表面粗糙度测量中的稳健样条滤波算法

研究了表面异常信号对国际标准样条滤波器的影响.引入稳健统计学思想对样条滤波器进行了稳健处理,增强样条滤波的稳健性.利用该算法对实际表面进行测量,其结果表明:能够可靠地获得评定中线,实现表面信息的无失真提取和分析,与原有国际标准样条滤波器相比,稳健性更强.     

一种新型稳健样条轮廓滤波器

在表面计量学中,通常利用轮廓滤波器提取轮廓中线作为表面评定的基准线。由于传统轮廓滤波器极易受到划痕和深谷等奇异信号影响而产生失真甚至错误的中线,为了增强其稳健性并保证评定精度,国际标准中给出了两种替代滤波器,即稳健型样条滤波器和高斯回归滤波器。然而,这两种滤波器的构造原理和实现算法迥异,其滤波特性差异较大,从而导致对同一表面具有不同的评定结果。为解决这一问题,提出将M估计权函数与样条滤波器相结合构造了一种新型稳健样条滤波器。该滤波器不但具有更强的抗差能力,其计算效率也远高于国际标准推荐的稳健滤波器。更重要的是,大量实验表明,其滤波特性与高斯回归滤波器接近,该滤波器的应用有助于表面评定标准的传递和测量结果比对。     

对金刚石刀具刀尖圆弧波纹度评价的滤波分析

为准确评价超精密金刚石刀具刀尖圆弧波纹度,对金刚石刀具刀尖圆弧波纹度的评价进行了滤波分析。介绍了刀尖圆弧波纹度的评价方法,针对关键的滤波环节,分析了高斯滤波、高斯回归滤波、样条滤波和小波滤波的原理,根据实际采样数据设计模拟实验对比了上述4种滤波器的滤波特性。结果表明,对于不同轮廓中线但高频分量完全相同的轮廓,样条滤波器的滤波效果优于高斯滤波器,并通过实际应用对比了高斯滤波器和样条滤波器。实验结果表明:对具有不同轮廓中线但高频分量完全相同的模拟轮廓,分别采用高斯滤波器和样条滤波器,当截止波长分别取0.25mm和0.8mm时,高斯滤波器滤波结果的标准差分别为0.4366nm和9.6544nm,样条滤波器滤波结果的标准差分别为0.0271nm和1.1844nm,说明样条滤波器更适合于超精密金刚石刀具刀尖圆弧波纹度的评价。     

广义B样条滤波器在表面形貌测量中的应用

摘 要：为了提取工件表面轮廓中线,给出一种基于三阶广义B样条函数的数字光滑滤波器。首先由线性方程微分方程推导出广义B样条函数。接着,利用广义B样条函数和变分公式结合推导出数字平滑滤波器,该数字平滑滤波器由一IIR滤波器和间接广义B样条变换组成。然后,给出了数字平滑滤波器的具体的递归算法,并且证明了该滤波器的通用特性。最后提取了一实际工件表面中线。实验结果表明：该滤波器具有比高斯滤波器更好的截止特性,该算法利用普通计算机提取11200点数据表面中线仅耗时0.002秒。该滤波器具有可调平滑性,零相移特性,克服了传统三阶样条插值的曲率低和振荡的缺陷,其递归滤波器的具体算法,算法简洁,效率高。     

B样条滤波器建立表面轮廓中线的方法

根据离散B样条函数的Z域表达式，B样条空间中对信号的拟合和分解可以表示成FIR滤波器和IIR滤波器的滤波过程，再结合变分原则，构建了表面粗糙度测量中用于确定中线的B样条滤波器。将零相移滤波技术应用到B样条滤波器的实现中，得到了相应的差分方程。对一实际工件表面轮廓进行了实验，验证了该方法的可行性，该滤波器同样具有零相移的特性，与其它方法相比，其具有计算效率高的优点。     

样条滤波器算法的实现

在表面粗糙度测量中,样条滤波器比之前的2RC滤波器和高斯滤波器有更好的滤波效果,但是样条滤波器的截止波长λ,没有确定的定义,这使得样条滤波器的应用受到了限制.本文通过大量的计算,进行数据拟和得到了样条滤波器截止波长的拟合公式,通过该公式可以直接计算出p参数,它使得滤波器在截止波长处的传输特性为50%,而且其相关系数达到了1,非常接近实际的计算值.     

稳健样条滤波快速算法及其在磨损表面的应用研究

基于国际标准ISO/TS 16610-22中提出的样条滤波理论,针对磨损表面形貌数据量庞大导致滤波方程求解时间长的问题,提出了一种基于追赶法的样条滤波快速算法。通过对磨损表面的仿真和实验测量数据的滤波进行计算,结果表明:该算法计算效率高、占用内存少;将该算法应用于基于M估计的稳健样条滤波求解中,既能有效避免因磨损表面畸变特征引起的滤波失真,又能获得较高的计算效率。     

一种快速稳健高斯回归滤波算法

针对稳健高斯回归滤波器运行速度过慢的问题,利用截断高斯权函数的快速卷积提高了算法运行速度。在详细分析稳健高斯回归滤波器和卷积函数的基础上,推导了截断高斯权函数,并通过实验确定了合适的参数值。实验结果表明,截断高斯权函数能使稳健高斯回归滤波器在精度损失很小的情况下运行时间明显缩短。     

表面测量中高斯滤波器的B样条函数实现方法

提出一种新的高斯滤波器B样条函数实现方法。在B样条函数理论基础上,通过对变分原则引入约束条件的方法,并结合小尺度高斯滤波器级联的特性,得出了高斯滤波器的逼近滤波器。其与高斯滤波器的最大幅度偏差小于1%,并且也具有零相移的特性。在相应的滤波算法中,包括了一级零相移滤波和一级加权滤波,只进行二次循环,算法结构简单,计算效率高。对实际表面测量数据进行应用试验,能够满足高斯滤波器实现方法高精度、高效率的要求。     

高斯滤波技术提取表面粗糙度信息

在传统高斯滤波理论的基础上,提出稳健高斯滤波算法,引入M估计中的权函数对高斯滤波进行稳健处理,并结合高斯滤波逼近理论,在高斯滤波稳健算法基础上,构建高斯滤波的算法模型和零件表面形貌特征模型。利用MALTAB软件编程和仿真模拟系统,模拟出零件表面原始轮廓信号,并采用simulink系统仿真设计出FIR型数字高斯滤波器。将原始轮廓信号通过高斯滤波器,通过一次有效滤波分离提取出零件表面的粗糙度信号和滤波中线,实现高斯滤波的过程,提取粗糙度信息来评定零件表面质量。     

气压砂轮光整加工的振动分析及预测

为了有效抑制气压砂轮光整加工过程中的振动问题,对气压砂轮的加工过程进行了振动分析和预测。采用D-H法对六自由度机器人进行了运动学建模,求解了任意姿态下机器人各关节转角,获得了机器人的刚度矩阵,在气压砂轮受力分析基础上求解了气压砂轮位移,对比气压砂轮位移和振动测试结果,建立了振动预测模型。该模型为规避刚度过低的加工姿态提供了理论依据。     

液体润滑剂的黏度对边界滑移影响的实验研究

为了了解微纳米间隙中流体的流动特性,采用原子力显微镜对微纳米间隙中的固体和液体边界滑移进行了实验研究,主要研究了液体润滑剂的黏度对边界滑移的影响。实验中采用的固体样品为SiO2,液体样品为两种不同黏度的季戊四醇油酸酯,分子式为C77H140O8,黏度分别为32mm2/s和150mm2/s。采用相对速度法对实验数据进行了处理,结果表明,不同黏度的季戊四醇油酸酯和SiO2表面作用时都会发生边界滑移,黏度大,产生的滑移大。其原因是,随着黏度升高,邻近固体表面的液体分子与和固体表面相接触的液体分子之间的剪切力增大,可更加容易地克服固液界面间的作用力,更加容易产生边界滑移。     

关节轴承摩擦温度场计算方法

以推力型关节轴承为研究对象,分析了轴向载荷下的接触应力,并根据试验所得摩擦力矩反推出了动态摩擦因数。结合接触应力及摩擦因数求出了摩擦热流率,并将其作为第二类边界条件进行了轴承非定常温度场有限元分析,最后利用红外热像仪拍摄了摩擦过程中轴承侧表面温度分布,检验仿真结果的可靠性。仿真与试验结果表明：该计算方法解决了球面摩擦副摩擦因数的精确计算和热流率的空间分配问题,建模时忽略球面间隙会直接影响接触应力分布并造成温度场分布出现较大误差,考虑球面间隙可以更精确地计算轴承摩擦温度场。     

高速数控加工中NURBS曲线拟合及插补技术的研究

通过分析现代数控系统中自由曲面插补算法的特点,提出了基于最小二乘法的NURBS曲线拟合算法和基于弧长参数补偿的NURBS插补技术。采用最小二乘法拟合NURBS曲线,能获得光滑的刀具加工路径,并且在一定范围内能复原曲线的设计轮廓。参数补偿的NURBS插补方法,以泰勒展开法得到的插补参数作为临时插补点,利用该插补法能显著减小速度波动,可将速度控制在理想的范围内,可进一步提高加工精度并减小数控机床的振动。仿真实验表明：该算法简明高效、易于实现,能够满足现代数控系统的要求。     

轧制力动态特性影响下的轧机辊系振动行为研究

考虑受辊系振动影响时轧制力的动态特性,建立了板带轧机辊系非线性振动模型。采用平均法求解得到振动系统的幅频响应,分析不同轧制速度和外激励幅值对幅频特性的影响规律。运用奇异性理论分析振动系统静态分岔行为,得到系统分岔的转迁集以及出现不同振动形态的临界条件。以轧制速度为分岔参数,研究轧机辊系振动系统动态分岔特性。结果表明：轧机辊系振动行为对轧制速度变化十分敏感,振动幅值随着外激励幅值和轧制速度增大而增大,系统不稳定频率范围随着轧制速度提高而减小,随外激励幅值增大而增大;系统随轧制速度变化出现阵发性混沌运动,结合最大Lyapunov指数曲线得到稳定轧制时的速度范围。研究结果为抑制轧机振动和保障轧机稳定运行提供了理论参考。     

基于单杆矢量的机构复合分离位置函数综合

提出用单杆相对运动差单元构建平面机构函数综合方程式。首先建立单杆的相对位置运动差及高阶运动差通用单杆矢量公式,再通过引入变量和增加单杆矢量附加方程,消除了方程式中非独立的未知角变量及未知高阶角变量。然后用单杆矢量及其附加方程直接建立有限分离、无限接近分离及复合分离位置函数综合的统一通用的多项式方程组,且方程总次数低。讨论了在平面铰链四杆机构函数综合中的复合五位置问题及复合四位置问题上的应用,用实例计算了“实现函数”与“预期函数”的误差并作出误差波动图,结果表明在无限分离精确点及无限接近分离点上可以精确实现预期函数,但按高阶运动特性要求设计的机构不一定能使“实现函数”在所有0阶位置上更逼近“预期函数”。该方法比双杆组、三杆组法简单,模块性非常好,便于计算机自动建模与求解。     

干式磨削ANSI D2淬硬模具钢的表面完整性实验研究

干式磨削具有加工效率高、加工成本低、环境污染小等优势,广泛应用于模具加工制造行业。作为零件制造工艺链的最后环节,磨削加工后的工件表面完整性决定了产品质量和使用寿命。以淬硬模具钢ANSI D2为加工对象,通过实验研究干式磨削条件下磨削淬硬模具钢的加工表面完整性,分析并确定了进给速度、磨削深度等磨削参数对磨削表面层的组织结构、表面层显微硬度、加工表面粗糙度、残余应力分布等表面特性的影响规律,为制订合理的磨削参数、实现淬硬模具钢干式磨削工艺的优化提供指导。     

The filtering method to calculate the transmission characteristics of the low-pass filters using actual measurement data

The Gaussian filter and spline filter are low-pass filters used in surface roughness estimation methods, and their transmission characteristics are well known. However, the transmission characteristics of the Gaussian filter and spline filter used at actual sites may not be in agreement with their theoretical characteristics. Generally, the spline filter is used with an open profile. Although the transmission characteristics of the periodic spline filter are well known, these transmission characteristics are not those of a nonperiodic spline filter used with an open profile. In the case of a Gaussian filter, the filter width of the theoretical transmission characteristics is ∞. However, a Gaussian filter of filter width λ_c is used at actual sites. This fact is a major problem. To solve this problem, it is necessary that the transmission characteristics of a low-pass filter are obtained from actual measurement data and the filter output. However, it is not possible to calculate the transmission characteristics from actual measurement data owing to the end effect and the discontinuity at each end of the data, etc. In this paper, we propose a new method for exactly calculating the transmission characteristics of a low-pass filter. This method involves the process in which the open profile is considered as a closed profile by repeating it periodically. The transmission characteristics of a nonperiodic spline filter and a Gaussian filter (filter width λ_c) used at actual sites were confirmed by the proposed method. The transmission characteristics of the Gaussian filter of filter width λ_c were almost the same as the theoretical characteristics. However, the transmission characteristics of the nonperiodic spline filter were considerably different from those of a periodic spline filter with well-known characteristics. Moreover, the transmission characteristics of the nonperiodic spline filter were found not to be unique.     

液压换向滑阀内部结构的健壮性设计

为了优化液压滑阀可控因子以降低滑阀开启或关闭时操纵性能对噪声因子的敏感性,提高液压滑阀工作时的可控性与稳定性,提出了液压滑阀健壮性设计方法。利用计算流体动力学方法对液压滑阀开启或关闭时内部流体的动态特性进行了仿真模拟,分析了滑阀内部流道结构参数、阀芯运动速度、滑阀进油口与出油口压差对瞬态液动力的影响,并借助于试验设计和响应面函数方法,获得了滑阀瞬态液动力与各参数的定量化关系。最后以滑阀内部流道结构参数为设计变量,阀芯运动速度和滑阀进出油口压差为不可控的噪声因子,以仿真中液压换向滑阀瞬态液动力服从正态分布且方差最小为目标,对滑阀进行了健壮性设计,设计结果表明,通过对结构参数进行优化设计可明显降低噪声因子对滑阀瞬态液动力的影响。     

基于敏感参数分析的变矩器叶片参数研究

运用试验设计技术,研究了叶片进出口角、液流偏离角和损失系数等液力变矩器敏感参数,综合考虑这些敏感参数对最高效率、启动变矩比系数和力矩系数的影响,得到了它们之间的影响趋势,确定了影响因素的特定范围。改变泵轮的入口角度后,通过相关试验验证了效率变化的趋势。