双树复小波稳健滤波在工程表面粗糙度评定中的应用

讨论了现有工程表面粗糙度评定基准滤波方法的优缺点。提出双树复小波变换(DT-CWT)具有近似的平移不变性和改进方向选择性等优点适合用于三维表面基准滤波,但其滤波过于理想化易导致滤波基准在野点处畸变。为此,进一步提出将空域双边滤波思想引入DT-CWT来增强双树复小波变换在提取基准面野点处的稳健性。通过低频重构得到基准信号,并对每层重构系数进行双边滤波,最终增强DT-CWT滤波基准的稳健性。仿真结果显示:改进的DT-CWT能很好地抑制异常值干扰引起的滤波基准在野点处产生的畸变,其得到的基准面的精度误差为0.183 2×10-10 m,重构误差为0.016 1×10-10 m,低于传统方法所得。对实测数据进行处理结果表明,双树复小波稳健滤波能很好地克服边界效应并抑制工程表面上深沟对滤波结果的影响。提出的方法为工程表面粗糙度评定提供了一种新方法。     

基于光谱共焦原理的滚珠螺母多尺度测量方法

针对小尺寸滚珠螺母因其内腔构型较复杂,孔径小,内腔型面数据获取困难,加工质量评定难以为继的问题,提出一种 基于光谱共焦原理的滚珠螺母多尺度测量方法。 使用非接触式光学位移传感器对其内腔进行分度式轴截面扫描,获取柱坐标 系下内腔表面三维点云数据。 采用均匀插值滤波剔除滚道—内径处的异常点以及小波阈值法对原始测量数据进行去噪。 以二 维小波分解的多分辨分析特性为基础,利用小波分解能量守恒性质自适应确定分解层数,对转换到笛卡尔坐标系中沿母线展开 的螺母内腔表面进行不同尺度分解,分别得到用于计算轮廓结构参数的低频成分与用于评定表面粗糙度的高频成分。 实验结 果表明本文提出的测量方法能够评定滚珠螺母内腔结构尺寸精度及表面加工质量,其重要结构参数如螺距、导程角的加工误差 分别为 2 μm 和 0. 016°。     

基于小波变换的三维粗糙表面分形维数计算方法

基于小波变换提出一种三维粗糙表面分形维数的计算方法。该方法采用小波变换对三维表面形貌数据进行多尺度分解,通过对不同分解尺度下小波系数平方的均值进行函数拟合,继而得到粗糙表面的三维分形维数。为验证提出的方法的正确性与准确性,采用已知参数构建三维分形表面,对不同方法下分形维数的计算结果进行对比分析。对比结果显示,相比原始盒维数法与差分盒维数法,采用提出的小波变换法计算得到的分形维数误差更小。特别是在小波变换过程中选用sym4小波基函数时,分形维数的计算误差最小,误差能够控制在2%以内。将提出的方法应用于磨削表面分形维数的计算,得到了不同粗糙度下磨削表面的分形维数,进而验证了该方法的实用性。提出的方法能够更加精确地计算三维粗糙表面的分形维数,为粗糙表面分形接触模型的构建提供了参数基础。     

双密度小波在表面形貌信号分离中的应用

小波的时频分析特性,使其在表面功能评定中克服了传统滤波方法的缺陷,可以合理实用地评定表面,但现有的小波模型中存在着滤波结果与测量原始数据的起始采样点位置有关的缺点,为此提出了一种双密度小波变换的表面形貌分离的新方法,用于工程表面的分析,实现了对表面特征平移不变的提取,提高了分离粗糙度、波度等频率成分的准确性。     

DT-CWT相关滤波在齿轮箱故障诊断中的应用

根据小波系数的相关分析理论,提出了基于双树复小波变换的小波相关滤波法。该方法根据相邻层小波系数的相关性,通过迭代过程自适应地进行滤波,能够在达到良好降噪效果的同时保留微弱故障特征信息。对降噪后的信号进行希尔伯特包络分析便可准确得到故障特征频率。试验信号分析与工程应用结果表明,该方法能够有效提取强背景噪声下的齿轮箱轴承早期故障特征信息。     

样条小波在表面方向特征提取中的应用

表面形貌是影响表面功能的主要因素,其中包含形状误差、波纹度、粗糙度等多种成分。方向特征是机械加工表面中的常见特征,如何有效的将其分离出来直接关系到表面质量的评定。基于Radon变换对方向特征的敏感性,结合样条小波对方向特征的提取和对噪声的抑制作用,在拟合表面和实测表面分别实验,得到表面线性方向特征的有效提取。     

基于Laplace小波相关滤波的结构模态参数精确识别方法

为了从结构脉冲响应信号中精确识别结构模态参数,提出一种基于Laplace小波相关滤波的结构模态参数精确识别方法。首先对结构的脉冲响应信号进行经验模式分解,将结构多阶模态响应信号分解为与各单阶模态响应信号一一对应的分量,再对这些分量分别进行Laplace小波相关滤波便可准确识别结构的各阶模态参数。仿真信号的计算结果表明该方法可以得到精确的阻尼固有频率,并能准确地锁定阻尼比。悬臂梁力锤激励试验结果表明该方法在实际结构的模态参数识别中也非常有效。     

二维经验模态分解在工程表面形貌误差评定中的应用

针对目前表面微观形貌面形误差分离方法中存在边界畸变及自适应差等缺点,提出了将具有自适应时频分辨能力的二维经验模态分解算法(bidimensional empirical mode decomposition,BEMD)应用于三维工程表面面型误差分离中,同时用Riesz变换构造单演信号,计算信号整体的频率特征,完成对二维经验模态分解算法的终止准则的改进,使其能严格按照ISO4287所规定的截止波长分离三维表面各频段形貌误差。仿真结果表明,本文新方法相比于国标ISO中高斯滤波以及常用小波滤波,在分离三维工程粗糙表面各面型误差时,所得分离图形效果远优于传统方法所得,且各频段误差对应的三维评定参数误差均小于5%。最后对光学镀膜元件实例进行分析,结果表明该算法能够很好地分离各形貌误差的的空间信息,所得参数评定基准面相对传统方法不存在边界畸变等问题,因此该方法在实际工程表面评定应用中具有可行性。     

基于二维双正交小波变换的贝壳表面形貌评定

研究表明海洋贝壳表面形貌与防污性能存在一定的关系。为评定贝壳表面形貌,探讨贝壳表面形貌与其防污性能关系,采用接触式表面轮廓测量仪对贝壳的表面形貌进行测量;运用二维双正交小波变换消除贝壳表面形貌测量数据中的形状误差,计算常用的表面特征参数。结果表明:运用二维双正交小波变换将贝壳表面形貌测量数据中的形状误差消除后,可得到更加合理的表面特征参数评定结果,可用于贝壳表面形貌的评定。     

基于小波分析的CO2弧焊电源工艺动特性的评定

在阐述了信号（函数）的奇异性检测及其与小波变换模极大值关系的基础上，针对熔滴短路过渡的ＣＯ２焊焊接电流信号，研究了信号局部奇异性的小波分析检测方法，选择了合适的小波函数，提取了焊接电流信号的波形特征。通过弧焊电源工艺动特性的测试试验表明，由所提取的电流信号波形特征的概率密度分布图中，能够得到与电源工艺动特性相关的特征信息，验证了小波分析方法对提取电源工艺动特性的评定特征信息的有效性。     

巴特沃思小波在表面形貌信号分离中的应用

为了快速准确地分析工程表面,提出了一种基于巴特沃思小波的滤波方法。首先,讨论了小波滤波器的低通幅度传输特性,并以此作为选择适合表面形貌分析小波滤波器的依据。然后,介绍了巴特沃思小波滤波器的构造原理,并给出了它的快速实现算法;综合其优良的传输特性和高效的实现算法,以巴特沃思小波作为表面分析的滤波器,对实际表面轮廓进行了多层分解。最后,利用巴特沃思小波建立了表面轮廓评定的基准线,并给出了确定小波分解层数的方法。实验结果表明,巴特沃思小波能够快速准确地实现表面轮廓的多尺度分析,稳定可靠地提取表面中线;在普通计算机上提取11200点数据表面中线仅耗时60ms,利用该中线计算所得R值相对误差仅比利用高斯中线所得R值相对误差大0.12%。     

多尺度引导滤波及其在去雾中的应用

将引导滤波与提升小波相结合提出了一种多尺度引导滤波方法,以实现在平滑图像细节的同时保持图像边缘不模糊。该方法通过提升小波法对将图像进行多尺度分解,即将信号分解成一个低频子带和多个高频子带。在提升小波重构过程中,利用引导滤波平滑每个尺度的低频信息并保持其边缘不模糊。最后,针对滤波后残余的细节,对提升小波重构后的平滑图像再次进行引导滤波,以便进一步平滑图像细节。将多尺度引导滤波应用于暗通道去雾先验理论并进行了主、客观评价。结果显示:多尺度引导滤波能够深层次平滑图像细节,保持边缘完整性,从整体上提高了图像的对比对和视觉效果,有效恢复了场景信息并保留场景的边缘信息。另外,该方法改善了客观评价指标,其对比度增强系数指标平均提升了0.1以上,场景结构相似度平均提升了1以上,而LOE(Lightness Order Error)参数降低了10以上,满足了去雾应用的视觉需求。     

3-D Surface roughness profile of 316-stainless steel using vertical scanning interferometry with a superluminescent diode

Surface roughness is one of many parameters that influences on mass stability of standard weight, commonly used as a transfer standard of mass SI unit. One of the most famous non-invasive methods for determining surface roughness from a surface profile of material is a vertical scanning interferometry (VSI) with a white light source. In this research, 3-D surface profiles of 316-stainless steel, usually used as a material for standard weights, are constructed by using VSI, based on Michelson interferometer (MI). Because of its low-coherent properties, low cost, and compact light source, a superluminescent diode (SLD) is chosen as a low-coherence light source in our interferometry system. Since a continuous wavelet transform (CWT) algorithm provides accuracy results, it is also used as a numerical analyzing method for the interferogram signals, taking from our VSI. The surface roughness and measurement uncertainty, calculated from the constructed 3-D surface roughness profiles of 316-stainless steel samples, are discussed.     

利用声发射信号时频特征在线监测慢走丝线切割加工表面粗糙度

针对慢走丝线切割加工(WEDM-LS)时因温度高、切缝窄等因素造成的加工过程难以监测的问题,利用声发射检测技术对占空比可调脉冲的慢走丝线切割加工过程进行在线监测。首先利用小波包能谱算法将AE信号分解到8个独立的频段上:分别为W1~W8,且频率依次降低;然后提取各频段上的能量特征,研究其与加工工件表面粗糙度值之间的相关性。试验结果表明:W8频段的能量与表面粗糙度值之间具有较高的相关性,该频段的能量与脉冲放电能量均随着脉冲信号占空比的增大而增大,且加工表面粗糙度值也随之逐渐增大。最后通过回归分析得到了反应材料表面粗糙度值与W8频段能量占比关系的数学预测模型,该模型的预测结果与实际测得的表面粗糙度值误差仅为3.51%。说明该模型具有较高的预测精度,可用于加工表面粗糙度的在线监测。     

角加速度信号自适应小波的去噪方法

针对多扰动、大负载环境下角加速度计输出信号中含有脉冲噪声和高斯白噪声的情况,提出一种改进的离散小波阈值法与中值滤波算法相结合的角加速度计信号自适应去噪算法。首先,使用中值滤波对原始信号进行去除脉冲噪声的预处理;其次,使用分解层数的自适应确定方法与改进的阈值选取准则,通过离散小波阈值去噪法去除高斯白噪声。仿真结果表明,该算法能够有效地提高信噪比,降低最小均方误差。实验结果表明,该算法既能去除分子型液环式角加速度计信号中噪声,又能很好地保留真实信号中的高动态部分。     

机械振动载荷识别研究的现状与未来

回顾了机械振动中动态载荷识别研究的发展历程，对该技术的国内外研究现状及存在的问题作了综述。针对动态载荷所具有的短时、非平衡性等特点，指出可以利用模态滤波器、小波分析和分形过程分析等当前信号分析与处理前沿理论所具备的各自优点，构造高精度动态载荷识别模型，并对该领域今后的研究方向作了前瞻。     

基于各向异性Markov随机场的三维显微图像复原

提出了基于小波域各向异性马尔可夫随机场模型的三维显微图像复原算法。小波是当前研究的热点,它能够很好地刻画图像的边缘信息。为了有效地保留图像的边缘,根据小波变换后各个子带小波系数的方向性特点,以各向异性马尔可夫随机场模型作为小波系数的先验概率模型进行正则化处理;本文采用正则化比例系数自适应调整方法,当算法收敛到全局最优时,正则化比例系数也达到最优选择;考虑到噪声的影响,算法在每一步迭代求解过程中,对估计出的图像进行去噪处理。实验结果表明,本文算法能够有效地保留图像边缘等细节信息,去除层间干扰并抑制噪声。     

基于双树复小波变换的三维粗糙表面评定方法研究

针对目前用于提取三维粗糙表面基准面的第一和第二代小波存在的平移变动性与方向性差等缺点,以及最优小波基的选取和小波分解次数的确定等难点,提出将第三代小波变换--双树复小波变换（DT-CWT）用于三维粗糙表面的评定。通过比较三代小波实际重构图像以及仿真三维粗糙表面的误差和最大重构误差,得出了DT-CWT最优的结论;采用频带能量法确定DT-CWT的分解次数,并用仿真三维表面表征参数均方差S来验证得出的分解次数的正确性。最后用DT-CWT对具有分形特征的三维非平稳随机粗糙表面进行基准面的提取,结果验证了所提出方法的有效性。     

研磨表面微观形貌的三维检测及Areal表征

介绍了三维表面微观形貌的检测方法,分析了采用高斯滤波提取基准中面的原理,针对研磨表面形貌的表征选取了一组Areal表征参数。运用原子力显微镜(AFM)扫描研磨工件的表面,采用高斯滤波提取基准中面进而分离出表面微观形貌的三维信息,在此基础上计算出表征参数值。试验表明研磨表面微观形貌呈现高斯分布规律,采用高斯滤波方法及所选的Areal表征参数能够有效地表征研磨表面的三维微观形貌。