随着当今世界先进装备制造业的发展,五轴机床的大规模应用,侧铣直纹面加工作为一种加工效率高、表面质量优的加工方式被广泛应用在航空航天、车辆船舶等先进制造领域。侧铣直纹面加工中会产生少量切削刀痕,切削刀痕是一种特殊的表面结构,刀痕与机床加工的表面质量相关,直接反映了五轴机床切削精度。目前对表面结构的一般提取方式比如粗糙度、波纹度对切削刀痕提取分析并不适用,因此研究专门针对侧铣直纹切削刀痕的测量提取方法具有重要的理论和工程意义。本文针对侧铣直纹的测量提取方法主要在以下几个方面开展工作:(1)比较分析表面结构的常用测量、提取、评价方法。对主流的测量方式进行比较研究,确定了非接触方式测量方式作为研究重点;提出在精度、量程、使用环境适合直纹面刀痕的测量方式(白光共焦、激光2D传感器);同时提出了区域评价法作为刀痕的一种评定方式。(2)刀痕的非接触测量系统设计和表面结构对非接触测量影响的研究。分析侧铣直纹面的型面特征和刀痕尺度的特点,并由此设计刀痕测量的非接触系统架构;通过分析实验研究了共焦白光与激光2D传感器在测量微小结构时的优点和不足,并由此确定其在三维刀痕测量中的适用条件。(3)被测表面点云的预处理及刀痕提取算法研究。三维点云的数据预处理方法,包括一般错误点处理以及毛刺点双平方拟合处理;分析了在测量时由于方向和角度造成误差的测量,并提出了相应的补偿方法;研究在表面结构提取中的重点刀痕提取算法,使用稳健高斯滤波器和稳健样条线滤波器对刀痕滤波,发现其在刀痕提取中存在局限性,由此提出了权重识别滤波法,并且将其延伸到区域滤波中。(4)被测表面的表面质量评价软件。提出了刀痕关键指标的自动提取表征算法,即在由滤波算法得到刀痕的基础上,通过高斯拟合实现自动量化;根据国际标准中的区域表征参量,设计了一套专门针对刀痕的区域表征参量;推导了在系统测量提取过程中的不确定度;设计了一套基于直纹面刀痕三维数据处理算法的处理分析系统软件。