宋浩，鄒星龍，盧文龍，劉曉軍

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局 專利局專利審查協(xié)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(qū)域法濾波后，需要對其進行區(qū)域法參數(shù)評定［1］。ISO25178-2 中規(guī)定了一系列的區(qū)域法表面形貌評定參數(shù)，可分為3 大類：幅度參數(shù)；空間參數(shù)；混合參數(shù)［2］。對這3 類參數(shù)進行了算法實現(xiàn)，并與美國國家標準化研究院所開發(fā)的參考軟件進行了比對，驗證了所開發(fā)算法的準確性。

1 幅度參數(shù)

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

算術(shù)平均高度Sa為評定區(qū)域A 內(nèi)的高度值絕對值的算術(shù)平均值，計算表達式為：

均方根高度Sq為評定區(qū)域A 內(nèi)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(qū)域A 內(nèi)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(shù)

空間參數(shù)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(shù)的定義如下：

自相關(guān)長度為

其中，tx、ty為表面自相關(guān)函數(shù)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(guān)函數(shù)衰減到0.2 的最快衰減距離，自相關(guān)函數(shù)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(jié)構(gòu)方位比為

自相關(guān)函數(shù)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(qū)域內(nèi)的表面峰個數(shù)，判斷峰的依據(jù)為八鄰域內(nèi)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(shù)

混合參數(shù)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(shù)主要為Sdq，Ssc和Sdr。

表面均方根斜率

Sdq是評定區(qū)域內(nèi)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(qū)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(qū)域內(nèi)的表面峰個數(shù)，Ssc能夠有效地預(yù)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(yù)測很有幫助。

表面的展開表面積比

Aij為表面區(qū)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(nèi)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(qū)分具有相同幅度參數(shù)和粗糙度的相似表面。

4 實驗測試

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

圖2 NIST 提供的數(shù)據(jù)SG_1-1.sdf 表面形貌

表1 數(shù)據(jù)SG_1-1.sdf 表面形貌參數(shù)評定結(jié)果對比

5 結(jié) 論

實現(xiàn)了基于ISO 25718-2:2012 的區(qū)域法表面形貌參數(shù)評定，通過NIST 提供的標準數(shù)據(jù)SG_1-1.sdf 的比對實驗，驗證了所開發(fā)的區(qū)域法參數(shù)評定算法的準確性。

［1］ 郭軍.激光干涉表面測量系統(tǒng)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