基于分形几何理论表面粗糙度测量系统的研究

摘要

机械工业中表面粗糙度是影响机械零件和产品性能的一个重要因素，是评定各种机械工件表面加工质量的一个重要指标。因此在实际生产中对工件表面粗糙度的测量和评定十分重要。随着表面加工精度的不断提高和粗糙度评定标准的不断更新，对表面粗糙度的测量和评定提出了更高的要求。
　　目前触针式测量技术以其稳定性、可靠性、客观性仍被广泛运用;表面粗糙度评定方法也仍以传统轮廓法为主，即采用几组尺度相关的统计参数Ra、Rz等作为主要评定参数。然而研究表明，对同一测量表面而言，测量仪器在不同的分辨率及不同的取样长度下可能导致不同的测量结果。基于传统评定方法的存在的缺点，本文开展了利用分形几何理论进行粗糙度测量的研究。
　　本文基于一台Talysurf4表面粗糙度仪，重新设计了硬件电路和测量软件;分析了触针式表面粗糙度仪测量的原理;重点探究了螺线管差动变压器式结构电感传感器的信号调理机理;利用测控技术、电子技术与计算机技术对仪器的硬件电路进行智能化改造;为实现易用性，设计了USB数据采集电路;运用分形几何理论相关算法编写了粗糙度测量与评定系统软件，完成了从模拟电路、数字电路到评定软件的总体设计。通过对标准样板的进行测量，实验结果表明表面呈现分形特征，分形维数D随着Ra值的增大而增大，而特征尺度系数G随着Ra值的增大而减小。由于分形分析不依赖仪器的滤波形式和取样长度，从一定程度上克服了传统评定方法的缺点，测试结果表明利用分形分析方法表征粗糙度表现出一定的灵敏性和精确性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的目的及意义

1．2 表面粗糙度测量与评定的研究发展现状

1．2．1 表面粗糙度测量技术的发展现状

1．2．2 表面粗糙度评定理论的发展现状

1．3 本课题研究内容

第二章 表面粗糙度测量技术和评定方法的理论基础

2．1 表面粗糙度测量技术

2．1．1 非接触法

2．1．2 接触法

2．2 表面粗糙度的评定理论

2．2．1 轮廓法

2．2．2 分形法

2．3 本章小结

第三章 表面粗糙度测量系统的硬件设计

3．1 表面粗糙度测量系统总体设计方案

3．1．1 测量系统总体设计要求

3．1．2 测量系统总体设计

3．2 电感传感器信号调理电路的设计与分析

3．2．1 电感传感器的工作原理

3．2．2 电感传感器信号调制原理与电路设计

3．2．3 电感传感器信号解调分析与电路设计

3．2．4 A／D转换器

3．2．5 I／O接口电路

3．3 基于USB总线数据采集卡的设计

3．3．1 数字采集卡总体设计方案

3．3．2 数据采集卡主要芯片选择

3．3．3 A／D数据采集模块实现

3．3．4 FIFO数据缓存模块实现

3．3．5 USB通信模块实现

3．4 本章小结

第四章 表面粗糙度测量系统的软件设计

4．1 软件功能

4．2 软件工作流程

4．3 标定系数Kc与Ra值的计算

4．4 分形维数D与特征尺度系数G的计算

4．5 本章小结

第五章 测量试验与结果分析

5．1 测试条件

5．2 测量数据

5．3 数据分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

硕士期间的科研成果