基于图像分析的三维表面形貌连通性表征

论文摘要

三维表面形貌的微观结构对表面的摩擦、润滑及密封等性能有着重要的影响，为了研究表面形貌的结构特征与表面功能之间的相关性，建立表面形貌的功能表征方法，本文针对与润滑密切相关的表面谷的结构特征，探讨了表面连通性的表征方法，为描述表面间润滑油流动和分布提供了方法。本文基于数字图像处理和分析技术，引入描述拓扑结构的欧拉数以及数学形态学中的连通性概念，建立了三维表面形貌连通性的度量模型及相应的算法，分析了表面连通性度量的可靠性。以承载面积比为80％的截面作为评价表面连通性的基准面，分析了模拟激光纹理表面的凹坑半径和间距的改变对连通性的影响，比较了单向纹理、交叉纹理和圆环纹理等不同特征纹理表面的连通性之间的差异，分析了45°纹理表面、交叉纹理表面和激光纹理表面的连通性随高度的变化。计算结果表明，对于激光纹理表面，凹坑不相邻时的连通性系数小于相邻和相交时的连通性系数，当凹坑不相交时，随着凹坑半径的增大，表面的连通性系数逐渐增大。在凹坑半径不变、间距增大时，连通性系数逐渐减小。在相同间距、沟槽宽度及采样面积下，交叉纹理的连通性比单向纹理的连通性好，圆环纹理介于两者之间。沟槽宽度的微量改变对连通性的影响不大，纹理间距的增大会导致表面的连通性变差。表面的连通性随承载高度的不同而不同，承载高度愈小，承载面积比愈大，连通性愈差。此外，还把该方法用于缸套实测表面的连通性表征，确定了缸套表面的连通性评定的基准面，给出了缸套表面的连通性评价的具体数值。本论文提出的表面连通性度量方法为表面形貌连通性的评价提供了新的思路和方法，为混合润滑分析中引入表面连通性特征的影响提供了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 三维表面形貌表征的国内外研究现状
• 1.1.1 表面形貌表征方法
• 1.1.2 面向功能的参数表征
• 1.1.3 图像分析在表面形貌表征方面的应用
• 1.1.4 表面的连通性
• 1.2 课题来源
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第二章 基于欧拉数的表面形貌连通性表征
• 2.1 连通性的概念
• 2.1.1 连通性的数学定义
• 2.1.2 数字图像中的连通性
• 2.2 模拟表面的构造
• 2.2.1 三维表面形貌的图像形成原理
• 2.2.2 模拟表面的构造方法
• 2.3 连通性度量算法模型
• 2.3.1 欧拉公式
• 2.3.2 算法
• 2.4 计算结果和分析
• 2.4.1 单向纹理表面的连通性随高度变化的分析
• 2.4.2 不同纹理表面的连通性比较
• 2.5 小结
• 第三章 基于形态学的表面形貌连通性表征
• 3.1 前言
• 3.2 数学形态学及其基本算法
• 3.2.1 数学形态学基本运算
• 3.2.2 形态学多尺度迭代运算
• 3.3 单个连通区域的连通性度量模型
• 3.4 表面形貌的连通性计算方法
• 3.4.1 表面图像的二值化
• 3.4.2 连通区域的分离
• 3.4.3 表面形貌的连通性计算
• 3.4.4 算法流程图
• 3.5 计算结果分析与讨论
• 3.5.1 激光纹理模拟表面的连通性
• 3.5.2 不同特征纹理表面的连通性比较
• 3.5.3 表面连通性度量的可靠性分析
• 3.5.4 表面的连通性随高度的变化
• 3.6 本章结论
• 第四章 缸套表面的连通性度量
• 4.1 前言
• 4.2 缸套表面连通性度量的评定基准面的确定
• 4.2.1 缸套形貌的测量
• 4.2.2 缸套表面形状误差的去除
• 4.2.3 不同尺度纹理的分离和评价基准面的确定
• 4.3 连通性度量结果
• 4.4 结论
• 第五章 总结
• 5.1 本论文结论
• 5.2 需要进行一步研究的问题
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文