基于多尺度理论的三维表面形貌表征研究-论文.pdf

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1、第30卷第2期机械设计与研究V01．30No．22014年4月MachineDesignandResearchAPR．．2014文章编号：1006—2343(2014)02—119-04基于多尺度理论的三维表面形貌表征研究李小兵，王清华(南昌大学机电工程学院，南昌330031，E—mail：lixiaobing@ncu．edu)摘要：首次将多尺度理论应用于三维表面形貌表征，采用不同的观察尺度对原始表面进行最小二乘、Motif法过滤，得到多尺度基面和多尺度表面，并基于WM函数进行图形、粗糙度参数表征研究。研究发现：多尺度理论的应用可以将形状偏差和波纹度视

2、为某相对较大观测尺度下的粗糙度，并成功定量过滤，从而有效地解决传统粗糙度表征中形状偏差和波纹度的影响，提供一种契实可行的用于表征表面形貌和评定表面功能的理论或方法，更加准确地表达三维表面特性与其表面形貌参数的基本关系。关键词：三维表面形貌；多尺度理论；粗糙度；观测尺度；过滤中图分类号：TH124文献标识码：AResearchofMulti．scaleTheoryintheThree．dimensionalSurfaceMorphologyCharacterizationLIXiaobing，WangQinghua(SchoolofMechatronic

3、sEngineering，NanchangUniversity，Nanchang330031，China)Abstract：Themulti·-scaletheorywasfirstlyusedtothecharacterizationandanalysisofthree·-dimensionalSurfacemorphology．Basedontheapplicationofmulti—scaletheory，thesurfaceswerefilteredwiththemethodsofminimumsquareeliminationandMotif

4、bydifferentobservationscalesGtoobtainthemulti-·scaledatumsurfaeesandmuhi-scalesurfaces．ThegraphandroughnessparametercharacterizationwereresearchedbasedonWMfunction．Itwasfoundthatthesizeoftheshapeerrorandwavinesswereviewedastheroughnessunderalarge-scaleobservationsincethetheoryof

5、multi—scalehadbeenapplied，whichavoidedtheinfluenceofshapeerrorandwavinessontraditionalcharacterization．Also，itprovidedasimplewaytodescribethesurfacemorphologyandevaluateitssurfacefunction．Atthesametimeitelaboratedtheessentialrelationshipbetweensurfacecharacteristicsandsurfacemor

6、phologyparameters．Keywords：Three—dimensionalsurface；multi—scaletheory；roughness；observationscales；filter早期研究中人们通常采用形状规则的粗糙度，如球形、的本质关系，以推动表面形貌表征评定的发展。正弦形或三角形的微凸体，来表征和描述粗糙表面。后来人1基于多尺度分析理论的表面形貌们逐渐认识到粗糙表面是一个复杂的体系，他包含粗糙度和1．1传统表面几何形状误差波纹度等不同层次的多尺度结构，具有随机或周期性变化的在以往对表面形状误差的分析研究中，根据宏微观理论

7、各种分量，把粗糙表面的这些特征统称为“表面形貌”。将其划分为宏观、中间、微观三类几何形状误差(如图1)：粗糙表面表征和测量中的一个基本困难在于表面形貌的多1)宏观几何形状误差(形状偏差)，主要指波距大于10mm尺度结构导致表面特征对采样间隔(频率)和采样长度的依的形状误差，它主要包括宏观不平度和不直度；2)中间几何赖性。近年来，研究人员试图用分形理论来反映粗糙表面这形状误差(波纹度)，主要指波距在1～10mm问的形状误种多重自相似结构的特性J。然而，表面形貌特征的尺度差，它是一种周期性重复出现的表面形状误差；3)微观几何依赖性这一基本困难仍未得到解决。

8、这与表面形貌粗糙形状误差(粗糙度)，主要指波距小于1mm的形状误差，它度评定受形状偏差和波纹度