新工艺推动工件表面三维测量进入实用阶段

在以汽车工业为代表的批量生产制造业中,工件表面微观结构的二维测量迄今仍处于主流地位,这主要是由所采用的工艺和已建立的完善的评定体系决定的。但近几年,随着激光造型等新工艺在一些重要工序中的应用日趋增多,表面微观结构的三维测量也进入了实用阶段。本文通过实例对其进行了描述,并就相关的评定参数做了介绍。     

三维表面粗糙度的表征和应用

表面粗糙度会直接影响零部件的耐磨性、密封性以及抗腐蚀性等,是评定机械加工和产品质量的重要指标。现代科技水平的不断提高对零件表面性能的要求也日益严苛。传统的二维表面粗糙度的测量和表征已经不再能够满足技术发展的要求,三维表面粗糙度由于能够更加全面、真实地反映工件表面的状态而受到人们的重视,成为研究热点。本文回顾了三维表面粗糙度的发展历史,系统地介绍了三维表面粗糙度参数及标准的发展现状,分析了表面形貌与功能特性的联系,概述了三维粗糙度参数在制造业、生物医疗、摩擦学与材料科学等领域的广泛应用,并进一步指出了三维表面粗糙度表征和应用的发展方向。未来随着相关研究(比如,三维测量的溯源性、重复性、参数表征体系等问题)的深入以及三维表面测量手段的发展,三维表面粗糙度参数也将不断完善和推广,并更多地与实际功能相结合来预测并指导生产,确保工件的表面质量。     

表面三维微观形貌检测技术及其发展

从表面特征衡量的角度阐述三维参数评定的客观性及合理性,强调三维微观形貌测量的重要民生。介绍当前表面三维微观形貌检测的多种测量方法及其特点,并阐述该测量技术的发展及趋势,提出表面形貌检测应从简单过程检测的角度扩展到完成工艺优化角色的思想。     

表面粗糙度三维评定的研究

对表面粗糙度的三维评定进行了研究。给出了基准面的构造方法 ,三维评定参数的定义及算法 ;最后对实测零件数据分别进行二维和三维评定 ,对评定结果加以比对 ,反映出三维评定的整体特性。     

面向MEMS构件在线检测和三维外型测量的立体视觉系统

开发了可用于MEMS微制造和微装配过程的一种面向MEMS构件的在线监测和三维外型测量的视觉系统。介绍了该系统的设计、结构、工作原理及实现，并讨论了立体视觉模块的一些关键技术。参考微操作系统的原理，将立体视觉技术引入MEMS构件的检测，实现了由体视显微镜和一个CCD摄像机构建光学系统的三维外型视觉测量系统。实验结果表明，该系统是一种有效的三维检测解决方案。加以少量结构改进，该系统可以用于微制造和微操作过程中对MEMS构件的在线监测和三维外型的视觉测量。     

三维表面功能评定技术发展综述

综合评述了三维表面功能评定的相关理论、评定方法、评定参数及测量仪器 ,分析了该技术的发展趋势与研究方向。     

齿轮误差三维评定方法

研究了齿轮误差三维评定方法,以消除测量仪器定位误差对齿轮误差评定的影响,提高齿轮测量仪器的测量精度。分析了传统齿轮二维评定方法的弊端,提出将齿轮误差评定从二维评定模式转变为三维评定模式。该评定模式不再要求齿轮各项误差测量点位于特征面内,实现了三维空间内的齿轮误差测量与评定。为提高齿轮三维误差评定算法的效率,通过螺旋降维方法将三维数据降至二维数据,再对二维测量数据进行各项误差的评定。以特大型齿轮激光跟踪在位测量系统作为实验对象,对4级标准齿轮的齿廓误差进行了测量,并与传统的齿轮二维误差评定方法以及德国ZEISS公司InvolutePro软件的评定结果进行了对比。结果表明:传统齿轮二维误差评定方法有较大误差,三维齿廓评定方法与德国ZEISS公司InvolutePro软件评定结果一致,精度达到0.1μm,证明了提出的齿廓误差三维评定方法完全正确,可以消除仪器定位误差对测量结果的影响,提高了测量仪器的测量精度。     

复合加工表面的分析评定及软件实现

分析了复合加工表面的特征,详细说明了复合加工表面各个参数的评定算法和评定参数的实际功能意义.提出了基于VC和Matlab的复合加工表面评定软件,利用该软件对珩磨表面参数进行了评定,并通过模拟数据证明了该软件的精确度.     

基于剪切波的三维零件表面滤波方法

滤波是零件表面形貌评定的重要内容之一。随着三维表面测量技术的快速发展,传统的滤波方法已不太能适应三维表面的分析与评定,鉴于此,提出了基于剪切波的零件表面三维滤波方法。该方法以高清测量得到的三维表面数据为输入,使用一种新的多尺度几何分析工具—剪切波(Shearlets)进行滤波。对该方法进行仿真和实例验证,并与ISO 11562规定的高斯滤波器进行比较分析。结果表明,剪切波滤波能很好地将不同的表面成分分离开来。     

微几何量评定总则研究

本文介绍测量与评定对MEMS产业发展意义以及微几何量评定总则的作用,详细阐述了微几何量评定总则的六个主要组成部分：评定基本原则、评定要素、评定程序、测量、评定规则以及评定结论。     

白光干涉表面结构测量仪的优化设计与应用

为测量微机电系统的表面结构,研制了一种基于白光干涉法的表面结构测量仪。设计了显微干涉仪,通过实验分析了显微干涉仪关键设计参数中的光源带宽、物镜数值孔径、孔径光阑大小对垂直扫描白光显微干涉测量中干涉条纹光强分布的影响;设计了Z向一维位移工作台,提出了一种以显微干涉图像灰度值归一化标准方差为依据的白光干涉测量条纹自动搜索定位方法。相关实验结果为白光干涉表面结构测量仪的优化设计提供了参考依据。     

微型机电系统的计算机辅助设计系统简介

虽然微型机电系统的制造通常使用基于集成电路工艺的平面制造技术,但由于ＭＥＭＳ器件的三维特性,使它与ＩＣ的制造有很大不同。而且,它涉及复杂的多能量域问题,给设计分析带来一较大难度。为加快ＭＥＭＳ的设计过程,需要有相应的计算机辅助设计系统（ＭＥＭＳＣＡＤ）。文中介绍了ＭＥＭＳＣＡＤ的系统结构及国外的发展现状。     

基于MUMPS的MEMS集成设计方法研究

基于MUMPS（Multi—User MEMS Processes：多用户三层多晶硅表面微加工工艺流程）表面微加工工艺。根据其工艺特征。建立工艺层库。利用Pro／PROGRAM。编写自动装配工艺层模型程序。通过自主开发的软件。将工艺层模型直接导入到MEMS版图器中。从而实现三维模型到二维版图的自动转换。     

微机电系统静动态测试技术研究

在中国国家863高技术发展计划MEMS重大专项课题《MEMS动态特性频闪干涉视觉三维测量技术及系统》资助下，研发微机电系统(Micro Electro Mechanical System , MEMS)动态特性三维测量技术与系统。对已有的微几何量、微材料力学性能和MEMS动态参数测试方法进行研讨。 几何尺寸和表面形貌轮廓的测量是MEMS测量的基础。二维微几何量检测采用普通光学显微镜和扫描电子显微镜。表面形貌测量大致可分为接触式测量和非接触式测量，机械触针式轮廓仪是典型的接触式测量仪器，非接触式测量大多采用光学技术，主要有光针式轮廓仪，采用光切、干涉、投影光栅和微视觉等测量方法。     

统一框架下的五种三维表面纹理合成方法及其性能比较

提出一个三维表面纹理合成的总体框架,在此框架下介绍对三维表面纹理进行重光照的表示子框架,并提出表示形式之间的转换方法。在基于图像缝合的二维纹理合成方法基础上,提出并比较了五种三维表面纹理合成方法。     

基于形态变换的三维表面形貌方向特性研究

针对面向功能的三维表面形貌表征存在的问题,基于灰值形态学的基本运算构造了边缘检测形态算法,有效地提取了三维形貌的形态学边缘,实现了三维形貌的纹理方向特征的提取,获得了表征纹理方向特性的表征参数.该方法不仅适用于直线纹理,而且也适用于曲线纹理,为分析表征三维形貌的各向异性特征提供了一个新的方法.把它引入到粗糙表面的润滑分析中,能够更确切地揭示出各向异性表面的纹理方向特性对润滑性能的影响规律.     

Experimental investigation on various tool path strategies influencing surface quality and form accuracy of CNC milled complex freeform surface

Four tool path strategies such as equal-interval tool paths, parallel tool paths, parallel–tangency tool paths, and freeform tool paths are proposed in computer numerical control milling of a complex freeform surface. The objective is to understand how 3D tool paths influence their machining efficiency, surface quality, and form accuracy. In this study, their scallop heights were less than or equal to 15 μm. First, their scallop heights distributions and 3D tool path distances were theoretically analyzed; then, four tool path strategies were investigated with reference to machining efficiency, surface texture height, surface roughness, and form errors. It is shown that scallop heights distribution can be used to display the surface texture state and predict tool path distance. Experimental results indicate that the surface texture height, the surface roughness, and the form errors were nearly identical on the machined flat location and surface for various tool path strategies, whereas their surface quality and form accuracy are easily destroyed on the abrupt ones except for the parallel tool paths. Although the freeform tool paths produce the shortest tool path distance through 3-axes driving mode, the parallel tool paths offer the best surface quality and form accuracy through 2-axes driving mode. This is because the 3-axes driving and its vector changes on abrupt location easily lead to large machine vibration and movement errors. It is confirmed that the parallel tool path strategy with 2-axes driving mode can improve the surface quality and form accuracy in actual milling of a complex freeform surface.     

基于滚道表面粗糙的高速圆柱滚子轴承弹流的理论分析

建立了基于表面粗糙的高速圆柱滚子轴承非稳态时变热弹流分析模型,分析了轴承滚道与滚动体接触表面粗糙度幅值大小及其方向对轴承弹流性能的影响。理论分析表明：轴承接触表面粗糙纹理方向、粗糙度幅值及其粗糙度波长对高速圆柱滚子轴承的弹流特性具有显著的影响;合理选择轴承接触表面粗糙度幅值、波长及纹理方向,可以有效改善高速圆柱滚子轴承的弹流特性。     

复合工艺制备的表面微凹坑织构的摩擦性能研究

在构建的激光电化学复合微加工系统上,采用皮秒脉冲激光辐照与电解刻蚀复合加工方法在7075铝合金表面制备出不同尺寸的阵列凹坑微织构。采用共聚焦显微镜观测复合加工织构试样表面形貌,采用MFT-5000型RTEC摩擦磨损试验机研究润滑条件下凹坑织构的摩擦学性能,并探讨直径、深度、面积密度对减摩性能的影响。结果表明:复合加工工艺制备的表面微织构具有良好的表面形貌;润滑条件下材料表面的凹坑型织构能显著改善其摩擦学性能,相比光滑表面最高可降低摩擦因数30%;在实验参数范围内,凹坑的直径与面积密度对材料表面摩擦性能影响较大,凹坑深度对摩擦性能影响较小。     

Experimental Study on the Friction Characteristics of Textured Steel Surface with Ring-Shaped Pits under Lubricated Sliding Conditions

Surface texturing has been recognized to be an effective approach to modify the tribological performances of sliding surfaces. A ring-shaped texture has been fabricated on the surface of AISI1045 steel using a pulse laser, and reciprocating sliding tests were performed on a variable load tribometer (VLT). Frictional force of the textured surfaces was investigated under various geometrical parameters (inner radius, external radius, pitch, and offset ratio of texture units) and operating conditions (velocity and load). The results show that the width of the ring-shaped texture has a significant influence on antifriction, an optimum width for minimum friction is about 200 µm, and the staggered array of texture units is an effective way of reducing frictional force and wear.