多尺度估計理論在工程表面評價中的應用研究.pdf

1、在一定的尺度下,所有表面,自然的或人工的,都呈現(xiàn)出一種凹凸不平的粗糙性.對這種表現(xiàn)紋理的研究稱為紋理分析.它在計算機視覺領域有著重要的實踐意義.機械加工表面形貌表征和評價一直都是表面計量學和摩擦學領域最重要的課題之一.眾所周知,零件粗糙表面的幾何結構影響著零件的眾多物理性能,如摩擦、磨損、潤滑、接觸強度、密封性、接觸電阻等等.在另一方面,零件的表面質量也反映著設備的加工能力.可以說,零件表面是零件和設備的功能信息的載體.目前,隨著精密測

2、試和控制技術的發(fā)展,表面形貌已實現(xiàn)了在線測量.這使得表面加工質量成為了現(xiàn)代制造系統(tǒng)閉環(huán)控制的反饋參考點,而不僅僅是生產(chǎn)系統(tǒng)質量控制的一項指標.因此,機械零件表面形貌的表征和分析這一傳統(tǒng)而新興的課題在機械工程領域具有越來越重要的地位.傳統(tǒng)的表面計量學中,表面形貌的這種不規(guī)則的粗糙性被劃分到三個尺度之中,分別為形狀誤差、波紋度和表面粗糙度.劃分的依據(jù)是它們分別對應的波距或頻率,主要采用研究方法是頻譜分析和數(shù)理統(tǒng)計.并以此為基礎建立了表面計量

3、標準.自上世紀70年代以來的大量實驗證明,零件表面具有多尺度性和非平穩(wěn)隨機的特征.這使得以平穩(wěn)隨機過程理論為依托的傳統(tǒng)表面計量學受到了動搖.多尺度估計理論(Multi-scale Estimation Theory)是由MIT的A.S.Willsky、法國數(shù)學家A.Benveniste和R.Nikoukhah在1990提出的.它揉和了傳統(tǒng)的動態(tài)系統(tǒng)的估計理論、辨識理論、小波分析理論、隨機過程和數(shù)理統(tǒng)計理論,是分析具有多尺度特征的事物和過

4、程的有力工具.該文將多尺度估計理論用于表面計量學領域,主要研究工作在兩個方面.首先,總結歸納了機械加工表面評定中廣泛采用的兩類方法.在濾波法中,提出了將小波濾波方法應用于表面評定基準的建立.系統(tǒng)地研究多尺度估計理論的核心內容:小波分析理論.真正從工程應用方面給出了連續(xù)小波變換和離散小波變換的理論和實現(xiàn)步驟.將小波分解與傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字濾波理論對比,通過Shannon小波的分解與重構過程論證了小波濾波的線性無畸變特點.通過兩個具體的數(shù)值例

5、子,演示了小波濾波方法對傳統(tǒng)表面計量學的三尺度表面誤差的分離過程.說明了評定參數(shù)集與儀器分辨率的相關性,從而提出并討論了在有限帶寬內建立評定標準的意義.同時,引用實驗結果說明了評定參數(shù)集的冗余性.其次,對機械加工表面提出了一種新的1/f過程建模方法,從而為表面表征提供了一種新的可供研究的模型.說明了表面均一性與局部分形維數(shù)的關系,局部分形維數(shù)的標準差可以用來定量地評價表面均一性.由于分形維數(shù)和1/f過程的譜參數(shù)有著直接的數(shù)量關系,因此用