1、西ICS 17.040.20 J 04 中华人民共和国国家标准化指导性技术文件G/Z 26958. 1-2011 /ISO/TS 16610-1 : 2006 产品几何技术规范CGPS)滤波第1部分:概述和基本概念Geometrical Product Specifications (GPS) -Filtration 一Part 1 : Overview and basic concepts (ISO/TS 16610-1: 2006 , IDT) 2012-03-01实施2011-09-29发布发布中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国家标准化管理委员会数码防伪中华人民共和国国家标准化
2、指导性技术文件产品几何技术规范(GPS)滤波第1部分:概述和基本概念GB/Z 26958.1 2011/ISO/TS 16610-1 :2006 9等中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销9号开本880X 1230 1/16 印张l.5字数41千字2012年1月第一版2012年1月第一次印刷非t号:155066. 1-13969定价24.00元如有印装差错由本社发行中
3、心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107GB/Z 26958. 1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 目lJI=I GB/Z 26958(产品几何技术规范CGPS)滤波国家标准化指导性技术文件分为89部分，已转化为国家标准化指导性技术文件的有以f9部分:第1部分:概述和基本概念;第20部分:线性轮廓滤波器基本概念;第22部分:线性轮廓滤波器样条滤波器;第29部分:线性轮廓滤波器样条小波;第31部分:稳健轮廓滤波器高斯回归滤波器;第32部分:稳健轮廓滤波器样条滤波器;第40部分:形态学轮廓滤波器基本概念;第41部分:形态学轮廓滤波器圆盘和水平线段滤波器;第49
4、部分:形态学轮廓滤波器尺度空间技术。本部分为GB/Z26958的第l部分。本部分按照GB/T1.1一-2009给出的规则起草。本部分等同采用国际技术规范ISO/TS16610-1: 2006(产品几何技术规范CGPS)滤波第1部分:概述和基本概念。为了便于使用，本部分做了如下编辑性修改:国际技术规范的本部分一词改为指导性技术文件的本部分;删除了国际技术规范的前言和引言;在技术内容和编写格式上与该国际技术规范一致。本部分由全国产品几何技术规范标准化技术委员会CSAC/TC240)提出并归口。本部分起草单位:中机生产力促进中心、华中科技大学、哈尔滨量具刃具集团有限公司。本部分主要起草人:明翠新、王
5、欣玲、刘晓军、高思田、郎岩梅、陈景玉、李海斌。1 GB/Z 26958. 1-2011 /ISO/TS 16610-1: 2006 1 范围产品几何技术规范CGPS)滤波第1部分:概述和基本概念GB/Z 26958的本部分规定了GPS惊波的基本术语和GPS滤波采用的基本流程框架。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 18780. 1- -2002 产品几何量技术规范(GPS)几何要素第1部分:基本术语和定义(idt ISO 14660-1: 1999
6、) GB/Z 24637. 1-2009 产品几何技术规范(GPS)通用概念第1部分:几何规范和验证的模式CISO/TS 17450-1: 2005 , IDT) GB/Z 24637. 2 - 2009 产品几何技术规范(GPS)通用概念第2部分:基本原则、规范、操作集和不确定度CISO/TS17450-2:2002 , IDT) JJF 1001 通用计量术语及定义国际计量学通用基础术语(VIM)，BIPM、IEC、IFCC、ISO、IUPAC、IUPAP、OIMLJ3 术语和定义JJF 1001、GB/T18780.1-2002、GB/Z24637. 1 -2009、GB/Z24637.
7、 2-2009界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3. 1 组成要素integral feature 面或面上的线。注:组成要素是实有定义的。GB/T 18780. 1 - 2002 , 2. l. 1J。3. 1. 1 部分表面surface portion SP 被分离的组成表面的一部分。3. 1. 2 表面轮廓surface profile 部分表面和一个理想平面的交线。注:轮廓的概念在不断发展变化，因而表团轮廓的概念可能重新定义。3.2 基本数学模型primary mathematical models 部分表面的系列嵌套数学表达式，每个表达式都可以用有限个参数来描述。1 GB/Z
8、26958. 1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 3.2.1 嵌套指数nesting index NI 表示一特定基本数学模型相对嵌套水平的数或数列。注1.给定嵌套指数的模型，指数较低的包含较多的表面信息，而指数较高的包含较少的表面信息。注2.按照惯例，当嵌套指数趋于苓(或系列指数全趋于零)时，存在一个基本数学模型，能以任意给定的接近程度，近似表达工件的真实表面。注3:商斯滤波器的截止波长是一个嵌套指数的例子。对形态滤波器而言，嵌套指数是构造元素的大小(如圆盘的半径)，其不同于截止波长中的波长概念。3.2.2 自由度degrees of freedom 基本数学模型用于完整
9、描述一特定基本数学模型的独立参数的个数。3.3 原始表面primary surface 具有指定嵌套指数的基本数学模型表达的部分表面。3.3.1 3.4 原始轮廓primary profile 原始表面和一个理想平面的交线。注=轮廓的概念在不断发展变化，原始轮廓的定义同能重新定义。基本映射primary mapping PM( I NI) 嵌套指数导引的映射关系，通过指定嵌套指数映射特定原始表面，以表达-个满足筛选和投影准则的部分表面。注1:用映射的数学术语表述如扎lS二lM(SP1 Nl) 其中，PS是原始表面，SP是部分表丽。注2:采用基本映射的组合可以构建其他滤波器(例如，基本映射的加权
10、平均值，基本映射的上界等)。3.4. 1 筛选准则sieve riterion . ( 1 ) 对部分表面先后应用两种基本映射与仅应用其中一种基本映射完全等间，即该基本映射具有最高嵌套指数的准则。注:用映射的数学术语表述如下:PM(PM(SP 1 NI,) l NI,) = PM(SP 1 Nl)其巾，NI= max(NI, ,NI2) ( 2 ) 其中，SP是部分表西。3.4.2 3.5 投影准则projection criterion 一个具有特定嵌套指数NI的原始表面使用相同嵌套指数NI基本映射到它自身的准则。滤波filtration 通过降低一个非理想要素的信息水平产生新的非理想要素的
11、操作。GB/Z 24637.1-2009，3.12J。3.5. 1 轮廓滤波器profile filter 用于表面轮廓滤波操作的操作集。注:在整个文件中，术语操作集从它的数学上下文来理解。当它使用在GB/Z24637. 2的上下文，规范或认2 GB/Z 26958. 1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 证通常冠在操作集前面。3.5.2 区域滤波器areal fiI ter 用于部分表面洁、波操作的操作集。3.6 异常值outlier 数列中对分离的组成要素不具代表性或典型性的局部值，以幅度和尺度为特征。注:并非所有的异常值仅依数据就能予以确定:只考虑那些与针尖几何特征不一
12、致的值。有时可以基于幅度/尺度标准给出警示。3. 7 3.8 开放轮廓open profile 具有两个端点且长度有限的表面轮廓。注:表面轮廓不与自身相交。闭合轮廓c10sed profiIe 没有端点且长度有限的表面轮廓。注:表面轮廓不与自身相交，即简单闭合曲线或约当C1ordan)曲线。3.9 稳健性robustness 输出数据对输入数据中特定现象的不敏感性。注:特定现象如异常值、划伤、台阶等。3.10 滤波方程filter equation 滤波器的数学描述方程。注:滤波方程不一定对滤波器的数字实现给定算法。4 一般讨论4.1 概述滤波是把数据中感兴趣的特征从其他特征中分离出来的方法。
13、例如:筛选粒子，采用不同尺寸的筛孔，可以将土壤粒子分成不同规格大小。嵌套指数是指特征分离所依据的临界尺寸。在上面的例子中，嵌套指数相应于筛孔的尺寸。更准确而言，滤波首要的是定义系列嵌套数学表达式，以对真实表面建模，以便嵌套越详尽，模型越平滑地表达真实表面。其嵌套指数是一个用来表达模型的嵌套/平滑水平的数值，嵌套指数越大，则表达表面的模型越平滑。按照惯例，当嵌套指数接近零时，存在一个能够表达真实表面的模型。其次，定义一个基本映射。基本映射是选择具有指定嵌套指数的特定模型的方法，这个模型满足一定特性，用来表达真实表面。这个基本映射是一个基础滤波器，在它的基础上可以建造其他的滤披器。附录A给出了说明
14、例子。推荐了一个包括新的滤波器工具的工具箱，这个工具箱包括中线滤波器、形态滤波器、稳健滤波器及能够把表面结构分解成不同尺度组成部分的技术。开发这个工具箱是为了满足GPS在滤波方面现在和将来的需求，同时有这样一个目的，即以国家标准化指导性技术文件的形式出版这个滤波工具箱，以便在它决定作为完整的国家标准发表之前，GPS用户能评价它的效用。这些国家标准化指导性技术文件形成了GB/Z26958 (IS0/TS 16610)系列文件。滤波总体规划(附录B)显示了GB/Z26958 CISO/TS 16610)系列各部分的代号分配。特殊滤波器工具和它的缺省值由其他应用文件提供。3 GB/Z 26958.
15、1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 附录C给出了不同滤波器类型的优缺点。附录D给出滤波基本概念图，附录E给出了滤波矩阵的关系。4.2 基本数学模型提出基本数学模型使波段的概念一般化，嵌套指数目的在于一般化波长的概念。对于嵌套模型系列中的某一模型，嵌套越高(嵌套指数较小)，包含的表面信息越多，反之嵌套越低(嵌套指数较大)，包含表面信息越少。按照惯例，当嵌套指数接近零时，存在一个基本数学模型，能以任意指定程度逼近分离的组成要素(接近程度用一数学指标定义)。筛选准则由玛瑟龙CMatheron)的大小准则衍生而来，同时是下述推论的一个必要条件:如果一个基本映射应用于一个分离的组成要
16、素，任何带有更大嵌套指数的进一步基本映射完全等同于对该组成要素采用带有更大嵌套指数的第二基本映射。换句话说，相对带有指定嵌套指数的基本映射而言，当考虑对一分离的组成要素采用带有更大嵌套指数的基本映射时，不会引起信息丢失。投影准则要求嵌套指数与玛瑟龙(Matheron)的大小定义相一致。既然基本数学模型的嵌套是一个尺度/大小，并且基本映射满足筛选准则，则嵌套指数可用来定义广义的波长概念。5 滤波器标识表1给出了在指定滤波器时涉及到的一些基本语义。表2给出了滤波器标识。表1滤波器代码中的基本语义滤波苦苦类型分类L=线性的八=区域。D)M=形态学的R=-稳健的F=滤波器L=线11:的p轮廓(2D)M
17、二形态学的一一R=稳健的表2滤波器标识类型分类代码滤波器名称所在1SO文件FALG 高斯滤波器ISO/TS 16610-61 FAL FALS 样条ISO/TS 16610-62 FALW 样条小波ISO/TS 16610-69 FAMCB 封闭球ISO/TS 16610-81 FA FAMCH 封闭水平线段ISO/TS 16610-81 FAMOB 开放球ISO/TS 16610-81 FAM FAMOH 开放水平线段1SO/TS 16610-81 FAM八B交替系列球ISO/TS 16610-89 FAMAH 交替系列水平线段1SO!TS 16610-89 4 GB/Z 26958. 1-
18、2011/ISO/TS 16610-1 :2006 表2(续)类型分类代码滤波器名称所在ISO文件FARG 稳健高斯ISO/TS 16610-71 FA FAR 卜一一一一一一千一-FARS 稳健样条lS0/TS 16610-72 FPLG 高斯ISO/TS 16610-21 FPL FPLS 样条ISO/TS 16610 22 FPLW 样条小波ISO/TS 16610-29 FPMCD 封闭盘ISO/TS 16610-41 FPMCH 封闭水平线段ISO/TS 16610 41 FP FPMOD 开放盘ISO/TS 16610-41 FP岛fFPMOH 开放水平线段ISO/TS 16610
19、-41 FPMAD 交替系列盘ISO/TS 16610-49 FPMAH 交替系列水平线段ISO/TS 16610-49 FPRG 稳健高斯ISO/TS 16610-31 FPR FPRS 稳健样条ISO/TS 16610-32 FPC特殊情况)F2RC 2RC ISO 3274 5 GB/Z 26958. 1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 A.1 圆轮廓(闭合轮廓)的截取傅立叶级数A. 1. 1 组成要素附录A(资料性附录)示例假定公称要素是一个柱面，分离的组成要素将会是相应的非理想要素。A. 1.2 部分表面该部分表面是一个来自于分离的组成要素的圆轮廓(见图A.1)。
20、90 2 180 270 图A.1分离的组成要素的圆轮廓A. 1. 3 基本数学模型。该基本数学模型是圆轮廓的截取傅立叶级数，N阶模型包含不大于N阶谐波的所有谐波，见图A.2。6 GB/Z 26958. 1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 nu ou 2 180 。270 图A.213阶基本数学模型的例子在极坐标中，N阶数学表达式为N RN (0) =。十三=a; X cos(i X 0)十b;X sin(i X的. C A.l ) 式中:RN N阶半径;T 角度;ai 傅立叶系数;b; 傅立叶系数。这是一个嵌套模型，因为N阶模型包含轮廓上所有小于等于N阶的谐波。A. 1.
21、 3.1 嵌套指数合适的嵌套指数由该模型的最小角度波长2/N给出。当角度波长趋近于零时，N趋向无穷大，也就是说该模型逼近一个完整的傅立叶级数。众所周知，在适当假设之下，圆轮廓几乎在任何情况下都等于其完整傅立叶级数。当嵌套指数接近零时，模型RNCO)几乎在任何情况下都接近真实圆轮廓。A. 1. 3. 2 自由度模型RNCO)有ZN+l个独立参数，因而有ZN+l个自由度。7 GB/Z 26958. 1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 A. 1.4 基本映射为了得到波:波轮廓，有必要将圆轮廓映射到一个截取傅立叶级数。可由以下方式实现:首先对分离的组成要素进行傅立叶变换，然后截取傅
22、立叶级数，计算模型系数(见图A.3)。显而易见，基本映射的方法满足筛选准则。90 180 。270 说明:A 原始轮廓;B一分离的组成要素。图A.3原始轮廓A.2 轮廓上的交替顺序形态学滤波器形态轮廓滤波器在GB/Z26958.40 (ISO/TS 16610-40) , GB/Z 26958.41 (ISO/TS 16610-41), GB/Z 26958. 19 (lSO/TS 16610-49)中描述。A.2.1 组成要素假定公称要素是一个立方体，分离的组成要素将会是一非理想要素，其相应于一指定立方体表面的平面。A. 2.2 部分表面该部分表面是一个取自分离的组成要素的轮廓(见图八.4)
23、。8 GB/Z 26958. 1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 A. 2. 3 基本数学模型A. 2. 3.1 概述基本数学模型是一个瞬时由率绝对值都低于给定最大值的轮廓(见图八.5)。这个模型是嵌套的，因为个给定最大绝对曲率值的模型包含所有最大绝对曲率值更小的模型。说明:X一距离;y-高度。说明:X 距离;Y 0.015 0.01 0.005 。.0050.01 0.015 Y 10 8 6 4 2 。2 4 6 Y 高度X03。单位为毫米0 2 3 4 5 6 X 图A.4己分离组成要素的轮廓单位为毫米。2 3 4 5 6 X 图A.5嵌套指数半径为0.8mm的基本数
24、学模型实例9 GB/Z 26958. 1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 A.2.3.2 嵌套指数个合适的嵌套指数由与曲率绝对值的倒数相对应的半径给出。当兰卡径趋于零(由率值趋于;无穷大)，该模型将趋向所需轮廓。A. 2. 3. 3 自由度对应每个嵌套指数都可能建立一个数学模型，因此，对给定的嵌套指数无法确定自由度的值。A. 2. 4 基本映射为了获得滤波表面，有必要将组成要素映射为一个具有明确嵌套指数的基本数学模型(见图A.的。可以通过对分离的组成要素进行一系列以圆形为构造元素的嵌套指数递增的形态开放和闭合操作得到，最后结束于相同半径的嵌套指数详见GB/Z26958. 4
25、9CISO/TS 16610-49)J。显而易见，基本映射的方法满足筛选准则。单位为毫米说明:X 一距离;y. 高度;Y 0.015 。.010.005 。0.005 0.01 0.015 A 分离的组成要素;B 原始轮廓。10 0 2 3 4 5 6 X 图A.6原始轮廓 GB/Z 26958. 1-2011 /ISO/TS 16610-1 : 2006 附录B(资料性附录)滤波标准GB/Z26958系列的总体规划B. 1 滤波标准B. 1. 1 滤波标准矩阵表B.1给出了技术规范GB/Z26958系列的滤波矩阵。表B.1 GB/Z 26958系列的结构二:- 线性的稳健的形态学的线性的稳健
26、的形态学的基本概念第20部分第30部分第40部分第60部分第70部分第80部分专用滤波器第21-25部分第31-35部分第41-45部分第61-65部分第71-75部分第81-85部分如何滤波第26-28部分第36-38部分第46-48部分第66-68部分第76-78部分第86-88部分多分辨率第29部分第39部分第49部分第69部分第79部分第89部分a现在包括在第1部分中。图E.1与滤波矩阵模型的关系17 GB/Z 26958. 1-2011/ISO/TS 16610-1 :2006 附录F(资料性附录)在GPS矩阵模型中的位置GPS矩阵的全部详情见GB/Z20308 20060 F.1
27、本部分的信息及其应用GB/Z 26958的本部分规定了定义GPS滤波的基本术语。F.2 本部分在GPS矩阵模型中的位置GB/Z 26958的本部分是GPS综合标准，它影响GPS通用标准矩阵中所有标准链的链环3和链环6，如图F.l所示。F.3 相关的标准GPS 基础标准GPS综合标准GPS通用标准链环号1 尺寸距离半径角度与基准元关的线的形状与基准有关的线的形状与基准元关的面的形状与基准有关的面的形状方向位置圆跳动全跳动基准粗糙度轮廓波纹度轮廓原始轮廓表面缺陷棱边图F.1 相关的国家标准为图F.l所示标准链所涉及的标准。2 3 4 5 6 卜-卡一一GB/Z 26958. 1-2011/ISO/
28、币16610-1:2006 参考文献lJ GB 3102.11- -1993 物理科学和技术中使用的数学符号2J GB/T 6062-2009产品几何技术规范CGPS)表面结构轮廓法接触(触针)式仪器的标称特性3J GB/T 3505-2009产品几何技术规范CGPS)表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数4J GB/T 18777-2009 产品几何技术规范CGPS)表面结构轮廓法相位修正滤波器的计量特性5J GB/T 18618-2009产品几何技术规范CGPS)表面结构轮廓法图形参数6J GB/T 18778.1-2002产品几何量技术规范CGPS)表面结构轮廓法具有复合加工特征的表面第
29、1部分:滤波和一般测量条件7J GB/Z 20308-2006 产品几何技术规范CGPS)总体规划8J JJF 1059 -1999 测量不确定度评定与表示9J GB/Z 26958.20-2011 (lSO/TS 16610-20: 2006) 产品几何技术规范CGPS)滤波第20部分:线性轮廓滤波器基本概念10J ISO/TS 16610-21 , Geometrical product spccifications CGPS)- Filtration- Part 21:Lincar profilc filtcrs: Gaussian filters 11J GB/Z 26958.22-2
30、011 (lSO/TS 16610-22: 2006) 产品几何技术规范CGPS)滤波第22部分:线性轮廓滤波器样条滤波器12J ISO/TS 16610-26 , Geomctrical product spccifications CGPS)-Filtration- Part 26: Lincar profilc filters: Filtration on nominally orthogonal grid planar data scts 13J ISO/TS 16610-27 , Geometrical product specifications CGPS)-Filtration
31、Part 27: Lincar profilc filtcrs: Filtration on nominally orthogonal grid cylindrical data sets 14J GB/Z 26958.29- 2011 (lSO/TS 16610-29: 2006) 产品几何技术规范CGPS)滤波第29部分:线性轮廓滤波器样条小波15J ISO/TS 16610-30 ,Geometrical product spccifications CGPS) -Filtration-Part 30:Robust profilc filters: Basic concepts 16J
32、GB/Z 26958.31-2011 (ISO/TS 16610-31: 2010) 产品几何技术规范CGPS)滤波第31部分:稳健轮廓滤波器高斯回归滤波器17J GB/Z 26958.32二2011(ISO/TS16610-32:2009) 产品几何技术规范CGPS)滤波第32部分:稳健轮廓滤波器样条滤波器18J GB/Z 26958.40-2011 (lSO/TS 16610-4. 0: 2006) 产品几何技术规范CGPS)滤波第40部分:形态学轮廓滤波器基本概念19J GB/Z 26958.41-2011 (lSO/TS 16610-11: 2006) 产品几何技术规范CGPS)滤披第
33、41部分:形态学轮廓滤波器圆盘和水平线段滤波器20J ISO/TS 16610-42 , Geometrical product specifications CGPS)-Filtration-Part 42: Mor phological profile filters: Motif filters 21J GB/Z 26958. 4. 9-2011 (lSO/TS 16610-19: 2006) 产品几何技术规范CGPS)滤波第19部分:形态学轮廓滤波器尺度空间技术22J ISO/TS 16610-60 , Geometrical product spccifications CGPS)-
34、 -Filtration Part 60: Lincar arcal filters: Basic concepts OONHZF自。自=ON-.的gNN阁。GBjZ 26958. 1-2011jISOjTS 16610-1 :2006 Part 61: Lincar Part 69: Lincar Part 81，沁1or-ISOjTS 16610-62 , Geomctrical product specifications C GPS) arcal filters: Splinc filters L251 ISO/TS 16610-69 , Geometrical product spc
35、cifications CGPS) arcal filtcrs: Splinc wavclets L26J ISO/TS 16610-70 ,Gcometrical product spccifications CGPS)一-Filtration areal filters: Basic concepts 27J ISO/TS 16610-71 , Geometrical product spccifications CGPS)一-Filtration二Part71: Robust areal filtcrs: Gaussian rcgression filters 28J ISO/TS 16
36、610-72 ,Geomctrical product spccifications CGPS)-Filtration areal filters: Spline filt巳rs29J ISO/TS 16610-80 , Geometrical product spccifications CGPS)-Filtration- Part 80: Mor phological areal filters: Basic concepts 30J ISO/TS 16610-81 , Geometrical product spccifications CGPS)一一Filtrationphologic
37、al arcal filtcrs: Sphcre and horizontal planar scgment filtcrs 31J ISO/TS 16610-82 , Gcometrical product spccifications CGPS)-Filtration- Part 82: Mor phological arcal filters: Motif filters 32J ISO/TS 16610-89 , Geometrical product specifications C GPS)-Filtration-一Part89: Mor phological areal filt
38、ers: Scale space techniques 33J Random sets and integral geometry,Matheron,G. :1975 ,John Wiley &. Sons ,ISBN 0-471 Part 62: Lincar Part 70: Robust Part 72: Robust ISO/TS 16610-61 , Geomctrical product spccifications CGPS) - Filtration Filtration Filtration 23J arcal filtcrs: Gaussian filters 21 57621-2 侵权必究书号，155066.1-13969定价:峙版权专有24. 00 )L; GB/l 26958.1-2011 打印忖期:2012年2月9日F002A
