CN104344795A - 点云剖面量测系统及方法 - Google Patents

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CN104344795A CN201310314188.2A CN201310314188A CN104344795A CN 104344795 A CN104344795 A CN 104344795A CN 201310314188 A CN201310314188 A CN 201310314188A CN 104344795 A CN104344795 A CN 104344795A
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吴新元
刘义
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Abstract

一种点云剖面量测系统及方法，其包括：读取待测产品的点云数据；对所读取的点云进行三角网格划分，并输出由所有三角形构成的队列A；根据所获取的点云数据及待测产品的待测剖面来创建基准平面PLN；根据基准平面PLN和用户所选择的元素类型创建三维工件坐标系；计算所有点云的三维工件坐标；获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置；根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取每个所述待量测的量测元素所对应的点云；根据每个所述待量测的量测元素的所对应的点云数据，利用所述拟合算法拟合所述待量测的量测元素；根据所拟合出的所述待量测的量测元素的方程计算所述待量测的量测元素间的距离、夹角。

Description

点云剖面量测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种剖面量测系统及方法，尤其涉及一种点云剖面量测系统及方法。
背景技术
在量测处理软件中进行量测操作时，简易便捷地对产品的剖面进行量测才能顺应用户的需求，这也是设计者一直都在不懈追求的目标。然而，在当今的量测处理软件中，能很好地量测产品的曲面是否符合标准，但并不能智能化地根据用户的需求量测产品的剖面局部特征，并同时将量测结果直观地输出。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种点云剖面量测系统及方法，其可以精确量测产品剖面上的特征，并能图形化地显示量测结果，并智能输出量测结果。
一种点云剖面量测系统，该系统包括：读取模块，用于读取待测产品的点云数据；网格化模块，用于对所读取的点云进行三角网格划分以得到所述待测产品的三维模型上的所有三角形，并输出由所有所述三角形构成的队列A；创建基准平面模块，用于根据所读取的点云数据及待测产品的待测剖面来创建基准平面PLN；创建工件坐标系模块，用于根据基准平面PLN和用户所选择的元素类型创建三维工件坐标系；计算模块，用于计算点云中所有点的三维工件坐标；获取模块，用于获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置；提取模块，用于根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取每个所述待量测的量测元素所对应的点云；拟合模块，用于根据每个所述待量测的量测元素所对应的点云中所有点的三维工件坐标，利用拟合算法拟合出所述待量测的量测元素；所述计算模块，还用于根据所拟合的所述待量测的量测元素计算所述待量测的量测元素之间的距离、夹角。
一种点云剖面量测方法，该方法包括：读取步骤，读取待测产品的点云数据；网格化步骤，对所读取的点云进行三角网格划分以得到所述待测产品的三维模型上的所有三角形，并输出由所有所述三角形构成的队列A；创建基准平面步骤，根据所读取的点云数据及待测产品的待测剖面来创建基准平面PLN；创建工件坐标系步骤，根据基准平面PLN和用户所选择的元素类型创建三维工件坐标系；计算步骤一，计算点云中所有点的三维工件坐标；获取步骤，获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置；提取步骤，根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取每个所述待量测的量测元素所对应的点云；拟合步骤，根据每个所述待量测的量测元素所对应的点云中所有点的三维工件坐标，利用拟合算法拟合出所述待量测的量测元素；计算步骤二，根据所拟合的所述待量测的量测元素计算所述待量测的量测元素之间的距离、夹角。
相较于现有技术，所述点云剖面量测系统及方法，其可以在待测产品的点云数据三角网格划分后，提取剖面上待量测的量测元素，并计算量测元素间的距离及夹角使用户能直观地分析该待测产品是否符合要求。同时，能图形化地显示量测结果，并智能输出量测结果。
附图说明
图1是本发明点云剖面量测系统的应用环境图。
图2是本发明点云剖面量测系统的模块图。
图3是本发明点云剖面量测方法的较佳实施例的流程图。
图4是步骤S12的细化流程图。
图5是步骤S13的细化流程图。
图6是基准平面PLN上的X、Y轴示意图。
图7是量测结果的图形化示意图。
主要元件符号说明
点云剖面量测系统 10
计算装置 1
存储设备 20
处理器 30
显示设备 40
读取模块 100
网格化模块 101
创建基准平面模块 102
创建工件坐标系模块 103
计算模块 104
获取模块 105
提取模块 106
拟合模块 107
绘制模块 108
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，是本发明点云剖面量测系统的应用环境图。该点云剖面量测系统10安装并运行于计算装置1。该计算装置1还包括存储设备20、处理器30及显示设备40。该计算装置1可以为计算机或其它任何具有数据处理功能的装置。
所述显示设备40是一种LED显示屏或者其它显示器，用于显示量测结果及供用户选择数据等。
如图2所示，是点云剖面量测系统的模块图。在本实施例中，所述点云剖面量测系统10包括读取模块100、网格化模块101、创建基准平面模块102、创建工件坐标系模块103、计算模块104、获取模块105、提取模块106、拟合模块107及绘制模块108。本发明所称的模块是指一种能够被处理器30所执行并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在存储设备20中。在本实施例中，关于各模块的功能将在图3的流程图中具体描述。
如图3所示，是本发明点云剖面量测方法的较佳实施例的流程图。根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。
步骤S10，读取模块100从计算装置1的存储设备20中读取待测产品的点云数据。
所述点云数据包括点云中所有点的编号及三维机械坐标。
步骤S11，网格化模块101对所读取的点云进行三角网格划分以得到所述待测产品的三维模型上的所有三角形，并输出由所有所述三角形构成的队列A。
所述队列A中存储着构成每个三角形的三个顶点的数据，即顶点的编号及所述顶点的三维机械坐标。在本实施例中，所述队列A可以为一个二维数组，数组的每一行存储着一个三角形的三个顶点。
步骤S12，创建基准平面模块102根据所读取的点云数据及待测产品的待测剖面来创建基准平面PLN。
该步骤S12的细化步骤将在图4中详述。
步骤S13，创建工件坐标系模块103根据基准平面PLN和用户所选择的元素类型创建三维工件坐标系。该步骤S13将在图5中作详细描述。
步骤S14，在三维工件坐标系下，计算模块104计算点云中所有点的三维工件坐标。即在三维工件坐标系下，计算所有点到三维工件坐标系的X、Y及Z轴的距离即为其三维工件坐标。
步骤S15，获取模块105获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置。
所述待量测的量测元素包括，但不限于线，点，圆。在一实施例中，获取模块105可获取用户根据待测产品的待测剖面图纸所输入的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置。
在另一实施例中，待测产品的待测剖面图纸可以以文件的形式存储于存储设备20中，所述待量测的量测元素在待测剖面图纸上有一个标记，所述标记包括文字，图形及其组合。获取模块105可根据所述标记在所述图纸上的相对位置获取待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置。
步骤S16，提取模块106根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取每个所述待量测的量测元素所对应的点云。
步骤S17，拟合模块107根据每个所述待量测的量测元素所对应的点云中所有点的三维工件坐标，利用拟合算法拟合每个所述待量测的量测元素。
在本实施例中，拟合模块107拟合每个所述待量测的量测元素的方程。
步骤S18，计算模块104根据所拟合的每个待量测的量测元素的方程计算所述待量测的量测元素之间的距离、夹角。
步骤S19，绘制模块108将所述待量测的量测元素绘制在所述基准平面PLN上，并以图形化的形式将所绘制的图形及量测后的结果显示在显示设备40上使用户能直观观察。
在本较佳实施例中，以待量测的量测元素为两条直线为例说明本发明。如图7所示，是量测结果的图形化示意图。直线L1及L2为基准平面PLN上所拟合的待量测的量测元素。得到直线L1及L2的过程为：获取模块105先获取待量测的量测元素直线L1及L2在基准平面PLN上的位置，提取模块106根据L1及L2在基准平面PLN上的位置提取L1及L2各自所对应的点云，拟合模块107根据L1及L2各自所对应的点云中所有点的三维工件坐标拟合出L1及L2的方程，计算模块104根据所述拟合出的L1及L2的方程计算L1与L2间的距离，L1与L2间的距离值为21.07个单位。
在本实施例中，所述基准平面PLN上包括，但不限于，待测产品的点云、坐标轴、所拟合的待量测的量测元素等。在以图形化的形式显示的同时，所绘制的图形及量测后的结果也可以以文字报告的形式输出，达到直观显示给用户查看。
如图4所示，是步骤S12的细化流程图。根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。
步骤S120，创建基准平面模块102获取待测剖面上所预设的直线上的点。
所述直线的位置为用户事先所设定的。在一实施例中，所预设的直线被标示在待测产品图纸上，用户可根据所预设的直线在待测产品图纸上的位置在显示设备40上选取所述直线所对应的点。创建基准平面模块102可接收用户在显示设备40上所选取的所述直线所对应的点。
在另一实施例中，所述待测产品图纸可以以文件的形式存储于存储设备20中，创建基准平面模块102可根据所述直线在图纸上的位置来自动获取该位置所对应的点。
步骤S121，创建基准平面模块102根据所获取的直线上的点计算出直线L的方程，并利用平面拉升的方法拉伸直线L以计算出待测产品的待测剖面，该剖面记为平面PL。
所述队列A中每个三角形都有一个法向，所述直线L的拉伸方向垂直于所述队列A中所有三角形的平均法向。在本实施例中，以队列中有三个三角形B1、B2及B3为例，B1的法向与水平面成30度，B2的法向与水平面成60度，B3的法向与水平面成90度，则所述直线L的拉伸方向为与水平面成60度（（30+60+90）/3=60度）。
步骤S122，创建基准平面模块102计算平面PL与队列A中每个三角形的每条边的交点T，并将所有交点T存储于数组PTA中。
步骤S123，创建基准平面模块102利用拟合算法将数组PTA中所有点拟合成一个平面PL1。
所述拟合算法包括，但不限于，最小二乘法及牛顿迭代法。
步骤S124，创建基准平面模块102将所述平面PL1补正为基准平面PLN。
所述基准平面PLN为一个正视图。所述正视图为平面PL1投影在其背后的投影面上的视图。所述正视图可便于用户从正面直接观察待测产品的剖面，同时也便于测量。所述创建基准平面模块102的补正过程包括：
（a1）将平面PL1投影以得到其正视图；
（a2）计算平面PL1与正视图的夹角、正视图的中心及所述平面PL1的中心；
（a3）根据所述夹角来旋转平面PL1使平面PL1与正视图平行；
（a4）平移平面PL1的中心至所述正视图的中心，便可得到所述基准平面PLN。
如图5所示，是步骤S13的细化流程图。根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。
步骤S130，创建工件坐标系模块103利用所读取的点云中所有点的三维机械坐标并结合拟合算法迭代拟合用户所选的元素类型。所述元素类型包括，但不限于，圆、线、面、圆柱及其组合等。
步骤S131，创建工件坐标系模块103将所拟合的元素类型投影到所述基准平面PLN上，并记录每个投影点。
步骤S132，创建工件坐标系模块103利用所述基准平面PLN上的所述投影点拟合两条相互垂直并相交的直线。如图6所示，在所述基准平面PLN上拟合两条垂直的直线，两线相交的点为原点，其中一条直线作为如图6所示的X轴，另一条直线作为如图6所示的Y轴。
步骤S133，创建工件坐标系模块103在垂直所述基准平面PLN的法线方向上拟合一条直线作为Z轴。
通过本发明，所述点云剖面量测系统及方法，其可以在待测产品的点云数据三角网格划分后，提取剖面上待量测的量测元素，并计算量测元素间的距离及夹角使用户能直观地分析该待测产品是否符合要求。同时，能图形化地显示量测结果，并智能输出量测结果。
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。

Claims (12)

1.一种点云剖面量测系统，其特征在于，该系统包括：
读取模块，用于读取待测产品的点云数据；
网格化模块，用于对所读取的点云进行三角网格划分以得到所述待测产品的三维模型上的所有三角形，并输出由所有所述三角形构成的队列A；
创建基准平面模块，用于根据所读取的点云数据及待测产品的待测剖面来创建基准平面PLN；
创建工件坐标系模块，用于根据基准平面PLN和用户所选择的元素类型创建三维工件坐标系；
计算模块，用于计算点云中所有点的三维工件坐标；
获取模块，用于获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置；
提取模块，用于根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取每个所述待量测的量测元素所对应的点云；
拟合模块，用于根据每个所述待量测的量测元素所对应的点云中所有点的三维工件坐标，利用拟合算法拟合出所述待量测的量测元素；
所述计算模块，还用于根据所拟合出的所述待量测的量测元素计算所述待量测的量测元素之间的距离、夹角。
2.如权利要求1所述的点云剖面量测系统，其特征在于，该系统还包括：
绘制模块，用于将所述待量测的量测元素绘制在所述基准平面PLN上，并以图形化的形式将所绘制的图形及量测后的结果显示在显示设备上。
3.如权利要求1所述的点云剖面量测系统，其特征在于，所述创建基准平面模块创建基准平面PLN的过程包括：
获取待测剖面上所预设的直线上的点；
根据所获取的直线上的点计算出直线L的方程，并拉伸直线L以计算出待测产品的待测剖面，该待测剖面记为平面PL；
计算平面PL与队列A中每个三角形的每条边的交点T，并将所有交点T存储于数组PTA中；
利用拟合算法将数组PTA中所有点拟合成一个平面PL1；
将所述平面PL1补正为基准平面PLN。
4.如权利要求3所述的点云剖面量测系统，其特征在于，将所述平面PL1补正为基准平面PLN的过程包括：
将平面PL1投影以得到其正视图；
计算平面PL1与正视图的夹角、正视图的中心及所述平面PL1的中心；
根据所述夹角来旋转平面PL1使平面PL1与正视图平行；
平移平面PL1的中心至所述正视图的中心，得到所述基准平面PLN。
5.如权利要求1所述的点云剖面量测系统，其特征在于，创建工件坐标系模块创建三维工件坐标系的过程包括：
利用所读取点云中所有点的三维机械坐标并结合所述拟合算法迭代拟合用户所选的元素类型，所述元素类型包括，但不限于，圆、线、面、圆柱及其组合；
将所拟合的元素类型投影到所述基准平面PLN上，并记录每个投影点；
利用所述基准平面PLN上的所述投影点拟合两条相互垂直并相交的直线，两线相交的点为原点，其中一条直线作为X轴，另一条直线作为Y轴；
在垂直所述基准平面PLN的法线方向上拟合一条直线作为Z轴。
6.如权利要求3所述的点云剖面量测系统，其特征在于，所述直线L的拉伸方向垂直于所述队列A中所有三角形的平均法向。
7.一种点云剖面量测方法，其特征在于，该方法包括：
读取步骤，读取待测产品的点云数据；
网格化步骤，对所读取的点云进行三角网格划分以得到所述待测产品的三维模型上的所有三角形，并输出由所有所述三角形构成的队列A；
创建基准平面步骤，根据所读取的点云数据及待测产品的待测剖面来创建基准平面PLN；
创建工件坐标系步骤，根据基准平面PLN和用户所选择的元素类型创建三维工件坐标系；
计算步骤一，计算点云中所有点的三维工件坐标；
获取步骤，获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置；
提取步骤，根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取每个所述待量测的量测元素所对应的点云；
拟合步骤，根据每个所述待量测的量测元素所对应的点云中所有点的三维工件坐标，利用拟合算法拟合出所述待量测的量测元素；
计算步骤二，根据所拟合的所述待量测的量测元素计算所述待量测的量测元素之间的距离、夹角。
8.如权利要求7所述的点云剖面量测方法，其特征在于，该方法还包括：
绘制步骤，将所述待量测的量测元素绘制在所述基准平面PLN上，并以图形化的形式将所绘制的图形及量测后的结果显示在显示设备上。
9.如权利要求7所述的点云剖面量测方法，其特征在于，所述创建基准平面PLN的步骤包括：
获取待测剖面上所预设的直线上的点；
根据所获取的直线上的点计算出直线L的方程，并拉伸直线L以计算出待测产品的待测剖面，该待测剖面记为平面PL；
计算平面PL与队列A中每个三角形的每条边的交点T，并将所有交点T存储于数组PTA中；
利用拟合算法将数组PTA中所有点拟合成一个平面PL1；
将所述平面PL1补正为基准平面PLN。
10.如权利要求9所述的点云剖面量测方法，其特征在于，将所述平面PL1补正为基准平面PLN的步骤包括：
将平面PL1投影以得到其正视图；
计算平面PL1与正视图的夹角、正视图的中心及所述平面PL1的中心;
根据所述夹角来旋转平面PL1使平面PL1与正视图平行;
平移平面PL1的中心至所述正视图的中心，得到所述基准平面PLN。
11.如权利要求7所述的点云剖面量测方法，其特征在于，创建三维工件坐标系的步骤包括：
利用所有点云的三维机械坐标并结合所述拟合算法迭代拟合用户所选的元素类型，所述元素类型包括，但不限于，圆、线、面、圆柱及其组合；
将所拟合的元素类型投影到所述基准平面PLN上，并记录每个投影点；
利用所述基准平面PLN上的所述投影点拟合两条相互垂直并相交的直线，两线相交的点为原点，其中一条直线作为X轴，另一条直线作为Y轴；
在垂直所述基准平面PLN的法线方向上拟合一条直线作为Z轴。
12.如权利要求9所述的点云剖面量测方法，其特征在于，所述直线L的拉伸方向垂直于所述队列A中所有三角形的平均法向。
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