表面形貌学非接触式测量方法比较及浅析变焦显微测量技术
接触式检测技术在微观表面形貌测量中的研究
接触式检测技术在微观表面形貌测量中的研究随着技术的发展，微观表面形貌测量已成为了制造业控制质量的重要环节。
而在微观表面形貌测量中，接触式检测技术因其高精度高可靠性而备受研究者的青睐。
接下来我们介绍一些关于接触式检测技术在微观表面形貌测量中的研究进展。
一、接触式检测技术的发展第一代接触式检测技术是利用机械针头的触碰来检测表面高度的方法，这种方法受到针头直径、压触力等因素的影响，严重限制了其应用范围。
而第二代接触式检测技术采用的是弹性探头，如扫描探针显微镜(SPM)、原子力显微镜(AFM)等，这些技术已经具备了纳米级别的精度、分辨率和可靠性。
此外，还有一些新兴的接触式检测技术，如深度开关式光纤传感器、电容式传感器等，这些技术具有更高的测量速度、更广泛的适用范围和更低的成本。
二、微观表面形貌测量中接触式检测技术的应用在微观表面形貌测量中，接触式检测技术以其高精度、高分辨率、高可靠性等优势被广泛应用。
其中，扫描探针显微镜(SPM)是最常用的接触式检测技术之一。
其基本原理是利用微锥探头通过上下移动扫描表面并记录微锥的位置来获取样品表面形貌信息。
AFM是SPM的一种改进型，采用机械交换式探头，灵敏度比SPM更高。
不仅仅是SPM和AFM，在汽车、机械制造、航空航天、生物医学等领域，接触式检测技术也被广泛用于表面形貌测量，如板式冲压、零部件加工表面质量检测、超精密零部件加工表面形貌测量、金属材料和非金属材料的表面形貌检测及评估等方面。
三、接触式检测技术的未来接触式检测技术的未来发展将继续在提高测量精度、提高测量效率、降低成本等方面发力。
光学显微镜、扫描电镜等非接触式表面形貌测量技术不断发展，夹杂着越来越多的他们专业领域的优势，未来纳米级别的表面形貌检测等仍有着巨大的提升空间。
四、总结在微观表面形貌测量中，接触式检测技术因其高精度、高可靠性、高分辨率等优势而被广泛应用。
在新材料、新工艺、新技术不断涌现的今天，未来接触式检测技术将继续在测量精度、效率和成本等方面不断发力，更适应不同领域的测量需求。
表面三维形貌非接触测量的现状
表面三维形貌非接触测量的现状近年来，随着三维数字化技术的突飞猛进，非接触式三维形貌测量也逐渐成为了研究的热点。
其不仅可以提高测量效率、增强测量准确性，还能够充分保护被测物体的表面完整性，避免硬接触带来的破坏。
因此，在生产制造、医疗、文化保护等领域都得到了广泛应用。
目前，非接触式三维形貌测量技术已经有了多种方法，例如：光学测量、激光扫描和结构光测量等。
其中，激光扫描技术是最常用的一种方法。
它的原理是利用激光束在被测物体表面进行扫描，通过收集反射光或散射光进行三维形貌的测量。
这种方法可以在几毫秒内完成对物体表面的扫描，其测量精度达到了数十微米，同时也具备了高速、高效、高精度等优点。
另外，结构光测量也是一种常用的表面三维形貌非接触测量技术。
它的原理是投射光源这一结构图案到被测物体表面，在投射的过程中通过对图案失真的分析，对被测物体表面的形貌进行测量。
与激光扫描技术相比，结构光测量虽然精度相对较低，但其适用于测量范围广泛，包括具有透明、反射等特性的物体。
除此之外，非接触式三维形貌测量技术还应用了光电子器件，如数字相机、CCD相机等，收集物体表面反射的光信号，并通过图像处理技术分析出物体表面的三维形貌。
这种方法不仅可以在较低成本的情况下实现三维形貌测量，而且还可以在人体和生物组织等非金属物体上进行测量。
总的来说，目前表面三维形貌非接触测量技术在多个领域都得到了广泛应用。
在以后的研究中，我们需要通过实验进一步改进技术，提高测量精度和速度，以便更好地适应不同领域的应用需求。
此外，非接触式三维形貌测量技术在制造业中的应用也是非常广泛的。
例如，在零部件加工过程中，这种技术可以非常精确地测量零件的形状和几何参数，从而保证零件的精度和质量。
在金属材料表面的质量检测中，非接触式三维形貌测量技术可以检测表面缺陷，例如凹陷或凸起，从而防止产品的失效或受损。
在文化遗产保护领域，非接触式三维形貌测量技术也发挥了重要作用。
利用这种技术，专家可以对文物进行精确的三维形貌测量，并利用测量结果进行数字化保护和虚拟展示。
植物表面形态学的电子显微镜研究方法
植物表面形态学的电子显微镜研究方法电子显微镜是一种先进的科学仪器，可以在微观层面上观察并研究物体的形态和结构。
在植物学领域中，电子显微镜可以用来研究植物表面形态学，这对于了解植物的生长过程和环境适应性具有重要意义。
植物表面形态学是指植物体表面的形态和结构特征。
植物表面特征包括叶片、茎、根等不同部位的表皮细胞形状、大小、排列方式和表面纹路等。
这些特征对植物生长、繁殖、光合作用和适应环境等方面都具有重要作用。
电子显微镜作为先进的科学研究工具，可以帮助科学家研究植物表面形态学。
通常情况下，植物的表面观察需要使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）这两种特殊的电子显微镜。
SEM可以在三维层面上呈现植物表面的微观结构，观察具有微纹理和微结构的表面。
SEM中，样品表面被覆盖着金属涂层，使它能够把电子反射回来，从而形成高分辨率的图像。
这种方法使科学家可以实现对植物表面的高分辨率观察。
比如，科学家使用SEM观察了茶树表面的纳米结构特征，发现了一些对茶叶质量和产量具有重要作用的结构特征。
TEM则可以让科学家深入研究植物内部细胞器的结构和功能。
通过利用TEM，科学家可以对细胞器的结构进行图像捕捉，分析它们的形态和功能，在研究细胞形态学和细胞生物学方面具有重要的应用价值。
例如，科学家使用TEM观察木材的微观结构，为木材工业的发展提供了科学依据。
植物表面的形态学研究在实践中非常有用，可以帮助科学家了解植物的生长方式和繁殖机制。
在不同的环境下，植物表面的形态学特征有着不同的变化，因此科学家可以通过研究这些特征，探讨植物对环境的适应性和应对策略，以及探讨生态系统中植物种类的演化和分化。
总之，植物表面形态学的电子显微镜研究方法为植物学研究提供了强大的工具，可以让科学家更深入地了解植物的生长过程，实现对植物在生态系统中的作用和适应性的探究。
随着科学技术的进步和仪器设备的升级，植物表面形态学的研究领域将会变得更为广阔，也将会为植物学的研究提供更多的可能性。
微观表面形貌检测方法及其发展
１ ．１ ０ｎ ｍ
１ Ｈｍ
Ｕ ｒ ｎ
被引入表面形貌测量 ， 非接触测量 实现 并开始迅 速发展 。
１ ９ ５ ８年 苏 联 研 制 的 ＭＮＮ～４型 干 涉 显 微 镜 ］ 。１ ９ ６ ８年
点， 重点阐述 了 常 见 的光 学 测量 方 法 ， 并对 其 进 行 了 比
较 。并 重 点 分 析 了 光 学 干 涉 法 、 触 针 法 的基 本特 点 。
关键词 ： 微观表面形貌 ； 非接 触 测 量 ； 接触 式测量 ； 干 涉 法
年人们开始在图样 上提 出加 工条件 要 求的符 号 ， 对 表面
法、 散 射光 强对 比法 、 干 涉 显 微 镜 法及 白光 扫 描 法 等 。与 光 学方 法 不 同 ， 非 光学 式 扫 描 显 微镜 法 没 有 光 学 物 镜 ， 图
像观 察 不 是 通 过 光 学 表 面 ， 而 是 通 过 计 算 机 图 像 监 视 器
被测表面
图 １ 电 感触 针 式传 感 器 原 理 图
的非 接 触 式 形 貌 测 量 方 法 所 依 据 的 原 理 主 要 是 光 、 声、 电
或其结合 ， 其 中 光 学 方 法 在 非 接 触 式 形 貌 测 量 中 的 应 用 最为广泛 。
取决于电路系统 的放大倍 率 和数据 采集 系统 的分 辨率 。
它 是将 一 个 很 尖 的 触 针 （ 半 径 可 以 做 到 微 米 量 级 的金 刚
（ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ —０ ５ —２ ３ ）
（ ７ ） 由于在线超声波流量计 无温度补 偿装 置 ， 在气 温 变化 显著时 ， 可造成流量计 １ 左右的波动 ， 因此 ， 应加 强
钢化玻璃表面形貌非接触测量技术研究
关键词：三维重构，图像处理，参数标定，曲面拟合
中北大学学位论文
The Research of Non-contact Measurement technique of the Toughened Glass’s Surface Topography Abstract
Toughened glass’s surface shape profile can be changed by bending device in the process of production, thus it can be applied to various occasions of surface shape profile with special requirements. At present, the prefabricated form can usually used to detect the surface shape surface parameters of the glass which can be bended.. But, using prefabricated form can have low precision and efficiency. For the above problem, the surface shape profile ‘s measuring method of the glass which is bended is studied in this paper. Line structure of the laser’s projection imaging detection method is used to sample and measure the glass product at many cross section, in order to reconstruct its surface shape profile to measure the glass product’s shape profile parameters with non-contact technique. In view of three-dimensional imaging principle of the line-structured light, the imaging geometric model is established; on the basis of it, the experiment system is built to calibrate the parameters in the model; in the view of the problem that the difference of the reflected light intensity is bigger in the field which is caused by divergence angle of the line-structured light、edge intensity of laser's line center and normal direction difference of the surface of the glass, the enhancement algorithms of the laser stripe information are studied; for fuzzy problem of the line edge which is caused by vignetting projection of the laser line edge and parasitic light, the extraction algorithms of the center line are studied in order to realize the accurate extraction of stripe center line; for the reconstruction process of the surface morphology of glass product, the curved surface fitting methods are studied; and on the basis of obtaining discrete data points, the least squares surface fitting is used to reconstruct the surface topography of glass product, and the error of the algorithm is analyzed; finally, based on the reconstruction of the surface morphology, the curvature of the points on curved surface fitting is calculated to carry out non-contact measurement in parameters of the position of the glass product.
形貌仪的那些特点介绍
形貌仪的那些特点介绍形貌仪是一种常见的物理测试设备，在工业、医疗、环保等领域都有广泛应用。
它通过观测被测试物体的形貌、轮廓和表面特征，来判断其表面质量、精度等相关指标。
本文将就形貌仪的特点进行介绍。
精度高形貌仪采用的是光学成像技术，具备高分辨率、高精度等特点。
形貌仪将测试物体放置在测试台上，然后通过光线照射，将样品的形貌镶嵌在检测信号里，然后利用计算机算法来分析形貌，最后根据算法模型，提供测试结果。
由于光经定位，可以提供高精度的三维显影，因此形貌仪的精度远高于一般物理测试设备。
非接触式测试由于形貌仪采用了非接触式测试技术，不会对测试样品造成损伤或变形，同时也避免了测试样品污染或磨损的问题。
此外，非接触式测试还能够保证测试的准确性和可靠性。
因此，形貌仪不仅可以用于精密元件、测量薄膜、繁缕花加工技术中，还可以用于分析人类皮肤表面的纹理、成像分子等领域.测量参数多形貌仪还可用于多维形貌测量，在测试过程中可以获取众多数据。
主要的测量参数包括形貌、表面粗糙度、几何尺寸、轮廓、曲率等，还可以观测元件材料和样品之间等物性数据的连续性差异。
在初步测定测试领域内的物理现象、产生预测性建模方案以及制备和加工产品与元件时，这些参数可以提供非常有用的信息。
最终，这些信息对于测试时间和成本，以及材料选择和加工方案的最终偏差有着至关重要的作用。
操作简便与一些其他物理测试设备相比，形貌仪使用起来非常轻松，而且无需在操作过程中特别考虑操作员的技能。
这是由于通过自动化的计算机控制、自动对焦以及自动图像处理等技术来实现的，简单的操作界面使得使用者可以快速地获得测试数据，同时也提供了高度的精度和重复性。
在与插入该仪器的数据处理软件相配合时，能够保证容易得到正确的测试结果。
结论总的来说，形貌仪的特点在于其非接触式测试、精度高、测量参数多，同时还具有简便的操作界面，可以为国内外所在的繁琐领域提供常见的物理测试和研究数据。
此外，随着时代不断前进和技术发展，形貌仪所涉及的测试信息和测试应用也将愈发广泛，可能表现出更为出色的特点。
10.1三维非接触式形貌测量方法简介
工程振动测试技术非接触式测量方法是目前发展较快的一种方法，在以下几种情况下，需要采用非接触式测量方法：01 对附加质量比较敏感，传感器的质量对测量结果影响大，如各种轻薄结构；02 直接接触会对试件产生损毁，如各种文物等；03 在恶劣条件下不能接触，如高温高压的试件；04 接触会改变整个系统，如液体表面等。
三维非接触式形貌测量1.电磁学2.声学3.光学根据测量原理的不同，可分为三类，是各学科的相互交叉和相互渗透的结果。
光学方法可依照光源扫描方法的不同分为点扫描、线扫描和全场扫描。
从被测物的运动状态出发，可分为动态测量和静态测量等。
三维非接触式形貌测量1.电磁学2.声学3.光学根据测量原理的不同，可分为三类，是各学科的相互交叉和相互渗透的结果。
光学方法可依照光源扫描方法的不同分为点扫描、线扫描和全场扫描。
从被测物的运动状态出发，可分为动态测量和静态测量等。
3.光学主动式光学三维测量相位测量轮廓法空间相位检测法调制度测量轮廓法飞行时间法主动三角法莫尔云纹法傅立叶变换轮廓法主动式光学三维测量相位测量轮廓法空间相位检测法调制度测量轮廓法飞行时间法主动三角法莫尔云纹法傅立叶变换轮廓法阴影云纹法将一平行光栅置于物体表面，并用一束与光栅表面法线夹角为γ的光线照射，设观测方向与光栅表面法线夹角为φ，如图所示。
在远处观测，从P点入射的光线（假想P点为光栅透光量最大点），由物体表面反射，为观测者所接受，则形成亮点，一系列这样的亮点形成了亮条纹。
它们必然满足以下的几何关系：在远处观测，从P点入射的光线（假想P 点为光栅透光量最大点），由物体表面反射，为观测者所接受，则形成亮点，一系列这样的亮点形成了亮条纹。
它们必然满足以下的几何关系：ϕγtan tan +=na w 式中w 即为物体上的p’点的高度该方法测量精度较低，同时由于制作大面积的光栅很困难，所以阴影云纹法只适用于小范围的测量。
投影云纹法将一光栅投射到物体表面，用摄像机记录下由于物体表面不平而引起变形的栅线，再与未变形的栅线叠加，产生几何干涉云纹条纹图，分析云纹图就可以得到物体表面的等高线分布图。
基于三维模型的变焦显微测量技术综述
基于三维模型的变焦显微测量技术综述变焦显微测量技术是物体微观表面形貌的非接触式高精度测量方法中的一个重要研究方向，因其测量精度高、效率高、鲁棒性强、适合测量具有大倾角的表面的优点，文章对该测量技术中的几个关键技术进行挖掘和研究，包括聚焦评价、图像融合、模型重构、模型拼接和模型质量评价几个方面，意指找到最优的算法组合。
文章综述了五个关键技术点在国内外的发展态势，剖析了基于三维模型的变焦显微测量技术的可行性，并从中寻找到有效的组合方法形成系统的基于三维模型的变焦显微测量技术。
标签：变焦显微测量；聚焦评价算子；三维模型重构；图像融合；模型拼接1 概述物体微观表面形貌的高精度测量[1]是测量领域的一个重要研究方向，属于微纳尺度上的测量方法，其目的主要是通过光学技术和计算机技术，将测量物体的微观表面重构出真实、精确的三维模型，并从中提取轮廓、形状偏差、位置偏差等重要信息。
该技术已经成功应用于包括精密工程、微制造、质量检测、生物科技、临床医学等方面的诸多领域，具有很大的科研价值与实用价值。
物体微观表面形貌的测量方法分为接触式测量方法和[2]非接触式测量方法[3]两大类。
相比于接触式测量方法易于损伤被测工件表面的缺点，非接触式的表面形貌学测量方法是该领域中的主流测量方法，正向着速度更快、分辨率更高、测量范围更高、适用范围更广的方向发展。
而在非接触式的表面形貌学测量方法中，本文所采用的变焦显微测量相比于激光相移干涉法、扫描白光干涉法等其他几种非接触式测量方法具有明显的技术优势。
由于该测量方法是一种较新的测量手段，已有的研究较多停留在二维图像融合上，对该测量方法系统、统筹的研究工作还很少，对三维模型重构、三维模型拼接的算法挖掘和改进不足。
以重构后三维模型上的噪音问题为例，根据理论分析和已有的实验结果，通过已知的先进算法生成的三维模型易出现噪音和表面形状上的失真，对模型重构带来了误差，严重影响了测量的准确性[4，5]。
表面微观形貌的测量及其表征
重庆大学 硕士学位论文 表面微观形貌的测量及其表征 姓名：李志强 申请学位级别：硕士 专业：机械制造及其自动化 指导教师：陈小安 20060501
1.2 表面形貌测量的方法
[2][9][16][40]
①机械探针式测量方法：探针式轮廓仪测量范围大，测量精度高，但它是一 种点扫描测量，测量费时。机械探针式测量方法是开发较早、研究最充分的一种 表面轮廓测量方法。它利用机械探针接触被测表面，当探针沿被测表面移动时， 被测表面的微观凹凸不平使探针上下移动，其移动量由与探针组合在一起的位移 传感器测量，所测数据经适当的处理就得到了被测表面的轮廓。机械探针是接触 式测量，易损伤被测表面； ②光学探针式测量方法：光学探针式测量方法原理上类似于机械探针式测量 方法，只不过探针是聚集光束。根据采用的光学原理不同，光学探针可分为几何 光学原理型和物理光学原理型两种。几何光学探针利用像面共轭特性来检测表面 形貌,，有共焦显微镜和离焦检测两种方法：物理光学探针利用干涉原理通过测量 程差来检测表面形貌， 有外差干涉和微分干涉两种方法。 光学探针是非接触测量,， 但需要一套高精度的调焦系统。 ③干涉显微测量方法：干涉显微测量方法利用光波干涉原理测量表面轮廓。 与探针式测量方法不同的是,它不是单个聚焦光斑式的扫描测量，而是多采样点同 时测量。干涉显微测量方法能同时测量一个面上的表面形貌，横向分辨率取决于 显微镜数值孔径，一般在 m 或亚 m 量级；横向测量范围取决于显微镜视场，大 小在mm量级；纵向分辨率取决于干涉测量方法，一般可达nm或0.1nm量级；纵向测 量范围在波长量级。因此干涉显微测量方法比较适宜于测量结构单元尺寸在 m 量 级，表面尺寸在mm或亚mm量级的微结构。 ④扫描电子显微镜：扫描电子显微镜(SEM, Scanning electronic microscope)利 用聚焦得非常细的电子束作为电子探针。当探针扫描被测表面时，二次电子从被 测表面激发出来，二次电子的强度与被测表面形貌有关，因此利用探测器测出二 次电子的强度，便可处理出被测表面的几何形貌。SEM既可以用于 m 量级结构的 测量，也可用于nm量级结构的测量。它比较适合于定性测量，不能精确测定微小 结构在纵向的尺寸。此外，它的电子束还会使某些对电子束敏感的样品产生辐射 损伤。
表面三维微观形貌检测技术及其发展
表面三维微观形貌检测技术及其发展蒋剑峰 博士研究生蒋剑峰 何永辉 赵万生 摘要 从表面特征衡量的角度阐述三维参数评定的客观性及合理性,强调三维微观形貌测量的重要性。
介绍当前表面三维微观形貌检测的多种测量方法及其特点,并阐述该测量技术的发展及趋势,提出表面形貌检测应从简单过程检测的角色扩展到完成工艺优化角色的思想。
关键词 表面特征衡量 三维微观形貌测量 参数评定 工艺优化中国图书资料分类法分类号 T G 84收稿日期:1998—09—21 修回日期:1999—11—01 表面三维形貌检测是获取零件表面形态特征的一种重要手段,也是记录、比较和复制物体形态特征的基础,它在机器视觉、自动加工、工业检测、产品质量控制、生物和医学等领域具有重要意义和广阔的应用前景[1]。
1 表面特征的衡量在生产实际中,加工手段及加工工艺的优劣是通过检测加工工件表面质量的特征参数来衡量的。
这些特征参数通过基于轮廓的测试仪器得到单条轮廓线,从而评价形貌特征的变化。
表面特征一般分为粗糙度、波度、形状误差和尺寸误差4个主要方面。
一般粗糙度的表面波长为2Λm ～800Λm ,幅度为0105Λm ～5Λm ;波度的表面波长为250Λm ～8mm ,幅度为1Λm ～20Λm 。
但它们只是二维参数,像上漆性、容油性、耐磨损性这样复杂的表面性能显然无法完全通过得到1条简单的二维轮廓线来直观形象地表征,因为在实际应用中,工程表面使用的是其某一个区域,而并不是1条轮廓线。
而且具有完全相等的二维表面粗糙度值的表面,其三维形貌可能千变万化。
于是人们开始提出用三维特征参数来评判零件表面性能。
遗憾的是,许多三维特征参数并未真实地反映表面三维特征。
因为如果1个表面有大范围的多种特征类型的话,用目前的三维特征参数评判,则各个特征的贡献会被平均,特征的平均就意味着它在评判时并不是非常有价值的。
在某些方面,零件性能并不是与所有的特征参数相互作用,不同的特征与不同的性能相互影响,这就需要根据性能赋予表面以特征,这样的评判表面特征才更有价值。
逆向工程-非接触式测量
测量精度较差
对边线， 对边线，凹孔及不 连续形状的处理比 较困难
第2章
成像镜头的焦距会 影响测量精度
第四节 数据测量各种方法的比较
第2章
第五节 测量数据的误差分析
第2章
影响测量精度的主要因素
物体自身的因素 标定的因素 摄像机的分辨率 可测性问题 测头半径补偿误差 参考点误差
第2章
第2章
2 结构光法
结构光法的原理
是把一定模式的光源（如光栅）投影到被 测件表面，受被测物体表面高度的限制，光栅 影线发生变形，利用两个镜头获取不同角度的 图像，通过解调变形光栅影线，就可以得到被 测表面的整幅图像上像束的三维坐标。
第2章
2 结构光法
第2章
2 结构光法
用激光穿过平行等距 直线的振幅光栅组件， 或使用干涉仪，形成 直线干涉条纹，即面 条纹结构光。将此面 条纹结构光投射到物 体上，由于物体表面 曲度或深度的变化使 条纹变形，利用ccD 摄像机摄取此变形条 纹的图像，即可分析 物体表面轮廓变化。
第2章
激光三角法
1—光电检测器 2—激光器 3—聚光镜 4—被测物 5—成像镜
第2章
激光三角法
第2章
点激光三角法
bs sin i e= s sin(i + k )a sin k
第2章
线激光三角法
第2章
面激光三角法
第2章
面激光三角法
第2章
激光三角法特点
工作距离大 测量范围大
受被测工件影响较大 精度较低
第2章
工业CT法
第2章
工业CT法特点
准确测量物体内部形状
对被测物体材料没有限制
分辨率低
获取数据时间较长
表面分析和形貌的分析技术研究
表面分析和形貌的分析技术研究表面分析和形貌的研究是材料科学和工程领域中非常重要的一部分。
因为大多数材料和器件的性能都与其表面形貌有关，所以理解和控制表面形貌是优化材料和器件性能的关键。
本文将介绍一些常见的表面分析和形貌的分析技术。
扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种利用电子束扫描样品表面并探测其信号来得到高分辨率图像的仪器。
因为电子波长比光波长小很多，所以SEM具有很高的分辨率。
它可以用于分析材料表面的形貌、结构和成分，并且还可以用于纳米结构的表面分析和制造。
SEM有很广泛的应用，包括纳米科学、材料科学、生物学、地质学等领域。
原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种高分辨率、非接触式测量技术。
它可以用于测量材料表面形貌、力学性质和电学性质等。
AFM的探针是末端有尖锐针头的压电陶瓷棒，利用针头和样品之间的非接触力调整针头的高度，以获取样品表面形貌信息。
AFM可以实现纳米级别的表面分析和形貌测量。
X射线光电子能谱分析（XPS）X射线光电子能谱分析是一种用于分析材料表面成分和化学状态的技术。
在X射线的激发下，材料表面发射出各个元素的光电子。
通过测量这些光电子的能量和强度，可以确定材料表面的成分和化学状态。
XPS可以分析元素化学状态和表面污染等问题，在工业、材料科学和环境科学等领域有广泛的应用。
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种用于分析材料分子结构和化学键性质的非侵入式技术。
它通过激光束对样品进行激发，测量样品发射出的散射光的频率和强度来获取样品的信息。
从拉曼光谱中可以得到相对于样品中的原子振动的信息，以及材料分子结构、键强度和晶格振动态信息，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
扫描探针显微镜（SPM）扫描探针显微镜是一种高分辨率图像量测和表面形貌观察的技术。
它使用一个小探头在样品表面扫描取得表面信息。
SPM可以高精度地定量检测材料表面的物理性质（如电性、磁性等）和化学性质（如物质溶液中的化学反应及其机理细节等），并且还可以用来研究纳米尺度下的材料性质和反应动力学。
非接触式测量方法研究
非接触式测量方法研究在现代科技的推动下，人们对于测量技术的要求越来越高。
传统的接触式测量方法存在着许多局限性，例如容易磨损、影响被测对象的表面质量和形状等。
为了解决这些问题，非接触式测量方法应运而生，并逐渐在各个领域得到广泛应用。
非接触式测量方法是指在不与被测对象接触的情况下，通过光学、电磁或声波等方式测量被测对象的尺寸、形状、位移、速度等参数的方法。
它的出现给测量技术带来了革命性的变化，不仅提高了测量的准确性和稳定性，还拓展了测量的应用范围。
首先，光学非接触式测量方法是一种常用的方式。
通过使用光学传感器，可以实时、准确地测量出被测对象的表面形貌。
例如，激光扫描仪可以扫描物体的形状，并生成三维模型；光电编码器可以测量物体的线速度和转速。
光学非接触式测量方法不仅可以应用于工业领域，如汽车制造、航空航天等，还可以用于医学、艺术等领域的研究和应用。
其次，电磁非接触式测量方法也是常见的一种方式。
电磁传感器可以通过测量被测对象周围的电磁场变化来获取相关参数。
例如，磁传感器可以测量物体的磁场变化，从而得到物体的速度、位移等信息。
电磁非接触式测量方法在测量速度、距离和位移等方面具有较高的精度和灵敏度，广泛应用于机械制造、航空航天等领域。
另外，声波非接触式测量方法在一些特殊的应用中也得到了应用。
声波传感器可以通过测量被测对象与声波的相互作用来获取相关参数。
例如，超声波传感器可以测量物体的距离和位移，广泛应用于无人驾驶、机器人等领域。
声波非接触式测量方法具有非常高的精度和稳定性，在一些特定的领域发挥着重要的作用。
总的来说，非接触式测量方法的出现使得测量技术得到了极大的提升和拓展。
它不仅提高了测量的准确性和稳定性，还节省了测量的时间和人力资源。
虽然非接触式测量方法在不同的领域有不同的应用，但它们都有一个共同的特点，即能够在不破坏物体表面的前提下获取到准确的测量结果。
随着科技的不断进步，非接触式测量方法将会有更广阔的应用前景。
显微材料测量的新方法
显微材料测量是指使用显微镜或其他微纳尺度测量技术来测量材料的结构和性质。
近年来，随着技术的发展，显微材料测量技术也有了很大的进步。
下面是一些新的显微材料测量方法：
1.原子力显微镜（AFM）：AFM 是一种纳米尺度的测量技术，可以用来测量材料的表面形
貌、厚度、粗糙度、弹性等性质。
2.电子显微镜（SEM）：SEM 是一种常用的显微材料测量技术，可以用来测量材料的形貌、
组成、尺寸和形态等性质。
3.X 射线衍射（XRD）：XRD 是一种常用的材料表征技术，可以用来测量材料的晶体结构、
晶粒尺寸和晶粒分布等性质。
4.拉曼光谱（Raman spectroscopy）：Raman 是一种光谱测量技术，可以用来测量材料的
结构和化学组成。
5.扫描电子显微镜（SEM）：SEM 是一种常用的显微材料测量技术，可以用来测量材料的
形貌、组成、尺寸和形态等性质。
6.激光扫描显微镜（LSM）
在显微材料测量中，常用的新方法包括：
1.光学显微镜技术：通过改变光路的方式，在显微镜下观察样品的细节，并通过数据分析
来测量样品的尺寸和形状。
2.激光扫描显微镜技术：通过激光来扫描样品，利用光学原理来测量样品的三维形貌。
3.原子力显微镜技术：通过控制原子的运动来观察样品的结构，可以测量出样品的原子级
结构。
4.电子显微镜技术：通过电子束来观察样品，可以测量出样品的细微结构。
5.表面形貌测量技术：通过扫描电子显微镜或者激光扫描显微镜来测量样品表面的形貌。
这些方法都可以用来测量材料的细节，并且拥有较高的精度和灵敏度。
根据实际应用的需要，可以选择适合的方法进行测量。
表面微观测量
二：测量方法及仪器
在表面形貌测量中，一种是针尖和表面之间的接触 测量，另一种是非接触方法，传感器和物体之间没有任 何接触，通过光学技术获得表面形貌信息。 接触方法的机械原理比较简单，采用跟随表面粗糙 轮廓的针尖的垂直运动被放大和数字化，来获得轮廓有 用的粗糙度参数，以确定的步长扫描并采集平行的轮廓 就可得到三维形貌。对于光学方法，情况较复杂。基于 不同的光学物理现象，已经研究了干涉外差显微镜、散 焦和共焦显微镜、用单色相干光束反射的粗糙度漫射、 各种相移显微镜和投影条纹等方法。这些方法中大多数 都是选择几个离散的表面图像，结合在一起形成三维图 像。各种方法的垂直和水平方向的分辨力是不相同的。 用于3D表面分析的最广泛使用的是机械触针、扫描探针 和聚焦探测干涉仪。
三>光学技术
其主要利用光的干涉原理检测系统、聚焦 检测系统两种。具体的原理和方法在这里 就不详细介绍。
三：应用及及展望
一>应用： 在STM/AFM的使用中，通过仔细操作探 针，可以移动单个原子，实现单个原子在 结构上的重新安排，纳米尺度写字的例子 已证实了这种现象。 表面非接触测量中的光学系统已经大 大地增加了其应用范围，例如，研究工程 软表面、生物、医学领域以及避免损坏的 光学表面等。
触针方法的比较：
它们之间的差异来源于位移的产生方式不同。 在传统的触针方法中，X Y和Z向的移动是由机械装 置提供的，典型误差有弹性和热变形、寻找位置的 不确定性、各机械零件的线性缺陷等。在原子尺度 系统中，因为压电驱动响应的滞后和小的扫描区域 尺寸（约1平方微米），那么探针水平和垂直的相 对运动，可以被很精确地监控。 在传统的触针系统中： 第一，通过针尖施加的压力使粗糙度 “变平”。 第二，由于针尖半径的存在，掩盖了 表面的孔洞。
纳米领域中材料表面形貌检测的技术方法
纳米领域中材料表面形貌检测的技术方法概述纳米科技的快速发展为材料研究提供了许多新的机会和挑战。
在纳米材料的表面形貌检测中，准确且定量的表征是至关重要的。
本文将介绍几种常用的纳米材料表面形貌检测的技术方法，包括扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）以及干涉仪。
扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种常见且有效的纳米材料表面形貌检测技术方法。
它利用高能电子束与样品表面相互作用来获得表面形貌的图像。
SEM不仅可以提供高分辨率的图像，还能够实现定量的表征。
通过控制电子束的扫描方式和参数，可以获得不同角度和深度的表面形貌信息。
此外，SEM还可以通过能谱仪来进行元素分析，从而获得更全面的样品信息。
原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种非接触性、高分辨率的材料表面形貌检测技术。
AFM的工作原理是在探针和样品表面之间施加微小力以获得表面形貌。
由于其高分辨率和非损伤性的特点，AFM被广泛应用于纳米材料表面形貌检测中。
AFM可以提供准确的高度信息，并且具有亚纳米或原子级别的分辨率。
此外，它还可以通过力曲线测量获得材料的力学性质，例如弹性模量和硬度。
干涉仪干涉仪是一种基于光学干涉现象的纳米材料表面形貌检测技术方法。
它利用光的干涉现象来测量纳米材料表面的高度差异。
干涉仪可以提供高分辨率和快速的图像，尤其适用于形貌特征具有周期性或重复性的样品。
干涉仪在纳米领域中广泛应用于薄膜的厚度测量、表面粗糙度检测以及微米级别的形貌分析。
结论纳米领域中材料表面形貌的准确检测是实现纳米科技应用的关键。
本文介绍了几种常用的纳米材料表面形貌检测技术方法，包括扫描电子显微镜、原子力显微镜和干涉仪。
这些方法具有高分辨率、准确性和定量性的优势，并可以提供详细的表面形貌信息。
研究人员可以根据具体的研究目的选择适合的技术方法进行表面形貌的检测。
随着技术的不断进步，纳米材料表面形貌检测的方法也会继续发展，为纳米科技的研究和应用提供更多的可能性。
材料表面形貌与扫描探测技术
材料表面形貌与扫描探测技术材料表面形貌是指物体表面的形状、结构和纹理。
它对于材料的性能和功能具有重要影响。
为了研究材料的表面形貌，科学家们开发了各种扫描探测技术，如原子力显微镜、电子显微镜和激光扫描仪等。
首先，让我们来谈谈原子力显微镜（AFM）。
AFM是一种通过探针与样品表面的相互作用来提供图像的高分辨率显微镜。
它使用一个非接触的探针来测量样品表面的形貌，进而产生高分辨率的图像。
原子力显微镜具有极高的垂直分辨率，可以探测到十几个纳米的细节。
这使得科学家们能够观察到材料的微观结构，例如晶粒的形状和尺寸，以及表面的凹凸不平。
其次，电子显微镜（EM）也是一种强大的表面形貌探测技术。
它使用电子束而不是光束来照射样品，并通过收集散射的电子来获得图像。
电子显微镜可以提供比光显微镜更高的放大倍数和更好的分辨率。
这使得科学家们能够观察到更小的细节，如原子或分子的位置和排列方式。
电子显微镜在材料科学中的应用广泛，例如研究纳米材料和生物分子的结构。
除了原子力显微镜和电子显微镜，激光扫描仪也是一种常用的材料表面形貌探测工具。
激光扫描仪利用激光束的反射和散射来测量样品表面的形貌。
通过扫描激光束，我们可以获取样品表面的轮廓数据，并生成三维形貌图。
激光扫描仪可以应用于各种材料，包括金属、陶瓷和塑料等。
它广泛应用于制造业和工程领域，用于质量控制和产品检查。
扫描探测技术的发展对于材料科学的研究和应用产生了深远的影响。
通过观察和分析材料的表面形貌，科学家们可以了解材料的结构、性能和功能，从而指导材料的设计和改进。
例如，通过原子力显微镜观察晶体表面的缺陷和杂质，可以帮助科学家们改进晶体的纯度和质量。
通过电子显微镜观察金属表面的晶粒结构，可以帮助科学家们改善材料的力学性能。
通过激光扫描仪观察塑料表面的微观孔隙和缺陷，可以帮助科学家们改进塑料的耐久性和可靠性。
总结起来，材料表面形貌与扫描探测技术之间存在着密切的联系。
扫描探测技术通过提供高分辨率的图像，使科学家们能够观察和分析材料的微观结构和表面特征。
表面形貌光学法测量技术
表面形貌光学法测量技术The Optical Means Used in Measuring Surface Microtopography冯 斌 王建华(西安工业学院光电测试技术研究所,陕西西安710032)摘 要:介绍了在表面微观形貌测量中常用的光学测量方法,分析了它们各自的原理和优缺点,最后对光学法表面微观形貌测量技术的发展作了简要评述。
关键词:表面微观形貌;光学方法;测量 对表面微观形貌的测量,从传统的机械触针式测量已发展到今天的利用各种原理实现的非接触式测量。
目前的非接触式形貌测量方法所依据的原理主要是光、声、电或是某两种的结合,其中光学方法在非接触式形貌测量中的应用最为广泛。
以下将对各种光学方法作进一步的分析,侧重在光探针法。
1 光学探针法探针测量技术是用针描法进行测量或瞄准的一种技术,光学探针就是把聚焦光束当做探针,然后利用不同的光学原理来检测被测表面形貌相对于聚焦光学系统的微小间距变化。
光探针又有几何光学探针和物理光学探针之分,利用成像原理来检测表面形貌的光学探针称之为几何光学探针;利用干涉原理的光学探针称之为物理光学探针。
1.1 物理光学探针1.1.1 外差干涉光学探针光外差干涉技术是一种较成熟、较完善的高精度测试技术,该方法利用两只具有微小频率差的相干光束的一束作为测量光束经显微物镜聚焦在被测表面上,另一束则作为参考光束保持光程不变,物体表面高度变化引起参考光束与测量光束光程差发生变化,通过相位比较,可获得表面微观高度。
光外差干涉中的光源除了常用的双频激光光源有纵向赛曼、横向赛曼He-Ne激光器,双纵模He-Ne激光器外,还有利用声光调制原理的移频双频光源。
光学外差干涉法均涉及两个光点,一个为测量光斑,另一个为参考光斑。
根据测量光斑和参考光斑的分布可以分为同轴和不同轴两种类型。
同轴型外差干涉轮廓仪在测量表面上形成的是两个中心重合但大小不同的光斑,大光斑作为参考光斑,小光斑常作为测量光斑。
分形理论研究表面粗糙度
图像处理
图像处理
1、图像灰度化
这里我们使用的是加权平均值法，其原理如下：
设灰度图像的的灰度值为V ，根据重要性或其它指标给
并使V 的值等于原始彩色图像像素
值的加权平均，即：
赋予不同的权值，
V ( W R R C W G G C W B B C )/3
0.3
0.59
0.11
图像处理
图像处理
分形几何理论
分形维数：定量描述分形系统的参数，它是用来衡量一个几何集成或自然 物体不规则和复杂程度的数。人们用分维数来刻画分形集的复杂性，正如 用整数维来刻画欧氏几何中的对象一样。
分形几何中常出现相似维数的概念，能够表达分形几何中形状的复杂程度， 那什么是相似维数呢？
对于一条单位长度线段，若将它等分N 4 段，则每段的长度为 r 1/ N 1/ 4,
显然有 Nr 1 。从测量角度理解，相当于用 r 去测量线段的长度，那么测量的 尺度数 N (r) 与尺度之间具有下列关系
N(r)1/rr1
分形几何理论
同理，对二维正方形平面，将其分成16份，则分割的小正方形边长为：
r 1 / N1/2 1 / 4 ，那么 N(r) 1/ r2 r2 。
我们可以归纳：
基于分形理论的表面粗糙度研究
这两个特征参数都描述了试件表面形貌的部分特征，任意一个参数都不能 单独反映表面的粗糙度大小，所以这两个特征参数是相辅相成的，由它们共同 作用来反映试件表面的粗糙度大小，比较全面和准确。
用分形参数表征表面可比较有效地反映表面的复杂性、不规则性和粗糙程 度，并在一定程度上克服了传统粗糙度参数尺度相关性的不足。
传统的粗糙度表征方法只能是表面形貌在某方面特性的反映，而不能完 全的描述粗糙表面的形貌，存在非唯一性。用分形理论表征表面能反映表面的 复杂程度和粗糙程度，复杂程度具有唯一性。
毕业论文 基于光电检测技术的陶瓷表面粗糙度非接触测量
本科生毕业设计（论文）基于光电检测技术的陶瓷表面粗糙度非接触测量学院：电子与信息工程学院专业：光信息科学与技术二〇一二年六月摘要激光散斑测量是具有非接触、高精度和全场等优点，一直为人们所重视，尤其是被大量的应用于表面测量。
随着机械加工自动化程度的提高，对表面粗糙度在线测量提出越来越高的要求，而激光散斑相关测量具有非接触、不划伤被测表面的优点，是一种理想的表面粗糙度在线测量方法。
本文阐述了表面粗糙度的定义、参数以及散斑的成因，重点对激光散斑测量表面粗糙度进行了理论分析，在此理论基础上，设计和组建了一套利用激光散斑在线测量陶瓷表面粗糙度的系统。
该实验系统用相干偏振光以一定角度照射待测表面，用CMOS摄像头采集由待测表面所散射的散斑图像，利用Labview程序将散斑图像保存到计算机，再由MA TLAB对该散斑图像进行图像数据处理，得出待测表面的粗糙度。
关键词：激光散斑；表面粗糙度；陶瓷；散斑图像Non-contact Measurement of the Roughness of Ceramic Surface Based on thePhotoelectric Detection TechniquesLIN Ze-huanAbstractLaser speckle measurement is a widely used non-contact technique with high precision, especially in surface measurement. With the rising of the automation degree in manufacturing, the online measurement of the surface roughness is required in industry. Laser speckle correlation is a non-contact technique, and is a ideal method for online measurement of surface.This thesis introduces the definition of surface roughness, parameters and the causes of the speckle, and focuses on laser speckle surface roughness measurement theory analysis. A experimental laser speckle system is designed and set up for online measurement of ceramic surface roughness. a coherent polarized light with a certain angle illuminates the surface of samples, and a CMOS camera is used for collection the speckle image, which is transferred to a computer by use of Labviwe. The surface roughness is obtained by calculating the contrast of the speckle images with Matlab.Key words: Laser speckle;Surface roughness;Ceramic;Speckle image目录1. 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 表面粗糙度测量技术综述 (1)1.2.1 表面粗糙度测量技术 (1)1.2.2 表面粗糙度测量技术的发展趋势 (2)1.3 课题研究的目的、意义和内容 (2)1.3.1 课题研究的目的 (2)1.3.2 课题研究的意义 (2)1.3.3 课题研究的内容 (2)2. 表面粗糙度的定义和参数 (3)2.1 表面粗糙度的概念 (3)2.1.2 表面粗糙度与形状误差、波纹度的关系 (3)2.2 表面粗糙度的测量基准 (3)2.3 评价表面粗糙度的主要参数 (3)3. 散斑理论及散斑测量 (5)3.1 散斑成因及描述方法 (5)3.1.2 散斑的描述方法 (6)3.2 散斑测量表面粗糙度方法 (7)3.2.1 散斑对比度法 (7)3.2.2 散斑相关法 (8)4. 实验结果及误差分析 (9)4.1 实验系统及数据处理 (9)4.1.1 实验系统示意图 (9)4.1.2 程序设计 (9)4.1.3 实验系统的搭建 (11)4.1.4 图像数据处理 (12)4.1.5 实验数据处理 (12)4.2 实验误差分析 (13)5. 结论 (14)参考文献 (15)致谢 (15)基于光电检测技术的陶瓷表面粗糙度非接触测量姓名：林泽焕学号：2008264220 班级：08光信息科学与技术2班1. 绪论1.1 引言表面粗糙度是加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。
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表面形貌学非接触式测量方法比较及浅析变焦显微测量技术
综述
齐济13.4.30
相比于接触式的表面形貌学测量方法易于损伤被测工件表面的缺点，非接触式的表面形貌学测量方法在测量领域中扮演着越来越重要的角色，正向着速度更快、分辨率更高、测量范围更高、适用范围更广的方向发展。
以下为所找到的主要的几种此类的测量方法：
虽然测量方法较多，但不同方法各有特点和优缺点，适用于不同场合。
以下为各种方法的分辨力、测量范围、优缺点、工作环境要求、测量速度等参数汇总和比较（鉴于资料局限，有部分关于工作环境和测量速度的描述缺失）：
Focus Variation Microscopy的国内外研究现状分析
技术比较成熟的产品：
●奥地利Alicona公司的“自动变焦三维表面测量仪”、“Infinite无限变焦刀具形貌测量
仪”；
（/home/products/InfiniteFocus/InfiniteFocus-Standard-System.en.php）（/home/products/EdgeMaster/EdgeMaster.en.php）
●英国Scantron公司“光学式表面粗糙度轮廓形貌仪Proscan 2000”（原理类似）；
（/view/a35fc100eff9aef8941e066b.html）
●日本基恩士公司植保学院中心实验室的“超景深三维显微系统”（VHX系列产品）
（主要技术指标：1、镜头组能实现无级变焦，可涵盖0-1000倍的放大要求，镜头工作距离不低于25mm。
2、系统具有快速抑制眩光功能，消除观察物体的强反光。
3、可支持实时2维和3维图片拼接，具有三维合成功能，弥补景深不足时图象不清晰。
4、CCD物理像素不低于211万，且具有高清晰观察模式；3CCD清晰模式以及5400万高清晰模式。
5、配动态分析软件、环形照明以及扩散照明适配器（暗场照明和除强光）。
主要功能特色：1、能够从多视角观察物体，整个系统具有观察、保存、测量一体化设计。
2、二维测量：具有高分辨率尺寸测量功能，可测量距离、角度等几何参数；具有自动校正、边缘检测、计数、对焦功能以及自动识别当前的放大倍率和标尺自动更新。
3、3D轮廓测量：可支持三维建模与测量、截面轮廓测量、3D体积测量等，具有3D照明模拟功能。
4、可实现最快24000帧/秒的高速录像功能，支持定时拍摄和长时间录制，最长时间能达到50小时以上。
）（/p-511250986.html）
●德国LEICA（徕卡）公司的“超景深三维视频显微镜”（DVM5000系列产品）
同时发现，国内的该类产品需求较大：如重庆大学、哈尔滨工业大学、、天津理工大学、四川博物院等单位都公开招标，购买该类产品。
说明市场前景比较广阔。