表面三维形貌测量及其评定的研究
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。
金刚石节块磨具三维表面形貌的测量和分析
金刚石节块磨具三维表面形貌的测量和分析随着磨削加工技术的不断提高,磨具的结构形状逐渐多样化。
为适应不同的加工需求,金刚石节块磨具、槽形砂轮等得到广泛应用。
由于这类磨具形状的特殊性,对其表面形貌的测量方法和特征分析遇到新的挑战。
本文以电镀金刚石节块磨具作为研究对象,构建测量方案并对其表面形貌特征进行分析。
课题的开展有助于加深对磨具形状和表面形貌的认识,为提高产品表面加工质量和磨削过程建模提供技术支持与理论基础,对于进一步推动超精密磨削加工技术的发展具有深远的意义。
本文提出针对金刚石结块磨具表面形貌的测量方案;结合测量的数据与形貌特征对磨具表面磨粒形貌进行建模;并对磨具侧面形貌进行重构,分别分析磨具中各节块表面形貌的参数特征。
论文的主要研究内容包括:(1)分析金刚石结块磨具形状与表面形貌特征,选取合适的测量方案。
根据测量需求对测量装置关键结构部件进行选型和设计,实现金刚石节块磨具表面形貌的测量。
(2)针对磨具形貌中较多粘连磨粒形貌分割的问题,提出结合最大类间方差法(Otsu)与分水岭算法对粘连磨粒分割的方法。
首先通过Otsu算法对磨粒的边缘进行提取;然后基于距离变换和形态学处理的方法完成粘连磨粒的分割;最后结合两种分割算法对磨具表面磨粒进行分割,以克服Otsu算法无法有效的对粘连磨粒分割及分水岭算法易产生过分割的局限性。
(3)对分割后的磨粒形貌参数进行统计分析,从而得到金刚石节块磨具表面磨粒的粒径主要分布在450μm-550μm之间,出露高度在100μm-250μm之间,而且磨粒粒径和出露高度服从高斯分布的规律;对金刚石节块磨具侧面的形貌进行重构分析,获得每一片节块侧面的形貌特征。
实验结果表明,所测磨具表面磨粒密度近似为203颗/cm~2,平均粒径为506μm,磨粒总数为5574颗。
白光扫描干涉三维表面形貌测量技术的研究的开题报告
白光扫描干涉三维表面形貌测量技术的研究的开题报告一、选题背景及意义随着现代科技的不断发展，三维表面形貌测量逐渐成为了表面分析和加工质量控制的重要手段。
传统的测量方法有限，受到手工操作和人为因素的影响较大，且精度较低，难以满足高精准度、快速、非接触式测量的需求。
因此，研究三维表面形貌测量技术，尤其是白光扫描干涉技术的应用，旨在提高表面形貌测量的精准度和效率，有效解决表面质量控制问题。
二、研究内容和思路本研究的主要内容是白光扫描干涉技术在三维表面形貌测量中的应用研究。
具体思路如下：1. 研究白光扫描干涉原理和相关技术，掌握白光扫描干涉仪器的基本结构和工作原理；2. 研究三维表面形貌测量中常见的误差源和影响因素，对表面测量误差的来源和控制方法进行分析和研究；3. 设计实验方案，采用白光扫描干涉技术对不同材料的表面进行测量，并分析实验结果，探究测量精度和效率的影响因素；4. 建立三维表面形貌测量模型，将样本测量结果进行建模和分析，研究不同形貌表面的特征及其相关参数；5. 探讨白光扫描干涉技术在三维表面形貌测量中的应用前景，建立相应的测量和分析技术流程。
三、预期成果及意义1. 探究白光扫描干涉技术在三维表面形貌测量中的应用特点和优势;2. 建立测量模型，研究不同表面形貌的特征及其相关参数;3. 建立测量技术流程，提高表面形貌测量的精度和效率；4. 推动三维表面形貌测量技术的进步，解决表面质量控制问题，促进工业自动化生产的发展。
四、研究难点及解决措施1. 白光干涉测量的精度问题：通过完善现有测量模型和技术流程，选择合适的测量参数和分析方法，提高测量精度；2. 表面形貌的阴影问题：通过多角度扫描和数据处理的方式，消除表面阴影的影响；3. 实验测量方案的确定：根据实验材料的不同性质与特点，选择合适的测量方案，在保证实验精度的前提下，提高实验效率。
五、预期工作计划1. 第一阶段：文献综述，掌握白光扫描干涉技术原理和方法（1个月）;2. 第二阶段：实验测量，建立相应的测量模型和分析方法（3个月）;3. 第三阶段：数据分析，探讨不同表面形貌的特征与参数（1个月）;4. 第四阶段：技术流程和应用前景的讨论（1个月）。
机械零件三维表面形貌测量与评定的研究
机 械 设 计 与 制 造
一
第 ８期
２０ ０ ７年 ８月
１２一 ０
Ｍａ ｈｉｅ ｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｓｇ
＆
Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ
文章编号 ：０ １ ３９ （０ ７ ０ — １２ ０ １０ — ９ ７ ２ ０ ）８ ０ ０ — ２
机械零件三 维表 面形 貌测量与评 定的研 究
杨旭 东 １ 李 家春 谢 铁 邦 ， ２ （ 中科技 大学 ， 华 武汉 ４ ０ ７ （ ３ ０ ４） 贵州 大学 ， 阳 ５ ０ ０ ） 贵 ５ ０ ３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈｏ ｈ ｅ ｎｔ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｒ ｅｔ ｏ ｒ ｐ ｙ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｉａ ｉ ｎｏ ｓ ａ ｏ ｎ ｄｃ ａａ ｔ ｒ ｔ ｆ ａ ｚ ｏ ｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｏ ｃ ａ ｉａ ｍｐ ｎ ｎ ｃ ｏ ｅ ｔ
（ Ｇｕｚ ｏ ｉｅｓｔ， ｉａ ｇ５ ０ ０ ， ｈｎ ） ｉｈ ｕ Ｕｎｖ ｒｉ Ｇｕｙ ｎ ５ ０ ３ Ｃ ｉａ ｙ
【 要 】介绍 了机械零件三维表面形貌的测量与评定 ， 了激光干涉式位移 摘 分析
理 和 干 涉条纹 信号 的 细分方 法 。 激光 干 涉式位移 传 感 器的精 度达 到 了 ５ｍ 左右 。 ｎ 另夕 二 维 工作 台也是 整 个测量 系统 的 关键 部 分 。 因为采 用 了光栅 尺作 为二 维 工作 台的计 量 系统 ， 以在 表 所
Ｘ Ｙ二 维 —
工作台
Ｊ 光栅信号 ｝ １ ＿ 处理电 一 路卜一 Ｊ Ｉ 和 Ｙ向电Ｉ ｘ
—
工 控
ｒ ｒ 机驱动电路 卜
图 １测量系统结构关系图
三维原始形貌和评定参数值 。
加工表面形貌测量理论_方法及评价
随着国内工业化的发展，我国对表面粗糙度的 研究和标准化也越来越被科技和工业界重视。我国 等效采用国际标准化组织（ＩＳＯ）有关的国际标准制 订了 ＧＢ３５０５－１９８３《表面粗糙度术语表面及其参数》 其对有关表面粗糙度的表面参数等术语作了规定， 分为 ３ 个部分，共 ２７个参数术语。１９６８年我国上海 光学仪器厂生产出６Ｊ型干涉显微镜，１９８８年底中科 院化学所研制成功具有原子级分辨率的 ＡＦＭ。目前， 国内仍有大量的科学家致力于这方面的研究工作。
图１ 粗糙度Ｍｏｔｉｆ
Ｍｏｔｉｆ法，不采用任何轮廓滤波器，通过设定不 同的阀值可以将波度和表面粗糙度分离开来，强调 大的轮廓峰和谷对表面功能的影响，在评定中选取 重要的轮廓特征，忽略不重要的特征，其参数是基 于Ｍｏｔｉｆ的深度和间隔产生的。Ｍｏｔｉｆ法尤其适合没 有预行程或延迟行程的轮廓，在未知表面和过程上 进行技术分析，与表面的包络面相关的性能研究， 识别粗糙度和波度具有相当接近波长的轮廓，是对 与表面功能密切相关的表面文理结构进行综合评价。 但是Ｍｏｔｉｆ合并的四个条件是来自多年的实践工作 经验，缺乏理论依据，并且三维Ｍｏｔｉｆ法仍没有统一 的定义和合并准则。
制造业自动化
加工表面形貌测量理论、方法及评价
林 滨， 黄新雁， 魏 莹， 王 岚
（天津大学 机械工程学院， 天津加工技术的发展，对工件表面的微观几何结构及表面形貌特性的检
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，但已经不能满足现
三维表面微观形貌的等高图绘制及粗糙度3-D评定参数计算方法研究
ｉｔｏ ｕｅ ｉ ｅ ａｌ Ｆｎ ｌ ， ｔ ｅ ｅ ｓｂｌｙ ｏ ｏ ｒ ｎｒｄｃｄ ｎ ｔ ｉ ｄ ． ｉ ｌ ａｙ ｈ ｆ ａ ｉｉ ｆ ｕ ｉ ｔ ｍｅ ｈｄ ａｉ ｔｄ ｔｏ ｖ ｌ ａ ｅ ｄ
Ｄ 分析 方法 Ｉ 的深 入 ，对 表面 三 维 形 ＿ 貌 的 图像 表 征 需 求 日益 增 加 ， 基 于 三 维全 局 信息 的评 定参 数也 正 不断 被开 发
Ｄ评 定参数 计算 系统 ，验 证 了该方 法 的可行
性
三维表 面； 等高图； 支承率
Ｄ ｍ ｎ ｏ ｓ ｒ ａ ｅ ｕ ｌｙ ａ ｂ ｅ ｂ ｃ ｍ ｎ ｈ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｎ ｕｆ ｃ ｑ ａｉ ｈ ｓ ｅ ｎ ｅ ｏ ｉ ｔ ｇ ｉ ｅ ｇ ａ ｄ ｉ ｅ ． ｗｈ ｅ ｈ ５ ａ ｓ ｓ ｉｇ ｎ ｈ ｇｈ ｒ ｉ ｔ ｅ 一Ｄ ｓ ｅ ｓｎ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｌ ｔ ｏ ｏ ｓ ｒ ａ ｅ ｅａ ｉｅｙ ａ ｇ ｄ ｅ ｉｄ． Ａｉ ｄ ｏ ｈｓ ｕ ｆ ｃ ｒ ｌｔｖ ｌ ｂｇ ｅ ｂ ｈｎ ｍｅ ｔ ｔ ｉ ｐｏｌ ｒ ｂ ｍ， ｔｉ ａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ ｒ ｗ ｎ ｍ ｔｏ ｆ ｒ ｅ ｈｓ ｐ ｒ ｐ ｏ ｏ ｅ ａ ｄ ａ ｉｇ ｅ ｈ ｄ ｏ ｐ ｃ ｎｏ ｒ ｍ ｐ ｏ 一Ｄ Ｓ ｒａ ｅ ａ ｐ ａａ ｃ ｍ ａ ｕ ｔ ｇ ｏｔ ｕ ａ ｆ ５ ｕｆ ｃ ｐ ｅ ｒ ｎｅ ａ ｄ Ｃ ｌ ｌ ｉ ｃａｎ ｍ ｔ ｏ ｆ ｒ 一Ｄ ｓ ｒ ａ ｅ ｏ ｇ ｎ ｓ ． ｄ ａ ｎ ｍ ｔ ｏ ｅ ｈ ｄ ｏ ５ ｕ ｆ ｃ ｒｕ ｈｅ ｓ ｒ ｗｉ ｇ ｅｈｄ ｆ ｒ ｏ ｔ ｕ ｍ ｐ ｎ Ｃ ｌｕａ ｉｇ ｏ ｃ ｎ ｏ ｒ ａ ａ ｄ ａｃ ｌｔｎ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ５ ｔ ｏ ｆ ｒ 一Ｄ ｓ ｐ ｏ ｔ ａ ｉ ｎ Ｉ ｕ ａ ｃ ｍ ｄ ｔ ｇ ｂｌｙ ｅ ｅ ｕ ｐ ｒ ｒ ｔｏ ｄ ｉ ｉ ｃ ｏ ｍｏ ａ ｉ ａ ｉ ｗ ｒ ａ ｑｄ ｎ ｉ ｔ
实验一：面形的三维干涉测量及评价(PV值与RMS值)
实验一：面形的三维干涉测量及评价（PV 值与RMS 值）
一、实验目的：
1. 了解表面三维形貌的高精度实时测量原理
2. 实测一个平面光学零件的表面形貌
3. 对评价指标PV ，RMS 的定义有所掌握
二、实验原理：
本实验采用数字干涉测量原理进行，本实验与实验二的不同是测量中采用了扫描技术，因而可以实现面形的三维测量。
高精度光学平面零件的面形精度可用下列二个评价指标，如下图所示。
1． PV 值−−是表面形貌的最大峰谷值
2． RMS 值−−是表面形貌的均方根值，RMS 的定义是：
1
2
-±
=∑N v
RMS
式中T x v i -=，x i −−单次测值，
N
x
T i
∑=
，N −−重复测定次数。
三、实验光路
1－激光器 3,5－定向孔 6,7,9,16－反射镜 8－物镜 10－准直透镜 14－分光棱镜 18－带压电陶瓷的组合工作台 20－成像透镜 22－可调光阑 23－光电接收器 24－导轨
四、实验步骤：
1．扩束
2．将工作台16，18上的平面反射镜换成曲面或台阶面（其干涉条纹的形状与反射面面形有对应定量关系）
3．调整CCD23在轨道上的位置，使干涉条纹清晰，锁定23
4．调节可调光阑22孔径位置，滤除寄生干涉光
5．测量程序操作见软件操作说明书
五、实验记录
被测工件：平面镜。
表面三维形貌测量及其评定的研究
44
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
机械零件三维表面形貌测量与评定的研究
机械零件三维表面形貌测量与评定的研究杨旭东１，２李家春２谢铁邦１（１华中科技大学，武汉４３００７４）（２贵州大学，贵阳５５０００３）Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｕｒｆａｃｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔＹＡＮＧＸｕ－ｄｏｎｇ１，２，ＬＩＪｉａ－ｃｈｕｎ２，ＸＩＥＴｉｅ－ｂａｎｇ（１Ｈｕａｚｈｏｎｇｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）（２ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５０００３，Ｃｈｉｎａ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"【摘要】介绍了机械零件三维表面形貌的测量与评定，分析了激光干涉式位移传感器的光学原理和干涉条纹信号的细分方法。
激光干涉式位移传感器的精度达到了５ｎｍ左右。
另外，带计量系统的二维工作台也是整个测量系统的关键部分。
因为采用了光栅尺作为二维工作台的计量系统，所以在表面形貌的测量过程中二维工作台在Ｘ和Ｙ两个水平方向上都能获得精确的定位。
关键词：机械零件；三维表面形貌；测量与评定【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｕｒｆａｃｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎａｌａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓａｂｏｕｔ５ｎｍ．Ｔｈｅｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈｍｅｔｒｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍｉｓａｌｓｏｔｈｅｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ．Ｂｙｔｈｅｍｅｔｒｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎＸ－Ｙｄｉｒｅｃｔｉｏｎｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｕｒｆａｃｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ；Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＨ１６１文献标识码：Ａ＊来稿日期：２００６－１１－０６文章编号：１００１－３９９７（２００７）０８－０１０２－０２１引言随着现代制造技术的不断发展，机械零件表面形貌的测量与评定也发生了根本性的变化，高精度的三维表面形貌的测量与评定已经成为机械零件表面计量学的一个主要发展方向［１，２］，相关量仪器的开发及评定方法的研究日趋活跃。
三维微纳结构的光刻及其表面形貌测量方法的研究
三维微纳结构的光刻及其表面形貌测量方法的研究微纳结构在现代科学技术发展中占据着非常重要的地位,它具备体积小、重量轻以及易集成等优点,对于系统的微型化、节能以及稳定性的提升都有非常大的促进作用。
在微系统的研究中,三维微纳结构器件以其独特的表面形貌以及功能特性受到了广泛的关注。
然而,由于三维微纳结构特征尺寸极小,表面形貌复杂,其在制备过程中面临着诸多难题。
为此,本文主要围绕三维微纳结构的高精度、高效率的加工与检测开展了如下相关研究。
首先,在三维微纳结构的加工方面,我们在DMD无掩模光刻的基础之上提出了单像素灰度调控三维光刻方法。
该方法比起传统的分层叠加曝光方法而言省略了不必要的切片操作,只需单次曝光,因此实现起来更加简单、高效。
另外由于调控像素点数量足够多,因此该方法能实现很高的调控精度。
在此方法基础之上,我们提出了基于灰度标定的非线性补偿方法,利用灰度与曝光深度之间的标定曲线,实现了高精度的三维微纳结构加工。
这种方法能够有效避免光刻过程中的非线性效应给加工带来的不确定性,主要避免了因计算而引入的非线性误差。
除此之外,在光刻胶的显影过程中,由于显影不均匀的影响,光刻胶上的微纳结构表面会存在一些微小的高低起伏变化,该变化会对器件的表面功能特性造成一些消极影响。
为此我们采用了适当热熔的表面形貌优化方法,通过分析光刻胶表面在不同热熔温度以及时间下的变化趋势,确定出最佳的热熔温度和时间方案,在确保光刻胶表面形变最小的前提下尽量提升微纳结构的表面粗糙度。
实验结果表明,这种基于DMD单步无掩模灰度光刻的加工方法以及基于热熔的表面形貌优化方法在实现高精度的三维微纳结构表面形貌控制以及表面形貌优化方面具备很大的应用价值。
其次,在三维微纳结构表面形貌检测方面,我们在白光干涉空间频域算法的基础之上,围绕着测量精度与测量稳定性两个方面进行了相关研究。
我们利用空间频域算法从干涉信号中同时提取出了相干形貌和相位形貌两种测量结果,其中相干形貌精度较低,却不包含2π相位模糊,相位形貌精度较高,但是包含2π模糊问题。
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。
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。
一种岩石结构面三维表面形貌的测定方法
(2019年第18期〕Research Findings|研究成果|•17*一种岩石结构面三维表面形貌的测定方法蒋庆仁，胡寒露，杨秀涛(中国电建集团贵阳勘察设计研究院有限公司，贵州贵阳550081)摘要：岩石结构面表面形貌与结构面抗剪强度有密切联系。
文章介绍了一种基于激光扫描试验的岩石结构面三维表面形貌数据测定方法。
通过激光位移传感器及电移台组成餉系统对结构面进行精确扫描，获得的大量数据通过C语言编程批量处理。
处理后的数据可利用Surfer软件生成线框图及3D表面图直观展示，也可通过C语言编程计算各类形貌.参数，用于结构面形貌量化描述，为结构面形貌特征与抗剪强度关系的研究奠定基础。
关键词：岩石结构面；表面形貌.；激光扫描；C语言中图分类号：TU452文献标志码：A文章编号：2096-2789(2019)18-0017-03结构面是岩体中没有或具有低抗拉强度的力学不连续面的总称，包括层面、节理、劈理、片理等。
在工程荷载作用下，岩体破坏常以沿软弱结构面的滑动破坏为主，岩体力学重点研究结构面抗剪强度大量研究表明，单组结构面抗剪强度主要决定因素包括岩石抗压强度、法向应力及表面几何形貌等I"、表面几何形貌具有很强的随机性和复杂性，对表面形貌的描述多年来一直是结构面抗剪强度研究的热点问题，目前在经验估值法、统计参数法、分形几何法等方向已经有大量的研究，通过岩石直剪试验、数值仿真试验等方法取得了较多成果”打这类研究均需要对结构面表面几何形貌进行测定，文章提出一种基于激光扫描技术的结构面三维表面形貌测定方法，并对其数据处理方法进行详细介绍。
1结构面激光扫描试验岩石结构面直剪试验釆用的试件可以是天然试件，也可以釆用快劈法获得人工试件。
本试验釆用巴西劈裂法制备的长方形花岗岩试件，结构面尺寸为10cmX20cm。
三维激光扫描试验釆用高精度激光位移传感器，对节理面进行非接触式扫描，获取节理表面形貌的数据。
试件放在电移台上，随着平台在长度和宽度方向上做匀速周期往返运动，能够以0.001mm的精度获取扫描点的高度值。
表面三维形貌测量方法研究的开题报告
表面三维形貌测量方法研究的开题报告一、研究背景及意义三维形貌表面测量是目前工业、制造业、科学研究等领域中非常重要的研究课题之一。
三维表面测量技术可以测量材料表面的形状、曲度、粗糙度等关键参数，并可以分析这些参数的变化趋势。
三维表面测量可以很好地应用于工业生产、机械制造、微细加工、光学装备、航空、自动化等领域。
因此，三维表面测量技术研究对于提高生产效率、提高生产质量、改进产品设计及制造等方面都有着很大的意义。
目前，三维表面测量技术的应用很广泛，其中主要包括：光学三维表面测量、激光三维表面测量、机械三维表面测量等。
这些技术都具有各自的特点，不同的应用领域也有不同的选择。
二、研究内容本研究的主要内容是针对三维表面测量技术，研究不同的测量方法及测量技术在不同的应用环境中的优缺点。
具体研究内容包括：1. 不同的三维表面测量方法和测量原理：分析光学、激光、机械等不同的三维表面测量方法及其原理，分析其测量误差和测量精度，以及测量的适用范围等。
2. 常见的三维表面测量设备及其性能指标：介绍常见的三维表面测量设备，包括光学谷仪、激光扫描仪、电子显微镜等，分析其测量性能指标，比较不同设备的测量性能。
3. 基于三维表面测量技术的应用：介绍三维表面测量技术在工业、机械制造等领域的应用，分析不同应用场景下所需的测量方法和测量设备，并比较各种测量方法的优劣。
三、研究方法和技术路线1. 文献综述：收集国内外三维表面测量技术的研究现状和发展趋势，分析不同测量方法和测量设备的优缺点及其适用范围。
2. 测量方法研究：对光学、激光、机械等不同的测量方法进行研究，分析其测量原理、测量精度、测量误差等性能指标。
3. 测量设备性能研究：对常见的三维表面测量设备进行性能分析，比较不同设备的测量性能和适用范围。
4. 应用场景研究：分析三维表面测量技术在不同应用场景的使用情况，比较不同测量方法的优劣，并探讨如何选择最优的测量方案。
四、预期成果1. 对三维表面测量技术的研究现状和发展趋势进行了深入的分析和探讨。
研磨表面微观形貌的三维检测及Areal表征
Ｓｑ＝
（５）
式中：肘、Ⅳ为在采样区域内戈向和Ｙ向的离散采样点数； ｚ（ｘ，，，）为表面的偏离高度（下同）。
（２）表面高度分布的偏斜度Ｓ“指表面偏差相对于基
准表面的对称性的度量，表达式如下：
Ｎ
肘
ｓ止２志， ；；文铂乃）
（６）
若表面高度对称分布，则偏斜度为零，否则，如果表面的 分布在低于基准面的一边有大的“尖峰”，则Ｓ硅＜０；相反，表
万方数据
好，故使用空间参数表征效果并不明显。考虑到与传统检测
方法的衔接，在此选取表面三个主要幅度参数及三个功能参
数对研磨表明进行表征，另外由于表面的均方根斜率Ｓｄｑ是
目前国内外三维测馈和表征中使用最普遍的参数，其表征效
果得到了广泛认可．故也选其作为研磨表蕊 （１）表面的均方根偏差曲：这是一个统计幅度参数，定义
扫描探针显微镜（ＳＰＭ）是最重要的纳米微粒粒径和表 面形貌检测仪器，原子力显微镜（ＡＦＭ）是ＳＰＭ中的重要一 员旧１。原子力显微镜可使测量精度达到纳米级，可在真空、 大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在水和其它 溶液中，不需要特别的制样技术，并且探测过程对样品几乎 无损伤，因而近来应用越来越广泛，是测量表面粗糙度和观 察表面三维形貌的理想仪器。
（２）
定义ｚ为三维离散采样数据，Ｗ。，为高斯评定基准面∞１，则
”；Ｊ＝∑∑：ｉ－ｔｄ－ｉｇ¨ＡｘＡｙ
（３）
其中：ｉ＝Ｍ，…，ＬＸ—Ｍ；ｊ＝Ｎ，…，￡ｌ，一Ⅳ；腑，ＬＹ分别为数据 采样点数；
ｇｋ，ｔ＝：２＾１ｚｅｘｐ【－－，．ｆｆ（蓑）２一丌（卷）２】；（４）
高斯滤波为零相移滤波，时频窗面积最小，是一种理想 的通用滤波方法。 ３．３研磨表面的三维形貌Ａｒｅａｌ表征参数选取
高反射率金属表面的三维测量方法研究
高反射率金属表面的三维测量方法探究摘要：高反射率金属表面三维测量是一项重要的技术探究。
本文提出了一种基于相移技术和激光测距原理的三维高反射率金属表面测量方法。
该方法起首接受相移技术得到高反射率金属表面的初步相位信息，然后利用激光测距原理对反射光的时延进行测量，进一步得到高反射率金属表面的三维形貌图。
为了验证该方法的可靠性和精确性，我们进行了试验验证。
试验结果表明，利用该方法可以成功地测量高反射率金属表面的三维形貌特征，同时具有高精度和高可靠性，呈现了良好的应用前景。
关键词：高反射率金属表面；三维测量；相移技术；激光测距；可靠性；精确性一、简介高反射率金属表面是目前工业生产和科学探究中极为重要的材料，其表面形貌的精度和质量直接影响到工业产品的质量和性能。
因此，高反射率金属表面的三维测量技术一直是工程技术和科学探究领域的热点问题之一。
目前，主流的高反射率金属表面三维测量技术包括接触扫描式测量技术、非接触式测量技术等。
然而，这些技术都存在一定的局限性，比如接触式测量技术容易毁伤被测物体，非接触式测量技术对测量范围和精度有限制等等。
因此，本文提出了一种基于相移技术和激光测距原理的三维高反射率金属表面测量方法，旨在解决高反射率金属表面三维测量技术困难的问题。
二、测量方法本文所提出的方法主要基于相移技术和激光测距原理，相位测量的理论基础为FFT三步法。
详尽步骤如下：1. 接受激光照耀被测物体表面，并利用相机记录反射光图像；2. 利用相移技术计算出反射信号的相位信息，从而得到被测物体表面的初步表面形貌图。
3. 利用激光测距原理对反射的光进行时延测量，从而得到被测物体表面的三维形貌图。
通过以上步骤的实施，我们成功地测量了高反射率金属表面的三维形貌特征，验证了本文所提出的方法具有高可靠性和精确性。
三、试验验证为了验证本文所提出方法的可靠性和精确性，我们进行了试验验证。
试验接受了一款高反射率金属板作为试验样品。
利用上述方法对该试验样品进行了三维测量，并与传统的接触式测量方法进行了对比。
三维形貌测量及显示技术研究的开题报告
三维形貌测量及显示技术研究的开题报告题目：三维形貌测量及显示技术研究一、选题背景随着人类科技的不断发展，三维形貌测量及显示技术的应用越来越广泛。
例如，在机械制造、医学、电子工程、建筑工程、仿真等领域，三维测量及显示技术已经成为不可或缺的重要工具。
三维形貌测量及显示技术的研究是实现数字化制造和数字化设计的基础，对于提高产品设计和制造的精度、效率和可靠性都具有重要的意义。
二、研究内容本次研究主要围绕三维形貌测量及显示技术展开，旨在研究三维形貌测量及显示技术的原理、算法及应用。
三、研究目的1.掌握三维形貌测量及显示技术的基本原理和算法。
2.研究三维形貌测量及显示技术在各领域的应用，并探讨其优缺点。
3.尝试探索新的三维测量及显示技术，提高三维形貌测量及显示技术的准确度和稳定性。
四、研究方法本次研究所采用的研究方法主要包括实验法、文献法、数据采集和分析法等。
通过对三维形貌测量及显示技术相关文献的分析和实验室的实验验证，对三维形貌测量及显示技术进行深入探究。
五、预期成果1.提供一份关于三维形貌测量及显示技术的完整研究报告，包括基本原理、算法、应用及优缺点等方面的内容。
2.提出新的三维测量及显示技术，为相关领域的研究提供新的思路和方向。
3.为推进数字化制造和数字化设计提供有力的支持。
六、研究时间安排本次研究计划在一年内完成。
七、研究所需经费本次研究所需经费大约为10万元。
其中包括实验材料费、文献费和人员费用等。
八、研究团队本次研究团队为5名研究员，其中包括3名硕士研究生和2名博士研究生。
研究团队将充分发挥各自的优势，共同完成研究任务。
使用全息测量仪进行三维表面形貌测量方法
使用全息测量仪进行三维表面形貌测量方法近年来，全息测量仪作为一种新兴的三维表面形貌测量方法，受到了广泛关注和应用。
全息测量仪能够以非接触、快速、精确的方式获取物体的表面形貌信息，为各个领域的研究和应用提供了强有力的工具支持。
本文将重点阐述全息测量仪的工作原理、测量方法以及在不同领域的应用。
全息测量仪的工作原理是基于光学全息的原理。
光学全息是指通过记录光的相位和振幅信息，使得在光学全息记录介质上的记录波前能够重构出被记录物体波前的一种技术。
全息测量仪利用光波经过物体时的衍射现象，通过记录光波的相位信息来获取物体的表面形貌。
全息测量仪通常由光源、物体平台、相机以及数据处理系统组成。
在全息测量中，首先需要选取适当的光源。
常见的光源包括激光光源和白光源。
激光光源的特点是具有高亮度、高一致性和高方向性，能够提供稳定的光源，适合进行高精度的测量。
白光源由于具有连续的波长分布，能够提供更丰富的信息，适用于获取物体的颜色和纹理等表面特征。
在全息测量中，物体平台承载待测物体，并保持物体的稳定。
物体平台通常具有微调功能，能够实现物体在不同方向上的旋转和平移，以便于全面测量物体的表面形貌。
相机是全息测量的重要组成部分，用于记录光波的相位信息。
常见的相机有CCD相机和CMOS相机，它们具有高灵敏度、高分辨率的特点，能够满足全息测量的要求。
要进行全息测量，首先需要进行全息干涉记录。
全息干涉记录是指将待测物体和参考光束进行干涉，记录光波的相位信息。
在全息测量仪中，干涉记录的方式通常有直接记录和间接记录两种。
直接记录是指通过将参考光束和物体光束同时照射到感光介质上进行记录；间接记录是指先记录物体光束的干涉图像，然后再通过参考光束进行重构。
不论是直接记录还是间接记录，都需要一系列的光学元件来引导和调整光路，以获得所需的干涉图像。
得到干涉图像后，需要通过数码图像处理技术对图像进行处理和分析，以获取物体的表面形貌信息。
数码图像处理技术主要包括图像采集、预处理、相位重构和形貌提取。
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模型，编制出合理的软件，计算出零件表面的三维参数．最后给出实验结果和分析，并提出下一步研
究工作的设想．
关键词：三维形貌；形貌测量；三维评定
中图分类号：ＴＧ５０２．３３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７—２６８３（２００９）０１—００４３—０４
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ
３Ｄ参数目前仍处于研究探讨阶段，尚未有正式 的国家或国际标准，但已经大量出现在论文文献中．
工程表面的３Ｄ形貌是复杂的，每个参数仅能 描述形貌的一个方面．按不同的表征特性将参数分 为四类，分别是：幅度参数、综合空间参数、空间参数 和功能参数，考虑到“参数爆炸”的原因，共给出了 １５个评定参数．３Ｄ形貌的表征参数均用“Ｓ” 表示‘４。．
２ 测量过程
整个测量过程由相移、采样、相位提取及数据处 理等部分组成，测量过程如图２所示．
１ｌ；毳圃器样璺一—Ｉ曩医垃龋：｜Ｉ ｌｌ
毳Ｌ呷 ＝］一ｉ； 貌匕＝一； 还ｒ—』土上．＿—］ｉ
二二二二菌二］ 原
ｌ提取粗糙度信息ｌ ｉ
图２测量过程示意图
２．１采样 实验采用线性连续式相移，其相位值的解算方
法是根据正弦函数的性质设计的．由于ＣＣＤ面阵探 测器所探测到的光强值不可避免地存在误差；在等
图５ Ｒａ－－０．０１２ ５ ｐａｎ表面基准面
图６ Ｒａ＝０．０１２ ５ ｉｔｍ粗糙度表面
图７表面三维形貌测量及其评定系统软件界面
实验对最主要的幅度参数和空间参数计行了计 算．以往对表面的评定仅限于二维参数，以下参数的 评定都是三维参数，三维参数尚未有正式的国家或
国际标准．二维参数与三维参数只有Ｓ。和尺ａ具有
ｚ（菇，Ｙ）－－－－７．１ ｘ，ｙ）＋ｚ２（算，Ｙ） 其中：ｚｌ（菇，ｙ）＝叩’（名，Ｙ）＋叼”ｘ，Ｙ）＋ｆ（ｚ，Ｙ）；ｚ２（石， Ｙ）＝叩（茗，Ｙ）．叼（菇，Ｙ），，７’（髫，Ｙ），叩”（茗，ｙ），ｆ（茹，Ｙ） 分别表示表面粗糙度、波度、形状误差和多尺度成 分；把低于分界频率‰的信号部分（即是评定基准 面）滤除掉，剩余部分的信号就是三维表面的粗糙 度信息，也是评定表面三维形貌的重要信息． ２．４参数评定
［２］李成贯，李行善．三维表面微观形貌的测量方法［Ｊ］．宇航计 测技术．２０００，２０（４）：２一１０．
［３］李杰，丁宜浩．一种改进的小波阚值消噪方法［Ｊ］．广西工学 院学报．２００６，２２（３）：１５７—１６０．
［４］李成贵，董申．三维表面微观形貌的表征参数和方法［Ｊ］．宇 航计测技术，１９９９，１９（６）：３３—４３．
集卡采集速影压电陶瓷振动频率．
实验的压电陶瓷振动频率设计为０．５ Ｈｚ，而图
像采集卡的采集速率为１２ ＩＩ妒ｓ，故采样频率
为２４帧／ｓ． ２．２形貌还原
干涉场中的光强分布可表示为 ，（菇，，，，ｔ）＝，ｌ（戈，Ｙ）＋，２（戈，Ｙ）＋
２、／Ｉ，（菇，ｙ），２（算，Ｙ）ｃｏｓ［妒（戈，Ｙ）＋６（ｔ）］ 对Ｐ个周期的测量数据进行处理，利用被检表 面相位恢复表面形貌的数学模型为
峰顶密度｜ｓ山、表面的结构形状比率｜ｓ。表面的纹理 方向５。。和纹理方向指数Ｓ。ｍ；功能参数包括：表面支
承指数５扑中心液体滞留指数｜ｓ。ｉ和谷区液体滞留指 数Ｓ耐．
５ｈ＝壹仁［／（互，ｙ）ｐ（ｚ）如ｄｙ一
３ 实验结果分析
—１忑∑∑ｚ４（ｘ；，乃）ＭＮＳ：角刍 ¨力７
高斯表面的峭度为３，形貌高度分布集中在中 心的表面Ｓｈ＞３，而一个分散的高度分布表面其Ｓｈ
４结语
采用干涉条纹扫描测量技术测量表面三维形 貌，方法易于实现，数据处理简单快捷，测量精确度 高，是一种具有先进性和实用性的方法．
３Ｄ参数目前仍处于研究探讨阶段，三维表面的 参数评定是一种探索性的研究，对一个表面进行全 面的３Ｄ参数评定以及尝试，建立一种标准是今后
的重点研究方向．
参考文献：
［１】 杨国光．近代光学测试技术［Ｍ］．杭州：下列出尺ａ＝０．０１２５斗ｍ和Ｒａ＝０．０２５斗ｍ两
个标准样块的测量结果，数据如表１所示．
表１ Ｒａ＝Ｏ．０１２５ｐｍ和Ｒａ＝Ｏ．０２５ｔｅｎ幅度参数和空间参数
从表格数据可知尺ａ＝Ｏ．０１２，幅度５“ｍ，表面测 得Ｓ口＝０．０１４ １斗ｍ，Ｒａ＝０．０２５斗ｍ，表面测得Ｓ口＝ ０．０２６ ３斗ｍ，由此看来，测量具有一定的精确度和可 靠性．
（编辑：付长缨）
万方数据
表面三维形貌测量及其评定的研究
作者： 作者单位： 刊名：
摘要：对表面三维形貌测量技术展开了较为全面的研究，测量过程由相移，采样，相位提取
及数据处理等部分组成．整个测量系统采用激光为干涉光源，ＣＣＤ为图像传感器，压电陶瓷提供微
小位移，通过图像采集卡将干涉条纹采集到计算机内存．文中采用上述理论对标准样块进行了测
量，计算机得到表面三维形貌图，根据建立的基准面分离出粗糙度信息，并由给出的参数评定数学
其中，
小Ｐ（，戈Ｙ，薯）Ｉ＝＝【Ｉ（ｌ掣掣）ｌ２＋
。ｙ＝ｙｉ
。、
Ｖ一
７
（掣）２ Ｈ…ｔ
２）表面算术平均顶点曲率Ｊｓ。为
ｓ。＝一上２¨／＇／＂ｉ＝１【≮笋＋
壁（兰：吐１ Ｉ
以２ Ｊ Ｉ缸一唧一·ｍＩｌｌⅡｉｔ 式中：ｒｔ为顶点的数目．Ｓ。对顶点的定义和采样间 隔的变化都是敏感的．
图３干涉条纹采集系统
干涉条纹在参考镜的振动下作周期性的振动， 对Ｐ个周期的干涉条纹图像进行采集并保存到计算 机中．
ＺＨＵ Ｊｉａｎｏｕｎ， ＺＨＯＮＧ Ｙｕａｎ，ＬＩＵ Ｂｏ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅ∞ｕｍ－ｃ∞ｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００４０，Ｃｈｉｎａ）
万方数据
哈尔滨理工大学学报
第１４卷
路，如图１所示．
图１测量原理图
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 上的多幅干涉图旧ｏ．
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【Ｉ】．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
３）表面高度分布的偏斜度５娃为
＆＝ｉ一。ｆ．一。夕（菇，ｙ）ｐ（ｚ）一面曷砉耋夕（钆乃）
表面高度对称分布，则偏斜度为零．若表面的分 布在低于基准面的一边有大的“尖峰”，Ｓ．。＜０；相 反，表面分布在基准面之上有大的“尖峰”，Ｓ庙＞０．
４）表面高度分度的峭度５ｈ为
３）表面的展开界面面积比率为Ｊｓ山，理论上，界 面元素的面积为
ｄＡ＝√·＋（掣）２＋（亟笋）２ｄｘｄ，，
表面总的展开界面面积为
Ａ＝髓姒
那么，展开的界面面积比率由下式给出：
Ｓｄｒ＝－％％掣≈业ｘ（１０ ％Ｍ 一 １ ）（ Ｎ 一 １ ） ＡｘＡｙ
由于篇幅限制其他参数不再列举公式，以下给
出它们的定义和表示符号．幅度参数包括：表面的展
开界面面积比率ｓ¨最速衰减自相关长度５小表面
＜３．
综合参数计算公式如下： １）表面的均方根斜率Ｓ曲为 Ｓ知表示采样区域内表面斜率的ＲＭＳ值．
ｓ蛔＝Ｊ苗∞ｋｙ、缸曲
实验对尺ａ＝Ｏ．０１２ ５斗ｍ，月ａ＝０．０２５¨ｍ和Ｒａ＝ ０．０５斗ｍ的平磨标准样块分别进行了测量；以下给 出尺ａ＝０．０１２ ５¨．Ｉｎ的测量结果．
测量系统的图像采集软件如图３所示．
ｎ‘Ｐ
∑，（石，Ｙ，ｌｉ）ｓｉｎ２ｋｌｉ
ｔａｎ一爿————一 ．
ｚ（ｘ，），）＝面“１‘
∑如，Ｙ，ｌｉ）ｃｏｓ２ｋｌｉ
式中：ｋ＝２∥Ａ；Ｚ＝Ａ／２ｎ；ｎ为一周期内采样点数，Ａ
为光源波长． ２．３基准面的建立
用ｚ（ｘ，Ｙ）表示三维表面轮廓，＝。（茗，Ｙ）表示评 定基准，龟ｘ，Ｙ）表示表面粗糙度，用加。表示表面 粗糙度与评定基准的分界频率＂Ｊ，有
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ａｌｌ－ｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｕｉ＇ｆａｃｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｉｎｇ，ｓａｍｐｌｅ ｔａｋｉｎｇ，ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｏｆ ｐｈａｓｅ，ｄａｔａ
ｔｅｒｓ ｆｏｒ ｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ．鼬ｗｅｌｌ躯ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｗａｇ ｃｏｎｃｅｉｖｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：３－Ｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ；３－Ｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
第１４卷第１期 ２００９年２月
哈尔滨理工大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
ＶｏＬ １４ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２００９
表面三维形貌测量及其评定的研究
朱健军， 钟 渊， 刘 泊
（哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院，黑龙江哈尔滨１５００４０）
间距满周期采样情况下，相位计算的误差最小，也就 是具有最强的抗噪声能力．故干涉显微镜采集干涉 条纹需要连续等间隔采集，并自动保存到计算机中． 为了进一步降低噪声，提高测量精确度，可对多个周 期进行采样做累加平均计算．