CN109298834A - 数据存储结构和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种存储代表点云的数据集的方法，所述方法包括：在数字存储器中创建阵列，所述阵列具有通过引用至少一个索引能够寻址的单元，其中，所述至少一个索引中的每一个与所述点云内的几何位置的具有预定的对应关系；以及在所述单元的每一个中存储所述数据集的值。

Description

数据存储结构和方法
技术领域
本发明大体上涉及数据存储，并且更具体地涉及用于大量几何数据的数据存储的结构和方法。
背景技术
各种工业和技术过程需要以点云对数据进行电子存储，点云定义为坐标系中的点的集合。点云通常用在必须存储大量的几何数据的情况中，例如，包括给2-D或3-D位置信息编制索引的数据。这些应用的实例包括数字视频处理数据、制造过程监测数据、坐标测量机(“CMM”)数据等。
这种几何数据的使用的一个特殊的实例是对增材制造过程的过程监测。增材制造是一种逐层构建材料以形成部件的过程。增材制造也被称为诸如“分层制造”、“反向加工”、“直接金属激光熔化”(DMLM)、“选择性激光烧结”(SLS)、立体光刻(SLA)和“3D打印”。出于本发明的目的，这些术语被视为同义词。
用于增材制造的一种过程监测使用光学传感器在工件的表面上的许多个别点生成熔池强度测量值。
在现有技术中，此点云数据通常以表格形式存储。在这种存储格式中，以熔池强度测量值作为实例，表的每一行存储数据的X位置、Y位置和整数值。这种表格格式的一个问题是需要不成比例地大量存储大的数据集。尽管计算机存储和处理能力已经普遍变得可用且不太昂贵，但其具有有限的极限，需要限制所需的存储量。
发明内容
通过使用阵列结构存储点云数据的方法，此问题得以解决。
根据本说明书中描述的技术的一个方面，一种存储代表点云的数据集的方法，所述方法包括：在数字存储器中创建阵列，所述阵列具有通过引用至少一个索引能够寻址的单元，其中，所述至少一个索引中的每一个与所述点云内的几何位置具有预定的对应关系；以及在所述单元的每一个中存储所述数据集的值。
根据本说明书中描述的技术的另一方面，一种存储代表点云的数据集的方法，所述方法包括：使用传感器从物理过程采集数据值，每个数据值对应于特定的几何位置，所述几何位置通过引用一个或多个物理坐标索引限定；用预定的标量乘数因子乘以所述一个或多个物理坐标索引中的每一个，以产生一个或多个阵列索引；在数字存储器中创建阵列，所述阵列具有通过引用所述一个或多个阵列索引能够寻址的单元；以及对于所述点云内的每个特定的几何位置，在所述阵列的对应单元中存储感测的数据值。
根据本说明书中描述的技术的另一方面，一种用于存储代表点云的数据集的数据结构，所述数据结构包括：阵列，所述阵列具有各自与物理值相关联的第一索引和第二索引；以及能够通过所述索引寻址的多个单元，每个单元包含所述数据集的值。
技术方案1.一种存储代表点云的数据集的方法，包括：在数字存储器中创建阵列，所述阵列具有通过引用至少一个索引能够寻址的单元，其中，所述至少一个索引中的每一个与所述点云内的几何位置具有预定的对应关系；以及在每个所述单元中存储所述数据集的值。
技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中，所述阵列包括与更多个物理维度对应的两个或两个以上的索引，其中，所述两个或两个以上的索引共同限定所述点云内的特定的几何位置。
技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其中，所述阵列包括与相互垂直的第一轴和第二轴对应的第一索引和第二索引。
技术方案4.根据技术方案1所述的方法，其中，所述至少一个索引被映射到数字存储器地址。
技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其中，存储在每个所述单元中的值是标量。
技术方案6.根据技术方案1所述的方法，还包括将物理维度乘以标量乘数因子，以确定所述至少一个索引的值。
技术方案7.根据技术方案1所述的方法，其中，所述点云代表物理制造过程。
技术方案8.根据技术方案1所述的方法，其中，所述点云代表增材制造过程。
技术方案9.一种存储代表点云的数据集的方法，包括：使用传感器从物理过程采集数据值，每个数据值对应于特定的几何位置，所述几何位置通过引用一个或多个物理坐标索引限定；将所述一个或多个物理坐标索引中的每一个乘以预定的标量乘数因子，以产生一个或多个阵列索引；在数字存储器中创建阵列，所述阵列具有通过引用所述一个或多个阵列索引能够寻址的单元；以及对于所述点云内的每个特定的几何位置，在所述阵列的对应单元中存储所感测的数据值。
技术方案10.根据技术方案9所述的方法，其中，所述阵列包括与更多个物理维度对应的两个或两个以上的索引，其中，所述两个或两个以上的索引共同限定所述点云内的特定的几何位置。
技术方案11.根据技术方案9所述的方法，其中，所述阵列包括与相互垂直的第一轴和第二轴对应的第一索引和第二索引。
技术方案12.根据技术方案9所述的方法，其中，所述一个或多个阵列索引被映射到数字存储器地址。
技术方案13.根据技术方案9所述的方法，其中，存储在每个所述单元中的值是标量。
技术方案14.根据技术方案9所述的方法，其中，感测的数据是从物理制造过程采集的。
技术方案15.根据技术方案9所述的方法，其中，感测的数据是从增材制造过程采集的。
技术方案16.一种用于存储代表点云的数据集的数据结构，包括：阵列，所述阵列具有各自与物理值相关联的第一索引和第二索引；以及能够通过所述索引寻址的多个单元，每个所述单元包含所述数据集的值。
技术方案17.根据技术方案16所述的数据结构，其存储在数字存储器中。
技术方案18.根据技术方案16所述的数据结构，还包括将所述索引与物理测量相关联的乘数。
附图说明
可参考以下结合附图做出的描述最佳理解本发明，在附图中：
图1是数据集的实施例的示意图，数据集代表与物理过程有关的感测信息；
图2是用于存储图1中所示的信息的现有技术的格式的示意图；
图3是根据本发明的一个方面用于存储图1所示的信息的示例性格式的示意图；以及
图4是示例性增材制造设备的截面示意图。
具体实施方式
参照附图，其中，相同的附图标记指示各个视图中的相同的元件，图1是数据集10的示意图，数据集10大体上代表物理实体或过程。例如，包含在数据集10中的数据可以是通过测量仪器所测量的值，由一个或多个传感器所感测的值，或者代表物理实体的工程数据，例如，工程绘图或计算机模型。所述图包括沿X轴线排列的用索引(即在此特定实施例中是值1到6)标记的许多个列。所述图还包括沿Y轴线排列的用索引(即在此实施例中是值1到6)标记的许多个行，Y轴线与X轴线相互垂直。所述图因此包括三十六个各个单元12，单元12可由成对的X、Y索引引用来引用。
每个单元12包含数据值14。例如，所述值可以是字母数字值、整数或长格式数字。在图示的实施例中，所述单元包含整数值。
出于解释目的，示出单元12中的十五个包含非零值的实施例(显示为空白的单元12可被认为是零或空值)。应注意，使用现有的压缩算法空值或零值是可高度压缩的；这是本说明书中描述的数据存储格式的优点。
图2是用于存储图1的图中所示的信息的现有技术的格式的示意图。该图是表16的可视表示，表16可存储在可操作地连接至计算装置的数字存储器中。
如本说明书中使用的术语“计算装置”包括具有可操作以执行编程指令的一个或多个处理器的任何设备，例如，主机计算机、小型计算机、微型计算机、便携式计算装置或微处理器。典型的计算装置包括中央处理单元(“CPU”)、数字存储器、电源和输入输出装置(例如显示器、键盘、鼠标)。
如本说明书中使用的术语“数字存储器”包括可操作以存储数字数据的任何结构或设备，不管底层的操作原理如何，例如是电子、磁还是光学。数字存储器装置的非限制性实施例包括RAM、ROM、闪存、磁或固态硬盘驱动器、光盘或磁带。
表16包含十六行18，对于每个非零值提供一行18。每一行18由地址标识，这里显示为简单的十六进制索引(即0x00到0x0F)。每一行18包含对于X位置、Y位置和对应的数据值的存储值。因此要理解在此实施例中，为了完全地表示数据集10，需要存储48个单独的值。
作为对比，图3是遵循本发明的一个方面的数据存储原理用于存储图1的图中所示的信息的示例性结构的示意图。该图是阵列20的可视表示，阵列20可存储在与计算装置关联的数字存储器中。
在这种格式中，物理位置通过引用被映射到与数字存储器结构内的存储器地址有关的索引。第一索引22(在此实施例中是列)对应于如上文描述的Y位置。第二索引24(在此实施例中是行)对应于如上文描述的X位置。
阵列20因此包括三十六个单独的单元26，单元26可被映射或通过成对的索引引用寻址。应理解，可使用其它坐标系(例如极坐标)。还应理解此数据存储格式适用于具有任何数目的维度的坐标系。
每个单元26存储一个数据值。在一个实施例中，所述值可以是例如字母数字值、整数或长格式数字。
在此实施例中，为了完全地表示数据集10，只需要存储36个单独的值(其中的一些是零或空)。
应理解，矩阵索引22、24的任意(例如整数)值不可能正好等于真实世界的物理维度。此问题通过提供标量乘数因子将任意行和列引用与真实世界的值相关来解决。所以例如，如果整数矩阵索引为1,2,3等，且物理间隔为0.1,0.2,0.3等，则乘数因子为0.1。
使用中，取决于数据是被存储还是被检索，物理间隔会被乘以标量乘数因子或其倒数(inverse)。
如上面提到的，此数据组织构思广义上适用于以点云存储数据的任何应用。其特别适用于数据与物理过程有关的过程(例如，测量值或感测值)。所述过程的一个示例性应用是与增材制造有关的数据存储，其实施例将在下面描述。
图4示意性图示已知类型的增材制造设备30。该设备包括工作台32、粉末供应34、涂覆机36、溢流容器38、由构建室42包围的构建平台40、定向能量源44和光束操控设备46，所述全部被外壳48包围。
使用设备30对工件W的基础构建过程的实施例如下。构建平台40位于工作台32下方选择的层增量处。使用粉末供应34和涂覆机36，然后将粉末“P”沉积在构建平台40上。
使用定向能量源44熔化正被构建的工件W的二维横截面或层。定向能量源44发射光束“B”，并且光束操控设备46用于以适当的模式在暴露的粉末表面上操控构建光束B的焦斑“S”。围绕焦斑S的粉末P的暴露层的一小部分在本说明书中称作“熔池”，其被构建光束B加热到允许其熔化、流动和固化的温度。此步骤可称作熔化粉末P。熔池以电磁光谱的已知部分辐射能量，此辐射能量的强度可用于温度测量。
构建平台40向下竖直移动层增量，粉末P的另一层以类似厚度施加。定向能量源44再次发射构建光束B，并且光束操控设备46用于以适当的模式在暴露的粉末表面上操控构建光束B的焦斑S。粉末P的暴露层被构建光束B加热到允许其熔化、流动，在顶层内并与下面的之前凝固的层固化的温度。移动构建平台40、施加粉末P接着导向熔化粉末P的能量的周期重复，直到完成整个工件W。
监测过程可被合并到如上面描述的构建过程中。大体上讲，监测过程包括使用一个或多个传感器测量在构建过程中生成的信号。可被测量的信息的非限制性实施例包括例如：设备30的各个运动部件的位移、位置、速度或加速度，由设备30生成的振动或声学信号，或者由设备30生成的电磁辐射，例如构建光束B或熔池的强度。
例如，图4图示设置在台12上并被配置成检测EM辐射的非接触传感器50。例如，传感器50可包括具有适当的EM带灵敏度的光电检测器或相机。传感器50只被用作示意性实施例，要理解下面描述的处理监测和数据存储可适用于其它类型的传感器，包括但不限于上面描述的任何其它传感器(例如，位移、位置、速度、加速度、振动或声学)。
传感器50可配备有以要求的空间分辨率测量信号的适当装置，例如，使用传感器的阵列，或者使用可被操控以将其视场设置在已知位置的一个或多个传感器。在图示的实施例中，使用传感器操控设备52将传感器50定向到暴露的粉末表面上的适当位置。
操作中，传感器50可操作以检测熔池辐射强度，并识别X-Y平面内强度测量的位置。从传感器50产生的数据例如包括对于每个离散的X-Y位置的强度值。例如，图1可代表感测的数据。
设备10的操作，包括例如粉末供应34、涂覆机36、构建平台40、定向能量源44和/或光束操控设备46的控制可由一个或多个计算装置控制。代表性计算装置54示意性示于图4中，单线指示与各个部件的操作连接(例如，数据和/或控制线)。这些连接可以是有线的或无线的。计算装置54可操作地连接至如上文描述的在56处示意性示出的数字存储器。
传感器信息可用于许多目的。例如，通过将感测的熔池强度与预定的熔池强度(例如，由过程设计意图或者通过分析确定的预期值确定)比较，其可用于质量控制。
可选择地，预定的熔池信息可用于设备10的操作的反馈控制。例如，来自传感器50的熔池强度值可与预定的熔池强度比较。可使用感测值和预定值的任何差来生成误差信号，该误差信号可在使用中被供给到设备10以调节设备10的操作。
在任一种情况下，使用上面描述的格式来自传感器50的数据可存储在数字存储器56中。更具体地，对于在具体层的X-Y平面中的每个特定位置的感测值可存储在如上面描述的阵列20的单元26的一个中。
本说明书中描述的点云数据存储格式相比现有技术的存储格式有几个优点。如在上面的实施例中描述的，其大大地降低了所需的存储空间量。关键特征是存储空间的降低是“无损失的”，即降低使用的数据存储量的过程并不会引入误差或数据的丢失，而已知的压缩算法则会。并不是“压缩”本身而是识别要优化数据的方法对捕获很重要。而且，如果期望数据存储空间的进一步降低，则此数据存储格式可与现有的和未来的压缩算法兼容。
前面已经描述了用于存储点云信息的结构和方法。在本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要和图)中所公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以任何组合形式组合，所述特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合除外。
除非另外明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求，摘要和附图)中公开的每个特征可以被用于相同、等同或相似目的的替代特征替代。因此，除非另有明确陈述，否则每个所公开的特征都仅是等同或相似特征的通用系列的一个实施例。
本发明并不限于前述实施例的任何细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中所公开的特征的任何新颖特征或新颖组合，或到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖步骤或任何新颖组合。

Claims (10)

1.一种存储代表点云的数据集的方法，包括：
在数字存储器中创建阵列，所述阵列具有通过引用至少一个索引能够寻址的单元，其中，所述至少一个索引中的每一个与所述点云内的几何位置具有预定的对应关系；以及
在每个所述单元中存储所述数据集的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阵列包括与更多个物理维度对应的两个或两个以上的索引，其中，所述两个或两个以上的索引共同限定所述点云内的特定的几何位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阵列包括与相互垂直的第一轴和第二轴对应的第一索引和第二索引。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个索引被映射到数字存储器地址。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括将物理维度乘以标量乘数因子，以确定所述至少一个索引的值。
6.一种存储代表点云的数据集的方法，包括：
使用传感器从物理过程采集数据值，每个数据值对应于特定的几何位置，所述几何位置通过引用一个或多个物理坐标索引限定；
将所述一个或多个物理坐标索引中的每一个乘以预定的标量乘数因子，以产生一个或多个阵列索引；
在数字存储器中创建阵列，所述阵列具有通过引用所述一个或多个阵列索引能够寻址的单元；以及
对于所述点云内的每个特定的几何位置，在所述阵列的对应单元中存储所感测的数据值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述阵列包括与更多个物理维度对应的两个或两个以上的索引，其中，所述两个或两个以上的索引共同限定所述点云内的特定的几何位置。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述阵列包括与相互垂直的第一轴和第二轴对应的第一索引和第二索引。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述一个或多个阵列索引被映射到数字存储器地址。
10.一种用于存储代表点云的数据集的数据结构，包括：
阵列，所述阵列具有各自与物理值相关联的第一索引和第二索引；以及
能够通过所述索引寻址的多个单元，每个所述单元包含所述数据集的值。
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