TW201344633A - 曲面量測系統及方法 - Google Patents

Abstract

曲面量測系統構建三角網格曲面的最大包圍盒，並分割成子包圍盒；將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯；當量測點有搜索方向向量時，以量測點為起點，以搜索方向向量為方向，構建射線；按照相交的順序獲取與射線相交的子包圍盒，並依次獲取與子包圍盒相關聯的三角形，記錄射線與三角形的交點座標以及三角形的法向量；當沒有搜索方向向量時，以量測點為中心構建立方體區域，獲取與立方體區域相交的子包圍盒及與每個子包圍盒關聯的三角形，計算量測點與每個三角形重心的距離，記錄最短距離所對應的三角形重心及法向量。

Description

曲面量測系統及方法

本發明涉及一種影像量測系統及方法，尤其涉及一種自動尋點、尋向量的曲面量測系統及方法。

在傳統的曲面量測過程中，通常需要人工作業在物體的曲面上採集量測點。所謂人工作業包括量測人員手動操作量測機台的操控桿，使得操控桿末端的探針接觸待測物體的曲面以採集待測的量測點。由於量測人員不能確定待測量測點的方向向量，因此，所採集到的量測點可能並不準確。

鑒於以上內容，有必要提供一種曲面量測系統及方法，透過離線編程技術確定每一個量測點的曲面座標及方向向量，以實現量測點的自動採集。

一種曲面量測方法，運行於計算設備中。該方法包括：（a）載入待量測物體的CAD模型中的一個三角網格化曲面以及一組量測點；（b）構建上述三角網格化曲面的最大包圍盒，根據該三角網格化曲面中所包括的三角形的數目將該最大包圍盒分割成若干子包圍盒；（c）獲取與每個子包圍盒相交的一個或者多個三角形，並將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯；（d）從所載入的量測點中選擇其中一個量測點，並獲取該量測點的搜索方向向量；（e）以所選擇的量測點為起點，以該量測點的搜索方向向量為方向，構建一條射線；（f）按照相交的順序依次獲取與所述射線相交的子包圍盒；（g）根據上述子包圍盒的獲取順序，選擇其中一個子包圍盒，並獲取與所選擇的子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形；（h）當所述射線與所選擇的子包圍盒相關聯的其中一個三角形不存在交點時，重複執行步驟（g）；（i）當所述射線與所選擇的子包圍盒相關聯的其中一個三角形存在交點時，將所述射線與三角形的交點座標以及該三角形的法向量記錄在一個檔案中；及（j）重複步驟（d）至（i）直至所載入的所有量測點都選擇完畢。

一種曲面量測方法，運行於計算設備中。該方法包括：（a）載入待量測物體的CAD模型中的一個三角網格化曲面以及一組量測點；（b）構建上述三角網格化曲面的最大包圍盒，根據該三角網格化曲面中所包括的三角形的數目將該最大包圍盒分割成若干子包圍盒；（c）獲取與每個子包圍盒相交的一個或者多個三角形，並將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯；（d）從所載入的量測點中選擇其中一個量測點；（e）以所選擇的量測點為中心，以N個單位長度為邊長構建一個立方體區域；（f）獲取與所述立方體區域相交的所有子包圍盒；（g）獲取與上述每個子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形；（h）計算所選擇的量測點與上述獲取的每個三角形的重心的距離，並從中選擇其中的最短距離；（i）將上述最短距離所對應的三角形的重心座標及三角形的法向量記錄在一個檔案中；及（j）重複步驟（d）至（i）直至所載入的所有量測點都選擇完畢。

一種曲面量測系統，運行於計算設備中，該系統包括：載入模組：用於載入待量測物體的CAD模型中的一個三角網格化曲面以及一組量測點；包圍盒構建模組：用於構建上述三角網格化曲面的最大包圍盒，根據該三角網格化曲面中所包括的三角形的數目將該最大包圍盒分割成若干子包圍盒；關聯模組：用於獲取與每個子包圍盒相交的一個或者多個三角形，並將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯；選擇模組：用於從所載入的量測點中選擇其中一個量測點；及第一尋點尋向量模組：用於當上述選擇的量測點有預設的搜索方向向量時，以所選擇的量測點為起點，以該量測點的搜索方向向量為方向，構建一條射線；按照相交的順序依次獲取與所述射線相交的子包圍盒根據上述子包圍盒的獲取順序，依次選擇其中一個子包圍盒，並獲取與所選擇的子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形，將所述射線與三角形的交點座標以及該三角形的法向量記錄在一個檔案中。

一種曲面量測系統，運行於計算設備中，該系統包括：載入模組：用於載入待量測物體的CAD模型中的一個三角網格化曲面以及一組量測點；包圍盒構建模組：用於構建上述三角網格化曲面的最大包圍盒，根據該三角網格化曲面中所包括的三角形的數目將該最大包圍盒分割成若干子包圍盒；關聯模組：用於獲取與每個子包圍盒相交的一個或者多個三角形，並將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯；選擇模組：用於從所載入的量測點中選擇其中一個量測點；及第二尋點尋向量模組：用於當上述選擇的量測點沒有預設的搜索方向向量時，以所選擇的量測點為中心，以N個單位長度為邊長構建一個立方體區域，獲取與所述立方體區域相交的所有子包圍盒及與上述每個子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形，計算所選擇的量測點與上述獲取的每個三角形的重心的距離，並從中選擇其中的最短距離，將上述最短距離所對應的三角形的重心座標及三角形的法向量記錄在一個檔案中。

相較於習知技術，本發明所述的曲面量測系統及方法採用三次元離線編程技術確定每個量測點的曲面座標及方向向量，以實現量測點的自動採集，大大提高了測量點的採集效率及準確性。

參閱圖1所示，係本發明曲面量測系統較佳實施例的運行環境示意圖。所述的曲面量測系統10運行於計算設備1上。所述計算設備1可以是電腦等具有資料處理功能的電子設備。所述的計算設備1還包括儲存設備11、處理器12，及顯示設備13。

所述的曲面量測系統10包括多個由程式段所組成的功能模組（詳見圖2），用於確定每一個需要進行量測的量測點的曲面座標及方向向量等。

所述儲存設備11用於儲存所述曲面量測系統10中的各個程式段的程式碼。該儲存設備11可以為智慧媒體卡（smart media card）、安全數位卡（secure digital card）、快閃記憶體卡（flash card）等儲存設備。該儲存設備11還用於儲存曲面量測系統10所需的各種量測資料，如待量測物體的CAD模型、需要進行量測的量測點等。

所述處理器12用於執行所述曲面量測系統10中各個程式段的程式碼，以實現曲面量測系統10的中各功能模組的功能（詳見圖3中描述）。

所述的顯示設備13用於顯示計算設備1的視覺化資料，例如，待量測物體的CAD模型等。

參閱圖2所示，係本發明曲面量測系統較佳實施例的功能模組圖。所述的曲面量測系統10包括載入模組100、包圍盒構建模組101、關聯模組102、選擇模組103、第一尋點尋向量模組104、第二尋點尋向量模組105、判斷模組106及自動量測模組107。

如上所述，以上各模組均以程式碼或指令的形式儲存在計算設備1的儲存設備11中或固化於該計算設備1的作業系統中，並由該計算設備1的處理器12所執行。以下結合圖3A至圖7對曲面量測系統10中的各功能模組進行詳細說明。

參閱圖3A至3C所示，係本發明曲面量測方法較佳實施例的流程圖。

步驟S1，載入模組100從儲存設備11中載入待量測物體的CAD模型中的一個三角網格化曲面以及一組量測點。所謂三角網格化曲面是指由多個三角形所組成的曲面。

步驟S2，包圍盒構建模組101構建上述三角網格化曲面的最大包圍盒，根據該三角網格化曲面中所包括的三角形的數目將該最大包圍盒分割成若干子包圍盒，並給每個子包圍盒編號。

所述包圍盒構建模組101獲取三角網格化曲面的最小邊界點（X1，Y1，Z1）及最大邊界點（X2，Y2，Z2），根據該最小邊界點及最大邊界點構建由（X1，Y1，Z1）、（X1，Y1，Z2）、（X1，Y2，Z1）、（X1，Y2，Z2）、（X2，Y2，Z2）、（X2，Y2，Z1）、（X2，Y1，Z2）、及（X2，Y1，Z1）八個點組成的最大包圍盒。此外，所述包圍盒構建模組101將三角網格化曲面中所包括的三角形的數目開立方，得到的結果再四捨五入，得到最大包圍盒在X、Y、及Z軸方向應該分割的平均段數。例如，若所述三角形的數目為500個，則所述最大包圍盒在X、Y、及Z軸方向應該分割的平均段數為8，從而將該最大包圍盒分割成512個子包圍盒。所述最大包圍盒的一個示例可以參照參閱圖4所示，其中，三角網格化曲面的最小邊界點及最大邊界點為別為（0，0，0）及（8，6，4）。

步驟S3，關聯模組102獲取與每個子包圍盒相交的一個或者多個三角形，並將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯，並將該關聯關係儲存到儲存設備11中。

步驟S4，選擇模組103從所載入的量測點中選擇其中一個量測點，獲取該量測點的座標及搜索方向向量。所述搜索方向向量可以是X軸方向向量、Y軸方向向量或者Z軸方向向量。該搜索方向向量由用戶預先設定。

步驟S5，選擇模組103判斷所述搜索方向向量是否能夠獲取。若用戶預先設定了上述所選擇的量測點的搜索方向向量，則選擇模組103就能夠獲取所述搜索方向向量，流程進入圖3B。若用戶沒有預先設定上述所選擇的量測點的搜索方向向量，則選擇模組103不能獲取所述搜索方向向量，流程進入圖3C。

在圖3B中，步驟S6，第一尋點尋向量模組104以所選擇的量測點為起點，以該量測點的搜索方向向量為方向，構建一條射線。

步驟S7，第一尋點尋向量模組104判斷上述射線與所述三角網格化曲面的最大包圍盒是否有相交。所述射線與最大包圍盒的相交如圖5所示。若沒有相交，則執行下述的步驟S13。否則，若有相交，則執行步驟S8。

在步驟S8中，第一尋點尋向量模組104按照相交的順序依次獲取與所述射線相交的子包圍盒。參閱圖6所示，按照與所述射線的相交的順序，依次獲取的子包圍盒分別為左下方、左上方及右上方的三個子包圍盒。

步驟S9，第一尋點尋向量模組104根據上述子包圍盒的獲取順序，依次選擇其中一個子包圍盒，如首先選擇圖6中左下方的子包圍盒，再選擇左上方的子包圍盒，及最後選擇右上方的子包圍盒。

步驟S10，第一尋點尋向量模組104根據儲存設備11中儲存的關聯關係，獲取與所選擇的子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形。

步驟S11，第一尋點尋向量模組104判斷所述射線是否與所選擇的子包圍盒相關聯的其中一個三角形存在交點。如圖6中，所述射線與左下方的子包圍盒相關聯的三角形存在交點。若存在這樣的交點，則執行步驟S12。否則，若不存在交點，則返回步驟S9。

在步驟S12中，第一尋點尋向量模組104將所述射線與三角形的交點座標以及該三角形的法向量記錄在一個檔案（如文本文檔，以下以“文本文檔”為例進行說明）中。其中，所述交點座標即為所選擇的量測點的曲面座標，及所述三角形的法向量即為所選擇的量測點的方向向量。

在步驟S13，判斷模組106判斷是否還有其他的量測點沒有選擇過。若有這樣的量測點，則流程返回圖3A中的步驟S4。否則，若沒有這樣的量測點，則執行步驟S14。

在步驟S14中，自動量測模組107根據所述文本文檔中記錄的座標及對應的向量控制量測機台（圖1未示）在待測物體上採集量測點。

在圖3C中，步驟S15，第二尋點尋向量模組105以所選擇的量測點為中心，以N個單位長度為邊長構建一個立方體區域。所述N的初始值為1單位長度，並根據構建所述立方體的次數以所述單位長度為步長遞增，如圖7所示。所述單位長度為1毫米。

步驟S16，第二尋點尋向量模組105判斷所述立方體區域與三角網格化曲面的最大包圍盒是否有相交。若沒有相交，則重複執行上述的步驟S15。若有相交，則執行步驟S17。

在步驟S17，第二尋點尋向量模組105獲取與所述立方體區域相交的所有子包圍盒。

步驟S18，第二尋點尋向量模組105獲取與上述每個子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形。

步驟S19，第二尋點尋向量模組105計算所選擇的量測點與上述獲取的每個三角形的重心的距離，並從中選擇其中的最短距離。

步驟S20，第二尋點尋向量模組105將上述最短距離所對應的三角形的重心的座標及三角形的法向量記錄在所述的文本文檔中，所述三角形的重心座標即為所選擇的量測點的曲面座標，及所述三角形的法向量即為所選擇的量測點的方向向量。

步驟S21，判斷模組106判斷是否還有其他的量測點沒有選擇過。若有這樣的量測點，則流程返回圖3A中的步驟S4。否則，若沒有這樣的量測點，則執行步驟S22。

步驟S22中，自動量測模組107根據所述文本文檔中記錄座標及其對應的向量控制量測機台在待測物體上採集量測點。

最後應說明的是，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。

1．．．計算設備

10．．．曲面量測系統

11．．．儲存設備

12．．．處理器

13．．．顯示設備

100．．．載入模組

101．．．包圍盒構建模組

102．．．關聯模組

103．．．選擇模組

104．．．第一尋點尋向量模組

105．．．第二尋點尋向量模組

106．．．判斷模組

107．．．自動量測模組

圖1係本發明曲面量測系統較佳實施例的運行環境示意圖。

圖2係圖1中曲面量測系統較佳實施例的功能模組圖。

圖3A至3C係本發明曲面量測方法較佳實施例的流程圖。

圖4係最大包圍盒的一個示例。

圖5係射線與最大包圍盒相交的示意圖。

圖6演示了依次與射線的相交的子包圍盒。

圖7係以N個單位長度為邊長構建立方體區域的示意圖。

10．．．曲面量測系統

100．．．載入模組

101．．．包圍盒構建模組

102．．．關聯模組

103．．．選擇模組

104．．．第一尋點尋向量模組

105．．．第二尋點尋向量模組

106．．．判斷模組

107．．．自動量測模組

Claims (10)

1. 一種曲面量測方法，運行於計算設備中，包括：
   （a）載入待量測物體的CAD模型中的一個三角網格化曲面以及一組量測點；
   （b）構建上述三角網格化曲面的最大包圍盒，根據該三角網格化曲面中所包括的三角形的數目將該最大包圍盒分割成若干子包圍盒；
   （c）獲取與每個子包圍盒相交的一個或者多個三角形，並將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯；
   （d）從所載入的量測點中選擇其中一個量測點，並獲取該量測點的搜索方向向量；
   （e）以所選擇的量測點為起點，以該量測點的搜索方向向量為方向，構建一條射線；
   （f）按照相交的順序依次獲取與所述射線相交的子包圍盒；
   （g）根據上述子包圍盒的獲取順序，選擇其中一個子包圍盒，並獲取與所選擇的子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形；
   （h）當所述射線與所選擇的子包圍盒相關聯的其中一個三角形不存在交點時，重複執行步驟（g）；
   （i）當所述射線與所選擇的子包圍盒相關聯的其中一個三角形存在交點時，將所述射線與三角形的交點座標以及該三角形的法向量記錄在一個檔案中；及
   （j）重複步驟（d）至（i）直至所載入的所有量測點都選擇完畢。
2. 如申請專利範圍第1項所述之曲面量測方法，其中，所述搜索方向向量由用戶預先設定，包括X軸方向向量、Y軸方向向量或者Z軸方向向量。
3. 如申請專利範圍第1項所述之曲面量測方法，還包括：
   根據所述檔案中記錄的座標及對應的向量控制量測機台在待測物體上採集量測點。
4. 一種曲面量測方法，運行於計算設備中，包括：
   （a）載入待量測物體的CAD模型中的一個三角網格化曲面以及一組量測點；
   （b）構建上述三角網格化曲面的最大包圍盒，根據該三角網格化曲面中所包括的三角形的數目將該最大包圍盒分割成若干子包圍盒；
   （c）獲取與每個子包圍盒相交的一個或者多個三角形，並將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯；
   （d）從所載入的量測點中選擇其中一個量測點；
   （e）以所選擇的量測點為中心，以N個單位長度為邊長構建一個立方體區域；
   （f）獲取與所述立方體區域相交的所有子包圍盒；
   （g）獲取與上述每個子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形；
   （h）計算所選擇的量測點與上述獲取的每個三角形的重心的距離，並從中選擇其中的最短距離；
   （i）將上述最短距離所對應的三角形的重心座標及三角形的法向量記錄在一個檔案中；及
   （j）重複步驟（d）至（i）直至所載入的所有量測點都選擇完畢。
5. 如申請專利範圍第4項所述之曲面量測方法，其中，所述N的初始值為1單位長度，並根據構建所述立方體的次數以1單位長度為步長遞增。
6. 如申請專利範圍第5項所述之曲面量測方法，還包括：
   當所構建的立方體區域與所述三角網格化曲面的最大包圍盒沒有相交時，重複執行步驟（e）。
7. 一種曲面量測系統，運行於計算設備中，包括：
   載入模組：用於載入待量測物體的CAD模型中的一個三角網格化曲面以及一組量測點；
   包圍盒構建模組：用於構建上述三角網格化曲面的最大包圍盒，根據該三角網格化曲面中所包括的三角形的數目將該最大包圍盒分割成若干子包圍盒；
   關聯模組：用於獲取與每個子包圍盒相交的一個或者多個三角形，並將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯；
   選擇模組：用於從所載入的量測點中選擇其中一個量測點；及
   第一尋點尋向量模組：用於當上述選擇的量測點有預設的搜索方向向量時，以所選擇的量測點為起點，以該量測點的搜索方向向量為方向，構建一條射線；按照相交的順序依次獲取與所述射線相交的子包圍盒根據上述子包圍盒的獲取順序，依次選擇其中一個子包圍盒，並獲取與所選擇的子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形，將所述射線與三角形的交點座標以及該三角形的法向量記錄在一個檔案中。
8. 如申請專利範圍第7項所述之曲面量測系統，其中，所述搜索方向向量是包括X軸方向向量、Y軸方向向量或者Z軸方向向量。
9. 一種曲面量測系統，運行於計算設備中，包括：
   載入模組：用於載入待量測物體的CAD模型中的一個三角網格化曲面以及一組量測點；
   包圍盒構建模組：用於構建上述三角網格化曲面的最大包圍盒，根據該三角網格化曲面中所包括的三角形的數目將該最大包圍盒分割成若干子包圍盒；
   關聯模組：用於獲取與每個子包圍盒相交的一個或者多個三角形，並將每個子包圍盒及與之相交的三角形相關聯；
   選擇模組：用於從所載入的量測點中選擇其中一個量測點；及
   第二尋點尋向量模組：用於當上述選擇的量測點沒有預設的搜索方向向量時，以所選擇的量測點為中心，以N個單位長度為邊長構建一個立方體區域，獲取與所述立方體區域相交的所有子包圍盒及與上述每個子包圍盒相關聯的一個或者多個三角形，計算所選擇的量測點與上述獲取的每個三角形的重心的距離，並從中選擇其中的最短距離，將上述最短距離所對應的三角形的重心及三角形的法向量記錄在一個檔案中。
10. 如申請專利範圍第9項所述之曲面量測系統，其中，所述N的初始值為1單位長度，並根據構建所述立方體的次數以1單位長度為步長遞增。