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三维表面粗糙度参数的表征与评定是在整体上对零件表面微观特性的描述,具有全局性,然而三维参数表征在国际上还没有统一的标准。本文在深入分析和研究零件微观表面2D/3D表征参数的基础上,结合ANSI/ISO/JIS/GB等二维粗糙度参数表征标准,提出一套3D粗糙度表征参数及算法,构建相对完善的零件微观表面3D粗糙度表征体系,并实现其测量及表征软件系统。系统分析了光学非接触测量技术相关理论及方法,建立了基于光学三角测量法的高精度三维表面粗糙度测量平台。系统采用Li-CCD、Ernostar光学系统与高速数字化处理模块相结合的数字一体化集成激光测头,实现对被测表面的高精度数字化测量和高速信号采集及处理;直线电机驱动的X-Y闭式气浮工作平台,有效提高工作台的承载力及运动平稳性;高精度双层金属直线光栅为位置检测元件,可达到最高0.1μm的分辨率,实现工作台的精确定位。通过对二维粗糙度表征参数标准的分析研究,并参照国外三维粗糙度表征参数,提出了零件微观表面三维粗糙度参数表征体系。通过对国内外二维粗糙度表征参数标准(ANSI/ISO/JIS/GB标准)构成分类的对比分析,结合国内外相关研究成果,拟定出一套零件微观表面三维粗糙度表征参数,给出了相应表征参数的物理意义;利用最小二乘法建立了三维粗糙度评定基准面,并根据不同参数的物理意义,构建了其表征算法;通过对所拟定的三维表征参数的优化分析,建立了相对完善的三维粗糙度参数表征体系。构建了数据测量及参数表征软件系统。系统以Windows XP/7为开发环境,Microsoft Visual C++为开发平台,建立了软件系统的体系结构和工作流程,综合应用面向对象设计、模块化结构设计、组件开发等先进的软件设计开发技术,实现了零件表面微观形貌的数据采集、数据预处理、2D/3D粗糙度表征参数的评定算法等功能。通过大量实验数据的分析及对比,证明了三维粗糙度参数算法的可行性。