CN102507872B - 一种基于等效周长的球面缺陷扫描方法 - Google Patents

一种基于等效周长的球面缺陷扫描方法 Download PDF

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本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种将等效周长作为球面与平面拓扑等价变换关系的球面缺陷高效率保熵遍历扫描方法。本发明包括球面半径R归一化，设扫描器在球面的扫描面半径为r的圆形区域，方位角θ为扫描器自转时旋转的角度，标定扫描初始时刻方位角θ＝0°，标定经过球心的水平面为初始平面，俯仰角为球心和扫描面圆心的连线与初始平面的夹角；将球面根据设定的扫描器俯仰角区间划分为三段线性扫描区域，以不同的角度进行扫描。该方法提高了扫描效率，避免了漏检及等效码间干扰等现象。

Description

一种基于等效周长的球面缺陷扫描方法
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种球面缺陷的高效率保熵遍历扫描方法。
背景技术
球体表面缺陷的检测在很多场合是非常必要的。高效率保熵遍历的球面遍历扫描方法是非常值得研究的。
目前球面的遍历扫描主要方法都可抽象为方位角与俯仰角等步进逐点扫描的数学模型，这种方式抽象地利用了扫描器在球面的扫描面积无限小，因此逐点扫描可以完成遍历扫描。然而实际上扫描器在球面具有一定的扫描面积，随着扫描俯仰角的增大，扫描器扫描一周的点数是不变的，这样会引起在较大俯仰角下扫描点的重叠，扫描效率较低。从信息论的角度分析，将等步进逐点扫描等效为等步长编码方式，随着俯仰角的增大，等步进逐点扫描产生的扫描冗余信息也增多，等效为会产生码间干扰，这样既降低了效率又可能产生扫描的误判。
来新民在《中国机械工程》第11卷第7期777-781页的“自由曲面逆向工程系统的研究”是与本发明最接近的现有技术，其公开了一种自由曲面逆向工程系统的研究，包括“为提高采样效率，本文采用曲线的等曲率外插法。等曲率外插是使外插点的曲率等于当前点的曲率，见图2，平面曲线……数字化平面间采样步长的确定方法与之类似。”该技术是对散乱数据点拟合以逆向重构曲面，方法需要对采样点计算该点的曲率，用以确定下一采样步进，进而选取下一采样点，而每进行一次采样均需做一次极限运算求得采样点曲率，这样在很大程度上造成资源浪费，增加运行时间。该方法对散乱数据点逆向重构曲面，而散乱数据点极有可能是不连续的即不存在曲率，导致无法计算采样步进，进而可能使得曲面重构失败。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效率保熵的球面缺陷遍历扫描方法。
为实现本发明的目的，该方法将待测球面半径R归一化，设球心处扫描器在球面的扫描面为半径为r的圆形区域，方位角θ为扫描器自转时旋转的角度，标定扫描初始时刻方位角θ=0°，标定经过球心的水平面为初始平面，俯仰角为球心和扫描面圆心的连线与初始平面的夹角，包括如下步骤：
（1）将扫描器扫描的俯仰角区间划分为三段线性扫描区域，分别为俯仰角
Figure GDA0000457489240000022
区间，区间，区间；
（2）用扫描器对三段扫描区域进行扫描，其中
Figure GDA0000457489240000025
区间内扫描器以
Figure GDA0000457489240000026
步进，同一俯仰角度下方位角步进为Δθ=1.72r对球面进行扫描；
Figure GDA0000457489240000027
区间内扫描器以
Figure GDA0000457489240000028
步进，同一俯仰角度下方位角步进为
Figure GDA0000457489240000029
对球面进行扫描；
Figure GDA00004574892400000210
区间内扫描器以步进，同一俯仰角度下方位角步进为
Figure GDA00004574892400000212
对球面进行扫描。
本发明包括：用扫描器对三段扫描区域进行扫描是用一台扫描器按俯仰角步进顺序进行线性遍历扫描。
本发明还包括：用扫描器对三段扫描区域进行扫描是用至少两台扫描器，同时进行不同扫描区域内的线性遍历扫描。
本发明的有益效果在于：本发明利用等效周长建立在拓扑空间中球面与平面的等价变换关系，将球面扫描转换为平面扫描。在平面扫描内进行分析，从信息论的角度出发，将球面面积的平面度量SR等效为信源熵，扫描器逐点扫描过程等效为信源编码，扫描总面积的平面度量S等效为编码后最大可能的熵，从而在熵不丢失的前提下给出减小传统的球面缺陷等步进逐点扫描剩余度的高效率球面遍历扫描方法。
本发明将球面扫描过程等效为编码过程，从而确保扫描过程是保熵的且遍历的。利用等效周长将球面扫描等效为平面扫描，并实行分段式扫描，以保证对球面的高效率扫描。二者的相互结合，避免了由于过分追求遍历扫描而引起的高剩余度低扫描效率，以及产生的等效码间干扰，同时也避免了由于过分追求高效率扫描而忽略了扫描的遍历性引起球面的漏检。
本发明所提出的球面扫描方法是利用等效周长将球面扫描等效为平面扫描，采用低损耗的扫描编排方式来确定俯仰角的扫描步进，最大限度的避免在俯仰角上的扫描重叠，并划分不同的俯仰角扫描区间，采用不同的方位角步进方法将整个扫描过程分为多段线性扫描区，从而完成球面的遍历扫描。从信息论的角度来考虑，球面扫描过程可等效为编码过程，随着扫描俯仰角的变化，扫描方位角的增量根据等效周长的变化而改变，在俯仰角增大时，采取变步长编码方法，实际等效为减小了方位角扫描范围，从而降低扫描冗余，避免等效的码间干扰，提高遍历扫描的效率。
附图说明
图1为球面扫描示意图；
图2为基于等效周长的球面到平面扫描变换示意图；
图3为低损耗扫描编排示意图；
图4为基于等效周长的球面变步长扫描区域示意图。
具体实施方式
下面对本发明具体技术方案作进一步说明。
拓扑空间中，球面与平面是非拓扑等价的，以半球面为例，利用等效周长建立球面与平面的等价变换关系将球面展开到平面中，如说明书附图图2所示。建立俯仰角
Figure GDA0000457489240000032
等效方位角Equivalentθ坐标系，随着俯仰角的增大，实际等效为减小了方位角的范围，二者关系方程为：
Figure GDA0000457489240000031
该曲线与等效方位角Equivalentθ轴围成的面积即为半球面的表面积，即其平面度量SR=2π，折线与Equivalentθ轴围成的矩形面积为等步进球面扫描的总面积的平面度量SU=π2/2，则等步进扫描策略的扫描剩余度为E=1-SR/SU=0.363。
用折线分段依次逼近该曲线，按照该折线方程将球面的俯仰角区间分为多个线性区间，可以大大降低等步进扫描策略带来的扫描剩余度。以将俯仰角划分为三段线性区间为例，则折线方程为：
Figure GDA0000457489240000042
则俯仰角
Figure GDA0000457489240000043
的划分区间为：
Figure GDA0000457489240000044
此时该折线与等效方位角Equivalentθ轴围成的面积积分后为SE=6.414，则扫描剩余度为E′=1-SR/SE=0.0204。
本发明的关键是将俯仰角划分为几个区间，并确定各个区间内方位角的步进，以达到对球面缺陷的高效率保熵遍历扫描。
下面结合附图4，以将整个扫描过程分为三段线性扫描区举例对本发明做更详细地描述：
图4是基于等效周长的球面变步长扫描区域示意图，其中曲线与Equivalentθ轴围成的面积为利用等效周长将球面展开的平面度量SR=2π，折线与Equivalentθ轴围成的面积为变步长球面扫描总面积的平面度量SE=6.414。
将一个球面扫描器安置在球心处，球面半径R归一化，假设扫描器在球面的扫描半径为r=0.005的圆形区域，标定扫描初始方位角θ=0°，调整俯仰角
Figure GDA0000457489240000045
其中俯仰角的步进采用低损耗扫描编排方式，可以完成遍历扫描且能最大限度的避免在俯仰角上的扫描重叠；
1.俯仰角为区间内，以
Figure GDA0000457489240000047
步进，同一俯仰角度下方位角步进为
Δθ=0.0172≈1.0°
完成球面缺陷的遍历扫描；
2.俯仰角为区间内，以
Figure GDA0000457489240000049
步进，同一俯仰角度下方位角步进为
Figure GDA0000457489240000051
完成球面缺陷的遍历扫描；
3.俯仰角为
Figure GDA0000457489240000052
区间内，以
Figure GDA0000457489240000053
步进，同一俯仰角度下方位角步进为
完成球面缺陷的遍历扫描；
本发明提出的线性扫描区变步长扫描方法的扫描剩余度很小E=1-SR/SE=0.0204，等步进扫描方法的扫描剩余度E′=1-SR/SU=0.363。

Claims (3)

1.一种基于等效周长的球面缺陷扫描方法，将待测球面半径R归一化，设球心处扫描器在球面的扫描面是半径为r的圆形区域，方位角θ为扫描器自转时旋转的角度，标定扫描初始时刻方位角θ＝0°，标定经过球心的水平面为初始平面，俯仰角
Figure FDA0000105390270000011
为球心和扫描面圆心的连线与初始平面的夹角，其特征是，包括如下步骤：
(1)将扫描器扫描的俯仰角区间划分为三段线性扫描区域，分别为俯仰角
Figure FDA0000105390270000012
区间，
Figure FDA0000105390270000013
区间，
Figure FDA0000105390270000014
区间；
(2)用扫描器对三段扫描区域进行扫描，其中
Figure FDA0000105390270000015
区间内扫描器以步进，同一俯仰角度下方位角步进为Δθ＝1.72r对球面进行扫描；
Figure FDA0000105390270000017
区间内扫描器以步进，同一俯仰角度下方位角步进为
Figure FDA0000105390270000019
对球面进行扫描；
Figure FDA00001053902700000110
区间内扫描器以
Figure FDA00001053902700000111
步进，同一俯仰角度下方位角步进为对球面进行线性遍历扫描。
2.根据权利要求1所描述的一种基于等效周长的球面缺陷扫描方法，其特征是：所述的用扫描器对三段扫描区域进行扫描是用一台扫描器按俯仰角步进顺序进行线性遍历扫描。
3.根据权利要求1所描述的一种基于等效周长的球面缺陷扫描方法，其特征是：所述的用扫描器对三段扫描区域进行扫描是用至少两台扫描器，同时进行不同扫描区域内的线性遍历扫描。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4341198A1 (de) * 1993-12-03 1995-06-08 Rossendorf Forschzent Vorrichtung zur meridionalen Abtastung von Kugeloberflächen
CN1193728A (zh) * 1998-01-21 1998-09-23 浙江大学 激光双焦干涉球面轮廓仪
CN1450348A (zh) * 2002-04-10 2003-10-22 常州华盛天龙机械有限公司 钢球无损检测装置
CN1534288A (zh) * 2003-03-31 2004-10-06 冼文基 球面扫描装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050031188A1 (en) * 2003-08-10 2005-02-10 Luu Victor Van Systems and methods for characterizing a sample
GB2421719B (en) * 2004-12-30 2008-07-02 Fmc Technologies Conveying conformable products

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4341198A1 (de) * 1993-12-03 1995-06-08 Rossendorf Forschzent Vorrichtung zur meridionalen Abtastung von Kugeloberflächen
CN1193728A (zh) * 1998-01-21 1998-09-23 浙江大学 激光双焦干涉球面轮廓仪
CN1450348A (zh) * 2002-04-10 2003-10-22 常州华盛天龙机械有限公司 钢球无损检测装置
CN1534288A (zh) * 2003-03-31 2004-10-06 冼文基 球面扫描装置

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RENISHAW数字化扫描系统;张曙;《机电一体化》;19960131;10－15 *
张曙.RENISHAW数字化扫描系统.《机电一体化》.1996,10－15.
来新民.自由曲面逆向工程系统的研究.《中国机械工程》.2000,第11 卷(第7 期),777－781.
自由曲面逆向工程系统的研究;来新民;《中国机械工程》;20000731;第11 卷(第7 期);777－781 *
逆向工程中自由曲面的数据处理与误差补偿研究;鞠华;《中国博士学位论文数据库》;20031231;全文 *
鞠华.逆向工程中自由曲面的数据处理与误差补偿研究.《中国博士学位论文数据库》.2003,全文.

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