专利名称：使用容许误差区检测三维测量数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种自动检测三维(3D)测量数据的方法，具体地，涉及这样一种检测3D测量数据的方法，在检测3D测量数据时，该方法检测对应于为每个基本线图预设的容许误差区的3D测量数据。
背景技术：
使用3D扫描器的测量可以采用与待测量目标直接接触的接触法来进行。此外，通过对使用成像设备拍摄目标而获得的图像进行数字处理的非接触法，不必物理地接触目标就能获得目标的形状信息。
在制造半导体晶片、测量精密仪器以及重现3D图像等情形中，对于受到外部压力时易受损坏的待测量目标，或者高精度超小型部件，使用3D非接触型扫描器的测量用来获取这种待测量目标或部件的形状信息。
特别地，在光学装置和计算机图像处理技术相结合时，3D扫描器具有更容易、更精确地测量数字图像信息的优点。
具体地，使用3D非接触型扫描器的测量是这样进行的使待测量形状信息的固定目标位于支架上，然后使用该扫描器以3D非接触方式测量该目标的形状信息。
此外，当以3D非接触方式测量目标的形状信息时，操作员必须重复进行转动目标这样的操作，而且必须用扫描器从各个角度测量目标，以便测量扫描器的光源达不到的死区。
操作员或设计所述目标的设计者(以下称作用户)判断上述得到的3D测量数据是否与原始设计数据一致。
例如，当检查在目标中形成的通孔直径是否处于设计数据所容许的公差范围内时，用户使用3D扫描器测量该目标以确定通孔的尺寸，然后找出测量数据中哪一部分是与用户想要测量的通孔相对应的点的集合，最后将从测量数据中找到的这一部分与设计数据中的通孔直径作比较。
然而，上述现有技术的这种测量方法存在的问题是，在测量目标期间耗时太多，这是因为用户必须从测量数据中手动选择将要进行比较的目标点。
虽然目前已经有了从测量数据中自动选择将要进行比较的目标点的方法，但是这种方法仍然存在着可靠性的问题，即，这些选择点是否实际上就是需要比较的那些点。
对应地，用户不可能确定地知道测量数据的比较结果是否精确。
因此，本申请人提出一种检测3D测量数据的方法，这种方法能够从测量数据寻找出对应于参考几何图形(基本线图)的那些点，而且能够确保所寻找的点的精确性。
发明内容
因此，本发明涉及一种使用容许误差区检测3D测量数据的方法，该方法基本上消除了由于现有技术的局限和不足而引起的一个或多个问题。
本发明的目的在于提供一种使用容许误差区检测3D测量数据的方法，该方法能够可靠地从测量数据确定出将要与有关的参考几何图形相匹配的点，以便检测与设计数据所定义的参考几何图形相对应的测量数据的参考几何图形。
为了实现上述目的和其它优点，本发明提供一种使用容许误差区自动检测3D测量数据的方法，该方法包括以下步骤在控制单元处，基于存储在设计数据存储单元内的设计数据的分析信息，从设计数据存储单元生成辅助几何图形，其中的设计数据存储单元用于分析和存储待测量目标的设计数据；在控制单元处，基于从用户界面输入的容许误差信息，将用于测量的容许误差区设置在从设计数据的分析信息生成的辅助几何图形内；在控制单元处，控制测量数据的坐标系与目标的设计数据的坐标系相一致，该测量数据是由用于测量目标的3D扫描器测量的；在控制单元处，从测量数据提取出包含在辅助几何图形的用于测量的容许误差区内的候选点组；以及在控制单元处，使用辅助几何图形拟合从来自测量数据的、包含在辅助几何图形数据的用于测量的容许误差区内的候选点组中提取出的候选点组，以便将拟合的候选点组输出到用户界面。
分析设计数据的步骤可以包括依据目标的几何形状将设计数据分类这一步骤。
几何形状可以包括下列中的至少一个点、面、圆、多边形、向量、槽、球、圆柱、锥、环、椭圆和盒。圆、圆柱、锥和环可以形成得沿着它们的周边设置有两个角度，容许误差区在其中一个角度处开始，且容许误差区在另一个角度处结束。
依据辅助几何图形的形状，将容许误差区分成管形和盘形。
此外，在辅助几何图形具有管形形状的情形中，可以通过向辅助几何图形的边界框架指定一个半径来限定该管形。
而且，在辅助几何图形具有管形形状的情形中，依据辅助几何图形的形状，可以用长度和方向之中的至少一个来缩减该管形。
此外，在辅助几何图形具有盘形形状的情形中，可以通过向辅助几何图形的边界或边界框架所定义的平面指定一个预定厚度来限定该盘形。
而且，在辅助几何图形具有盘形形状的情形中，依据辅助几何图形的宽度，可以缩减该盘形。
此外，依据从用户界面输入的边界值信息，在辅助几何图形上设置容许误差区。
另外，在控制单元处，使用辅助几何图形拟合从来自测量数据的、包含在辅助几何图形数据的用于测量的容许误差区内的候选点组中提取出的候选点组，以便将拟合的候选点组输出到用户界面的步骤，可以包括从候选点组去除含有测量误差的候选点这一步骤。
被去除的候选点可以是下列中的至少一个误差值超过容许标准偏差的候选点，误差值处于显示最大误差值的候选点的预定范围内的候选点，误差值超过预定值的候选点。
应当理解，本发明的前面的一般性描述以及下面的详细描述都是示例性和解释性的，旨在对要求保护的本发明提供进一步的说明。
附图显示了本发明的实施例，提供这些附图是为了进一步理解本发明，它们包含在本申请中并构成本申请一部分，与说明书一起用来解释本发明的原理。附图中图1是依照本发明使用容许误差区检测3D测量数据的系统的方框图；图2是依照本发明使用容许误差区检测3D测量数据的方法的流程图；图3是示例图，显示了图2的使用容许误差区检测3D测量数据的方法的一个实施例；图4是将容许误差区的边界平面手动设置在辅助几何图形的设计数据平面处的示例图；图5是在图4的容许误差区内检测到的测量数据的示例图；图6是通过向辅助几何图形指定一个角度而从测量数据检测候选点组的示例图；以及图7是从设计数据模型检测测量数据的示例图。
具体实施例方式
现在，详细说明本发明的优选实施例。
图1是依照本发明使用容许误差区检测3D测量数据的系统的方框图。
参照图1，该系统包括用于测量待测量目标的扫描器10；用于在整体上控制该系统的控制单元20；用于给用户提供界面的用户界面30；以及用于存储目标的设计数据的设计数据存储单元40。
扫描器10是用于测量目标并获得测量数据的装置。扫描器10可以是非接触3D扫描器。
控制单元20分析目标的设计数据，从目标的设计数据设置用于测量的辅助几何图形数据，基于从用户界面30输入的容许误差信息设置用于测量的辅助几何图形数据的容许误差区，从测量数据检测包含在容许误差区内的候选点组，而且将检测到的候选点组输出给有关的辅助几何图形。
同时，控制单元20将设计数据与测量数据相比较，并控制设计数据的位置与测量数据的位置相一致。
用户界面30允许显示信息(例如设计数据，用于测量的辅助几何图形数据，测量数据，以及容许误差区)，并允许输入容许误差信息，以使控制单元可以设置容许误差区。
设计数据存储单元40存储由用户设计的目标的设计数据。
图2是依照本发明使用容许误差区检测3D测量数据的方法的流程图。下面参照图1和2说明这种方法。
当待测量目标的设计数据经由用户界面30输入时，控制单元20依据目标的几何形状将设计数据分类，并将分类的设计数据存储在设计数据存储单元40中(S100)。
在步骤S100中，控制单元20依据待测量目标的几何形状将目标分类。当进行测量时该分类的几何形状成为基本线图。分类的几何形状包括下列中的至少一个点，面，圆，多边形，向量，槽，球，圆柱，锥，环，椭圆以及盒。
在步骤S100进行之后，当通过用户界面30请求测量目标时，控制单元20通过用户界面30显示设计数据和从设计数据分类的几何形状，而且，控制单元20依据从用户界面30输入的辅助几何图形信息生成用于测量的辅助几何图形数据(S110)。
在步骤S110进行之后，控制单元20检测来自于用户界面30的容许误差信息，以将用于测量的容许误差区设置在辅助几何图形内(S120)。此处，容许误差区(拟合区)是用于可靠地从测量数据查找出点的3D空间区域，这些测量数据的点将用辅助几何图形进行拟合，以计算出与由设计数据定义的辅助几何图形相对应的测量数据的辅助几何图形。
依据辅助几何图形的种类，将容许误差区分成管形或盘形。所述管形通过向有关的辅助几何图形的边界框架指定一个半径来限定，所述盘形通过向边界平面或边界框架所定义的平面信息指定一个厚度来限定。
依据辅助几何图形的形状，容许误差区具有由半径和厚度限定的基本区，而且，容许误差区具有偏离值(offset value)和缩减比(reductionrate)，以便更精确地控制容许误差区。
所述偏离值控制辅助几何图形的半径或厚度，且厚度在两个方向上都可以得到控制。
此外，当辅助几何图形的形状是管形时，所述缩减比控制该管沿长度方向的尺寸，当辅助几何图形的形状是盘形时，所述缩减比控制该盘的宽度。
但是，在辅助几何图形具有圆柱形状的情形中，该辅助几何图形具有盘形的容许误差区，而缩减比控制该圆柱沿轴向的长度。
辅助几何图形可以具有表1所示的容许误差区。
图3是设置容许误差区以检测3D测量数据的一个实施例的示例图。
参照图3，第一辅助几何图形100的容许误差区200以下面的方式进行配置。该容许误差区200的长度由起点“PS”和终点“PE”设定，该容许误差区200的半径“R”由偏离值设定。
图4是将容许误差区的边界平面手动设定在辅助几何图形的设计数据平面处的示例图，图5是在图4的容许误差区内检测到的测量数据的示例图。
参照图4和5，可以在生成容许误差区的地方确定第四辅助几何图形800的设计数据平面，并且从测量数据选择点组，这些点组被用于利用第四辅助几何图形800的设计数据平面的边界信息来进行的拟合。
此外，即使设计数据平面不存在，用户也能够交互地显示第四几何图形800上的容许误差区的边界平面810，从而可以检测到更加精确的候选点组820。
另外，在圆、圆柱、锥以及环等辅助几何图形中可以定义起始角度和结束角度，容许误差区在该起始角度处开始，且容许误差区在该结束角度处结束，以便用户可以更加精确地选择拟合的候选点组。参照图6，第五辅助几何图形900具有圆柱形状，用户将第五辅助几何图形900的一侧设置为起始角度920，并将第五辅助几何图形900的另一侧设置为结束角度，以便设置测量所需的第三容许误差区910。
在步骤S120进行之后，控制单元20检测在步骤S130中由扫描仪10测量的目标的测量数据，然后在步骤S140中，控制单元20控制测量数据的坐标系与目标的设计数据的坐标系相一致。在步骤S140中，采用传统技术对两个坐标系的一致性进行控制。
在步骤S140进行之后，在步骤S150中，控制单元20从测量数据提取出包含在辅助几何图形的用于测量的容许误差区内的候选点组。
图7是从设计数据模型检测测量数据的示例图。参照图7来说明一种提取候选点组的方法。在第三辅助几何图形600的候选点组从测量数据检测出来的情形中，其中具有圆柱形状的第三个辅助几何图形600形成在第二辅助几何图形500上，在步骤S120中设置的容许误差区包括设置在第三辅助几何图形600外侧的容许误差区700和设置在第三辅助几何图形600内侧的容许误差区710。
在这一点上，具有圆柱形状的第三辅助几何图形600的容许误差区700和710被设置成管形和盘形(如表1所示)，而且，如上所述，容许误差区700和710依据圆柱的长度和半径进行设置。控制单元20从测量数据检测包含在容许误差区700和710内的所有候选点组。
在步骤S150进行之后，在步骤S160中，控制单元20从步骤S150所检测的候选点组中去除含有测量误差的候选点组，并使用有关的辅助几何图形进行拟合，然后在步骤S170中，将步骤S160中拟合的测量数据的辅助几何图形显示到用户界面30。
在步骤S160中由于含有测量误差而被去除的候选点组包括误差值超过容许标准偏差的候选点；误差值处于显示最大误差值的候选点的预定范围(从显示最大误差值的参考候选点算起的上部10％)内的候选点；以及误差值超过预定值的候选点。
此外，可以仅采用检测到的候选点的预定部分。
因此，通过将容许误差区设置在设计数据的辅助几何图形中，可以更加精确和更加迅速地从测量数据获得所需要的数据。
如上所述，本发明具有的优点在于，当用户检查产品时，可以精确而迅速地测量设计数据与测量数据之间的差别。
另外，可以自动地进行产品检查，从而提高效率。
前述的实施例只是示例性的，并不是限制本发明。本发明可以容易地应用于其他类型的装置。本发明的描述旨在说明而非限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员而言，许多替换、修改和变化都是很显然的。
权利要求
1.一种使用容许误差区自动检测三维测量数据的方法，该方法包括以下步骤(a)在控制单元处，基于存储在设计数据存储单元内的设计数据的分析信息，从设计数据存储单元生成辅助几何图形，其中的设计数据存储单元用于分析和存储待测量目标的设计数据；(b)在控制单元处，基于从用户界面输入的容许误差信息，将用于测量的容许误差区设置在步骤(a)中生成的辅助几何图形内；(c)在控制单元处，控制测量数据的坐标系以与目标的设计数据的坐标系相一致，该测量数据是由用于测量目标的三维扫描器测量的；(d)在控制单元处，从测量数据提取出包含在辅助几何图形的用于测量的容许误差区内的候选点组；以及(e)在控制单元处，使用辅助几何图形来拟合在步骤(d)中提取出的候选点组，以将拟合的候选点组输出到用户界面。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(a)中分析设计数据的步骤包括依据目标的几何形状将设计数据分类这一步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述几何形状包括下列中的至少一个点、面、圆、多边形、向量、槽、球、圆柱、锥、环、椭圆和盒。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述圆、圆柱和环被形成得沿着它们的周边设置有两个角度，容许误差区在其中一个角度处开始，且容许误差区在另一个角度处结束。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(b)中的容许误差区依据辅助几何图形的形状分成管形和盘形。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述管形通过向辅助几何图形的边界框架指定一个半径来限定。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述管形依据辅助几何图形的形状使用长度和方向之中的至少一个来缩减。
8.如权利要求5所述的方法，其中，所述盘形通过向辅助几何图形的边界或边界框架所定义的平面指定一个预定厚度来限定。
9.如权利要求5所述的方法，其中，所述盘形依据辅助几何图形的宽度来缩减。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(b)中的容许误差区依据从用户界面输入的边界值信息而设置在辅助几何图形上。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(e)包括从候选点组去除含有测量误差的候选点这一步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述被去除的候选点是下列中的至少一个误差值超过容许标准偏差的候选点，误差值处于显示最大误差值的候选点的预定范围内的候选点，误差值超过预定值的候选点。
全文摘要
本发明提供一种使用容许误差区检测三维测量数据的方法。在检测三维测量数据时，该方法检测对应于为每个基本线图预设的测量容许误差区的三维测量数据。为此目的，控制单元基于设计数据的分析信息从设计数据存储单元生成辅助几何图形数据；基于从用户界面输入的容许误差信息，将用于测量的容许误差区设置在辅助几何图形数据内；控制测量数据的坐标系与目标的设计数据的坐标系相一致；从测量数据提取出包含在辅助几何图形数据的用于测量的容许误差区内的候选点组；以及拟合从包含在用于测量的容许误差区内的候选点组中提取出的候选点组，以将拟合的候选点组输出到用户界面。
文档编号G06F17/50GK1877562SQ200610080530
公开日2006年12月13日 申请日期2006年5月15日 优先权日2005年6月7日
发明者裴奭勋, 李东勋, 金承烨, 赵成旭 申请人:乐必峰软件公司