CN103092577A - 三维影像量测程序生成系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种三维影像量测程序生成系统,对产品的三维模型文件解析,并对解析得到的数据进行三角网格化处理,得到产品的三维模型。然后,该系统使用影像量测工具在该三维模型上进行量测取点操作,并使用最小二乘法对量测点的坐标信息进行拟合,得到量测点的量测信息。最后,该系统将量测点的量测信息写入一个标准程序模板中,生成所述产品的三维影像量测程序,以供三维影像量测机台对实际的产品进行三维影像量测。本发明还提供一种三维影像量测程序生成方法。
Description
技术领域
本发明涉及三维影像量测技术,尤其涉及一种三维影像量测程序生成系统及方法。
背景技术
在产品的三维影像量测领域中,编写产品的三维量测程序是影像产品检测速度的主要因素之一。传统的量测程序编写方法,通过使用量测软件的编程记录功能,在对产品进行实际测量的同时记录下产品的测量点等信息,然后根据记录的信息自动生成测量程序,以用于对后续产品的自动量测。这种基于实际产品的编程方法,需要专业人员参考产品图纸进行编程,编程方法较为复杂,对操作人员的技术能力要求较高,并且这种编程方法需要实际产品和三维量测机台的辅助。上述基于实际产品的编程方法,效率低,且影响产品的生产。此外,由于物体空间投影的原理,三维模型在产品工程图上会产生特征重叠区域,会对专业人员分析产品的测量位置产生很大影响,增加了图纸的分析时间,降低了编程效率。
发明内容
鉴于以上内容,有必要提供一种三维影像量测程序生成系统,该系统包括:文件解析模块,用于读取产品的三维模型文件,并对该读取的三维模型文件进行解析,得到三维模型文件中用于描述产品三维模型的数据;三维模型渲染模块,用于对上述解析得到的数据进行曲面三角网格化处理,得到产品的三维模型;量测取点模块,用于使用影像量测工具在得到的三维模型上进行量测取点操作,得到量测点的坐标信息,该坐标信息包括量测点的坐标值以及矢量方向;量测元素拟合模块,用于根据所述量测点的坐标信息,使用最小二乘法对量测点进行拟合,得到所述三维模型上的量测元素及该量测元素的量测信息;及量测程序生成模块,用于将上述量测信息写入一个预定的标准程序模板中,生成所述产品的三维影像量测程序,以供三维影像量测机台对实际的产品进行三维影像量测。
还有必要提供一种三维影像量测程序生成方法,该方法包括:文件解析步骤,读取产品的三维模型文件,并对该读取的三维模型文件进行解析,得到三维模型文件中用于描述产品三维模型的数据;三维模型渲染步骤,对上述解析得到的数据进行曲面三角网格化处理,得到产品的三维模型;量测取点步骤,使用影像量测工具在得到的三维模型上进行量测取点操作,得到量测点的坐标信息,该坐标信息包括量测点的坐标值以及矢量方向;量测元素拟合步骤,根据所述量测点的坐标信息,使用最小二乘法对量测点进行拟合,得到所述三维模型上的量测元素及该量测元素的量测信息;及量测程序生成步骤,将上述量测信息写入一个预定的标准程序模板中,生成所述产品的三维影像量测程序,以供三维影像量测机台对实际的产品进行三维影像量测。
相较于现有技术,本发明三维影像量测程序生成系统及方法,可直接在产品三维模型上进行虚拟量测取点取点操作,取得产品测量点的信息,生成量测程序,无需三维影像测量机台和实际产品的辅助。待产品加工完成后,即可使用生成的量测程序对产品进行自动量测,在提高量测程序编辑效率的同时,还可提高产品的生产效率。
附图说明
图1是本发明三维影像量测程序生成系统较佳实施例的运行环境示意图。
图2是本发明三维影像量测程序生成方法较佳实施例的流程图。
图3是图2中步骤S02的详细流程图。
图4和图5是本发明较佳实施例中曲面三角网格化处理的示意图。
图6是通过曲面三角网格化处理所得到的一个产品的三维模型的示意图。
主要元件符号说明
计算机 | 1 |
三维影像量测程序生成系统 | 10 |
存储设备 | 11 |
处理器 | 12 |
显示设备 | 13 |
文件解析模块 | 101 |
三维模型渲染模块 | 102 |
量测取点模块 | 103 |
量测元素拟合模块 | 104 |
量测程序生成模块 | 105 |
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,是本发明三维影像量测程序生成系统较佳实施例的运行环境示意图。该三维影像量测程序生成系统10应用于计算机1中。该计算机1还包括存储设备11、处理器12以及显示设备13。
所述三维影像量测程序生成系统10包括文件解析模块101、三维模型渲染模块102、量测取点模块103、量测元素拟合模块104以及量测程序生成模块105。在本实施例中,该三维影像量测程序生成系统10可存储在存储设备11中,并由处理器12控制该三维影像量测程序生成系统10的执行。
所述文件解析模块101用于从存储设备11中读取产品的三维模型文件,并对该读取的三维模型文件进行解析,得到三维模型文件中用于描述产品三维模型的数据。在本实施例中,所述三维模型文件为初始化图形交换规范(initial graphics exchange specification,IGES)文件或产品模型数据交换标准(standard for the exchange of product model data,STEP)文件。所述用于描述产品三维模型的数据包括用于描述产品三维模型上的点、直线、曲线、面以及圆等元素的坐标队列和矩阵等数据。
所述三维模型渲染模块102用于对上述解析得到的数据进行曲面三角网格化处理,得到产品的三维模型。该曲面三角网格化的具体方法参见对图3的描述。
所述量测取点模块103用于使用影像量测工具在得到的三维模型上进行量测取点操作,得到量测点的坐标信息,如量测点的坐标值以及矢量方向等信息。在本实施例中,所述影像量测工具包括寻点工具、寻线工具、寻圆工具、表面对焦工具以及轮廓对焦工具等。量测取点模块103可选取一个量测工具,通过鼠标在三维模型上进行点击的方式取得相应的量测点。该影像量测工具由影像量测辅助软件提供,如由计算机辅助设计(computer aided design,CAD)或计算机辅助制造(computer aided manufacturing,CAM)软件提供。
所述量测元素拟合模块104用于根据所述量测点的坐标信息,使用最小二乘法对量测点进行拟合,得到所述三维模型上的量测元素及该量测元素的量测信息。所述量测元素包括三维模型上的点、线、圆等。所述量测信息包括点的坐标和矢量方向、线的起始点坐标和结束点坐标、线的矢量方向、线所在平面的矢量方向、圆的中心点坐标以及半径等信息。
所述量测程序生成模块105用于将上述量测信息写入一个预定的标准程序模板中,生成所述产品的三维影像量测程序,以供三维影像量测机台对实际的产品进行三维影像量测。具体地,该量测程序生成模块105可根据每个量测信息的类别,将所述标准程序模板中特定的关键字使用量测信息进行替换,即可生成所述三维影像量测程序。
如图2所示,是本发明三维影像量测程序生成方法较佳实施例的流程图。
步骤S01,所述文件解析模块101从存储设备11中读取产品的三维模型文件,并对该读取的三维模型文件进行解析,得到三维模型文件中用于描述产品三维模型的数据。
步骤S02,所述三维模型渲染模块102对上述解析得到的数据进行曲面三角网格化处理,得到产品的三维模型。该步骤S02的详细流程图参见对图3的描述。
步骤S03,所述量测取点模块103使用影像量测工具在得到的三维模型上进行量测取点操作,得到量测点的坐标信息,如量测点的坐标值以及矢量方向等信息。在本实施例中,所述影像量测工具包括寻点工具、寻线工具、寻圆工具、表面对焦工具以及轮廓对焦工具等。量测取点模块103可选取一个量测工具,通过鼠标在三维模型上进行点击的方式取得相应的量测点以及量测点的信息。
步骤S04,所述量测元素拟合模块104根据所述量测点的坐标信息,使用最小二乘法对量测点进行拟合,得到所述三维模型上的量测元素及该量测元素的量测信息。所述量测元素包括三维模型上的点、线、圆等。所述量测信息包括点的坐标和矢量方向、线的起始点坐标和结束点坐标、线的矢量方向、线所在平面的矢量方向、圆的中心点坐标以及半径等信息。
步骤S05,所述量测程序生成模块105将上述量测信息写入一个预定的标准程序模板中,生成所述产品的三维影像量测程序,以供三维影像量测机台对实际的产品进行三维影像量测。具体地,该量测程序生成模块105可根据每个量测信息的类别,将所述标准程序模板中特定的关键字使用量测信息进行替换,即可生成所述三维影像量测程序。所述标准程序模板被预先保存在所述存储设备11中。
如图3所示,是所述三维模型渲染模块102执行上述步骤S02的详细流程图。
步骤S20,将所述解析得到的数据转换为B样条曲面,得到B样条曲面在一个UV参数平面内的封闭边界线,并对该封闭边界线分别以一条U直线和V直线进行等距切分,得到多个小方格。所述UV参数平面如图4所示,所得到的每个方格包括四个顶点,由于每个顶点的拉升都可导致产品三维模型的形状扭曲,因此该顶点在业界又被称为控制节点。
步骤S21,将与封闭边界线无交点的小方格的四个顶点按逆时针顺序连接,组成两个三角形。例如,如图5中所示的小方格box4与封闭边界线无交点,则将顶点P、Q、I、O按照逆时针顺序连接组成两个三角形OQP和OIQ。
步骤S22,对于与封闭边界线有交点的小方格,将小方格的顶点中落入封闭边界曲线上的顶点、小方格与封闭边界曲线的交点及封闭边界线上的边界点加入一个二维(2D)点队列Q。例如,如图5中所示的小方格box1中有封闭边界线上的边界点M,小方格box1与封闭边界曲线的交点E、F;小方格box2中有顶点D落入封闭边界曲线内;小方格box2与封闭边界曲线的交点E、F、H、G,则将点M、E、F、H、D、G加入所述2D点队列Q中。
步骤S23,读取2D点队列Q中的第一点p1及与点p1最近的点p2,使p1和p2组成三角形A的一条边,然后在队列Q中查找该三角形A的第三点p3。其中,该第三点P3的查找原则是边p1p2对应的内角在三角形A的内角中最大,且三角形A的外接圆内没有队列Q中的点,并使得三角形A接近于等边三角形。
步骤S24,根据上述查找原则在队列Q中依次查找其它点组成的三角形,得到产品三维模型上的所有三角形,组成一个三角形队列T。
步骤S25,根据上述得到的三角形队列T绘制所述产品的三维模型。如图6所示,为根据上述方法所得到的一个产品三维模型的示意图,该产品三维模型可被显示在所述显示设备13上。
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。
Claims (10)
1.一种三维影像量测程序生成方法,其特征在于,该方法包括:
文件解析步骤,读取产品的三维模型文件,并对该读取的三维模型文件进行解析,得到三维模型文件中用于描述产品三维模型的数据;
三维模型渲染步骤,对上述解析得到的数据进行曲面三角网格化处理,得到产品的三维模型;
量测取点步骤,使用影像量测工具在得到的三维模型上进行量测取点操作,得到量测点的坐标信息,该坐标信息包括量测点的坐标值以及矢量方向;
量测元素拟合步骤,根据所述量测点的坐标信息,使用最小二乘法对量测点进行拟合,得到所述三维模型上的量测元素及该量测元素的量测信息;及
量测程序生成步骤,将上述量测信息写入一个预定的标准程序模板中,生成所述产品的三维影像量测程序,以供三维影像量测机台对实际的产品进行三维影像量测。
2.如权利要求1所述的三维影像量测程序生成方法,其特征在于,所述三维模型渲染步骤包括:
将所述解析得到的数据转换为B样条曲面,得到B样条曲面在一个UV参数平面内的封闭边界线,并对该封闭边界线分别以一条U直线和V直线进行等距切分,得到多个小方格;
将与封闭边界线无交点的小方格的四个顶点按逆时针顺序连接,组成两个三角形;
对于与封闭边界线有交点的小方格,将小方格的顶点中落入封闭边界曲线上的顶点、小方格与封闭边界曲线的交点及封闭边界线上的边界点加入一个二维点队列Q;
读取二维点队列Q中的第一点p1以及与点p1最近的点p2,使p1和p2组成一个三角形A的一条边,然后在队列Q中查找该三角形A的第三点p3,其中,该第三点P3的查找原则是边p1p2组成的内角在三角形A的内角中最大,且三角形A的外接圆内没有队列Q中的点,并使得三角形A接近于等边三角形;
根据上述查找原则在队列Q中依次查找其它点所组成的三角形,得到产品三维模型上的所有三角形,组成一个三角形队列T;及
根据上述得到的三角形队列T绘制所述产品的三维模型。
3.如权利要求1所述的三维影像量测程序生成方法,其特征在于,所述用于描述产品三维模型的数据包括描述产品三维模型上的点、线、曲线、面以及圆的坐标队列和矩阵。
4.如权利要求3所述的三维影像量测程序生成方法,其特征在于,所述影像量测工具包括寻点工具、寻线工具、寻圆工具、表面对焦工具以及轮廓对焦工具。
5.如权利要求1所述的三维影像量测程序生成方法,其特征在于,所述三维模型文件为初始化图形交换规范文件或产品模型数据交换标准文件。
6.一种三维影像量测程序生成系统,其特征在于,该系统包括:
文件解析模块,用于读取产品的三维模型文件,并对该读取的三维模型文件进行解析,得到三维模型文件中用于描述产品三维模型的数据;
三维模型渲染模块,用于对上述解析得到的数据进行曲面三角网格化处理,得到产品的三维模型;
量测取点模块,用于使用影像量测工具在得到的三维模型上进行量测取点操作,得到量测点的坐标信息,该坐标信息包括量测点的坐标值以及矢量方向;
量测元素拟合模块,用于根据所述量测点的坐标信息,使用最小二乘法对量测点进行拟合,得到所述三维模型上的量测元素及该量测元素的量测信息;及
量测程序生成模块,用于将上述量测信息写入一个预定的标准程序模板中,生成所述产品的三维影像量测程序,以供三维影像量测机台对实际的产品进行三维影像量测。
7.如权利要求6所述的三维影像量测程序生成系统,其特征在于,所述三维模型渲染模块通过以下步骤得到所述产品的三维模型:
将所述解析得到的数据转换为B样条曲面,得到B样条曲面在一个UV参数平面内的封闭边界线,并对该封闭边界线分别以一条U直线和V直线进行等距切分,得到多个小方格;
将与封闭边界线无交点的小方格的四个顶点按逆时针顺序连接,组成两个三角形;
对于与封闭边界线有交点的小方格,将小方格的顶点中落入封闭边界曲线上的顶点、小方格与封闭边界曲线的交点及封闭边界线上的边界点加入一个二维点队列Q;
读取二维点队列Q中的第一点p1以及与点p1最近的点p2,使p1和p2组成一个三角形A的一条边,然后在队列Q中查找该三角形A的第三点p3,其中,该第三点P3的查找原则是边p1p2组成的内角在三角形A的内角中最大,且三角形A的外接圆内没有队列Q中的点,并使得三角形A接近于等边三角形;
根据上述查找原则在队列Q中依次查找其它点所组成的三角形,得到产品三维模型上的所有三角形,组成一个三角形队列T;及
根据上述得到的三角形队列T绘制所述产品的三维模型。
8.如权利要求6所述的三维影像量测程序生成系统,其特征在于,所述用于描述产品三维模型的数据包括描述产品三维模型上的点、线、曲线、面以及圆的坐标队列和矩阵。
9.如权利要求6所述的三维影像量测程序生成系统,其特征在于,所述影像量测工具包括寻点工具、寻线工具、寻圆工具、表面对焦工具以及轮廓对焦工具。
10.如权利要求6所述的三维影像量测程序生成系统,其特征在于,所述三维模型文件为初始化图形交换规范文件或产品模型数据交换标准文件。
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