TW201514445A - 平面度量測系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種平面度量測系統及方法，應用於電腦上，該電腦與平面度檢測機通訊連接，該平面度檢測機的工作臺上放置待測產品，所述平面度檢測機上安裝有點鐳射掃描裝置採集待測產品上預設範圍的點雲資料。所述系統包括：採集模組，用於從點鐳射掃描裝置獲取所述待測產品上預設範圍的點雲資料；計算模組，用於根據上述得到的點雲資料擬合得到一個平面，並計算得到該擬合平面的平面度；判斷模組，用於將所計算得到的平面度與預設的閥值進行比較，以判定平面度是否合格，並輸出上述判定結果。本發明可以快速精確地檢測產品的平面度，並輸出圖形化資料。

Description

平面度量測系統及方法

技術領域

本發明涉及一種量測系統及方法，尤其涉及一種平面度量測系統及方法。

產品基準面與裝配面的平面度是產品重要管控尺寸，一般生產加工後透過三座標測量機進行平面度檢測，而三座標測量機是透過碰點的方式進行檢測，量測速度非常慢，量測精度也不高，無法滿足對產品百分百檢測的目的。

鑒於以上內容，有必要提出一種平面度量測系統及方法，其可以快速精確地檢測出產品的平面度，並輸出圖形化資料供用戶參考。

所述平面度量測系統運行於電腦中。該電腦與平面度檢測機通訊連接，該平面度檢測機的工作臺上放置待測產品，所述平面度檢測機上安裝有點鐳射掃描裝置採集待測產品上預設範圍的點雲資料，該系統包括：採集模組，用於從點鐳射掃描裝置獲取所述待測產品上預設範圍的點雲資料；計算模組，用於根據上述得到的點雲資料擬合得到一個平面，並計算得到該擬合平面的平面度；判斷模組，用於將所計算得到的平面度與預設的閥值進行比較，以判定平面度是否合格，並輸出上述判定結果。

所述平面度量測方法應用於電腦上。該電腦與平面度檢測機通訊連接，該平面度檢測機的工作臺上放置待測產品，所述平面度檢測機上安裝有點鐳射掃描裝置採集待測產品上預設範圍的點雲資料，該方法包括：採集步驟：從點鐳射掃描裝置獲取所述待測產品上預設範圍的點雲資料；計算步驟：根據上述得到的點雲資料擬合得到一個平面，並計算得到該擬合平面的平面度；判斷步驟：將所計算得到的平面度與預設的閥值進行比較，以判定平面度是否合格，並輸出上述判定結果。

相較於習知技術，產品基準面與裝配面的平面度是產品重要管控尺寸，一般生產加工後透過三座標測量機進行平面度檢測，而三座標測量機是透過碰點的方式進行檢測，量測速度非常慢，量測精度也不高，無法滿足對產品百分百檢測的目的。

圖1是本發明平面度量測系統較佳實施例的系統架構圖。

圖2是本發明平面度檢測機的部分結構示意圖。

圖3是本發明平面度量測系統較佳實施例的功能模組圖。

圖4是本發明對投射點進行三角網格化示意圖。

圖5是本發明平面度量測方法較佳實施例的流程圖。

參閱圖1所示，是本發明平面度量測系統10較佳實施例的系統架構圖。該平面度量測系統10安裝於一台電腦1中。所述電腦1包括處理器11、儲存裝置12以及顯示裝置13，並與一台平面度檢測機2通訊連接。

所述的平面度檢測機2用於對待測產品（圖中未示出）進行平面度的檢測。所述的平面度檢測機2包括裝夾治具20、點鐳射掃描裝置22以及輸出單元24。

如圖2所示，是平面度檢測機2的部分結構示意圖。所述的裝夾治具20包括鐳射固定裝置201、X軸向絲杆推動裝置202、電動馬達203。所述的鐳射固定裝置201上安裝有點鐳射掃描裝置22。所述的點鐳射掃描裝置22包括至少三個點鐳射測頭，該三個點鐳射測頭用於對待測產品進行線性掃描，採集得到點雲資料。其中所述三個點鐳射所投射於待測產品上的投射點不在一條直線上。所述的電動馬達203用於驅動X軸向絲杆推動裝置202，以控制待測產品進行移動。透過電動馬達203與X軸向絲杆推動裝置202控制產品移動，使得點鐳射掃描裝置22方便快速地採集得到待測產品在某一範圍的點雲資料。所述的輸出單元24用於輸出平面度檢測機2所測量得到的資料，例如，點鐳射掃描裝置22所採集得到的點雲資料，至電腦1。

所述處理器11用於執行平面度量測系統10中的各功能模組。所述的儲存裝置12用於儲存電腦1的各類資料。所述的顯示裝置13用於顯示電腦1的視覺化資料。

參閱圖3所示，是本發明平面度量測系統10較佳實施例的功能模組圖。該平面度量測系統10包括採集模組100、計算模組101、判斷模組102、網格化模組103以及輸出模組104。上述各功能模組100~104是完成特定功能的各個程式段，比軟體程式本身更適合於描述軟體在電腦設備，如電腦1中的執行過程，因此本發明對軟體程式的描述都以模組描述。

所述的採集模組100用於啟動平面度檢測機2以及點鐳射掃描裝置22以在待測產品上掃描一段預設的平面範圍，並從輸出單元24獲取該預設平面範圍內的點雲資料。

所述的計算模組101用於根據上述得到的點雲資料擬合得到一個平面，並計算得到所述擬合平面的平面度。在本較佳實施例中，所述的計算模組101根據最小二乘法與擬牛頓迭代演算法進行平面的擬合。所述平面的平面度計算方法為點雲資料中的所有點到所擬合的平面的距離中的最大值減去最小值點到平面的距離d的計算公式為：

，其中A，B，C為所擬合的平面上的一個點的座標，所述的X0，Y0，Z0為點雲中對應點的座標。

例如，所述擬合平面的方法為：

例如，假設在擬合的平面上有個掃描點()()，理想平面的方程式為，其中，A，B，C為待確定的常量。根據最小二乘法原理﹐目標函數F（A，B，C）的計算公式如下：

根據極值原理，欲使為最小值﹐則，解該方程組﹐可以確定該擬合平面的三個待確定的常量為：

其中：

因此，得到該擬合平面的單位法矢()為：

所述的判斷模組102用於將所計算得到的平面度與預設的閥值進行比較，以判斷所述平面度是否合格。若所計算得到的平面度大於或等於預設的閥值，所述的判斷模組102判定所述的平面度合格。若所計算得到的平面度小於預設的閥值，所述的判斷模組102判定該平面度不合格。所述的判斷模組102還用於輸出上述判定結果。例如，利用電腦1的顯示裝置13或其他輸出裝置（圖中未示出）輸出上述判定結果。

所述的網格化模組103用於將所獲取的點雲資料進行三角網格化處理，並輸出得到包括所有三角形的三角形佇列。在本較佳實施例中，由於點雲分佈並不雜亂，而有一定的規律。因此所述的網格化模組103透過下述方法進行三角網格化處理：網格化模組103透過獲取點雲資料中尚未與其他點組成三角形的任一點，計算得到距離該點最近的三個點，將並所述得到的四個點按照逆時針的原則連接成兩個三角形，並依此方法完成點雲資料中的所有三角形連接，以及根據上述構成的所有三角形，輸出一個三角形佇列。在其他較佳實施例中，所述的網格化模組103也可以利用其他三角網格化的處理方法對上述點雲資料進行處理。所述進行三角網格化後的點雲資料如圖4所示。

所述的輸出模組104用於遍曆三角形佇列中的所有三角形，計算各三角形的中心點座標到所擬合的平面的距離，根據所述距離對應的預設顏色來標示各三角形的顏色，並利用顯示裝置13顯示用戶查看。透過將三角網格化後的點雲資料以不同顏色的標示，使得用戶更加方便地瞭解待測產品的預設範圍的平面度。

圖5所示，是本發明平面度量測方法較佳實施例的流程圖。應該瞭解，本發明所述平面度量測方法並不限於圖5所示流程圖中的步驟及順序。根據不同的實施例，圖5所示流程圖中的步驟可以增加、移除、或者改變順序。

步驟S110，所述的採集模組100啟動平面度檢測機2以及點鐳射掃描裝置22以在待測產品上掃描一段預設的平面範圍，並從輸出單元24獲取該預設平面範圍內的點雲資料。

步驟S112，所述的計算模組101根據上述得到的點雲資料擬合得到一個平面，並計算得到所述擬合平面的平面度。在本較佳實施例中，所述的計算模組101根據最小二乘法與擬牛頓迭代演算法進行平面的擬合。所述平面的平面度計算方法為每個點到所擬合的平面的距離中的最大值減去最小值。點到平面的距離d的計算公式為：,其中A，B，C為所擬合的平面上的一個點的座標，所述的X0，Y0，Z0為點雲中對應點的座標。

步驟S113，所述的判斷模組102將所計算得到的平面度與預設的閥值進行比較，以判斷所述平面度是否合格，並輸出上述判定結果。若所計算得到的平面度大於或等於預設的閥值，所述的判斷模組102判定所述的平面度合格。若所計算得到的平面度小於預設的閥值，所述的判斷模組102判定所述平面度不合格。

步驟S114，所述的網格化模組103將所獲取的點雲資料進行三角網格化處理，並輸出得到包括所有三角形的三角形佇列。

步驟S115，所述的輸出模組104遍曆三角形佇列中的所有三角形，計算各三角形的中心點座標到所擬合的平面的距離，根據所述距離對應的預設顏色來標示各三角形的顏色，並利用顯示裝置13顯示標示顏色後的所有三角形供用戶查看。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅爲本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例爲限，舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

1‧‧‧電腦

10‧‧‧平面度量測系統

11‧‧‧處理器

12‧‧‧儲存裝置

13‧‧‧顯示裝置

2‧‧‧平面度檢測機

20‧‧‧裝夾治具

22‧‧‧點鐳射掃描裝置

24‧‧‧輸出單元

201‧‧‧鐳射固定裝置

202‧‧‧X軸向絲杆推動裝置

203‧‧‧電動馬達

100‧‧‧採集模組

101‧‧‧計算模組

102‧‧‧判斷模組

103‧‧‧網格化模組

104‧‧‧輸出模組

無

1‧‧‧電腦

10‧‧‧平面度量測系統

11‧‧‧處理器

12‧‧‧儲存裝置

13‧‧‧顯示裝置

2‧‧‧平面度檢測機

20‧‧‧裝夾治具

22‧‧‧點鐳射掃描裝置

24‧‧‧輸出單元

Claims (10)

1. 一種平面度量測系統，運行於電腦中，該電腦與平面度檢測機通訊連接，該平面度檢測機的工作臺上放置待測產品，所述平面度檢測機上安裝有點鐳射掃描裝置採集待測產品上預設範圍的點雲資料，該系統包括：
   採集模組，用於從點鐳射掃描裝置獲取所述待測產品上預設範圍的點雲資料；
   計算模組，用於根據上述得到的點雲資料擬合得到一個平面，並計算得到該擬合平面的平面度；及
   判斷模組，用於將所計算得到的平面度與預設的閥值進行比較，以判定平面度是否合格，並輸出上述判定結果。
2. 如申請專利範圍第1項所述之平面度量測系統，該系統還包括：
   網格化模組，用於將所獲取的點雲資料進行三角網格化處理，並輸出得到包括所有三角形的三角形佇列；
   輸出模組，用於遍曆三角形佇列中的所有三角形，計算各三角形的中心點座標到所述擬合平面的距離，根據所述距離對應的預設顏色來標示各三角形的顏色，並顯示標示顏色後的所有三角形。
3. 如申請專利範圍第2項所述之平面度量測系統，所述的網格化模組透過獲取點雲資料中尚未與其他點組成三角形的任一點，計算得到距離該點最近的三個點，將並所述得到的四個點按照逆時針的原則連接成兩個三角形，並依此方法完成點雲資料中的所有三角形連接，以及根據上述構成的所有三角形，輸出一個三角形佇列。
4. 如申請專利範圍第1項所述之平面度量測系統，所述的點鐳射掃描裝置包括至少三個點鐳射測頭，該三個點鐳射測頭所投射於待測產品上的投射點不在一條直線上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之平面度量測系統，所述的計算模組根據最小二乘法與擬牛頓迭代演算法進行平面的擬合，所述平面度的計算方法為所有點到所擬合的平面的距離中的最大值減去最小值。
6. 一種平面度量測方法，應用於電腦上，該電腦與平面度檢測機通訊連接，該平面度檢測機的工作臺上放置待測產品，所述平面度檢測機上安裝有點鐳射掃描裝置採集待測產品上預設範圍的點雲資料，該方法包括：
   採集步驟：從點鐳射掃描裝置獲取所述待測產品上預設範圍的點雲資料；
   計算步驟：根據上述得到的點雲資料擬合得到一個平面，並計算得到該擬合平面的平面度；
   判斷步驟：將所計算得到的平面度與預設的閥值進行比較，以判定平面度是否合格，並輸出上述判定結果。
7. 如申請專利範圍第6項所述之平面度量測方法，該系統還包括：
   網格化步驟：將所獲取的點雲資料進行三角網格化處理，並輸出得到包括所有三角形的三角形佇列；
   輸出步驟：遍曆三角形佇列中的所有三角形，計算各三角形的中心點座標到所述擬合平面的距離，根據所述距離對應的預設顏色來標示各三角形的顏色，並顯示標示顏色後的所有三角形。
8. 如申請專利範圍第7項所述之平面度量測方法，所述的網格化步驟是透過獲取點雲資料中尚未與其他點組成三角形的任一點，計算得到距離該點最近的三個點，將並所述得到的四個點按照逆時針的原則連接成兩個三角形，並依此方法完成點雲資料中的所有三角形連接，以及根據上述構成的所有三角形，輸出一個三角形佇列。
9. 如申請專利範圍第6項所述之平面度量測方法，所述的點鐳射掃描裝置包括至少三個點鐳射測頭，該三個點鐳射測頭所投射於待測產品上的投射點不在一條直線上。
10. 如申請專利範圍第6項所述之平面度量測方法，所述的計算步驟中是根據最小二乘法與擬牛頓迭代演算法進行平面的擬合，所述平面度的計算方法為所有點到所擬合的平面的距離中的最大值減去最小值。