微细加工表面的三维微观形貌比较分析
机械加工表面形貌评定的多尺度分析方法
机械加工表面形貌评定的多尺度分析方法随着信息技术的发展,机械加工表面形貌研究已经成为一项重要的研究领域,在提高产品质量、控制加工过程、提高加工效率等方面发挥着重要作用。
机械加工表面形貌测量主要包括采集表面数据、表面图像分析、表面尺寸测量等多种研究方法,其中以技术分析为主要内容。
多尺度分析是表面形貌测量的重要组成部分。
多尺度分析能够根据需要,选定特定的尺度范围考察表面的形貌变化,并从微观层面分析表面形貌的结构特征,以获得更准确、有效的表面测量结果。
根据尺度的大小,一般可以将多尺度分析分为宏观尺度分析和显微尺度分析。
宏观尺度分析是从宏观角度审视表面形貌的变化,主要涉及到表面形状变化和面积分布的分析,重点考察表面的平面结构,如粗糙度、相关峰宽、表面纹理等。
宏观尺度分析是在比较大的尺度上测量表面形貌,一般使用显微镜测量。
显微尺度分析有微加工技术和三维技术两种。
微加工技术指的是采用微刻、镜切、超声处理等技术,对微米级以下的表面进行测量。
三维技术指的是采用三维投影测量技术、三维扫描技术等来实现表面尺寸测量,以获取更加精确、准确的数据。
显微尺度分析是在比较小的尺度上测量表面形貌,一般可以使用扫描电镜和数字视觉系统进行测量。
为了进一步研究表面形貌,可以采用基于尺度空间的多尺度分析方法,在相同的尺度空间内,通过多阶段处理,将表面形貌分解为多阶结构,从而得到关于表面形貌的更加准确的评估结果。
本文主要针对机械加工表面形貌测量进行系统介绍,介绍了多尺度分析的概念,并介绍了宏观尺度分析和显微尺度分析的基本方法,探索了基于尺度空间的多尺度测量方法。
未来,多尺度分析在机械加工表面形貌评定方面将有着更多的应用,可以进一步有效提高加工表面质量,对产品的质量和生产效率都将有很大的改善。
综上所述,多尺度分析是机械加工表面形貌评定的重要组成部分,其中宏观尺度分析和显微尺度分析是最重要的两种方法,还可以采用基于尺度空间的多尺度测量方法加以改进。
表面微观结构二维测量和三维测量的应用分析
为 了确保 产 品 的质 量 和可 靠性 , 在零 部 件 制造 过 程 中 , 业 必 须 严 格 遵 循 技 术 要 求 , 在 事后 进 企 并 行验 证 。以汽 车发 动 机 为例 , 乎 所有 存 在 配合 关 几 系 的工 件 , 其 相 关 表 面 都 有 一 定 的要 求 , 其 是 对 尤
轻 型汽 车技 术
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技 术 纵横
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表面微观结构二维测量和三维测量的应用分析
朱正 德
( 大众 动力 总成 ( 海 ) 限公 司 ) 上 有
摘 要
在 以汽 车工 业为代 表 的批 量 生产 制造 业 中, 件表 面微 观 结构 的二 维测量 迄今 仍 处 工 于主流地 位 , 这主要 是 由所 采 用的工 艺和 已建 立的 完善 的评 定体 系所 决定 的 。 近 几年 , 但 随 着激 光造型 等新 工 艺在一 些重要 工序 中的应 用 日趋增 多, 面微 观 结构 的三 维测 量也 表 进入 了 实用阶段 , 文就 相 关 的评 定参数 做 一介 绍 , 本 并通 过 实例 分 别 对采 用传 统 检 测手 段 和 先进 的 自动 变焦光 学方 法进行 三 维测 量做 了描 述 。
制造业 ( 如汽 车行业 ) 原 因何 在 呢? ,
众 所周 知 ,检测 技术 本质 上讲 是服 务于 制造 工
艺 的 , 验证 工艺 方法 的执 行效果 。 触针 / 是 而 电感 型
过 发 动 机 中 的气 缸 体 缸 孔 和连 杆 大 头 孔 两 个 案 例
进 行探 讨 。
作 为 发 动机 中那些 重要 的摩 擦付 , 合 面 的状 配
微细电火花线切割加工表面摩擦性能的研究
微细电火花线切割加工表面摩擦性能的研究崔海;郭黎滨;张彬;陆喜文【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2013(000)010【摘要】微细电火花线切割加工技术已经成为加工微小复杂三维零件的重要加工方法,但是,对加工表面的摩擦磨损性能的研究很少。
采用小于35μJ的微能量进行微细电火花线切割加工,结合放电机理和热力学传递过程,综合研究了微细电火花线切割加工表面在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并与超精磨削加工表面在同种条件下进行对比。
结果表明,由于微细电火花线切割加工表面微观形貌的固有特征,使得微凸起减小了摩擦接触面积,微凹坑的容纳作用减少了摩擦表面之间的磨粒存留量,温升形成的氧化膜降低了微凸起接触界面的抗剪强度,并且摩擦过程由二体摩擦转变为三体摩擦,从而降低了摩擦系数,有效地减少了磨粒磨损和粘着磨损,摩擦学性能优于超精磨削加工表面。
【总页数】5页(P1316-1320)【作者】崔海;郭黎滨;张彬;陆喜文【作者单位】哈尔滨工程大学工程训练中心,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TH117【相关文献】1.微细电火花线切割与超精磨削加工表面摩擦性能比较 [J], 崔海;郭黎滨;张彬;陆喜文2.微细电火花线切割加工M42表面残余应力研究 [J], 丁海娟;李小海;郭黎滨;王新荣;赵利平;冯凭3.微细电火花线切割加工表面干摩擦磨损特性 [J], 丁海娟;崔海;张志航;郭黎滨4.摩擦副表面气膜屏蔽微细电解加工微织构及摩擦性能分析 [J], 童文俊;王明环;邱国志;许雪峰5.表面微织构对45#钢摩擦副表面摩擦学性能影响的实验研究 [J], 王丽丽;郭少辉;魏聿梁;袁国腾因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
超精密加工表面微观形貌的光学测量方法
超精密加工表面微观形貌的光学测量方法一、概述机械零件的表面加工质量不仅直接影响零件的使用性能,而且对产品的质量、可靠性及寿命也至关重要。
随着超精密加工技术的飞速发展,超精密加工表面的微观形貌测量已成为超精密加工领域中亟待解决的关键课题。
超精密加工表面极为光滑,表面粗糙度R a值在几分之一纳米到十几纳米之间。
加工超光滑表面的材料主要有光学玻璃、有机玻璃、石英玻璃等光学材料,锗、硅等半导体材料及铜、铝等金属材料。
表面微观形貌测量的传统方法是机械触针法,该方法可通过触测直接获得被测表面某一截面的轮廓曲线,经计算机进行数据处理分析,可得到接近真实轮廓的各种表面特征参数。
虽然该类仪器具有较高分辨率及较大量程(如Talystep触针式轮廓仪分辨率可达0.1nm,测量范围可达100μm),但由于测量时尖锐的金刚石触针极易划伤被测样件的超光滑表面并引起测量误差,因此其在超精密表面测量中的应用受到一定限制。
近年来,扫描隧道显微镜(STM)及其衍生物原子力显微镜(AFM)的出现,使表面微观轮廓测量技术发生了革命性变革。
该类仪器不但具有可达原子尺度的超高分辨率(横向分辨率0.1nm,垂直分辨率0.01nm),还能获得关于被测表面原子结构及功能特性的大量信息。
但STM和AFM对测量环境要求苛刻,需要采取良好的隔振措施和配备复杂的传感器运动伺服控制系统,且仪器价格昂贵,测量范围也较小,在实际应用中还需解决精密隔振技术、压电陶瓷的控制等技术难题。
自1960年激光器问世以来,由于激光具有单色性、相干性和方向性好、光强度高等特点,很快成为精密光学测量的理想光源,各种类型的激光干涉仪均以真空中的激光波长作为长度测量基准。
主要采用激光作为测量光源的表面微观形貌光学测量方法不仅能实现高精度的快速非接触测量,而且系统结构简单、成本低,因此在超精密表面非接触测量领域得到了迅速发展。
目前较为成熟的光学测量方法主要有差频法、扫描法、干涉法、衍射法等,同时一些新的方法正在研究开发之中。
工件表面形貌分析
工件表面形貌分析┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论1.1 表面粗糙度理论标准的发展表面粗糙度标准的提出和发展与工业生产技术的发展密切相关,它经历了由定性评定到定量评定两个阶段。
表面粗糙度对机器零件表面性能的影响从1918年开始首先受到注意,在飞机和飞机发动机设计中,由于要求用最少材料达到最大的强度,人们开始对加工表面的刀痕和刮痕对疲劳强度的影响加以研究。
但由于测量困难,当时没有定量数值上的评定要求,只是根据目测感觉来确定。
在20世纪20~30年代,世界上很多工业国家广泛采用三角符号(▽)的组合来表示不同精度的加工表面。
为研究表面粗糙度对零件性能的影响和度量表面微观不平度的需要,从20年代末到30年代,德国、美国和英国等国的一些专家设计制作了轮廓记录仪、轮廓仪,同时也产生出了光切式显微镜和干涉显微镜等用光学方法来测量表面微观不平度的仪器,给从数值上定量评定表面粗糙度创造了条件。
从30年代起,已对表面粗糙度定量评定参数进行了研究,如美国的Abbott就提出了用距表面轮廓峰顶的深度和支承长度率曲线来表征表面粗糙度。
1936年出版了Schmaltz论述表面粗糙度的专著,对表面粗糙度的评定参数和数值的标准化提出了建议。
但粗糙度评定参数及其数值的使用,真正成为一个被广泛接受的标准还是从40年代各国相应的国家标准发布以后开始的。
首先是美国在1940年发布了ASA B46.1国家标准,之后又经过几次修订,成为现行标准ANSI/ASME B46.1-1988《表面结构表面粗糙度、表面波纹度和加工纹理》,该标准采用中线制,并将Ra作为主参数;接着前苏联在1945年发布了GOCT2789-1945《表面光洁度、表面微观几何形状、分级和表示法》国家标准,而后经过了3次修订成为GOCT2789-1973《表面粗糙度参数和特征》,该标准也采用中线制,并规定了包括轮廓均方根偏差(即现在的qR)在内的6个评定参数及其相应的参数值。
材料表面微观形貌和化学性质分析
材料表面微观形貌和化学性质分析近年来,材料科学在各行各业的应用中越来越受到重视。
材料的性能优化成为了一项前沿领域的研究方向。
为更好地探寻材料的性能特征,表面微观形貌和化学性质分析成为了一个研究的热点。
一、表面微观形貌分析表面微观形貌是观察和研究材料表面的重要内容。
表面形貌直接关系到材料的物理化学性质和应用价值。
表面形貌的研究可以通过现代光学显微技术实现。
例如,扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等技术可观察材料表面和其微观结构。
通过这些技术可以实现对材料表面的三维显微结构重建,定量和定性检测表面的各种特征,如粗糙度、疏密程度、平整度等,以及表面的微观形貌。
SEM技术广泛应用于材料科学、生物学等领域。
SEM技术通过扫描材料表面并检测从材料表面反射返回的电子信号来获取表面形貌等信息。
它的分辨率高达亚纳米级,可以清晰观察到微观结构。
AFM技术在柔性材料和生物学方面的研究方面较为重要。
AFM利用尖端触发力和距离测量原理获取表面形貌信息。
AFM可以在液-固相和气-固相的环境下进行实时观察,在测定粗糙度和表面性质的过程中提供高度的灵敏度。
二、表面化学性质分析表面化学性质是材料的一个重要性能指标,通常指物料分子和主体之间的相互反应。
不同材料的表面化学性质差异明显,因此,表面化学性质分析也是材料性能研究的重要方向。
表面化学性质的分析需要一定的化学分析技术。
X射线光电子能谱(XPS)是一种常见的表面分析技术,经常用于材料表面化学成分分析。
利用X射线固定能量的本质原理,XPS可以分析出与被测样品表面相互作用的元素和化学键组成。
同时,表面上的元素、化学键或者物质的含量也可以在不侵入其他分析方法的情况下得到确认。
表面等离子体共振(SPR)技术在表面化学性质和生物学领域中具有重要的应用价值。
SPR技术对表面微观结构和化学性质进行研究。
通过SPR技术可以实现对生物大分子、药物和肿瘤标志物等物质的分子识别,具有阈低、专一、快速测定的特点。
表面微观形貌
表面微观形貌
表面微观形貌通常是指物体或材料表面的微小特征、形状和结构,这些特征在微观尺度上可见或可测。
研究表面微观形貌有助于深入了解材料的性质、表面质量以及与其他材料的交互作用。
以下是一些常见的表面微观形貌:
* 颗粒形状:表面可能包含微小的颗粒,它们的形状可以是球形、棱形、颗粒状等。
颗粒的大小和形状可以影响材料的机械性能和表面摩擦等特性。
* 纹路和图案:表面上可能存在各种纹路、花纹或图案,这些形貌特征可能是由于制造过程、磨削或其他加工步骤导致的。
* 孔洞和孔隙:表面微观形貌中可能存在微小的孔洞或孔隙结构。
这些孔洞的大小和分布可以影响材料的透气性、吸附性质等。
* 晶体结构:对于晶体材料,表面微观形貌可能反映出其晶体结构,如晶粒的排列、晶界的存在等。
* 粗糙度:表面的粗糙度是表征表面平整度的一个参数,它描述了表面上微小高低起伏的程度。
粗糙度对于摩擦、润湿性等性质具有影响。
* 纳米结构:高分辨率的显微镜或扫描电子显微镜可以揭示出表面上的纳米级别的结构,如纳米颗粒、纳米纤维等。
* 表面涂层:有些材料在表面覆盖有涂层,如涂漆、涂膜等,这些涂层可能具有特定的纹理和形貌。
* 褶皱和皱褶:表面可能存在微小的褶皱或皱褶,这可能是由于变形、应力或温度变化引起的。
研究表面微观形貌常使用各种显微镜技术,包括光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等,以获得不同尺度
下的表面结构信息。
这些信息对于材料科学、制造业、纳米技术等领域都具有重要的应用价值。
表面微观结构二维测量和三维测量的应用分析
表面微观结构二维测量和三维测量的应用分析大众动力总成(上海)有限公司朱正德摘要:在以汽车工业为代表的批量生产制造业中,工件表面微观结构的二维测量迄今仍处于主流地位,这主要是由所采用的工艺和已建立的完善的评定体系决定的。
但近几年,随着激光造型等新工艺在一些重要工序中的应用日趋增多,表面微观结构的三维测量也进入了实用阶段,本文就相关的评定参数做了介绍,并通过实例分别对采用传统检测手段和先进的自动变焦光学方法进行三维测量做了描述。
关键词:表面微观结构激光造型评定参数传统手段的应用自动变焦三维测量工件的表面形貌包括了粗糙度、波度和形状误差,而表面微观结构则主要指前二项(见图1),它们均为零件重要的质量监控指标。
关于工件表面微观结构的三维测量,国外早在上世纪八、九十年代已经做了不少前期工作。
以检测方式而言,就有藉助传统的触针/电感式粗糙度测量仪,通过增加一个精密工作台产生横向微量位移,以组成三维测量;此外还研究了数种不同原理的光学测量方法,如光切法、光学探针和干涉显微镜等。
尽管在此基础上开发的某些仪器也获得了一些应用,但主要还是在电子(材料)、军工等工业部门,且偏重于表面缺陷探测范畴。
其实,迄止本世纪初,即使在工业化国家,表面微观结构的三维测量也还没有在那些主流制造业,如汽车行业中获得真正的应用,原因何在呢?周所周知,检测技术本质上讲是服务于制造工艺的,是为了验证工艺方法的执行效果。
而触针/电感型二维测量及其应用的评定参数至今仍然在国内外有着广泛的应用,正是因为它尚能适应、满足对批量生产条件下零件制造工艺执行效果的验证。
图1 表面微观结构示意1,二维测量用于工件表面微观结构评定的技术分析1.1表面微观结构与工件配合面的工艺性能为了确保产品的质量和可靠性,在零部件制造过程中,企业必须严格遵循技术要求,并在事后进行验证。
以汽车发动机为例,几乎所有存在配合关系的工件,对其相关表面都有一定的要求,尤其是那些关键部位,其配合面的状态决定了所应具备的工艺性能,将直接影响发动机的运行质量。
微观切削加工表面光照模型与三维形貌重建方法研究
摘要论文题目:微观切削加工表面光照模型与三维形貌重建方法研究学科专业:机械制造及其自动化研究生:张沛指导教师:郑建明教授摘要签名:签名:随着科学技术的不断发展,人们对产品性能的研究逐渐从宏观向微观不断深入,产品表面的微观几何形貌对它的许多技术性能和使用功能有很大影响。
如何快速、准确地实现3Ho-表面微观形貌检测成为近年来表面学研究领域所关注的热点问题。
本文根据所拍摄切削加工表面显微图像及对应的表面形貌数据进行分析,提出了适用于微观切削加工表面的光照模型,并采用明暗恢复形状(简称SFS,ShaperomShading)算法对切削加工表面微观形貌进行三维重建,为实现加工表面微观形貌检测提供了新的方法和思路。
分析了切削加工表面显微视觉成像过程的投影类型、光源性质和CCD成像方式等对图像灰度分布特性的影响。
适用LeicaDCMD共聚焦形貌测量与拍照功能,获取了车削、铣削和镗削粗糙度标准样块表面三维形貌数据以及对应显微图像,为研究加工表面微观反射特性与光照模型奠定了基础。
研究了工件表面图像的预处理算法,对原始图像进行了灰度化处理与分辨率变换;分析了加工表面图像灰度分布特点与拍照过程中影响因素,对图像噪声特点进行了估计,利用中值滤波完成了对图像中所含噪声的消噪处理;结果表明,经过预处理后的图像灰度能较准确的反映高度值的变化,为切削加工表面三维形貌重构做了准备。
从光度学角度出发介绍了光照模型的光学原理,对现有光照模型的原职适用条件和模型参数进行分析。
采用现有光照模型对微观加工表面进行图像合成,通过加工表面合成图像与实际图像误差分析了模型参数的取值,并采用最小二乘优化方法求解参数最优值,根据各模型参数最优值所合成的图像误差在30%~50%。
本文根据微观切削加工表面特点提出了改进光照模型,基于该模型的切削加工表面合成图像误差在20%左右。
研究了基于改进光照模型的SFS最小化方法,对车削、铣削和镗削加工表面进行了三维形貌重建,重建误差较大。
表面三维形貌测量及其评定的研究
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哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报 第 14卷
路 ,如图 1所示.
图 1中 ,从激光器发出的光经聚光镜后成为平 行光 ,再经分光镜分为两支光束 ,两光束满足相干光 束的条件 ,在空间相互叠加 ,产生了可以观察到的干 涉条纹. 该干涉条纹受被测物表面形状的调制而发 生了变形. 压电陶瓷驱动参考镜产生几分之一波长 量级的光程变化 ,以改变参考相位 ,并产生时间序列 上的多幅干涉图 [ 2 ].
1 测量原理
本文利用相位扫描技术测量表面三维形貌. 首
收稿日期 : 2007 - 05 - 09 作者简介 : 朱健军 (1983 - ) ,男 ,哈尔滨理工大学硕士研究生.
先使用干涉显微镜获取被测表面的干涉条纹 ,并通 过压电晶体驱动参考镜振动获取多幅干涉条纹图 像 ,通过这系列的干涉条纹解调出来被测表面的高 度信息 ,从而得到原始形貌图像 ,再经过图像滤波等 处理技术使轮廓达到一个满意效果 ,然后根据数学 模型建立基准面提取粗糙度信息 ,最后对表面各种 参数进行评定 [ 1 ]. 其测量系统包括光学部分 、CCD 摄像机 、图像卡和计算机以及压电陶瓷及其驱动电
布在低于基准面的一边有大的“尖峰 ”, Ssk < 0; 相 反 ,表面分布在基准面之上有大的“尖峰 ”, Ssk > 0.
4) 表面高度分度的峭度 Sku为
∫∫ Sku
=
1 S- 4q∞
∞ -∞
∞
z4
( x,
y)
p ( z)
dxdy≈
∑∑ 1 N
M N S4q j =1
M
z4 ( xi , yj )
实验的压电陶瓷振动频率设计为 015 Hz,而图 像 采 集 卡 的 采 集 速 率 为 12 帧 / s, 故 采 样 频 率 为 24帧 / s. 2. 2 形貌还原
微细化淀粉颗粒形貌及显微结构分析
动态平衡 ; 研 究中还发现, 淀粉在微细化处理 中, 并不单是淀粉表面薄层逐渐剥落的过程 , 大多淀粉
颗 粒 呈现 出大块 层破碎 、 淀粉核 心崩 解等现 象。
关 键词 : 球磨 处理 ; 微 细化 淀粉 ; 粒度 ; 形貌 ; 改性
中图分 类号 : T S 2 3 1 文献标识 码 : A 文章 编号 : 1 0 0 7— 7 5 6 1 ( 2 0 1 4 ) 0 4— 0 0 1 0— 0 5
第三机械力的强烈作用使淀粉大分子间的相互作用减弱相互缠绕变得松弛有利于小分子增塑剂渗入到淀粉分子链之间降低淀粉熔融温度产生稳定的熔体流动提高塑化效果从而增加淀粉与环境友好高分子的相容性改善共混体系的物性达到提高产品力学性能和机械性能的目的粮油食品科技第22粮食加工11真空球磨法制备微细化淀粉属于对淀粉的物理加工过程在微细化处理中淀粉颗粒在磨球磨球与淀粉颗粒以及淀粉颗粒之间机械力的作用下其边缘表面逐渐产生裂痕随着球磨时间的增加越来越多的淀粉颗粒产生了裂缝进而颗粒周边发生断裂最后破碎成无数个不规则的小颗粒宏观表现为淀粉颗粒尺寸的不断减小其形貌和粒度分布发生变化
L u o y a n g H e n a n 4 7 1 0 2 3 )
Ab s t r a c t : E d i b l e s t a r c h e s f r o m p o t a t o.c a s s a v a a n d c o r n w e r e mi c r o n i z e d t o d i f f e r e n t g r a n u l a r i t y b y t h e
粮食加工
粮 油 食 品 科 技 第2 2 卷2 0 1 4 年 第4 期
微细 化淀 粉颗粒 形貌 及显 微结构 分析
如何检测三维微观形貌、粗糙度和微观结构?
如何检测三维微观形貌、粗糙度和微观结构?光学粗糙度测量【用于表面三维微观形貌,粗糙度和微观结构的测量与测试】在零部件生产过程中,除尺寸精度和位置偏差外,粗糙度也日益成为质量保证的核心问题。
为确保零部件的密封特性、润滑特性、摩擦或磨损特性等,须对零部件表面的功能特性和结构进行检查。
这样在三坐标测量设备上也能放大测量零部件表面的微观结构,并通过粗糙度参数表述其特性。
然而,由于计算方法的原因,现有的基于轮廓的粗糙度参数Ra 和Rz仅提供有限的信息。
因此,还必须从基于材料分布分析的测量数据中推导出基于功能的参数(例如Rk,Rpk和Rvk),同时还必须考虑三维参数(例如Sa或Sz)。
后者由于采用了平面测量和优化的统计分析方法,与基于轮廓的接触式的测量原理相比,具有明显的优势。
这是光学测头在工业应用中越来越受到认可的原因之一。
为此,在三坐标测量设备中也考虑到了这种趋势,不仅需要检测形状和位置偏差,还要在自动测量过程中微观地分析表面质量。
借助三坐标测量设备可以创建工件或制造工艺的三维坐标系,从而建立组件几何形状的坐标。
温泽新型粗糙度测头WM | RS-C非常适合用于这里所述的应用领域。
对于微观形貌的无损光学测量,该测头具有独特的特点:WM | RS-C表面测量干涉仪具有全高清分辨率(1920´1080),将干涉仪的极高垂直分辨率(纳米范围)与仅55nm的极高横向分辨率(100´镜头)相结合。
此外,也可以通过压电驱动器或外部执行器操作测头,并且可以光学分辨最细微的微观结构,直至物理衍射极限。
由于赫兹压力和轮廓形态过滤(2-5μm 的较大探针尖端半径所致),无法使用有损测量探针来检测这种精细结构。
因此,该测头在许多应用领域将起到重要作用,例如对研磨、抛光、精磨或珩磨表面的测量。
如今,该测头的应用领域已扩展到半导体技术、晶片生产、微观技术结构和医疗技术的应用中,甚至包括极其复杂的应用领域。
由于采用平面测量原理,相对于接触式测量系统,该测头还可以对表面进行优化的统计分析。
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。
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硅基底的氧化
半导体的制作过程
半导体芯片中的双层金属布线连接
半导体芯片中的金属布线连接
半导体芯片中的金属布线连接
半导体芯片中的NPN结双极晶体管
表面超微图形加工技术
光刻 技术
光致抗蚀剂 光刻SiO2膜
衬底硅
涂光致抗蚀剂
紫外光(193nm) 掩模版
衬底硅
曝光
衬底硅
显影
SiO2 衬底硅
去胶
衬底硅
②生长型加工方法,即以一种材料作为基材,在 其上添加另一种材料,形成所需的形状或者图形 的加工方法。按此定义,在前面章节所介绍的物 理气相沉积、化学气相沉积、离子注入、电镀、 化学镀都属于微细加工技术;
③变形加工,指材料形状发生变化的加工,如塑 性变形、流体变形等。
集成电路的制作步骤
MOS晶体管的制作步骤
常用微细加工技术
1.光刻工艺 2.掩模板制作工艺 3.电子束与离子束微细加工 4.激光微细加工
光刻的基本原理: 利用光致抗蚀剂(或称光刻胶)感光后因光化学反 应而形成耐蚀性的特点,将掩模版上的图形刻制 到被加工表面上。
掩膜(mask)的概念: 它是一块印有所需要加工图形的透光玻璃片。当 光线照在掩模版上时,图形区与非图形区对光线 的吸收与透过能力不同。
表面微细加工技术指那些能够制造微小尺寸元器 件或薄膜图形的方法。
微细加工的
加工尺寸一般在亚毫米(常指低于100μm)至纳 米级范围内,
加工的单元则从微米级、纳米级到原子级(Å 级)。
纳米量级结构的制作是纳 米技术的关键技术之一。 我国SPM系统在Au-Pd合金膜 表面上机械刻画出的最小线宽 为25nm。
用AFM机械刻蚀原理刻 写的亚微米尺寸的唐诗
微铣金属表面微沟槽结构的粗糙度及形貌分析
微铣金属表面微沟槽结构的粗糙度及形貌分析张金峰;封超;马芸慧;唐微;巩亚东【摘要】为了提高和改善微沟槽表面质量, 设计了高速微铣削实验, 研究了微沟槽底面表面粗糙度和侧壁残留毛刺的变化规律.从理论角度引入了已加工表面的形成机理, 建立了微观表面粗糙度理论模型, 提出了刀具跳动对侧壁形貌变化影响的规律.利用三轴联动精密微细铣削机床加工微细直沟槽, 并选取主轴转速、轴向切深、进给速度、刀具跳动量和材料组织结构为研究因素.采用多因素正交实验和极差分析法, 对表面粗糙度值进行数值分析.铝合金, 钢和钛合金三类微沟槽底面对应的最佳表面粗糙度值变化范围分别为1.0731.481μm, 0.4850.883μm, 0.2350.267μm;无刀具跳动钛合金微沟槽壁毛刺的最大高度为7.637μm, 而当刀具存在0.3μm的径向综合跳动量时对应的微槽壁毛刺的最大高度为21.79μm.铣削参数对表面粗糙度值的影响按从大到小依次为进给速度、主轴转速、轴向切深, 且随着进给速度和轴向切深的增大, 表面粗糙度值增大;随着主轴转速的增大, 表面粗糙度值先减小后增大;在相同加工条件下, 若微圆弧刀刃无磨损, 微刀具的跳动量对微直沟槽侧壁表面质量有较大影响.同时, 不同金属材料特性也是影响微沟槽表面质量的潜在因素.%In order to improve the surface quality of micro machined parts, micro milling experiments were designed to study the variations of surface roughness and sidewall residual burrs of micro grooves.First, from a theoretical point of view, the model of processed surface formation and micro machined surface roughness theory were introduced for the purpose of proposing changes to the sidewall for tool run-out.Then, typical parts were selected to process the micro straight grooves by the developed 3-axis linkage micro milling machine tool;the spindle speed,axial cutting depth, feed speed, tool run-out, and material organization structure on surface roughness were studied in depth.Finally, the milling surface roughness of the grooves was researched by adopting multiple factor orthogonal tests and analysis of extreme difference.The best surface roughness values for the three kinds of micro grooved bottoms made of aluminum alloy, steel, and titanium alloy are determined as1.073-1.481μm, 0.485-0.883μm, and 0.235-0.267μm, respectively.Without tool run out, the maximum height of the micro groove wall burr is found as 7.637μm, and the maximum height of the micro-groove wall burr is found to be 21.79μm when the tool has a rad ial composite runout of 0.3μm.The experimental results show that the parameters are listed in the effective order given below:feed rate, spindle speed, and axial cutting depth.With the gradually increasing feed speed and axial cutting depth, the surface roughness Ra of the groove bottom gradually increased.However, increasing the spindle speed caused Ra to decrease and then increase.Under the same conditions, if the arc blades are without wear, the tool run-out on the micro straight groove sidewall surface quality has a greater impact.At the same time, different metal material properties are also potential factors affecting the surface quality of the micro channels.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2018(026)012【总页数】14页(P2998-3011)【关键词】表面粗糙度;铣削参量;切削厚度;刀具跳动【作者】张金峰;封超;马芸慧;唐微;巩亚东【作者单位】山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛 266590;东北大学机械与自动化学院,辽宁沈阳 110819【正文语种】中文【中图分类】TP394.1;TH691.91 引言高速微铣削现已成为一种普遍的机械微加工工艺,它能够用各种材料加工复杂的三维微小零件,具有较高的材料去除率,低成本和易使用的特点[1]。
机械加工表面形貌评定的多尺度分析方法
机械加工表面形貌评定的多尺度分析方法工表面形貌的分析是机械加工中的一个重要内容,从而推动着工程法及技术的发展。
考虑到加工表面形貌的复杂性和多尺度的特点,近年来工程学家围绕机械加工表面形貌的评价和评定开展了大量的研究。
本文以“机械加工表面形貌评定的多尺度分析方法”为研究内容,主要研究内容如下:1.度分析加工表面形貌的尺度分析涉及到微观尺度、宏观尺度以及表面尺度。
微观尺度的研究重点是加工表面的普通特征:粗糙度,形位公差,毛刺,断屑等。
宏观尺度的研究重点是加工表面的一般特征:振弦度,折射度,等离子位分布,表面坡口光洁度,人眼视觉表面形貌特征等。
而表面尺度的研究重点则是表面特征描述:表面纹理,表面形状,表面虚实度等。
2.定指标加工表面形貌的评定涉及到评定技术和评定指标。
目前,主要有国际标准制定的国际标准指标,包括ISO、DIN、JIS、ANSI等,以及技术规程中提出的部队制定的技术指标,以及用户自行编制的各类技术技术指标。
所有这些指标都是评定加工表面形貌的参考,用来衡量加工表面形貌的好坏。
3.量系统测量系统是用来真实地测量加工表面形貌的。
目前,加工表面形貌测量的主要方式有三种:传统机械测量,激光量测和数字图像处理测量。
这三种方式它们各有优劣,应根据实际任务情况,选择最合适的测量方式。
4.定方法加工表面评定中的评定方法主要有两种:模式识别法和决策表法。
模式识别法是基于数据比对和数学模型分析的,可提供准确可靠的评定结果;而决策表法是一种简单易行的方法,可根据计算出的数值,直接判断加工表面形貌是否合格。
综上所述,机械加工表面形貌评定的多尺度分析方法所涉及到的主要内容有尺度分析、评定指标、测量系统和评定方法等。
从工程学的角度出发,针对各种不同的加工表面形貌,可采用上述多尺度分析方法,结合完善的评定指标和有效的测量系统,从而有效地提高加工表面的质量,满足用户的要求。
在机械加工表面形貌评定的多尺度分析方法研究中,存在一些问题,需要进一步解决。
加工表面形貌测量理论、方法及评价
最 早的 表面 测量 是通过 目测或 用手触摸 试 件与 标 准样件 比较 来进 行 , 0 纪 2 ~3 年 代 , 2世 0 0 世界 上 不 少工业 国家 开始 采用三 角符 号的组 合来 表示 不 同
精度 的加工 表面 。 0 代后 各 国的二 维粗糙 度 参数 4年 才开 始标 准化 , 些 先进 的工业 国 家还制 造 出 了轮 一
维普资讯
l
林
摘
訇 似
莹 , 岚 王
加工表 面形貌测量理论 、方法及评价
滨 , 新雁 , 黄 魏
( 天津大学 机械工程学 院, 天津 3 0 7 ) 0 0 2
要:随着精密、 超精密及纳米级加工技术的发展 , 工件表面的微观几何结构及表面形貌特性 的检 对 测 提出了越 来越 高的要求 , 传统的二维表面测 量 , 评定方法发展较为成熟 , 已经不 能满足 现 但
代计量技术的需 要。 三维的测量 , 评定方法 则是 目前 国内外研究的重点 。 本文就表面测量方法 、
理论及评价指标 等进行了论述。
关键词 :表面形貌 ;测量方法 ;评价 ;表面表征 ;加工
中国分类号 :T 7 P2 3 文献标识码 :B 文章编号 :1 0 ~ 1 4 2 0) 8 0 1 -0 9 03(060- 04 4 0
性 ,耐 腐蚀性 ,密封 性 等 ,而且 对零 件装 备 后设备 的 整体工 作性 能 ,使用 寿命 ,振 动 与噪 声有 很大影
响 。因此 如何 测量 ,标 定 ,评 价表 面形 貌成 为 了国 内外科 学家 们研究 的重 要课 题 。
随着计 算机 技 术 ,机 电一体 化技 术 的发 展 ,出现 了
其 对有 关 表面 粗糙 度 的 表面 参数 等 术 语作 了规定 , 分为 3 部分 ,共 2 个 参数 术语 。16 年 我 国上海 个 7 98
一种微细切削表面微观形貌的提取和评价方法[发明专利]
专利名称:一种微细切削表面微观形貌的提取和评价方法专利类型:发明专利
发明人:王西彬,刘志兵,解丽静,焦黎,李忠新,杨洪建
申请号:CN201010522974.8
申请日:20101028
公开号:CN101995847A
公开日:
20110330
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:微细切削是一种低成本、高效率、高精度的微细加工关键技术,表面微观形貌的提取和评价是提高微细切削工艺能力的重要技术措施。
本发明涉及一种微细切削表面微观形貌的提取和评价方法。
利用接触式表面粗糙度仪、PC机搭建微细切削表面微观形貌测试系统;分别选取表面轮廓数字特征、表面粗糙度、功率谱密度函数、分形维数,以及幅值密度函数、自相关函数和功率谱密度函数、互相关函数等表面微观形貌数理统计函数作为特征参数,对微细切削表面的微观形貌特征进行提取和评价;本发明提出的微细切削表面微观形貌的提取和评价方法可用于微细切削参数的优化选择和控制。
申请人:北京理工大学
地址:100081 北京市海淀区中关村南大街5号
国籍:CN
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生物材料表面形貌及微观性质对生物组织反应的影响
生物材料表面形貌及微观性质对生物组织反应的影响随着生物医学领域的快速发展和不断深入,越来越多的疾病得到了治疗,然而在疾病治疗过程中使用的生物材料质量问题也逐渐得到了关注。
由于生物组织和生物材料之间的直接接触,因此生物材料表面形貌及微观性质对生物组织反应也起着至关重要的作用。
本文将从生物材料表面形貌及微观性质的角度,阐述它们对生物组织反应的影响。
一、生物材料表面形貌对生物组织反应的影响1.1 粗糙表面在传统医疗中,大多数生物材料表面都是光滑的,然而,研究表明,粗糙的生物材料表面可以更好地促进细胞黏附和生长。
粗糙表面能够提供更多的细胞附着位点和支持更强的细胞-材料交互,从而提高细胞黏附能力。
此外,研究还发现,粗糙表面可促进骨细胞生长并形成更完整的骨组织,这对于骨骼再生和组织修复有重要意义。
1.2 纳米表面纳米生物材料是近年来新兴的一类生物材料,与普通材料相比,纳米生物材料表面具有更高的表面积和更多的表面结构。
纳米表面可以产生更多的生物反应,从而对其使用带来了许多优势。
目前,广泛的研究表明,纳米表面可以促进细胞增殖和分化,提高组织工程导向性,并具有抗菌、生物识别等优秀特性。
1.3 呈结构化表面生物材料表面纹理化可模拟其天然细胞外基质。
例如,具有高静电场的三维微纳米结构表面和具有向心排列的纳米线表面,可以模拟过程中细胞与细胞外基质间的相互作用,从而实现生物材料的生物学功能。
这种超结构化表面能够促进细胞黏附和增殖,并加强细胞定向分化。
研究发现,经过表面结构化处理的生物材料可以通过自身特定的机制诱导组织再生和修复。
二、生物材料微观性质对生物组织反应的影响2.1 生物材料的成分生物性材料由生物分子、蛋白质、核酸、多糖等生物大分子组成。
这种材料具有天然的可生物降解性和生物相容性。
在与生物组织接触时不会引起排异反应或免疫反应,更可以转化为组织本身的构成部分。
因此,生物性材料一般被认为有较为优越的生物相容性和生物安全性,特别适合用于医学领域中的骨再生、组织工程等。
微细电火花线切割表面三维形貌及功能评定研究的开题报告
微细电火花线切割表面三维形貌及功能评定研究的开题报
告
题目:微细电火花线切割表面三维形貌及功能评定研究
摘要:随着现代制造技术的发展,微细加工领域越来越得到关注,其中微细电火花线切割技术是一种常用的微细加工方法。
本论文旨在研究微细电火花线切割表面的
三维形貌及其对功能的评定,以探索微细电火花线切割技术的应用前景。
研究内容:本论文将围绕微细电火花线切割表面三维形貌及功能评定展开,具体包括以下几个方面:
1. 微细电火花线切割表面的三维形貌研究:通过对微细电火花线切割表面进行三维扫描,分析切割表面的几何结构、表面粗糙度等参数,并探究其形貌特征。
2. 切割参数对表面形貌的影响研究:通过改变电火花放电参数,如放电电压、放电频率、脉冲宽度等,研究其对微细电火花线切割表面形貌的影响,并探究各参数之
间的相互作用。
3. 微细电火花线切割表面功能评定研究:通过对微细电火花线切割表面进行功能评定,如表面黏附性、润湿性、硬度等指标的测量,探究表面形貌对功能的影响规律。
4. 微细电火花线切割技术应用研究:通过实验验证微细电火花线切割表面的形貌对材料表面处理、微细加工等方面的应用效果,并探究其应用前景。
研究意义:本论文将探究微细电火花线切割表面的三维形貌及其对功能的评定,对于优化微细电火花线切割技术、提高材料表面质量、开发微细加工新领域等具有重
要的理论和实践意义。
关键词:微细加工;电火花线切割;表面形貌;功能评定;应用前景。
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SPM 测量的精密磨削加工表面的微观形貌. 精密磨 削加工表面结构是由较为规则的棱和沟组成.
2 微观结构特征的对比分析
微细电火花线切割加工表面凸峰和精密磨削加工表 面棱柱结构特征. 通过对比可以发现, 激光微细加 工表面微观形貌结构特征介于微细电火花线切割加 又具有沟槽纹理; 但又与二者存在明显差别. 微细 图 4、图 5 分别为激光微细加工表面凸峰结构、
0 序 言
何尺寸更小、精度要求更高,表面的微观形貌对于产 著,对加工表面评定提出更高要求,而目前普遍采用 品的表面质量、 工作性能和使用寿命的影响更为显 的二维粗糙度评定方法已经 无 法 满 足 需 要. 近 年 糙度参数的三维拓展, 对于区域表面的三维粗糙度
[1]
相对于常规机械加工而言, 微细加工零件的几
张 彬1 ,2 , 郭黎滨1 , 张志航3 , 姚风龙1 , 郭 猛1
均一性和等方性较差,呈典型的各向异性特征. 激光微细加工表面由单峰和多峰相连组成, 表面纹理方向性不明 评价参数. 显,表面等方性很好,但高度和斜率均一性较差,虽然属于各向同性表面,但具有特殊性,在表面评价时应选取适当 文献标识码: A 文章编号: 0253 - 360X(2015)06 - 0061 - 04 关键词: 微细加工; 微观形貌; 高斯曲率; 谱距; 表征 中图分类号: TH 161 ;TG 485
微细电火花线切割加工表面结构主要由形状规则的
工和精密磨削加工表面结构之间, 既存在凸峰特征, 电火花线切割加工表面凸峰是完全随机分布, 而激 工表面单峰要陡峭. 当多个单峰相连时, 使激光微 光微细加工表面凸峰大多连接在一起, 峰的分布具 有一定的规律性; 单峰特征比微细电火花线切割加
细加工表面具有一定的纹理特征, 但与精密磨削加 纹理是由棱柱状的条纹形成的,具有明显的方向性; 面纹理特征比较复杂, 方向性并不明显. 激光微细
看出激光微细加工表面结构主要由表面凸峰组成. 表面纹理方向呈不规则分布.
测量的激光微细加工表面微观形貌. 从图 1 中可以 其中表面凸峰分为单峰和由多个单峰连接在一起的 结合峰;由于凸峰形状不规则 ( 图 1 中 a,b,c,d) , 故
评定还缺乏统一标准
加工是三种典型的微细加工方法. 由于加工机理及 充分认知表面微观结构及表面特性, 并根据不同的 方法加工的粗糙度 ( R a ) 值相同的表面, 分析表面形 糙度评定提供理论基础. 纹理结构提出不同的评价参数. 因此对比上述三种 貌微观结构及表面特性, 可以为准确地进行三维粗 大不同 [2] . 精确评价加工表面的三维粗糙度, 必须 加工工艺不同, 加工表面微观形貌的结构特征有较
第3 6 卷 第6 期 2 0 1 5 年 6 月
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
焊
接
学
报
Vol. 3 6
June 2 0 1 5
No. 6
微细加工表面的三维微观形貌比较分析
(1. 哈尔滨工程大学 机电工程学院, 哈尔滨 150001; 2. 哈尔滨工程大学 图书馆, 哈尔滨 150001; 3. 洛阳理工学院 机械工程系, 洛阳 471023)
62
焊 接 学 报 微细电 火 花 线 切 割 加 工 ( micro wire electrical
第 36 卷
discharge machining,MWEDM) , 是 通 过 加 工 机 床 上 的电极丝与加工工件间产生脉冲火花放电, 在局部 形成爆炸的放电通道,释放出大量的热能, 在放电点 SPM 测量的微细电火花线切割加工表面微观形貌. 呈随机分布的近似半球状或半椭球状凸峰组成. 面抛出, 从 而 达 到 加 工 材 料 蚀 除 的 目 的. 图 2 为 附近的加工材料被瞬间熔融甚至气化, 从工件的表
图 2 微细电火花线切割加工表面微观形貌 Fig. 2 Micro-topography of MWEDM surface
工表面的规律性纹理完全不同. 精密磨削加工表面 而激光微细加工表面纹理由于凸峰随机性连接, 表 面的一叶;多峰相连时表现为双曲抛物面或马鞍面. 凸峰之间的沟槽及连接凸峰之间的鞍槽构成.
微细电火花线切割、 激光微细加工和精密磨削
1 加工机理和表面微观结构特征
激光微细加工 ( laser assisted microprocessing) 是
收稿日期: 2015 - 03 - 26 基金项目: 黑龙江省自然科学基金面上资助项目( E201137)
图 1 激光微细加工表面微观形貌 Fig. 1 Micro-topography of laser assisted microprocessing surface
加工表面凸峰形状分两种: 单峰时近似于双叶双曲 其表面纹理主要由沿凸峰连接方向的沟槽、 不连续
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
造金刚石、立方氮化硼等高硬磨料砂轮, 经过精细修 量,在加工表面去除较薄的切屑,同时借助适当的磨 抛光 作 用 , 从 而 完 成 精 密 磨 削 加 工 过 程 . 图 3 为
精密磨削加工 ( precision grinding) 主要采用人
热作用,使辐照区域的固体物质在短时间内熔化、 气 化并抛出, 剥离的材料以气、 液的方式离开加工表 出平面或曲面. 图 1 所示为扫描探针显微镜 ( SPM)
将小能量脉冲光束聚焦到工件表面, 由于激光束的 面,在工件表面形成四周带有凸起的凹坑. 由于工
件相对激光束按照事先规划的轨迹运动, 最终加工
来,国内外学者对表面三维粗糙度评定方法的研究 取得了一些进展, 但多数评定参数都是基于二维粗 .
性较好,呈典型的各向同性特征. 精密磨削加工表面由较为规则的棱和沟组成, 有明显的加工纹理方向, 表面斜率
加工表面由随机分布的半球状或半椭球状的凸峰和凹坑组成,没有明显的纹理方向,表面高度、斜度均一性及等方
摘 要: 分析三种微细加工表面微观结构、表面凸峰的高斯曲率以及表面谱距特征的结果表明,微细电火花线切割