表面微觀結構二維測量和三維測量的應用分析
加入技術交流群
與表面微觀結構三維測量相對應的評定參數
表面微觀構造的二維評定參數，其實也同樣適用於利用鐳射造型技術加工出的表面。因為雖然兩者的工藝過程不同，但配合面需符合的要求、即應該實現的工藝性能是完全一樣的。然而，若再采用二維測量的方法來檢驗經鐳射造型後形成的表面就會出現很大的誤差，為了更確切地驗證此時工件表面的微觀構造是否符合所要求的工藝性能，必須采用“三維評價”做法，并建立了相應的評定參數和檢測方法。
事實上，除個別參數外，三維評定參數都是建立在二維評定參數的基礎上的，且均可以一一對應。當然，就現今已應用於實際也即已創建的參數的數量來看，3D參數要少的多，但已能覆蓋包括上述表面重要工藝性能的全部涉及項目。以下是一個對照表，列出了部分常用的評定參數。
表1 二維（2D）和三維（3D）評定參數對照表 
另一個常用的二維評定參數RZ往往被稱為十點高度，其含義是在經濾波後的輪廓評定長度內，5個最高的輪廓峰高值和5個最低的輪廓谷深值的絕對高度的平均值。RZ可以用下式表達：
而對應的3D評定參數的表述形式為：
在眾多3D評定參數中，Ssc是極個別的無法與2D參數相對應、且具有獨特內涵的一項評定參數，被稱為波峰曲率算術平均值，其含義為：在被測表面輪廓范圍內，被測得的眾多波峰最大曲率的平均值。借助Ssc，就能較全面的了解該工件表面波峰、凸起的大致情況，是呈渾圓狀還是比較尖銳，這對弄清和更全面地了解配合狀況有很大的意義。Ssc的單位是1/μm，也就是曲率的單位，其數學表達式為：
對於表面微觀結構的二維測量，無論采樣、數據處理和評價都是基於工件被檢表面的某個法向截面。而三維測量則完全不同，它的測量對象并非工件表面上的一個截面，而是某個區域。此時，如果仍采用傳統的觸針式檢測方法，就必須逐個在m個平行的法向面上進行測量，最終根據這m個二維測量的采樣結果來做數據處理和評價，以反映出被測區域的表面微觀特徵。m一般大於100。可以采用與進行2D參數檢測時完全相同的粗糙度儀實現3D參數檢測，只是必須增添能提供新的二項功能的相關硬體、軟件：精密微動工作臺和3D數據處理軟件。實際測量過程如下：
·如前所述，大頭孔的造型面乃是圓周上的四塊，故實施檢測時需分別進行，再統一分析，這就得裝夾、調整4次才能完成一個工件的測量。
·測頭是沿著圓周方向移動的，每完成一次類似於2D的粗糙度測量後，工作臺的伺服電機就會帶動工件平移一個微小距離e，然後再進行下一次測量。
·對大頭孔上每一塊造型面的測量，并不是覆蓋其整個面積，而只是截取其中一部分，如一種取法是2mm×0.5mm，圓周方向為2mm。
·具體的儀器設置為：取樣長度Lc0.25mm，測量速度0.5mm/s，X方向和Y方向的采樣密度 2.5μm×2.5μm，X方向是儀器測頭沿圓周測量時的走向，2.5μm是采樣密度；Y方向是工作臺每次微動距離，也即每相隔2.5μm將測一次；Y方向的長度是0.5mm，因此完成對整個截取面的檢測需要測量201次（條）。
由於配備了三維測量軟件，因此在對所采集數據進行處理的基礎上，就能按照產品（圖紙）技術要求中規定的評定參數，對被測工件的鐳射造型表面做出評價，主要的評定指標的設置有這樣二種：
·沿襲前面介紹的用於珩磨後表面工藝性能評價時所采用的2個二維評定參數Ra和Rpc，只需換成Sa和Spc，這在表1上都是在列的。
·同樣也可評價工件造型表面的工藝性能，但所采用的三維評定參數為Sa和Ssc，它們的含義在前一節已作了詳細說明。事實上，選擇Sa和Ssc顯然能更確切地反映出對連桿大頭孔內壁微觀結構的要求。
當選擇所列的設置值對連桿鐳射造型表面進行檢測時，采用的評定參數事實上就是Sa和Ssc這兩項，且明確規定了只有當符合：Sa≥0.18μm，Ssc≤0.052 1/μm時，才算合格，即能滿足相應的工藝性能的要求。
上述建立在傳統測量原理基礎上的表面形貌三維檢測方法存在的先天不足，主要表現在：
·效率太低。以上面描述的對連桿大頭孔鐳射造型面的測量過程為例，即使只測其某一塊（約10×12mm2）中的一個區域，耗時也要近40分鐘，若考慮到輔助時間，完成該工件全部檢查任務需時甚至會達三個小時。
·檢測質量較差。鑒於以下一些原因，決定了利用傳統方式進行三維測量難以得到理想的結果：
-區域面積掃描時由多次單一線掃描拼合而成，線掃描之間的表面形貌資訊丟失。
-觸針式探頭的尺寸導致了在測量維納米結構和陡峭變化表面時容易出錯。(end)
評論