多尺度估計(jì)理論在工程表面評(píng)價(jià)中的應(yīng)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(duì)這種表現(xiàn)紋理的研究稱為紋理分析.它在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域有著重要的實(shí)踐意義.機(jī)械加工表面形貌表征和評(píng)價(jià)一直都是表面計(jì)量學(xué)和摩擦學(xué)領(lǐng)域最重要的課題之一.眾所周知,零件粗糙表面的幾何結(jié)構(gòu)影響著零件的眾多物理性能,如摩擦、磨損、潤(rùn)滑、接觸強(qiáng)度、密封性、接觸電阻等等.在另一方面,零件的表面質(zhì)量也反映著設(shè)備的加工能力.可以說,零件表面是零件和設(shè)備的功能信息的載體.目前,隨著精密測(cè)

2、試和控制技術(shù)的發(fā)展,表面形貌已實(shí)現(xiàn)了在線測(cè)量.這使得表面加工質(zhì)量成為了現(xiàn)代制造系統(tǒng)閉環(huán)控制的反饋參考點(diǎn),而不僅僅是生產(chǎn)系統(tǒng)質(zhì)量控制的一項(xiàng)指標(biāo).因此,機(jī)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(jī)械工程領(lǐng)域具有越來越重要的地位.傳統(tǒng)的表面計(jì)量學(xué)中,表面形貌的這種不規(guī)則的粗糙性被劃分到三個(gè)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(duì)應(yīng)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(jì).并以此為基礎(chǔ)建立了表面計(jì)量

3、標(biāo)準(zhǔn).自上世紀(jì)70年代以來的大量實(shí)驗(yàn)證明,零件表面具有多尺度性和非平穩(wěn)隨機(jī)的特征.這使得以平穩(wěn)隨機(jī)過程理論為依托的傳統(tǒng)表面計(jì)量學(xué)受到了動(dòng)搖.多尺度估計(jì)理論(Multi-scale Estimation Theory)是由MIT的A.S.Willsky、法國(guó)數(shù)學(xué)家A.Benveniste和R.Nikoukhah在1990提出的.它揉和了傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的估計(jì)理論、辨識(shí)理論、小波分析理論、隨機(jī)過程和數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(jì)理論用于表面計(jì)量學(xué)領(lǐng)域,主要研究工作在兩個(gè)方面.首先,總結(jié)歸納了機(jī)械加工表面評(píng)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(yīng)用于表面評(píng)定基準(zhǔn)的建立.系統(tǒng)地研究多尺度估計(jì)理論的核心內(nèi)容:小波分析理論.真正從工程應(yīng)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(shí)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(duì)比,通過Shannon小波的分解與重構(gòu)過程論證了小波濾波的線性無畸變特點(diǎn).通過兩個(gè)具體的數(shù)值例

5、子,演示了小波濾波方法對(duì)傳統(tǒng)表面計(jì)量學(xué)的三尺度表面誤差的分離過程.說明了評(píng)定參數(shù)集與儀器分辨率的相關(guān)性,從而提出并討論了在有限帶寬內(nèi)建立評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的意義.同時(shí),引用實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了評(píng)定參數(shù)集的冗余性.其次,對(duì)機(jī)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(guān)系,局部分形維數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差可以用來定量地評(píng)價(jià)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(guān)系,因此用