TWI484188B - 影像量測機台測針類比系統及方法 - Google Patents

Description

影像量測機台測針類比系統及方法

本發明涉及一種影像量測機台測針類比系統及方法。

影像量測是目前精密量測領域中最廣泛使用的量測方法，該方法不僅精度高，而且量測速度快。影像量測主要用於工件（零件或者部件）的尺寸誤差和形位誤差的測量，對保證產品品質起著重要的作用。

一般而言，影像量測機台在量測工件前，需要對機台的測針進行類比，以減少實際量測過程中的碰針問題。然而，現有測針類比存在以下缺陷：（1）編寫離線程式時不直觀；（2）在編寫程式過程中無法確定測針當前所在的位置；（3）無法準確地確認量測點的位置是否正確；（4）無法確定測針的運動路徑；（5）無法判定測針運動過程中是否會撞針及撞針的位置，以提出有效的解決辦法；（6）即使可判定出測針會撞針，但重新選配測針的模式會由於測針的元件太多，採用更改程式碼畫測針的模式較複雜、不容易擴展等缺陷，而造成選配測針的難度。

鑒於以上內容，有必要提供一種影像量測機台測針類比系統及方法，其可將測針的各組成零件的零件名及其對應的CAD圖檔進行關聯後合併圖形，以減少三維圖形細節的繪製，快速地對測針進行顯示及運動類比。

一種影像量測機台測針類比方法，運行於主機中。該方法包括：將組成測針的各零件的零件名、各零件對應的CAD模型文檔的文檔名及各零件間的位置關係存入一個測針零件範本文檔中，並將各零件名及其對應的CAD模型文檔關聯起來；將所述零件名按照繪製順序存入一個測針組裝範本文檔中，從測針零件範本文檔中獲取相應的CAD模型文檔，並按照各零件間的位置關係繪製測針，得到一個三維圖形；定義測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長；讀入所有量測點的移動座標並按照讀入順序將所述量測點的移動座標存入一個陣列中；根據測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長控制該測針的三維圖形按照該讀入順序類比測針的運動路徑；及繪製並顯示該運動路徑。

一種影像量測機台測針類比系統，運行於主機中。該系統包括：測針範本文檔定義模組，用於將組成測針的各零件的零件名、各零件對應的CAD模型文檔的文檔名及各零件間的位置關係存入一個測針零件範本文檔中，並將各零件名及其對應的CAD模型文檔關聯起來；測針模型繪製模組，用於將所述零件名按照繪製順序存入一個測針組裝範本文檔中，從測針零件範本文檔中獲取相應的CAD模型文檔，並按照各零件間的位置關係繪製測針，得到一個三維圖形；測針通用行為定義模組，用於定義測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長；及測針路徑類比模組，用於讀入所有量測點的移動座標並按照讀入順序將所述量測點的移動座標存入一個陣列中，根據測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長控制該測針的三維圖形按照該讀入順序類比測針的運動路徑，繪製並顯示該運動路徑。

相較於習知技術，所述的影像量測機台測針類比系統及方法為了快速地對測針進行顯示及運動類比，減少三維圖形細節的繪製，其可將測針的各組成零件的零件名及其對應的CAD圖檔進行關聯後合併圖形，定義測針的通用行為，根據該定義類比測針的運動路徑並繪製出運動路徑。

如圖1所示，係本發明影像量測機台測針類比系統較佳實施例之運行環境示意圖。該影像量測機台測針類比系統10（以下簡稱為“系統10”）運行於一台主機1中，該主機1包括儲存設備12、處理器14和顯示設備16。

在本實施例中，該系統10以軟體程式或指令的形式安裝在所述儲存設備12中。在其他實施例中，該儲存設備12可以為主機1外接的記憶體。

所述處理器14執行所述系統10的程式碼，類比測針的運動路徑，即將測針的各組成零件的零件名及其對應的CAD圖檔進行關聯後合併圖形，以減少三維圖形細節的繪製，透過讀入量測點的移動座標及其順序，按照測針的移動步長快速地對測針的運動路徑進行類比，並繪製運動路徑。

所述顯示設備16用於顯示所述CAD圖檔，及類比測針運動的運動路徑。

所述系統10包括測針範本文檔定義模組100、測針模型繪製模組102、測針通用行為定義模組104和測針路徑類比模組106。本發明所稱的模組是完成一特定功能的電腦程式段，比程式更適合於描述軟體在電腦中的執行過程，因此在本發明以下對軟體描述都以模組描述。

所述測針範本文檔定義模組100用於定義一個測針零件範本文檔File1，將組成測針的各零件的零件名、各零件對應的CAD模型文檔的文檔名及各零件間的位置關係存入該File1中，並將各零件名及其對應的CAD模型文檔關聯起來。如圖6所示，測針2主要由CCD測針20、探測（Probe）接觸式測針21、測杆22和測杆22底部的球體23組成。測針範本文檔定義模組100在File1中將Probe接觸式測針21的零件名“PROBEPH”與其對應的CAD模型文檔名“PROBEPH.igs”關聯後得到“PROBEPH=PROBEPH.igs”。

所述測針模型繪製模組102用於定義一個測針組裝範本文檔File2，將實際要繪製的測針2的零件名按照繪製順序存入該File2中，從File1中獲取相應的CAD模型文檔，並按照各零件間的位置關係繪製測針2。具體而言，測針模型繪製模組102把實際要繪製的測針2的零件名按照順序用一個通用文檔（即File2）儲存起來，在繪製該測針2時，按照該零件名排列的順序，直接從File1中讀入各零件的CAD模型文檔，並按此順序及各零件間的位置關係合併各零件的圖形，得到一個三維圖形，該三維圖形即為測針2的三維實體圖形。

所述測針模型繪製模組102還用於將該三維圖形進行三角網格化，輸出三角形隊列，並將三角形隊列中相鄰區域且法向向量小於一個預定角度的三角形進行合併，具體方法如圖3中所述。此功能可減少三維圖形細節上的繪製，使得測針2的三維圖形所在的文檔大小變小，能提高讀取文檔的速度。另外，本實施例中，所述預定角度等於30度。

所述測針通用行為定義模組104用於定義測針2的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長。所述測針2的旋轉包括水平旋轉和垂直旋轉。本實施例中，該水平旋轉角度範圍為負180度至正180度，垂直旋轉角度範圍為0度至105度。所述移動方向包括X軸方向、Y軸方向和Z軸方向。

所述測針路徑類比模組106用於讀入所有量測點的移動座標，根據讀入順序將所述量測點的移動座標存入一個陣列中，並根據測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長控制所述測針2的三維圖形按照該讀入順序類比測針2的運動路徑，且繪製及顯示該運動路徑。如圖6所示舉例說明了所繪製的運動路徑，如點a到點f的曲線。

如圖2所示，係本發明影像量測機台測針類比方法較佳實施例之流程圖。

步驟S1，測針範本文檔定義模組100定義一個測針零件範本文檔File1，將組成測針2的各零件（如圖6中的CCD測針20、Probe接觸式測針21、測針22和球體23）的零件名、各零件對應的CAD模型文檔的文檔名及各零件間的位置關係存入該File1中，並將各零件名及其對應的CAD模型文檔關聯起來。

步驟S2，測針模型繪製模組102定義一個測針組裝範本文檔File2，將所述零件名按照繪製順序存入該File2中，從File1中獲取相應的CAD模型文檔，並按照各零件間的位置關係繪製測針2，得到一個三維圖形。

步驟S3，所述測針模型繪製模組102將所述三維圖形進行三角網格化，輸出三角形隊列T。具體方法如圖3中所述。

步驟S4，所述測針模型繪製模組102將該三角形隊列T中相鄰區域且法向向量小於一個預定角度的三角形進行合併。本實施例中，所述預定角度等於30度。

步驟S5，測針通用行為定義模組104定義測針2的通用行為，該通用行為包括測針2的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長。所述測針2的旋轉包括水平旋轉和垂直旋轉。本實施例中，該水平旋轉角度範圍為負180度至正180度，垂直旋轉角度範圍為0度至105度。所述移動方向包括X軸方向、Y軸方向和Z軸方向。

步驟S6，測針路徑類比模組106類比測針2的運動路徑，具體而言，所述測針路徑類比模組106讀入所有量測點的移動座標並根據讀入的順序將量測點的移動座標存入一個陣列中。

步驟S7，所述測針路徑類比模組106根據測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長控制該測針2的三維圖形按照所述讀入的順序類比測針2的運動路徑，繪製該運動路徑，並將所繪製的運動路徑顯示到顯示設備16上。

如圖3所示，係圖2中步驟S3之具體作業流程圖。

步驟S300，所述測針模型繪製模組102讀取測針2的三維圖形。

步驟S302，所述測針模型繪製模組102判斷該三維圖形是否由三角面片組成。若判斷結果為該三維圖形由三角面片組成，則流程直接進入步驟S312。若判斷結果為該三維圖形不是由三角面片組成，則流程進入步驟S304。

步驟S304，所述測針模型繪製模組102將該三維圖形轉換成B樣條曲面，得到該B樣條曲面參數平面的邊界線，並用若干條水平直線和若干條垂直直線將該B樣條曲面參數平面做等距切分得到若干個包圍盒。圖4以一個圓球為例表示所述測針2的三維圖形，測針模型繪製模組102用多條水平直線和垂直直線作為切分線（以下簡稱為“等距切分線”），在U方向和V方向做等距切分，得到圖4所示的多個UV方格及等距切分線與邊界線相交所形成的三角形。

步驟S306，所述測針模型繪製模組102將所述與邊界線沒有交點的UV方格（如圖4中框線A和C所圈住的UV方格）的四個頂點按照逆時針原則連接成兩個三角形，如圖5所示，先將一個小包圍盒的四個定點按照逆時針原則連接成兩個三角形後，再按照逆時針原則將由四個小包圍盒組成的大包圍盒中的八個三角形合併成兩個三角形。在其他實施例中，所述測針模型繪製模組102在連接三角形時還可以按照順時針原則連接。

步驟S308，所述測針模型繪製模組102將所述等距切分線與邊界線的交點（如圖4中框線B所圈住的點）、邊界線上的邊界點及所有UV方格的頂點加入一個2D隊列中。

步驟S310，所述測針模型繪製模組102在該2D隊列中查找與點P1最近的點P2，及構成邊P1P2的最大邊對角的點P3，依據點P1、P2、P3構成的三角形的外接圓內沒有點的原則，連接該點P1、P2和P3，構成三角形，並依此方法完成三維圖形中的所有三角形連接。

步驟S312，所述測針模型繪製模組102根據上述構成的所有三角形，輸出一個三角形隊列T。

最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上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。

主機：1

影像量測機台測針類比系統：10

儲存設備：12

處理器：14

顯示設備：16

測針範本文檔定義模組：100

測針模型繪製模組：102

測針通用行為定義模組：104

測針路徑類比模組：106

測針：2

CCD測針：20

探測接觸式測針：21

測杆：22

球體：23

與UV切分線沒有交點的UV方格：A

UV切分線與邊界線的交點：B

三角形合併：C

圖1係本發明影像量測機台測針類比系統較佳實施例之運行環境示意圖。

圖2係本發明影像量測機台測針類比方法較佳實施例之流程圖。

圖3係圖2中步驟S3之具體作業流程圖。

圖4和圖5係本發明三角網格化之示意圖。

圖6係本發明類比測針的運動路徑並繪製運動路徑之示意圖。

主機：1

影像量測機台測針類比系統：10

儲存設備：12

處理器：14

顯示設備：16

測針模板文檔定義模組：100

測針模型繪制模組：102

測針通用行為定義模組：104

測針路徑類比模組：106

Claims (9)

1. 一種影像量測機台測針類比方法，運行於主機中，該方法包括：
   將組成測針的各零件的零件名、各零件對應的CAD模型文檔的文檔名及各零件間的位置關係存入一個測針零件範本文檔中，並將各零件名及其對應的CAD模型文檔關聯起來；
   將所述零件名按照繪製順序存入一個測針組裝範本文檔中，從測針零件範本文檔中獲取相應的CAD模型文檔，並按照各零件間的位置關係繪製測針，得到一個三維圖形；
   定義測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長；
   讀入所有量測點的移動座標並按照讀入順序將所述量測點的移動座標存入一個陣列中；
   根據測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長控制該測針的三維圖形按照該讀入順序類比測針的運動路徑；及
   繪製並顯示該運動路徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像量測機台測針類比方法，在定義步驟前還包括：
   將三維圖形進行三角網格化，並輸出三角形隊列；及
   將三角形隊列中相鄰區域且法向向量小於一個預定角度的三角形進行合併。
3. 如申請專利範圍第2項所述之影像量測機台測針類比方法，其中所述預定角度等於30度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之影像量測機台測針類比方法，其中所述將三維圖形進行三角網格化的步驟包括如下步驟：
   讀取測針的三維圖形；
   轉換三維圖形為B樣條曲面，得到該B樣條曲面參數平面的邊界線，並用水平直線及垂直直線將該B樣條曲面參數平面做等距切分得到多個包圍盒；
   將與邊界線沒有交點的包圍盒的四個頂點按照逆時針原則連接成兩個三角形；
   將所述水平直線或垂直直線與邊界線的交點、邊界線上的邊界點及所有包圍盒的頂點加入一個2D隊列中；及
   在該2D隊列中查找與點P1最近的點P2及構成邊P1P2的最大邊對角的點P3，依據P1、P2、P3構成的三角形的外接圓內沒有點的原則，依次完成三角形的連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述之影像量測機台測針類比方法，其中所述測針的旋轉包括水平旋轉和垂直旋轉，該水平旋轉角度範圍為負180度至正180度，垂直旋轉角度範圍為0度至105度。
6. 一種影像量測機台測針類比系統，運行於主機中，該系統包括：
   測針範本文檔定義模組，用於將組成測針的各零件的零件名、各零件對應的CAD模型文檔的文檔名及各零件間的位置關係存入一個測針零件範本文檔中，並將各零件名及其對應的CAD模型文檔關聯起來；
   測針模型繪製模組，用於將所述零件名按照繪製順序存入一個測針組裝範本文檔中，從測針零件範本文檔中獲取相應的CAD模型文檔，並按照各零件間的位置關係繪製測針，得到一個三維圖形；
   測針通用行為定義模組，用於定義測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長；及
   測針路徑類比模組，用於讀入所有量測點的移動座標並按照讀入順序將所述量測點的移動座標存入一個陣列中，根據測針的旋轉角度範圍、移動方向及移動步長控制該測針的三維圖形按照該讀入順序類比測針的運動路徑，繪製並顯示該運動路徑。
7. 如申請專利範圍第6項所述之影像量測機台測針類比系統，其中所述測針模型繪製模組還用於將三維圖形進行三角網格化，輸出三角形隊列，並將三角形隊列中相鄰區域且法向向量小於一個預定角度的三角形進行合併。
8. 如申請專利範圍第7項所述之影像量測機台測針類比系統，其中所述預定角度等於30度。
9. 如申請專利範圍第6項所述之影像量測機台測針類比系統，其中所述測針的旋轉包括水平旋轉和垂直旋轉，該水平旋轉角度範圍為負180度至正180度，垂直旋轉角度範圍為0度至105度。