專利名稱：測量程序優(yōu)化系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量技術(shù)，尤其涉及一種離線編程中對測量程序的優(yōu)化系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
質(zhì)量是一個企業(yè)保持長久發(fā)展能力的重要因素之一，如何保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量， 是企業(yè)活動中的重要內(nèi)容。在模具制造工業(yè)，測量人員利用三次元測量機臺對產(chǎn)品進(jìn)行測量以檢驗產(chǎn)品是否合格。通常，測量人員通過離線編寫測量程序，再將編寫好的測量程序?qū)胫翜y量機臺以控制測量機臺的測針(或者稱為“探針”)對產(chǎn)品進(jìn)行檢測。由于一個產(chǎn)品有多個測量面上的點需要進(jìn)行測量，因此，測針需要時常變換角度以完成測量。首先，頻繁變換測針角度會造成測量效率的低下。其次，由于編程人員離線編寫測量程序，往往無法兼顧在測量過程中如何適時地控制測針的轉(zhuǎn)向，容易使得測針與產(chǎn)品發(fā)生碰撞，也可稱為“撞針”。撞針容易造成測針的損壞，必然會導(dǎo)致成本的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種測量程序優(yōu)化系統(tǒng)及方法，可優(yōu)化測量程序，避免撞針對測針的損壞以及測量過程中頻繁轉(zhuǎn)換測針的角度。一種測量程序優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括導(dǎo)入模塊，用于導(dǎo)入包括測量元素的圖檔，并將所有測量元素的信息從用戶坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系；創(chuàng)建模塊，用于定義測量裝置上的測針的兩個旋轉(zhuǎn)角度為第一角度及第二角度，定義單位刻度，以及根據(jù)該單位刻度以及所述兩個旋轉(zhuǎn)角度創(chuàng)建具有不同角度的多個虛擬測針；計算模塊，用于根據(jù)每個虛擬測針對應(yīng)的角度計算每個虛擬測針的法向，以及逐個計算每個測量元素的測量點的法向；匹配模塊，用于計算每個測量點的法向分別與所有虛擬測針的法向的夾角，并確定最小的夾角對應(yīng)的虛擬測針為該測量點的匹配虛擬測針；分類模塊，用于根據(jù)測量點對應(yīng)的匹配虛擬測針對所有測量點進(jìn)行分類，使同一類的測量點對應(yīng)相同的虛擬測針；及整合模塊，用于將同一類的測量點對應(yīng)的測量程序進(jìn)行整合，并輸出整合的測量程序?！N測量程序優(yōu)化方法，該方法包括導(dǎo)入包括測量元素的圖檔，并將所有測量元素的信息從用戶坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系；定義測量裝置上的測針的兩個旋轉(zhuǎn)角度為第一角度及第二角度，定義單位刻度，以及根據(jù)該單位刻度以及所述兩個旋轉(zhuǎn)角度創(chuàng)建具有不同角度的多個虛擬測針；根據(jù)每個虛擬測針對應(yīng)的角度計算每個虛擬測針的法向，以及逐個計算每個測量元素的測量點的法向；計算每個測量點的法向分別與所有虛擬測針的法向的夾角，并確定最小的夾角對應(yīng)的虛擬測針為該測量點的匹配虛擬測針；根據(jù)測量點對應(yīng)的匹配虛擬測針對所有測量點進(jìn)行分類，使同一類的測量點對應(yīng)相同的虛擬測針；及將同一類的測量點對應(yīng)的測量程序進(jìn)行整合，并輸出整合的測量程序。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)及方法，可優(yōu)化測量程序，避免撞針對測針的損壞以及測量過程中頻繁轉(zhuǎn)換測針的角度，使得測針能夠有效及安全的完成對產(chǎn)品的測量。


圖I是本發(fā)明測量程序優(yōu)化系統(tǒng)的較佳實施方式的功能模塊圖。
圖2是本發(fā)明測量程序優(yōu)化系統(tǒng)的較佳實施方式的測針示意圖。圖3是本發(fā)明測量程序優(yōu)化系統(tǒng)的較佳實施方式的虛擬測針列表示意圖。
圖4是本發(fā)明測量程序優(yōu)化系統(tǒng)的較佳實施方式的虛擬測針法向計算示意圖。圖5是本發(fā)明測量程序優(yōu)化方法的較佳實施方式的虛擬測針創(chuàng)建流程圖。圖6是本發(fā)明測量程序優(yōu)化方法的較佳實施方式的主流程圖。圖7是本發(fā)明測量程序優(yōu)化方法的較佳實施方式的模擬測試流程圖。主要元件符號說明電子裝置I處理器10存儲裝置12測量程序優(yōu)化系統(tǒng)2導(dǎo)入模塊20創(chuàng)建模塊21計算模塊22匹配模塊23分類模塊24整合模塊25模擬模塊26測量控制模塊27半球3測桿4測頭具體實施例方式如圖I所示，是本發(fā)明測量程序優(yōu)化系統(tǒng)的較佳實施方式的功能模塊圖。所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)2應(yīng)用于電子裝置I中，用于根據(jù)測量裝置(例如，三次元測量機床)上的測針的參數(shù)對編寫的測量程序進(jìn)行優(yōu)化，使得測針在一個角度下將該角度可測量的所有測量元素進(jìn)行測量完畢，然后再將測針轉(zhuǎn)換至另一個角度繼續(xù)測量，還可進(jìn)行測量模擬，從而避免撞針對測針的損壞以及測量過程中頻繁轉(zhuǎn)換測針的角度。所述電子裝置I可以是計算機、筆記本電腦、服務(wù)器、測量裝置等。所述電子裝置I包括處理器10以及存儲裝置12。所述的處理器10用于執(zhí)行所述電子裝置I內(nèi)安裝的各類軟件，例如，所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)2、操作系統(tǒng)等應(yīng)用軟件。所述的存儲裝置12用于存儲各類數(shù)據(jù)，例如，測針的參數(shù)、利用所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)2設(shè)置數(shù)據(jù)、計算所得的數(shù)據(jù)、編寫的測量程序等。所述存儲裝置12可以是所述電子裝置I的內(nèi)存，例如，硬盤，還可以是可移動的內(nèi)存卡、閃存卡等。在本較佳實施方式中，所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)2包括多個功能模塊，分別是導(dǎo)入模塊20、創(chuàng)建模塊21、計算模塊22、匹配模塊23、分類模塊24以及整合模塊25。所述的導(dǎo)入模塊20，用于導(dǎo)入包括測量元素的圖檔，并將所有測量元素的信息從用戶坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系。所述圖檔可以是產(chǎn)品的CAD (Computer Aided Design,計算機輔助設(shè)計)圖檔，或者其他包括產(chǎn)品測量元素信息的圖檔。在本實施方式中，所述的測量元素可以包括，但不限于，點、線、面、圓、圓柱、圓錐、球等。所述測量元素的信息包括測量元素本身的特性、測量元素內(nèi)選取的一個或多個測量點的坐標(biāo)信息等。例如，當(dāng)測量元素是圓時，那么測量元素本身的特性包括圓的半徑等信息。
所述用戶坐標(biāo)系，可以是根據(jù)用戶定義的三維坐標(biāo)系，例如，直角坐標(biāo)系等。所述世界坐標(biāo)系可以是機械坐標(biāo)系，機械坐標(biāo)系的原點是生產(chǎn)廠家在制造測量裝置(例如，測量機床)時的固定坐標(biāo)系原點(也稱機械零點)。所述的創(chuàng)建模塊21，用于定義測量裝置上的測針的兩個旋轉(zhuǎn)角度為第一角度及第二角度，并定義單位刻度。參考圖2所示，通常測針包括測桿4和測頭5，而測針上方是半球3。測針在測量物體時會旋轉(zhuǎn)多個角度以測量指定位置，例如圖2中兩個虛線框示意的旋轉(zhuǎn)角度，包括半球3的旋轉(zhuǎn)以及測桿4的旋轉(zhuǎn)。在本實施方式中，定義的第二角度為半球3的旋轉(zhuǎn)角度(下文也稱為“B角”)，所述的第一角度為測桿4相對于該半球3的旋轉(zhuǎn)角度(下文也稱為“A角”)。所述的單位刻度可根據(jù)測量要求進(jìn)行變更，例如，可定義為15度角。所述的創(chuàng)建模塊21，還用于根據(jù)該單位刻度以及所述兩個旋轉(zhuǎn)角度創(chuàng)建具有不同角度的多個虛擬測針。此外，所述的創(chuàng)建模塊21，進(jìn)一步用于對每個虛擬測針進(jìn)行命名，并生成虛擬測針列表。例如，所述的第一角度及第二角度都有對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)范圍，例如，第一角度的旋轉(zhuǎn)范圍是105度，第二角度的旋轉(zhuǎn)范圍是360度，根據(jù)定義的單位刻度15度，可劃分多個虛擬測針，其中，每個虛擬測針對應(yīng)一個第一角度及一個第二角度。參考如圖3所示的虛擬測針列表中的舉例說明，虛擬測針的名稱可根據(jù)測針的名稱以及每個虛擬測針對應(yīng)的第一角度以及第二角度進(jìn)行定義，例如當(dāng)?shù)谝唤嵌?A角)與第二角度(B角)都為零時，該虛擬測針的名稱可以是“TIP/A0，B0”，其中，“TIP”用以代表測針名，可根據(jù)用戶習(xí)慣進(jìn)行修改。上文所述的第一角度及第二角度的旋轉(zhuǎn)范圍以及單位刻度皆為舉例說明，實際應(yīng)用中不局限于此。測量人員可根據(jù)需求進(jìn)行相應(yīng)的修改。所述的計算模塊22，用于根據(jù)每個虛擬測針對應(yīng)的角度計算每個虛擬測針的法向，以及逐個計算每個測量元素的測量點的法向。首先，可通過計算得出虛擬測針“TIP/AO，B0”對應(yīng)的法向(下文用“IJK”表示)為(0，0，1)。當(dāng)虛擬測針的角度發(fā)生變換后，例如變換后第一角度A角為15度，第二角度B角為15度，相應(yīng)的虛擬測針為“TIP/A 15，B 15”，可據(jù)如圖4所示的虛擬測針法向計算方式來計算虛擬測針“TIP/A 15，B 15”的法向為(0.25，0.07，0.97)。實際應(yīng)用中可用其它不同方式來計算角度變換后虛擬測針相應(yīng)的法向。每個測量元素可包括一個或多個測量點，測量點的法向計算方法可根據(jù)已知的數(shù)學(xué)方法計算得到。此外，若所述導(dǎo)入模塊20導(dǎo)入的圖檔中測量元素的信息已經(jīng)包括各個測量點的法向時，此處可忽略對測量點法向的計算。 所述的匹配模塊23，用于計算每個測量點的法向分別與所有虛擬測針的法向的夾角，并確定最小的夾角對應(yīng)的虛擬測針為該測量點的匹配虛擬測針。例如，假設(shè)測量點的法向為(xl，yl，zl)，一個虛擬測針的法向為(x2，y2，z2)，需要計算的角度為“angle”。那么該測量點法向與該虛擬測針的法向的夾角可通過下附公式進(jìn)行計算(I) E = xl X x2+yl X y2+zl X z2 ； (2) F = sqrt [ (xl2+yl2+zl2) X (x22+y22+z22)];(3) :angle =ACOS(E + F)。實際應(yīng)用中的計算并不限于此。在得出一個測量點的法向與所有虛擬測針的法向之間的夾角后，比對這些夾角，并從中選取一個最小的夾角所對應(yīng)的虛擬測針為該測量點的匹配虛擬測針。所述匹配虛擬測針?biāo)诘牡谝唤嵌扰c第二角度是在模擬測量和實際測量中測量該測量點時測針?biāo)诘慕嵌?。所述的分類模塊24，用于根據(jù)測量點對應(yīng)的匹配虛擬測針對所有測量點進(jìn)行分類，分類后使同一類的測量點對應(yīng)相同的匹配虛擬測針。例如，測量點L、0、Q對應(yīng)的匹配虛擬測針皆為“TIP/A 15，B15”，那么測量點L、O、Q可歸為同一類。所述的整合模塊25，用于將同一類的測量點對應(yīng)的測量程序進(jìn)行整合，并輸出整合的測量程序。在離線對產(chǎn)品進(jìn)行測量程序編寫時，可以是依照一定的測量順序下的對測量點的測量逐一進(jìn)行程序的編寫，而在該測量順序下，測針在測量該多數(shù)測量點時需要不停變換角度。通過上述分類以及測量程序的整合，可以使得在后續(xù)的模擬測量和實際測量中，可控制模擬測量時的虛擬測針以及實際測量時的測量裝置上的測針在位于一個角度時，可將該角度下可測量的所有不同測量元素上的測量點測量完畢，然后再轉(zhuǎn)換所述虛擬測針或測針的角度進(jìn)行下一步測量。在其它實施方式中，所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)2還可進(jìn)一步包括模擬模塊26以及測量控制模塊27。所述的模擬模塊26，用于在導(dǎo)入的圖檔內(nèi)運行所述整合的測量程序控制虛擬測針進(jìn)行模擬測試，并在虛擬測針的測量路徑與該圖檔內(nèi)的產(chǎn)品圖形相交時判斷發(fā)生撞針，以及輸出發(fā)生撞針時的位置信息及虛擬測針信息。例如，撞針時的位置信息包括測量點位置，測針信息包括測針當(dāng)前的角度等。根據(jù)該發(fā)生撞針時的位置信息及虛擬測針信息，可修改發(fā)生撞針的測量點所對應(yīng)的虛擬測針，例如變換第一角度及/或第二角度。所述的測量控制模塊27，用于在模擬測量后確定沒有發(fā)生撞針后，根據(jù)整合的測量程序控制測量裝置上的測針變換角度，在每個變換角度下將對應(yīng)該變換角度的所有測量點測量完畢后再轉(zhuǎn)換另一個角度進(jìn)行測量。上文所述的所有計算方式僅是舉例說明，皆可用本領(lǐng)域內(nèi)已知的其他數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計算。圖5是本發(fā)明測量程序優(yōu)化方法的較佳實施方式的虛擬測針創(chuàng)建流程圖。首先，步驟S2，所述的導(dǎo)入模塊20導(dǎo)入包括測量元素的圖檔。所述圖檔可以是產(chǎn)品的CAD圖檔。步驟S4，所述的導(dǎo)入模塊20將所有測量元素的信息從用戶坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系。
步驟S6，所述的創(chuàng)建模塊21定義測量裝置上的測針的兩個旋轉(zhuǎn)角度為第一角度及第二角度，并定義單位刻度。步驟S8，所述的創(chuàng)建模塊21根據(jù)該單位刻度以及所述兩個旋轉(zhuǎn)角度創(chuàng)建具有不同角度的多個虛擬測針，并對每個虛擬測針進(jìn)行命名。步驟S10，所述的計算模塊22根據(jù)每個虛擬測針對應(yīng)的角度計算每個虛擬測針的法向。步驟S12，所述的創(chuàng)建模塊21生成虛擬測針列表，然后，結(jié)束本流程。圖6是本發(fā)明測量程序優(yōu)化方法的較佳實施方式的主流程圖。首先，步驟S20，所述的計算模塊22從導(dǎo)入圖檔中選擇一個測量元素上的一個測量點，并計算該測量點的法向。步驟S22，所述的匹配模塊23計算每個測量點的法向分別與所有虛擬測針的法向的夾角。步驟S24，所述的匹配模塊23確定最小的夾角對應(yīng)的虛擬測針為該測量點的匹配虛擬測針。步驟S26，所述的計算模塊22判斷是否導(dǎo)入圖檔中所有測量元素的測量點都已經(jīng)選擇完畢。若尚未選擇完畢，則流程返回至步驟S20，繼續(xù)選擇下一個測量點。若所有測量元素的測量點都已經(jīng)選擇完畢，于步驟S28，所述的分類模塊24根據(jù)測量點對應(yīng)的匹配虛擬測針對所有測量點進(jìn)行分類，分類后使同一類的測量點對應(yīng)相同的匹配虛擬測針。步驟S30，所述的整合模塊25將同一類的測量點對應(yīng)的測量程序進(jìn)行整合，并輸出整合的測量程序，然后，結(jié)束本流程。圖7是本發(fā)明測量程序優(yōu)化方法的較佳實施方式的模擬測試流程圖。首先，步驟S40，所述的模擬模塊26在導(dǎo)入的圖檔內(nèi)運行所述整合的測量程序控制虛擬測針進(jìn)行模擬測試。步驟S42，所述的模擬模塊26判斷虛擬測針的測量路徑是否與該圖檔內(nèi)的產(chǎn)品圖形相交。若虛擬測針的測量路徑?jīng)]有與該圖檔內(nèi)的產(chǎn)品圖形相交，則表示沒有發(fā)生撞針，結(jié)束本流程。若虛擬測針的測量路徑與該圖檔內(nèi)的產(chǎn)品圖形相交，于步驟S44，所述的模擬模塊26判斷發(fā)生撞針。步驟S46，所述的模擬模塊26輸出發(fā)生撞針時的位置信息及虛擬測針信息，然后，結(jié)束本流程。例如，撞針時的位置信息包括測量點位置，測針信息包括測針當(dāng)前的角度等。以上實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照以上較佳實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或等同替換都不應(yīng)脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種測量程序優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在干，該系統(tǒng)包括 導(dǎo)入模塊，用于導(dǎo)入包括測量元素的圖檔，并將所有測量元素的信息從用戶坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系； 創(chuàng)建模塊，用于定義測量裝置上的測針的兩個旋轉(zhuǎn)角度為第一角度及第ニ角度，定義単位刻度，以及根據(jù)該單位刻度以及所述兩個旋轉(zhuǎn)角度創(chuàng)建具有不同角度的多個虛擬測針； 計算模塊，用于根據(jù)每個虛擬測針對應(yīng)的角度計算每個虛擬測針的法向，以及逐個計算每個測量元素的測量點的法向； 匹配模塊，用于計算每個測量點的法向分別與所有虛擬測針的法向的夾角，并確定最小的夾角對應(yīng)的虛擬測針為該測量點的匹配虛擬測針； 分類模塊，用于根據(jù)測量點對應(yīng)的匹配虛擬測針對所有測量點進(jìn)行分類，使同一類的測量點對應(yīng)相同的虛擬測針；及 整合模塊，用于將同一類的測量點對應(yīng)的測量程序進(jìn)行整合，并輸出整合的測量程序。
2.如權(quán)利要求I所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括模擬模塊，用于在導(dǎo)入的圖檔內(nèi)運行所述整合的測量程序進(jìn)行模擬測試，并在虛擬測針的測量路徑與該圖檔內(nèi)的產(chǎn)品圖形相交時判斷發(fā)生撞針，以及輸出發(fā)生撞針時的位置信息及虛擬測針信息。
3.如權(quán)利要求I所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括測量計算模塊，用于根據(jù)整合的測量程序控制測針在ー個角度下將對應(yīng)該角度的所有測量點測量完畢后再轉(zhuǎn)換另ー個角度進(jìn)行測量。
4.如權(quán)利要求I所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述的創(chuàng)建模塊，還用于對每個虛擬測針進(jìn)行命名，并生成虛擬測針列表，其中，命名信息包括測針名及對應(yīng)的第一角度和第二角度。
5.如權(quán)利要求I或4所述的測量程序優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述的第二角度為測針上方半球的旋轉(zhuǎn)角度，所述的第一角度為測針相對于該半球的旋轉(zhuǎn)角度。
6.一種測量程序優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括 導(dǎo)入包括測量元素的圖檔，并將所有測量元素的信息從用戶坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系; 定義測量裝置上的測針的兩個旋轉(zhuǎn)角度為第一角度及第ニ角度，定義單位刻度，以及根據(jù)該單位刻度以及所述兩個旋轉(zhuǎn)角度創(chuàng)建具有不同角度的多個虛擬測針； 根據(jù)每個虛擬測針對應(yīng)的角度計算每個虛擬測針的法向，以及逐個計算每個測量元素的測量點的法向； 計算每個測量點的法向分別與所有虛擬測針的法向的夾角，并確定最小的夾角對應(yīng)的虛擬測針為該測量點的匹配虛擬測針； 根據(jù)測量點對應(yīng)的匹配虛擬測針對所有測量點進(jìn)行分類，使同一類的測量點對應(yīng)相同的虛擬測針；及 將同一類的測量點對應(yīng)的測量程序進(jìn)行整合，并輸出整合的測量程序。
7.如權(quán)利要求6所述的測量程序優(yōu)化方法，其特征在干，該方法還包括 在導(dǎo)入的圖檔內(nèi)運行所述整合的測量程序進(jìn)行模擬測試； 判斷測針的測量路徑與該圖檔內(nèi)的產(chǎn)品圖形是否相交；及若測針的測量路徑與該圖檔內(nèi)的產(chǎn)品圖形相交，確定發(fā)生撞針，并輸出發(fā)生撞針時的位置信息及虛擬測針信息。
8.如權(quán)利要求6所述的測量程序優(yōu)化方法，其特征在于，該方法還包括 根據(jù)整合的測量程序控制測針在ー個角度下將對應(yīng)該角度的所有測量點測量完畢后再轉(zhuǎn)換另ー個角度進(jìn)行測量。
9.如權(quán)利要求6所述的測量程序優(yōu)化方法，其特征在于，該方法還包括 對每個虛擬測針進(jìn)行命名，并生成虛擬測針列表，其中，命名信息包括測針名及對應(yīng)的第一角度和第二角度。
10.如權(quán)利要求6或9所述的測量程序優(yōu)化方法，其特征在于，所述的第二角度為測針上方半球的旋轉(zhuǎn)角度，所述的第一角度為測針相對于該半球的旋轉(zhuǎn)角度。
全文摘要
一種測量程序優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括導(dǎo)入模塊、創(chuàng)建模塊、計算模塊、匹配模塊、分類模塊及整合模塊。利用該系統(tǒng)，可以創(chuàng)建對應(yīng)不同角度的虛擬測針；根據(jù)每個虛擬測針對應(yīng)的角度計算每個虛擬測針的法向，以及逐個計算每個測量點的法向；計算每個測量點的法向分別與所有虛擬測針的法向的夾角，并確定最小的夾角對應(yīng)的虛擬測針為該測量點的匹配虛擬測針；根據(jù)測量點對應(yīng)的匹配虛擬測針對所有測量點進(jìn)行分類；將同一類的測量點對應(yīng)的測量程序進(jìn)行整合，并輸出整合的測量程序。發(fā)明還提供一種測量程序優(yōu)化方法。利用本發(fā)明可提高測量效率。
文檔編號G06F11/36GK102622293SQ201110031179
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者吳新元, 張旨光, 王敏 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司