基于區域法的表面形貌參數評定

宋浩，鄒星龍，盧文龍，劉曉軍

（1.國家知識產權局 專利局專利審查協作湖北中心，武漢430074；2.華中科技大學 機械學院，武漢 430074）

0 引 言

通過測量得到的表面形貌進行區域法濾波后，需要對其進行區域法參數評定［1］。ISO25178-2 中規定了一系列的區域法表面形貌評定參數，可分為3 大類：幅度參數；空間參數；混合參數［2］。對這3 類參數進行了算法實現，并與美國國家標準化研究院所開發的參考軟件進行了比對，驗證了所開發算法的準確性。

1 幅度參數

幅度參數是描述三維表面的高度值統計特征的參數，高度參數主要由加工工藝路線決定。高度參數的定義如下：

算術平均高度Sa為評定區域A 內的高度值絕對值的算術平均值，計算表達式為：

均方根高度Sq為評定區域A 內的表面均方根偏差，反映的是表面高度值的標準差偏差，偏差越大說明表面越粗糙。

Sp，Sv，Sz是評定區域A 內的最高點、最低點及最低點到最高點高度的絕對值。

表面偏斜度表征的是表面峰谷高度相對于評定中面的對稱度。

Sku表征表面峰谷的分布情況，常用來檢測表面的峰谷缺陷。

2 空間參數

空間參數常用來表征表面的空間特性，主要依賴于表面的紋理方向信息。軟件中的三維空間參數的定義如下：

自相關長度為

其中，tx、ty為表面自相關函數的極坐標在x、y 方向上的投影值。描述的是表面方向紋理的分布特性，為自相關函數衰減到0.2 的最快衰減距離，自相關函數的定義詳見ISO 25178-2。當其值較大時，表明表面的低頻成分較多，表面變化較平緩。

結構方位比為

自相關函數衰減最快和最慢的衰減距離的比值，反映的是表面各向同性，值越大說明表面方向越一致。Sal、Str的計算方法示意圖如圖1 所示。

圖1 Sal，Str 計算方法示意圖

其中X 為評定區域內的表面峰個數，判斷峰的依據為八鄰域內的最大值。Sds主要影響表面的支承率，軸承表面及密封表面的載荷分布。

3 混合參數

混合參數包含了表面形貌高度和空間方向兩方面的信息，本軟件中的混合參數主要為Sdq，Ssc和Sdr。

表面均方根斜率

Sdq是評定區域內的表面梯度的均方根值，是公認的對組成表面斜坡的評定，可用于區分同樣粗糙度的不同表面。

表面峰曲率算式平均值

其中X 為評定區域內的表面峰個數，Ssc能夠有效地預測不同的載荷情況下的表面變形的程度，對于實際表面的摩擦磨損預測很有幫助。

表面的展開表面積比

Aij為表面區域展開成平面的總面積，其計算表達式為：

Sdr表示的是評定表面內表面展開面積和理想平面面積之差與理想平面面積之比，能夠進一步區分具有相同幅度參數和粗糙度的相似表面。

4 實驗測試

為驗證軟件參數評定的準確性，對NIST 參考軟件提供的數據SG_1-1.sdf［3］（如圖2 所示）進行直接評定，評定參數對比如表1 所示。

圖2 NIST 提供的數據SG_1-1.sdf 表面形貌

表1 數據SG_1-1.sdf 表面形貌參數評定結果對比

5 結 論

實現了基于ISO 25718-2:2012 的區域法表面形貌參數評定，通過NIST 提供的標準數據SG_1-1.sdf 的比對實驗，驗證了所開發的區域法參數評定算法的準確性。

［1］ 郭軍.激光干涉表面測量系統及3D-MOTIF 評定研究［D］.武漢：華中科技大學，2004.

［2］ ISO 25178-2 Geometric Product Specifications（GPS）-Surface texture:Areal－Part 2:Terms，definitions and surface texture parameters［S］.

［3］ http://pml.nist.gov/VSC/jsp/index.jsp