基于幅值參數(shù)的三維表面形貌表征分析

華僑大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告

課題名稱 基于幅值參數(shù)的三維表面形貌表征分析
設(shè)計(jì)（論文）類型
（劃√） 工程設(shè)計(jì) 應(yīng)用研究 開(kāi)發(fā)研究 基礎(chǔ)研究 其它
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1、本課題的的研究目的和意義：
隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展和精密加工技術(shù)的提高,對(duì)材料表面質(zhì)量的評(píng)定提出了更高的要求,從傳統(tǒng)的二維評(píng)定發(fā)展到現(xiàn)在的三維評(píng)定。三維表面形貌表征分析對(duì)提高加工表面質(zhì)量和產(chǎn)品性能，促進(jìn)精密加工工藝發(fā)展都有著深遠(yuǎn)意義。
在以前的表面質(zhì)量評(píng)定中，輪廓算術(shù)平均偏差Ra作為評(píng)定表面微觀幾何形狀參數(shù)之一，其定義是在取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值，該參數(shù)在一定程度反映輪廓高度相對(duì)于基準(zhǔn)中線的離散程度。但參數(shù)Ra過(guò)于注重對(duì)高度信息做簡(jiǎn)單的平均化處理，對(duì)高度的變化不夠敏感，為了表示了輪廓偏離中線的程度，引入?yún)?shù)Rq，其定義是取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓偏距的均方根值。相對(duì)于二維參數(shù)，三維參數(shù)具有統(tǒng)計(jì)特性好，誤差小特點(diǎn)，這是因?yàn)閺膮^(qū)域表面而非輪廓軌跡獲得信息，使得算術(shù)平均偏差的離散性大大降低，測(cè)量數(shù)值有穩(wěn)定性。所以三維粗糙度參數(shù)比二維粗糙度參數(shù)在對(duì)表面微觀幾何形狀的描述方面
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測(cè)量的對(duì)象，它不能作為基準(zhǔn)面，而設(shè)計(jì)的幾何表面又是理想表面，它的具體位置也不清楚，所以要用某個(gè)給定面來(lái)體現(xiàn)基準(zhǔn)面，它不僅有幾何表面的形狀、方位，而且和實(shí)際表面在空間上走向一致，這種表面可用數(shù)學(xué)方法確定。在Areal三維表征中產(chǎn)生基準(zhǔn)面的實(shí)用方法概括起來(lái)有:最小二乘多項(xiàng)式擬合法、高斯濾波、小波法等。
李成貴,董申[2]提出按不同的表征特性可將參數(shù)分為4類: 幅度參數(shù)、空間參數(shù)、綜合參數(shù)和功能參數(shù)。幅度性能是表面形貌最主要的特征之一，在各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中列出了許多二維幅度參數(shù),這類參數(shù)是高度相關(guān)的，例如Ra和Rq。Ra的最初出現(xiàn)只是由于測(cè)量?jī)x器的方便，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)Ra并不比統(tǒng)計(jì)參數(shù)Rq 包含更多的信息, 所以在三維表征中取消了最常用的算術(shù)平均偏差Ra，并考慮了表面高度的3 個(gè)方面: 統(tǒng)計(jì)特性、極值特性、高度分布的形狀。但由于偏愛(ài)和習(xí)慣， 一些學(xué)者仍推薦在三維表征中使用算術(shù)平均偏差Sa。
李伯奎[5]對(duì)三維粗糙度參數(shù)算術(shù)平均偏差與均方根偏差的規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究，探討三維粗糙度主參數(shù)的應(yīng)用規(guī)律，同時(shí)探討三維粗糙度評(píng)價(jià)和傳統(tǒng)二維粗糙度評(píng)價(jià)的延續(xù)性。二維輪廓算術(shù)平均偏差Ra為取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值，即 。二維輪廓均方根偏差Rq為取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓偏距的均方根值，即 。以上兩式中， 為基于中線的表面輪廓高度。表面的三維算術(shù)平均偏差Sa定義為在采樣區(qū)域內(nèi),表面粗糙度相對(duì)名義高度偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值，即 。表面的三維均方根偏差Sq是一個(gè)統(tǒng)計(jì)幅度參數(shù),其定義為在采樣區(qū)域內(nèi),表面粗糙度相對(duì)名義高度偏距的均方根值,即 。兩式中,M,N分別為在采樣區(qū)域內(nèi)*向和y向的離散采樣點(diǎn)數(shù);名義高度 。













3、 本課題的主要研究?jī)?nèi)容（提綱）和成果形式：
項(xiàng)目的研究工作大致分為兩個(gè)部分：第一個(gè)部分是參數(shù)計(jì)算，包括數(shù)據(jù)的測(cè)量，去噪，基準(zhǔn)線（面）的擬合及參數(shù)的算法編程等，第二部分是參數(shù)的比較分析，主要包括二、三維參數(shù)表征特點(diǎn)的分析，兩組參數(shù)不同表征作用的分析以及兩組參數(shù)在表面形貌表征上的具體應(yīng)用。
1、參數(shù)計(jì)算，包括數(shù)據(jù)的測(cè)量，去噪，基準(zhǔn)線（面）的擬合及參數(shù)的算法編程等
2、參數(shù)的比較分析，主要包括二、三維參數(shù)表征特點(diǎn)的分析，兩組參數(shù)不同表征作用的分析以及兩組參數(shù)在表面形貌表征上的具體應(yīng)用
最終以論文形式完成課題。


4、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：
(1) 表面質(zhì)量評(píng)定中，二輪廓算術(shù)平均偏差Ra，二維輪廓均方根偏差Rq，表面的三維算術(shù)平均偏差Sa，
表面的三維均方根偏差Sq，這些參數(shù)的評(píng)定方法，以及參數(shù)具體評(píng)定流程的研究。
(2) 二輪廓算術(shù)平均偏差Ra，二維輪廓均方根偏差Rq，表面的三維算術(shù)平均偏差Sa，表面的三維均方根偏差Sq，上述兩組參數(shù)表征特點(diǎn)的分析，在表面評(píng)定中的不同表征作用的分析，表面三維評(píng)定的（相對(duì)于二維評(píng)定的）優(yōu)越性，以及兩組參數(shù)在表面形貌表征上的具體應(yīng)用。

5、研究思路、方法和步驟：
項(xiàng)目的研究工作大致分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是參數(shù)的計(jì)算，第二階段是對(duì)二維參數(shù)Ra，Rq，三維參數(shù)Sa，Sq 分析，比較以及在表面評(píng)定上的應(yīng)用。針對(duì)這兩個(gè)階段，需要分析采取相應(yīng)的研究方法。
1、參數(shù)的計(jì)算
測(cè)量是參數(shù)計(jì)算的重要步驟，實(shí)驗(yàn)采用的測(cè)量?jī)x器有非接觸式垂直掃描白光干涉儀和LI型接觸式激光干涉儀。對(duì)于采集到的數(shù)據(jù)需經(jīng)過(guò)濾波處理才能進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。濾波處理有均值濾波和中值濾波法等，均值濾波的思想是通過(guò)一點(diǎn)和領(lǐng)域內(nèi)像素點(diǎn)求平均來(lái)去除突變的像素點(diǎn)，中值濾波的原理是用一個(gè)奇數(shù)點(diǎn)的移動(dòng)模板，將模板內(nèi)各點(diǎn)的中值去取代模板中心點(diǎn)的值。
評(píng)定實(shí)際表面質(zhì)量需要有個(gè)基準(zhǔn)面, 它具有幾何表面的形狀, 其方位和實(shí)際表面在空間的走向一致，可用數(shù)學(xué)方法確定。其中最小二乘平面作為基準(zhǔn)面，其定義為這樣一個(gè)平面: 實(shí)際表面離開(kāi)該平面的偏差的平方和為最小值, 并且有明確的數(shù)學(xué)算法。最小二乘多項(xiàng)式擬合法是假定表面為一多項(xiàng)式 ……（未完，全文共4274字，當(dāng)前僅顯示2158字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《基于幅值參數(shù)的三維表面形貌表征分析》）