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基于新一代GPS表面形貌评定方法的研究

程雄  
【摘要】:在新一代GPS标准框架体系中,表面形貌是其重要的内容之一。表面形貌是零件在加工过程中残留在表面的微观几何形态,在很大程度上直接影响零件的技术性能和使用功能。随着制造业的不断发展,对几何产品的表面形貌评定技术提出了更高的要求。传统的表面形貌评定技术已经不能满足现代几何产品精度的要求。本文在新一代GPS标准体系下,对表面形貌特征进行数字化描述,重点研究表面形貌特征信息的提取;以计量数学为基础,编译滤波操作算子,实现表面粗糙度和波纹度的分离,计算轮廓参数评估值。本文主要研究内容和创新点如下: 总结和研究了传统表面形貌轮廓参数评估法。阐述了表面形貌轮廓相关参数的定义及术语,分析了最小二乘拟合基准线的算法。结合新一代GPS体系及其滤波矩阵模型,论述线性轮廓滤波器方程及其特性,分析了高斯滤波器的权函数和转换函数的生成和基本特性,给出了高斯滤波算法的实现过程,阐明了高斯滤波对奇异特征信号敏感性和存在边界效应等影响因素。 实现了小波变换对表面形貌轮廓参数的评定。根据表面形貌的综合成分,建立了表面形貌的数学模型。系统地回顾和研究了小波分析的相关理论,首次运用了B样条小波对表面形貌的分析方法。根据小波构造的原理,采用B样条函数构造出B样条小波基。根据小波构建表面模型,运用小波的快速分解和重构原理,实现了B样条小波对表面粗糙度的分离与评定。讨论了小波分解层次的确定及小波基的选择因素。 验证了B样条小波对表面形貌轮廓参数评估的有效性。结合实际工程实例,采用传统表面形貌评定方法、小波分析以及B样条小波等方法对表面形貌轮廓参数评估处理。通过对比分析,证明了该方法是有效的。 开发了表面形貌评定原型系统。以MATLAB7.0为平台,结合新一代GPS相关软件标准规定,开发了表面粗糙度评定的原型系统。该系统实现了表面粗糙度多参数的评定,同时显示表面形貌各成分的轮廓曲线。


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