CN103177135A - 三次元坐标系图形化创建系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种三次元坐标系图形化创建方法，包括：于设计图档中创建初始坐标系，并绘制轴向选择器；于设计图档上选择一个元素；将轴向选择器的六个面分别标识为X，Y，Z，-X，-Y和-Z；根据选择的面计算一个面补正矩阵以对所述初始坐标系进行面补正；根据选择的线计算一个轴补正矩阵以对初始坐标系进行轴补正；根据选择的点或圆触发原点补正流程，并计算一个原点补正矩阵以对初始坐标系进行原点补正；及将上述面补正矩阵、轴补正矩阵和原点补正矩阵相乘得到一个操作矩阵，由该操作矩阵可以创建所述新坐标系。本发明还提供一种三次元坐标系图形化创建系统。利用本发明可在工件的设计图档上任意创建所需要的坐标系。

Description

三次元坐标系图形化创建系统及方法

技术领域

本发明涉及一种量测系统及方法，尤其涉及一种三次元坐标系创建系统及方法。

背景技术

近年来，随着计算机硬件性能的提高及价格的降低，其在工件量测中被大量的引入。在检测工件局部的特性时，需要在该工件的设计图档的某个局部创建坐标系。目前市面上创建坐标系大多数是用文本配合参数界面来实现，其缺点如下：1.操作人员需要较强的空间概念及扎实的数学基础，没有空间概念及数学基础无法清楚如何操作才能建立坐标系；2.不够直观、理解困难，没有模拟及中间过程而直接出结果，即建立坐标系；3.操作步骤多且复杂，其间有许多不必要的操作。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种三次元坐标系图形化创建系统，可通过图形的方式于工件的设计图档中准确地创建所需要的坐标系，操作简单。

还有必要提供一种三次元坐标系图形化创建方法，可通过图形的方式于工件的设计图档中准确地创建所需要的坐标系，操作简单。

一种三次元坐标系图形化创建系统，该系统包括：创建模块，用于汇入工件的设计图档，创建一个初始坐标系，并在该设计图档上绘制一个空心立方体作为轴向选择器；选取模块，用于在设计图档上选择面、线和点，或者面、线和圆；标识模块，用于将轴向选择器的六个面分别标识为X轴向，Y轴向，Z轴向，-X轴向，-Y轴向和-Z轴向；面补正模块，用于根据设计图档上选择的面触发面补正流程，并计算一个面补正矩阵以对所述初始坐标系进行面补正；轴补正模块，用于根据设计图档上选择的线触发轴补正流程，并计算一个轴补正矩阵以对初始坐标系进行轴补正；原点补正模块，用于根据设计图档上选择的点或圆触发原点补正流程，并根据选择的点计算一个原点补正矩阵以对初始坐标系进行原点补正；及新坐标系模块，用于将上述面补正矩阵、轴补正矩阵和原点补正矩阵相乘得到一个操作矩阵，由该操作矩阵可以创建所述新坐标系。

一种三次元坐标系图形化创建方法，该方法包括：汇入工件的设计图档，创建一个初始坐标系，并在该设计图档上绘制一个空心立方体作为轴向选择器；于设计图档上选择面、线和点，或者选择面、线和圆；将轴向选择器的六个面分别标识为X轴向，Y轴向，Z轴向，-X轴向，-Y轴向和-Z轴向；根据设计图档上选择的面触发面补正流程，并计算一个面补正矩阵以对所述初始坐标系进行面补正；根据设计图档上选择的线触发轴补正流程，并计算一个轴补正矩阵以对初始坐标系进行轴补正；根据设计图档上选择的点或圆触发原点补正流程，并根据选择的点计算一个原点补正矩阵以对初始坐标系进行原点补正；及将上述面补正矩阵、轴补正矩阵和原点补正矩阵相乘得到一个操作矩阵，由该操作矩阵可以创建所述新坐标系。

相较于现有技术，所述的三次元坐标系图形化创建系统及方法，可通过图形的方式于工件的设计图档中准确地创建所需要的坐标系，其中，图形化创建容易理解且够直观，使用轴向选择器配合模拟步骤建立坐标系的步骤少且操作简单。

附图说明

图1是本发明较佳实施例中的三次元坐标系图形化创建系统的运行环境示意图。

图2是本发明较佳实施例中的三次元坐标系图形化创建方法的作业流程图。

图3举例说明创建初始坐标系及绘制轴向选择器的示意图。

图4是图2步骤S7中于轴向选择器上选择一个面的具体作业流程图。

图5是图2步骤S7中根据该基准面的正面的法向和初始坐标系计算一个面补正矩阵以对初始坐标系进行面补正的具体作业流程图。

主要元件符号说明

电子装置	100
		三次元坐标系图形化创建系统	1
存储设备	2
		处理器	3
显示设备	4
		创建模块	10
选取模块	11
		标识模块	12
面补正模块	13
		轴补正模块	14
原点补正模块	15
		新坐标系模块	16
轴向选择器	200
		设计图档	300

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，是本发明较佳实施例中的三次元坐标系图形化创建系统的运行环境示意图。该三次元坐标系图形化创建系统1运行于一台电子装置100中，该电子装置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，所述三次元坐标系图形化创建系统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。该三次元坐标系图形化创建系统1可根据设计图档300上的任意一个初始坐标系，为工件的局部量测建立新的坐标系。

所述三次元坐标系图形化创建系统1包括创建模块10、选取模块11、标识模块12、面补正模块13、轴补正模块14、原点补正模块15及新坐标系模块16。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。该三次元坐标系图形化创建系统1中各模块的功能将在图2至图5中进行详细描述。

所述显示设备4用于显示工件的设计图档300，显示建立新坐标系过程中需要进行参数设置的参数设置界面、初始坐标系、轴向选择器200，及显示最终生成的新坐标系。该参数设置如在参数设置界面上点击某种元素的图形并于相应下拉菜单中选择该元素的名称，以对设计图档300上的某个元素进行选取。

如图2所示，是本发明较佳实施例中的三次元坐标系图形化创建方法的作业流程图。

步骤S1，创建模块10从电子装置100中汇入一个工件的设计图档300，并在该设计图档300所示工件的任意位置创建一个初始坐标系，该初始坐标系如图3中以点PT1为原点的三轴坐标系，即X轴、Y轴和Z轴。另外，创建模块10还需在该设计图档300上绘制一个空心立方体作为轴向选择器200（如图3所示）。

步骤S3，设计人员利用选取模块11在设计图档300上选择一个元素，该元素可以为面、线或点。

步骤S5，标识模块12将轴向选择器200的六个面分别标识为X轴向，Y轴向，Z轴向，-X轴向，-Y轴向和-Z轴向。如图3所示，空心立方体的上下两个面分别为Z轴向和-Z轴向，左右两个面分别为-X轴向和X轴向，前后两个面分别为-Y轴向和Y轴向。其中，X轴向对应X轴，-X轴向对应-X轴，Y轴向对应Y轴，-Y轴向对应Y轴，Z轴向对应Z轴，-Z轴向对应-Z轴。

当在上述步骤S3中选择的元素为面时，触发面补正流程，步骤S7，面补正模块13根据该面建立新坐标系的基准面，并于轴向选择器200上选择一个面，根据该轴向选择器200上的该面的标识确定所述基准面的正面方向，及根据该基准面的正面的法向和初始坐标系计算一个面补正矩阵以对初始坐标系进行面补正。

其中，所述基准面是指将从设计图档300上选取的面向四方延伸所形成的虚面。建立该基准面的目的是：当选取的面很小而又要在此面上进行面补正时，为了更加直观而绘制了一个虚面。而确定所选择的面的方法具体如图4中的描述。所述基准面的正面可由下述例子确定：若操作人员于轴向选择器200上选择的面对应的标识为Z轴向，该选择的面的法向向上，而初始坐标系中与该法向相同的轴向为Z轴，即所选择的面的法向与Z轴方向一致，因此，确定所选择的面的正面向上，相反，若所选择的面对应的标识为-Z轴，则所选择的面的法向与-Z轴一致，因此，确定所选择的面的正面向下。所述根据该基准面的正面的法向和初始坐标系计算一个面补正矩阵以对初始坐标系进行面补正的方法将在图5中进行详细描述。

当在上述步骤S3中选择的元素为线时，触发轴补正流程，步骤S9，所述轴补正模块14于轴向选择器200上选择一个面，根据该轴向选择器200上的该面的标识及一个偏移角度确定要补正的初始坐标系的轴，以所选择的线的法向与轴向选择器200上选择的面的标识对应的轴所构成的平面的法向为旋转轴，将所述初始坐标系旋转所述偏移角度，并根据该旋转后得到的坐标系及所述旋转轴计算一个轴补正矩阵以对初始坐标系进行轴补正。此处计算轴补正矩阵的公式与上述计算面补正矩阵的公式相同，具体将在图5中进行详细记载。

具体而言，所述偏移角度为操作人员于显示设备4所显示的参数设置界面上输入的角度。该偏移角度可以为零或其他任意非零的数字，若操作人员没有在参数设置界面上进行角度输入，则本实施例中的轴补正模块14默认所输入的偏移角度为零。

当所述偏移角度为零时，所述轴补正模块14于轴向选择器200上所选择的面对应的标识为要补正的初始坐标系的轴，例如，于轴向选择器200上选择的面对应的标识为X轴向，则表示需要利用所选择的线对初始坐标系的X轴进行轴补正。

当所述偏移角度不为零时，所述轴补正模块14将轴向选择器200上所选择的面对应的轴为顺时针旋转所述偏移角度得到的线来补正初始坐标系的轴。

在其他实施例中，所述在设计图档300上选择的元素也可以不为一条线，其可以是多个可包括线的其他元素，如圆、面等。具体而言，若于设计图档300上选择了多个元素，则所述轴补正模块14将前两个元素拟合成一条线，以该线补正初始坐标系的轴；若于设计图档300上选择的元素为两条线，则所述轴补正模块14分别取该两条线的中点并相连，以该相连的线段补正初始坐标系的轴；或者当于设计图档300上选择的元素为两个圆时，分别取该两个圆的圆心并相连，以该相连的线段补正初始坐标系的轴。

当在步骤S3中选择的元素为点时，触发原点补正流程，步骤S11，所述原点补正模块15从轴向选择器200上选择一个或多个面，以该选择的一个或多个面的标识确定新坐标系的原点位置，并计算原点补正矩阵以对初始坐标系进行原点补正。该原点补正矩阵的公式为：

，将设计图档300上各子对象的坐标乘以该原点补正矩阵就可以实现对初始坐标系进行原点补正，以创建新坐标系的原点。本实施例中，该子对象包括点、线、面、圆、圆柱、圆锥、圆球、曲线、三角面。

在其他实施例中，若步骤S3中选择的元素为点，则触发原点补正流程，于该步骤S11中，当操作人员于轴向选择器200上选择了标识为X轴向、Y轴向和Z轴向三个面，或者其中一个或多个标识为所对应面的负轴向时，以初始坐标系的原点为新坐标系的原点。例如，若从轴向选择器200上选择了X轴向、Y轴向和Z轴向三个面，则表示新坐标系的原点为图3中初始坐标系的原点PT1。

另外，若操作人员于步骤S3中选择的不是一个面、一条线或一个点，而是其他元素如圆时，所述原点补正模块15可以该圆的圆心为所述新坐标系的原点以达到原点补正的目的。或者，当操作人员于步骤S3中选择的元素为线段时，三次元坐标系图形化创建系统1会于显示设备4上提示操作人员是选择触发轴补正还是原点补正，若操作人员选择触发轴补正，则执行步骤S9中的轴补正流程，若操作人员选择原点补正，则于步骤S11中，所述原点补正模块15将该线段的中点作为所述新坐标系的原点，以实现原点补正。

步骤S13，所述新坐标系模块16将上述面补正矩阵、轴补正矩阵和原点补正矩阵相乘得到一个操作矩阵，由该操作矩阵可以创建所述新坐标系。

在此需要说明的是，步骤S3和步骤S5没有先后顺序。步骤S7、步骤S9和步骤S11之间的顺序也可以进行调换。

在其他实施例中，若经过上述面补正、轴补正和原点补正所建立的新坐标系的原点位置还是不够准确，如仍然无法满足操作人员的要求，则操作人员可以拖动轴向选择器200进行移动，使得所述新坐标系随着移动，以将该新坐标系的原点移到准确的位置。

如图4所示，是图2的步骤S7中于轴向选择器上选择一个面的具体作业流程图。

步骤S40，面补正模块13通过设计图档300的属性文件可以获取当前光标于轴向选择器200上所在位置的坐标值。

步骤S42，该面补正模块13计算该坐标值到所述轴向选择器200的六个面的距离，共得到六个距离值，并从中找出最小距离值。

步骤S44，若从上述六个距离值中找到一个最小距离值，即轴向选择器200与光标所在位置的距离最近的面仅有一个，则面补正模块13判定该距离最近的面为所述选择的面，并以不同于轴向选择器200其他五个面的颜色显示该选择的面。

步骤S46，若从上述六个距离值中找到多个最小距离值，即轴向选择器200与光标所在位置的距离最近的面不止一个，则操作人员需要利用面补正模块13在轴向选择器200上重新选择面。

如图5所示，是图2步骤S7中根据该基准面的正面的法向和初始坐标系计算一个面补正矩阵以对初始坐标系进行面补正的具体作业流程图。

步骤S50，面补正模块13获取于轴向选择器200上选择的面的标识对应的轴的法向V，并获取所述基准面的法向V1。

步骤S52，计算该法向V和V1间的夹角θ，并计算该法向V和V1所在面的垂直法向V2。

步骤S54，将初始坐标系绕法向V2旋转角度θ得到所述面补正矩阵。本实施例中，夹角θ可通过下述公式计算出：

其中，V2.x = V.y * V1.z - V1.y * V.z，V2.y = V.z * V1.x - V1.z * V.x，V2.z = V.x * V1.y - V1.x * V.y。

步骤S56，将设计图档中工件的各子对象在初始坐标系中的矩阵与该面补正矩阵相乘，以实现初始坐标系的面补正。

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 (15)

1.一种三次元坐标系图形化创建方法，其特征在于，该方法包括：

创建步骤，汇入工件的设计图档，创建一个初始坐标系，并在该设计图档上绘制一个空心立方体作为轴向选择器；

选取步骤，于设计图档上选择面、线和点，或者选择面、线和圆；

标识步骤，将轴向选择器的六个面分别标识为X轴向，Y轴向，Z轴向，-X轴向，-Y轴向和-Z轴向；

面补正步骤，根据设计图档上选择的面触发面补正流程，并计算一个面补正矩阵以对所述初始坐标系进行面补正；

轴补正步骤，根据设计图档上选择的线触发轴补正流程，并计算一个轴补正矩阵以对初始坐标系进行轴补正；

原点补正步骤，根据设计图档上选择的点或圆触发原点补正流程，及根据选择的点计算一个原点补正矩阵以对初始坐标系进行原点补正；及

新坐标系步骤，将上述面补正矩阵、轴补正矩阵和原点补正矩阵相乘得到一个操作矩阵，由该操作矩阵可以创建所述新坐标系。

2.如权利要求1所述的三次元坐标系图形化创建方法，其特征在于，所述面补正步骤包括：

根据设计图档上选择的面建立新坐标系的基准面；

于轴向选择器上选择一个面，根据该轴向选择器上的该面的标识确定所述基准面的正面方向；及

根据该基准面的正面的法向和初始坐标系计算一个面补正矩阵，以对初始坐标系进行面补正。

3.如权利要求2所述的三次元坐标系图形化创建方法，其特征在于，所述面补正步骤中于轴向选择器上选择一个面的步骤包括：

得到光标所在位置的坐标值；

计算该坐标值到所述轴向选择器的六个面的距离；

若与光标所在位置的距离最近的面有一个，则判定该面为所述选择的面，并以不同于轴向选择器其他五个面的颜色显示该选择的面；及

若与光标所在位置的距离最近的面有多个，则重新选择面。

4.如权利要求2所述的三次元坐标系图形化创建方法，其特征在于，所述面补正步骤中根据该基准面的正面的法向和初始坐标系计算一个面补正矩阵以对初始坐标系进行面补正的步骤包括：

获取于轴向选择器上选择的面的标识对应的轴的法向V，并获取基准面的法向V1；

计算该法向V和V1间的夹角θ，并计算该法向V和V1所在面的垂直法向V2；

将初始坐标系绕法向V2旋转角度θ得到所述面补正矩阵；及

将设计图档中工件的各子对象在初始坐标系中的矩阵与该面补正矩阵相乘，以实现初始坐标系的面补正，所述子对象包括点、线、面、圆、圆柱、圆锥、圆球、曲线、三角面。

5.如权利要求1所述的三次元坐标系图形化创建方法，其特征在于，所述选取步骤通过以下方式于设计图档上选择线：

于设计图档上选择单条线；或

于设计图档上选择多个元素，并将前两个元素拟合成一条线，以该线补正初始坐标系的轴；或

于设计图档上选择两条线，分别取该两条线的中点并相连，以该相连的线段补正初始坐标系的轴；或

于设计图档上选择两个圆，分别取该两个圆的圆心并相连，以该相连的线段补正初始坐标系的轴。

6.如权利要求5所述的三次元坐标系图形化创建方法，其特征在于，于设计图档上选择单条线时，所述轴补正步骤包括：

于轴向选择器上选择一个面，根据该轴向选择器上的该面的标识及一个偏移角度确定要补正的初始坐标系的轴；

以所述设计图档上选择的线的起始点为旋转点、以该线的法向与轴向选择器上选择的面对应的轴所构成的平面的法向为旋转轴，将所述初始坐标系旋转所述偏移角度；及

根据该旋转后得到的坐标系及所述旋转轴计算一个轴补正矩阵以对初始坐标系进行轴补正。

7.如权利要求6所述的三次元坐标系图形化创建方法，其特征在于，所述轴补正步骤还包括：

当所述偏移角度为零时，于轴向选择器上所选择的面对应的标识为要补正的初始坐标系的轴；或

当所述偏移角度不为零时，将轴向选择器上所选择的面对应的轴为顺时针旋转所述偏移角度得到的线来补正初始坐标系的轴。

8.如权利要求1所述的三次元坐标系图形化创建方法，其特征在于，所述原点补正步骤包括：

当于设计图档上选择了点，于轴向选择器上选择了一个或多个面时，以该选择的一个或多个面的标识确定新坐标系的原点位置，并计算原点补正矩阵以对初始坐标系进行原点补正；或

当于设计图档上选择了点，于轴向选择器上选择了标识为X轴向、Y轴向和Z轴向三个面，或者其中一个或多个标识为所对应面的负轴向时，以初始坐标系的原点为新坐标系的原点；或

当于设计图档上选择了圆时，以该圆的圆心为所述新坐标系的原点。

9.如权利要求1所述的三次元坐标系图形化创建方法，其特征在于，该方法还包括：

当新坐标系的原点位置不准确时，拖动轴向选择器进行移动，所述新坐标系随着移动，以将该新坐标系的原点移到准确的位置。

10.一种三次元坐标系图形化创建系统，其特征在于，该系统包括：

创建模块，用于汇入工件的设计图档，创建一个初始坐标系，并在该设计图档上绘制一个空心立方体作为轴向选择器；

选取模块，用于在设计图档上选择面、线和点，或者面、线和圆；

标识模块，用于将轴向选择器的六个面分别标识为X轴向，Y轴向，Z轴向，-X轴向，-Y轴向和-Z轴向；

面补正模块，用于根据设计图档上选择的面触发面补正流程，并计算一个面补正矩阵以对所述初始坐标系进行面补正；

轴补正模块，用于根据设计图档上选择的线触发轴补正流程，并计算一个轴补正矩阵以对初始坐标系进行轴补正；

原点补正模块，用于根据设计图档上选择的点或圆触发原点补正流程，并根据选择的点计算一个原点补正矩阵以对初始坐标系进行原点补正；及

新坐标系模块，用于将上述面补正矩阵、轴补正矩阵和原点补正矩阵相乘得到一个操作矩阵，由该操作矩阵可以创建所述新坐标系。

11.如权利要求10所述的三次元坐标系图形化创建系统，其特征在于，所述面补正模块通过以下步骤计算所述面补正矩阵以对所述初始坐标系进行面补正：

根据设计图档上选择的面建立新坐标系的基准面；

于轴向选择器上选择一个面，根据该轴向选择器上的该面的标识确定所述基准面的正面方向；及

根据该基准面的正面的法向和初始坐标系计算一个面补正矩阵，以对初始坐标系进行面补正。

12.如权利要求11所述的三次元坐标系图形化创建系统，其特征在于，所述面补正模块通过以下步骤根据该基准面的正面的法向和初始坐标系计算一个面补正矩阵以对初始坐标系进行面补正：

获取于轴向选择器上选择的面的标识对应的轴的法向V，并获取基准面的法向V1；

计算该法向V和V1间的夹角θ，并计算该法向V和V1所在面的垂直法向V2；

将初始坐标系绕法向V2旋转角度θ得到所述面补正矩阵；及

将设计图档中工件的各子对象在初始坐标系中的矩阵与该面补正矩阵相乘，以实现初始坐标系的面补正，所述子对象包括点、线、面、圆、圆柱、圆锥、圆球、曲线、三角面。

13.如权利要求10所述的三次元坐标系图形化创建系统，其特征在于，所述选取模块通过以下方式于设计图档上选择线：

于设计图档上选择单条线；或

于设计图档上选择多个元素，并将前两个元素拟合成一条线，以该线补正初始坐标系的轴；或

于设计图档上选择两条线，分别取该两条线的中点并相连，以该相连的线段补正初始坐标系的轴；或

于设计图档上选择两个圆，分别取该两个圆的圆心并相连，以该相连的线段补正初始坐标系的轴。

14.如权利要求13所述的三次元坐标系图形化创建系统，其特征在于，当于设计图档上选择单条线时，所述轴补正模块用于：

于轴向选择器上选择一个面，根据该轴向选择器上的该面的标识及一个偏移角度确定要补正的初始坐标系的轴；

以所述设计图档上选择的线的起始点为旋转点、以该线的法向与轴向选择器上选择的面对应的轴所构成的平面的法向为旋转轴，将所述初始坐标系旋转所述偏移角度；及

根据该旋转后得到的坐标系及所述旋转轴计算一个轴补正矩阵以对初始坐标系进行轴补正。

15.如权利要求10所述的三次元坐标系图形化创建系统，其特征在于，所述原点补正模块通过以下步骤进行原点补正：

当于设计图档上选择了点，于轴向选择器上选择了一个或多个面时，以该选择的一个或多个面的标识确定新坐标系的原点位置，并计算原点补正矩阵以对初始坐标系进行原点补正；或

当于设计图档上选择了点，于轴向选择器上选择了标识为X轴向、Y轴向和Z轴向三个面，或者其中一个或多个标识为所对应面的负轴向时，以初始坐标系的原点为新坐标系的原点；或

当于设计图档上选择了圆时，以该圆的圆心为所述新坐标系的原点。

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