概率统计函数在工件表面形貌分析中的应用

介绍概率统计函数中的自相关函数(ACF)和功率谱密度函数(PSD)在工件形貌分析中的应用。运用自相关函数和功率谱密度函数,可以识别机械加工后工件表面的特征,判断其中是否含有周期信号以及它们的频率,还可以反映出不同频率的成分在整个信号中所占的比重,从而估计在加工过程中各种因素特别是变化着的因素对表面加工质量的影响。     

积屑瘤状态对微细切削表面轮廓特征的影响

研究了微细切削条件下,刀具前刀面上的积屑瘤状态对切削表面轮廓特征的影响,为合理选择和控制微细切削刀具的切削条件,以及评价微细切削的表面形貌特征提供实验依据.利用表面粗糙度仪分别提取了无积屑瘤、积屑瘤生长、稳定和脱落等4种积屑瘤状态下的切削表面轮廓,选取幅值密度函数(ADF)、自相关函数(ACF)和功率谱密度函数(PSD...     

利用功率谱密度函数表征光学薄膜基底表面粗糙度

光学表面的表面粗糙度通常利用两个传统参数方根粗糙度σ和相关长度l来进行表征。主要就如何引入功率谱密度函数(PSD)表征表面微观形貌进行了初步研究。说明了一维和二维功率谱密度(PSD)函数的数学计算方法、PSD函数的物理意义,同时给出了PSD函数与传统的表面评价指标σ和l之间的关系。利用不同仪器对多种样品进行测试,在分析比较测试结果的基础上,总结了利用PSD函数评价光学表面粗糙度的优点。功率谱密度函数作为一个全面的光学表面评价参数,正得到越来越广泛的重视和应用。     

超精加工表面形貌任意频率的提取及重构

采用功率谱密度(PSD)和连续小波方法(CWT)相结合的方法分析磷酸二氢钾(KDP)晶体超精加工表面形貌中的频率特征。采用PSD提取取样长度和周期范围内表面形貌上的所有频率特征,针对PSD得到的三个显著实际频率特征进行频率的提取,同时获得CWT的尺度因子a;用Mexican Hat小波函数实现连续小波变换还原实际频率形貌。结果表明:在采样域内,实际频率为0.0138μm~(-1)的表面形貌与原始表面极为接近,是KDP晶体超精加工表面形貌及影响表面粗造度的主要频率特征。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工微观形貌评价及摩擦学特性研究

用TALYSURF5轮廓仪测量砂轮约束磨粒喷射精密光整加工后工件表面的微观几何参数值，用扫描电镜和显微镜观察表面微观形貌变化,依据测量结果，应用随机过程的相关函数对磨粒喷射精密光整加工表面进行微观形貌评价,结果表明:光整加工后工件表面轮廓纵向参数值下降，表面轮廓波度平均间距减小，波纹峰密度提高;磨粒喷射精密光整加工表面和磨削加工表面具有很小的相似性，光整加工后工件表面实现了各向同性，表面纹理具有均一化特征。利用MG-2000型销－盘式试验机研究了表面形貌对摩擦学特性的影响，结果表明，光整加工表面的摩擦因数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低，表面质量明显改善，从而提高了零件的使用寿命和精度保持性。     

用数理统计方法评估特种加工表面形貌

本文通过对特种加工零件表面粗糙度进行测量，将实测数据输入计算机，运用数理统计方法，分别求出每个零件的幅度密度函数、自相关函数和功率谱密度函数，并绘制出轮廓图和函数图，对这些函数与其图进行综合分析；评估特种加工表面的形貌。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工表面功率谱分析和摩擦磨损特性研究

对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工微观形貌进行功率谱分析和摩擦磨损特性研究。利用平面磨床M7120对精磨后45#钢工件材料进行喷射精密光整加工;用TALYSURF5轮廓仪测量加工后的微观几何参数值;用扫描电镜观察表面微观形貌变化;用功率谱密度函数评价磨削加工和光整加工表面的微观形貌特征;利用MG-2000型销-盘式高速高温摩擦磨损试验机研究表面形貌对摩擦磨损的影响。结果表明,磨粒喷射精密光整加工均化和改善了工件表面的波纹度,降低了工件表面粗糙度值,提高了工件表面的形状精度;光整加工表面摩擦因数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,表面质量明显改善,从而提高了零件的使用寿命和精度保持性,摩擦磨损实验结果和功率谱密度分析相吻合。     

不同电极材料线切割加工性能的研究

针对慢走丝线切割(Wire-Cut Electrical Discharge Machining,WEDM)机床中常采用的两种电极丝材料类型:黄铜丝与镀锌铜丝,分别从工件的材料去除率(Materical Remove Rate,MRR)、表面粗糙度及加工后的表面形貌等方面,对比分析了黄铜丝与镀锌铜丝的加工性能。实验结果表明,在以钛合金材料为工件的切割加工中,使用镀锌铜丝加工的工件相比用黄铜丝加工的工件能获得更大的材料去除率、更小的表面粗糙度及更好的加工表面形貌。     

点磨削工件微观形貌仿真与试验研究

点磨削属于外圆磨削技术的一种,其砂轮与工件轴线之间存在变量夹角α,加工过程中磨粒的运动轨迹发生改变。为探索α对工件表面粗糙度的影响,利用砂轮与工件之间的运动关系及坐标转化,将磨粒运动函数等效为抛物线,得出点磨削的切削路径。基于砂轮表面磨粒分布状态,沿砂轮轴向扩展有效干涉痕迹,得到工件的三维几何仿真形貌。将45钢淬火后作为工件材料,选择典型磨削参数,利用试验对模型进行验证。结果表明:仿真与实际工件微观形貌呈现相似特征,两形貌表面高度概率密度分布十分吻合,在不同磨削速度下,两结果之间平均相差7.8%。当α在0°～4°变化时,Ra的浮动范围小于0.1μm,工件表面粗糙度不会发生明显改变,几何仿真模型为实际磨削工件形貌分析提供了一种辅助和验证方法。     

机械加工表面形貌分形维数的1/f过程小波识别法

结合小波所具有的多尺度分析能力,提出了表征机械加工表面形貌的1/f过程小波识别法,基于MB函数模拟下的分形表面轮廓,计算出不同的小波基函数与不同分解尺度下的分形维数,通过对比挑选出了较为合适的小波基函数与分解尺度;将1/f过程小波识别法的计算结果与计盒维数法、差方法、R/S分析法、功率谱密度法(PSD)、均方根法(RMS)、结构函数法、方程组法等方法进行了对比,得出了1/f过程小波识别法计算结果的准确性与计算上的简便性,进一步说明了该方法能很好地应用到分形表面的多尺度分析上;最后将1/f过程小波识别法应用到了3种实际加工表面上,验证了其实用性。     

表面形貌评定的B样条小波基准线的实现

随着科学技术的发展,对工件的表面精度提出了更高的要求。表面形貌特征在很大程度上影响了工件的技术性能和使用功能。近年来,国内外对表面形貌特征进行了大量的研究,制定了相关的标准。但是仍然存在一些不确定性和模糊性。文中针对高斯滤波器存在边界效应和对缺陷表面产生形变的不足,提出了一种B样条小波获取表面形貌功能评定基准线的方法。首先建立表面形貌的数学模型,采用小波分析的分解与重构原理,实现了表面形貌的数学模型的小波构建。最后根据小波变换的定义,用B样条函数构造出B样条小波函数,并将其应用于表面形貌的分析,从而实现了表面轮廓与基准线的分离。通过实例对比分析,该方法要优于高斯滤波获取基准线的方法。B样条小波分离法不仅消除了边界效应,而且消除了表面异常值高斯基准线的变形。     

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。     

石墨加工表面粗糙度图像评定方法

针对接触式测量脆性石墨材料表面粗糙度时存在探针和工件易损伤等问题,提出基于MATLAB进行表面粗糙度测量数据采集和处理的一种新方法。应用GUI(Graphical User Interface)图形界面回调函数(Callback)编写控件,设计易于用户交互的可脱离MATLAB环境独立运行图形界面粗糙度计算软件。通过MATLAB编写的程序对工件的表面形貌图像进行数字化预处理(灰度化,降噪,滤波等),进行轮廓边缘提取、轮廓边缘曲线数字化和最小二乘法拟合等计算,最终计算出图像灰度对应表面粗糙度,实现表面粗糙度计算和输出,通过试验验证了图像评定机械加工表面粗糙度系统准确性。     

车削加工中工件的模态分析

车削加工中工件的振动会严重影响零件的尺寸精度及表面粗糙度。为分析工件系统的动特性,分别用有限元法和试验法（频响函数法）对系统进行模态分析。结果表明两种结果之差低于10％,因此有限元求解比较精确。     

基于单目视觉三维恢复算法的微观形貌原位测量方法研究

工件表面微观形貌分析在机械加工及测量领域有着十分重要的作用。与二维形貌分析相比,三维形貌分析能够提供更全面的表面信息。然而,现有复杂、昂贵的先进测量手段始终无法实现原位测量。为了实现对工件表面现场检测和三维形貌表征,将基于单目视觉的SFS(shape from shading,从明暗恢复形状)算法及光度立体法应用至微观形貌原位测量领域,提出一种可以进行二维图像采集并进行三维形貌重构的原位测量方法,并对比两种算法在微观形貌三维恢复上的结果。基于上述方法,进行SiC工件表面三维形貌恢复试验,同时与共聚焦显微镜扫描结果比较。试验结果表明,相比于SFS方法,光度立体法重构结果更加准确,截线特征点高度差相对误差低于27.2%,截线二维参数相对误差低于32.8%,表面三维参数相对误差低于19.6%,为解决机械零件表面微观形貌原位测量难题给出了新的解决思路。     

机械加工表面形貌分形特征的计算方法

提出应用小波变换计算表面形貌分形特征参数，基于Weierstrass-Mandelbrot函数（W-M函数）和Majumdar-Bhushan函数（M－B函数）这2种常用于表征和模拟机械加工表面轮廓曲线的标准分形函数，验证了小波变换计算分形维数具有很高的精度。与其它计算表面形貌分形维数的方法进行了比较，结果表明小波变换方法的稳定性和准确性好。应用小波变换计算了不锈钢和铜2种材料的机械加工表面的分形维数。     

高速铣削高体积分数SiCp/Al复合材料表面形貌及切屑机制的研究

为了研究高体积分数SiCp/Al复合材料的切削机理及工件表面形貌,采用PCD刀具对干式切削和水溶性冷却液浇注冷却的湿式切削两种切削条件下的高速铣削进行了研究。结果表明,在对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行高速铣削时,干式切削无论是在工件已加工表面形貌和微观结构,还是在切屑形成及形貌上,都好于湿式切削。两种切削条件下均可获得较理想的表面粗糙度。     

砂轮约束磨粒喷射加工外圆表面创成机理及三维形貌

磨粒喷射精密光整加工是重要零件在磨削后进行去除表面缺陷层、降低粗糙度和波纹度为目的光整加工新工艺。试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工试样为表面粗糙度0.6 m左右的45钢。加工表面形貌和微观几何参数分别用扫描电子显微镜和Micromesvre2表面轮廓仪测量。应用自相关函数对磨削加工表面和光整加工表面进行分析,并研究材料去除机理和微观表面形貌的创成机理。在楔形区游离磨粒获得能量对工件进行抛磨、滑擦、和微切削是材料去除机理的核心因素,磨料流体侧向挤出是均化和降低表面波纹度的主要因素。试验结果表明,试样表面从连续的方向一致的沟槽被随机不连续的微坑所代替,表面粗糙度明显得到改善。随着加工循环的增加,工件表面的粗糙度值由0.6 m下降到0.2 m左右。此外,光整加工可以获得各向同性网纹交错的表面,表面轮廓的支撑长度率提高,对工件的耐磨性有利。     

用互相关函数判别零件表面形貌的特征

通过对不同加工方法所形成的表面形貌进行测量,得到大量的实测数据。运用随机分析方法分别求出每个零件表面形貌的互相关函数及其系数,再通过对函数与系数的分析,探讨表面形貌的特征。     

广义B样条滤波器在表面形貌测量中的应用

摘 要：为了提取工件表面轮廓中线,给出一种基于三阶广义B样条函数的数字光滑滤波器。首先由线性方程微分方程推导出广义B样条函数。接着,利用广义B样条函数和变分公式结合推导出数字平滑滤波器,该数字平滑滤波器由一IIR滤波器和间接广义B样条变换组成。然后,给出了数字平滑滤波器的具体的递归算法,并且证明了该滤波器的通用特性。最后提取了一实际工件表面中线。实验结果表明：该滤波器具有比高斯滤波器更好的截止特性,该算法利用普通计算机提取11200点数据表面中线仅耗时0.002秒。该滤波器具有可调平滑性,零相移特性,克服了传统三阶样条插值的曲率低和振荡的缺陷,其递归滤波器的具体算法,算法简洁,效率高。