TW201327245A - 三次元座標系圖形化創建系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種三次元座標系圖形化創建系統及方法，包括：於設計圖檔中創建初始座標系，並繪製軸向選擇器；於設計圖檔上選擇元素；將軸向選擇器的六個面分別標識為X，Y，Z，-X，-Y和-Z；根據選擇的面計算一面補正矩陣以對初始座標系進行面補正；根據選擇的線計算一軸補正矩陣以對初始座標系進行軸補正；根據選擇的點計算一原點補正矩陣以對初始座標系進行原點補正；及將面補正矩陣、軸補正矩陣和原點補正矩陣相乘得到一操作矩陣，由該操作矩陣創建所述新座標系。利用本發明可在工件的設計圖檔上任意創建所需要的座標系。

Description

三次元座標系圖形化創建系統及方法

本發明涉及一種量測系統及方法，尤其涉及一種三次元座標系創建系統及方法。

近年來，隨著電腦硬體性能的提高及價格的降低，其在工件量測中被大量的引入。在檢測工件局部的特性時，需要在該工件的設計圖檔的某個局部創建座標系。目前市面上創建座標系大多數是用文本配合參數介面來實現，其缺點如下：1.操作人員需要較強的空間概念及扎實的數學基礎，沒有空間概念及數學基礎無法清楚如何操作才能建立座標系；2.不夠直觀、理解困難，沒有模擬及中間過程而直接出結果，即建立座標系；3.操作步驟多且複雜，其間有許多不必要的操作。

鑒於以上內容，有必要提供一種三次元座標系圖形化創建系統及方法，可透過圖形的方式於工件的設計圖檔中準確地創建所需要的座標系，操作簡單。

一種三次元座標系圖形化創建系統，該系統包括：創建模組，用於匯入工件的設計圖檔，創建一個初始座標系，並在該設計圖檔上繪製一個空心立方體作為軸向選擇器；選取模組，用於在設計圖檔上選擇面、線和點，或者面、線和圓；標識模組，用於將軸向選擇器的六個面分別標識為X軸向，Y軸向，Z軸向，-X軸向，-Y軸向和-Z軸向；面補正模組，用於根據設計圖檔上選擇的面觸發面補正流程，並計算一個面補正矩陣以對所述初始座標系進行面補正；軸補正模組，用於根據設計圖檔上選擇的線觸發軸補正流程，並計算一個軸補正矩陣以對初始座標系進行軸補正；原點補正模組，用於根據設計圖檔上選擇的點或圓觸發原點補正流程，並根據選擇的點計算一個原點補正矩陣以對初始座標系進行原點補正；及新座標系模組，用於將上述面補正矩陣、軸補正矩陣和原點補正矩陣相乘得到一個操作矩陣，由該操作矩陣可以創建所述新座標系。

一種三次元座標系圖形化創建方法，該方法包括：匯入工件的設計圖檔，創建一個初始座標系，並在該設計圖檔上繪製一個空心立方體作為軸向選擇器；於設計圖檔上選擇面、線和點，或者選擇面、線和圓；將軸向選擇器的六個面分別標識為X軸向，Y軸向，Z軸向，-X軸向，-Y軸向和-Z軸向；根據設計圖檔上選擇的面觸發面補正流程，並計算一個面補正矩陣以對所述初始座標系進行面補正；根據設計圖檔上選擇的線觸發軸補正流程，並計算一個軸補正矩陣以對初始座標系進行軸補正；根據設計圖檔上選擇的點或圓觸發原點補正流程，並根據選擇的點計算一個原點補正矩陣以對初始座標系進行原點補正；及將上述面補正矩陣、軸補正矩陣和原點補正矩陣相乘得到一個操作矩陣，由該操作矩陣可以創建所述新座標系。

相較於習知技術，所述的三次元座標系圖形化創建系統及方法，可透過圖形的方式於工件的設計圖檔中準確地創建所需要的座標系，其中，圖形化創建容易理解且夠直觀，使用軸向選擇器配合類比步驟建立座標系的步驟少且操作簡單。

如圖1所示，是本發明較佳實施例中的三次元座標系圖形化創建系統的運行環境示意圖。該三次元座標系圖形化創建系統1運行於一台電子裝置100中，該電子裝置100包括儲存設備2、至少一個處理器3和一台顯示設備4。

在本實施例中，所述三次元座標系圖形化創建系統1以軟體程式或指令的形式安裝在儲存設備2中，並由處理器3執行。該三次元座標系圖形化創建系統1可根據設計圖檔300上的任意一個初始座標系，為工件的局部量測建立新的座標系。

所述三次元座標系圖形化創建系統1包括創建模組10、選取模組11、標識模組12、面補正模組13、軸補正模組14、原點補正模組15及新座標系模組16。本發明所稱的模組是完成一特定功能的電腦程式段，比程式更適合於描述軟體在電腦中的執行過程，因此在本發明以下對軟體描述都以模組描述。該三次元座標系圖形化創建系統1中各模組的功能將在圖2至圖5中進行詳細描述。

所述顯示設備4用於顯示工件的設計圖檔300，顯示建立新座標系過程中需要進行參數設置的參數設置介面、初始座標系、軸向選擇器200，及顯示最終生成的新座標系。該參數設置如在參數設置介面上點擊某種元素的圖形並於相應下拉功能表中選擇該元素的名稱，以對設計圖檔300上的某個元素進行選取。

如圖2所示，是本發明較佳實施例中的三次元座標系圖形化創建方法的作業流程圖。

步驟S1，創建模組10從電子裝置100中匯入一個工件的設計圖檔300，並在該設計圖檔300所示工件的任意位置創建一個初始座標系，該初始座標系如圖3中以點PT1為原點的三軸座標系，即X軸、Y軸和Z軸。另外，創建模組10還需在該設計圖檔300上繪製一個空心立方體作為軸向選擇器200（如圖3所示）。

步驟S3，設計人員利用選取模組11在設計圖檔300上選擇一個元素，該元素可以為面、線或點。

步驟S5，標識模組12將軸向選擇器200的六個面分別標識為X軸向，Y軸向，Z軸向，-X軸向，-Y軸向和-Z軸向。如圖3所示，空心立方體的上下兩個面分別為Z軸向和-Z軸向，左右兩個面分別為-X軸向和X軸向，前後兩個面分別為-Y軸向和Y軸向。其中，X軸向對應X軸，-X軸向對應-X軸，Y軸向對應Y軸，-Y軸向對應Y軸，Z軸向對應Z軸，-Z軸向對應-Z軸。

當在上述步驟S3中選擇的元素為面時，觸發面補正流程，步驟S7，面補正模組13根據該面建立新座標系的基準面，並於軸向選擇器200上選擇一個面，根據該軸向選擇器200上的該面的標識確定所述基準面的正面方向，及根據該基準面的正面的法向和初始座標系計算一個面補正矩陣以對初始座標系進行面補正。

其中，所述基準面是指將從設計圖檔300上選取的面向四方延伸所形成的虛面。建立該基準面的目的是：當選取的面很小而又要在此面上進行面補正時，為了更加直觀而繪製了一個虛面。而確定所選擇的面的方法具體如圖4中的描述。所述基準面的正面可由下述例子確定：若操作人員於軸向選擇器200上選擇的面對應的標識為Z軸向，該選擇的面的法向向上，而初始座標系中與該法向相同的軸向為Z軸，即所選擇的面的法向與Z軸方向一致，因此，確定所選擇的面的正面向上，相反，若所選擇的面對應的標識為-Z軸，則所選擇的面的法向與-Z軸一致，因此，確定所選擇的面的正面向下。所述根據該基準面的正面的法向和初始座標系計算一個面補正矩陣以對初始座標系進行面補正的方法將在圖5中進行詳細描述。

當在上述步驟S3中選擇的元素為線時，觸發軸補正流程，步驟S9，所述軸補正模組14於軸向選擇器200上選擇一個面，根據該軸向選擇器200上的該面的標識及一個偏移角度確定要補正的初始座標系的軸，以所選擇的線的法向與軸向選擇器200上選擇的面的標識對應的軸所構成的平面的法向為旋轉軸，將所述初始座標系旋轉所述偏移角度，並根據該旋轉後得到的座標系及所述旋轉軸計算一個軸補正矩陣以對初始座標系進行軸補正。此處計算軸補正矩陣的公式與上述計算面補正矩陣的公式相同，具體將在圖5中進行詳細記載。

具體而言，所述偏移角度為操作人員於顯示設備4所顯示的參數設置介面上輸入的角度。該偏移角度可以為零或其他任意非零的數位，若操作人員沒有在參數設置介面上進行角度輸入，則本實施例中的軸補正模組14默認所輸入的偏移角度為零。

當所述偏移角度為零時，所述軸補正模組14於軸向選擇器200上所選擇的面對應的標識為要補正的初始座標系的軸，例如，於軸向選擇器200上選擇的面對應的標識為X軸向，則表示需要利用所選擇的線對初始座標系的X軸進行軸補正。

當所述偏移角度不為零時，所述軸補正模組14將軸向選擇器200上所選擇的面對應的軸為順時針旋轉所述偏移角度得到的線來補正初始座標系的軸。

在其他實施例中，所述在設計圖檔300上選擇的元素也可以不為一條線，其可以是多個可包括線的其他元素，如圓、面等。具體而言，若於設計圖檔300上選擇了多個元素，則所述軸補正模組14將前兩個元素擬合成一條線，以該線補正初始座標系的軸；若於設計圖檔300上選擇的元素為兩條線，則所述軸補正模組14分別取該兩條線的中點並相連，以該相連的線段補正初始座標系的軸；或者當於設計圖檔300上選擇的元素為兩個圓時，分別取該兩個圓的圓心並相連，以該相連的線段補正初始座標系的軸。

當在步驟S3中選擇的元素為點時，觸發原點補正流程，步驟S11，所述原點補正模組15從軸向選擇器200上選擇一個或多個面，以該選擇的一個或多個面的標識確定新座標系的原點位置，並計算原點補正矩陣以對初始座標系進行原點補正。該原點補正矩陣的公式為：

，將設計圖檔300上各子物件的座標乘以該原點補正矩陣就可以實現對初始座標系進行原點補正，以創建新座標系的原點。本實施例中，該子物件包括點、線、面、圓、圓柱、圓錐、圓球、曲線、三角面。

在其他實施例中，若步驟S3中選擇的元素為點，則觸發原點補正流程，於該步驟S11中，當操作人員於軸向選擇器200上選擇了標識為X軸向、Y軸向和Z軸向三個面，或者其中一個或多個標識為所對應面的負軸向時，以初始座標系的原點為新座標系的原點。例如，若從軸向選擇器200上選擇了X軸向、Y軸向和Z軸向三個面，則表示新座標系的原點為圖3中初始座標系的原點PT1。

另外，若操作人員於步驟S3中選擇的不是一個面、一條線或一個點，而是其他元素如圓時，所述原點補正模組15可以該圓的圓心為所述新座標系的原點以達到原點補正的目的。或者，當操作人員於步驟S3中選擇的元素為線段時，三次元座標系圖形化創建系統1會於顯示設備4上提示操作人員是選擇觸發軸補正還是原點補正，若操作人員選擇觸發軸補正，則執行步驟S9中的軸補正流程，若操作人員選擇原點補正，則於步驟S11中，所述原點補正模組15將該線段的中點作為所述新座標系的原點，以實現原點補正。

步驟S13，所述新座標系模組16將上述面補正矩陣、軸補正矩陣和原點補正矩陣相乘得到一個操作矩陣，由該操作矩陣可以創建所述新座標系。

在此需要說明的是，步驟S3和步驟S5沒有先後順序。步驟S7、步驟S9和步驟S11之間的順序也可以進行調換。

在其他實施例中，若經過上述面補正、軸補正和原點補正所建立的新座標系的原點位置還是不夠準確，如仍然無法滿足操作人員的要求，則操作人員可以拖動軸向選擇器200進行移動，使得所述新座標系隨著移動，以將該新座標系的原點移到準確的位置。

如圖4所示，是圖2的步驟S7中於軸向選擇器上選擇一個面的具體作業流程圖。

步驟S40，面補正模組13透過設計圖檔300的屬性檔可以獲取當前游標於軸向選擇器200上所在位置的座標值。

步驟S42，該面補正模組13計算該座標值到所述軸向選擇器200的六個面的距離，共得到六個距離值，並從中找出最小距離值。

步驟S44，若從上述六個距離值中找到一個最小距離值，即軸向選擇器200與游標所在位置的距離最近的面僅有一個，則面補正模組13判定該距離最近的面為所述選擇的面，並以不同於軸向選擇器200其他五個面的顏色顯示該選擇的面。

步驟S46，若從上述六個距離值中找到多個最小距離值，即軸向選擇器200與游標所在位置的距離最近的面不止一個，則操作人員需要利用面補正模組13在軸向選擇器200上重新選擇面。

如圖5所示，是圖2步驟S7中根據該基準面的正面的法向和初始座標系計算一個面補正矩陣以對初始座標系進行面補正的具體作業流程圖。

步驟S50，面補正模組13獲取於軸向選擇器200上選擇的面的標識對應的軸的法向V，並獲取所述基準面的法向V1。

步驟S52，計算該法向V和V1間的夾角θ，並計算該法向V和V1所在面的垂直法向V2。

步驟S54，將初始座標系繞法向V2旋轉角度θ得到所述面補正矩陣。本實施例中，夾角θ可透過下述公式計算出：

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。

步驟S56，將設計圖檔中工件的各子物件在初始座標系中的矩陣與該面補正矩陣相乘，以實現初始座標系的面補正。

最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

100．．．電子裝置

1．．．三次元座標系圖形化創建系統

2．．．儲存設備

3．．．處理器

4．．．顯示設備

10．．．創建模組

11．．．選取模組

12．．．標識模組

13．．．面補正模組

14．．．軸補正模組

15．．．原點補正模組

16．．．新座標系模組

200．．．軸向選擇器

300．．．設計圖檔

圖1是本發明較佳實施例中的三次元座標系圖形化創建系統的運行環境示意圖。

圖2是本發明較佳實施例中的三次元座標系圖形化創建方法的作業流程圖。

圖3舉例說明創建初始座標系及繪製軸向選擇器的示意圖。

圖4是圖2步驟S7中於軸向選擇器上選擇一個面的具體作業流程圖。

圖5是圖2步驟S7中根據該基準面的正面的法向和初始座標系計算一個面補正矩陣以對初始座標系進行面補正的具體作業流程圖。

100．．．電子裝置

1．．．三次元座標系圖形化創建系統

2．．．儲存設備

3．．．處理器

4．．．顯示設備

10．．．創建模組

11．．．選取模組

12．．．標識模組

13．．．面補正模組

14．．．軸補正模組

15．．．原點補正模組

16．．．新座標系模組

Claims (15)

1. 一種三次元座標系圖形化創建方法，該方法包括：
   創建步驟，匯入工件的設計圖檔，創建一個初始座標系，並在該設計圖檔上繪製一個空心立方體作為軸向選擇器；
   選取步驟，於設計圖檔上選擇面、線和點，或者選擇面、線和圓；
   標識步驟，將軸向選擇器的六個面分別標識為X軸向，Y軸向，Z軸向，-X軸向，-Y軸向和-Z軸向；
   面補正步驟，根據設計圖檔上選擇的面觸發面補正流程，並計算一個面補正矩陣以對所述初始座標系進行面補正；
   軸補正步驟，根據設計圖檔上選擇的線觸發軸補正流程，並計算一個軸補正矩陣以對初始座標系進行軸補正；
   原點補正步驟，根據設計圖檔上選擇的點或圓觸發原點補正流程，及根據選擇的點計算一個原點補正矩陣以對初始座標系進行原點補正；及
   新座標系步驟，將上述面補正矩陣、軸補正矩陣和原點補正矩陣相乘得到一個操作矩陣，由該操作矩陣可以創建所述新座標系。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三次元座標系圖形化創建方法，其中所述面補正步驟包括：
   根據設計圖檔上選擇的面建立新座標系的基準面；
   於軸向選擇器上選擇一個面，根據該軸向選擇器上的該面的標識確定所述基準面的正面方向；及
   根據該基準面的正面的法向和初始座標系計算一個面補正矩陣，以對初始座標系進行面補正。
3. 如申請專利範圍第2項所述之三次元座標系圖形化創建方法，其中所述面補正步驟中於軸向選擇器上選擇一個面的步驟包括：
   得到游標所在位置的座標值；
   計算該座標值到所述軸向選擇器的六個面的距離；
   若與游標所在位置的距離最近的面有一個，則判定該面為所述選擇的面，並以不同於軸向選擇器其他五個面的顏色顯示該選擇的面；及
   若與游標所在位置的距離最近的面有多個，則重新選擇面。
4. 如申請專利範圍第2項所述之三次元座標系圖形化創建方法，其中所述面補正步驟中根據該基準面的正面的法向和初始座標系計算一個面補正矩陣以對初始座標系進行面補正的步驟包括：
   獲取於軸向選擇器上選擇的面的標識對應的軸的法向V，並獲取基準面的法向V1；
   計算該法向V和V1間的夾角θ，並計算該法向V和V1所在面的垂直法向V2；
   將初始座標系繞法向V2旋轉角度θ得到所述面補正矩陣；及
   將設計圖檔中工件的各子物件在初始座標系中的矩陣與該面補正矩陣相乘，以實現初始座標系的面補正，所述子物件包括點、線、面、圓、圓柱、圓錐、圓球、曲線、三角面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之三次元座標系圖形化創建方法，其中所述選取步驟透過以下方式於設計圖檔上選擇線：
   於設計圖檔上選擇單條線；或
   於設計圖檔上選擇多個元素，並將前兩個元素擬合成一條線，以該線補正初始座標系的軸；或
   於設計圖檔上選擇兩條線，分別取該兩條線的中點並相連，以該相連的線段補正初始座標系的軸；或
   於設計圖檔上選擇兩個圓，分別取該兩個圓的圓心並相連，以該相連的線段補正初始座標系的軸。
6. 如申請專利範圍第5項所述之三次元座標系圖形化創建方法，其中，於設計圖檔上選擇單條線時，所述軸補正步驟包括：
   於軸向選擇器上選擇一個面，根據該軸向選擇器上的該面的標識及一個偏移角度確定要補正的初始座標系的軸；
   以所述設計圖檔上選擇的線的起始點為旋轉點、以該線的法向與軸向選擇器上選擇的面對應的軸所構成的平面的法向為旋轉軸，將所述初始座標系旋轉所述偏移角度；及
   根據該旋轉後得到的座標系及所述旋轉軸計算一個軸補正矩陣以對初始座標系進行軸補正。
7. 如申請專利範圍第6項所述之三次元座標系圖形化創建方法，其中所述軸補正步驟還包括：
   當所述偏移角度為零時，於軸向選擇器上所選擇的面對應的標識為要補正的初始座標系的軸；或
   當所述偏移角度不為零時，將軸向選擇器上所選擇的面對應的軸為順時針旋轉所述偏移角度得到的線來補正初始座標系的軸。
8. 如申請專利範圍第1項所述之三次元座標系圖形化創建方法，其中所述原點補正步驟包括：
   當於設計圖檔上選擇了點，於軸向選擇器上選擇了一個或多個面時，以該選擇的一個或多個面的標識確定新座標系的原點位置，並計算原點補正矩陣以對初始座標系進行原點補正；或
   當於設計圖檔上選擇了點，於軸向選擇器上選擇了標識為X軸向、Y軸向和Z軸向三個面，或者其中一個或多個標識為所對應面的負軸向時，以初始座標系的原點為新座標系的原點；或
   當於設計圖檔上選擇了圓時，以該圓的圓心為所述新座標系的原點。
9. 如申請專利範圍第1項所述之三次元座標系圖形化創建方法，該方法還包括：
   當新座標系的原點位置不準確時，拖動軸向選擇器進行移動，所述新座標系隨著移動，以將該新座標系的原點移到準確的位置。
10. 一種三次元座標系圖形化創建系統，該系統包括：
    創建模組，用於匯入工件的設計圖檔，創建一個初始座標系，並在該設計圖檔上繪製一個空心立方體作為軸向選擇器；
    選取模組，用於在設計圖檔上選擇面、線和點，或者面、線和圓；
    標識模組，用於將軸向選擇器的六個面分別標識為X軸向，Y軸向，Z軸向，-X軸向，-Y軸向和-Z軸向；
    面補正模組，用於根據設計圖檔上選擇的面觸發面補正流程，並計算一個面補正矩陣以對所述初始座標系進行面補正；
    軸補正模組，用於根據設計圖檔上選擇的線觸發軸補正流程，並計算一個軸補正矩陣以對初始座標系進行軸補正；
    原點補正模組，用於根據設計圖檔上選擇的點或圓觸發原點補正流程，並根據選擇的點計算一個原點補正矩陣以對初始座標系進行原點補正；及
    新座標系模組，用於將上述面補正矩陣、軸補正矩陣和原點補正矩陣相乘得到一個操作矩陣，由該操作矩陣可以創建所述新座標系。
11. 如申請專利範圍第10項所述之三次元座標系圖形化創建系統，其中所述面補正模組透過以下步驟計算所述面補正矩陣以對所述初始座標系進行面補正：
    根據設計圖檔上選擇的面建立新座標系的基準面；
    於軸向選擇器上選擇一個面，根據該軸向選擇器上的該面的標識確定所述基準面的正面方向；及
    根據該基準面的正面的法向和初始座標系計算一個面補正矩陣，以對初始座標系進行面補正。
12. 如申請專利範圍第11項所述之三次元座標系圖形化創建系統，其中所述面補正模組透過以下步驟根據該基準面的正面的法向和初始座標系計算一個面補正矩陣以對初始座標系進行面補正：
    獲取於軸向選擇器上選擇的面的標識對應的軸的法向V，並獲取基準面的法向V1；
    計算該法向V和V1間的夾角θ，並計算該法向V和V1所在面的垂直法向V2；
    將初始座標系繞法向V2旋轉角度θ得到所述面補正矩陣；及
    將設計圖檔中工件的各子物件在初始座標系中的矩陣與該面補正矩陣相乘，以實現初始座標系的面補正，所述子物件包括點、線、面、圓、圓柱、圓錐、圓球、曲線、三角面。
13. 如申請專利範圍第10項所述之三次元座標系圖形化創建系統，其中所述選取模組透過以下方式於設計圖檔上選擇線：
    於設計圖檔上選擇單條線；或
    於設計圖檔上選擇多個元素，並將前兩個元素擬合成一條線，以該線補正初始座標系的軸；或
    於設計圖檔上選擇兩條線，分別取該兩條線的中點並相連，以該相連的線段補正初始座標系的軸；或
    於設計圖檔上選擇兩個圓，分別取該兩個圓的圓心並相連，以該相連的線段補正初始座標系的軸。
14. 如申請專利範圍第13項所述之三次元座標系圖形化創建系統，其中，當於設計圖檔上選擇單條線時，所述軸補正模組用於：
    於軸向選擇器上選擇一個面，根據該軸向選擇器上的該面的標識及一個偏移角度確定要補正的初始座標系的軸；
    以所述設計圖檔上選擇的線的起始點為旋轉點、以該線的法向與軸向選擇器上選擇的面對應的軸所構成的平面的法向為旋轉軸，將所述初始座標系旋轉所述偏移角度；及
    根據該旋轉後得到的座標系及所述旋轉軸計算一個軸補正矩陣以對初始座標系進行軸補正。
15. 如申請專利範圍第10項所述之三次元座標系圖形化創建系統，其中所述原點補正模組透過以下步驟進行原點補正：
    當於設計圖檔上選擇了點，於軸向選擇器上選擇了一個或多個面時，以該選擇的一個或多個面的標識確定新座標系的原點位置，並計算原點補正矩陣以對初始座標系進行原點補正；或
    當於設計圖檔上選擇了點，於軸向選擇器上選擇了標識為X軸向、Y軸向和Z軸向三個面，或者其中一個或多個標識為所對應面的負軸向時，以初始座標系的原點為新座標系的原點；或
    當於設計圖檔上選擇了圓時，以該圓的圓心為所述新座標系的原點。