专利名称：基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法
技术领域：
本发明涉及一种先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法。特别是涉及一种基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法。
背景技术：
先进陶瓷由于具有高硬度、高耐磨性、耐腐蚀及耐高温等优良性能而广泛应用于军事、航空航天、能源技术、核工业等众多领域，另一方面，由于其硬而脆，使其成为难加工材料，目前主要的加工方式是磨削加工，但加工表面仍然会残留破碎、裂纹、凹坑等损伤。目前，先进陶瓷磨削加工表面的评价仍然采用传统的粗糙度指标，如轮廓的算数平均偏差Ra、轮廓均方根偏差Rq等。通过观察发现磨削加工后的金属表面与先进陶瓷表面具有明显不同的特点，这是由于先进陶瓷表面具有损伤特征所致。因此，传统粗糙度指标不能有效地反映出先进陶瓷磨削表面损伤情况，如何准确提取表面损伤并对其进行定量评价是评价先进陶瓷磨削表面质量的重点也是难点。
图la、
图1b是具有相同Ra值的金属和陶瓷材料的表面轮廓，总体上看，金属的表面形貌是对称的，而先进陶瓷的表面形貌不具备这样的特点；先进陶瓷表面容易形成深谷特征，但这些特征几乎不出现在金属表面上。而这些深谷现象是先进陶瓷表面损伤如破碎、裂纹、凹坑、气孔的二维表现。由于表面轮廓属于非平稳随机信号，而且深谷现象属于局部特征，建立在平稳信号上的Fourier变换等方法已无法反应其本质特征，对于表面轮廓信号的时频局部化特征也不能进行精细刻画。而小波变换可以将表面轮廓的原始信号分解到不同的尺度空间，在不同尺度上分离和提取各种表面元素，具有良好的时频局域化性能。发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够快速、比较准确对先进陶瓷磨削表面损伤特征进行提取与评价的基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法。
本发明所采用的技术方案是:一种基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法，包括如下步骤:
I)采集样件原始轮廓数据，结合小波基的数学特性和对工程陶瓷磨削表面重构误差最小原则选择最佳小波基；
2)利用最佳小波基进行多尺度分解，并对高频系数进行重构，提取损伤信息；
3)根据重构轮廓绘制损伤率曲线和计算损伤平均间距，通过损伤率曲线直接读出最大损伤深度和最大损伤率，并判断损伤的分布情况。
步骤I)中所述的采集样件原始轮廓数据，是利用粗糙度轮廓仪对样件磨削表面沿着磨削方向进行测量，测量后通过仪器自带的数据处理软件导出表面轮廓的原始数据。
步骤I)中所述的选择最佳小波基，是对小波基数学特性进行分析，得到具有对称性、紧支性、正交性及N阶消失矩数学特性的小波基函数有Daubechies、Symlets、Coiflets ;通过计算信号重构的均方根误差来衡量小波基重构信号的能力，最终选择Sym9为分析先进陶瓷磨削表面的最佳小波基。
所述的均方根误差公式如下:
权利要求
1.一种基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)采集样件原始轮廓数据，结合小波基的数学特性和对工程陶瓷磨削表面重构误差最小原则选择最佳小波基； 2)利用最佳小波基进行多尺度分解，并对高频系数进行重构，提取损伤信息； 3)根据重构轮廓绘制损伤率曲线和计算损伤平均间距，通过损伤率曲线直接读出最大损伤深度和最大损伤率，并判断损伤的分布情况。
2.根据权利要求1所述的基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法，其特征在于，步骤I)中所述的采集样件原始轮廓数据，是利用粗糙度轮廓仪对样件磨削表面沿着磨削方向进行测量，测量后通过仪器自带的数据处理软件导出表面轮廓的原始数据。
3.根据权利要求1所述的基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法，其特征在于，步骤I)中所述的选择最佳小波基，是对小波基数学特性进行分析，得到具有对称性、紧支性、正交性及N阶消失矩数学特性的小波基函数有Daubechies、Symlets、Coiflets ;通过计算信号重构的均方根误差来衡量小波基重构信号的能力，最终选择Sym9为分析先进陶瓷磨削表面的最佳小波基。
4.根据权利要求3所述的基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法，其特征在于，所述的均方根误差公式如下:
5.根据权利要求1所述的基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法，其特征在于，步骤2)所述的多尺度分解中分解水平m的确定是采用如下的方式: 使用二进制离散小波，得出损伤的开口尺寸1、采样间隔Vx与分解水平m之间的关系如下: 当21刚好是采样间隔Vx的2的整数幂倍时:m=log2(21/ΔX) 当21不是采样间隔Vx的2的整数幂倍时:m=[log2(21/Δx)]+l。
6.根据权利要求1所述的基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法，其特征在于，步骤2)所述的对高频系数进行重构，是按照所得到的分解水平m，对先进陶瓷磨削表面原始轮廓信号进行多尺度分解，并对分解后的高频系数进行重构，即损伤提取。
7.根据权利要求1所述的基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法，其特征在于，步骤3)所述的绘制损伤率曲线是根据形貌损伤率进行绘制的，所述的形貌损伤率定义为:在给定的水平截面高度上轮廓的非实体长度与总采样长度的百分比:
8.根据权利要求1所述的基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法，其特征在于，步骤3)所述的损伤平均间距定义为:I(c)=d/k 式中1(c)表示损伤平均间距，c表示给定深度，d第一个谷沟与最后一个谷沟之间的有效评定长度，k为大于给定深 度的深谷个数。
全文摘要
一种基于小波多尺度分析的先进陶瓷磨削表面损伤的评价方法采集样件原始轮廓数据，结合小波基的数学特性和对工程陶瓷磨削表面重构误差最小原则选择最佳小波基；利用最佳小波基进行多尺度分解，并对高频系数进行重构，提取损伤信息；根据重构轮廓绘制损伤率曲线和计算损伤平均间距，通过损伤率曲线直接读出最大损伤深度和最大损伤率，并判断损伤的分布情况。本发明步骤简单、可操作性强，通过该方法能够快速、比较准确对先进陶瓷磨削表面损伤特征进行提取与评价，满足实际工程中先进陶瓷磨削表面质量评价的使用需要。
文档编号G01N33/38GK103149348SQ20131006930
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者林滨, 张彦斌, 梁小虎, 陈东 申请人:天津大学