快速扫描范文

快速扫描范文（精选8篇）

快速扫描 第1篇

一、三维检测

铸造质量检验是为了发现和判断铸造生产各过程和生产工序是否存在异常现象、铸件是否合格。按生产过程铸造质量检验分为进货检验、工序检验、完工检验。在试验进展过程中加强了工序检验和完工检验。快速熔模铸造工艺流程中, 采用塞尺、热成像仪、水平泡、数字角度尺、数显千分尺 (1/100mm) 、数显半径规 (1/100mm) 、GTS-180工业内窥镜、天平 (1/100g) 、ATOS Core 200三维扫描仪、X射线机、直读光谱仪等。

(一) 三维扫描。三维扫描将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号, 为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。它主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描, 以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够三维扫描技术能实现非接触测量, 具有速度快、精度高的优点。三维扫描仪作为一种快速的立体测量设备, 因其测量速度快、精度高, 非接触, 使用方便等优点而得到越来越多的应用。三维扫描技术主要应用于:检测 (CAT) /CAE、生产线质量控制和产品元件的形状检测、逆向工程实训、逆向工程 (RE) /快速成型 (RP) 、扫描实物建立CAD数据等。

(二) 三维扫描仪与后处理。扫描设备的种类:拍照式、关节臂式、三坐标 (固定式) 、激光跟踪式等, 各有优缺点及其适用范围。扫描得到的是点云, 如何转换成自己需要的三维实体, 还需要借助软件才可以实现。实物反求技术是当前研究的主要重点, 其主要通过对实物模型的构建实现对研究物体的制造。该概念主要分为狭义和广义:狭义的概念就是将实物转化为数据设计、概念等模型, 以此对其进行数据的修改的技术。逆向工程软件是三维扫描中的主要设备功能, 其主要是通过扫描之后形成规则的结果云点, 并且通过对这些规则的运点形成相应的实物模型。当然通过这些规则的云点也可以设置为NURBS曲面以输入到CAD软件进行后续的结构和功能设计工作。

二、快速熔模铸造零件的三维扫描检测

图1是铸件在快速熔模铸造生产过程中的情形。利用三维扫描仪对其进行扫描, 并利用Inspect软件读出其检测结果。图2~图3是对该铸件的部分检测结果。

从图3来看, 铸件的尺寸符合图纸要求, 但形位公差有较大的偏差。综合以上图形的检测结果, 课题组分析了影响因素, 掌握了快速熔模铸造中尺寸变化规律, 为下一步改善工艺奠定了基础, 指明了努力的方向。经过试验, 重新修订了铸造工艺, 获得了品质更高的铸件:工艺操作更简便、工艺出品率更高。

三、结语

在省级课题试验进展中, 受制于检测手段。在图3所示的检测手段中, 仪器校正非常费时;在测量过程中, 也不能准确获得零件尺寸和形状的整体印象, 工艺改进自然也就无从谈起。课题组接触了三维扫描, 实际操作了三维扫描仪并学习了点云数据后处理。课题组进行了全面检测以及重点形状和尺寸的检测, 基本掌握了快速熔模铸造过程中的尺寸变化规律。

参考文献

[1]李克强.催生新的动能, 实现发展升级[J].求是, 2015, 20:1

快速扫描 第2篇

三维光学扫描测量系统在产品快速设计及制造中的应用

介绍了一种三维光学扫描测量系统的.组成、原理、特点、测量方法和应用,它主要是综合运用了数字图像处理技术、摄影测量技术和光栅测量技术,来快速、准确地测量三维实物表面的几何数据,为产品的快速设计和制造提供了一种快捷的方法.

作 者：苏发 牛曙光 孙洪江 SU Fa NIU Shu-guang SUN Hong-jiang 作者单位：黑龙江科技学院机械工程学院,哈尔滨,150027刊 名：机床与液压 ISTIC PKU英文刊名：MACHINE TOOL & HYDRAULICS年，卷(期)：“”(7)分类号：V556.5关键词：ATOS扫描仪 摄影测量 光栅测量 产品快速设计

勾股定理知识快速扫描 第3篇

1.勾股定理：如果直角三角形两直角边的长分别为a，b，斜边的长为c，那么.即直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方.

2.勾股定理的逆定理：如果一个三角形的三边长a，b，c满足，那么这个三角形是直角三角形，且长为c的边所对的角是直角.

3.勾股数组：能够成为直角三角形三条边的长的三个正整数，称为勾股数组，常见的勾股数组有3，4，5；5，12，13；6，8，10；7，24，25；8，15，17；9.12，15；9，40，41.勾股数组有无数个.

二 解题技巧归纳

1.勾股定理主要用于计算直角三角形的边长.在应用时要注意如下五点：

（1）注意勾股定理的使用条件：只对直角三角形适用，而不适用于锐角三角形和钝角三角形.

（2）注意分清斜边和直角边，避免盲目代人公式致错.

（3）注意勾股定理公式的变形：在直角三角形中，已知任意两边的长，可以求出第三边的长.

（4）运用勾股定理的前提条件是在直角三角形中，如果已知条件中没有直角三角形，要想利用勾股定理，必须先构造直角三角形.

（5）注意结合数学思想解题：分类讨论思想，数形结合思想，方程思想，整体思想等.

2.应用勾股定理的逆定理时，应注意分三步进行：一计算，二比较，三结论.

3.解题技巧：

（l）利用面积法巧求直角三角形斜边上的高，

例l 已知直角三角形的两条直角边的长是9，12.求斜边上的高，

提示：由勾股定理，得斜边的长为

设斜边上的高是h，则

（2）利用整体思想巧求直角三角形的面积，

例2 在△ABC中，∠C=90°，a+b+c=24，c=10.求△ABC的面积，

解：因c=10，a+b+c=24，故a+b=14，

因，故100+2ab=196.

∴ab=48，

（3）利用勾股定理巧求等腰三角形的面积.

例3 如图1，在△ABC中，AB=AC=5cm，BC=6cm.求△ABC的面积，

三 综合题赏析

例4 （2011年·广安）某园艺公司拟对一块直角三角形花圃进行改造，测得两直角边长为6m.8m现要将其扩建成等腰三角形，且扩充部分是以8m为一直角边长的直角三角形.求扩建后的等腰三角形花圃的周长.

解析：当题目中没有给出图形时，要画出所有符合题意的图形，以防漏解，设原三角形为Rt△ABC，AC=8m，BC=6m.由勾股定理得AB=1Om.按每两条边相等，可有如下三种情况.

（l）如图3，当AB=AD时，CD=6m.故△ABD的周长为32m.

（2）如图4，当BA=BD时，CD=4m，故△ABD的周长是

（3）如图5，当DA=DB时，设AD=xm，则CD=（x-6）m.则，解得.故△ABD的周长是

综上，扩建后的等腰三角形花圃的周长是32m或

例5 （2013年·襄阳）在一张直角三角形纸片中，分别沿两直角边上一点与斜边中点的连线剪去两个三角形，得到如图6所示的直角梯形.则原直角三角形纸片的斜边长是______.

解析：顯然，C和F都有可能为原直角三角形的直角顶点.相应地.D和E分别是斜边的中点。于是有图7和图8两种情况，然后根据直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半求出斜边的长，（1）如图7，连接CD，则因D为斜边AB的中点，故（2）如图8，连接EF，则因E为斜边AB的中点，故综上，斜边长是

例6 （2014年·郴州）如图9，在长方形ABCD中，AB=8，BC=10，E是AB上的一点，将长方形ABCD沿CE折叠后，点B落在AD边的F点上，则DF的长为______.

解析：根据长方形的性质得CD=A B=8，∠D=90°根据折叠的性质得CF=BC=10.由勾股定理可以求出DF计算略.

例7（2011年·绵阳）王伟准备用一段长30米的篱笆围一个三角形形状的小圈，用于饲养家兔.已知第一条边的长为a米.由于受地势限制，第二条边的长只能是第一条边的长的2倍多2米.

（1）请用a表示第三条边的长，并求出a的取值范围.

（2）能否使得围成的小圈是直角三角形的形状，且各边长均为整数？若能，请说明你的围法；若不能，请说明理由，

解析：（1）由第一条边的长为a米，得第二条边的长为（2a+2）米，第三条边的长为30-a-（2a+2）=28-3a（米）.因三边长的大小顺序不能完全确定（只能确定出2a+2>a），故由两边和大于第三边可知a+2a+

（2）能围成，理由如下：

因为，且a为整数，所以a=5或a=6.所以三角形的三边长分别是5米，12米，13米或6米，14米，10米，当三角形的三边长分别是5米，12米，13米时，所以三角形是直角三角形；当三角形的三边长分别是6米，14米，10米时，，三角形不是直角三角形，所以能围成直角三角形的形状，且三边长分别是5米，12米，13米，

牛刀小试：

1.如图10.将矩形纸片ABCD的一边AD向下折叠，点D落在BC边的点F处.若AB=8cm，BC=lOcm，求EC的长.

2.如图11，有一个圆柱形油罐，其底面圆的周长为24m，高为6m一只蚂蚁从距底面1m高的A处爬行到相对的点B处吃食物.它爬行的最短路线的长为多少？

3.在等腰三角形中，若一边长是6，另一边的长是8.求一腰上的高.

4.如图12，在Rt△ABC中，∠C=90。，AC=4，BC=3.在Rt△ABC的外部拼接一个合适的直角三角形，使拼成的图形是一个等腰三角形，如图12所示，请画出两种与图12不同的拼接方法，并在图中标明拼接的直角三角形的三边长.

点拨：

1.AF=AD=10cm.EF=ED，∠AFE=90°.故EF+EC=DC=8cm.根据勾股定理得BF=6cm.于是FC=4cm.设EC=xcm，则EF=（8-x）cm.因此解得x=3.

2.把圆柱侧面展开成平面图形，如图13，则线段AB为沿侧面爬行的最短路线，其长为13m.还有一种方法是沿圆柱的母线和上底的直径行走，这时走的路线的长为.请比较一下.

3.有如图14所示的两种情况，可先求出△ABC的面积，再利用求出BD.

快速扫描 第4篇

MRI出现伪影的原因,与其扫描序列以及成像参数多、成像过程复杂有关。由于原因不同,所产生的伪影表现和形状也各异。只有正确了解伪影产生的原因,以及各种伪影的图像特征方能有效地限制、抑制以至消除伪影,提高图像质量。

1 资料与方法

对42例临床怀疑腰椎间盘突出患者行腰椎MRI平扫,男25例,女17例,年龄35~88岁,平均62.3岁。

扫描方法:病人仰卧在检查床上,取头先进,双腿屈曲,置于梯形垫子上,人体长轴与检查床面长轴一致,双手置于身体两旁,正中矢状面尽可能与线圈纵轴保持一致,扫描中心定于第4腰椎。

检查设备为SIEMENS AVANTO 1.5T磁共振扫描仪。采用脊柱线圈,分别行腰椎矢状位TSE-T1WI、TSE-T2WI、TSE-T2WI抑脂(扫描参数:FOV:300mm300mm,矩阵:320320,相位编码方向:上下方向,层厚:4mm,层间距:0.4mm)、椎间盘横断位多平面多角度TSE-T2WI/TSE-Restore-T2WI,(扫描参数:FOV:240mm240mm,矩阵:320320,相位编码方向:前后方向,层厚:4mm,层间距:0.4mm,层数25,TR:5970ms/1800ms,TE:100ms,ETL:18,NEX:2,FA:150°)。

在腰椎间盘多平面多角度序列出现带状、与扫描野宽度一致的低信号伪影,见图1。

2 分析与处理

伪影产生的原因,可分为装备伪影,运动伪影和金属伪影。图像无明显运动痕迹,首先排除运动伪影。

装备伪影是指机器设备系统本身产生的伪影。它包括机器主磁场强度、磁场均匀度、软件质量、电子元件、电子线路以及机器的附属设备等所产生的伪影。装备伪影主要取决于生产厂家设计生产的产品质量以及某些人为因素。如机器设备的安装、调试以及扫描参数的选择,相互匹配不当等。与机器设备有关但主要由操作者掌握的各种参数,如TR、TE、矩阵、观察野等出现偏差也可出现伪影。

开始认为图中所示伪影可能是金属异物或磁场不均匀所致,但在确定没有金属异物、匀场后伪影并没有消除,且该伪影只出现在多平面、多角度序列上,矢状位上无相关或相似伪影,所以伪影形成的原因与序列设置有关。对比分析出现伪影和未出现伪影的横断位图像,其中TR、TE、ETL、NEX、FOV、FA、矩阵、层厚、层间距、层数、相位编码方向等都一致,唯一不同的是角度。在水模上重复应用出现伪影的序列时发现类似伪影持续出现在重叠较多的平面上,旋转角度至扫描层面不重叠后伪影消失。据此推断重叠的平面因为被重复激发导致饱和而形成了带状低信号:如图2所示的第19层出现了图1所示带状低信号伪影(第17、18、20层出现的伪影与图1形态相同)。

使重叠平面不被重复激发,采用了以下3种方法:

(1)旋转平面使重叠部份不再重叠。

(2)将原序列分成2个序列,分别采集L1-L2、L3-L4、L5-S1和L2-3、L4-5椎间盘。由于采集层数减少可降低TR到3500ms。

(3)快速恢复快速自旋回波(TSE-Restore)联合分段采集,具体做法是将序列分为5段(仍为一个序列),同时选择TSE-Restore序列,降低TR至1800ms。

3种方法都成功消除图2所示带状伪影。按照以下标准对上述3种方法所得图像进行评价:甲级:能清楚显示腰椎椎体与椎间盘的界限与轮廓,能分清椎间盘纤维软骨环和髓核以及脊神经根,分辨硬脊膜囊各结构的层次形态和信号特征。乙级:照片清晰度、对比度尚可,一般情况下可解决诊断问题,但图像质量有待提高。丙级:不能满足上述要求,影响做出正确诊断。方法(1)所得1例因采集平面非椎间盘平面,对椎间盘病变大小判断造成困难,评为乙级,方法(2)10例评为甲级,但椎间盘的排列顺序列为:L1-2、L3-4、L5-S1、L2-3、L4-5,在诊断时很不方便,容易出错;方法(3)31例所得图像(图3)评为甲级,阅读图像时椎间盘是按L1L5顺序排列的。

3 讨论

TSE-Restore是在快速自旋回波(TSE)最后一个回波采集后,再施加一个180°聚焦脉冲,使横向磁化矢量重聚,但并不采集回波,而是施加一个负90°脉冲,把180°脉冲重聚的横向磁化矢量偏转回B0方向,加快了T2值都很长的组织纵向弛豫,从而可以选用较短的TR进行T2WI。本研究中将序列分为5段,由于各段分别采集,不会出现饱和现象,每一段采集层数相应降到5层,设备最短可用TR也随之降为1200ms左右。如果不降低TR,扫描时间是原来5倍;但若直接将TR调整为1200ms,由于TR过短,脑脊液纵向弛豫不全;采用TSE-Restore序列可加快脑脊液的纵向弛豫,既降低了TR(本组将TR设置为1800ms,由于脑脊液T2值约为3500ms,若采用常规TSE序列则TR需3500ms以上才能确保纵向弛豫完全),图像效果亦能保证。用SE-Restore联合分段采集方法扫描的31例都成功消除伪影且图像质量符合诊断要求。

综上所述,快速恢复快速自旋回波联合分段采集法中TSE-Restore序列的选择和分段扫描是消除此类饱和伪影的两个关键,只应用TSE-Restore伪影不会消除,只分段则扫描时间会成倍延长,两者联合是最佳方案。

参考文献

[1]杨正汉,冯逢,王霄英.磁共振成像技术指南[M].北京:人民军医出版社,2007:71-85.

[2]燕树林,王鸣鹏,余建明,等.全国医用设备使用人员上岗考试指南[M].北京:军事医学科学出版社,2009:296-301.

[3]王静,马隆波,唐晓,等.1.5T磁共振成像伪影的探讨[J].滨州医学院学报,2010,33(1):65-66.

[4]张岩峰,李新觉.磁共振成像的伪影及消除对策分析[J].医疗设备信息,2007,22(12):82-84.

[5]余文昌,杨建勇,庄文权,等.腰椎间盘胶原含量变化影响MRI信号强度的研究[J].放射学实践,2005,20(8):721-723.

[6]刘海滨,张蔚.磁共振图像伪影的产生机理及其解决办法的研究[J].中国医疗设备,2011,(10):114-117.

[7]滕坤,张肇慧,李兴山.高场磁共振成像常见伪影与消除165例分析[J].中国误诊学杂志,2007,(25):6079-6080.

[8]翁传政,黎金林,闻彩云.MRI的运动伪影及其抑制方法[J].中国辐射卫生,2009,(1):91-93.

快速扫描 第5篇

关键词：嵌入式,网络文件共享,局域网,快速扫描

一、引言

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪, 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

近年来, 得益于芯片技术的发展和应用的需要, 以及人们对产品可靠性、成本和更新换代要求的提高, 使得嵌入式系统, 尤其是嵌入式多媒体系统逐渐从纯硬件实现和使用通用计算机实现的应用中脱颖而出, 成为消费类电子产品领域令人关注的焦点。

嵌入式多媒体系统发展至今, 已经成为功能丰富、性能强大的多媒体终端, 其产品也丰富多样, 如智能手机、高清网络播放机、网络电视机等。作为多媒体终端设备, 这些产品的一个重要应用就是通过LAN共享播放本地网络中的多媒体音视频资源, 要想实现这个目标, 首要的任务是对LAN内的网络共享设备进行发现。目前的嵌入式多媒体系统在网络共享设备发现环节, 还存在着较低的效率, 无法达到最佳用户体验。以高清网络播放器为例, 目前国内外有两大主流方案, 分别是美国的Sigma方案和中国台湾的Realtek方案, 这两种方案都基于mips架构的处理器, 采用linux操作系统, 支持使用Samba或NFS等方式共享播放本地网络中的多媒体音视频资源。但是目前两者都存在网络共享设备扫描效率低的问题, 当用户想列出LAN共享资源时, 播放器需要花费10秒以上甚至更长的时间去扫描整个网络, 长时间的等待导致用户体验差。我们需要一个更高效的LAN快速扫描算法, 能够在1～2秒内枚举LAN内的共享资源, 尽可能地做到实时响应, 以提高产品的用户体验。

二、算法原理

传统的LAN扫描算法, 通常利用建立完整TCP连接的方式进行, TCP协议通过三个报文段完成连接的建立, 这个过程称为三次握手。第一次握手:建立连接时, 主机A发送SYN (SEQ=x) 包到主机B, 并进入SYN_SEND状态, 等待主机B确认;第二次握手:主机B收到SYN包, 必须确认主机A的SYN (ACK=x+1) , 同时自己也送一个SYN (SEQ=y) 包, 即SYN+ACK包, 此时主机B进入SYN_RECV状态;第三次握手:主机A收到主机B的SYN+ACK包, 向主机B发送确认包ACK (ACK=y+1) , 之后主机A和主机B进入连接状态, 完成三次握手。建立TCP连接的过程是低效的, 在这个过程中, 大量的时间被浪费在等待应答上。LAN扫描实际上并不需要建立真正的TCP连接, 扫描的意图在于得知网内哪些主机开放了指定的服务, 并不是立即请求这些服务。因此, 结合TCP协议的特点, 本文使用半开TCP (SYN扫描) 的方式实现LAN快速扫描。SYN扫描利用TCP协议连接的第一步, 并没有建立一个完整的TCP连接, 因此这种扫描方式是轻量并且高效的。SYN扫描算法的实现方式是向远端主机指定端口发送一个只有SYN标志位的TCP数据包, 如果远端主机反馈一个SYN+ACK数据包, 那么这个主机正在监听该端口;如果反馈的是RST数据包, 说明主机没有监听该端口。

为了尽可能地做到实时响应, 需要分析实际网络环境以便制定合理的SYN+ACK超时阈值。嵌入式多媒体系统所处的局域网环境被设计为必须满足高速数据传输的需求, 因此其响应比和数据传输速率都很高。在这个前提下, 可以将SYN+ACK超时阈值设定为一个相对较小的数值, 例如0.8s, 当主机A发送SYN包到主机B后, 如果在阈值时间之内没有收到主机B的SYN+ACK数据包, 则认为主机B没有监听指定端口。

另外, 局域网内的待扫描主机数量庞大, 串行扫描的低效率特征显然不能满足快速扫描的需要, 因此必须采用并发扫描的方式, 并且为每一个并发任务单独计算应答时间。通过将每一个并发任务的执行时间限定在阈值时间之内, 就可以计算出整体扫描耗时, 也即:

其中, T1是创建并发任务消耗的时间, T2是SYN+ACK超时阈值, T3是销毁并发任务消耗的时间。T1和T3取决于嵌入式多媒体系统的CPU速度和内存效率。

三、算法实现

SYN扫描属于OSI/RM模型中的传输层扫描方式, 为此需要构造一个只有SYN标志位的TCP数据包。并发扫描策略采用多线程方式实现, 每个线程负责LAN内一台主机的扫描, 线程空间内部尽可能少的携带变量并且进行指令优化以实现线程的轻量化。为了实现线程间无关, 每个线程采用自发自收的方式对特定主机进行扫描, 当SYN包发出后, 线程记录一个时间戳, 如果在阈值时间之内没有收到对方主机的SYN+ACK数据包, 则认为该主机没有监听指定端口, 线程立即退出;如果在阈值时间之内收到了对方主机的SYN+ACK数据包, 则该线程负责建立基于特定服务的共享连接, 例如samba或NFS等。

主进程负责快速创建扫描线程, 并等待线程执行结束, 考虑到嵌入式多媒体系统在小概率的极端情况下可能会出现的系统资源不足情况会影响线程的创建效率, 可以在主进程中设置全局超时阈值, 当主进程的工作时间达到此阈值时, 强制释放所有线程资源, 放弃当次扫描, 以提高极端情况下用户的操作体验和系统的健壮性。

四、个案研究

为了测试快速扫描算法的效率, 我们以高清网络播放机为实验对象, 基于LAN建立了一个实验环境, 主要包括:百兆交换机、无线路由器、Realtek芯片方案的高清网络播放机、Sigma芯片方案的高清网络播放机、个人计算机、NAS网络存储器等。其中, 高清网络播放机、个人计算机和NAS网络存储器通过双绞线或WIFI方式接入百兆交换机或无线路由器, 构成LAN;个人计算机和NAS网络存储器提供NFS服务, 并在111端口实施监听;高清网络播放机作为NFS和samba客户端, 将测试快速扫描程序。

Realtek和Sigma两个方案的高清网络播放机都采用基于mips架构处理器的GNU/Linux操作系统, 因此, 快速扫描算法将用GNU C实现, 并在Debian5下交叉编译为目标机程序。首先将SYN+ACK超时阈值设定为0.8s, 然后进行100次LAN扫描测试, 记录下每次扫描的耗时, 并随机选取其中10次测试, 结果如表1所示。 (表1)

可以看到, 所有的扫描任务都在1秒内完成了。也就是说, 在超时阈值为0.8s时, 该扫描算法能够在1秒内枚举LAN内的共享资源, 并将结果返回给用户, 用户无需长时间的等待, 因而大大提高了用户操作体验。

五、结论

本文提出了一个基于嵌入式多媒体系统的LAN快速扫描算法。该扫描算法利用了TCP协议连接的第一步, 并没有建立完整的TCP连接, 因此这种扫描方式是轻量并且高效的。为了尽可能地做到实时响应, 根据实际网络环境制定合理的SYN+ACK超时阈值, 并采用并发扫描的方式提高扫描效率。实验结果表明, 本文提出的基于嵌入式多媒体系统的LAN快速扫描算法是高效的。

参考文献

[1]KLAUSW F, RITTER H, The linux network architecture:Design and implementation of network protocols in the linux ker-nel.Beijing:Tsinghua University Press, 2006.

[2]JIN H W, YOO C, Impact of protocol overheads on network throughput over high-speed interconnects:measurement, analysis, and improvement.Journal of Su-percomputer, 2007.

快速扫描 第6篇

关键词：快速成型,选区激光熔化(SLM),扫描路径,矩形块扫描

1 引言

快速成型技术正向大型化和微型化发展[1],由于大型模具的制造难度和快速成型在模具制造方面的优势,可以预测,将来的快速成型市场将有一定比例被大型原型制造所占据。而目前快速成型技术存在的难题就是成型件的翘曲变形,在成型大的制件时,表现更为明显。针对这种成型件截面尺寸比较大的情况,本章提出了矩形块扫描的方式,这种算法在国外已经有人使用,国内还没有单位采用这种扫描方式。该算法的设计思想是将待扫描区域进行划分,相邻块间扫描方向垂直。这样可以分散热应力的方向,而且在成型过程中都是通过一个振镜动作来控制扫描方向的,成型精度会比螺旋扫描方式高。图1所示的截面形状就比较适合用矩形块扫描方式来成型,这种截面形状的零件一般是外形规则,但是内部结构比较复杂。

2 算法的实现过程

算法的实现过程主要分为以下几个步骤:矩形块的划分;矩形块内部扫描线的生成;轮廓截面扫描线生成;矩形块内扫描线与轮廓截面扫描线之间的运算。下面分别介绍。

2.1 矩形块的划分

对一个截面进行矩形块的划分,首先要计算该轮廓的包围盒如图2所示,截面形状为椭圆,其轮廓包围盒为其外接矩形ABCD,其中轮廓包围盒的最小值点为D点,将其记为Minboxpoint,最大值点为B点,将其记为Maxboxpoint,然后根据分块的多少,计算X方向的步长Step_x=[(Maxboxpoint.x-Minboxpoint.x)/x方向分区数]以及Y方向的步长Step_y=[(Maxboxpoint.y-Minboxpoint.y)/y方向分区数]。之后,将新生成的轮廓数据加入到层的轮廓链表m_loop中,链表节点中存储的数据为各矩形区域的轮廓线段,每个区域块边界由四条线段组成,数据结构如图3所示。

2.2 每个矩形块内部扫描线的生成

本算法划分区域块的目的就是为了实现相邻分块间的扫描方向不同,一般我们选择扫描方向互相垂直,振镜系统中有两个镜片,分别控制激光束沿X方向扫描和Y方向扫描,如果扫描线的方向与X、Y方向都不平行,就要靠两镜片协调动作来控制扫描方向,两镜片协调动作控制精度相比一个镜片控制精度要低,因而会出现成型件形状与所设计的形状不一致的现象。为了避免这种情况的发生,选择第一个区域块沿X方向扫描,第二个区域块沿Y方向扫描,第三个区域块沿X方向扫描,依次类推。这就要考虑如何控制扫描方向以及区域块的扫描顺序,这也是该算法中要解决的关键问题。

1)子区域块内扫描线的生成及输出

对轮廓包围盒进行分区所形成的子区域块都为矩形,因此生成扫描线的过程比较简单,用一系列的平行线(水平或垂直)与轮廓边界求交,每条扫描线与轮廓线段均有两个交点,将这些交点存入到一个点集中,对各条线上的交点进行排序,之后将所有交点两两连接成一条直线进行输出,即可得到各子区域内部的扫描线。生成X方向和Y方向扫描线有各自的处理方法。

2)子区域块内扫描顺序及扫描方向的确定

对于此种算法,比利时的Katholieke大学也做过相关方面的研究[2],但是他们没有报道算法的实现过程,如图4所示,一共有六种扫描方式,(a)为简单的X方向扫描;(b)为简单的Y方向扫描;(c)中待扫描区域分成了(55)mm2的区域块,扫描顺序为连续扫描,相邻块间扫描方向垂直;(d)中也是将待扫描区域分成了(55)mm2的区域块,扫描顺序采用最小热影响(the least heat influence(LHI))的方式,也就是一个区域块扫描完毕,选择距离此扫描区域最远的区域块进行扫描,相邻扫描块间扫描方向互相垂直;(e)的扫描方式和(c)相同,只是分区更小为(2.52.5)mm2;(f)的扫描方式同(d),分区为(2.52.5)mm2。经过实验及有限元分析表明,当采用(a)中的扫描方式时在X方向引起收缩很小,但是在Y方向却引起了较大的收缩量;采用(b)中所示

扫描方式在Y方向引起的收缩很小,但是在X方向却引起了较大的收缩应力。对于分区扫描方式,通过实验得出的结论是:分区大小在材料翘曲变形方面的影响没有显著的区别,但是小的分区在成型过程中可以大量减少能量的输入。这是由于扫描前一区域块时对与其相邻的区域进行了很好的预热。此外,连续填充所造成的温度梯度比最小热影响方式所造成的温度梯度小。

结合以上资料,准备采用图4中(c)所示的扫描方式,区域块的扫描顺序依据其生成顺序来进行,对于每块内的扫描方向,我们通过一个变量change来控制,当change为0时生成X方向扫描线,当change为1时生成Y方向扫描线,我们通过一个实例来说明该方法的具体实现过程。

如图5所示为一个轮廓的包围盒,将此包围盒划分为4个区域,根据/觹将层分隔成相应的块数觹/程序段,各子区域的生成顺序为1234,此时各子区域块的轮廓数据都已经在m_loop链表中。我们用一个变量counter来标记每一个区域块,当counter=0时,代表第1个区域块,当counter=1时,代表第2个区域块,依次类推。change=counter%2,这样就可以得到每一个区域块的change值(0或1),根据change值来确定扫描方向,当change=0时,X方向扫描,change=1时,Y方向扫描。

2.3 截面轮廓扫描线的生成

按照第四章中所述的扫描路径生成算法,分别生成一个层面上的X方向扫描线以及Y方向扫描线,不同之处在于,将X方向扫描线与Y方向扫描线分开存放,放入到两个链表中,这样做的目的是减少后续操作中比较运算的次数,提高算法的运行效率。

2.4 矩形块内扫描线与轮廓截面扫描线之间的运算

经过以上步骤的操作,一个层面上的所有扫描线均已生成,此时,将子区域内部的扫描线作为基准,与截面扫描线作对比(为了保证扫描线之间能够重合,在生成各子区域的扫描线时均从截面包围盒的下边界和左边界开始依次生成平行线与各轮廓线求交点,否则会出现扫描线之间的错位,无法正确输出所要求的扫描线),当子区域内的扫描线为X方向时与截面的X方向扫描线作运算,相反则与截面Y方向扫描线作运算。我们假设作对比的两条线段分别为AB和CD,在同一条直线上的两条线段的位置关系有三种:

当出现(1)时,不做任何操作;出现(2)、(3)中情况时,将重合部分的线段提取出来,放入到扫描线链表中。至此,已经得到了分区的部分有序的扫描线。

2.5 扫描线的排序及输出

放入到扫描线链表中的扫描线已经是部分有序的,因为在进行线段间的运算时已经是分区域进行的,在进行扫描时为了避免扫描器的频繁跳动,在进行最终的扫描线输出时应用了就近原则,这样可以保证在一条扫描线扫描完毕后从距离它最近的点开始扫描,既节省扫描时间又可以提高扫描系统的工作寿命。为了提高外表面及内腔表面的成型质量,在每一层扫描线输出完毕后加入了轮廓扫描。

3 算法流程图

矩形块扫描方式路径生成算法的流程如图6所示。

4 算法实例

本节通过一个实例来说明该算法的具体执行过程,如图7所示截面形状,生成扫描线的过程如下。

(1)计算轮廓的包围盒(矩形ABCD),并进行区域的划分,将各子区域的轮廓线段放入m_loop链表中。

(2)确定各子区域块的扫描方向,生成各子区域块内的扫描线,如图8所示。

(3)生成截面轮廓的X方向扫描线,如图9所示。

(4)生成截面轮廓的Y方向扫描线,如图10所示。

(5)以各子区域块的扫描线为基准,如果子区域块内的扫描线为X方向,将该子区域块内的扫描线与截面的X方向的扫描线作运算,生成截面分区后的X方向扫描线;相反,则与截面的Y方向扫描线作运算,生成截面分区后的Y方向扫描线。图11所示为子区域内扫描线与截面X方向扫描线做运算后所生成的最终的X向扫描线,图12所示为生成的最终的Y方向扫描线。其中最终的X方向扫描线与Y方向扫描线是以子区域块为单位交替存入扫描线链表的。

(6)扫描线的输出:将扫描线链表中的各条线段按照就近原则进行输出,加入各轮廓扫描数据,存入到最终的扫描线链表中,用于加工。

5 算法验证

为了对上述算法进行验证,选取了几个截面形状来进行测试,如图13(a)、(b)所示截面形状,生成的扫描线如图13(c)、(d)所示,生成的扫描线间距均匀,没有出现多余或欠缺扫描线的情况,说明该算法比较稳定。

参考文献

[1]李增民,李立新,谭建波.快速原型制造技术的发展及应用前景[J].河北科技大学报,2003,24(2):43-47.

快速扫描 第7篇

金属零件的激光快速成形技术 (laser rapid forming, LRF) 作为一项在快速原型技术基础上结合激光熔覆技术发展起来的高新制造技术, 它是将零件的三维CAD模型转换为按一定厚度分层的二维轮廓信息, 在此基础上利用激光熔覆的方法将金属粉末逐层堆积, 最终得到三维实体零件, 成形后的材料具有优越的组织性能[4]。笔者所在的课题组曾使用激光快速成形技术首次成功制作了具有良好外形尺寸的全口义齿钛基托[5]。为进一步应用于临床, 本研究对激光快速成形方法制作钛基托的适合性进行评估, 并对其影响因素进行分析。这将有助于改进激光快速成形技术的加工工艺, 提高上半口义齿与口腔软组织的密合性, 对激光快速成形技术成功应用于临床具有非常重要的意义。

1 材料和方法

1.1 材料和仪器

标准上半口无牙颌模型1 个 (第四军医大学口腔医学院修复科实验室提供) 、Surfacer 10.0软件 (Imageware公司, 美国) , LSH600激光扫描仪 (台湾智泰公司) 、超硬石膏 (登士柏公司, 美国) , 激光快速成形设备 (西北工业大学, 西安) 。

1.2 实验方法

1.2.1 全口义齿钛基托的设计和制作

根据标准上半口无牙颌模型进行数字化重建, 并在此基础上设计数字化全口义齿钛基托 (图 1) 。对数字化基托进行数据剖分, 并导入激光快速成形设备, 直接制作出全口义齿钛基托 (图 2) 。

1.2.2 钛基托的适合性检测

使用数控线切割技术将激光快速成形的钛基托与基材分离, 对激光快速成形后的全口义齿钛基托表面进行适当喷砂处理。将处理后的钛基托完全就位于标准无牙颌模型上, 边缘用蜡封住, 倒凹粉填倒凹, 无牙颌模型表面的石膏部分涂抹分离剂, 正中置于玻璃板上的型盒圈内, 灌注石膏, 待凝固后取出原石膏模型 (图 3, 其中图 3A为传统方法制作钛基托的组织面, 图 3B为激光快速成形方法制作钛基托的组织面) 。沸水冲洗阴模内表面, 冷却后涂抹少许分离剂, 超硬石膏灌注于阴模, 待石膏凝固后取出 (图 4) 。传统方法制作钛基托作为对照。将复制的钛基托组织面石膏模型和其原无牙颌模型分别置于LSH600激光扫描仪工作台同一位置上并固定, 按照下列参数进行模型扫描:波长650 mm、扫描宽度50 mm、景深150 mm、扫描步距0.5°、点距:0.5 mm。计算机控制三轴平移, 一轴旋转。启动扫描程序, 按照激光束垂直于组织面进行扫描, CCD 摄像机进行取像, 视频信号通过图像卡输入计算机, 经数据转换后以ASCII码格式进行保存。通过对2 个模型的扫描, 得到2 组组织面点云数据;将2 组点云数据导入Surfacer 10.0逆向工程软件, 选择“points- to- points”三维数据拟合功能, 进行点云数据的对比。

2 结 果

通过应用激光扫描技术和Surfacer软件中的三维数据对比功能, 得到了不同方法制作钛基托组织面数据与原无牙颌石膏模型表面数据比较后的三维立体图 (图 5) , 具体误差结果见表 1。误差区域通过颜色的变化来表示, 其中红色区域颜色越深, 数据之间相差越大。图 5A为传统方法制作钛基托的适合性结果, 从三维点云对比图上可以看出, 传统方法的适合性波动主要集中在基托上腭部的两侧, 平均误差为0.135 mm。图 5B为激光快速成形方法制作钛基托的适合性结果, 从图中可以看出, 该三维点云对比图在中间部分的腭弓顶部颜色较深, 误差较大, 平均误差约为0.334 mm。因此可以得出, 传统方法制作的钛基托适合性误差波动比激光快速成形法略低。

A: 传统方法制作钛基托暴露的基托组织面; B:激光快速成形法制作钛基托暴露的基托组织面

A:Tissue surface of the titanium denture base made by traditional method; B:Tissue surface of the base plate made by LRF method

A:复制后的传统方法制作钛基托组织面石膏模型;B:复制后的激光快速成形法制作钛基托组织面石膏模型

A:Plaster cast of duplicated tissue surface for titanium denture base made by traditional method; B: Plaster cast of duplicated tissue surface of titanium denture base made by LRF method

A: 传统方法制作钛基托与石膏模型间的三维适合性点云对比图;B: 激光快速成形制作钛基托与石膏模型的三维适合性点云对比图

A: The 3D discrepancies between traditionally made titanium denture base and plaster cast; B:The 3D discrepancies between LRF made titanium denture base and plaster cast

3 讨 论

本实验中, 对传统方法和激光快速成形制作的钛基托进行了适合性的对比研究, 分析结果后可以得到下面的一些启示。

3.1 全口义齿钛基托的适合性研究

相较于传统的精密铸造技术而言, 激光快速成形技术作为一种全新的金属直接加工技术, 具有无可比拟的优越性, 该方法能够直接制造出兼具高精度和优异组织性能的金属零件, 并在航天等高新科技领域开展了相关的研究和应用[4,6,7]。高勃等人率先提出将激光快速成形技术引入口腔金属修复体制作领域的技术构想, 并进行了大量基础性实验研究。本研究作为其组成部分, 通过对激光快速成形技术制作全口义齿钛基托适合性的评估, 为日后进一步的临床试用奠定基础。

对于全口义齿基托的适合性检测方法而言, 传统的方法是将基托复位于无牙颌模型后, 在距模型后缘1.5 cm相当于区, 用钢锯锯开基托和模型, 在断面上定点, 记录各标记点处基托边缘与模型间间隙大小[8]。该方法虽然简单, 但是只能反映标定位置的适合性, 无法对基托的适合性进行全面评估。另外, 笔者也曾尝试通过高精度CT来检测钛基托和模型之间的适合性, 但是由于钛金属与石膏模型的密度相差太大, 无法进行测定。随着科技的不断发展, 激光扫描技术因能快速获得物体表面的三维信息, 在口腔医学中得到了广泛的应用[9,10]。在本实验中, 我们采用激光扫描法和三维拟合技术获得立体、直观的三维比较结果, 对激光快速成形钛基托的适合性进行全面的检测。

3.2 不同方法制作的钛基托适合性及主要影响因素

从适合性结果中我们可以看出, 适合性误差较大处主要在中间部分的腭弓顶部。分析原因, 该处很有可能是钛基托曲面斜率变化较大的地方, 粉末喷嘴在此XOY平面内成形过程的稳定性会降低, 导致熔覆层表面的成形出现波动, 其中波动较大的地方可能也是成形过程中激光器开/关光的点, 由于现有设备中存在开/关光的不同步现象, 导致了该处在送粉停止的同时激光束并未立即停止, 这样就造成了局部出现尺寸偏差, 也就间接影响了该处数据与模型数据间的密合性。另外, 其他地方的适合性波动的产生与成形过程中的氧化现象、温度累积效应及粉末粘结有着直接或间接的关系。而温度累积效应又是这其中的最主要因素。通常, 在激光快速成形钛基托的过程起始阶段, 由于基材良好的热传导能力, 熔覆层的宽度非常窄, 基本等于设计宽度, 但是随着成形过程的继续、熔覆层高度的增加, 由于钛金属的导热性能不佳, 温度累积效应开始产生, 熔覆层开始逐渐增宽, 直到达到一个平衡值;与此同时, 熔池的尺寸也随着熔覆层的增高开始变大, 这样进入熔池的粉末也开始增加, 导致熔覆层变宽和成形件表面粘粉。Kizaki等[11]观察了在激光照射的情况下熔融粉末的表现特征, 发现在激光照射开始约50 ms的时间内, 激光能量主要集中在粉末颗粒的表面, 这就导致了粉末表面变得较为粗糙;而当激光照射至0.2 s的时候, 粉末才开始熔融。这样在激光快速成形的过程中, 表面熔融的粉末颗粒碰到已经成形的试件表面时, 它们就会粘附在成形件表面, 引起表面质量降低。这一过程直接影响了成形件表面的几何特征, 是目前激光快速成形领域中存在的最普遍的情形[12], 这也是造成激光快速成形制作的钛基托适合性出现波动的主要原因。而对于传统加工工艺而言, 通过分析其适合性, 我们发现其误差最大的位置主要集中在基托上腭部的两侧。对该处适合性波动较大的原因进行分析, 其误差很可能与口腔技师蜡型制作时的手指按压力量不均匀, 以及钛在铸造时产生的铸造缺陷等因素有关。

由于激光快速成形设备目前多用于制造工业领域的大型零件, 对于像钛基托这种小尺寸、高精度的物体, 其设备精度还略显不足, 无法对某些精细的外形特征和局部特征进行良好的激光快速成形, 这也就是为什么在腭皱襞处适合性的误差也较大的原因。针对上述情况, 若想将激光快速成形技术制作应用于临床, 除了设备小型化以外, 基于反馈原理建立的自动控制系统也是必须的, 即根据温度、扫描速度和送粉速度等系统输出变化的信息来进行控制, 通过消除偏差以获得预期的系统性能, 达到高精度制作小尺寸、高精度物体的能力。

综上, 传统金属修复体制备方法虽然已发展相当完善, 但由于工艺繁琐, 制作效率低, 患者就诊次数多等自身无法克服的缺点, 难以满足医患的要求。随着计算机技术和高精度加工设备的发展, 激光快速成形技术的诞生和发展给口腔金属修复体的高性能、快速自动化加工提供了一种新的思路。本研究通过对其加工全口义齿钛基托适合性的研究, 为今后如何进一步提高口腔修复体的加工精度提供了参考依据。通过后期对其成形精度进一步的改进, 激光快速成形技术有望制作出冠、桥和支架等其他高精度的口腔修复体。

参考文献

[1]Doi H, Harrori M, Hasegawa K, et al.Application of sin-tered titanium alloys to metal denture bases:A study of tita-nium powder sheets for complete denture base[J].Bull To-kyo Dent Coll, 2001, 42 (1) :35-43.

[2]Williams RJ, Bibb R, Eggbeer D, et al.Use of CAD/CAMtechnology to fabricate a removable partial denture framework[J].J Prosthet Dent, 2006, 96 (2) :96-99.

[3]王晓波.冠、桥及全口钛基托的激光立体成形制备研究[D].西安:第四军医大学博士学位论文, 2005.

[4]Santos EC, Shiomi M, Osakada K, et al.Rapid manufac-turing of metal components by laser forming[J].Int J MachTool Manufac, 2006, 46 (12-13) :1459-1468.

[5]吴江, 高勃, 谭华, 等.激光快速成形技术制造全口义齿钛基托[J].中国激光, 2006, 8 (33) :1139-1142.

[6]Sexton L, Lavin S, Byrne G, et al.Laser cladding of aero-space materials[J].J Mater Process Technol, 2002, 122 (1) :63-68.

[7]Wu X, Sharman R, Mei J, et al.Direct laser fabricationand microstructure of a burn-resistant Ti alloy[J].MaterDesign, 2002, 23 (3) :239-247.

[8]逯宜, 姚月玲, 赵信义, 等.技工工艺对义齿基托适合性的影响[J].实用口腔医学杂志, 2004, 20 (1) :115-117.

[9]Kakaboura A, Rahiotis C, Watts D, et al.3D-marginal ad-aptation vers《ussetting shrinkagein light-cured microh、ybrid resin composites[J].Dent Mater, 2007, 23 (3) :272-278.

[10]吴琳, 李瑞, 吕培军, 等.光栅投影技术在获取牙列缺损三维数据中的应用[J].华西口腔医学杂志, 2006, 24 (3) :276-278.

[11]Kizaki Y, Azuma H, Yamazaki S, et al.Phenomenologicalstudies in laser cladding.Part I.Time-resolved measure-ments of the absorptivity of metal powder[J].Jpn J ApplPhys, 1993, 32 (1A) :205-212.

快速扫描 第8篇

三重四极杆的使用

鉴于这些法规要求, 农药控制实验室肩负着越来越大的压力, 要尽量在单独一次运转和多种复杂基质中检测出更多的农药。质谱分析 (M S) 技术日益得到食品安全和环境监控实验室的接受。在过去5年中, 气相色谱MS (GC-MS) 系统销售量的年平均增长速度已达3%～7%, 其中三重四极杆 (GC-MS QqQ) 增长最快, 达15%～20%。凭借在多反应监测 (MRM) 模式中的选择性, 以及即使在多个目标化合物的滞留时窗重叠时也能同时监测这些目标化合物的功能, 三重四极杆质谱仪迅速成为对复杂基质进行化合物分析的首选仪器。

串扰问题

如果在一次运行中放入更多目标化合物, 三重四极方法可能具有上百甚至上千个MRM, 而每个MRM的扫描时间 (即驻留时间) 都较短, 这会导致另一个潜在问题“串扰”, 且整体灵敏度降低。串扰是指如果存在两个来自不同母体离子却具有相同m/z碎体离子MRM, 并且扫描时间短, 则碰撞室 (Q2) 没有足够的时间在发生第2次MRM分裂前从第1次MRM中清除碎片离子。在这种情况中, 来自第1次MRM的产物离子可能出现在第二次MRM色谱图中, 也就是“假峰”。如果第一个MRM处于高强度中, 串扰效应就会导致特别大的麻烦, 因为它很可能导致下一个MRM上呈现伪阳性。

避免串扰

SCION GC-MS TQ创新的设计功能有助于避免串扰和减少假阳性, 包括无缝隙和无镜头的碰撞室, 及180°转向, 构成两项“降噪”设计元素, 保障了其高灵敏度, 扫描速率达1.4万Da/s, 采集速度高达1～100ms, 对相对标准偏差百分比 (%RSD) 的影响超过5%, 无峰高变化和明显的峰面积损失。

扫描时间效应和零串扰研究

所有实验都是在耦合到Bruker Scion TQ三重四极杆质谱仪的Bruker 451GC (配备了CP 8400自动取样器) 上执行的。对于所有测试, 在230℃的情况下使用不分流模式注入1μL样本。使用0.25mmI D和0.25μm薄膜厚度的Bruker BR5-ms柱。扫描时间实验中使用30m的柱, 而零串扰测试中使用的是15m的柱。样本和MRM参数会随结果显示。所有数据均采用Bruker MS Workstation处理。

扫描时间与峰值强度对照

在范围介于100ms至1ms的6次不同扫描时间中, 在20V电压下, 注入了6份重复的1pg八氟萘 (OFN) 用于监控272>222。

结果见图1。如图1所示, 峰高保持相同, 扫描时间从100ms到1ms, OFN峰面积没有明显减少。此外, 当扫描时间为1ms的情况下, RSD% (n=6) 仍然维持5.4%的良好状况。

串扰测试

实验A:注入100pg OFN监控以下两种MRM跃迁。OFN:20V情况下, 272>222;模型:20V情况下, 500>222;扫描时间:1ms。如图2所示, 在最差的案例情况下也没有观察到串扰。

实验B:在丙酮∶己烷 (50∶50) 溶液中注入1ng农药标准配比混合物。分别在10ms的扫描时间下监控两种农药甲氧滴滴涕 (227>212) 和乙烯菌核利 (285>212) 的MRM跃迁。图3显示, 没有在任何一个色谱图上观察到串扰。

快速扫描时间和零串扰