产品组装间隙三维分析系统及方法
【专利摘要】一种产品组装间隙三维分析系统及方法，应用于计算机中，该计算机连接有光学三维扫描仪。所述的产品组装间隙三维分析系统及方法能够利用光学三维扫描仪对未组装的零件与零件之间的产品间隙部分或对已组装好的产品间隙部分进行点云扫描得到产品间隙点云，根据扫描的产品间隙点云计算产品组装间隙的三维空间距离，采用颜色公差带将产品的组装零件与被组装零件的表面进行颜色标示来表示产品组装间隙，并产生整个产品组装间隙的三维色阶分析图。
【专利说明】产品组装间隙H维分析系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种产品量测系统及方法，特别是关于一种产品组装间隙H维分析系 统及方法。
【背景技术】
[0002] 产品组装是整个生产过程中最重要的环节之一，在产品组装时，零件与零件之间 的产品组装间隙是衡量产品质量好坏的一个重要指标。传统测量产品组装间隙的方法是使 用卡尺或H维坐标测量设备在组装产品间隙处打点或采集对应点测量，该种传统测量方法 不能做到整个形面的H维测量，而且采集点量测速度非常慢。现在很多产品的组装采取卡 勾、弹黃、胶水等无螺钉方式，一旦组装上就无法取下来，若取下来就会造成产品报废。
【发明内容】
[0003] 鉴于W上内容，有必要提供一种品组装间隙H维分析系统及方法，能够利用光学 H维扫描仪对未组装的零件与零件之间的产品间隙部分或对已组装好的产品间隙部分进 行量测，对产品组装间隙部分进行颜色标示来产生整个产品组装间隙的H维色阶分析图。
[0004] 所述的产品组装间隙H维分析系统运行于计算机中，该计算机连接有光学H维扫 描仪。该系统包括：点云扫描模块，用于通过光学H维扫描仪分别对未组装的两个零件之 间的产品间隙部分或对已组装好的产品间隙部分行点云扫描得到产品间隙点云；点云H角 化模块，用于根据点云H角形化后的H角形外接圆内没有点的原则W及曲面局部曲率一致 原则，再通过包围盒切割点云快速找临近点的方法，对所述的产品间隙点云进行H角形网 格化；组装模拟模块，用于如当前扫描的产品间隙部分是所述未组装的两个零件之间的产 品间隙部分，则通过执行最小二乘法迭代算法对两个零件进行模拟装配，并输出装配好的 产品间隙点云；组装分面模块，用于根据产品间隙点云指定组装间隙，在组装间隙区域内循 环指定每个点云的H角形，根据相邻H角形向量相对原则针对产品点云间隙的部分自动分 面，W及将一面标示为组装基准H角形，将其对面标示为被组装H角形；间隙计算模块，用 于W组装基准H角形为参考面，计算被组装H角形的中也与该组装基准H角形之间的距离 来输出间隙偏差数组；色彩分析模块，用于根据间隙偏差数组与对应的H角形编号采用颜 色公差带将基准面H角形的每一个网格标示颜色，W及在显示设备上显示产品组装间隙的 H维偏差分析图。
[0005] 所述的产品组装间隙H维分析方法应用于计算机中，该计算机连接有光学H维扫 描仪。该方法包括步骤：通过光学H维扫描仪分别对未组装的两个零件之间的产品间隙部 分或对已组装好的产品间隙部分行点云扫描得到产品间隙点云；根据点云H角形化后的H 角形外接圆内没有点的原则W及曲面局部曲率一致原则，再通过包围盒切割点云快速找临 近点的方法，对所述的产品间隙点云进行H角形网格化；如当前扫描的产品间隙部分是所 述未组装的两个零件之间的产品间隙部分，则通过执行最小二乘法迭代算法对两个零件进 行模拟装配，并输出装配好的产品间隙点云；根据产品间隙点云指定组装间隙，在组装间隙 区域内循环指定每个点云的H角形，根据相邻H角形向量相对原则针对产品点云间隙的部 分自动分面，W及将一面标示为组装基准H角形，将其对面标示为被组装H角形；W组装基 准H角形为参考面，计算被组装H角形的中也与该组装基准H角形之间的距离来输出间隙 偏差数组；根据间隙偏差数组与对应的H角形编号采用颜色公差带将基准面H角形的每一 个网格标示颜色，W及在显示设备上显示产品组装间隙的H维偏差分析图。
[0006] 相较于现有技术，本发明所述的产品组装间隙H维分析系统及方法，能够利用光 学H维扫描仪对未组装的零件与零件之间的产品间隙部分或对已组装好的产品间隙部分 进行点云扫描得到产品间隙点云，根据扫描的产品间隙点云计算产品组装间隙的H维空间 距离，将产品的组装零件与被组装零件的表面进行颜色标示来表示产品组装间隙，并产生 整个产品组装间隙的H维色阶分析图。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1是本发明产品组装间隙H维分析系统较佳实施例的运行环境示意图。
[0008] 图2是本发明产品组装间隙H维分析方法较佳实施例的流程图。
[0009] 图3是模拟组装两个零件之间的产品间隙部分的示意图。
[0010] 图4是对扫描的产品间隙点云进行H角形网格化的示意图。
[0011] 图5是图2中步骤S23的细化流程图。
[0012] 图6是采用颜色公差带标示产品组装间隙的H维偏差分析图。
[0013] 主要元件符号说明
[0014] 计算机 1
[0015] 产品组装间隙H维分析系统10
[0016] 点云扫描模块 101
[0017] 点云H角化模块 102
[0018] 组装模拟模块 103
[0019] 组装分面模块 104
[0020] 间隙计算模块 105
[0021] 色彩分析模块 106
[0022] 显示设备 11
[002引存储设备 12
[0024] 处理器 13
[00巧]光学H维扫描仪 2
【具体实施方式】
[0026] 参阅图1所示，是本发明产品组装间隙H维分析系统10较佳实施例的运行环境示 意图。在本实施例中，所述的产品组装间隙H维分析系统10安装并运行于计算机1中，该计 算机1还包括，但不仅限于，显示设备11、存储设备12 W及处理器13。该计算机1连接有光 学H维扫描仪2,该光学H维扫描仪2是一种双目光学点云H维检测设备（charge-coupled device, CCD)，用于对未组装的两个零件之间的产品间隙部分或对已组装好的产品间隙部 分进行点云扫描得到产品间隙点云。该产品组装间隙H维分析系统10根据光学H维扫描 仪2扫描的产品间隙点云计算产品组装间隙的H维空间距离，根据产品组装间隙的H维空 间距离在产品的组装零件与被组装零件的表面进行颜色标示来表示产品组装间隙，产生整 个产品组装间隙的H维色阶分析图，W及将该产品组装间隙的H维色阶分析图显示在显示 设备11上。
[0027] 在本实施例中，所述的产品组装间隙H维分析系统10包括点云扫描模块101、点 云H角化模块102、组装模拟模块103、组装分面模块104、间隙计算模块105 W及色彩分析 模块106。本发明所称的功能模块是指一种能够被计算机1的处理器13所执行并且能够 完成固定功能的一系列程序指令段，其存储在计算机1的存储设备12中。关于各功能模块 101-106将在图2的流程图中作具体描述。
[0028] 参阅图2所示，是本发明产品组装间隙H维分析方法较佳实施例的流程图。在本 实施例中，该方法应用在计算机1中，能够利用光学H维扫描仪2对未组装的零件与零件之 间的产品间隙部分或对已组装好的产品间隙部分进行点云扫描得到产品间隙点云，根据扫 描的产品间隙点云计算产品组装间隙的H维空间距离，将产品的组装零件与被组装零件的 表面进行颜色标示来表示产品组装间隙，并产生整个产品组装间隙的H维色阶分析图。
[0029] 步骤S21，点云扫描模块101通过光学H维扫描仪2分别对未组装的两个零件之间 的产品间隙部分或对已组装好的产品间隙部分进行点云扫描得到产品间隙点云。参考图3 所示，在将零件A与零件B组装成产品时，零件A与零件B之间有一个产品组装间隙，其是 衡量产品质量好坏的一个重要指标。
[0030] 步骤S22,点云H角化模块102根据点云H角形化后的H角形外接圆内没有点的 原则W及曲面局部曲率一致原则，再通过包围盒切割点云快速找临近点的方法，对扫描的 产品间隙点云进行H角形网格化。在本实施例中，所述H角形外接圆内没有点的原则是指 其中任意一个H角形的外接圆中均不包含点集中的其它点。所述曲面局部曲率一致原则是 指通过H角形外接圆内没有点的原则连接的H角形计算H角形向量，与临近已连接好的H 角形向量求角度，如角度太大，那该H角形连接错误，再重新找第H点，W此为逻辑，知道找 到合适的临近点。参考图4所示，点云H角化模块102选取任意一点为基准(例如q。点)，找 距离最近的第二点(例如点)，距离要小于用户给定的阀值(例如2cm)，将第一点与第二点 连成线，找临近第H点(例如Q2点)，H点（q〇、Qi及Q2点)连成的H角形外接圆中均不包含点 集中的其它点。
[0031] 步骤S23，如当前扫描的产品间隙是未组装的两个零件之间的产品间隙部分，组装 模拟模块103则通过最小二乘法迭代算法对两个零件进行模拟装配，并输出装配好的产品 间隙点云。参考图3所示，是模拟组装两个零件之间的产品间隙部分示意图。组装模拟模 块103将零件A与零件B进行通过最小二乘法迭代算法对其模拟装配，并输出装配好的产 品间隙点云。其中，该步骤S23将在下图5中作详细描述。
[0032] 步骤S24,组装分面模块104根据产品间隙点云指定组装间隙，在组装间隙区域内 循环指定每个点云的H角形，根据相邻H角形向量相对原则针对产品点云间隙的部分自动 分面，并将一面标示为组装基准H角形，对面标示为被组装H角形。参考图3所示，零件A 为组装面（即产品的正面)，零件B为被组装面（即零件A的对面)。组装分面模块104将组 装面(零件A对应的面)所有点云构成的H角形标示为组装基准H角形，将被组装面(零件A 的对面，即零件B)所有点云构成的H角形标示为被组装H角形。
[0033] 步骤S25,间隙计算模块105 W组装基准H角形为参考面，计算被组装H角形的中 也与该组装基准H角形之间的距离来输出间隙偏差数组。在本实施例中，间隙计算模块105 计算被组装面上的每一个被组装H角形的中也到其对应的组装基准H角形的距离，作为其 间隙的距离偏差值，并将每一个距离值存入一个间隙偏差数组devs内。
[0034] 步骤S26,间隙计算模块105根据所述间隙偏差数组计算产品组装间隙的平均值、 最大值、最小值W及标准偏差值。在本实施例中，所述的平均值等于距离偏差数组devs所 有值的加总除W数组长度，最大值等于距离偏差数组devs内最大的一个值，最小值等于距 离偏差数组devs内最小的一个值，标准偏差值=(x-另2 -：〇,其中X为平均值，n 为数组长度。
[00巧]步骤S27,色彩分析模块106根据所述间隙偏差数组与对应的H角形编号采用颜 色公差带将基准面H角形的每一个网格标示颜色，并在显示设备11上显示产品组装间隙 的H维偏差分析图。在本实施例中，所述的颜色公差带是客户定义的用于标示产品组装间 隙公差的颜色指示标准。参考图6所示，是采用颜色公差带在基准面上标示产品组装间隙 的H维偏差分析图。同理，色彩分析模块106也可W根据间隙偏差数组与对应的H角形编 号采用颜色公差带将被组装H角形的每一个网格进行颜色标示。
[0036] 参考图5所示，是图2中步骤S23的细化流程图。在本实施例中，组装模拟模块103 根据最小二乘法迭代当前组装面的点云相对于被组装面H角形的最佳位置，并采用拟牛顿 解非线性方程式计算出当前组装面的所有点到被组装面H角形距离平方和的平均最小值。
[0037] 步骤S231，用户输入迭代初始参数，该迭代初始参数包括迭代公差化nX (例如公 差设为0. 2)和每次迭代时需移动的步长D (例如步长设为0. 1)。
[0038] 步骤S232,组装模拟模块103计算迭代函数值f(x)。在本实施例中， f(X)=''!^ 公+(.v2 - .i;l)2 (z2-zl)2 )2 / 打，其中，（xl, yl, zl)为组装面上每个点 的H维坐标，（x2, y2, z2)为被组装面每个H角形的中也坐标。
[0039] 步骤S233,组装模拟模块103判断迭代函数值f(x)是否小于迭代公差化nX。若 迭代函数值f (X)不小于迭代公差化nX，则流程执行步骤S234 ;若迭代函数值f (X)小于迭 代公差化nX，则结束执行迭代算法。
[0040] 步骤S234,组装模拟模块103计算迭代函数值f(x)处向负方向递减的Sk值。当 迭代函数f(X)处下降方向Sk是指函数向负方向递减，此时迭代函数值f(X)为负数，即为 此处迭代函数值f(X)为Sk。
[0041] 步骤S235,组装模拟模块103判断迭代函数值f(x)是否有sk值。若迭代函数值 f(x)有Sk值，则流程执行步骤S236;若迭代函数值f(x)没有Sk值，则结束执行迭代算法。
[0042] 步骤S236,组装模拟模块103将迭代函数移一个步长D，即计算f (X+1) =f (X) +1D 得到迭代函数下一个函数值f (x+1)。
[0043] 步骤S237,组装模拟模块103判断函数值f (x+1)是否小于函数值f(x);若函数值 f (X+1是小于函数值f (X)，则流程执行步骤S234 ;若函数值f (X+1)是不小于函数值f (X)， 则流程返回步骤S236。
[0044] W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照W上较佳实施例对 本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可w对本发明的技术方案进行 修改或者等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1. 一种产品组装间隙H维分析系统，运行于计算机中，该计算机连接有光学H维扫描 仪，其特征在于，该产品组装间隙H维分析系统包括： 点云扫描模块，用于通过光学H维扫描仪针对产品组装间隙部分进行点云扫描得到产 品间隙点云； 点云H角化模块，用于根据点云H角形化后的H角形外接圆内没有点的原则W及曲面 局部曲率一致原则，再通过包围盒切割点云快速找临近点的方法，对所述的产品间隙点云 进行H角形网格化； 组装分面模块，用于根据产品间隙点云指定组装间隙，在组装间隙区域内循环指定每 个点云的H角形，根据相邻H角形向量相对原则针对产品点云间隙的部分自动分面，W及 将一面标示为组装基准H角形，将其对面标示为被组装H角形； 间隙计算模块，用于W组装基准H角形为参考面，计算被组装H角形的中也与该组装 基准H角形之间的距离来输出间隙偏差数组；W及 色彩分析模块，用于根据所述间隙偏差数组与对应的H角形编号采用颜色公差带将基 准面H角形的每一个网格标示颜色，W及在显示设备上显示产品组装间隙的H维偏差分析 图。
2. 如权利要求1所述的产品组装间隙H维分析系统，其特征在于，所述的间隙计算模 块还用于根据所述间隙偏差数组计算产品组装间隙的平均值、最大值、最小值W及标准偏 差值。
3. 如权利要求1所述的产品组装间隙H维分析系统，其特征在于，所述的产品间隙部 分是未组装的两个零件之间的产品间隙部分或者是已组装好的产品间隙部分。
4. 如权利要求3所述的产品组装间隙H维分析系统，其特征在于，该系统还包括组装 模拟模块，如果当前扫描的产品间隙部分是所述未组装的两个零件之间的产品间隙部分， 则所述组装模拟模块通过执行最小二乘法迭代算法对两个零件进行模拟装配，并输出装配 好的产品间隙点云。
5. 如权利要求4所述的产品组装间隙H维分析系统，其特征在于，所述的执行最小二 乘法迭代算法包括步骤： (a) 输入迭代初始参数，该迭代初始参数包括迭代公差化nX和每次迭代时需移动的步 长D; (b) 计算迭代函数值
其中， (XI，yl，zl)为组装面上每个点的H维坐标，（x2, y2, z2)为被组装面每个H角形的中也坐 标； (C)判断迭代函数值f (X)是否小于迭代公差化nX ; (d) 若迭代函数值f(x)不小于迭代公差化nX，则计算迭代函数值f(x)处向负方向递 减的Sk值，若迭代函数值f (X)小于迭代公差化nX，则结束执行迭代算法； (e) 判断迭代函数值f(x)是否有Sk值； (f) 若迭代函数值f(x)有Sk值，则计算f(x+l)=f(x) + |D|得到迭代函数下一个函数值 f (X+1)，若迭代函数值f (X)没有Sk值，则结束执行迭代算法； (g) 判断函数值f(x+l)是否小于函数值f(x);
(h)若函数值f (X+1)是小于函数值f (X)，则循环执行步骤（d)至（h);若函数值f (x+1) 是不小于函数值f (X)，则循环执行步骤（f)至（g)。
6. -种产品组装间隙H维分析方法，应用于计算机中，该计算机连接有光学H维扫描 仪，其特征在于，该方法包括步骤： 通过光学H维扫描仪针对产品组装间隙部分进行点云扫描得到产品间隙点云； 根据点云H角形化后的H角形外接圆内没有点的原则W及曲面局部曲率一致原则，再 通过包围盒切割点云快速找临近点的方法，对所述的产品间隙点云进行H角形网格化； 根据产品间隙点云指定组装间隙，在组装间隙区域内循环指定每个点云的H角形，根 据相邻H角形向量相对原则针对产品点云间隙的部分自动分面，并将一面标示为组装基准 H角形，将其对面标示为被组装H角形； W组装基准H角形为参考面，计算被组装H角形的中也与该组装基准H角形之间的距 离来输出间隙偏差数组；W及 根据所述间隙偏差数组与对应的H角形编号采用颜色公差带将基准面H角形的每一 个网格标示颜色，W及在显示设备上显示产品组装间隙的H维偏差分析图。
7. 如权利要求6所述的产品组装间隙H维分析方法，其特征在于，该方法还包括步骤： 根据所述间隙偏差数组计算产品组装间隙的平均值、最大值、最小值W及标准偏差值。
8. 如权利要求6所述的产品组装间隙H维分析方法，其特征在于，所述的产品间隙部 分是未组装的两个零件之间的产品间隙部分或者是已组装好的产品间隙部分。
9. 如权利要求8所述的产品组装间隙H维分析方法，其特征在于，该方法还包括步骤： 如果当前扫描的产品间隙部分是所述未组装的两个零件之间的产品间隙部分，则通过执行 最小二乘法迭代算法对两个零件进行模拟装配，并输出装配好的产品间隙点云。
10. 如权利要求9所述的产品组装间隙H维分析方法，其特征在于，所述的执行最小二 乘法迭代算法包括步骤： (a) 输入迭代初始参数，该迭代初始参数包括迭代公差化nX和每次迭代时需移动的步 长D; (b) 计算迭代函数值
其中， (XI，yl，zl)为组装面上每个点的H维坐标，（x2, y2, z2)为被组装面每个H角形的中也坐 标； (C)判断迭代函数值f (X)是否小于迭代公差化nX ; (d) 若迭代函数值f(x)不小于迭代公差化nX，则计算迭代函数值f(x)处向负方向递 减的Sk值，若迭代函数值f (X)小于迭代公差化nX，则结束执行迭代算法； (e) 判断迭代函数值f(x)是否有Sk值； (f) 若迭代函数值f(x)有Sk值，则计算f(x+l)=f(x) + |D|得到迭代函数下一个函数值 f (X+1)，若迭代函数值f (X)没有Sk值，则结束执行迭代算法； (g) 判断函数值f(x+l)是否小于函数值f(x); (h) 若函数值f (x+1)是小于函数值f(x)，则循环执行步骤（d)至（h);若函数值f (x+1) 是不小于函数值f (X)，则循环执行步骤（f)至（g)。
【文档编号】G01B11/14GK104422396SQ201310385308
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】张旨光, 吴新元 申请人:鸿富锦精密工业（深圳）有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司