小波系数表征机械加工表面分形特征的计算方法

针对表征机械加工表面轮廓形貌分形特性,提出应用小波变换系数计算分形维数的算法。基于Majumdar-Bhushan分形函数构造典型曲线,采用工程常用的三种小波基函数,通过小波分解提取小波系数,并将在不同分解尺度和阶数下计算出的分形维数进行对比分析和验证,选择出计算分形维数精度较高的小波基函数和分解尺度。用该方法对车削和铣削加工的结合面实验试件表面形貌的分形维数进行计算,评价了表面形貌的分形特征。     

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。     

基于白光干涉仪的粗糙度表面仿真

基于真实表面的三维数据信号,通过空域滤波算法对信号滤波处理,并用小波分解三维表面高度数据信号,计算真实三维表面的基准面和粗糙度表面。采用小波和分形算法仿真生成与真实表面在不同尺度下分形维数相同的表面。通过W-M函数模拟仿真指定分形维数的表面,经过三维仿真拟合几个特定分形维数的表面。比较仿真拟合表面与原始表面的分形维数,提高仿真模型的准确性。     

机械加工表面轮廓分形维数对数小波谱计算方法

为了提高接触表面的建模精度,利用小波的多尺度分析能力,对表面轮廓进行多尺度小波分解,提出了计算机械加工表面轮廓分形维数的对数小波谱法以及有效分解尺度概念,并认为轮廓只在有效分解尺度上具有分形特征;通过M-B函数模拟生成不同分形维数、不同采样区间的分形轮廓;应用对数小波谱法计算了模拟轮廓的分形维数,进而与功率谱密度法（PSD法）等5种方法的计算结果进行了分析比较,结果表明：对数小波谱法能很好地处理分形的多尺度特征,并且选用sym4小波时计算精度最高,误差在0.15%以内;最后应用对数小波谱法对一实际机械加工表面轮廓分形维数进行了计算,说明了其实用性。     

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。     

分形粗糙表面特征长度尺度参数小波识别法

通过对W-M函数模拟轮廓进行db2小波分解,发现其小波分解系数呈现出明显的规律性这一重要特点,基于此,提出由小波分解来识别粗糙表面轮廓特征长度尺度参数G的一种新方法,并与功率谱密度法等4种方法对W-M函数模拟轮廓、分形布朗运动模拟轮廓以及实际机械加工表面轮廓特征长度尺度参数的计算结果进行对比,结果表明,由于所采用计算方法不同,导致计算结果表现出极大的差异性,不在同一个数量级上。对W-M函数模拟轮廓,提出的小波识别法计算结果最接近于理论值,其余方法在数量级上不同于理论值,都有随分形维数减小而误差增大的趋势。功率谱密度法计算误差最大,远超过理论值,方程组法次之,其次是结构函数法,文献[6]的公式计算误差较小。对分形布朗运动模拟轮廓,小波识别法与文献[6]的公式以及结构函数法计算结果接近。对实际轮廓的计算,小波识别法与文献[6]的公式计算结果相近。总体上,小波识别法与文献[6]的公式计算结果较为接近,说明分形粗糙表面轮廓特征长度尺度参数小波识别法是一种非常有效的方法。     

基于小波变换的分形曲线维数计算方法的研究

研究了基于小波变换的分形曲线维数计算方法,具有算法简单和容易实现的优点;通过构造典型分形曲线并加以应用研究,提出并总结了小波分解尺度对维数计算精度的影响规律。根据影响规律,采用小波变换计算分形曲线维数,首先应该估计曲线的采样长度,根据曲线特征选择特定的小波函数,确定最佳的小波分解尺度,这样既提高了计算精度,又缩短了计算时间;其次,当分形曲线有限长度较短时,应该采用信号周期延拓的方法可以减少计算误差。     

基于小波变换和分形维数的表面微观形貌分析

针对传统三维参数和单一分形维数在表面微观形貌分析中的不足,提出了一种基于小波变换和分形维数的表面微观形貌分析方法。该方法通过小波变换对表面形貌的灰度图像进行分解和单支重构,利用改进的差分盒维法计算原图像和重构子图像的分形维数,依据原图像和重构子图像的分形维数构成的数组对表面微观形貌进行分析。最后,利用本文提出的方法对一组零件的表面微观形貌进行了分析,结果表明原图像和重构子图像的分形维数不仅能够反映表面微观形貌的整体特征还能反映表面不同分辨率下的细节特征。     

超声磨削加工表面分形维数计算方法

基于盒维数法、差分盒维数法、结构函数法,用MATLAB模拟出已知分形维数的理论分形曲面,对其进行分形维数的计算,并计算其误差,结果表明:盒维数法的计算结果误差最小,可确定超声磨削加工表面分形维数的计算方法,为超声磨削加工表面形貌的特征分析奠定理论基础.     

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。     

评价机械加工表面形貌的小波变换方法

提出了用小波变换计算粗糙表面分形维数的新方法 ,并基于Weierstrass -Mandelbrot函数 (W -M函数Majumdar-Bhushan函数 (M -B函数 )对该方法进行了验证 ,结果表明该方法具有很高的计算精度。应用小波变换方法对核态池沸腾试验板表面形貌的分形特征进行了评价 ,包括铜和不锈钢材料 ,轧制、砂纸打磨和表面机械抛光等 3种加工方法生成 5个粗糙度级别的试验板 ,研究结果表明该方法能有效评价表面形貌的分形特征。     

Evaluation of the wavelet transform method for machined surface topography 2: fractal characteristic analysis

In this paper, a new method based on wavelet transform is proposed as a means for studying the fractal characteristics of rough surfaces. Through estimation of normal mathematical curves with known fractal dimensions, generated by the Weierstrass-Mandelbrot function, Majumdar-Bhushan function, Fractal Brownian motion (including three methods: the Midpoint FBm, the Additions FBm, the Interpolated FBm) and Interposed method (Kiesswetter curve), it is validated that the wavelet transform method can accurately calculate the fractal dimension. These fractal functions have been used to simulate some surface profiles. The results indicate that the Wavelet transform method is the most precise in its calculation of the fractal dimensions of the curves. It obtains more accurate results than seven other methods, named the Box counting method, the Yardstick method, the Co-variation method, the Structure function method, the Variation method, the Power Spectrum method and the Rescaled range analysis method. Precisely calculating the fractal dimensions of the curves is the first step in characterising machined surface topography. In addition, this paper aims to further develop the evaluation procedure for the fractal characteristics of machined surface topography.     

小波变换方法评价曲线的分形特征

应用小波变换对Kiesswetter曲线和3种方法生成的分数维布朗运动（FBm）进行了分析,验证了该方法计算分形维数具有较高的精度。在宽广的分形维数范围内,与其他7种计算方法比较表明,小波变换方法的精确性和一致性都最好。小波变换为进一步分辨确定性信号、分形特征的信号或完全随机性的信号提供了一种有效工具,为评价粗糙表面形貌的分形特征提供了前提条件。     

Rotating machinery diagnosis using wavelet packets-fractal technology and neural networks

This paper presents a new fault diagnosis procedure for rotating machinery using the wavelet packets-fractal technology and a radial basis function neural network. The main purpose is to investigate different fault conditions for rotating machinery, such as imbalance, misalignment, base looseness and combination of imbalance and misalignment. In this study, we measured the non-stationary vibration signals induced by these fault conditions. Applying wavelet packets transform to these signals, the fractal dimension of each frequency channel was extracted and the box counting dimension was used to depict the failure characteristics of the fault conditions. The failure modes were then identified by a radial basis function neural network. An experiment was conducted and the results showed that the proposed method can detect and recognize different kinds of fault conditions. Therefore, it is concluded that the combination of wavelet packets-fractal technology and neural networks can provide an effective method to diagnose fault conditions of rotating machinery.     

转子碰摩严重程度量化检测方法研究

基于分形理论、熵理论及小波变换方法,提出用关联维数和小波能量谱熵对转子系统不同碰摩程度进行量化检测的方法。首先,利用转子碰摩模型仿真了不同碰摩程度下的振动信号,并计算了信号的关联维数和小波能量谱熵,研究了关联维数和小波能量谱熵随转子不同碰摩程度的变化规律,发现这两种特征量与转子碰摩程度之间存在良好的相关性,表明其可以作为转子碰摩程度量化检测的重要特征量。最后,利用ZT-3多功能转子实验器,模拟了不同碰摩状态的振动信号,对该方法进行实验验证。结果表明:关联维数和小波能量谱熵对转子碰摩严重程度量化检测的有效性。     

圆柱滚子表面特性的分形研究

基于分形理论的非线性特征,对轴承中的圆柱滚子加工表面轮廓进行理论研究,探讨用分形维数来表征其加工表面的粗糙程度。通过理论计算及实验验证,得出了圆柱滚子外表面的分维表征。结果表明:表面粗糙度与分形维数是属于一种非线性关系;功率谱线平均斜率是加工表面粗糙度的有效表征;分形维数能客观地表征机械加工表面粗糙度,且大小与取样参数无关。     

面向空气静压支承的多孔材料渗透特性研究

为提高多孔质材料渗透系数的理论计算精度,本文基于分形理论建立了渗透系数求解模型,并基于图像处理优化了分形维数的求解方法。首先,利用扫描电子显微镜拍取4种多孔材料表面图像后,使用盒维法求解分形维数并研究多孔材料图像大小和放大倍数对分形维数求解准确性的影响。其次,基于气体Darcy定律、分形理论及修正的HagenPoiseulle气体方程建立了无修正系数的渗透系数求解方程,从而完善了多孔材料分形理论计算公式。最后搭建渗透系数测量平台,基于流动状态的判定结果,验证了理论推导的正确性。结果表明:图像越大、放大倍数越低,分形维数越趋近于真实值;通过建立材料的最大孔径、最小孔径、迂曲度及分形维数与渗透系数间的无经验参数的理论关系,可使渗透系数理论计算值更加准确。通过对比渗透系数理论计算值及实验值可知,误差值为5%~8%,满足材料渗透系数测量的误差要求。本文研究为材料渗透系数的准确获取提供了新的途径。