X轴为移动方向，移动该测针的空间最大包围盒得到移动后的该八个点的坐标；及
根据移动前八个点的坐标和移动后该八个点的坐标计算移动路径中的最大空间包围盒。
5.如权利要求4所述的三次元安全面建立方法，其特征在于，所述判断步骤包括：
以当前量测点PT1为原点，以测针的法向向量为旋转轴，及以当前量测点PT1到目标量测点PT2间的连线与X轴间的夹角为旋转角度，旋转组成产品的三角形到所述最大空间包围盒的坐标系内；
判断组成该产品的三角形中是否有三角形的坐标值落入组成所述最大空间包围盒的最小坐标点与最大坐标点之间；
若该产品有三角形的坐标值落入所述最小坐标点与最大坐标之间，则判定该产品与所述最大空间包围盒相交；或
若该产品没有三角形的坐标值落入所述最小坐标点与最大坐标之间，则判定该产品与所述最大空间包围盒未相交。
6.一种三次元安全面建立系统，其特征在于，该系统包括：
三角网格化模块，用于将产品与三次元测针分别进行曲面三角网格化，输出三角形队列；
包围盒计算模块，用于计算测针的空间最大包围盒，根据产品上的当前量测点PT1和目标量测点PT2的坐标计算测针的空间最大包围盒移动到该目标量测点PT2的路径中的最大空间包围盒；
判断模块，用于通过侦测所述三角形队列中是否有组成该产品的三角形落入所述最大空间包围盒中，来判断该产品是否与该最大空间包围盒相交；
最远点计算模块，当该产品与所述最大空间包围盒相交时，根据该产品在该最大空间包围盒中的每片三角形的坐标，计算三角形顶点与该最大空间包围盒的底平面间的垂直距离最远的点M；
安全面建立模块，利用预设的安全面公差修正该最远的点M所在的平面得到安全面。
7.如权利要求6所述的三次元安全面建立系统，其特征在于，该系统还包括：
路径模拟模块，用于将所述当前量测点PT1和目标量测点PT2投影到该安全面上得到点PT3和PT4，由该当前量测点PT1、目标量测点PT2、点PT3和PT4模拟测针的量测路径。
8.如权利要求7所述的三次元安全面建立系统，其特征在于，该系统还包括输出步骤，用于输出并显示所述量测路径，该量测路径包括三条路径：当前量测点PT1至点PT3间的路径，点PT3至点PT4间的路径，及点PT4至目标量测点PT2间的路径。
9.如权利要求6所述的三次元安全面建立系统，其特征在于，所述包围盒计算模块通过如下步骤得到所述最大空间包围盒：
根据三角形队列中组成测针的每片三角形的坐标，计算能包围测针的最小坐标点和最大坐标点，得到测针的空间最大包围盒，其中，该测针的空间最大包围盒由八个点组成；
以当前量测点PT1为原点，以当前量测点PT1与目标量测点PT2间的连线为移动长度，以X轴为移动方向，移动该测针的空间最大包围盒得到移动后的该八个点的坐标；及
根据移动前八个点的坐标和移动后该八个点的坐标计算移动路径中的最大空间包围盒。
10.如权利要求9所述的三次元安全面建立系统，其特征在于，所述判断模块通过以下步骤判断产品与所述最大空间包围盒是否相交：
以当前量测点PT1为原点，以测针的法向向量为旋转轴，及以当前量测点PT1到目标量测点PT2间的连线与X轴间的夹角为旋转角度，旋转组成产品的三角形到所述最大空间包围盒的坐标系内；
判断组成该产品的三角形中是否有三角形的坐标值落入组成所述最大空间包围盒的最小坐标点与最大坐标点之间；
若该产品有三角形的坐标值落入所述最小坐标点与最大坐标之间，则判定该产品与所述最大空间包围盒相交；或
若该产品没有三角形的坐标值落入所述最小坐标点与最大坐标之间，则判定该产品与所述最大空间包围盒未相交。
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