產品組裝間隙三維分析系統及方法
【專利摘要】一種產品組裝間隙三維分析系統及方法，應用于計算機中，該計算機連接有光學三維掃描儀。所述的產品組裝間隙三維分析系統及方法能夠利用光學三維掃描儀對未組裝的零件與零件之間的產品間隙部分或對已組裝好的產品間隙部分進行點云掃描得到產品間隙點云，根據掃描的產品間隙點云計算產品組裝間隙的三維空間距離，采用顏色公差帶將產品的組裝零件與被組裝零件的表面進行顏色標示來表示產品組裝間隙，并產生整個產品組裝間隙的三維色階分析圖。
【專利說明】產品組裝間隙H維分析系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種產品量測系統及方法，特別是關于一種產品組裝間隙H維分析系 統及方法。
【背景技術】
[0002] 產品組裝是整個生產過程中最重要的環節之一，在產品組裝時，零件與零件之間 的產品組裝間隙是衡量產品質量好壞的一個重要指標。傳統測量產品組裝間隙的方法是使 用卡尺或H維坐標測量設備在組裝產品間隙處打點或采集對應點測量，該種傳統測量方法 不能做到整個形面的H維測量，而且采集點量測速度非常慢。現在很多產品的組裝采取卡 勾、彈黃、膠水等無螺釘方式，一旦組裝上就無法取下來，若取下來就會造成產品報廢。
【發明內容】
[0003] 鑒于W上內容，有必要提供一種品組裝間隙H維分析系統及方法，能夠利用光學 H維掃描儀對未組裝的零件與零件之間的產品間隙部分或對已組裝好的產品間隙部分進 行量測，對產品組裝間隙部分進行顏色標示來產生整個產品組裝間隙的H維色階分析圖。
[0004] 所述的產品組裝間隙H維分析系統運行于計算機中，該計算機連接有光學H維掃 描儀。該系統包括：點云掃描模塊，用于通過光學H維掃描儀分別對未組裝的兩個零件之 間的產品間隙部分或對已組裝好的產品間隙部分行點云掃描得到產品間隙點云；點云H角 化模塊，用于根據點云H角形化后的H角形外接圓內沒有點的原則W及曲面局部曲率一致 原則，再通過包圍盒切割點云快速找臨近點的方法，對所述的產品間隙點云進行H角形網 格化；組裝模擬模塊，用于如當前掃描的產品間隙部分是所述未組裝的兩個零件之間的產 品間隙部分，則通過執行最小二乘法迭代算法對兩個零件進行模擬裝配，并輸出裝配好的 產品間隙點云；組裝分面模塊，用于根據產品間隙點云指定組裝間隙，在組裝間隙區域內循 環指定每個點云的H角形，根據相鄰H角形向量相對原則針對產品點云間隙的部分自動分 面，W及將一面標示為組裝基準H角形，將其對面標示為被組裝H角形；間隙計算模塊，用 于W組裝基準H角形為參考面，計算被組裝H角形的中也與該組裝基準H角形之間的距離 來輸出間隙偏差數組；色彩分析模塊，用于根據間隙偏差數組與對應的H角形編號采用顏 色公差帶將基準面H角形的每一個網格標示顏色，W及在顯示設備上顯示產品組裝間隙的 H維偏差分析圖。
[0005] 所述的產品組裝間隙H維分析方法應用于計算機中，該計算機連接有光學H維掃 描儀。該方法包括步驟：通過光學H維掃描儀分別對未組裝的兩個零件之間的產品間隙部 分或對已組裝好的產品間隙部分行點云掃描得到產品間隙點云；根據點云H角形化后的H 角形外接圓內沒有點的原則W及曲面局部曲率一致原則，再通過包圍盒切割點云快速找臨 近點的方法，對所述的產品間隙點云進行H角形網格化；如當前掃描的產品間隙部分是所 述未組裝的兩個零件之間的產品間隙部分，則通過執行最小二乘法迭代算法對兩個零件進 行模擬裝配，并輸出裝配好的產品間隙點云；根據產品間隙點云指定組裝間隙，在組裝間隙 區域內循環指定每個點云的H角形，根據相鄰H角形向量相對原則針對產品點云間隙的部 分自動分面，W及將一面標示為組裝基準H角形，將其對面標示為被組裝H角形；W組裝基 準H角形為參考面，計算被組裝H角形的中也與該組裝基準H角形之間的距離來輸出間隙 偏差數組；根據間隙偏差數組與對應的H角形編號采用顏色公差帶將基準面H角形的每一 個網格標示顏色，W及在顯示設備上顯示產品組裝間隙的H維偏差分析圖。
[0006] 相較于現有技術，本發明所述的產品組裝間隙H維分析系統及方法，能夠利用光 學H維掃描儀對未組裝的零件與零件之間的產品間隙部分或對已組裝好的產品間隙部分 進行點云掃描得到產品間隙點云，根據掃描的產品間隙點云計算產品組裝間隙的H維空間 距離，將產品的組裝零件與被組裝零件的表面進行顏色標示來表示產品組裝間隙，并產生 整個產品組裝間隙的H維色階分析圖。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發明產品組裝間隙H維分析系統較佳實施例的運行環境示意圖。
[0008] 圖2是本發明產品組裝間隙H維分析方法較佳實施例的流程圖。
[0009] 圖3是模擬組裝兩個零件之間的產品間隙部分的示意圖。
[0010] 圖4是對掃描的產品間隙點云進行H角形網格化的示意圖。
[0011] 圖5是圖2中步驟S23的細化流程圖。
[0012] 圖6是采用顏色公差帶標示產品組裝間隙的H維偏差分析圖。
[0013] 主要元件符號說明
[0014] 計算機 1
[0015] 產品組裝間隙H維分析系統10
[0016] 點云掃描模塊 101
[0017] 點云H角化模塊 102
[0018] 組裝模擬模塊 103
[0019] 組裝分面模塊 104
[0020] 間隙計算模塊 105
[0021] 色彩分析模塊 106
[0022] 顯示設備 11
[002引存儲設備 12
[0024] 處理器 13
[00巧]光學H維掃描儀 2
【具體實施方式】
[0026] 參閱圖1所示，是本發明產品組裝間隙H維分析系統10較佳實施例的運行環境示 意圖。在本實施例中，所述的產品組裝間隙H維分析系統10安裝并運行于計算機1中，該計 算機1還包括，但不僅限于，顯示設備11、存儲設備12 W及處理器13。該計算機1連接有光 學H維掃描儀2,該光學H維掃描儀2是一種雙目光學點云H維檢測設備（charge-coupled device, CCD)，用于對未組裝的兩個零件之間的產品間隙部分或對已組裝好的產品間隙部 分進行點云掃描得到產品間隙點云。該產品組裝間隙H維分析系統10根據光學H維掃描 儀2掃描的產品間隙點云計算產品組裝間隙的H維空間距離，根據產品組裝間隙的H維空 間距離在產品的組裝零件與被組裝零件的表面進行顏色標示來表示產品組裝間隙，產生整 個產品組裝間隙的H維色階分析圖，W及將該產品組裝間隙的H維色階分析圖顯示在顯示 設備11上。
[0027] 在本實施例中，所述的產品組裝間隙H維分析系統10包括點云掃描模塊101、點 云H角化模塊102、組裝模擬模塊103、組裝分面模塊104、間隙計算模塊105 W及色彩分析 模塊106。本發明所稱的功能模塊是指一種能夠被計算機1的處理器13所執行并且能夠 完成固定功能的一系列程序指令段，其存儲在計算機1的存儲設備12中。關于各功能模塊 101-106將在圖2的流程圖中作具體描述。
[0028] 參閱圖2所示，是本發明產品組裝間隙H維分析方法較佳實施例的流程圖。在本 實施例中，該方法應用在計算機1中，能夠利用光學H維掃描儀2對未組裝的零件與零件之 間的產品間隙部分或對已組裝好的產品間隙部分進行點云掃描得到產品間隙點云，根據掃 描的產品間隙點云計算產品組裝間隙的H維空間距離，將產品的組裝零件與被組裝零件的 表面進行顏色標示來表示產品組裝間隙，并產生整個產品組裝間隙的H維色階分析圖。
[0029] 步驟S21，點云掃描模塊101通過光學H維掃描儀2分別對未組裝的兩個零件之間 的產品間隙部分或對已組裝好的產品間隙部分進行點云掃描得到產品間隙點云。參考圖3 所示，在將零件A與零件B組裝成產品時，零件A與零件B之間有一個產品組裝間隙，其是 衡量產品質量好壞的一個重要指標。
[0030] 步驟S22,點云H角化模塊102根據點云H角形化后的H角形外接圓內沒有點的 原則W及曲面局部曲率一致原則，再通過包圍盒切割點云快速找臨近點的方法，對掃描的 產品間隙點云進行H角形網格化。在本實施例中，所述H角形外接圓內沒有點的原則是指 其中任意一個H角形的外接圓中均不包含點集中的其它點。所述曲面局部曲率一致原則是 指通過H角形外接圓內沒有點的原則連接的H角形計算H角形向量，與臨近已連接好的H 角形向量求角度，如角度太大，那該H角形連接錯誤，再重新找第H點，W此為邏輯，知道找 到合適的臨近點。參考圖4所示，點云H角化模塊102選取任意一點為基準(例如q。點)，找 距離最近的第二點(例如點)，距離要小于用戶給定的閥值(例如2cm)，將第一點與第二點 連成線，找臨近第H點(例如Q2點)，H點（q〇、Qi及Q2點)連成的H角形外接圓中均不包含點 集中的其它點。
[0031] 步驟S23，如當前掃描的產品間隙是未組裝的兩個零件之間的產品間隙部分，組裝 模擬模塊103則通過最小二乘法迭代算法對兩個零件進行模擬裝配，并輸出裝配好的產品 間隙點云。參考圖3所示，是模擬組裝兩個零件之間的產品間隙部分示意圖。組裝模擬模 塊103將零件A與零件B進行通過最小二乘法迭代算法對其模擬裝配，并輸出裝配好的產 品間隙點云。其中，該步驟S23將在下圖5中作詳細描述。
[0032] 步驟S24,組裝分面模塊104根據產品間隙點云指定組裝間隙，在組裝間隙區域內 循環指定每個點云的H角形，根據相鄰H角形向量相對原則針對產品點云間隙的部分自動 分面，并將一面標示為組裝基準H角形，對面標示為被組裝H角形。參考圖3所示，零件A 為組裝面（即產品的正面)，零件B為被組裝面（即零件A的對面)。組裝分面模塊104將組 裝面(零件A對應的面)所有點云構成的H角形標示為組裝基準H角形，將被組裝面(零件A 的對面，即零件B)所有點云構成的H角形標示為被組裝H角形。
[0033] 步驟S25,間隙計算模塊105 W組裝基準H角形為參考面，計算被組裝H角形的中 也與該組裝基準H角形之間的距離來輸出間隙偏差數組。在本實施例中，間隙計算模塊105 計算被組裝面上的每一個被組裝H角形的中也到其對應的組裝基準H角形的距離，作為其 間隙的距離偏差值，并將每一個距離值存入一個間隙偏差數組devs內。
[0034] 步驟S26,間隙計算模塊105根據所述間隙偏差數組計算產品組裝間隙的平均值、 最大值、最小值W及標準偏差值。在本實施例中，所述的平均值等于距離偏差數組devs所 有值的加總除W數組長度，最大值等于距離偏差數組devs內最大的一個值，最小值等于距 離偏差數組devs內最小的一個值，標準偏差值=(x-另2 -：〇,其中X為平均值，n 為數組長度。
[00巧]步驟S27,色彩分析模塊106根據所述間隙偏差數組與對應的H角形編號采用顏 色公差帶將基準面H角形的每一個網格標示顏色，并在顯示設備11上顯示產品組裝間隙 的H維偏差分析圖。在本實施例中，所述的顏色公差帶是客戶定義的用于標示產品組裝間 隙公差的顏色指示標準。參考圖6所示，是采用顏色公差帶在基準面上標示產品組裝間隙 的H維偏差分析圖。同理，色彩分析模塊106也可W根據間隙偏差數組與對應的H角形編 號采用顏色公差帶將被組裝H角形的每一個網格進行顏色標示。
[0036] 參考圖5所示，是圖2中步驟S23的細化流程圖。在本實施例中，組裝模擬模塊103 根據最小二乘法迭代當前組裝面的點云相對于被組裝面H角形的最佳位置，并采用擬牛頓 解非線性方程式計算出當前組裝面的所有點到被組裝面H角形距離平方和的平均最小值。
[0037] 步驟S231，用戶輸入迭代初始參數，該迭代初始參數包括迭代公差化nX (例如公 差設為0. 2)和每次迭代時需移動的步長D (例如步長設為0. 1)。
[0038] 步驟S232,組裝模擬模塊103計算迭代函數值f(x)。在本實施例中， f(X)=''!^ 公+(.v2 - .i;l)2 (z2-zl)2 )2 / 打，其中，（xl, yl, zl)為組裝面上每個點 的H維坐標，（x2, y2, z2)為被組裝面每個H角形的中也坐標。
[0039] 步驟S233,組裝模擬模塊103判斷迭代函數值f(x)是否小于迭代公差化nX。若 迭代函數值f (X)不小于迭代公差化nX，則流程執行步驟S234 ;若迭代函數值f (X)小于迭 代公差化nX，則結束執行迭代算法。
[0040] 步驟S234,組裝模擬模塊103計算迭代函數值f(x)處向負方向遞減的Sk值。當 迭代函數f(X)處下降方向Sk是指函數向負方向遞減，此時迭代函數值f(X)為負數，即為 此處迭代函數值f(X)為Sk。
[0041] 步驟S235,組裝模擬模塊103判斷迭代函數值f(x)是否有sk值。若迭代函數值 f(x)有Sk值，則流程執行步驟S236;若迭代函數值f(x)沒有Sk值，則結束執行迭代算法。
[0042] 步驟S236,組裝模擬模塊103將迭代函數移一個步長D，即計算f (X+1) =f (X) +1D 得到迭代函數下一個函數值f (x+1)。
[0043] 步驟S237,組裝模擬模塊103判斷函數值f (x+1)是否小于函數值f(x);若函數值 f (X+1是小于函數值f (X)，則流程執行步驟S234 ;若函數值f (X+1)是不小于函數值f (X)， 則流程返回步驟S236。
[0044] W上實施例僅用W說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照W上較佳實施例對 本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可w對本發明的技術方案進行 修改或者等同替換都不應脫離本發明技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1. 一種產品組裝間隙H維分析系統，運行于計算機中，該計算機連接有光學H維掃描 儀，其特征在于，該產品組裝間隙H維分析系統包括： 點云掃描模塊，用于通過光學H維掃描儀針對產品組裝間隙部分進行點云掃描得到產 品間隙點云； 點云H角化模塊，用于根據點云H角形化后的H角形外接圓內沒有點的原則W及曲面 局部曲率一致原則，再通過包圍盒切割點云快速找臨近點的方法，對所述的產品間隙點云 進行H角形網格化； 組裝分面模塊，用于根據產品間隙點云指定組裝間隙，在組裝間隙區域內循環指定每 個點云的H角形，根據相鄰H角形向量相對原則針對產品點云間隙的部分自動分面，W及 將一面標示為組裝基準H角形，將其對面標示為被組裝H角形； 間隙計算模塊，用于W組裝基準H角形為參考面，計算被組裝H角形的中也與該組裝 基準H角形之間的距離來輸出間隙偏差數組；W及 色彩分析模塊，用于根據所述間隙偏差數組與對應的H角形編號采用顏色公差帶將基 準面H角形的每一個網格標示顏色，W及在顯示設備上顯示產品組裝間隙的H維偏差分析 圖。
2. 如權利要求1所述的產品組裝間隙H維分析系統，其特征在于，所述的間隙計算模 塊還用于根據所述間隙偏差數組計算產品組裝間隙的平均值、最大值、最小值W及標準偏 差值。
3. 如權利要求1所述的產品組裝間隙H維分析系統，其特征在于，所述的產品間隙部 分是未組裝的兩個零件之間的產品間隙部分或者是已組裝好的產品間隙部分。
4. 如權利要求3所述的產品組裝間隙H維分析系統，其特征在于，該系統還包括組裝 模擬模塊，如果當前掃描的產品間隙部分是所述未組裝的兩個零件之間的產品間隙部分， 則所述組裝模擬模塊通過執行最小二乘法迭代算法對兩個零件進行模擬裝配，并輸出裝配 好的產品間隙點云。
5. 如權利要求4所述的產品組裝間隙H維分析系統，其特征在于，所述的執行最小二 乘法迭代算法包括步驟： (a) 輸入迭代初始參數，該迭代初始參數包括迭代公差化nX和每次迭代時需移動的步 長D; (b) 計算迭代函數值
其中， (XI，yl，zl)為組裝面上每個點的H維坐標，（x2, y2, z2)為被組裝面每個H角形的中也坐 標； (C)判斷迭代函數值f (X)是否小于迭代公差化nX ; (d) 若迭代函數值f(x)不小于迭代公差化nX，則計算迭代函數值f(x)處向負方向遞 減的Sk值，若迭代函數值f (X)小于迭代公差化nX，則結束執行迭代算法； (e) 判斷迭代函數值f(x)是否有Sk值； (f) 若迭代函數值f(x)有Sk值，則計算f(x+l)=f(x) + |D|得到迭代函數下一個函數值 f (X+1)，若迭代函數值f (X)沒有Sk值，則結束執行迭代算法； (g) 判斷函數值f(x+l)是否小于函數值f(x);
(h)若函數值f (X+1)是小于函數值f (X)，則循環執行步驟（d)至（h);若函數值f (x+1) 是不小于函數值f (X)，則循環執行步驟（f)至（g)。
6. -種產品組裝間隙H維分析方法，應用于計算機中，該計算機連接有光學H維掃描 儀，其特征在于，該方法包括步驟： 通過光學H維掃描儀針對產品組裝間隙部分進行點云掃描得到產品間隙點云； 根據點云H角形化后的H角形外接圓內沒有點的原則W及曲面局部曲率一致原則，再 通過包圍盒切割點云快速找臨近點的方法，對所述的產品間隙點云進行H角形網格化； 根據產品間隙點云指定組裝間隙，在組裝間隙區域內循環指定每個點云的H角形，根 據相鄰H角形向量相對原則針對產品點云間隙的部分自動分面，并將一面標示為組裝基準 H角形，將其對面標示為被組裝H角形； W組裝基準H角形為參考面，計算被組裝H角形的中也與該組裝基準H角形之間的距 離來輸出間隙偏差數組；W及 根據所述間隙偏差數組與對應的H角形編號采用顏色公差帶將基準面H角形的每一 個網格標示顏色，W及在顯示設備上顯示產品組裝間隙的H維偏差分析圖。
7. 如權利要求6所述的產品組裝間隙H維分析方法，其特征在于，該方法還包括步驟： 根據所述間隙偏差數組計算產品組裝間隙的平均值、最大值、最小值W及標準偏差值。
8. 如權利要求6所述的產品組裝間隙H維分析方法，其特征在于，所述的產品間隙部 分是未組裝的兩個零件之間的產品間隙部分或者是已組裝好的產品間隙部分。
9. 如權利要求8所述的產品組裝間隙H維分析方法，其特征在于，該方法還包括步驟： 如果當前掃描的產品間隙部分是所述未組裝的兩個零件之間的產品間隙部分，則通過執行 最小二乘法迭代算法對兩個零件進行模擬裝配，并輸出裝配好的產品間隙點云。
10. 如權利要求9所述的產品組裝間隙H維分析方法，其特征在于，所述的執行最小二 乘法迭代算法包括步驟： (a) 輸入迭代初始參數，該迭代初始參數包括迭代公差化nX和每次迭代時需移動的步 長D; (b) 計算迭代函數值
其中， (XI，yl，zl)為組裝面上每個點的H維坐標，（x2, y2, z2)為被組裝面每個H角形的中也坐 標； (C)判斷迭代函數值f (X)是否小于迭代公差化nX ; (d) 若迭代函數值f(x)不小于迭代公差化nX，則計算迭代函數值f(x)處向負方向遞 減的Sk值，若迭代函數值f (X)小于迭代公差化nX，則結束執行迭代算法； (e) 判斷迭代函數值f(x)是否有Sk值； (f) 若迭代函數值f(x)有Sk值，則計算f(x+l)=f(x) + |D|得到迭代函數下一個函數值 f (X+1)，若迭代函數值f (X)沒有Sk值，則結束執行迭代算法； (g) 判斷函數值f(x+l)是否小于函數值f(x); (h) 若函數值f (x+1)是小于函數值f(x)，則循環執行步驟（d)至（h);若函數值f (x+1) 是不小于函數值f (X)，則循環執行步驟（f)至（g)。
【文檔編號】G01B11/14GK104422396SQ201310385308
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】張旨光, 吳新元 申請人:鴻富錦精密工業（深圳）有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
