磨合表面形貌特征参数的提取及分析.pdf

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1、第卷第期摩擦学学报，年月，磨合表面形貌特征参数的提取及分析李国宾，关德林（大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连）摘要：在销盘式摩擦磨损试验机上对船用柴油机活塞环缸套材摩擦副进行磨合磨损试验，采用光学显微镜对不同磨损阶段的磨损表面形貌进行观察分析，应用小波分析和奇异值分解提取磨损表面统计特征的低频特征参数和高频特征参数结果表明：低频特征参数和高频特征参数刻画了磨合表面的形貌特征，可以作为磨合表面的特征参数；低频特征参数反映了磨合表面的接触面积，其值愈大，接触面积愈大；高频特征参数反映了磨合表面的粗糙度，其值愈大，粗糙度愈小关键词：磨合表面；小波分析；奇异值分解；低频特征

2、参数；高频特征参数中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）磨合表面是复杂的三维表面，传统用于表面特ì，，，，征评定的粗糙度参数仅基于一段二维轮廓，无法全ïïï，，，，面反映磨合表面的三维形貌特征，因此，研究表面三（）í［］维形貌特征提取愈来愈受到关注由于小波分析ï，，，，ïï的时域和频域的良好局部化性质，适合于观察分析î，，，，信号的任意细节，已成为优于传统频域傅立叶分析的数据处理和分析工具近年来，小波技术已用于工这里，｛，｝为对应于一维尺度函数和小波｛!，程表面形貌评定分析并取得良好效果［］，如陈庆"｝的滤波器，并有!［，］虎等用小波变换方法提取二维轮廓粗糙度评定

3、图像进行二维离散小波分解后得到小波变换低基准线和三维表面粗糙度评定基准面并获得理想效频系数、垂直方向的高频系数、水平方向的高果，同时采用小波变换对表面沟槽、凹杭、凸台和刻频系数和对角方向的高频系数，从不同的角［，］痕等奇异特征进行有效提取奇异值分解是度反映了图像信息的变化：低频系数反映了磨合表种有效代数特征提取方法，由于奇异值特征描述图面轮廓的形貌特征，即磨合表面的接触面积；高频系像稳定且具有转置不变性、位移不变性和镜像不变数反映了图像纹理特征，亦即磨合表面的粗糙［，］性等，因此可以采用奇异值分解得到奇异值特征作度［，］为图像的代数特征描述!#"图像奇异值分解本文作

4、者将小波分析和奇异值分解相结合提取提取小波变换的低频系数和高频系数组成特征磨合表面三维形貌特征，采用提取的特征参数对磨向量矩阵｛，｝，其中表示图像的行，合表面进行分析，为磨合表面的评定提供种新的表示图像的列采用奇异值分解得到矩阵的奇异特征参数值矢量作为描述信号奇异性的特征向量，详述如下：设存在正交（或者酉）矩阵和，使得!"图像的小波变换与奇异值分解（或），其中[]，且!!"图像的小波变换由于图像是二维信号，因此应用的小波分析工（#，#，⋯，#），（），其对角元素（矩阵具为二维小波变换根据二维小波分解算法的奇异值）按照降序排列，即##⋯#如［］得到：果将奇异值组成个奇

5、异值矢量（#，#，⋯，收稿日期：；修回日期：联系人李国宾，：作者简介：关德林，男，生，博士，教授，博导，目前主要从事材料科学与工程和船舶修造工程研究第期李国宾等：磨合表面形貌特征参数的提取及分析!），由矩阵奇异值的性质可知，这个奇异值矢量唯公司产灵敏度、量程的型一表征了小波变换系数矩阵特征，而小波变换系数加速度传感器测量摩擦力，采用带摄像头矩阵唯一表征了图像的信息，所以该矢量也唯一表的光学显微镜对磨合前后的盘试样表面进行观察并征了图像特征因而，可将图像的小波变换系数特征获取数字化图像如图矩阵进行奇异值分解，所得特征矢量作为图像特征由图可以看出，在磨合前后和不同试验条

6、件用于图像识别下，缸套表面的纹理和颜色有明显差别：磨合前表面理论和实践已证明，矩阵中非零值主对角线纹理粗糙，有明显加工痕迹且其深色区域面积较大，元素的多少与图像的复杂与否有密切关系矩阵浅色区域面积较小；磨合后表面纹理较细，加工痕迹中非零值主对角线元素越多，图像越复杂，信息越丰逐渐消失，且其深色区域面积减小，浅色区域面积增富；反之，矩阵中非零值主对角线元素越少，图像加，表明磨合后接触面积增加在试验中：当转速越简单，信息量越少因此，矩阵可以客观反映磨时磨合后表面纹理最细，犁沟浅且数量合表面形貌的信息量于是，基于矩阵的这一特少，凹坑较细小，当转速时磨合后表面较［］性，应用

7、图像奇异熵的概念，其定义式为细致，但犁沟较深且数量较多，当转速时磨合后表面纹理与磨合前相比仍较粗糙在试验!（）中：油磨合后表面纹理粗糙且犁沟较深；式中：为小波变换的层数；!为第层小波变换系油磨合后表面纹理较细且数量少数的奇异熵，可以通过下式计算：!!"磨合表面形貌图像特征参数的提取及分析!（!!）（!!）（）研究表明，小波所获得的图像纹理分类精度［］由式（和）可以看出，奇异熵和信息熵均可反最高，因此本文选择小波对试验获得的磨合映图像信息量，即奇异熵值越大，图像越复杂，所含表面形貌图像进行分解小波分解层数取，其的信息越丰富理由为任何图像的信息量都是有限的，当小波分