專利名稱：基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法。特別是涉及一種基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
先進(jìn)陶瓷由于具有高硬度、高耐磨性、耐腐蝕及耐高溫等優(yōu)良性能而廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、能源技術(shù)、核工業(yè)等眾多領(lǐng)域，另一方面，由于其硬而脆，使其成為難加工材料，目前主要的加工方式是磨削加工，但加工表面仍然會(huì)殘留破碎、裂紋、凹坑等損傷。目前，先進(jìn)陶瓷磨削加工表面的評(píng)價(jià)仍然采用傳統(tǒng)的粗糙度指標(biāo)，如輪廓的算數(shù)平均偏差Ra、輪廓均方根偏差Rq等。通過觀察發(fā)現(xiàn)磨削加工后的金屬表面與先進(jìn)陶瓷表面具有明顯不同的特點(diǎn)，這是由于先進(jìn)陶瓷表面具有損傷特征所致。因此，傳統(tǒng)粗糙度指標(biāo)不能有效地反映出先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷情況，如何準(zhǔn)確提取表面損傷并對(duì)其進(jìn)行定量評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)先進(jìn)陶瓷磨削表面質(zhì)量的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。
圖la、

圖1b是具有相同Ra值的金屬和陶瓷材料的表面輪廓，總體上看，金屬的表面形貌是對(duì)稱的，而先進(jìn)陶瓷的表面形貌不具備這樣的特點(diǎn)；先進(jìn)陶瓷表面容易形成深谷特征，但這些特征幾乎不出現(xiàn)在金屬表面上。而這些深谷現(xiàn)象是先進(jìn)陶瓷表面損傷如破碎、裂紋、凹坑、氣孔的二維表現(xiàn)。由于表面輪廓屬于非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，而且深谷現(xiàn)象屬于局部特征，建立在平穩(wěn)信號(hào)上的Fourier變換等方法已無法反應(yīng)其本質(zhì)特征，對(duì)于表面輪廓信號(hào)的時(shí)頻局部化特征也不能進(jìn)行精細(xì)刻畫。而小波變換可以將表面輪廓的原始信號(hào)分解到不同的尺度空間，在不同尺度上分離和提取各種表面元素，具有良好的時(shí)頻局域化性能。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠快速、比較準(zhǔn)確對(duì)先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷特征進(jìn)行提取與評(píng)價(jià)的基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟:
I)采集樣件原始輪廓數(shù)據(jù)，結(jié)合小波基的數(shù)學(xué)特性和對(duì)工程陶瓷磨削表面重構(gòu)誤差最小原則選擇最佳小波基；
2)利用最佳小波基進(jìn)行多尺度分解，并對(duì)高頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，提取損傷信息；
3)根據(jù)重構(gòu)輪廓繪制損傷率曲線和計(jì)算損傷平均間距，通過損傷率曲線直接讀出最大損傷深度和最大損傷率，并判斷損傷的分布情況。
步驟I)中所述的采集樣件原始輪廓數(shù)據(jù)，是利用粗糙度輪廓儀對(duì)樣件磨削表面沿著磨削方向進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后通過儀器自帶的數(shù)據(jù)處理軟件導(dǎo)出表面輪廓的原始數(shù)據(jù)。
步驟I)中所述的選擇最佳小波基，是對(duì)小波基數(shù)學(xué)特性進(jìn)行分析，得到具有對(duì)稱性、緊支性、正交性及N階消失矩?cái)?shù)學(xué)特性的小波基函數(shù)有Daubechies、Symlets、Coiflets ;通過計(jì)算信號(hào)重構(gòu)的均方根誤差來衡量小波基重構(gòu)信號(hào)的能力，最終選擇Sym9為分析先進(jìn)陶瓷磨削表面的最佳小波基。
所述的均方根誤差公式如下:
權(quán)利要求
1.一種基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)采集樣件原始輪廓數(shù)據(jù)，結(jié)合小波基的數(shù)學(xué)特性和對(duì)工程陶瓷磨削表面重構(gòu)誤差最小原則選擇最佳小波基； 2)利用最佳小波基進(jìn)行多尺度分解，并對(duì)高頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，提取損傷信息； 3)根據(jù)重構(gòu)輪廓繪制損傷率曲線和計(jì)算損傷平均間距，通過損傷率曲線直接讀出最大損傷深度和最大損傷率，并判斷損傷的分布情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟I)中所述的采集樣件原始輪廓數(shù)據(jù)，是利用粗糙度輪廓儀對(duì)樣件磨削表面沿著磨削方向進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后通過儀器自帶的數(shù)據(jù)處理軟件導(dǎo)出表面輪廓的原始數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟I)中所述的選擇最佳小波基，是對(duì)小波基數(shù)學(xué)特性進(jìn)行分析，得到具有對(duì)稱性、緊支性、正交性及N階消失矩?cái)?shù)學(xué)特性的小波基函數(shù)有Daubechies、Symlets、Coiflets ;通過計(jì)算信號(hào)重構(gòu)的均方根誤差來衡量小波基重構(gòu)信號(hào)的能力，最終選擇Sym9為分析先進(jìn)陶瓷磨削表面的最佳小波基。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的均方根誤差公式如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟2)所述的多尺度分解中分解水平m的確定是采用如下的方式: 使用二進(jìn)制離散小波，得出損傷的開口尺寸1、采樣間隔Vx與分解水平m之間的關(guān)系如下: 當(dāng)21剛好是采樣間隔Vx的2的整數(shù)冪倍時(shí):m=log2(21/ΔX) 當(dāng)21不是采樣間隔Vx的2的整數(shù)冪倍時(shí):m=[log2(21/Δx)]+l。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟2)所述的對(duì)高頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，是按照所得到的分解水平m，對(duì)先進(jìn)陶瓷磨削表面原始輪廓信號(hào)進(jìn)行多尺度分解，并對(duì)分解后的高頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，即損傷提取。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟3)所述的繪制損傷率曲線是根據(jù)形貌損傷率進(jìn)行繪制的，所述的形貌損傷率定義為:在給定的水平截面高度上輪廓的非實(shí)體長(zhǎng)度與總采樣長(zhǎng)度的百分比:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟3)所述的損傷平均間距定義為:I(c)=d/k 式中1(c)表示損傷平均間距，c表示給定深度，d第一個(gè)谷溝與最后一個(gè)谷溝之間的有效評(píng)定長(zhǎng)度，k為大于給定深 度的深谷個(gè)數(shù)。
全文摘要
一種基于小波多尺度分析的先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷的評(píng)價(jià)方法采集樣件原始輪廓數(shù)據(jù)，結(jié)合小波基的數(shù)學(xué)特性和對(duì)工程陶瓷磨削表面重構(gòu)誤差最小原則選擇最佳小波基；利用最佳小波基進(jìn)行多尺度分解，并對(duì)高頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，提取損傷信息；根據(jù)重構(gòu)輪廓繪制損傷率曲線和計(jì)算損傷平均間距，通過損傷率曲線直接讀出最大損傷深度和最大損傷率，并判斷損傷的分布情況。本發(fā)明步驟簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，通過該方法能夠快速、比較準(zhǔn)確對(duì)先進(jìn)陶瓷磨削表面損傷特征進(jìn)行提取與評(píng)價(jià)，滿足實(shí)際工程中先進(jìn)陶瓷磨削表面質(zhì)量評(píng)價(jià)的使用需要。
文檔編號(hào)G01N33/38GK103149348SQ20131006930
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者林濱, 張彥斌, 梁小虎, 陳東 申請(qǐng)人:天津大學(xué)