Digital Metrology教程：理解表面纹理的3个步骤

理解表面纹理的3个步骤

在表面测量中一个常见的问题是：如果我有一个表面光洁度规格，我该从哪里开始?或者说，我对表面测量这个领域还是个新手，我需要知道什么? 考虑到这一点，本教程将帮助您达到表面测量的高点(没有双关语的意思)。

测量表面

表面由许多形状组成。我们把长波的形状称为波状，把短波长的形状称为粗糙度。表面的测量包括产生数字来描述这些形状。

一般而言，表面纹理一词指的是原始剖面、粗糙度、波纹度等表面属性，如表面特征的方向(也称为表面的铺层)。术语表面光洁度通常指的是表面的粗糙度方面，忽略了形状和潜在的波纹。当只处理表面光洁度时要小心，因为许多功能问题也与波纹度有关。

这幅画很漂亮，但是我们怎么做呢?

表面测量可以通过三个基本主题来理解:

去除
过滤
分析

我只剩下45秒了，我们现在开始……

1.去除

处理表面光洁度或表面纹理的第一步是去除底层形状。在许多情况下，被测表面相对于测量装置是倾斜的。在其他情况下，表面可能名义上是弯曲的。在这两种情况下，都必须删除底层几何图形。这涉及到拟合几何参考，如直线或圆弧，然后查看参考几何上下的摆动(残差)。

来自探测器的原始数据显示在顶部(灰色)剖面中。叠加在原始数据上的是一条最小二乘直线。在这种情况下，最小二乘线是用来消除倾斜的剖面。残差(行上和行下)组成蓝色(主)剖面。

注意:有时使用一个小的滤波器来从主剖面中去除噪声。这个滤波器叫做“短波长滤波器”，不过这是另一个话题了。

2. 过滤

一旦几何图形被删除，我们需要分离波纹和粗糙度。这是表面测量最关键的方面，但它可能是最不为人所知的。

滤波表面剖面包括对原始数据进行平滑滤波。平滑量是基于滤波器截止波长。截止波长是区分粗糙度和波纹度的波长。较短的波长进入粗糙度剖面，较长的波长出现在波状剖面。

ASME和ISO标准推荐使用高斯滤波器。高斯滤波器的基础是通过高斯，加权平均通过初级剖面，导致波形。粗糙度剖面由波状剖面上下的所有峰谷(残差)组成。

改变滤波器截止值(改变平均和平滑的量)会对粗糙度和波纹度的测量产生巨大的影响。选择一个更小的截止值将导致更小的粗糙度值，即使实际表面可能非常粗糙。滤波器截止提供了我称之为粗糙度的方法。

下图显示了具有两个不同滤波器截止点的同一表面。左下角的粗糙度剖面给出了右下角剖面平均粗糙度(Ra)的两倍。

ASME B46.1-2002和ISO 4288-1996中有一个“标准”截止值表(以及选择建议)。该信息也在OmniSurf的帮助系统中提供。

3. 分析

好吧，我知道。这远远超过60秒。但是有很多好东西可以谈。

一旦我们把物体分成粗糙度和波纹度，我们需要用数字来描述它们。毕竟，图片很棒，但工程师们喜欢数字。最简单的参数是给定剖面的总高度。这是剖面的峰谷高度。对于主剖面，总峰谷高度指定为:Pt。波纹度为Wt，粗糙度为Rt。(第一个字母总是表示剖面。)

但老话说得好，一分钱一分货。由于Pt、Rt等参数受污垢、振动等非地表正常统计量的影响，常处于不稳定状态。另一方面，峰谷波度(Wt)要稳定得多，因为它只基于长波长，而且污垢等效应被消除了。

对于粗糙度参数，提出了数百个参数。我们不会在这里全部讨论，因为毕竟我们已经超过了60秒。

最常见的粗糙度参数是平均粗糙度Ra。许多年前，这个参数被称为算术平均(AA)或中心线平均(CLA)。今天，我们将它命名为Ra，以与其他所有参数保持一致。

平均粗糙度(Ra)报告了表面与平均线之间的平均距离，观察剖面的所有点。

例如，如果一个表面的高度和深度如下，它的Ra值为3.33(以高度为单位，例如微米或微米):

由于平均粗糙度(Ra)仅仅是到平均线的“平均距离”，所以峰和谷的处理方法是相同的。所以几个剖面都可以有相同的Ra值:

在受欢迎程度方面，仅次于Ra的是“平均峰谷粗糙度”或“10点粗糙度”，指定为Rz。Rz根据您使用的标准有不同的定义。然而，有两个基本的定义:一个在德语(DIN)标准中使用(在今天的ASME和ISO标准中使用)，另一个在日语(JIS)标准中使用(在旧的ASME和ISO标准中使用)。可以说，DIN方法在每个采样长度上使用一个峰和一个谷，而JIS方法在每个采样长度上使用5个峰和5个谷。因此，DIN值总是等于或高于JIS值。确保您知道您正在使用的是哪一个!

还有很多要谈的。这就是为什么Digital Metrology提供现场培训表面纹理规格，测量和分析。