轮廓仪信号滤波调理与数字技术研究

论文摘要

表面粗糙度是评定工件性能的一项重要指标,直接影响到工件的摩擦系数、抗疲劳能力等性能以及外观,因此,作为测量表面粗糙度的重要仪器,轮廓仪在机床、汽车、仪器仪表等行业中运用广泛。轮廓仪的性能优劣主要取决于测量精度,而信号调理电路的性能以及粗糙度数字滤波器的好坏直接决定着轮廓仪的测量精度。在查阅相关资料的基础上,本文首先对国内外的粗糙度测量技术进行了分析,在此基础上设计了轮廓仪的信号调理电路与数字滤波器,并将所研究的技术运用到了Talysurf5型轮廓仪的改造过程中。对轮廓仪信号调理电路的功能与结构进行了分析,并研制了正弦波振荡电路、交流放大电路、带通滤波电路、量程切换电路、相敏检波电路以及低通滤波电路。研制了模数转换电路以及高精度的参考电压电路。分析了光电耦合抗干扰的原理,并运用光电耦合器来对信号调理电路的模拟部分和数字部分进行隔离。分析了数字滤波原理,推导出2RC、相位校正、高斯滤波这三种数字滤波方法的滤波方程,并在软件上实现了这三种数字滤波方法。根据国家标准GB/T 3505-2009中关于粗糙度评定参数的定义,推导了主要粗糙度评定参数的计算流程。运用VB和VC混合编程的方式编写了表面粗糙度评定软件。将本文所设计的信号调理电路和粗糙度评定软件运用到Talysurf5型轮廓仪的改造中,并对改造后轮廓仪进行了校准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 粗糙度测量技术的国内外研究现状
• 1.2.2 数字滤波在粗糙度测量中的应用
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 轮廓仪信号调理电路的研制
• 2.1 信号调理电路的功能
• 2.2 信号调理电路的研制
• 2.2.1 正弦波振荡电路
• 2.2.2 交流放大电路
• 2.2.3 带通滤波电路
• 2.2.4 量程切换电路
• 2.2.5 相敏检波电路
• 2.2.6 低通滤波电路
• 2.3 模数转换电路的研制
• 2.4 抗干扰电路的研制
• 2.5 本章小结
• 第3章 粗糙度评定软件的设计
• 3.1 粗糙度评定基准
• 3.2 粗糙度评定基本术语
• 3.2.1 中线
• 3.2.2 取样长度
• 3.2.3 评定长度
• 3.3 软件设计总体方案
• 3.3.1 软件总体框图
• 3.3.2 粗糙度测量流程
• 3.4 数字滤波
• 3.4.1 2RC 滤波器的实现
• 3.4.2 相位校正滤波器的实现
• 3.4.3 高斯滤波器的实现
• 3.5 粗糙度评定参数的计算
• 3.5.1 峰和谷的计算
• 3.5.2 纵坐标平均值的计算
• 3.5.3 间距参数的计算
• 3.5.4 混合参数的计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 信号调理与数字滤波技术在轮廓仪上的应用
• 4.1 改造方案
• 4.2 实验校准
• 4.2.1 残余轮廓
• 4.2.2 示值误差
• 4.2.3 示值重复性
• 4.2.4 示值稳定性
• 4.2.5 校准结论
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢