第一章绪论1.1三维表面形貌的表征方法表面形貌是指零件在加工过程中诸多因素综合作用而残留于零件表面的各种不同形状和尺寸的微观几何形态[1]。表面形貌不仅直接影响零件的耐磨性、耐腐蚀性和密封性等，而且对零件装配后设备的整体工作性能、使用寿命、振动和噪声等有很大影响。表面形貌提供了重要的表面信息，同时对表面的摩擦、润滑特性有重要影响，因此，有关表面形貌的研究是一项具有重要意义的课题。表面形貌的研究始于二维轮廓的分析，二维轮廓表征与分析被广泛应用于科学和工程分析近半个多世纪，近年来，由于计算机计算表面形貌是指零件在加工过程中因诸多因素综合作用而残留于零件表面的各种不同形状和尺寸的微观几何形态。大量研究表明,表面形貌不仅直接影响零件的耐磨性、耐腐蚀性、密封性等,而且还对零件装配后设备的整体工作性能、使用寿命、振动与噪声等有很大影响。随着图像分析、数据处理等相关技术的不断发展,表面形貌评定方法已从对单一的二维形状误差、波度、表面粗糙度的分离评估,逐步发展为对三维表面功能的综合评定。表面形貌的三维评定方法可从区域表面获取信息,给出研究表面的直观图像以及与表面形成机理相关的丰富信息。工程表面的表面特性如摩擦、磨损、接触刚度、疲劳强度等是由表面粗糙度、波度以及表面峰、谷、沟等随机轮廓特征综合确定的,表面形貌直接影响相关系统的运行机理、物理性能等。各国学者已对此进行了大量研究。E.Brinksmeier等对金刚石车削加工生成的超精密光学表面进行了测量评定,结果表明表面形貌将直接影响加工表面的光学特性及其它性能。表面纹理结构和轮廓特征不仅取决于加工方法和运行机理,而且取决于表面材料的物理、化学特性及其它因素。T.Sata等的研究表明,在实际加工过程中,刀具几何形状、加工参数、材料特性以及刀具与工件相对位置的变化等是影响工件表面结构的主要因素。由于机床主轴的运动误差以及不可避免的小振幅、低频率振动,刀具相对于工件的位置难以保持稳定,导致表面波度的形成以及表面粗糙度轮廓的变化。此外,加工材料的热膨胀也会在加工表面形成较大的刀具痕迹,使表面粗糙度增大,表面加工质量降低。李荣彬等基于机床运动学和切削理论,用切削参数、刀具几何形状以及刀具与工件的相对运动特征描述并建立了超精密仿真加工的三维表面模型。王洪祥等提出一种通过合理选择切削参数以控制振动对超精密加工表面质量影响的新方法,并通过优化设计实现了对切削参数的优选。图象处理技术及数值处理技术的大大提高，表面形貌的评定方法已从单一的二维形状误差、波度、表面粗糙度的分离评估，逐步向三维表面功能的综合评定，出现了一系列表征参数。但是，到目前为止，还没有一个统一的国内或国际标准，因此，三维表面形貌的有效、准确表征迫在眉睫，表面形貌与功能之间的关系更有待进一步完善。表面形貌极大的影响着表面的使用性能，表面形貌评定的核心是在于对特征信号的无失真提取和对使用性能的定量描述[2]。表面形貌的三维定量研究，首先是测量表面仪器的出现。国内有国家计量院、西安交通大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学等，大多在二维轮廓仪测量原理的基础之上，加一纵向导轨，再配上计算机构成三维轮廓测量仪[3]。随着光学、电子测量仪器的出现，测量精度不断提高，计算机技术以及数字图像处理技术和数据处理能力不断提高，使三维微观形貌分析进入一个崭新的阶段。近年来，新的数学方法如分形、小波等都被很好地应用于表面表征。三维表面形貌主要表现为纹理结构和微观起伏，这种表面的凹凸不平对光的反射不同，表现1基于滤波法机械加工表面的多尺度分离为图象亮度不同，灰度图象用不同灰度值来表达亮度的差异，三维表面上的一个点对应平面图象上的一个像素；点的高度对应灰度图象的灰度值；从而达到表征三维表面的目的。综合起来看，三维领域表面形貌的表征评定方法主要有：基准参数法、Motif法、分形法、小波分析。1、基准参数法该方法是通过测量得到的表面数据，采用参数来定量描述，参数的计算得有一个评定基准。二维轮廓的参数采用中线作为基准，对于三维表面，就需要一个评定基准面。因为实际表面本身是被测量的...
