一种材料表面采样参数的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种材料表面采样参数的确定方法:材料加工后观察其表面，若材料为各向同性均质材料，则选择二维测量系统确定采样步长和采样长度，若材料为各向异性非均质材料，则选择三维测量系统确定采样面积和采样步长；得到各向同性均质材料表面的二维点云数据后，基于MATLAB平台确定该类材料的最小采样长度和最大采样步长；得到各向异性非均质材料表面的三维点云数据后，基于MATLAB平台确定该类材料的最小采样面积和最大采样步长。本发明专利技术有效地确定了材料的采样参数，使得得到的表面形貌参数不失真，可以精确定量的反映表面的形貌信息，不仅保证了采样精度，同时提高了采样效率。 1

【技术实现步骤摘要】
一种材料表面采样参数的确定方法
本专利技术属于对材料表面的形貌参数进行提取的测量领域，更具体的说，是涉及一种材料表面采样参数的确定方法。
技术介绍
MATLAB是一个功能强大的数学软件，可用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算。由于MATLAB优秀的计算能力和数据结果可靠性，使其被广泛的应用于庞大的数据处理体系及研究领域中。通过编写MATLAB可识别的内核脚本来实现相应的计算过程是其最主要的应用手段之一。MATLAB软件具有交互式程序设计的高科技计算环境，而它是M语言(一种MATLAB可识别的语言，内核基于C语言)程序的一个可视化视窗，利用该编译环境编译的计算程序可以实现对数据的精确分析。目前，用于加工后材料表面粗糙度、偏斜度、峭度等形貌参数的测量主要有非接触式和接触式两种测量类型，无论哪种测量类型，不可避免在测量时要遇到选择采样参数的问题。如何确定合理的采样参数范围使得得到的表面形貌参数不失真，目前没有统一的结论，已有的奈奎斯特采样定理只是描述采样频率必须为测量信号频率的两倍以上才能保证测量可靠，信号不混叠。但在表面测量过程中，前期并不知道加工后表面的形貌信息。如何在没有任何信息的条件下选择采样参数，兼顾测量效率与测量结果的可靠性。现已有的标准是ISO468-1982，规定了在一定的粗糙度范围内，对应的采样长度和评估长度。但首先在测量前期，并不知道材料表面的粗糙度，只能预估；其次，在对各向同性加工表面进行二维粗糙度测量时，需要确定采样步长和采样长度两个参数；而对各向异性加工表面进行三维粗糙度测量时，需要确定X和Y两个方向的采样步长和采样长度。对于这些参数的确定，目前没有统一的标准，只是测量人员主观的自我意识去确定这些参数。综上所述，为实现加工后材料表面的检测，急需找到一种确定材料采样参数的方法，对材料表面形貌参数进行精确有效的提取。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，确定材料表面的采样参数，在保证采样效率和采样精度的前提下，提出了一种基于MATLAB平台和M语言的材料表面采样参数的确定方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种材料表面采样参数的确定方法，包括以下步骤:步骤一，材料加工后观察其表面，若材料为各向同性均质材料，则选择二维测量系统确定采样步长和采样长度，若材料为各向异性非均质材料，则选择三维测量系统确定采样面积和采样步长；步骤二，得到各向同性均质材料表面的二维点云数据后，基于MATLAB平台确定该类材料的最小采样长度和最大采样步长；步骤三，得到各向异性非均质材料表面的三维点云数据后，基于MATLAB平台确定该类材料的最小采样面积和最大采样步长。步骤一中二维测量系统确定采样步长和采样长度的过程分为：首先预估材料表面的粗糙度范围，根据ISO468-1982标准，若材料尺寸较小(测量面垂直加工纹理方向的尺寸小于等于预估粗糙度范围对应的评估长度)，则采样长度选择为整个材料表面垂直于加工纹理方向的最大尺寸，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值；若材料尺寸较大(测量面垂直加工纹理方向的尺寸大于预估粗糙度范围对应的评估长度)，采样长度选择为标准给出的评估长度的1～5倍，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值。步骤一中三维测量系统确定采样面积和采样步长的过程分为：若材料尺寸较小(测量面长宽尺寸小于等于5mmx5mm)，则采样面积选择为整个材料表面，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值；若材料尺寸较大(测量面长宽尺寸大于5mmx5mm)，则采样面积选择为包含材料表面加工及材料自身纹理特征的最小面积的1～10倍以上，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值。步骤二中最小采样长度和最大采样步长的确定过程为：首先控制采样步长不变，逐渐减小采样长度，得到不同采样长度下的表面形貌参数，当采样长度减小到一定数值时，得到的表面形貌参数必定会超出以最高精度得到的表面形貌参数为中心值的[-3σ,3σ]的公差带，此时选择超出公差带之前的最后一个采样长度作为该类加工材料的最小采样长度；然后控制最小采样长度不变，逐渐增大采样步长，得到不同采样步长下的表面形貌参数，当采样步长增大到一定数值时，得到的表面形貌参数同样会超出以最高精度得到的表面形貌参数为中心值的[-3σ,3σ]的公差带，此时选择超出公差带之前的最后一个采样步长作为该类加工材料的最大采样步长。步骤三中最小采样面积和最大采样步长的确定过程为：首先控制X、Y方向采样步长和Y方向的采样长度不变，逐渐减小X方向的采样长度，得到X方向上的最小采样长度；同理，控制X、Y方向采样步长不变，X方向上选择最小采样长度，逐渐减小Y方向的采样长度，得到Y方向上的最小采样长度，从而得到该类加工材料的最小采样面积；然后控制X、Y方向的最小采样长度和Y方向的采样步长不变，逐渐增大X方向的采样步长，得到X方向上的最大采样步长；同理，控制X、Y方向的最小采样长度和X方向的最大采样步长不变，逐渐增大Y方向的采样步长，得到Y方向上的最大采样步长，从而得到该类加工材料的在X和Y方向上的最大采样步长。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)本专利技术有效地确定了材料的采样参数，使得得到的表面形貌参数不失真，可以精确定量的反映表面的形貌信息。(2)本专利技术对于同类材料同种加工方法得到的大量工程表面，只需要测量一个表面，确定采样参数后，即可将采样参数沿用到其他表面的测量上，既改善了采样效率，同时又保证了测量精度。附图说明图1是本专利技术材料表面采样参数的确定方法的流程图；图2是不锈钢表面轮廓形状示意图；图3是最小采样长度确定示意图；图4是最大采样步长确定示意图；图5是采样时间对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。本专利技术的材料表面采样参数的确定方法，如图1所示，包括以下步骤:步骤一，材料加工后观察其表面，若材料为各向同性均质材料，则选择二维测量系统确定采样步长和采样长度，若材料为各向异性非均质材料，则选择三维测量系统确定采样面积和采样步长。其中，二维测量系统确定采样步长和采样长度的过程分为：首先预估材料表面的粗糙度范围，根据ISO468-1982标准，若材料尺寸较小(测量面垂直加工纹理方向的尺寸小于等于预估粗糙度范围对应的评估长度)，则采样长度选择为整个材料表面垂直于加工纹理方向的最大尺寸，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值。若材料尺寸较大(测量面垂直加工纹理方向的尺寸大于预估粗糙度范围对应的评估长度)，则要先预估材料表面的粗糙度范围，根据ISO468-1982标准，采样长度选择为标准给出的评估长度的1～5倍，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值。其中，三维测量系统确定采样面积和采样步长的过程分为：若材料尺寸较小(测量面长宽尺寸小于等于5mmx5mm)，则采样面积选择为整个材料表面，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值；若材料尺寸较大(测量面长宽尺寸大于5mmx5mm)，则采样面积选择为尽可能包含材料表面加工及材料自身纹理特征的最小面积的1～10倍以上，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值。此步骤一过程主要是为了获取材料表面尽可能足够精确的点云信息以及此精度下对应的表面形貌参数：粗糙度、偏斜度、峭度，但采样效率较低，采样时间较长，面对工程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料表面采样参数的确定方法，其特征在于，包括以下步骤:

【技术特征摘要】
1.一种材料表面采样参数的确定方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一，材料加工后观察其表面，若材料为各向同性均质材料，则选择二维测量系统确定采样步长和采样长度，若材料为各向异性非均质材料，则选择三维测量系统确定采样面积和采样步长；步骤二，得到各向同性均质材料表面的二维点云数据后，基于MATLAB平台确定该类材料的最小采样长度和最大采样步长；步骤三，得到各向异性非均质材料表面的三维点云数据后，基于MATLAB平台确定该类材料的最小采样面积和最大采样步长。2.根据权利要求1所述的材料表面采样参数的确定方法，其特征在于，步骤一中二维测量系统确定采样步长和采样长度的过程分为：首先预估材料表面的粗糙度范围，根据ISO468-1982标准，若材料尺寸较小(测量面垂直加工纹理方向的尺寸小于等于预估粗糙度范围对应的评估长度)，则采样长度选择为整个材料表面垂直于加工纹理方向的最大尺寸，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值；若材料尺寸较大(测量面垂直加工纹理方向的尺寸大于预估粗糙度范围对应的评估长度)，采样长度选择为标准给出的评估长度的1～5倍，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值。3.根据权利要求1所述的材料表面采样参数的确定方法，其特征在于，步骤一中三维测量系统确定采样面积和采样步长的过程分为：若材料尺寸较小(测量面长宽尺寸小于等于5mmx5mm)，则采样面积选择为整个材料表面，采样步长选择为测量仪器所能达到的最小值；若材料尺寸较大(测量面长宽尺寸大于5mmx5mm)，则采样面积选择为包含材料表面加工及材料自身纹理特征的最小面积的1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：林彬，魏金花，王皓吉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12