CN117237976A - 一种基于cad图纸解析的全自动影像测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，涉及精密测量技术领域，具体步骤为：具体步骤为：获取待测工件的3D模型文件与2D标注文件；对2D标注文件进行解析，获得待测工件的标注信息；将待测工件的标注信息映射到3D模型，获得带有标注信息的3D模型；在带有标注信息的3D模型上选取待测元素，根据待测元素在3D模型上的位置，调整影像仪的光源与光照强度；利用影像仪识别待测元素的轮廓线，并进行测量，生成工件测量报告；本发明可快速完成工件的测量，从而提高测量效率，节省人工与时间。
Description
技术领域
本发明涉及精密测量技术领域，更具体的说是涉及一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法。
背景技术
传统的手工测量，如用卡尺、千分尺、塞规、量块、专用量具等测量零件时，往往效率低、耗时长、测量结果不稳定因素多，且投入的人力成本高，同时随着自动化测量要求与技术的提升，以及对工件品控要求提升，影像测量正逐渐取代大部份的传统手工测量，成为常用的检测手段之一。
然而目前的影像测量仪需要人工框选边线模版后，才能后续的测量，这个过程也叫“手工建测量模版”。以基恩仕IM-8000图像尺寸闪测仪为例，在测量一个或一组新的工件时，要先调节镜头高度、倍率、光照，使最终呈现的图像高晰，易辨别，有明显的边缘轮廓，然后人工框选边线，这些边线代表的是零件内、外轮廓，最终也是反应出来的是零件的尺寸。对一组相同的零件，只需要对第一个测量的零件做手工测量模板，基恩仕IM-8000影像测量仪能保存模板，并能套用在后续相同的零件上，不需要对每个零件都做手工建测量模版。
但即便如此，面对生产企业内的种类多，更换频率高，形态复杂的零件，尤其是消费需求让企业变化，加工件的产量不大，但是品类很多，哪怕对一组相同零件的首样做手工建测量模版，都要花费很多的时间与精力。例如：汽车的发动机外壳，其形状复杂，轮廓线繁多，一般对于这类零件，手工建测量模版的时间在总检验时间的85％，而后期的测量时间只占总时间的15％。
为解决上述手工建测量模版效率低的问题，新的研究方向是CAD自动转换测量模版取代人工框选边线，用强大的算法与影像***结合，根据零件的3D模型与2D尺寸图纸，可以自动生成测量模版，从而节省大量的建测量模版时间。目前针对平面CAD图纸已经有一些实现自动测量的方案设备，自动影像仪给测量带来了极大方便，然而其测量需要人工编辑测量点位，该过程，占据了大多数时间(90％的人工时间都在创建模板)。但是，针对立体工件，目前尚无根据CAD自动影像测量模板生成方案。
因此，如何提高自动测量的准确度与效率是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，本发明通过对CAD文件的解析，读取文件内构成工件的视图边线，识别视图边线，并通过旋转、缩放等一系列操作，最终使视图与影像内的工件图案对应，完成全自动测量模板的生成，以解决测量中的最为消耗时间，精力的部分。同时本发明能读取CAD文件内标注的尺寸、公差等信息，并以其为依据，判断被测工件的尺寸能否与标注的尺寸一致，或在其公差范围内。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，具体步骤为：
获取待测工件的3D模型文件与2D标注文件；
对2D标注文件进行解析，获得待测工件的标注信息；
将待测工件的标注信息映射到3D模型，获得带有标注信息的3D模型；
在带有标注信息的3D模型上选取待测元素，根据待测元素在3D模型上的位置，调整影像仪的光源与光照强度；
利用调整后的影像仪采集待测工件上待测元素位置图像，并进行测量，生成工件测量报告。
优选的，3D模型文件为STEP格式，2D标注文件为DWG格式。
优选的，对2D标注文件进行解析的过程为：：将DWG格式的2D标注文件转换成DXF格式，扫描DXF格式的2D标注文件，解析2D标注文件中的Dimension Style表，提取得到所有的标注信息，提取得到所有的标注信息。
优选的，所述标注信息包括待测工件的尺寸标准值与公差信息。
优选的，将标注信息映射到3D模型之前的过程为：
对3D模型进行6个方向的投影，得到6个投影视图，分别为前视图、后视图、左视图、右视图、上视图、下视图；一般情况下，2D标注文件上有1-6个2D视图；
将3D模型的6个投影视图分别与2D标注文件的若干个2D视图进行匹配对比，计算每个投影视图与每个2D视图的相似度，选取与每个投影视图相似度最高的2D视图，与对应的投影视图建立映射关系；
根据映射关系，将2D视图中的标注信息映射到对应的投影视图中，获得带有标注信息的3D模型。
优选的，将2D视图中的标注信息映射到3D模型的过程为：
识别当前的2D视图上的标注信息，确认每条标注信息在2D视图上所对应的边线；
将2D视图中的边线与3D模型上的面或线进行映射，获得边线映射关系；2D视图的线对应在3D模型上，可能是线，也可能是面；
根据边线映射关系，将3D模型的所有面或线标注上对应的标注信息。
优选的，生成工件测量报告的具体过程为：
在带有标注信息的3D模型上选取待测元素，根据待测元素相对于3D模型的位置确定投影面，保证在所述投影面能够测量待测元素；
采用Ray Tracing算法对3D模型进行光照分析，对3D模型表面上的每个像素点都做光路的反射和折射计算，得到像素计算结果，合并所有像素计算结果，获得光照模拟图，根据光照模拟图，得到模拟光源信息，模拟光源信息包括模拟光照的高度位置、角度、亮度；
根据模拟光源信息调整影像仪的光源，利用影像仪拍摄待测工件的图像，并在图像上生成选取框，自动框选待测元素，对待测元素进行边缘提取，识别出待测元素的边缘轮廓，并对边缘轮廓进行测量，将测量结果生成工件测量报告。
优选的，选取框的尺寸比待测元素大一定预设阈值；选取框的位置与待测元素相近，大小比待测元素略大，目的是把待测元素包裹其中。
优选的，影像仪有三个光源，分别是底部的平行光源，中间的同轴光源和顶部的轮廓光源。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，具体步骤为：获取待测工件的3D模型文件与2D标注文件；对2D标注文件进行解析，获得待测工件的标注信息；将待测工件的标注信息映射到3D模型，获得带有标注信息的3D模型；在带有标注信息的3D模型上选取待测元素，根据待测元素在3D模型上的位置，调整影像仪的光源与光照强度；利用影像仪识别待测元素的轮廓线，并进行测量，生成工件测量报告。本发明可快速完成工件的测量，从而提高测量效率，节省人工与时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的待测工件的3D模型文件；
图2附图为本发明提供的待测工件的2D标注文件；
图3附图为本发明提供的待测工件的带有标注信息的3D模型结构图；
图4附图为本发明提供的测量方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例公开了一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，具体步骤为：
获取待测工件的3D模型文件与2D标注文件；3D模型文件可以为STEP格式，2D标注文件可以为DWG格式，图1为待测工件的3D模型文件，图2为待测工件的2D标注文件。
对2D标注文件进行解析，获得待测工件的标注信息；对2D标注文件进行解析的过程为：将DWG格式的2D标注文件转换成DXF格式，扫描DXF格式的2D标注文件，解析2D标注文件中的扫描DXF，解析DXF中的Dimension Style表，提取得到所有的标注信息；所述标注信息包括待测工件的尺寸标准值与公差信息。
将待测工件的标注信息映射到3D模型，获得带有标注信息的3D模型，图3为带有标注信息的3D模型结构图，具体过程为：
对3D模型进行6个方向的投影，得到6个投影视图，分别为前视图、后视图、左视图、右视图、上视图、下视图；一般情况下，2D标注文件上有1-6个2D视图；
将3D模型的6个投影视图分别与2D标注文件的若干个2D视图进行匹配对比，计算每个投影视图与每个2D视图的相似度，选取与每个投影视图相似度最高的2D视图，与对应的投影视图建立映射关系；
根据映射关系，将2D视图中的标注信息映射到对应的投影视图中，获得带有标注信息的3D模型。
具体的，将2D视图中的标注信息迁移到3D模型，具体过程为：
识别当前的2D视图上的标注信息，确认每条标注信息在2D视图上所对应的边线；
将2D视图中的边线与3D模型上的面或线进行映射，获得边线映射关系；2D视图的线对应在3D模型上，可能是线，也可能是面；
根据边线映射关系，将3D模型的所有面或线标注上对应的标注信息。
在带有标注信息的3D模型上选取待测元素，根据待测元素在3D模型上的位置，调整影像仪的光源与光照强度；利用影像仪识别待测元素的轮廓线，并进行测量，生成工件测量报告，具体过程为：
在带有标注信息的3D模型上选取待测元素，根据待测元素相对于3D模型的位置确定投影面，保证在所述投影面能够测量待测元素；
采用Ray Tracing算法对3D模型进行光照分析，对3D模型表面上的每个像素点都做光路的反射和折射计算，得到像素计算结果，合并所有像素计算结果，获得光照模拟图，根据光照模拟图，得到模拟光源信息，模拟光源信息包括模拟光照的高度位置、角度、亮度；
根据模拟光源信息调整影像仪的光源，利用影像仪拍摄待测工件的图像，并在图像上生成选取框，自动框选待测元素，对待测元素进行边缘提取，识别出待测元素的边缘轮廓，并对边缘轮廓进行测量，将测量结果生成工件测量报告。
具体的，Ray Tracing(光线追踪)算法，可以很好的模拟光在传播过程中发生的反射、折射、散射等现象，使得物体的材质属性得到很好的表现。
具体的，选取框的尺寸比待测元素大一定预设阈值；选取框的位置与待测元素相近，大小比待测元素略大，目的是把待测元素包裹其中。
具体的，影像仪有三个光源，分别是底部的平行光源，中间的同轴光源和顶部的轮廓光源。
传统的影像测量需要人工标注测量点位，占测量的一大部分时间与人工，手工建测量模板会花费大部份的人工与时间，往往效率不高；为了提高效率，节省人工与时间，本发明着重于CAD图纸的解析，并根据解析的结果，自动生成测量模版，即可快速完成工件的测量，从而提高效率，节省人工与时间。利用我们的方案可以节约人工，节约时间。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，其特征在于，具体步骤为：
获取待测工件的3D模型与2D标注文件；
对2D标注文件进行解析，获得待测工件的标注信息；
将待测工件的标注信息映射到3D模型，获得带有标注信息的3D模型；
在带有标注信息的3D模型上选取待测元素，根据待测元素在3D模型上的位置，调整影像仪的光源与光照强度；
利用调整后的影像仪采集待测工件上待测元素位置图像，并进行测量，生成工件测量报告。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，其特征在于，3D模型图文件为STEP格式，2D标注文件为DWG格式。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，其特征在于，对2D标注文件进行解析的过程为：将DWG格式的2D标注文件转换成DXF格式，扫描DXF格式的2D标注文件，解析2D标注文件中的Dimension Style表，提取得到所有的标注信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，其特征在于，所述标注信息包括待测工件的尺寸标准值与公差信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，其特征在于，将标注信息映射到3D模型之前的过程为：
对3D模型进行6个方向的投影，得到6个投影视图；
将3D模型的6个投影视图分别与2D标注文件的若干个2D视图进行匹配对比，计算每个投影视图与每个2D视图的相似度，选取与每个投影视图相似度最高的2D视图，与对应的投影视图建立映射关系；
根据映射关系，将2D视图中的标注信息映射到对应的投影视图中，获得带有标注信息的3D模型。
6.根据权利要求5所述的一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，其特征在于，将2D视图中的标注信息映射到3D模型的过程为：
识别当前的2D视图上的标注信息，确认每条标注信息在2D视图上所对应的边线；
将2D视图中的边线与3D模型上的面或线进行映射，获得边线映射关系；
根据边线映射关系，将3D模型的所有面或线标注上对应的标注信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，其特征在于，生成工件测量报告的具体过程为：
在带有标注信息的3D模型上选取待测元素，根据待测元素相对于3D模型的位置确定投影面；
采用Ray Tracing算法对3D模型进行光照分析，得到模拟光源信息，模拟光源信息包括模拟光照的高度位置、角度、亮度；
根据模拟光源信息调整影像仪的光源，利用影像仪拍摄待测工件的图像，并在图像上生成选取框，自动框选待测元素，对待测元素进行边缘提取，识别出待测元素的边缘轮廓，并对边缘轮廓进行测量，将测量结果生成工件测量报告。
8.根据权利要求7所述的一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，其特征在于，选取框的尺寸比待测元素大一定预设阈值。
9.根据权利要求7所述的一种基于CAD图纸解析的全自动影像测量方法，其特征在于，影像仪有三个光源，分别是底部的平行光源，中间的同轴光源和顶部的轮廓光源。
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