基于小波分析的稳健滤波技术

小波分析具有良好的时频局部性,在工程表面计量中取得了广泛的运用。在分析小波滤波提取粗糙度评定基准稳健性时,发现小波滤波方式存在与标准高斯滤波方式相同的稳健性差问题。为此,提出一种基于M估计理论的稳健小波滤波方法,列举了四种备选稳健估计权函数,并给出了一种稳健估计权函数调节参数的设置方法。仿真实验和实测实验结果表明,该方法提高了小波滤波方式的稳健性,抑制了异常点对表面评定基准提取的影响。     

基于多重分形去趋势波动分析算法的表面磨损形式特征研究

为了识别表面的磨损形式以研究零件表面的摩擦学特性,以不同载荷下的磨料磨损和黏着磨损2种磨损形式的表面为研究对象,应用LSTM-1型磨损表面形貌测量仪和稳健高斯滤波方法对磨损表面形貌进行数据采集和滤波处理后,使用多重分形去趋势波动分析算法(MF-DFA)计算磨损表面高频信息的广义赫斯特指数,并通过分析该指数与表面形貌磨损纹理特征之间的关系,使用主成分分析法提取用于识别2种磨损形式的特征,然后采用K-means聚类、支持向量机(SVM)和BP神经网络方法,分别对所提取的特征参数进行分类,比较不同分类器识别结果的准确率。研究结果表明：广义赫斯特指数可用于区分磨损表面犁沟类和凹坑类纹理特征的指标,作为机器学习特征对表面磨损形式识别分类。     

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。     

双树复小波稳健滤波在工程表面粗糙度评定中的应用

讨论了现有工程表面粗糙度评定基准滤波方法的优缺点。提出双树复小波变换(DT-CWT)具有近似的平移不变性和改进方向选择性等优点适合用于三维表面基准滤波,但其滤波过于理想化易导致滤波基准在野点处畸变。为此,进一步提出将空域双边滤波思想引入DT-CWT来增强双树复小波变换在提取基准面野点处的稳健性。通过低频重构得到基准信号,并对每层重构系数进行双边滤波,最终增强DT-CWT滤波基准的稳健性。仿真结果显示:改进的DT-CWT能很好地抑制异常值干扰引起的滤波基准在野点处产生的畸变,其得到的基准面的精度误差为0.183 2×10-10 m,重构误差为0.016 1×10-10 m,低于传统方法所得。对实测数据进行处理结果表明,双树复小波稳健滤波能很好地克服边界效应并抑制工程表面上深沟对滤波结果的影响。提出的方法为工程表面粗糙度评定提供了一种新方法。     

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。     

表面综合形貌误差的灰色分离方法

工件表面综合形貌误差由表面粗糙度、表面波纹度和形状误差等成分组成,各成分对工件的使用性能有着不同程度的影响.各种误差成分的无失真提取是进行表面综合形貌评定的核心和关键.本文将灰色误差理论应用到表面综合形貌评定中,提出了表面综合形貌误差的灰色分离方法,应用灰色动态滤波将表面形貌误差分离为表面粗糙度、表面波纹度和形状误差三项之和.该方法不要求被测表面的原始采样数据服从典型分布,可以对少数据表面轮廓进行误差分离,而且分离过程中不损失原始数据.仿真结果表明,灰色动态滤波是进行表面综合形貌误差分离的有效方法,其误差分离的结果与现行高斯滤波法具有良好的一致性.该方法可以作为国际标准的高斯滤波法的一种补充.     

高斯差分滤波显著性的刀具磨损检测

为了提高刀具磨损区域检测准确性,本文在研究刀具磨损区域特点的基础上,提出了一种新的刀具磨损检测方法。首先,对采集的刀具图像进行高斯滤波获得高斯滤波图,消除噪声信息;然后,通过高斯差分滤波获得高斯差分图,提取刀具背景纹理信息;在此基础上,利用高斯滤波图与高斯差分图之间的中央-周边操作获得显著图,以消除高频噪声信息以及光照不均等低频背景信息,提高刀具磨损区域的显著性;最后,根据刀具磨损区域特征进行刀具磨损区域分割和滤波。实验表明,推荐方法能够准确检测刀具磨损区域,具有较高的检测准确率。     

基于ISO5436-2表面形貌评定基准的研究

摘要：在表面结构,如表面粗糙度的评定中,除了准确理解参数的概念之外,准确获得待评定表面参数的计算基准很重要。为了评价仪器的整体性能,ISOTC 213提出软件测量标准(SoftGauge)的概念,给出标准数据（类型F1）和标准软件（类型F2）,旨在统一评判各个仪器表面形貌评定软件的性能。根据ISO5436-2,应用标准数据,文章研究了不同表面形貌评定基准,高斯滤波基准、最小二乘直线基准、最小二乘曲线基准的定义和实现,分析了不同基准下表面形貌参数的计算结果。实例计算结果表明：三种基准对于典型形貌参数—粗糙度轮廓的算术平均偏差的评定结果基本一致     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工表面功率谱分析和摩擦磨损特性研究

对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工微观形貌进行功率谱分析和摩擦磨损特性研究。利用平面磨床M7120对精磨后45#钢工件材料进行喷射精密光整加工;用TALYSURF5轮廓仪测量加工后的微观几何参数值;用扫描电镜观察表面微观形貌变化;用功率谱密度函数评价磨削加工和光整加工表面的微观形貌特征;利用MG-2000型销-盘式高速高温摩擦磨损试验机研究表面形貌对摩擦磨损的影响。结果表明,磨粒喷射精密光整加工均化和改善了工件表面的波纹度,降低了工件表面粗糙度值,提高了工件表面的形状精度;光整加工表面摩擦因数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,表面质量明显改善,从而提高了零件的使用寿命和精度保持性,摩擦磨损实验结果和功率谱密度分析相吻合。     

高斯滤波在三维表面评定中的应用

表面粗糙度是影响物质表面技术性能的重要物理特征之一,随着现在工程表面要求的不断提高,二维评定已不能满足要求.高斯滤波为当今用滤波技术中的主要方法.本文分析了高斯滤波法在评定三维表面信息时的数学模型并给出高斯滤波本身的不足.为克服其缺点,本文引入了稳健高斯滤波原理并给出算法,最终通过实验证明了其有效性.     

高斯滤波稳健性能的研究与改进

以表面轮廓信号为例 ,结合图形和参数评估 ,研究了异常信号对高斯滤波性能的影响。引入稳健统计学的思想 ,对高斯滤波进行了稳健处理 ,并比较了几种稳健估计权函数对高斯滤波性能的改进。结果表明 ,稳健算法有效提高了高斯滤波的稳健性     

表面粗糙度的稳健提取方法研究

在讨论现有表面粗糙度高斯滤波方法的优缺点的基础上，推导了高斯回归滤波及高斯稳健滤波的卷积算法和快速傅里叶算法过程，编写了算法的C语言代码。对实测数据进行处理的结果表明，稳健滤波能很好地克服边界效应并抑制表面上深谷对滤波结果的影响。     

二维经验模态分解在工程表面形貌误差评定中的应用

针对目前表面微观形貌面形误差分离方法中存在边界畸变及自适应差等缺点,提出了将具有自适应时频分辨能力的二维经验模态分解算法(bidimensional empirical mode decomposition,BEMD)应用于三维工程表面面型误差分离中,同时用Riesz变换构造单演信号,计算信号整体的频率特征,完成对二维经验模态分解算法的终止准则的改进,使其能严格按照ISO4287所规定的截止波长分离三维表面各频段形貌误差。仿真结果表明,本文新方法相比于国标ISO中高斯滤波以及常用小波滤波,在分离三维工程粗糙表面各面型误差时,所得分离图形效果远优于传统方法所得,且各频段误差对应的三维评定参数误差均小于5%。最后对光学镀膜元件实例进行分析,结果表明该算法能够很好地分离各形貌误差的的空间信息,所得参数评定基准面相对传统方法不存在边界畸变等问题,因此该方法在实际工程表面评定应用中具有可行性。     

Robust estimation in Gaussian filtering for engineering surface characterization

The reliability of reference datum is very important to characterize engineering surfaces. Gaussian filtering can effectively separate various surface components and yield the reference datum. However, when freak signals like scratches and pits are contained in the measured surface, the reference will be distorted. M-estimation is introduced to solve the problem in this paper. Several typical robust weight functions are adopted and compared with each other. Based on the comparison results, a novel ADRF robust weight function is proposed. In order to verify the feasibility of the new method, computer simulation based on the synthetic sinusoidal waveforms is used and a case study is conducted. The results show that the robust ADRF filtering not only possesses the efficiency of Gaussian filtering under normal conditions, but also enhances the robustness of Gaussian filtering under the conditions of abnormal interference.     

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。     

A novel robust Gaussian filtering method for the characterization of surface generation in ultra-precision machining

A lot of research work has been focused on the study of the surface generation mechanisms in order to predict the surface topography and provide the optimal machined parameters based on the experiential understanding of relationship of machined conditions and surface features. Although the formation of novel geometrical product specification (GPS) and verification framework system promotes the relevant research work to new characterization methods and draft of international standards, relative little research work was conducted on the application of surface characterization techniques to ultra-precision machining which is very important to evaluate the surface quality. In this paper, a novel robust Gaussian filtering method (RGF) is proposed and used to characterize the surface topography of ultra-precision machined surfaces. Cubic B-spline and M-estimation are used to make the method reliable and robust. Based on the property comparisons of classical weighting functions, a novel auto-developed robust weighting function (ADRF) is defined to improve the robustness of RGF. To verify the characterization feasibility of the proposed method, computer simulation is used and then the real ultra-precision machined surfaces are analyzed. The experimental results indicate that the RGF method cannot only separate the surface components effectively on the whole measured area and but also eliminates the influence of freak outliers.     

基于谱峭度的滚动轴承包络分析

介绍了一种基于谱峭度和复平移Morlet小波的滚动轴承诊断包络分析法,该方法可根据谱峭度值自适应确定共振解调所用的带通滤波中心频率及带宽,使包络分析得到简化,但存在计算量大的不足.对此提出了一种改进的计算方法,该方法利用相邻不同级滤波器组中具有交叠频带的滤波器滤波和谱峭度计算结果的相关性,有效减少了实际需要构建的小波带通滤波器数量和相应的带通滤波、包络提取及谱峭度计算,降低了计算量,使该方法更适合于工程应用,仿真和实际测试验证了该方法的有效性.