基于幅值参数的三维表面形貌表征分析

华侨大学本科毕业论文(设计)开题报告

课题名称 基于幅值参数的三维表面形貌表征分析
设计（论文）类型
（划√） 工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其它
√
1、本课题的的研究目的和意义：
随着现代制造技术的发展和精密加工技术的提高,对材料表面质量的评定提出了更高的要求,从传统的二维评定发展到现在的三维评定。三维表面形貌表征分析对提高加工表面质量和产品性能，促进精密加工工艺发展都有着深远意义。
在以前的表面质量评定中，轮廓算术平均偏差Ra作为评定表面微观几何形状参数之一，其定义是在取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值，该参数在一定程度反映轮廓高度相对于基准中线的离散程度。但参数Ra过于注重对高度信息做简单的平均化处理，对高度的变化不够敏感，为了表示了轮廓偏离中线的程度，引入参数Rq，其定义是取样长度内轮廓偏距的均方根值。相对于二维参数，三维参数具有统计特性好，误差小特点，这是因为从区域表面而非轮廓轨迹获得信息，使得算术平均偏差的离散性大大降低，测量数值有稳定性。所以三维粗糙度参数比二维粗糙度参数在对表面微观几何形状的描述方面
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略769字，正式会员可完整阅读）……　
测量的对象，它不能作为基准面，而设计的几何表面又是理想表面，它的具体位置也不清楚，所以要用某个给定面来体现基准面，它不仅有几何表面的形状、方位，而且和实际表面在空间上走向一致，这种表面可用数学方法确定。在Areal三维表征中产生基准面的实用方法概括起来有:最小二乘多项式拟合法、高斯滤波、小波法等。
李成贵,董申[2]提出按不同的表征特性可将参数分为4类: 幅度参数、空间参数、综合参数和功能参数。幅度性能是表面形貌最主要的特征之一，在各国标准和国际标准中列出了许多二维幅度参数,这类参数是高度相关的，例如Ra和Rq。Ra的最初出现只是由于测量仪器的方便，现已发现Ra并不比统计参数Rq 包含更多的信息, 所以在三维表征中取消了最常用的算术平均偏差Ra，并考虑了表面高度的3 个方面: 统计特性、极值特性、高度分布的形状。但由于偏爱和习惯， 一些学者仍推荐在三维表征中使用算术平均偏差Sa。
李伯奎[5]对三维粗糙度参数算术平均偏差与均方根偏差的规律实验研究，探讨三维粗糙度主参数的应用规律，同时探讨三维粗糙度评价和传统二维粗糙度评价的延续性。二维轮廓算术平均偏差Ra为取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值，即 。二维轮廓均方根偏差Rq为取样长度内轮廓偏距的均方根值，即 。以上两式中， 为基于中线的表面轮廓高度。表面的三维算术平均偏差Sa定义为在采样区域内,表面粗糙度相对名义高度偏距绝对值的算术平均值，即 。表面的三维均方根偏差Sq是一个统计幅度参数,其定义为在采样区域内,表面粗糙度相对名义高度偏距的均方根值,即 。两式中,M,N分别为在采样区域内*向和y向的离散采样点数;名义高度 。













3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
项目的研究工作大致分为两个部分：第一个部分是参数计算，包括数据的测量，去噪，基准线（面）的拟合及参数的算法编程等，第二部分是参数的比较分析，主要包括二、三维参数表征特点的分析，两组参数不同表征作用的分析以及两组参数在表面形貌表征上的具体应用。
1、参数计算，包括数据的测量，去噪，基准线（面）的拟合及参数的算法编程等
2、参数的比较分析，主要包括二、三维参数表征特点的分析，两组参数不同表征作用的分析以及两组参数在表面形貌表征上的具体应用
最终以论文形式完成课题。


4、拟解决的关键问题：
(1) 表面质量评定中，二轮廓算术平均偏差Ra，二维轮廓均方根偏差Rq，表面的三维算术平均偏差Sa，
表面的三维均方根偏差Sq，这些参数的评定方法，以及参数具体评定流程的研究。
(2) 二轮廓算术平均偏差Ra，二维轮廓均方根偏差Rq，表面的三维算术平均偏差Sa，表面的三维均方根偏差Sq，上述两组参数表征特点的分析，在表面评定中的不同表征作用的分析，表面三维评定的（相对于二维评定的）优越性，以及两组参数在表面形貌表征上的具体应用。

5、研究思路、方法和步骤：
项目的研究工作大致分为两个阶段：第一个阶段是参数的计算，第二阶段是对二维参数Ra，Rq，三维参数Sa，Sq 分析，比较以及在表面评定上的应用。针对这两个阶段，需要分析采取相应的研究方法。
1、参数的计算
测量是参数计算的重要步骤，实验采用的测量仪器有非接触式垂直扫描白光干涉仪和LI型接触式激光干涉仪。对于采集到的数据需经过滤波处理才能进行参数计算。滤波处理有均值滤波和中值滤波法等，均值滤波的思想是通过一点和领域内像素点求平均来去除突变的像素点，中值滤波的原理是用一个奇数点的移动模板，将模板内各点的中值去取代模板中心点的值。
评定实际表面质量需要有个基准面, 它具有几何表面的形状, 其方位和实际表面在空间的走向一致，可用数学方法确定。其中最小二乘平面作为基准面，其定义为这样一个平面: 实际表面离开该平面的偏差的平方和为最小值, 并且有明确的数学算法。最小二乘多项式拟合法是假定表面为一多项式 ……（未完，全文共4274字，当前仅显示2158字，请阅读下面提示信息。收藏《基于幅值参数的三维表面形貌表征分析》）