本发明关于用于将三维对象的标称数据与实际数据之间的偏差可视化的方法和系统，具体在具有有限的计算资源的移动装置上进行可视化。
背景技术：
在所提出的方法中，从总数个测量点，选择子集以显示该子集的测量点的偏差数据。同样还使用表面参数化。通过可视化的颜色编码，从离散位置在移动装置上显示测量结果。
在大量生产部件时，需要确保部件与相应基准模型匹配。因此，在商品的工业生产期间，惯例是测量其不同部件的特征和特性。这种方法的目的是确定在生产之后的所测量对象的可能误差。这些测量可以借助于接触或非接触量规进行，例如基于激光或摄影测量原理。比如在de19544240a1中公开了这种过程。
us7,672,500公开了一种用于监测并可视化生产处理的输出的方法，该生产处理的输出材料或对象由一个或更多个检验单元检验。检验单元扫描或以其他方式检验由生产处理生产的一系列对象中的每个或材料，并且生成表示各个所检验对象的图像，其中，可以视觉地编码物品之间的差异以及与整个处理有关的信息。
然而，该方法被设计为与强大的计算单元和大的显示器一起使用。在轻量化移动装置上对偏差数据可视化基本上由于这些装置的较小的显示器以及有限存储和/或计算能力而是挑战。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种用于在虚拟模型上将所测量的偏差高效可视化的改进的方法。
具体目的是提供用于在具有有限存储和/或有限计算能力的移动装置上将偏差可视化的方法。
另外目的是提供用于使用低端的支持着色器的显示硬件在移动装置上将偏差可视化的方法。
本发明的另一个目的是提供允许减少网络中的数据流的方法。
又一个目的是提供减少需要存储在移动装置的数据量的方法。
此外，本发明的目的是提供用于执行这些方法的系统和计算机程序产品。
这些目的中的至少一个由根据本发明的方法、根据本发明的系统、根据本发明的计算机程序产品来实现。
本发明的第一方面涉及一种用于将三维对象的标称数据与实际数据之间的偏差可视化的方法。方法包括以下步骤：提供针对对象的表面上的多个测量点的偏差数据，针对各测量点的偏差数据包括描述标称值与测量值之间的偏差的偏差值。根据本发明，方法还包括以下步骤：
-选择多个测量点的子集，该子集包括多个所选择的测量点；
-根据相应偏差值向各所选择的测量点分配索引；
-生成对象的已分割的二维参数化表面模型，其中，表面模型包括多个像素，所选择的测量点根据它们在对象上的位置定位在表面模型上，并且各像素被分配最靠近的所选择的测量点的索引；以及
-将对象的至少一部分的表示对用户可视化，从而使像素的至少一部分可视化，各像素根据其索引分配光学码。
在一个实施方式中，根据本发明的方法还包括以下步骤：
-生成表面模型的步骤在计算装置中执行；
-将表示对用户可视化的步骤在移动电子装置的显示器上执行；以及
方法还包括以下步骤：从计算装置向移动电子装置提供表面模型。
具体地，移动电子装置是手持式且电池供电的，具体是智能电话或平板计算机。
在根据本发明的方法的另一个实施方式中，提供偏差值的步骤包括：
-提供对象的标称数据；
-提供在对象的表面上的多个测量点的测量值；以及
-计算标称数据与各测量点的测量值之间的偏差。
在该方法的一个实施方式中，提供测量值包括借助于坐标测量装置测量多个测量点处的值，测量值具体地包括各测量点的至少一个坐标。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，选择多个测量点的子集的步骤由计算装置至少部分自动执行，具体地完全自动执行。具体地，选择子集的步骤至少部分地基于偏差值。
在根据本发明的方法的又一个实施方式中，将表示可视化的步骤包括显示表面模型的三维投影。
在根据本发明的方法的另外实施方式中，分配光学码的步骤包括限定多个偏差范围并向各个偏差范围分配颜色值、亮度值或阴影值。具体地，将表示可视化的步骤包括显示用于例示光学码的图例。
本发明的第二方面涉及一种用于在移动电子装置上将三维对象的偏差数据可视化的系统。系统包括：
-测量装置，该测量装置适于测量在对象的表面上的多个测量点的测量值；和
-计算装置，该计算装置具有：存储单元，该存储单元用于存储对象的标称数据，标称数据包括对象的标称坐标；和计算单元，该计算单元用于计算标称数据与测量值之间的偏差。
根据本发明，计算装置适于：
-根据相应偏差向所选择的测量点分配索引，所选择的测量点是多个测量点的子集；
-生成对象的已分割二维参数化表面模型，其中，表面模型包括多个像素，所选择的测量点根据它们在对象上的位置定位在表面模型上，并且各像素被分配最靠近的所选择的测量点的索引；以及
-向移动电子装置提供表面模型。
在根据本发明的系统的一个实施方式中，系统还包括移动电子装置，其中，
-移动电子装置和计算装置包括用于彼此无线通信的工具；并且
-移动电子装置包括显示器，该显示器用于将对象的至少一部分的表示对用户可视化，从而将像素的至少一部分可视化，各像素根据其索引分配光学码。
在一个实施方式中，移动电子装置是手持式且电池供电的，具体是智能电话或平板计算机。
在根据本发明的系统的另一个实施方式中，计算装置适于自动选择多个测量点的子集作为所选择的测量点，具体地其中，选择至少部分地基于所计算的偏差。
在根据本发明的系统的又一个实施方式中，测量装置是坐标测量装置；并且所述测量值包括各测量点的至少一个坐标。
在一个实施方式中，坐标测量装置是激光跟踪仪，该激光跟踪仪包括：底座，该底座限定直立轴线；支承件，该支承件可以绕直立轴线相对于底座旋转，以及望远镜单元(telescopeunit)，该望远镜单元可以绕倾斜轴线相对于支承件旋转，并且具有用于发射激光束的单元。
在另一个实施方式中，坐标测量装置是坐标测量机，该坐标测量机包括：底座，该底座用于支承对象；和驱动机构，该驱动机构适于以以下方式驱动探头：该方式使得探头能够相对于底座移动以接近对象上的测量点。
本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序代码，该程序代码存储在机器可读介质上，或者由包括程序代码片段的电磁波来具体实施，并且该计算机程序产品具有计算机可执行指令，这些计算机可执行指令用于执行根据本发明的、用于将三维对象的偏差数据可视化的方法的以下步骤，具体地在根据本发明的系统的计算装置的计算工具上运行时：
-选择多个测量点的子集，子集包括多个所选择的测量点；
-生成对象的二维表面模型，其中，表面模型包括多个像素，所选择的测量点根据它们在对象上的位置定位在表面模型上，并且各像素根据最靠近的所选择的测量点的偏差值分配索引。
附图说明
下文中将参照伴有附图的示例性实施方式来详细描述本发明，附图中：
图1示出了作为坐标测量装置的第一示例性实施方式的激光跟踪仪；
图2示出了作为坐标测量装置的第二示例性实施方式的门式坐标测量机；
图3示出了例示了根据本发明的方法的示例性实施方式的流程图；
图4a示出了具有要由坐标测量装置测量的多个测量点的对象；
图4b示出了要用多个所选择的测量点测量的对象的三维模型；
图5a示出了具有所选择的测量点的对象的三维表面的二维表示；
图5b示出了图5a的表示，voronoi图在所选择的测量点作为中心点的情况下来计算；
图5c示出了图5b的表示的三维版本；
图6示出了根据本发明的对象中的所确定的偏差的可视化；以及
图7示出了根据本发明的系统的示例性实施方式。
具体实施方式
在图1和图2中，例示了可以与根据本发明的方法一起使用的两个示例性坐标测量装置，或者这两个装置被例示为根据本发明的系统的一部分。
图1示出了作为坐标测量装置的第一示例性实施方式的激光跟踪仪。所描绘的激光跟踪仪装置1包括激光引导单元11，该激光引导单元绕第一轴线可枢转地安装在支承件12上。支承件12绕第二轴线可枢转地安装在底座13上，该第二轴线与第一轴线基本上正交，底座13例如可以设置在三脚架14上。
激光跟踪仪1包括图像检测单元，并且适于与辅助测量仪器16例如接触感测工具一起使用。图像检测单元为了在传感器上或在所检测图像中确定传感器暴光的位置的目的而可以具有coms，或者可以被设计为ccd或像素传感器阵列照相机。这种传感器允许所检测暴光的位置敏感检测。此外，辅助测量仪器16具有传感器，该传感器的接触点19可以与要测量的目标对象9接触。在该接触存在于接触感测工具16与目标对象9之间时，可以精确确定接触点在空间中的位置且由此确定在目标对象9上的点的坐标。该确定借助于接触点相对于反射器17且相对于设置在辅助测量仪器16上的标志18的已定义的相对定位来进行，这些标志例如可以被设计为发光二极管。另选地，标志18还可以以以下这种方式来设计：在照明时，例如在照射具有已定义波长的情况下，标志反射撞击的辐射(辅助点标志18被设计为回射器)，具体地展示特定反光特性，或者具有已定义的图案或颜色编码。为此，首先必须知道反射器17的位置或接触感测工具16的位置，其次必须知道其空间方位。
为了确定位置，沿设置在辅助测量仪器16上的反射器17的方向由激光跟踪仪1发射激光束15，该激光束15以平行方式从反射器17反射回到跟踪仪1，并且借助于跟踪仪1上的接收单元检测。激光跟踪仪1另外具有：距离测量单元，该距离测量单元用于确定跟踪仪1与反射器17之间的距离；和测角仪，这些测角仪使得可以确定偏转镜的位置，由此可以确定激光束15的传播方向，借助于这些测角仪，可以以已定义方式对准并引导激光束15。激光束15具体可以通过使瞄准单元枢转来对准，在瞄准单元中，可以安装光束引导光学单元以及具体地辐射源。所描述的排布使得可以精确确定相对于反射器17或相对于接触感测工具16的距离和方向。
辅助测量仪器16在空间中的方位借助于所设置的发光二极管18的已定义的相对位置和排布来识别。为此，由照相机检测具有发光二极管18的辅助测量仪器16的图像，并且由图像处理单元根据本发明分析该图像。具体地，可以以以下方式波长选择性地检测图像：由照相机的传感器检测由发光二极管18发射的光的波长，或者借助于被分配到照相机的滤波器将该光传输到传感器。然后例如通过逐线读出传感器来进行根据本发明的图像分析，其中，在各线中，照明特性在特定阈值以上的那些像素被识别为相关像素。在线中的这些相关像素的检测之后，对于各像素集合，确定具相应各图心部分的线段(片)，随后检查下一传感器线。凭借这种系统性的图像或传感器信号分析，可以在图像中快速检测并局部化由发光二极管18生成的所有照明点。根据点在图像中的排布，然后可以确定接触感测工具16的方位，并且结合考虑反射器17的位置，可以以六个自由度(6-dof)确定接触感测工具16的确切空间位置和方位。从触点19相对于标志18和反射器17的已定义位置，由此同样确切确定触点位置。
图2示出了作为用于与根据本发明的方法和系统一起使用的坐标测量装置的第二示例性实施方式的门式坐标测量机2(cmm)。该cmm2的主部件是底座20和包括三个框架构件21、22、23在内的框架。框架能够移动探头29以三维地接近被定位在底座20上的对象9上的测量点。
受驱动机构(未示出)驱动，第一框架构件21能够沿着底座20的纵侧移动。框架构件21的移动由附接到底座20的齿条来执行，该齿条与框架构件21上的小齿轮啮合。第二框架构件22可移动地设置在第一框架构件21的桥接部分上。第二框架构件22的移动也由齿条和小齿轮来实现。作为第三框架构件的竖立杆23可移动地包括在第二框架构件22中。在竖立杆23的底部处，设置有探头29。竖立杆23也可经由齿条和小齿轮移动。由此，探头29可移动至cmm2的工作区中的任意期望点。
图3是例示了根据本发明的、用于使三维对象的偏差数据可视化的方法100的示例性实施方式的步骤的流程图。
所描绘的方法100包括提供要测量的对象的标称数据110。可以提供标称数据作为包括针对对象的多个点的标称值的对象模型。标称数据包括这些点的至少标称坐标，并且可选地包括诸如对象表面的物理特性的另外值。
方法100还包括：测量120要测量的对象的多个测量点处的值。这些值可以是这些点的实际坐标或其他实际值，这些坐标的标称等同物由标称数据来提供。
方法100然后包括：确定130所测量的实际值与所提供的标称值的偏差。另选地，方法可以仅包括提供偏差值而不是测量和计算。
在下一步骤中，然后选择140用于借助于计算机优选地自动地(或半自动地)对对象中的偏差可视化的多个测量点。选择具体基于所确定或所提供的偏差(可能包括值分布)和/或上面将显示偏差的移动装置的特性(例如，显示器的分辨率、存储和计算能力、或数据转移速度)。
方法100还包括：计算对象的经参数化的表面上的voronoi图，其中，所选择的测量点用作voronoi单元的种子。然后向各voronoi单元分配相应测量点的偏差值。
优选地，将经参数化的表面细分成多个像素。对于该表面的各像素，确定所选择的测量点中的最靠近的测量点(例如，这样的测量点：在该测量点与相应像素之间具有最少数量的像素)，并且将偏差值或基于该值的索引编码到该相应像素上。
最后，方法100包括：以以下方式在移动装置上对偏差可视化160：从离散位置向用户显示具有voronoi单元的对象的表示，其中，每个像素根据其偏差值(或索引)被分配光学码，具体为特定颜色。这样，以用同一颜色显示绕测量点的voronoi单元的像素的方式对各个所选择的测量点的偏差值可视化。
图4a示出了要测量的对象9，例如生产之后的工件。cmm的触针29测量多个测量点99处的值。例如，测量值包括各个测量点99的空间坐标。同样可以在测量点处测量对象的其他特性，特别是用空间稳定的传感器测量的任意标量值。这些特性可能包括温度、粗糙度、电阻、硬度等。
然后将测量值与由对象的标称数据提供的对应值进行比较，并且向各个测量点分配描述与标称值(例如，最佳值或阈值)的偏差的偏差值。明显地，如果在各测量点处测量超过一个值，针对所述值可确定与标称数据的偏差，则可以分配超过一个偏差值。
图4b示出了图4a的对象9的三维模型8。对象的标称数据与模型8一起提供。为了允许在移动装置上对所确定的偏差可视化，从对象表面上的多个测量点99选择合适数量的测量点89(用大写字母“a”至“g”标记)。偏差值(或者如果超过一个可用，则为所选择的偏差值)作为索引分配到各个所选择的测量点99。
由于简化原因，所描绘的对象9是立方体，并且八个所选点89被定位在立方体的角处。当然，对象9可以是任意三维形状的工件，并且所选点89还可以不同地分布在对象的表面上，并且不需要定位在角或边处。
图5a至图5c例示了允许偏差数据的更有利可视化的根据本发明的示例性方法的步骤。
方法使用表面参数化来使得能够选择在显示结果时使用的测量点。该方法用于通过可视化的颜色编码在移动装置上示出来自离散位置的测量结果。方法的原理是使得可视化独立于测量点的数量。这通过在栅格化(每个像素)找出使用哪些测量点来工作。
在图5a至图5c所例示的步骤中，从所提供的基准模型，创建虚拟模型并且将其表面唯一地参数化到由多个像素组成的2d表面80上。对于2d表面80选取合适的分辨率，具体根据移动装置的存储能力和/或上面要对偏差可视化的移动装置的显示器的分辨率和尺寸。覆盖范围最重要；参数化在倾斜和缩放方面仅需要具有中等质量，因为主要兴趣与边界条件有关。
在图5a中，示出了图3a的对象的三维模型的表面的参数化80(即，二维模型)。八个点“a”至“g”表示所选择的测量点。模型的表面被参数化，使得表面上的各位置可以在2d图像表面上标识。
在该经参数化的表面模型80上针对各像素找到最靠近的所选择的点，并且(基于偏差值)将其索引编码到像素(“查找图像”)上。任务是创建“低级别”表面参数化，并且找到到查找图像上的各像素的最靠近点。换言之，在以所选择的测量点作为voronoi单元的种子(中心点)的情况下在表面模型80上计算voronoi图81。图5b中例示了这一点。该处理用来将偏差索引编码到表面参数化上。另外，实际voronoi图可以用作加速结构。而在图5a中，示出了单个像素，在图5b中，由于清楚原因，仅示出了属于同一voronoi单元(即，分配同一索引)的像素组。
具有所选择的测量点的3d位置的2d表面(“位置图像”)被编码，使得各所选择的测量点的位置与voronoi交叉给出的索引匹配。然后对于显示装置上的稍后检索准备并保存该数据。
在位置图像中编码各个所选择的测量点89的位置。由此，位置根据点的索引，而不是其在3d空间或2d空间中的位置。以该布局存储所选择的测量点89的全部属性。位置图像格式例如可以为ieee754浮点格式。
shinyoshizawa、alexanderbelyaev以及hans-peterseidel的文献“afastandsimplestretch-minimizingmeshparameterization”中描述了可以用于创建位置图像的可能方法。另选方法包括：由表面法线的主分量对三角形分组，以及用诸如“第一拟合”算法这样的装箱算法对其封装。
然后将具有voronoi图81的2d表面投影回三维模型上，以形成图5c的3dvoronoi分割的模型82。
测量结果被编码为与理想值的偏差，优选地被缩放为合适的范围。结果写到与位置图像匹配的另一表面(“测量图像”)。
可选地，可以创建图例(“值表示图像”)来表示值，例如在一端处具有表示“健康”值(小偏差)的绿色像素且在另一端处具有指示危险程度(大偏差)的红色像素的1d图像。
不是必须发送模型数据以及偏差数据，而是仅向移动装置发送经参数化的模型、查找图像、位置图像、测量图像以及可选地值表示图像。有利地，这不仅减少了所需要的数据流，还减少了数据存储能力以及移动装置中的计算时间和工作。
图6示出了根据本发明的所确定的偏差的示例性可视化。可视化包括基于所提供的对象模型的对象的三维表示90。根据图5c的3dvoronoi模型82的分割，对表示90可视化。这意味着根据所分配的索引来视觉地编码表示90的每个像素。
在绘制表示时，可以在查找图像上找到每个片段的所选择的测量点。位置图像将提供所选择的测量点的实际3d位置，这使得能够绘制该点的表示。测量图像提供要呈现的值。这允许绘制具有大量测量点的模型，但每个片段仅需要考虑单个测量点，这使得它变成非常轻量化装置上的可行选项。有利地，在创建新的一组测量数据时，仅需要将测量图像提交给装置。
为了对所确定的偏差可视化，向相应voronoi单元92分配测量点的偏差值。由此，各测量点由周围voronoi单元92表示，voronoi单元92根据对于相应测量点确定的偏差着色。可以靠近表示90来显示图例95，以示出相应颜色的意义。明显地，还可以使用阴影或亮度值而不是颜色。直接照明可以用于帮助对模型的表面轮廓可视化。
图7示出了根据本发明的用于对三维对象的偏差数据可视化的系统3的示例性实施方式。所描绘的系统包括坐标测量装置和计算装置30，该坐标测量装置在该示例中由图2的cmm2来具体实施。cmm2用于测量对象9的测量点处的值。
计算装置30包括：存储单元31，例如，硬盘驱动器，该存储单元用于存储诸如对象9的模型的标称数据；计算工具32，例如，处理器，该计算单元用于计算标称数据8与测量值之间的偏差；且可选地还有显示单元33，诸如监视器或其他视觉显示单元，该显示单元用于向用户显示对象的模型8或其他数据。
计算单元32适于根据它们的相应偏差值向所选择的测量点分配索引，其中，所选择的测量点是测量点整体的子集。进一步地，计算单元32适于生成对象的二维表面模型，其中，表面模型由多个像素组成，并且所选择的测量点根据它们在对象上的位置定位在表面模型上(如图5a所示)。计算单元32还适于向各像素分配最靠近的所选择的测量点的索引(如图5b所示)。
移动电子装置4包括显示器40，用于将图6的颜色编码表示90向用户可视化，其示出了对象9的至少一部分。与计算装置30相比，移动装置4具有小的多的存储和计算能力，并且仅包括低端的支持着色器的显示硬件。同样，显示器40远远小于计算机监视器33。
因此，在计算装置中执行计算，并且向电子装置4提供所准备的数据以显示。
计算装置30和移动电子装置4包括用于彼此无线通信的工具，并且计算装置30适于向移动装置4提供所计算的表面模型或其部分。
虽然以上部分参照一些优选实施方式例示了本发明，但必须理解，可以进行实施方式不同特征的多个修改和组合。所有这些修改位于所附权利要求的范围内。