CN109190081B - 一种粗糙表面轮廓支承长度率曲线的获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粗糙表面轮廓支承长度率曲线的获取方法，包括以下步骤：步骤S1:采集待计算粗糙表面轮廓数据并进行数据预处理，设定用于计算轮廓高度c i 的支承长度率p i ，i为自然数;步骤S2:根据支承长度率p i ，采用搜索算法计算对应轮廓高度c i ，得到点集合(p i ,c i )；步骤S3：根据得到的点集合(p i ,c i )，构建得到支承长度率曲线。本发明由支承长度率p i 计算轮廓高度c i ，获得的表面轮廓支承长度率曲线的核心区域中，计算量相同的条件下，支承长度率与轮廓高度对应关系的分辨率远高于传统方法；本发明采用搜索算法计算给定支承长度率处的轮廓高度，计算精度较高。

Description

一种粗糙表面轮廓支承长度率曲线的获取方法
技术领域
本发明涉及机械加工表面几何形貌分析与表征技术领域，具体涉及一种粗糙表面轮廓支承长度率曲线的获取方法。
背景技术
机械零件表面具有各种不同的表面几何形貌，这些几何形貌对于表面的各种物理、化学性能具有非常重要的影响，例如摩擦、磨损、密封、润滑、导热、导电、光的反射折射等。与粗糙表面的三维几何形貌相比，表面轮廓虽然无法完全的反映表面的各种性能，但依然可以很好的评定加工工艺的稳定性以及加工表面的质量是否符合要求。同时，由于其测量过程方便、快捷、成本低，因此在工业界依然有着极为广泛的应用。GB/T 3505-2009、ISO4287:1997等参数表征体系中，都定义了表面轮廓的支承长度率曲线，该曲线以及基于该曲线定义的表征参数，能很好的反映粗糙表面的支承性、磨合特性、抗磨损能力、润滑油膜形成能力、润滑油储油能力。
目前，获取表面轮廓支承长度率曲线的方法为：首先将轮廓沿高度方向等间距划分，然后计算各高度处相应的支承长度率，获取一系列(支承长度率，轮廓高度)数据点，最后以支承长度率为横轴，轮廓高度为纵轴，绘制表面轮廓支承长度率曲线。然而，零件粗糙表面经过机械加工(特别是精加工)后，大多数表面轮廓采样点的高度往往分布在一个较窄的区间内(核心区)。但在有些地方可能存在个别特别突出的高点，或者特别深的深谷，而且个别的突出高点往往对表面性能并无太多实质性影响。因此采用现有方法的主要缺点是：
缺点1：现有方法通过轮廓高度求取支承长度率。但若需要反向求解，即通过给定支承长度率求轮廓高度，则需要在获取全部的(支承长度率，轮廓高度)数据点基础上，使用插值方法建立支承长度率与轮廓高度的函数关系，最后才能求出表面轮廓的高度。因此该方法不够灵活，且表面轮廓高度的计算精度与数据点量相关，难以根据需要调整、平衡计算精度与计算速度之间的关系。
缺点2：表面轮廓核心区是表征表面性能的重要区域，沿高度方向等间隔划分，然后计算支承长度率的方法往往使得支承长度率曲线在核心区的表征点数量不多，表征支承长度率与轮廓高度变化关系的分辨率不足；而对于偶然出现的突出位置的表征分辨率过大，浪费了计算资源。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服上述不足，提供一种以支承长度率为自变量，轮廓高度为因变量，从而实现对支承长度率进行等间距或任意间距划分的支承长度率曲线获取方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种粗糙表面轮廓支承长度率曲线的获取方法，包括以下步骤：
步骤S1:采集待计算粗糙表面轮廓数据并进行数据预处理，根据实际需要，设定用于计算i点轮廓高度ci的支承长度率pi,i为自然数，轮廓的支承长度率pi的取值范围为0-100％；
步骤S2:根据支承长度率pi，采用搜索算法计算对应轮廓高度ci，得到点集合(pi,ci)；
步骤S3：根据得到的点集合(pi,ci)，构建得到支承长度率曲线。
进一步的，所述步骤S2具体为：
步骤S21：设置搜索算法的输入参数是表面轮廓的支承长度率pi，待求结果为相应的轮廓高度ci；
步骤S22:设置轮廓高度ci的搜索区间的左端点用变量cl表示，其初始值为轮廓采样点高度的最大值；
步骤S23:设置轮廓高度ci的搜索区间的右端点用变量cr表示，其初始值为轮廓采样点高度的最小值；
步骤S24:设置待求轮廓高度ci用变量rmc表示，并设置其初始值为(cl+cr)/2；
步骤S25:进入循环搜索，如果轮廓高度为rmc处支承长度率的计算值与pi相等，那么rmc就为当支承长度率为pi时的轮廓高度ci，结束计算；否则执行步骤S26；
步骤S26:如果步骤S25中，轮廓高度为rmc处支承长度率的计算值大于pi，则设置搜索区间的右端点cr等于rmc；如果步骤S25中，轮廓高度为rmc处支承长度率的计算值小于pi，则设置搜索区间的左端点cl等于rmc；令rmc的值更新为(cl+cr)/2；重复执行步骤S25。
进一步的，对于步骤S2:
获得的粗糙表面轮廓支承长度率曲线以支承长度率p为自变量，轮廓高度c为因变量。支承长度率p可以按需求等距划分，分点记为pi，i为自然数；
获得的粗糙表面轮廓支承长度率曲线以支承长度率p为自变量，轮廓高度c为因变量。支承长度率p可以按需求以任意的间隔进行划分，分点记为pi，i为自然数；
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明在获取表面轮廓支承长度率曲线时，可对支承长度率进行等间隔，或者进行任意间隔划分。
2、本发明在根据给定的支承长度率计算轮廓高度时，可以根据需求调整计算精度，达到计算精度与计算速度的平衡。
附图说明
图1为本发明的总流程图
图2为本发明中根据支承长度率计算轮廓高度的流程图
图3为本发明一实施例中经过数据预处理后的抛光表面轮廓的采样点高度数据图
图4为用本发明所述方法获取的表面支承长度率曲线图
图5为用现有方法获取的表面支承长度率曲线图
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种粗糙表面轮廓支承长度率曲线的获取方法，包括以下步骤：
步骤S1:采集待计算粗糙表面轮廓数据并进行数据预处理，根据实际需要，设定用于计算轮廓高度ci的支承长度率pi,i为自然数，轮廓的支承长度率pi的取值范围为0-100％；
步骤S2:根据得到的支承长度率pi，采用搜索算法计算对应轮廓高度ci，得到点集合(pi,ci)；
步骤S3：根据得到的点集合(pi,ci)，构建得到支承长度率曲线。
所述步骤S2具体为(参照图2)：
步骤S21：设置搜索算法的输入参数是表面轮廓的支承长度率pi，待求结果为相应的轮廓高度ci；
步骤S22:设置轮廓高度ci的搜索区间的左端点用变量cl表示，其初始值为轮廓采样点高度的最大值；
步骤S23:设置轮廓高度ci的搜索区间的右端点用变量cr表示，其初始值为轮廓采样点高度的最小值；
步骤S24:设置待求轮廓高度ci用变量rmc表示，并设置其初始值为(cl+cr)/2；
步骤S25:进入循环搜索，如果轮廓高度为rmc处支承长度率的计算值与pi相等，那么rmc就为当支承长度率为pi时的轮廓高度ci，结束计算；否则执行步骤S26；
步骤S26:如果步骤S25中，轮廓高度为rmc处支承长度率的计算值大于pi，则设置搜索区间的右端点cr等于rmc；如果步骤S25中，轮廓高度为rmc处支承长度率的计算值小于pi，则设置搜索区间的左端点cl等于rmc；令rmc的值更新为(cl+cr)/2；重复执行步骤S25。
为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图对本发明进行详细介绍。
实施例1：
以如图3所示的抛光表面轮廓样本为例，具体阐述本发明提出的获取粗糙表面轮廓支承长度率曲线的方法。
抛光表面轮廓支承长度率曲线的获取。
根据图1和图2给出的算法流程，具体步骤如下：
(1)使用粗糙表面轮廓测量仪，获得表面轮廓几何形貌的原始测量数据；
(2)根据GB/T 3505-2009、GB/T 18777-2002或有关文献，滤除表面轮廓测量数据中的不需要的低频和高频成分，并将轮廓采样点高度的平均值调整为0；
(3)编写以轮廓高度为输入参数，计算相应高度处的表面轮廓支承长度率的程序；
(4)支承长度率的取值范围为0-100％，将其划分为等距的20个区间，并记为pi，i为自然数；
(5)对于在上述步骤中划分获得的每一个pi，执行步骤(6)-(10)；
(6)设置轮廓高度搜索区间的左端点为cl，初始值为轮廓采样点的最大高度值；
(7)设置轮廓高度搜索区间的右端点为cr，初始值为轮廓采样点的最小高度值；
(8)定义变量rmc表示待求的轮廓高度，并令其初始值为(cl+cr)/2；
(9)判断当轮廓高度为rmc时的支承长度率计算值是否与pi相等，如果相等，此时的rmc就是需要求取的轮廓高度ci，退出循环；否则执行步骤(10)；
(10)若当轮廓高度为rmc时的支承长度率大于pi，令cr＝rmc，否则令cl＝rmc，更新rmc＝(cl+cr)/2，重复执行步骤(9)；
(11)根据上述步骤的计算结果，获取表示(支承长度率,轮廓高度)的一系列数据点，采用分段线性插值方法绘制抛光表面轮廓的支承长度率曲线(图4)；
对比图5(现有方法获取的表面轮廓支承长度率曲线)和图4可以明显体现出本发明的有益之处，即本发明计算的数据点大都处于表面轮廓支承长度率曲线的核心区域，能更细致地反映支承长度率和轮廓高度的变化情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种粗糙表面轮廓支承长度率曲线的获取方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1:采集待计算粗糙表面轮廓数据并进行数据预处理，设定用于计算轮廓高度c i 的支承长度率p i ,i为自然数;
步骤S2:根据支承长度率p i ，采用搜索算法计算对应轮廓高度c i ，得到点集合(p i ,c i )；
步骤S3：根据得到的点集合(p i ,c i )，构建得到支承长度率曲线；所述步骤S2具体为：
步骤S21：设置搜索算法的输入参数是表面轮廓的支承长度率p i ，待求结果为相应的轮廓高度c i ；
步骤S22:设置轮廓高度c i 的搜索区间的左端点用变量cl表示，其初始值为轮廓采样点高度的最大值；
步骤S23:设置轮廓高度c i 的搜索区间的右端点用变量cr表示，其初始值为轮廓采样点高度的最小值；
步骤S24:设置待求轮廓高度c i 用变量rmc表示，并设置其初始值为(cl + cr) / 2；
步骤S25:进入循环搜索，如果轮廓高度为rmc处支承长度率的计算值与p i 相等，那么rmc就为当支承长度率为p i 时的轮廓高度c i ，结束计算；否则执行步骤S26；
步骤S26:如果步骤S25中，轮廓高度为rmc处支承长度率的计算值大于p i ，则设置搜索区间的右端点cr等于rmc；如果步骤S25中，轮廓高度为rmc处支承长度率的计算值小于p i ，则设置搜索区间的左端点cl等于rmc；令rmc的值更新为(cl + cr) / 2；重复执行步骤S25。
2.根据权利要求1所述的一种粗糙表面轮廓支承长度率曲线的获取方法，其特征在于：所述步骤S2构建得到支承长度率曲线满足：
1）获得的粗糙表面轮廓支承长度率曲线以支承长度率p为自变量，轮廓高度c为因变量；支承长度率p等距划分，分点记为p i ，i为自然数；
2) 获得的粗糙表面轮廓支承长度率曲线以支承长度率p为自变量，轮廓高度c为因变量；支承长度率p以任意的间隔进行划分，分点记为p i ，i为自然数。
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