TWI463108B - 產品段差及間隙分析系統及方法 - Google Patents

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Li Jiang
Dong-Hai Li
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Description

產品段差及間隙分析系統及方法
本發明涉及一種電腦輔助設計系統及方法，尤其是一種應用於影像量測領域中的產品段差及間隙分析系統及方法。
一件產品，例如手機，通常是由許多零件組裝而成。段差是指產品上組裝的前後兩個相鄰零件高度的差異，間隙是指組裝的前後兩個相鄰零件之間的空隙。由於零件的前後分型面位置不同及加工精度，產品上組裝的相鄰零件不可避免的存在段差及間隙。通常，對生產的產品需要對零件的段差及間隙進行檢測，以確認產品是否符合要求。目前的檢測方法一般依賴於測試人員手動操作，不易操作且容易引起人工誤差。
鑒於以上內容，有必要提供一種產品段差及間隙分析系統及方法，可以自動分析產品段差及間隙，速度快且精度高。
一種產品段差及間隙分析系統，應用於電腦。該系統包括離散點過濾模組、直線擬合模組、平面座標系建立模組及距離計算模組。離散點過濾模組接收鐳射掃描器掃描產品得到的點雲資料，根據點雲資料中相鄰點之間的座標值之差是否超過預設閥值過濾掉點雲資料中分散的點，得到兩段或多段連續點雲。直線擬合模組讀取第一、第二段連續點雲，根據該兩段連續點雲分別擬合兩條直線，若第一或/及第二段連續點雲上存在拐角點，則將該第一或/及第二段連續點雲從該拐角點處分成兩段，並根據分段後的連續點雲分別擬合兩條直線。平面座標系建立模組從第一、第二段連續點雲的所有擬合直線中分別選擇一條擬合直線，選擇的兩條擬合直線走勢相同，根據該兩條擬合直線的夾角的角平分線建立平面座標系，並分別確定與該兩條擬合直線對應的兩段連續點雲上的最高點，以及該對應的兩段連續點雲上距離最近的兩點。距離計算模組計算該兩個最高點縱座標之差得到產品上相鄰兩個零件的段差，計算該距離最近的兩點橫座標之差得到產品上相鄰兩個零件之間的間隙寬度。
一種產品段差及間隙分析方法，應用於電腦。該方法包括：（A）接收鐳射掃描器掃描產品得到的點雲資料；（B）根據點雲資料中相鄰點之間的座標值之差是否超過預設閥值過濾掉點雲資料中分散的點，得到兩段或多段連續點雲；（C）讀取第一、第二段連續點雲，根據該兩段連續點雲分別擬合兩條直線，若第一或/及第二段連續點雲上存在拐角點，則將該第一或/及第二段連續點雲從該拐角點處分成兩段，並根據分段後的連續點雲分別擬合兩條直線；（D）從第一、第二段連續點雲的所有擬合直線中分別選擇一條擬合直線，選擇的兩條擬合直線走勢相同；（E）根據該兩條擬合直線的夾角的角平分線建立平面座標系，並分別確定與該兩條擬合直線對應的兩段連續點雲上的最高點，以及該對應的兩段連續點雲上距離最近的兩點；及（F）計算該兩個最高點縱座標之差得到產品上相鄰兩個零件的段差，計算該距離最近的兩點橫座標之差得到產品上相鄰兩個零件之間的間隙寬度。
相較於習知技術，本發明所提供之產品段差及間隙分析方法可以分析掃描產品相鄰零件之間的接壤部位得到的點雲資料，得到產品上相鄰兩個零件之間的段差及間隙寬度，速度快且精度高。
參閱圖1所示，係本發明產品段差及間隙分析系統10較佳實施例之功能模組圖。該產品段差及間隙分析系統10安裝並運行於電腦1。該電腦1與鐳射掃描器2相連接。該電腦1包括儲存器20、處理器30及顯示器40。
鐳射掃描器2掃描產品3相鄰零件之間的接壤部位，得到點雲資料21，並將點雲資料21儲存至儲存器20。
該產品段差及間隙分析系統10包括離散點過濾模組11、直線擬合模組12、距離計算模組13及平面座標系建立模組14。儲存器20儲存模組11至14的電腦化程式碼。處理器30執行所述電腦化程式碼，分析點雲資料21，得到所述相鄰零件之間的段差和間隙資訊（具體介紹請參見下文）。顯示器40顯示點雲資料21及分析過程。
離散點過濾模組11用於讀取點雲資料21，根據點雲資料21中相鄰點之間X、Y、Z座標值之差是否超過預設閥值過濾掉點雲資料中分散的點，得到兩段或多段連續點雲。所述預設閥值包括相鄰兩點之間的X差值的閥值、Y差值的閥值及Z差值的閥值，若點雲中某一點與其相鄰點的X差值或Y差值或Z差值任意一項超出對應閥值，則離散點過濾模組11判斷該點為離散點。在本實施例中，假設點雲資料21共記錄N個點的X、Y、Z座標值，則第n個點（n<N）的X差值閥的值Xn、Y差值的閥值Yn及Z差值的閥值Zn分別為之前n-1個點的X、Y、Z座標值的平均值Xa、Ya、Za。如圖3所示，Q1、Q2代表兩段連續點雲，其他6個點為離散點。
直線擬合模組12用於從上述兩段或多段連續點雲中讀取第一、第二段連續點雲，根據該兩段連續點雲分別擬合兩條直線。例如，直線擬合模組12讀取圖3中的兩段連續點雲Q1、Q2，根據Q1擬合一條直線L1、根據Q2擬合一條直線L2（如圖4所示）。這裏所述的擬合只是一個粗略的擬合，直線擬合模組12僅在連續點雲（例如Q1或Q2）的起點和終點之間取少數幾個點（例如2個點）進行直線擬合。
距離計算模組13用於計算所述第一、第二段連續點雲中各點到對應的擬合直線的距離以判斷該兩段連續點雲是否有拐角點。在本實施例中，所述連續點雲上的拐角點為該連續點雲上到對應擬合直線距離最大的點，且該點為該連續點雲與對應擬合直線的交點之間的點。例如，距離計算模組13連續點雲Q2上各點到直線L2的距離，得到連續點雲Q2上的點P0到直線L2的距離最大，且點P0為連續點雲Q2與直線L2的交點A1、A2之間的點，則距離計算模組13判斷點P0為連續點雲Q2的拐角點。
直線擬合模組12用於將存在拐角點的連續點雲從該拐角點處分成兩段，並根據分段後的連續點雲分別擬合兩條直線。例如，直線擬合模組12將連續點雲Q2從拐角點P0處分成兩段，並根據分段後的連續點雲分別擬合兩條直線L21、L22。
基於上述類似的方法，距離計算模組13進一步判斷分段後得到的連續點雲是否存在拐角點，如果有拐角點，則直線擬合模組12進一步對該連續點雲分段、擬合直線，直到分段後得到的連續點雲上沒有拐角點。
平面座標系建立模組14用於從第一、第二段連續點雲的所有擬合直線中分別選擇一條擬合直線，選擇的兩條擬合直線走勢相同。在本實施例中，判斷兩條擬合直線走勢相同的標準為該兩條擬合直線的最小夾角小於預設角度（例如5度）。例如，在本實施例中，連續點雲Q1擬合得到的直線有L1，連續點雲Q2擬合得到的直線有L2、L21、L22，其中，L1與L21的最小夾角小於預設角度（例如5度），則平面座標系建立模組14判斷L1與L21是第一、第二段連續點雲擬合得到的所有直線中走勢相同的直線。
平面座標系建立模組14還用於根據該兩條走勢相同的擬合直線的夾角的角平分線建立平面座標系（如圖5所示的xy平面座標系），並分別確定與該兩條走勢相同的擬合直線對應的兩段連續點雲上的最高點，以及該對應的兩段連續點雲上距離最近的兩點。在本實施例中，所述最高點為對應的連續點雲上到擬合直線距離最大的點。如圖5所示，連續點雲Q1上到直線L1距離最大的點為P1（x1，y1），連續點雲Q21到直線L21距離最大的點為P2（x2，y2），則平面座標系建立模組14判斷點P1為連續點雲Q1上的最高點，點P2為連續點雲Q21上的最高點。此外，連續點雲Q1上的點P3（x3，y3）與連續點雲Q21上的點P4（x4，y4）之間的距離最近。
距離計算模組13還用於計算該兩個最高點縱座標之差得到產品上相鄰兩個零件的段差，計算該距離最近的兩點橫座標之差得到產品上相鄰兩個零件之間的間隙寬度。例如，距離計算模組13計算點P1（x1，y1）、P2（x2，y2）的縱座標之差得到產品上相鄰兩個零件的段差為|y2-y1|，計算點P3（x3，y3）、P4（x4，y4）的橫座標之差得到產品上相鄰兩個零件之間的間隙寬度為|x4-x3|。
參閱圖2A及圖2B所示，係本發明方產品段差及間隙分析方法較佳實施例之流程圖。
步驟S201，鐳射掃描器2掃描產品3相鄰零件之間的接壤部位，得到點雲資料21，並將點雲資料21儲存至儲存器20。
步驟S202，離散點過濾模組11讀取點雲資料21，根據點雲資料21中相鄰點之間X、Y、Z座標值之差是否超過預設閥值過濾掉點雲資料中分散的點，得到兩段或多段連續點雲。所述第一預設範圍包括相鄰兩點之間的X差值的閥值、Y差值的閥值及Z差值的閥值，若點雲中某一點與其相鄰點的X差值或Y差值或Z差值任意一項超出對應閥值，則離散點過濾模組11判斷該點為離散點。在本實施例中，假設點雲資料21共記錄N個點的X、Y、Z座標值，則第n個點（n<N）的X差值的閥值Xn、Y差值的閥值Yn及Z差值的閥值Zn分別為之前n-1個點的X、Y、Z座標值的平均值Xa、Ya、Za。如圖3所示，Q1、Q2代表兩段連續點雲，其他6個點為離散點。
步驟S203，直線擬合模組12用於從上述兩段或多段連續點雲中讀取第一、第二段連續點雲，根據該兩段連續點雲分別擬合兩條直線。例如，直線擬合模組12讀取圖3中的兩段連續點雲Q1、Q2，根據Q1上的點擬合一條直線L1、根據Q2上的點擬合一條直線L2（如圖4所示）。
步驟S204，距離計算模組13計算所述第一、第二段連續點雲中各點到對應的擬合直線的距離以判斷該兩段連續點雲是否有拐角點。在本實施例中，所述連續點雲上的拐角點為該連續點雲上到對應擬合直線距離最大的點，且該點為該連續點雲與對應擬合直線的交點之間的點。
步驟S205，距離計算模組13判斷所述第一、第二段連續點雲上是否有拐角點。若該第一、第二段連續點雲上都不存在拐角點，則流程進入步驟S206，距離計算模組13判斷該第一、第二段連續點雲無需再分段，之後流程進入步驟S208。若該第一或第二段連續點雲上存在拐角點，則針對該段連續點雲，流程進入步驟S207。例如，若距離計算模組13計算得到連續點雲Q2上的點P0到直線L2的距離的距離最大，且點P0為連續點雲Q2與直線L2的交點A1、A2之間的點，則距離計算模組13判斷點P0為連續點雲Q2的拐角點，則針對連續點雲Q2，流程進入步驟S207。
步驟S207，直線擬合模組12將存在拐角點的連續點雲從該拐角點處分成兩段，並根據分段後的連續點雲分別擬合兩條直線。例如，直線擬合模組12將連續點雲Q2從拐角點P0處分成兩段，並根據分段後的連續點雲分別擬合兩條直線L21、L22。對於分段後得到的連續點雲及擬合直線，可以重複步驟S204~S207進一步判斷分段後得到的連續點雲是否存在拐角點。如果有拐角點，則繼續對連續點雲分段、擬合直線，直到分段後得到的所有連續點雲上都沒有拐角點，流程進入步驟S208。
步驟S208，平面座標系建立模組14從第一、第二段連續點雲的所有擬合直線中分別選擇一條擬合直線，選擇的兩條擬合直線走勢相同。在本實施例中，判斷兩條擬合直線走勢相同的標準為該兩條擬合直線的最小夾角小於預設角度（例如5度）。例如，在本實施例中，連續點雲Q1擬合得到的直線有L1，連續點雲Q2擬合得到的直線有L2、L21、L22，其中，L1與L21的最小夾角小於預設角度（例如5度），則平面座標系建立模組14判斷L1與L21是第一、第二段連續點雲擬合得到的所有直線中走勢相同的直線。
步驟S209，平面座標系建立模組14確定該兩條走勢相同的擬合直線的夾角的角平分線，根據該角平分線建立平面座標系。如圖5所示，直線L1與L21兩個夾角的角平分線互相垂直，平面座標系建立模組14以垂直方向的角平分線為y軸、水準方向的角平分線為x軸建立xy平面座標系。
步驟S210，平面座標系建立模組14分別確定與該兩條走勢相同的擬合直線對應的兩段連續點雲上的最高點，以及該對應的兩段連續點雲上距離最近的兩點。在本實施例中，所述最高點為該對應的連續點雲上到該擬合直線距離最大的點。如圖5所示，連續點雲Q1上到直線L1距離最大的點為P1（x1，y1），連續點雲Q21到直線L21距離最大的點為P2（x2，y2），則平面座標系建立模組14判斷點P1為連續點雲Q1上的最高點，點P2為連續點雲Q21上的最高點。此外，連續點雲Q1上的點P3（x3，y3）與連續點雲Q21上的點P4（x4，y4）之間的距離最近。
步驟S211，距離計算模組13計算該兩個最高點縱座標之差得到產品上相鄰兩個零件的段差，計算該距離最近的兩點橫座標之差得到產品上相鄰兩個零件之間的間隙寬度。例如，距離計算模組13計算點P1（x1，y1）、P2（x2，y2）的縱座標之差得到產品上相鄰兩個零件的段差為|y2-y1|，計算點P3（x3，y3）、P4（x4，y4）的橫座標之差得到產品上相鄰兩個零件之間的間隙寬度為|x4-x3|。
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。
1．．．電腦
2．．．鐳射掃描器
3．．．產品
10．．．產品段差及間隙分析系統
11．．．離散點過濾模組
12．．．直線擬合模組
13．．．距離計算模組
14．．．平面座標系建立模組
20．．．儲存器
21．．．點雲資料
30．．．處理器
40．．．顯示器
圖1係本發明產品段差及間隙分析系統較佳實施例之功能模組圖。
圖2A及圖2B係本發明方產品段差及間隙分析方法較佳實施例之流程圖。
圖3係掃描得到之點雲示意圖。
圖4係根據連續點雲擬合直線之示意圖。
圖5係根據擬合直線建立平面座標系之示意圖。
1．．．電腦
2．．．鐳射掃描器
3．．．產品
10．．．產品段差及間隙分析系統
11．．．離散點過濾模組
12．．．直線擬合模組
13．．．距離計算模組
14．．．平面座標系建立模組
20．．．儲存器
21．．．點雲資料
30．．．處理器
40．．．顯示器

Claims (10)

  1. 一種產品段差及間隙分析系統，應用於電腦，該系統包括：
    離散點過濾模組，用於接收鐳射掃描器掃描產品得到的點雲資料，根據點雲資料中相鄰點之間的座標值之差是否超過預設閥值過濾掉點雲資料中分散的點，得到兩段或多段連續點雲；
    直線擬合模組，用於從上述兩段或多段連續點雲中讀取第一、第二段連續點雲，根據該兩段連續點雲分別擬合兩條直線，若第一或/及第二段連續點雲上存在拐角點，則將該第一或/及第二段連續點雲從該拐角點處分成兩段，並根據分段後的連續點雲分別擬合兩條直線；
    平面座標系建立模組，用於從第一、第二段連續點雲的所有擬合直線中分別選擇一條擬合直線，選擇的兩條擬合直線走勢相同，根據該兩條擬合直線的夾角的角平分線建立平面座標系，並分別確定與該兩條擬合直線對應的兩段連續點雲上的最高點，以及該對應的兩段連續點雲上距離最近的兩點；及
    距離計算模組，用於計算該兩個最高點縱座標之差得到產品上相鄰兩個零件的段差，計算該距離最近的兩點橫座標之差得到產品上相鄰兩個零件之間的間隙寬度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的產品段差及間隙分析系統，所述預設閥值包括相鄰兩點之間的X差值的閥值、Y差值的閥值及Z差值的閥值，若點雲中某一點與其相鄰點的X差值或Y差值或Z差值任意一項超出對應閥值，則該點為離散點。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的產品段差及間隙分析系統，其中，點雲中第n個點的X差值的閥值Xn、Y差值的閥值Yn及Z差值的閥值Zn分別為之前n-1個點的X、Y、Z座標值的平均值Xa、Ya、Za。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的產品段差及間隙分析系統，所述距離計算模組還用於計算所述第一、第二段連續點雲中各點到對應的擬合直線的距離以判斷該第一、第二段連續點雲是否有拐角點，所述拐角點為該連續點雲上到對應的擬合直線距離最大、且該點為該連續點雲與對應的擬合直線的交點之間的點。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的產品段差及間隙分析系統，其中，各擬合直線對應的連續點雲上的最高點為該對應的連續點雲上與該擬合直線距離最大的點。
  6. 一種產品段差及間隙分析方法，應用於電腦，該方法包括：
    接收鐳射掃描器掃描產品得到的點雲資料；
    根據點雲資料中相鄰點之間的座標值之差是否超過預設閥值過濾掉點雲資料中分散的點，得到兩段或多段連續點雲；
    從所述兩段或多段連續點雲中讀取第一、第二段連續點雲，根據該兩段連續點雲分別擬合兩條直線，若第一或/及第二段連續點雲上存在拐角點，則將該第一或/及第二段連續點雲從該拐角點處分成兩段，並根據分段後的連續點雲分別擬合兩條直線；
    從第一、第二段連續點雲的所有擬合直線中分別選擇一條擬合直線，選擇的兩條擬合直線走勢相同；
    根據該兩條擬合直線的夾角的角平分線建立平面座標系，並確定與該兩條擬合直線對應的兩段連續點雲上的最高點，以及該對應的兩段連續點雲上距離最近的兩點；及
    計算該兩個最高點縱座標之差得到產品上相鄰兩個零件的段差、該距離最近的兩點橫座標之差得到產品上相鄰兩個零件之間的間隙寬度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的產品段差及間隙分析方法，所述預設閥值包括相鄰兩點之間的X差值的閥值、Y差值的閥值及Z差值的閥值，若點雲中某一點與其相鄰點的X差值或Y差值或Z差值任意一項超出對應閥值，則該點為離散點。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的產品段差及間隙分析方法，其中，點雲中第n個點的X差值的閥值Xn、Y差值的閥值Yn及Z差值的閥值Zn分別為之前n-1個點的X、Y、Z座標值的平均值Xa、Ya、Za。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的產品段差及間隙分析方法，還包括步驟：
    計算所述第一、第二段連續點雲中各點到對應的擬合直線的距離以判斷該第一、第二段連續點雲是否有拐角點，所述拐角點為該連續點雲上到對應的擬合直線距離最大、且該點為該連續點雲與對應的擬合直線的交點之間的點。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的產品段差及間隙分析方法，其中，各擬合直線對應的連續點雲上的最高點為該對應的連續點雲上與該擬合直線距離最大的點。
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