TW201339535A - 點雲間隙與斷差量測系統及方法 - Google Patents
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Abstract
一種點雲間隙與斷差量測系統計方法，該系統用於：過濾待測零件初始點雲中的雜點，並從過濾後的點雲中選擇第一組點群和第二組點群，將其重新組合成一個新點雲；從該新點雲中選擇需要擬合的點，對所選擇的點進行擬合得到一個擬合圖形；根據該擬合圖形生成一個基準圖形；從所述第一組點群和第二組點群中選擇曲率最大的第一選取點和第二選取點；計算待測零件點雲的間隙值和斷差值並將其輸出到顯示設備上。利用本發明可以自動自動過濾待測零件點雲中的雜點，再自動確定一個基準圖形並從過濾後的點雲中選取特定的量測點。
Description
本發明涉及一種影像量測系統及方法，尤其涉及一種影像量測中的點雲間隙與斷差量測系統及方法。
影像量測是目前精密量測領域中最廣泛使用的量測方法，該方法利用量測程式對放置於量測機臺上待測零件進行測量，獲取待測零件的點雲（包括大量的點數據），然後對點雲的間隙和斷差進行量測。該方法不僅精度高，而且量測速度快。
但是，在目前的影像量測中，需要用戶手動過濾待測零件的點雲中的雜點，再手動劃線確定一個基準圖形並從過濾後的點雲中選取特定的量測點，以計算點雲的間隙值和斷差值。這種人工作業方式導致量測結果精確度偏低，且當點雲中的點數量過多時（成百上千），依靠人眼從密密麻麻的大量的點中尋找特定的量測點，極易引起眼睛的疲勞，增加用戶的勞累度，大大降低工作效率。
鑒於以上內容，有必要提供一種點雲間隙與斷差量測系統及方法，其可自動過濾待測零件點雲中的雜點，再自動確定一個基準圖形並從過濾後的點雲中選取特定的量測點，以計算點雲的間隙值和斷差值。
一種點雲間隙與斷差量測系統，該系統包括：
點雲獲取模組，用於從計算裝置的儲存器中獲取待測零件的初始點雲；
點雲過濾模組，用於根據預設的間距範圍過濾初始點雲中的雜點，並從過濾後的點雲中選擇第一組點群和第二組點群，將該第一組點群和第二組點群重新組合成一個新點雲；
基準圖形獲取模組，用於根據該新點雲的分佈規律，從該新點雲中選擇需要擬合的點，對所選擇的點進行擬合得到一個擬合圖形；
所述基準圖形獲取模組，還用於根據該擬合圖形生成一個基準圖形；
量測點選取模組，用於從所述第一組點群中選擇曲率最大的第一選取點，從所述第二組點群中選擇曲率最大的第二選取點；
計算模組，用於根據該第一選取點、第二選取點及基準圖形，計算待測零件點雲的間隙值和斷差值；及
結果輸出模組，用於將該間隙值和斷差值輸出到該計算裝置的顯示設備上。
一種點雲間隙與斷差量測方法，該方法包括如下步驟：
點雲獲取步驟，從計算裝置的儲存器中獲取待測零件的初始點雲；
點雲過濾步驟，根據預設的間距範圍過濾初始點雲中的雜點，並從過濾後的點雲中選擇第一組點群和第二組點群，將該第一組點群和第二組點群重新組合成一個新點雲；
第一基準圖形獲取步驟，根據該新點雲的分佈規律，從該新點雲中選擇需要擬合的點，對所選擇的點進行擬合得到一個擬合圖形；
第二基準圖形獲取步驟，根據該擬合圖形生成一個基準圖形；
量測點選取步驟，從所述第一組點群中選擇曲率最大的第一選取點，從所述第二組點群中選擇曲率最大的第二選取點；
計算步驟，根據該第一選取點、第二選取點及基準圖形，計算待測零件點雲的間隙值和斷差值；及
結果輸出步驟，將該間隙值和斷差值輸出到該計算裝置的顯示設備上。
前述方法可以由電子設備（如電腦）執行，其中該電子設備具有附帶了圖形用戶介面（GUI）的顯示螢幕、一個或多個處理器、儲存器以及儲存在儲存器中用於執行這些方法的一個或多個模組、程式或指令集。在某些實施方式中，該電子設備提供了包括無線通信在內的多種功能。
用於執行前述方法的指令可以包含在被配置成由一個或多個處理器執行的電腦程式產品中。
相較於習知技術，所述的點雲間隙與斷差量測系統及方法，其可自動過濾待測零件點雲中的雜點，再自動確定一個基準圖形並從過濾後的點雲中選取特定的量測點，以計算點雲的間隙值和斷差值，全過程不需要人工作業，大大提高了量測結果的精確度，同時也減少了用戶的勞累度，提高了工作效率。
參閱圖1所示，係本發明計算裝置的結構示意圖。在本實施方式中，該計算裝置2包括透過資料匯流排相連的顯示設備20、輸入設備22、儲存器23、點雲間隙與斷差量測系統24（以下簡稱為“量測系統24”）和處理器25。在本實施方式中，所述計算裝置可以是電腦或伺服器等。
所述量測系統24用於自動過濾待測零件點雲中的雜點，再自動確定一個基準圖形並從過濾後的點雲中選取特定的量測點，以計算點雲的間隙值和斷差值，具體過程以下描述。
所述儲存器23用於儲存所述量測系統24的程式碼和待測零件的點雲等資料。所述顯示設備20用於顯示待測零件的點雲和量測結果等資料，所述輸入設備22用於輸入測試人員設置的參數等，如選擇待測零件等。
在本實施方式中，所述量測系統24可以被分割成一個或多個模組，所述一個或多個模組被儲存在所述儲存器23中並被配置成由一個或多個處理器（本實施方式為一個處理器25）執行，以完成本發明。例如，參閱圖2所示，所述點雲間隙與斷差量測系統24被分割成點雲獲取模組201、點雲過濾模組202、基準圖形獲取模組203、量測點選取模組204、計算模組205和結果輸出模組206。本發明所稱的模組是完成一特定功能的程式段，比程式更適合於描述軟體在計算裝置2中的執行過程。
參閱圖3所示，係本發明點雲間隙與斷差量測方法的較佳實施方式的流程圖。
步驟S11，點雲獲取模組201從儲存器23中獲取待測零件的初始點雲（參閱圖4所示）。
步驟S12，點雲過濾模組202根據預設的間距範圍過濾初始點雲中的雜點，並從過濾後的點雲中選擇第一組點群和第二組點群，該第一組點群和第二組點群重新組合成一個新點雲。具體過程如下步驟（a1）-（a3）所述。
（a1）點雲過濾模組202計算初始點雲中點與點之間的距離，將點與點之間距離在該預設的間距範圍以內的點組成一組或多組點群。在本實施方式中，該預設的間距範圍為[0，0.001mm]。
（a2）點雲過濾模組202將點與點之間距離不在該預設的間距範圍以內的點（即雜點）刪除。例如，參閱圖5所示，區塊1中的點為雜點，因此將被刪除。
（a3）如果上述點群數量為三組或三組以上，則點雲過濾模組202從上述多組點群中選擇點數最多的兩組點群，記為第一組點群和第二組點群，將其他點數較少的點群刪除，最後將第一組點群與第二組點群合併得到該新點雲。
可以理解，如果上述點群數量僅有一組，則流程結束。如果上述點群數量為兩組，則點雲過濾模組202直接將點群合併得到該新點雲。例如，參閱圖5所示，區塊2和區塊3代表兩組點群，則點雲過濾模組202直接將區塊2和區塊3合併生成新點雲（參閱圖6所示）。
步驟S13，基準圖形獲取模組203根據該新點雲的分佈規律，從該新點雲中選擇需要擬合的點（或稱之為“基準點”），對所選擇的點進行擬合得到一個擬合圖形。在本實施方式中，所述擬合圖形包括，但不限於，擬合線和擬合面。
具體而言，基準圖形獲取模組203計算該新點雲中點與點之間的連線的曲率，選擇曲率變化小於預設值（如0.01）的點組成的一組或多組點群。在本實施方式中，該連線的曲率等於該連線與座標系橫軸（如X軸）的夾角的正切值。
如果曲率變化小於預設值的點群為一組，參閱圖7中的“b1”所示，則基準圖形獲取模組203將所選擇的點擬合成直線，參閱圖8中的“L0”所示。如果曲率變化小於預設值的點群為兩組或兩組以上，則基準圖形獲取模組203將所選擇的點擬合成面。
步驟S14，基準圖形獲取模組203根據該擬合圖形生成一個基準圖形。同理，所述基準圖形包括基準線和基準面。具體而言，該基準圖形透過將該擬合圖形的一端延伸至超出新點雲的邊界預設距離（如5mm）獲得。其中，該新點雲的邊界是指距離該擬合圖形最遠的點，參閱圖8中最右邊的點。參閱圖9所示，“L1”代表由擬合直線“L0”向右延伸而得到的基準直線。
步驟S15，量測點選取模組204從所述第一組點群中選擇曲率最大的第一選取點，從所述第二組點群中選擇曲率最大的第二選取點，作為量測點。參閱圖10所示，“s1”代表第一選取點，“s2”代表第二選取點。
在本實施方式中，一點的曲率等於該點與前一點的連線與所述基準圖形的夾角的正切值。例如，假設“α”代表該點與前一點的連線與所述標準圖形的夾角，則該點的曲率=tan(α)。
如果第一選取點和/或第二選取點的數量為多個，則量測點選取模組204依次計算每個第一選取點與每個第二選取點在橫軸方向（如X軸）的距離，再選擇距離最小的第一選取點和第二選取點，作為量測點。例如，第一選取點為s11、s12、s13，第二選取點為s21、s22、s23，其中第一選取點s12與第二選取點S22在橫軸方向的距離最小，則量測點選取模組204選取“s12”作為第一選取點，“s22”作為第二選取點。
步驟S16，計算模組205根據該第一選取點、第二選取點及基準圖形，計算待測零件點雲的間隙值和斷差值。
其中，所述間隙值等於所述第一選取點與第二選取點在橫軸方向的距離。例如，參閱圖11所示，假設第一選取點“s1”的座標值為（x1，y1），第二選取點“s2”的座標值為（x2，y2），“V1”代表間隙值，則V1=|x1-x2|。
所述斷差值等於該新點雲中所有點到所述基準圖形的最大距離。參閱圖12所示，“V2”代表斷差值。
步驟S17，結果輸出模組206將該間隙值和斷差值輸出到顯示設備20上。參閱圖13所示，間隙值V1=15mm，斷差值V2=14mm。
最後應說明的是，以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式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。
2．．．計算裝置
20．．．顯示設備
22．．．輸入設備
23．．．儲存器
24．．．點雲間隙與斷差量測系統
25．．．處理器
201．．．點雲獲取模組
202．．．點雲過濾模組
203．．．基準圖形獲取模組
204．．．量測點選取模組
205．．．計算模組
206．．．結果輸出模組
圖1係本發明計算裝置的結構示意圖。
圖2係點雲間隙與斷差量測系統的功能模組圖。
圖3係本發明點雲間隙與斷差量測方法的較佳實施方式的流程圖。
圖4係待測零件的初始點雲示意圖。
圖5係將圖4中的初始點雲分解成多組點群的示意圖。
圖6係將圖5中的多組點群合併成一個新點雲的示意圖。
圖7係從新點雲中選擇需要擬合成直線的點的示意圖。
圖8係根據圖7中選擇的點擬合一條直線的示意圖。
圖9係根據圖8中的擬合直線獲取的一個基準直線的示意圖。
圖10係從新點雲中選取量測點的示意圖。
圖11係計算間隙值的示意圖。
圖12係計算斷差值的示意圖。
圖13係輸出量測結果的示意圖。
2．．．計算裝置
20．．．顯示設備
22．．．輸入設備
23．．．儲存器
24．．．點雲間隙與斷差量測系統
25．．．處理器
Claims (12)
- 一種點雲間隙與斷差量測系統，該系統包括：
點雲獲取模組，用於從計算裝置的儲存器中獲取待測零件的初始點雲；
點雲過濾模組，用於根據預設的間距範圍過濾初始點雲中的雜點，並從過濾後的點雲中選擇第一組點群和第二組點群，將該第一組點群和第二組點群重新組合成一個新點雲；
基準圖形獲取模組，用於根據該新點雲的分佈規律，從該新點雲中選擇需要擬合的點，對所選擇的點進行擬合得到一個擬合圖形；
所述基準圖形獲取模組，還用於根據該擬合圖形生成一個基準圖形；
量測點選取模組，用於從所述第一組點群中選擇曲率最大的第一選取點，從所述第二組點群中選擇曲率最大的第二選取點；
計算模組，用於根據該第一選取點、第二選取點及基準圖形，計算待測零件點雲的間隙值和斷差值；及
結果輸出模組，用於將該間隙值和斷差值輸出到該計算裝置的顯示設備上。 - 如申請專利範圍第1項所述之點雲間隙與斷差量測系統，其中，所述點雲過濾模組合成一個新點雲包括：
計算初始點雲中點與點之間的距離，將點與點之間距離在該預設的間距範圍以內的點組成一組或多組點群；
將點與點之間距離不在該預設的間距範圍以內的點刪除；
如果上述點群數量僅有一組，則結束操作；
如果上述點群數量為兩組，則直接將該兩組點群合併得到該新點雲；
如果上述點群數量為三組或兩組以上，則從上述多組點群中選擇點數最多的第一組點群和第二組點群，刪除其他點群，然後將第一組點群與第二組點群合併得到該新點雲。 - 如申請專利範圍第1項所述之點雲間隙與斷差量測系統，其中，所述基準圖形獲取模組獲取擬合圖形包括：
計算該新點雲中點與點之間的連線的曲率，選擇曲率變化小於預設值的點組成的一組或多組點群；
如果曲率變化小於預設值的點群為一組，則將所選擇的點擬合成直線；
如果曲率變化小於預設值的點群為兩組或兩組以上，則將所選擇的點擬合成面。 - 如申請專利範圍第1項所述之點雲間隙與斷差量測系統，其中，所述基準圖形透過將該擬合圖形的一端延伸至超出新點雲的邊界預設距離獲得。
- 如申請專利範圍第1項所述之點雲間隙與斷差量測系統，其中，所述量測點選取模組還用於：
當所述第一選取點和/或第二選取點的數量為多個時，依次計算每個第一選取點與每個第二選取點在橫軸方向的距離，再選擇距離最小的第一選取點和第二選取點。 - 如申請專利範圍第1項所述之點雲間隙與斷差量測系統，其中，所述間隙值等於所述第一選取點與第二選取點在橫軸方向的距離，所述斷差值等於該新點雲中所有點到所述基準圖形的最大距離。
- 一種點雲間隙與斷差量測方法，該方法包括如下步驟：
點雲獲取步驟，從計算裝置的儲存器中獲取待測零件的初始點雲；
點雲過濾步驟，根據預設的間距範圍過濾初始點雲中的雜點，並從過濾後的點雲中選擇第一組點群和第二組點群，將該第一組點群和第二組點群重新組合成一個新點雲；
第一基準圖形獲取步驟，根據該新點雲的分佈規律，從該新點雲中選擇需要擬合的點，對所選擇的點進行擬合得到一個擬合圖形；
第二基準圖形獲取步驟，根據該擬合圖形生成一個基準圖形；
量測點選取步驟，從所述第一組點群中選擇曲率最大的第一選取點，從所述第二組點群中選擇曲率最大的第二選取點；
計算步驟，根據該第一選取點、第二選取點及基準圖形，計算待測零件點雲的間隙值和斷差值；及
結果輸出步驟，將該間隙值和斷差值輸出到該計算裝置的顯示設備上。 - 如申請專利範圍第7項所述之點雲間隙與斷差量測方法，其中，所述新點雲的獲取包括：
計算初始點雲中點與點之間的距離，將點與點之間距離在該預設的間距範圍以內的點組成一組或多組點群；
將點與點之間距離不在該預設的間距範圍以內的點刪除；
如果上述點群數量僅有一組，則結束操作；
如果上述點群數量為兩組，則直接將該兩組點群合併得到該新點雲；
如果上述點群數量為三組或兩組以上，則從上述多組點群中選擇點數最多的第一組點群和第二組點群，刪除其他點群，然後將第一組點群與第二組點群合併得到該新點雲。 - 如申請專利範圍第7項所述之點雲間隙與斷差量測方法，其中，所述擬合圖形的獲取包括：
計算該新點雲中點與點之間的連線的曲率，選擇曲率變化小於預設值的點組成的一組或多組點群；
如果曲率變化小於預設值的點群為一組，則將所選擇的點擬合成直線；
如果曲率變化小於預設值的點群為兩組或兩組以上，則將所選擇的點擬合成面。 - 如申請專利範圍第7項所述之點雲間隙與斷差量測方法，其中，所述基準圖形透過將該擬合圖形的一端延伸至超出新點雲的邊界預設距離獲得。
- 如申請專利範圍第7項所述之點雲間隙與斷差量測方法，其中，該方法還包括：
當所述第一選取點和/或第二選取點的數量為多個時，依次計算每個第一選取點與每個第二選取點在橫軸方向的距離，再選擇距離最小的第一選取點和第二選取點。 - 如申請專利範圍第7項所述之點雲間隙與斷差量測方法，其中，所述間隙值等於所述第一選取點與第二選取點在橫軸方向的距離，所述斷差值等於該新點雲中所有點到所述基準圖形的最大距離。
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