TW201504991A - 點雲剖面量測系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種點雲剖面量測系統及方法，其可以在待測產品的點雲資料三角網格劃分後，根據用戶所選的直線的位置獲取待量測產品的待量測剖面，並提取待測剖面上待量測的量測元素，並計算待量測的量測元素間的距離及夾角使用戶能直觀地分析該待測產品是否符合要求。同時，能圖形化地顯示量測結果，並智慧輸出量測結果。

Description

點雲剖面量測系統及方法

本發明涉及一種剖面量測系統及方法，尤其涉及一種點雲剖面量測系統及方法。

在量測處理軟體中進行量測操作時，簡易便捷地對產品的剖面進行量測才能順應用戶的需求，這也是設計者一直都在不懈追求的目標。然而，在當今的量測處理軟體中，能很好地量測產品的曲面是否符合標準，但並不能智慧化地根據用戶的需求量測產品的剖面局部特徵，並同時將量測結果直觀地輸出。

鑒於以上內容，有必要提供一種點雲剖面量測系統及方法，其可以精確量測產品剖面上的特徵，並能圖形化地顯示量測結果，並智慧輸出量測結果。

一種點雲剖面量測系統，該系統包括：讀取模組，用於讀取待測產品的點雲資料；網格化模組，用於對所讀取的點雲進行三角網格劃分以得到所述待測產品的三維模型上的所有三角形，並輸出由所有所述三角形構成的佇列A；創建基準平面模組，用於根據所讀取的點雲資料及待測產品的待測剖面來創建基準平面PLN；創建工件座標系模組，用於根據基準平面PLN和用戶所選擇的元素類型創建三維工件座標系；計算模組，用於計算點雲中所有點的三維工件座標；獲取模組，用於獲取多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置；提取模組，用於根據所獲取的多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置來提取每個所述待量測的量測元素所對應的點雲；擬合模組，用於根據每個所述待量測的量測元素所對應的點雲中所有點的三維工件座標，利用擬合算法擬合出所述待量測的量測元素；所述計算模組，還用於根據所擬合的所述待量測的量測元素計算所述待量測的量測元素之間的距離、夾角。

一種點雲剖面量測方法，該方法包括：讀取步驟，讀取待測產品的點雲資料；網格化步驟，對所讀取的點雲進行三角網格劃分以得到所述待測產品的三維模型上的所有三角形，並輸出由所有所述三角形構成的佇列A；創建基準平面步驟，根據所讀取的點雲資料及待測產品的待測剖面來創建基準平面PLN；創建工件座標系步驟，根據基準平面PLN和用戶所選擇的元素類型創建三維工件座標系；計算步驟一，計算點雲中所有點的三維工件座標；獲取步驟，獲取多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置；提取步驟，根據所獲取的多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置來提取每個所述待量測的量測元素所對應的點雲；擬合步驟，根據每個所述待量測的量測元素所對應的點雲中所有點的三維工件座標，利用擬合算法擬合出所述待量測的量測元素；計算步驟二，根據所擬合的所述待量測的量測元素計算所述待量測的量測元素之間的距離、夾角。

相較於習知技術，所述點雲剖面量測系統及方法，其可以在待測產品的點雲資料三角網格劃分後，提取剖面上待量測的量測元素，並計算量測元素間的距離及夾角使用戶能直觀地分析該待測產品是否符合要求。同時，能圖形化地顯示量測結果，並智慧輸出量測結果。

10‧‧‧點雲剖面量測系統

1‧‧‧計算裝置

20‧‧‧存儲設備

30‧‧‧處理器

40‧‧‧示設備

100‧‧‧讀取模組

101‧‧‧網格化模組

102‧‧‧創建基準平面模組

103‧‧‧創建工件座標系模組

104‧‧‧計算模組

105‧‧‧獲取模組

106‧‧‧提取模組

107‧‧‧擬合模組

108‧‧‧繪製模組

圖1是本發明點雲剖面量測系統的應用環境圖。

圖2是本發明點雲剖面量測系統的模組圖。

圖3是本發明點雲剖面量測方法的較佳實施例的流程圖。

圖4是步驟S12的細化流程圖。

圖5是步驟S13的細化流程圖。

圖6是基準平面PLN上的X、Y軸示意圖。

圖7是量測結果的圖形化示意圖。

如圖1所示，是本發明點雲剖面量測系統的應用環境圖。該點雲剖面量測系統10安裝並運行於計算裝置1。該計算裝置1還包括存儲設備20、處理器30及顯示設備40。該計算裝置1可以為電腦或其他任何具有資料處理功能的裝置。

所述顯示設備40是一種LED顯示螢幕或者其他顯示器，用於顯示量測結果及供用戶選擇資料等。

如圖2所示，是點雲剖面量測系統的模組圖。在本實施例中，所述點雲剖面量測系統10包括讀取模組100、網格化模組101、創建基準平面模組102、創建工件座標系模組103、計算模組104、獲取模組105、提取模組106、擬合模組107及繪製模組108。本發明所稱的模組是指一種能夠被處理器30所執行並且能夠完成固定功能的一系列電腦程式段，其存儲在存儲設備20中。在本實施例中，關於各模組的功能將在圖3的流程圖中具體描述。

如圖3所示，是本發明點雲剖面量測方法的較佳實施例的流程圖。根據不同的需求，該流程圖中步驟的順序可以改變，某些步驟可以省略。

步驟S10，讀取模組100從計算裝置1的存儲設備20中讀取待測產品的點雲資料。

所述點雲資料包括點雲中所有點的編號及三維機械座標。

步驟S11，網格化模組101對所讀取的點雲進行三角網格劃分以得到所述待測產品的三維模型上的所有三角形，並輸出由所有所述三角形構成的佇列A。

所述佇列A中存儲著構成每個三角形的三個頂點的資料，即頂點的編號及所述頂點的三維機械座標。在本實施例中，所述佇列A可以為一個二維陣列，陣列的每一行存儲著一個三角形的三個頂點。

步驟S12，創建基準平面模組102根據所讀取的點雲資料及待測產品的待測剖面來創建基準平面PLN。

該步驟S12的細化步驟將在圖4中詳述。

步驟S13，創建工件座標系模組103根據基準平面PLN和用戶所選擇的元素類型創建三維工件座標系。該步驟S13將在圖5中作詳細描述。

步驟S14，在三維工件座標系下，計算模組104計算點雲中所有點的三維工件座標。即在三維工件座標系下，計算所有點到三維工件座標系的X、Y及Z軸的距離即為其三維工件座標。

步驟S15，獲取模組105獲取多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置。

所述待量測的量測元素包括，但不限於線，點，圓。在一實施例中，獲取模組105可獲取用戶根據待測產品的待測剖面圖紙所輸入的多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置。

在另一實施例中，待測產品的待測剖面圖紙可以以文檔的形式存儲於存儲設備20中，所述待量測的量測元素在待測剖面圖紙上有一個標記，所述標記包括文字，圖形及其組合。獲取模組105可根據所述標記在所述圖紙上的相對位置獲取待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置。

步驟S16，提取模組106根據所獲取的多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置來提取每個所述待量測的量測元素所對應的點雲。

步驟S17，擬合模組107根據每個所述待量測的量測元素所對應的點雲中所有點的三維工件座標，利用擬合算法擬合每個所述待量測的量測元素。

在本實施例中，擬合模組107擬合每個所述待量測的量測元素的方程。

步驟S18，計算模組104根據所擬合的每個待量測的量測元素的方程計算所述待量測的量測元素之間的距離、夾角。

步驟S19，繪製模組108將所述待量測的量測元素繪製在所述基準平面PLN上，並以圖形化的形式將所繪製的圖形及量測後的結果顯示在顯示設備40上使用戶能直觀觀察。

在本較佳實施例中，以待量測的量測元素為兩條直線為例說明本發明。如圖7所示，是量測結果的圖形化示意圖。直線L1及L2為基準平面PLN上所擬合的待量測的量測元素。得到直線L1及L2的過程為：獲取模組105先獲取待量測的量測元素直線L1及L2在基準平面PLN上的位置，提取模組106根據L1及L2在基準平面PLN上的位置提取L1及L2各自所對應的點雲，擬合模組107根據L1及L2各自所對應的點雲中所有點的三維工件座標擬合出L1及L2的方程，計算模組104根據所述擬合出的L1及L2的方程計算L1與L2間的距離，L1與L2間的距離值為21.07個單位。

在本實施例中，所述基準平面PLN上包括，但不限於，待測產品的點雲、座標軸、所擬合的待量測的量測元素等。在以圖形化的形式顯示的同時，所繪製的圖形及量測後的結果也可以以文字報告的形式輸出，達到直觀顯示給用戶查看。

如圖4所示，是步驟S12的細化流程圖。根據不同的需求，該流程圖中步驟的順序可以改變，某些步驟可以省略。

步驟S120，創建基準平面模組102獲取待測剖面上所預設的直線上的點。

所述直線的位置為用戶事先所設定的。在一實施例中，所預設的直線被標示在待測產品圖紙上，用戶可根據所預設的直線在待測產品圖紙上的位置在顯示設備40上選取所述直線所對應的點。創建基準平面模組102可接收用戶在顯示設備40上所選取的所述直線所對應的點。

在另一實施例中，所述待測產品圖紙可以以檔的形式存儲於存儲設備20中，創建基準平面模組102可根據所述直線在圖紙上的位置來自動獲取該位置所對應的點。

步驟S121，創建基準平面模組102根據所獲取的直線上的點計算出直線L的方程，並利用平面拉升的方法拉伸直線L以計算出待測產品的待測剖面，該剖面記為平面PL。

所述佇列A中每個三角形都有一個法向，所述直線L的拉伸方向垂直於所述佇列A中所有三角形的平均法向。在本實施例中，以佇列中有三個三角形B1、B2及B3為例，B1的法向與水平面成30度，B2的法向與水平面成60度，B3的法向與水平面成90度，則所述直線L的拉伸方向為與水平面成60度（（30+60+90）/3=60度）。

步驟S122，創建基準平面模組102計算平面PL與佇列A中每個三角形的每條邊的交點T，並將所有交點T存儲於陣列PTA中。

步驟S123，創建基準平面模組102利用擬合算法將陣列PTA中所有點擬合成一個平面PL1。

所述擬合算法包括，但不限於，最小二乘法及牛頓迭代法。

步驟S124，創建基準平面模組102將所述平面PL1補正為基準平面PLN。

所述基準平面PLN為一個正視圖。所述正視圖為平面PL1投影在其背後的投影面上的視圖。所述正視圖可便於用戶從正面直接觀察待測產品的剖面，同時也便於測量。所述創建基準平面模組102的補正過程包括：

（a1）將平面PL1投影以得到其正視圖；

（a2）計算平面PL1與正視圖的夾角、正視圖的中心及所述平面PL1的中心；

（a3）根據所述夾角來旋轉平面PL1使平面PL1與正視圖平行；

（a4）平移平面PL1的中心至所述正視圖的中心，便可得到所述基準平面PLN。

如圖5所示，是步驟S13的細化流程圖。根據不同的需求，該流程圖中步驟的順序可以改變，某些步驟可以省略。

步驟S130，創建工件座標系模組103利用所讀取的點雲中所有點的三維機械座標並結合擬合算法迭代擬合用戶所選的元素類型。所述元素類型包括，但不限於，圓、線、面、圓柱及其組合等。

步驟S131，創建工件座標系模組103將所擬合的元素類型投影到所述基準平面PLN上，並記錄每個投影點。

步驟S132，創建工件座標系模組103利用所述基準平面PLN上的所述投影點擬合兩條相互垂直並相交的直線。如圖6所示，在所述基準平面PLN上擬合兩條垂直的直線，兩線相交的點為原點，其中一條直線作為如圖6所示的X軸，另一條直線作為如圖6所示的Y軸。

步驟S133，創建工件座標系模組103在垂直所述基準平面PLN的法線方向上擬合一條直線作為Z軸。

透過本發明，所述點雲剖面量測系統及方法，其可以在待測產品的點雲資料三角網格劃分後，提取剖面上待量測的量測元素，並計算量測元素間的距離及夾角使用戶能直觀地分析該待測產品是否符合要求。同時，能圖形化地顯示量測結果，並智慧輸出量測結果。

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。

無

10‧‧‧點雲剖面量測系統

100‧‧‧讀取模組

101‧‧‧網格化模組

102‧‧‧創建基準平面模組

103‧‧‧創建工件座標系模組

104‧‧‧計算模組

105‧‧‧獲取模組

106‧‧‧提取模組

107‧‧‧擬合模組

108‧‧‧繪製模組

Claims (12)

1. 一種點雲剖面量測系統，該系統包括：
   讀取模組，用於讀取待測產品的點雲資料；
   網格化模組，用於對所讀取的點雲進行三角網格劃分以得到所述待測產品的三維模型上的所有三角形，並輸出由所有所述三角形構成的佇列A；
   創建基準平面模組，用於根據所讀取的點雲資料及待測產品的待測剖面來創建基準平面PLN；
   創建工件座標系模組，用於根據基準平面PLN和用戶所選擇的元素類型創建三維工件座標系；
   計算模組，用於計算點雲中所有點的三維工件座標；
   獲取模組，用於獲取多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置；
   提取模組，用於根據所獲取的多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置來提取每個所述待量測的量測元素所對應的點雲；
   擬合模組，用於根據每個所述待量測的量測元素所對應的點雲中所有點的三維工件座標，利用擬合算法擬合出所述待量測的量測元素；
   所述計算模組，還用於根據所擬合出的所述待量測的量測元素計算所述待量測的量測元素之間的距離、夾角。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之點雲剖面量測系統，該系統還包括：
   繪製模組，用於將所述待量測的量測元素繪製在所述基準平面PLN上，並以圖形化的形式將所繪製的圖形及量測後的結果顯示在顯示設備上。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之點雲剖面量測系統，所述創建基準平面模組創建基準平面PLN的過程包括：
   獲取待測剖面上所預設的直線上的點；
   根據所獲取的直線上的點計算出直線L的方程，並拉伸直線L以計算出待測產品的待測剖面，該待測剖面記為平面PL；
   計算平面PL與佇列A中每個三角形的每條邊的交點T，並將所有交點T存儲於陣列PTA中；
   利用擬合算法將陣列PTA中所有點擬合成一個平面PL1；
   將所述平面PL1補正為基準平面PLN。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之點雲剖面量測系統，將所述平面PL1補正為基準平面PLN的過程包括：
   將平面PL1投影以得到其正視圖；
   計算平面PL1與正視圖的夾角、正視圖的中心及所述平面PL1的中心；
   根據所述夾角來旋轉平面PL1使平面PL1與正視圖平行；
   平移平面PL1的中心至所述正視圖的中心，得到所述基準平面PLN。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之點雲剖面量測系統，創建工件座標系模組創建三維工件座標系的過程包括：
   利用所讀取點雲中所有點的三維機械座標並結合所述擬合算法迭代擬合用戶所選的元素類型，所述元素類型包括，但不限於，圓、線、面、圓柱及其組合；
   將所擬合的元素類型投影到所述基準平面PLN上，並記錄每個投影點；
   利用所述基準平面PLN上的所述投影點擬合兩條相互垂直並相交的直線，兩線相交的點為原點，其中一條直線作為X軸，另一條直線作為Y軸；
   在垂直所述基準平面PLN的法線方向上擬合一條直線作為Z軸。
6. 根據申請專利範圍第3項所述之點雲剖面量測系統，所述直線L的拉伸方向垂直於所述佇列A中所有三角形的平均法向。
7. 一種點雲剖面量測方法，該方法包括：
   讀取步驟，讀取待測產品的點雲資料；
   網格化步驟，對所讀取的點雲進行三角網格劃分以得到所述待測產品的三維模型上的所有三角形，並輸出由所有所述三角形構成的佇列A；
   創建基準平面步驟，根據所讀取的點雲資料及待測產品的待測剖面來創建基準平面PLN；
   創建工件座標系步驟，根據基準平面PLN和用戶所選擇的元素類型創建三維工件座標系；
   計算步驟一，計算點雲中所有點的三維工件座標；
   獲取步驟，獲取多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置；
   提取步驟，根據所獲取的多個待量測的量測元素在基準平面PLN上的位置來提取每個所述待量測的量測元素所對應的點雲；
   擬合步驟，根據每個所述待量測的量測元素所對應的點雲中所有點的三維工件座標，利用擬合算法擬合出所述待量測的量測元素；
   計算步驟二，根據所擬合的所述待量測的量測元素計算所述待量測的量測元素之間的距離、夾角。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之點雲剖面量測方法，該方法還包括：
   繪製步驟，將所述待量測的量測元素繪製在所述基準平面PLN上，並以圖形化的形式將所繪製的圖形及量測後的結果顯示在顯示設備上。
9. 根據申請專利範圍第7項所述之點雲剖面量測方法，所述創建基準平面PLN的步驟包括：
   獲取待測剖面上所預設的直線上的點；
   根據所獲取的直線上的點計算出直線L的方程，並拉伸直線L以計算出待測產品的待測剖面，該待測剖面記為平面PL；
   計算平面PL與佇列A中每個三角形的每條邊的交點T，並將所有交點T存儲於陣列PTA中；
   利用擬合算法將陣列PTA中所有點擬合成一個平面PL1；
   將所述平面PL1補正為基準平面PLN。
10. 根據申請專利範圍第9項所述之點雲剖面量測方法，將所述平面PL1補正為基準平面PLN的步驟包括：
    將平面PL1投影以得到其正視圖；
    計算平面PL1與正視圖的夾角、正視圖的中心及所述平面PL1的中心;
    根據所述夾角來旋轉平面PL1使平面PL1與正視圖平行;
    平移平面PL1的中心至所述正視圖的中心，得到所述基準平面PLN。
11. 根據申請專利範圍第7項所述之點雲剖面量測方法，創建三維工件座標系的步驟包括：
    利用所有點雲的三維機械座標並結合所述擬合算法迭代擬合用戶所選的元素類型，所述元素類型包括，但不限於，圓、線、面、圓柱及其組合；
    將所擬合的元素類型投影到所述基準平面PLN上，並記錄每個投影點；
    利用所述基準平面PLN上的所述投影點擬合兩條相互垂直並相交的直線，兩線相交的點為原點，其中一條直線作為X軸，另一條直線作為Y軸；
    在垂直所述基準平面PLN的法線方向上擬合一條直線作為Z軸。
12. 根據申請專利範圍第9項所述之點雲剖面量測方法，所述直線L的拉伸方向垂直於所述佇列A中所有三角形的平均法向。