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公差规范是几何产品生命周期各环节之间的桥梁，贯穿于产品设计、制造、检测各个阶段。然而，现行的许多计算机辅助公差(CAT)工具可以实现针对理想几何表面的公差规范，却无法从物理几何角度真正反映制造误差，从而造成其缺乏在整个产品周期对于产品几何量变化的控制能力。这就要求有一种普适性的公差建模方法，能够在几何产品最初的设计阶段便对产品制造、检测过程中的几何变化量予以考虑。 本论文以新一代产品几何技术规范(GPS)为基础，将小波分析和功率谱密度分析等信号处理技术运用到产品表面形貌分析中，研究出一种能够反映产品三维表面及其二维轮廓的宏观及微观多尺度形貌误差成分的非理想表面模型表征方法，实现产品非理想表面模型在通用商业CAD软件中的显示，以解决产品在设计、制造、检验过程中公差规范表达难以统一的难题，为产品几何变化量的有效控制提供了一种可行、可靠的新方法。本文主要研究工作如下: (1)提出利用产品表面多尺度形貌成分仿真制造误差的方法。利用表面形状误差、波纹度及粗糙度实现对于产品表面制造误差的仿真，进而提出一种能够表征产品表面宏观及微观多尺度制造误差信息的非理想表面模型的仿真建模算法。 (2)研究二维轮廓的非理想表面建模方法。利用离散序列小波变换实现二维轮廓的一维离散采样信号的多尺度分解与重构，结合ISO4287标准有关规定提出一种多尺度轮廓形貌误差成分频带划分方法，实现产品表面二维轮廓的形状误差、波纹度及粗糙度的提取，通过实验验证了误差提取方法的正确性及有效性，构建表面轮廓误差小波分析模型，实现产品表面轮廓非理想表面建模。 (3)研究三维表面的非理想表面建模方法。利用二维离散小波变换实现三维表面的二维离散采样信号的多尺度分解与重构，通过功率谱密度分析各尺度小波系数实现表面形貌成分的频带划分，构建表面误差小波分析模型，实现产品表面非理想表面建模。 (4)验证利用提出的方法可以实现具有齿廓偏差的齿轮的非理想表面建模。利用提出的二维轮廓及三维表面的非理想表面建模方法，实现针对标准圆柱齿轮局部齿廓的非理想表面建模。