TWI514317B - 三維影像量測程式生成系統及方法 - Google Patents

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TWI514317B TW100140044A TW100140044A TWI514317B TW I514317 B TWI514317 B TW I514317B TW 100140044 A TW100140044 A TW 100140044A TW 100140044 A TW100140044 A TW 100140044A TW I514317 B TWI514317 B TW I514317B
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Description

三維影像量測程式生成系統及方法
本發明涉及三維影像量測技術，尤其涉及一種三維影像量測程式生成系統及方法。
在產品的三維影像量測領域中，編寫產品的三維量測程式是影像產品檢測速度的主要因素之一。傳統的量測程式編寫方法，透過使用量測軟體的編程記錄功能，在對產品進行實際測量的同時記錄下產品的測量點等資訊，然後根據記錄的資訊自動生成測量程式，以用於對後續產品的自動量測。這種基於實際產品的編程方法，需要專業人員參考產品圖紙進行編程，編程方法較為複雜，對操作人員的技術能力要求較高，並且這種編程方法需要實際產品和三維量測機台的輔助。上述基於實際產品的編程方法，效率低，且影響產品的生產。此外，由於物體空間投影的原理，三維模型在產品工程圖上會產生特徵重疊區域，會對專業人員分析產品的測量位置產生很大影響，增加了圖紙的分析時間，降低了編程效率。
鑒於以上內容，有必要提供一種三維影像量測程式生成系統，該系統包括：檔案解析模組，用於讀取產品的三維模型檔案，並對 該讀取的三維模型檔案進行解析，得到三維模型檔案中用於描述產品三維模型的資料；三維模型渲染模組，將解析得到的資料轉換為B樣條曲面，得到B樣條曲面在一個UV參數平面內的封閉邊界線，並對該封閉邊界線分別以一條U直線和V直線進行等距切分，得到多個小方格；將與封閉邊界線無交點的小方格的四個頂點按逆時針順序連接，組成兩個三角形；對於與封閉邊界線有交點的小方格，將小方格的頂點中落入封閉邊界曲線上的頂點、小方格與封閉邊界曲線的交點及封閉邊界線上的邊界點加入一個二維點佇列Q；讀取二維點佇列Q中的第一點p1以及與點p1最近的點p2，使p1和p2組成一個三角形A的一條邊，然後在佇列Q中查找該三角形A的第三點p3，其中，該第三點P3的查找原則是邊p1p2組成的內角在三角形A的內角中最大，且三角形A的外接圓內沒有佇列Q中的點，並使得三角形A接近於等邊三角形；根據上述查找原則在佇列Q中依次查找其他點所組成的三角形，得到產品三維模型上的所有三角形，組成一個三角形佇列T；及根據上述得到的三角形佇列T繪製所述產品的三維模型；量測取點模組，用於使用影像量測工具在得到的三維模型上進行量測取點操作，得到量測點的座標資訊，該座標資訊包括量測點的座標值以及向量方向；量測元素擬合模組，用於根據所述量測點的座標資訊，使用最小二乘法對量測點進行擬合，得到所述三維模型上的量測元素及該量測元素的量測資訊；及量測程式生成模組，用於將上述量測資訊寫入一個預定的標準程式範本中，生成所述產品的三維影像量測程式，以供三維影像量測機台對實際的產品進行三維影像量測。
還有必要提供一種三維影像量測程式生成方法，該方法包括：檔 案解析步驟，讀取產品的三維模型檔案，並對該讀取的三維模型檔案進行解析，得到三維模型檔案中用於描述產品三維模型的資料；三維模型渲染步驟，將解析得到的資料轉換為B樣條曲面，得到B樣條曲面在一個UV參數平面內的封閉邊界線，並對該封閉邊界線分別以一條U直線和V直線進行等距切分，得到多個小方格；將與封閉邊界線無交點的小方格的四個頂點按逆時針順序連接，組成兩個三角形；對於與封閉邊界線有交點的小方格，將小方格的頂點中落入封閉邊界曲線上的頂點、小方格與封閉邊界曲線的交點及封閉邊界線上的邊界點加入一個二維點佇列Q；讀取二維點佇列Q中的第一點p1以及與點p1最近的點p2，使p1和p2組成一個三角形A的一條邊，然後在佇列Q中查找該三角形A的第三點p3，其中，該第三點P3的查找原則是邊p1p2組成的內角在三角形A的內角中最大，且三角形A的外接圓內沒有佇列Q中的點，並使得三角形A接近於等邊三角形；根據上述查找原則在佇列Q中依次查找其他點所組成的三角形，得到產品三維模型上的所有三角形，組成一個三角形佇列T；及根據上述得到的三角形佇列T繪製所述產品的三維模型；量測取點步驟，使用影像量測工具在得到的三維模型上進行量測取點操作，得到量測點的座標資訊，該座標資訊包括量測點的座標值以及向量方向；量測元素擬合步驟，根據所述量測點的座標資訊，使用最小二乘法對量測點進行擬合，得到所述三維模型上的量測元素及該量測元素的量測資訊；及量測程式生成步驟，將上述量測資訊寫入一個預定的標準程式範本中，生成所述產品的三維影像量測程式，以供三維影像量測機台對實際的產品進行三維影像量測。
相較於習知技術，本發明三維影像量測程式生成系統及方法，可 直接在產品三維模型上進行虛擬量測取點操作，取得產品測量點的資訊，生成量測程式，無需三維影像測量機台和實際產品的輔助。待產品加工完成後，即可使用生成的量測程式對產品進行自動量測，在提高量測程式編輯效率的同時，還可提高產品的生產效率。
1‧‧‧電腦
10‧‧‧三維影像量測程式生成系統
11‧‧‧儲存設備
12‧‧‧處理器
13‧‧‧顯示設備
101‧‧‧檔案解析模組
102‧‧‧三維模型渲染模組
103‧‧‧量測取點模組
104‧‧‧量測元素擬合模組
105‧‧‧量測程式生成模組
圖1係為本發明三維影像量測程式生成系統較佳實施例的運行環境示意圖。
圖2係為本發明三維影像量測程式生成方法較佳實施例的流程圖。
圖3係為圖2中步驟S02的詳細流程圖。
圖4和圖5係為本發明較佳實施例中曲面三角網格化處理的示意圖。
圖6係為透過曲面三角網格化處理所得到的一個產品的三維模型的示意圖。
如圖1所示，係本發明三維影像量測程式生成系統較佳實施例的運行環境示意圖。該三維影像量測程式生成系統10應用於電腦1中。該電腦1還包括儲存設備11、處理器12以及顯示設備13。
所述三維影像量測程式生成系統10包括檔案解析模組101、三維模型渲染模組102、量測取點模組103、量測元素擬合模組104以及量測程式生成模組105。在本實施例中，該三維影像量測程式生成系統10可儲存在儲存設備11中，並由處理器12控制該三維影 像量測程式生成系統10的執行。
所述檔案解析模組101用於從儲存設備11中讀取產品的三維模型檔案，並對該讀取的三維模型檔案進行解析，得到三維模型檔案中用於描述產品三維模型的資料。在本實施例中，所述三維模型檔案為初始化圖形交換規範(initial graphics exchange specification，IGES)檔案或產品模型資料交換標準(standard for the exchange of product model data，STEP)檔案。所述用於描述產品三維模型的資料包括用於描述產品三維模型上的點、直線、曲線、面以及圓等元素的座標佇列和矩陣等資料。
所述三維模型渲染模組102用於對上述解析得到的資料進行曲面三角網格化處理，得到產品的三維模型。該曲面三角網格化的具體方法參見對圖3的描述。
所述量測取點模組103用於使用影像量測工具在得到的三維模型上進行量測取點操作，得到量測點的座標資訊，如量測點的座標值以及向量方向等資訊。在本實施例中，所述影像量測工具包括尋點工具、尋線工具、尋圓工具、表面對焦工具以及輪廓對焦工具等。量測取點模組103可選取一個量測工具，透過滑鼠在三維模型上進行點擊的方式取得相應的量測點。該影像量測工具由影像量測輔助軟體提供，如由電腦輔助設計(computer aided design，CAD)或電腦輔助製造(computer aided manufacturing，CAM)軟體提供。
所述量測元素擬合模組104用於根據所述量測點的座標資訊，使用最小二乘法對量測點進行擬合，得到所述三維模型上的量測元 素及該量測元素的量測資訊。所述量測元素包括三維模型上的點、線、圓等。所述量測資訊包括點的座標和向量方向、線的起始點座標和結束點座標、線的向量方向、線所在平面的向量方向、圓的中心點座標以及半徑等資訊。
所述量測程式生成模組105用於將上述量測資訊寫入一個預定的標準程式範本中，生成所述產品的三維影像量測程式，以供三維影像量測機台對實際的產品進行三維影像量測。具體地，該量測程式生成模組105可根據每個量測資訊的類別，將所述標準程式範本中特定的關鍵字使用量測資訊進行替換，即可生成所述三維影像量測程式。
如圖2所示，係本發明三維影像量測程式生成方法較佳實施例的流程圖。
步驟S01，所述檔案解析模組101從儲存設備11中讀取產品的三維模型檔案，並對該讀取的三維模型檔案進行解析，得到三維模型檔案中用於描述產品三維模型的資料。
步驟S02，所述三維模型渲染模組102對上述解析得到的資料進行曲面三角網格化處理，得到產品的三維模型。該步驟S02的詳細流程圖參見對圖3的描述。
步驟S03，所述量測取點模組103使用影像量測工具在得到的三維模型上進行量測取點操作，得到量測點的座標資訊，如量測點的座標值以及向量方向等資訊。在本實施例中，所述影像量測工具包括尋點工具、尋線工具、尋圓工具、表面對焦工具以及輪廓對焦工具等。量測取點模組103可選取一個量測工具，透過滑鼠在 三維模型上進行點擊的方式取得相應的量測點以及量測點的資訊。
步驟S04，所述量測元素擬合模組104根據所述量測點的座標資訊，使用最小二乘法對量測點進行擬合，得到所述三維模型上的量測元素及該量測元素的量測資訊。所述量測元素包括三維模型上的點、線、圓等。所述量測資訊包括點的座標和向量方向、線的起始點座標和結束點座標、線的向量方向、線所在平面的向量方向、圓的中心點座標以及半徑等資訊。
步驟S05，所述量測程式生成模組105將上述量測資訊寫入一個預定的標準程式範本中，生成所述產品的三維影像量測程式，以供三維影像量測機台對實際的產品進行三維影像量測。具體地，該量測程式生成模組105可根據每個量測資訊的類別，將所述標準程式範本中特定的關鍵字使用量測資訊進行替換，即可生成所述三維影像量測程式。所述標準程式範本被預先儲存在所述儲存設備11中。
如圖3所示，係所述三維模型渲染模組102執行上述步驟S02的詳細流程圖。
步驟S20，將所述解析得到的資料轉換為B樣條曲面，得到B樣條曲面在一個UV參數平面內的封閉邊界線，並對該封閉邊界線分別以一條U直線和V直線進行等距切分，得到多個小方格。所述UV參數平面如圖4所示，所得到的每個方格包括四個頂點，由於每個頂點的拉升都可導致產品三維模型的形狀扭曲，因此該頂點在業界又被稱為控制節點。
步驟S21，將與封閉邊界線無交點的小方格的四個頂點按逆時針順序連接，組成兩個三角形。例如，如圖5中所示的小方格box4與封閉邊界線無交點，則將頂點P、Q、I、O按照逆時針順序連接組成兩個三角形OQP和OIQ。
步驟S22，對於與封閉邊界線有交點的小方格，將小方格的頂點中落入封閉邊界曲線上的頂點、小方格與封閉邊界曲線的交點及封閉邊界線上的邊界點加入一個二維(2D)點佇列Q。例如，如圖5中所示的小方格box1中有封閉邊界線上的邊界點M，小方格box1與封閉邊界曲線的交點E、F；小方格box2中有頂點D落入封閉邊界曲線內；小方格box2與封閉邊界曲線的交點E、F、H、G，則將點M、E、F、H、D、G加入所述2D點佇列Q中。
步驟S23，讀取2D點佇列Q中的第一點p1及與點p1最近的點p2，使p1和p2組成三角形A的一條邊，然後在佇列Q中查找該三角形A的第三點p3。其中，該第三點P3的查找原則是邊p1p2對應的內角在三角形A的內角中最大，且三角形A的外接圓內沒有佇列Q中的點，並使得三角形A接近於等邊三角形。
步驟S24，根據上述查找原則在佇列Q中依次查找其他點組成的三角形，得到產品三維模型上的所有三角形，組成一個三角形佇列T。
步驟S25，根據上述得到的三角形佇列T繪製所述產品的三維模型。如圖6所示，為根據上述方法所得到的一個產品三維模型的示意圖，該產品三維模型可被顯示在所述顯示設備13上。
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 ，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援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‧‧‧三維影像量測程式生成系統
11‧‧‧儲存設備
12‧‧‧處理器
13‧‧‧顯示設備
101‧‧‧檔案解析模組
102‧‧‧三維模型渲染模組
103‧‧‧量測取點模組
104‧‧‧量測元素擬合模組
105‧‧‧量測程式生成模組

Claims (8)

  1. 一種三維影像量測程式生成方法，該方法包括：檔案解析步驟，讀取產品的三維模型檔案，並對該讀取的三維模型檔案進行解析，得到三維模型檔案中用於描述產品三維模型的資料；三維模型渲染步驟，將解析得到的資料轉換為B樣條曲面，得到B樣條曲面在一個UV參數平面內的封閉邊界線，並對該封閉邊界線分別以一條U直線和V直線進行等距切分，得到多個小方格；將與封閉邊界線無交點的小方格的四個頂點按逆時針順序連接，組成兩個三角形；對於與封閉邊界線有交點的小方格，將小方格的頂點中落入封閉邊界曲線上的頂點、小方格與封閉邊界曲線的交點及封閉邊界線上的邊界點加入一個二維點佇列Q；讀取二維點佇列Q中的第一點p1以及與點p1最近的點p2，使p1和p2組成一個三角形A的一條邊，然後在佇列Q中查找該三角形A的第三點p3，其中，該第三點P3的查找原則是邊p1p2組成的內角在三角形A的內角中最大，且三角形A的外接圓內沒有佇列Q中的點，並使得三角形A接近於等邊三角形；根據上述查找原則在佇列Q中依次查找其他點所組成的三角形，得到產品三維模型上的所有三角形，組成一個三角形佇列T；及根據上述得到的三角形佇列T繪製所述產品的三維模型；量測取點步驟，使用影像量測工具在得到的三維模型上進行量測取點操作，得到量測點的座標資訊，該座標資訊包括量測點的座標值以及向量方向；量測元素擬合步驟，根據所述量測點的座標資訊，使用最小二乘法對量測點進行擬合，得到所述三維模型上的量測元素及該量測元素的量測資 訊；及量測程式生成步驟，將上述量測資訊寫入一個預定的標準程式範本中，生成所述產品的三維影像量測程式，以供三維影像量測機台對實際的產品進行三維影像量測。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的三維影像量測程式生成方法，所述用於描述產品三維模型的資料包括描述產品三維模型上的點、線、曲線、面以及圓的座標佇列和矩陣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的三維影像量測程式生成方法，所述影像量測工具包括尋點工具、尋線工具、尋圓工具、表面對焦工具以及輪廓對焦工具。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的三維影像量測程式生成方法，所述三維模型檔案為初始化圖形交換規範檔案或產品模型資料交換標準檔案。
  5. 一種三維影像量測程式生成系統，該系統包括：檔案解析模組，用於讀取產品的三維模型檔案，並對該讀取的三維模型檔案進行解析，得到三維模型檔案中用於描述產品三維模型的資料；三維模型渲染模組，將解析得到的資料轉換為B樣條曲面，得到B樣條曲面在一個UV參數平面內的封閉邊界線，並對該封閉邊界線分別以一條U直線和V直線進行等距切分，得到多個小方格；將與封閉邊界線無交點的小方格的四個頂點按逆時針順序連接，組成兩個三角形；對於與封閉邊界線有交點的小方格，將小方格的頂點中落入封閉邊界曲線上的頂點、小方格與封閉邊界曲線的交點及封閉邊界線上的邊界點加入一個二維點佇列Q；讀取二維點佇列Q中的第一點p1以及與點p1最近的點p2，使p1和p2組成一個三角形A的一條邊，然後在佇列Q中查找該三角形A的第三點p3，其中，該第三點P3的查找原則是邊p1p2組成的內角在三角形A的內角中最大， 且三角形A的外接圓內沒有佇列Q中的點，並使得三角形A接近於等邊三角形；根據上述查找原則在佇列Q中依次查找其他點所組成的三角形，得到產品三維模型上的所有三角形，組成一個三角形佇列T；及根據上述得到的三角形佇列T繪製所述產品的三維模型；量測取點模組，用於使用影像量測工具在得到的三維模型上進行量測取點操作，得到量測點的座標資訊，該座標資訊包括量測點的座標值以及向量方向；量測元素擬合模組，用於根據所述量測點的座標資訊，使用最小二乘法對量測點進行擬合，得到所述三維模型上的量測元素及該量測元素的量測資訊；及量測程式生成模組，用於將上述量測資訊寫入一個預定的標準程式範本中，生成所述產品的三維影像量測程式，以供三維影像量測機台對實際的產品進行三維影像量測。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的三維影像量測程式生成系統，所述用於描述產品三維模型的資料包括描述產品三維模型上的點、線、曲線、面以及圓的座標佇列和矩陣。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的三維影像量測程式生成系統，所述影像量測工具包括尋點工具、尋線工具、尋圓工具、表面對焦工具以及輪廓對焦工具。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的三維影像量測程式生成系統，所述三維模型檔案為初始化圖形交換規範檔案或產品模型資料交換標準檔案。
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