表面粗糙度的三维motif评定方法研究

论文摘要

表面微观形貌是评价表面质量、表征表面性能时需要考虑的重要因素。半个多世纪以来,测量技术和仪器制造水平不断提高,分形、小波、motif理论出现在表面形貌的研究领域,使得表面粗糙度的研究成为工程表面领域的研究热点,同时也为工业制造的精密化以及微机械制造领域中高精密表面评定奠定了基础。有很多相对成熟的研究结果被逐步制定为国际标准或各国家的行业标准。本文以三维motif方法为主要研究内容,对表面微观形貌及其特征和表面性能等方面做了研究分析。三维motif方法是在二维motif方法的基础上发展起来的,继承了二维方法不用滤波、不受取样长度限制的优点并能全面反映表面形貌特征。本文主要工作包含以下几方面:(1)叙述了粗糙度评定发展的历史,几种主要测量方法的优点和不足。用原子力显微镜作为测量工具,获取表面形貌数据。叙述了分层数据文件HDF结构、使用方法和广阔的应用前景。(2)将motif方法的研究对象从截面轮廓扩展至三维表面时,首先应讨论的就是离散栅格数据表示连续曲面时存在的拓扑矛盾问题。本文采用将motif区域和分割线分别定义邻接方式的方法解决这一矛盾,并在此分别定义邻接方式的基础上用邻域分析的方法实现了分水岭算法,对表面形貌进行分割。(3)提出用三维motif结构体的点、线、面、体四类要素来分析表面特征的参数值空间分析法。方法是从四类要素中选取n个合适的要素参数建立坐标值的n维空间,空间中的每一个点就代表一个motif。表面形貌的几何特征、摩擦磨损后表面发生的变化等都可以反映在这些点在空间中的位置和点与点的关系上面。(4)提出基于上述参数值空间分析的motif合并方法,当两个motifs的差异度大于某个值时,就可将其合并。并基于Barré的合并方法编程实现了多尺度分析。将两种合并方法比较后发现,当合并后得到的motifs个数相近时,其参数值结果相近,证明了前者的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 表面形貌的定义和形成
• 1.2 表面粗糙度研究的意义和前景
• 1.2.1 GPS体系及发展现状简介
• 1.2.2 我国GPS体系的研究现状
• 1.2.3 表面形貌研究在新一代GPS体系中的地位
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 表面微观形貌的表征和评定概述
• 2.1 表面粗糙度研究历史简述
• 2.2 表面微观形貌的表征评定
• 2.2.1 基于中线制的轮廓粗糙度评定
• 2.2.2 二维motif方法发展简介
• 2.2.3 基于分形几何的评定方法
• 2.2.4 其他评定方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 实验测量及数据采集、预处理
• 3.1 表面微观形貌测量领域发展和现状
• 3.2 表面微观形貌的主要测量方法
• 3.3 原子力显微镜简述
• 3.4 数据采集及读取
• 3.5 数据的预处理
• 3.6 本章小结
• 第四章 表面微观形貌的motif方法概述
• 4.1 二维motif定义及评定方法
• 4.2 国内二维motifs合并算法的研究现状
• 4.3 三维motif评定方法及发展
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于邻域分析的三维motif评定算法
• 5.1 表面微观形貌的离散化表示
• 5.1.1 栅格数据表示连续曲面的拓扑矛盾
• 5.1.2 拓扑矛盾的解决办法
• 5.2 算法实现
• 5.3 分割实例及分析
• 5.4 分割后的motif参数计算及合并
• 5.4.1 motif的参数计算及合并依据
• 5.4.2 合并算法的实现
• 5.4.3 motifs合并和特殊点的处理
• 5.4.4 合并实例及多尺度分析
• 5.5 motif参数值空间的表面特征分析
• 5.6 基于几何要素参数的motifs合并方法
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 附录1 表面粗糙度研究的发展简表
• 附录2 编写主要程序列表
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文