[发明专利]一种分层粗糙表面的数字化重构方法

摘要

本发明公开了一种分层粗糙表面的数字化重构方法，有效实现了对分层粗糙表面的仿真模拟；通过表面测量系统测量实际粗糙表面，提取2D或3D粗糙表面形貌数据，输入表面分析所需的控制参数，利用粗糙表面形貌数据计算粗糙表面的整体表面参数和表面函数，采用分层思想，将整体粗糙表面分离成若干分量表面，进而得到任一分量表面的表面参数和表面函数，利用已分离的分量表面，基于叠加原理，重构出原始的分层粗糙表面；本发明适合于分层粗糙表面的数字化重构，特别适用于重构多工艺表面(例如汽车发动机内采用平顶珩磨方式加工的内缸表面)和磨损表面。

主权项

1.一种分层粗糙表面的数字化重构方法，包括下述步骤：1)测量实际粗糙表面，提取2D或3D粗糙表面形貌数据z(x)或z(x,y)；2)输入表面分析所需的控制参数；3)利用粗糙表面形貌数据计算粗糙表面的整体表面参数和表面函数；4)采用分层思想，将整体粗糙表面分离成若干分量表面，进而得到任一分量表面的表面参数和表面函数；5)利用已分离的分量表面，基于叠加原理重构原始的分层粗糙表面；其特征在于，所述步骤3)中，所述计算粗糙表面的整体表面参数和表面函数包括以下步骤：3.1.1)计算粗糙表面基本的整体表面参数：尺寸、数据点数、粗糙度即均方根σ、斜度系数Sk和峰度系数Ku；3.1.2)计算粗糙表面自相关函数ACF，并依据提前输入的自相关函数截止系数，计算粗糙表面自相关长度λ_x或(λ_x,λ_y)，若为2D粗糙表面，只在x方向进行，若为3D粗糙表面，在x和y方向同时进行；3.1.3)计算粗糙表面的概率密度函数、累积分布函数和概率材料比曲线；所述粗糙表面的整体表面参数和表面函数计算公式和方法为：3.2.1)若为2D粗糙表面z(x)，尺寸为L_x，即长度，M为x方向数据点数目，则x方向分辨率为Δ_x＝L_x/(M‑1)，若为3D粗糙表面z(x,y)，尺寸为L_x×L_y，L_x和L_y分别为x和y方向的长度，M，N分别为x和y方向数据点数目，则x和y方向分辨率分别为Δ_x＝L_x/(M‑1)和Δ_y＝L_y/(N‑1)；3.2.2)均方根σ、斜度系数Sk和峰度系数Ku计算公式为或或或z_i表示二维表面，z_i，j为三维表面，i从1取到M，j从1取到N；3.2.3)自相关函数ACF计算公式为或p,q分别为ACF在x和y方向的节点数；3.2.4)自相关长度λ_x或(λ_x,λ_y)计算公式为3.2.5)概率密度函数表示粗糙高度z在某一高度值附近的可能性函数，其对于某一高度区间的积分即为累积分布函数，概率材料比曲线为材料比曲线在高斯坐标的投影，投影关系为0.13％对应‑3，2.28％对应‑2，15.87％对应‑1，50％对应0，84.13％对应1，97.72％对应2，99,87％对应3，概率密度函数曲线、累积分布函数曲线和概率材料比曲线，均可采用数值方式求解；所述步骤4)中，所述将整体粗糙表面分离成若干分量表面是指：4.1.1)认为所分析的粗糙表面由多个工艺过程共同影响而形成，即粗糙表面涵括多个分量表面；4.1.2)依据计算所得的概率材料比曲线，将整体粗糙表面z分离成若干分量表面z_k，k为1至n，n≥2，分离分量表面的方法为拟合方法，包括间断方法和连续方法，其中，间断方法采用n段直线分段拟合概率材料比曲线，连续方法对整条概率材料比曲线进行拟合；所述步骤4)中，所述得到任一分量表面的表面参数和表面函数的方式：4.2.1)在通过拟合概率材料比曲线的方式分离分量表面的过程中，得到各分量表面的均方根σ_k和均值z_mk；4.2.2)在单独的分量表面内，计算相应的表面参数，包括自相关函数ACF_k、自相关长度λ_xk或(λ_xk,λ_yk)，以及粗糙峰密度，其中自相关函数和自相关长度计算公式为或以及粗糙峰密度计算方法为单一分量表面z_k所含的粗糙峰总数除以z_k的尺寸；所述步骤5)中，所述基于叠加原理重构原始的分层粗糙表面，包括以下步骤：5.1)根据n个分量表面的表面参数(σ_k,λ_xk)或(σ_k,λ_xk,λ_yk)，分别生成独立的n个高斯表面；5.2)根据n个分量表面间的相对位置，即各分量表面均值z_mk，平移各分量表面z_k＝z_k+z_mk；5.3)比较n个分量表面在任一坐标x或(x,y)处的粗糙高度z_k，保留最小值。