本(ben)發明涉(she)及共(gong)聚焦激光測量技術(shu)領(ling)域，特別是一種共(gong)聚焦激光測量方法。
背景技術：
現有共聚(ju)(ju)焦(jiao)技術僅能應用于(yu)光滑(hua)表(biao)(biao)(biao)(biao)面，而(er)在非(fei)光滑(hua)表(biao)(biao)(biao)(biao)面應用時(shi)(shi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)數據(ju)在與溯源基(ji)(ji)準(zhun)靜(jing)態比(bi)較時(shi)(shi)數據(ju)不等(deng)，因此，帶(dai)來基(ji)(ji)準(zhun)溯源誤(wu)差。其主要原因是非(fei)光滑(hua)表(biao)(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)粗糙度的(de)(de)影響，光斑直(zhi)徑(jing)太小，而(er)基(ji)(ji)準(zhun)球頭(tou)(tou)較大，在表(biao)(biao)(biao)(biao)面不光滑(hua)的(de)(de)情況下，兩者(zhe)數據(ju)形成差異。傳統探(tan)針是一個球頭(tou)(tou)，通常(chang)0.5-3mm不等(deng)，在測(ce)(ce)量(liang)(liang)時(shi)(shi)接(jie)(jie)觸面遠遠大于(yu)共聚(ju)(ju)焦(jiao)光點(dian)(dian)，在非(fei)光滑(hua)表(biao)(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)時(shi)(shi)，由于(yu)球頭(tou)(tou)接(jie)(jie)觸的(de)(de)點(dian)(dian)為表(biao)(biao)(biao)(biao)面峰值的(de)(de)集合，共聚(ju)(ju)焦(jiao)測(ce)(ce)量(liang)(liang)光點(dian)(dian)在u級(ji)，常(chang)常(chang)測(ce)(ce)量(liang)(liang)時(shi)(shi)會在表(biao)(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)峰值和(he)谷底。在兩種測(ce)(ce)量(liang)(liang)對(dui)比(bi)時(shi)(shi)，產生誤(wu)差。因此，在以球頭(tou)(tou)探(tan)針計量(liang)(liang)溯源時(shi)(shi)無法(fa)同一。
技術實現要素：
本發(fa)明(ming)的目的在于克服現(xian)有技術的缺點，提(ti)供一種能夠應用于非光滑(hua)表面并在基準(zhun)溯源(yuan)的標準(zhun)下(xia)實現(xian)測(ce)(ce)量(liang)數據的一致共聚焦激光測(ce)(ce)量(liang)方法。
本(ben)發明的目的通過(guo)以下技術方(fang)案來(lai)實現：一(yi)種共聚焦激光測量方(fang)法，光束沿著球頭接觸面半徑從內(nei)向外、按照(zhao)不同(tong)半徑的同(tong)心圓等步長測量，獲(huo)得一(yi)組數據：(x,y,depth)，畫出三維模擬圖(tu)。
進一步(bu)的，所(suo)述的光束沿著球頭接觸(chu)面半徑從(cong)內(nei)向外，按照不(bu)同半徑的同心圓等步(bu)長測量，獲(huo)得一組數(shu)據(ju)：(x,y,depth)的具體(ti)操(cao)作步(bu)驟為(wei)：
s1、設同心圓半徑(jing)r的值域范圍為(wei)[0,r]，原點(dian)坐標(x,y)設為(wei)(0，0)，采樣步(bu)長為(wei)step；
s2、計(ji)算所(suo)有的(de)采(cai)樣半徑列(lie)表(biao)radius；
s3、添加原點至(zhi)采(cai)樣列(lie)表pos；
s4、循(xun)環每個(ge)采樣半(ban)徑：
計算(suan)采樣步數：steps，
計算旋轉角度(du)：curve，
生成采樣偏轉角度列表s，
計(ji)算該半徑下(xia)所有采樣點坐標集合(he)(x，y)＝(r*sin(s),r*cos(s))，
將(x,y)添加至pos；
按照半徑步長(chang)a，圓(yuan)周步長(chang)b，進(jin)行采(cai)樣(yang)測量(liang)值(depth)，采(cai)樣(yang)點的值使用正態分布(bu)模擬生成；
s5、基(ji)于以上采樣數據再概率密度(du)估計：
基于采(cai)樣數據(ju)集(depth)，數據(ju)集大小為n，使用parzen窗法生成depth的概率密度分布(bu)函數。
設depth＝{d1，d2，...，dn},parzen窗概(gai)率密(mi)度估計方法如下(xia)：
窗寬(kuan)度選擇為(wei)hn,以值x為(wei)中心，窗中包(bao)含(han)的(de)樣本個數為(wei)：
估(gu)計的(de)概(gai)率密度(du)函數為：
其中核函數
使用(yong)步驟s5中方法模擬(ni)生成測量(liang)數據。
本發明具有以下優點：
本發(fa)明利用(yong)共聚焦點模擬測(ce)量球頭形(xing)(xing)狀(zhuang)，采用(yong)球面等高線分(fen)層掃描的方式，形(xing)(xing)成(cheng)與標(biao)準(zhun)(zhun)測(ce)量球頭一致的形(xing)(xing)狀(zhuang)對工件表面測(ce)量，形(xing)(xing)成(cheng)與標(biao)準(zhun)(zhun)測(ce)量球頭完(wan)全一致的測(ce)量接觸面，其(qi)測(ce)量方法能夠應用(yong)于非(fei)光滑表面，并在基準(zhun)(zhun)溯源的標(biao)準(zhun)(zhun)下實現測(ce)量數(shu)據的一致。
附圖說明
圖1為本發明(ming)的原(yuan)理示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明(ming)做進一步(bu)的描述(shu)：
一種共聚焦(jiao)激光測量(liang)方法，光束沿著球頭接觸面半徑(jing)(jing)從內向外、按照不(bu)同半徑(jing)(jing)的同心圓(yuan)等步長測量(liang)，如(ru)圖1所示，獲得一組數據：(x,y,depth)，畫出三維模擬圖。
進一步的，所述的光束沿著球頭接觸面半(ban)徑從(cong)內(nei)向外，按照不同半(ban)徑的同心圓等(deng)步長測量，獲得一組數(shu)據：(x,y,depth)的具體操作步驟為(wei)：
s1、設同心圓半徑r的值(zhi)域范圍為[0,r]，原點坐標(biao)(x,y)設為(0，0)，采樣(yang)步長(chang)為step；
s2、計算所有的(de)采樣半徑列表radius；
s3、添加原點(dian)至采樣列表pos；
s4、循環每個采樣(yang)半(ban)徑：
計算采樣步(bu)數：steps，
計算旋轉角(jiao)度(du)：curve，
生成采樣偏轉角度列表s，
計算該半徑下所(suo)有(you)采樣(yang)點坐標集合(x，y)＝(r*sin(s),r*cos(s))，
將(jiang)(x,y)添(tian)加至pos；
按(an)照半徑(jing)步長a，圓(yuan)周(zhou)步長b，進行采(cai)樣測量值(depth)，采(cai)樣點(dian)的值使用正態(tai)分(fen)布(bu)模(mo)擬生成；
s5、基于以(yi)上(shang)采(cai)樣數據再(zai)概率密度估計：
基于采(cai)樣數(shu)據集(depth)，數(shu)據集大小為n，使用parzen窗法生成(cheng)depth的概率密(mi)度分布函數(shu)。
設depth＝{d1，d2，...，dn},parzen窗概率密度估(gu)計方法如下：
窗寬度選擇(ze)為hn,以(yi)值x為中心，窗中包含的(de)樣(yang)本個(ge)數(shu)為：
估(gu)計的概(gai)率(lv)密度函數為：
其中核函數
使用步驟s5中方法模擬生(sheng)成測量數據。
在(zai)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)圓(yuan)柱齒輪單參數(shu)偏差(cha)的(de)(de)公差(cha)時，傳(chuan)統(tong)的(de)(de)齒輪測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)中心采用(yong)球頭(tou)式(shi)探針(zhen)對表(biao)面(mian)進行(xing)接(jie)觸(chu)(chu)式(shi)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)，由于(yu)球頭(tou)式(shi)探針(zhen)的(de)(de)直徑一(yi)般都(dou)大(da)于(yu)1mm以上(shang)，而(er)本發(fa)明的(de)(de)共聚焦測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(傳(chuan)統(tong)的(de)(de)只能(neng)用(yong)在(zai)光(guang)滑表(biao)面(mian)和鏡面(mian))是(shi)一(yi)束(shu)光(guang)斑(ban)(ban)(ban)照射在(zai)被(bei)(bei)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)物體表(biao)面(mian)，光(guang)斑(ban)(ban)(ban)直徑一(yi)般在(zai)u級，它(ta)具有(you)非接(jie)觸(chu)(chu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)，測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)速(su)度(du)快(kuai)等優點。本測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)實例的(de)(de)共聚焦光(guang)斑(ban)(ban)(ban)為8u。因此，在(zai)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)齒輪表(biao)面(mian)時，由于(yu)金屬(shu)加工表(biao)面(mian)微觀的(de)(de)不平，傳(chuan)統(tong)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)頭(tou)接(jie)觸(chu)(chu)的(de)(de)被(bei)(bei)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)面(mian)遠(yuan)遠(yuan)大(da)于(yu)共聚焦的(de)(de)光(guang)斑(ban)(ban)(ban)，接(jie)觸(chu)(chu)面(mian)往往是(shi)被(bei)(bei)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)面(mian)的(de)(de)一(yi)組高(gao)點，而(er)共聚焦測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)由于(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)點小(xiao)，測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)點有(you)時是(shi)低點或高(gao)點。