基于触针式位移测量系统表面形貌特征评定的研究

发布时间：2017-09-12 08:01

  本文关键词：基于触针式位移测量系统表面形貌特征评定的研究

  更多相关文章： 表面形貌 爬行性 粗糙度轮廓 中线 经验模态分解

【摘要】：触针式粗糙度轮廓仪的表面形貌评定系统是整个仪器功能的重要组成部分。目前国内外精密测量仪器评定系统都是封闭式的,无法直接应用于新研制的测量仪,在一定程度上限制了表面形貌特征评定技术的研究与应用。另外,表面形貌评定系统还与仪器的硬件测量系统相互关联。因此,开发出一套表面形貌特征评定系统对于触针式粗糙度轮廓仪的研制具有十分重要的意义。本文拟对研制中的触针式粗糙度轮廓仪一维扫描系统的爬行特性、表面轮廓的特征分离技术及参数特征评定技术三个方面展开研究。首先,分析了一维扫描系统工作原理和微位移信号采集原理,建立了一维扫描系统的等效物理模型和动力学方程,利用MATLAB中Simulink模块进行动力学仿真,确定了影响一维扫描系统爬行现象的关键因素。其次,分析了测量仪表面形貌信号采集系统,采用国际标准规定的滤波算法以及先进的滤波方法,分离了表面轮廓特征。分析了DXF文件的组成结构,研究了DXF文件开发技术。基于Taylorsurf PGI 635粗糙度轮廓仪表面形貌参数评定原理,采用VC++6.0进行滤波处理结合AutoCAD显示图形的技术,开发出了表面形貌评定软件。再次,基于经验模态分解方法,分解了表面基础轮廓特征。采用非平稳信号瞬时权重频率,定义了本征模态函数单位长度内平均频率的计算方法,推导出了评定长度上的频率。提出了可变幅度权重因子,并作用于具有最大频率且频率低于10的IMF,重构出EMD混合中线,推导出EMD混合中线计算通式,形成了完整的EMD混合中线算法。最后,对一维扫描系统的爬行现象进行了实时标定实验,对触针式位移测量系统所采集的原始轮廓进行表面轮廓分离和参数特征评定实验。实验结果表明,一维扫描系统在最低扫描速度0.1 mm/s时,0.275 s后爬行现象消失、运行平稳。高斯中线和EMD混合中线均可提取粗糙度轮廓,但EMD混合中线无边界效应,可得到5个粗糙度特征参数值。
【关键词】：表面形貌 爬行性 粗糙度轮廓 中线 经验模态分解
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG84
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的来源10
• 1.2 课题研究的背景和意义10-11
• 1.3 触针式粗糙度轮廓仪的研究现状及分析11-15
• 1.3.1 国外研究现状11-12
• 1.3.2 国内研究现状12-13
• 1.3.3 国内外研究现状的分析13-15
• 1.4 主要研究内容15-16
• 第2章 微位移信号采集及系统爬行特性分析16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 触针式表面形貌测量原理16-18
• 2.2.1 一维扫描系统的组成及工作原理17
• 2.2.2 微位移信号采集原理17-18
• 2.3 一维扫描系统的爬行特性18-21
• 2.3.1 等效模型的建立18
• 2.3.2 数学模型的推导18-21
• 2.4 一维扫描系统爬行特性的仿真与分析21-28
• 2.4.1 仿真模型建立21-23
• 2.4.2 驱动速度的影响23-24
• 2.4.3 扫描块质量的影响24-25
• 2.4.4 扫描系统刚度的影响25-26
• 2.4.5 系统阻尼的影响26-27
• 2.4.6 动静摩擦系数之差的影响27
• 2.4.7 仿真结果分析27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 表面粗糙度分离算法29-45
• 3.1 引言29
• 3.2 轮廓参数的术语和定义29-30
• 3.3 滤波方法及参数评定30-39
• 3.3.1 2RC滤波31-32
• 3.3.2 高斯滤波32-33
• 3.3.3 Rk滤波33-34
• 3.3.4 稳健高斯滤波34-36
• 3.3.5 样条滤波36-37
• 3.3.6 小波滤波37-39
• 3.3.7 粗糙度参数评定39
• 3.4 表面形貌评定软件开发39-44
• 3.4.1 软件设计39-40
• 3.4.2 DXF文件开发40-44
• 3.4.2.1 DXF文件解析41
• 3.4.2.2 写DXF文件41-42
• 3.4.2.3 读取DXF文件42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 基于EMD表面粗糙度的分离45-58
• 4.1 引言45
• 4.2 经验模态分解45
• 4.3 EMD分解算法45-47
• 4.4 边界延拓47-48
• 4.5 IMF频率计算48-50
• 4.6 EMD参考线50-52
• 4.7 EMD中线52-54
• 4.8 EMD混合中线54-57
• 4.9 EMD混合中线算法总结57
• 4.10 本章小结57-58
• 第5章 实验与分析58-73
• 5.1 引言58
• 5.2 爬行现象实验58-63
• 5.2.1 实时标定软件设计58-60
• 5.2.2 爬行实验测量平台搭建60-61
• 5.2.3 最低驱动速度下的扫描块爬行实验61-63
• 5.3 表面形貌特征评定63-73
• 5.3.1 表面形貌测量实验63-64
• 5.3.2 表面形貌滤波算法比对64-72
• 5.3.3 评定结果分析72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果78-80
• 致谢80

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本文编号：836004