工程科学与技术，国际期刊21（2018）302完整文章共焦显微镜在面向功能的粗糙度参数测量中的应用K. Klauera，b，M.Eiflera，J.西威格湾Kirschb，J.C.奥里希ba位于Gottlieb-Daimler Str.的德国凯瑟堡理工大学测量和传感器技术研究所，67663 Kaiserkirstern，德国b/Gottlieb-Daimler Str.，67663 Kaiserkirstern，德国阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2018年2018年4月9日修订2018年4月9日接受2018年4月25日在线提供保留字：功能表面表征光学计量地形测量粗糙度A B S T R A C T光学测量仪器广泛用于表面形貌的功能表征然而，由于表面与入射光的相互作用，会发生影响测量的形貌高度值和获得的表面纹理参数的效应。因此，我们描述了一个系统的调查的光学表面形貌测量的影响，对获取面向功能的粗糙度参数。用共聚焦显微镜和触针式仪器测量了不同气缸套的相同评价区域，这些气缸套代表了面向功能的粗糙度参数的典型应用。对标准ISO 13565-2、ISO 13565-3和ISO 25178-2中给出的功能性表面纹理参数进行了两种测量方法的评价并进行了比较。描述了特定表面特征的透射率，并对不同测量方法获得的表面形貌与其产生的功能粗糙度参数进行了相关性分析。©2018 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍ISO 4287、ISO 13565-2、ISO 13565-3和ISO 25178-2中定义了多种参数用于评价轮廓和面积表面纹理。最常见的是，振幅参数，如Ra，Rq，Sa或Sq应用于工业环境。然而，对于许多需要表面纹理的功能特性的应用，这些参数是不够的。例如，当需要圆脊或锐脊表面纹理的表征时，基于振幅的参数是不合适的[1]。基于这一缺点，对于具有分层功能特性的表面，在标准ISO 13565[2，3]中引入了用于轮廓测量的新参数。随着区域表面纹理特征化的重要性日益增加（参见[4]），ISO25178-2 [5]标准中也引入了等效区域参数然而，利用光学表面形貌测量，会发生不同的物理效应，这些物理效应仍然是区域计量学中当前研究的主题（参见例如[6，7]）。因此，我们的目标是对这种关系*通讯作者：德国凯泽斯登工业大学制造技术和生产系统研究所，Gottlieb-DaimlerStr.，67663 Kaiserkirstern，Germany.电子邮件地址：katja. mv.uni-kl.de（K. Klauer）。由Karabuk大学负责进行同行审查在分层功能表面的光学计量中发生的效应与对面向功能的粗糙度参数产生的影响这是通过比较气缸套的触觉和光学测量的参数结果来检验的在第3节描述实验设置之前，第2节概述了功能粗糙度参数的最新技术水平。研究结果在第4节中给出，然后得出关于面向功能的粗糙度参数在光学计量中的应用的在第5节。2. 现有技术针对基于振幅的表面纹理参数用于功能表面表征的不足，引入了ISO 13565-2 [2]的参数Rk、Rpk、Rvk、Mr 1、Mr 2; ISO 13565-3 [3]的参数Rpq、Rmq、Rvq;功能参数通常用于评估例如平台珩磨表面，因此提供了一种工具，用于评估与圆脊和锐脊表面的高度相关材料比（例如保油量）相关的特性[1]。已经检查了功能参数的不同应用和变化：Pawlus等人[8]总结了功能表面纹理参数的历史背景，https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.04.0042215-0986/©2018 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchK. Klauer等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）302-313303命名法名词定义面积互相关函数DS差分函数偏差百分比M在x方向上的离散点的数量Mr1界定芯区域1的上材料比Mr2界定芯区域2的下材料比N在y方向P轮廓粗糙度参数r相关系数Ra算术平均偏差Rk核心粗糙度深度Rmq高原与山谷交汇处Rpk降低峰高Rpq平台均方根粗糙度均方根粗糙度Rvk降低谷深Rvq谷均方根粗糙度Rz平均峰谷轮廓粗糙度s实验标准偏差Sa算术平均身高Sk核心高度Smq高原与山谷交叉处的材料比Smr 1 界定核心区域1的材料比上限Smr 2界定核心区域2的材料比下限Spk降低峰高均方根高度Svk降低的谷高Svq戴尔均方根偏差ux方向索引vy方向索引Z测量地形数据集z测量的地形高度值旋转角度k滤波器截止波长采用四次连续珩磨工艺制造气缸套。根据截断模型[8]表征生产结果。珩磨工艺的其他研究得出结论，根据ISO 13565-3的粗糙度参数除所述功能参数外，还引入了Abbott-curve的基于体积的分析，Franco和Sinatora将其描述为与Spk和Svk应用相比评价峰和谷特性的有利方式[10]。另外，在最近的研究中，Arantes等人研究了功能参数以及基于特征和基于体积的参数，并得出结论，后者也为气缸套珩磨工艺的表征提供了合适的替代方案[11]。本研究包括功能表面形貌的触觉和光学评估[11]。人工神经网络（ANN）可用于制造参数的表征[12]和制造方法的分类[13]。Feng等人[14]建议基于ISO 13565参数将神经网络应用于气缸套珩磨过程的表征。他们开发了一种珩磨工艺的经验模型，并能够根据ISO 13565基于制造工艺的特征预测粗糙度参数[14]。该领域的其他研究表明，可以通过灰度图像和人工神经网络实现Abbott曲线参数的可预测性[15]。他们指出，Abbott曲线也可以基于灰度图像计算，并且所得参数与地形值高度相关[15]。Puente Leon[16]介绍了另一种基于图像的评估分析方法，例如可用于评估凹槽参数。3. 实验装置这些实验研究的目的是识别当使用光学形貌测量仪器测量面向功能的粗糙度参数时的挑战，特别是使用共聚焦显微镜测量珩磨表面定性地研究了入射光与被测表面相互作用引起的效应，表1触针式仪器和共焦显微镜参数参数参数值探针式仪器尖端半径5m m扫描臂长度90.25 mm扫描速度0.5 mm/s采样距离0.5m m触针力1.0 mN共聚焦显微镜放大20倍数值孔径0.45采样距离1.56m m粗糙度轮廓的可见变化以及标准化粗糙度参数的定量变化。面向功能的粗糙度参数通常使用触针式仪器测量。在本研究中，共焦显微镜测量的形貌数据集与从同一表面获得的数据集与参考触针仪器进行了比较。3.1. 选择的测量仪器和参数使用Hommel-Etamic Nanoscan 8551作为触针仪器。另外，选择具有物镜类型Olympus MPlan FL/N1的共焦显微镜Nanofocus1 surf1两种测量仪器的参数见表1。3.2. 选定曲面选取了六种不同的气缸套作为试样。其中三个所有气缸套都是通过珩磨工艺制造的之所以选择它们作为本研究的样本，是因为珩磨气缸套是面向功能的粗糙度参数的最典型应用之一（参见[9，14，17]）。虽然来自OEM的样品的表面看起来不规则，但来自汽车供应商的样品在其表面处表现出主要的胶合结构这些独特的山谷出现了，对特定制造商的排名仅出于完整性的考虑，并不一定意味着对指定公司的认可，也不一定意味着产品就该目的而言是最好的304K Klauer等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）302原始设备制造商的样品具有典型的槽纹特征，而汽车供应商的样品具有由珩磨工艺引起的典型槽纹特征。图1示出了来自OEM（样品组A）和OEM（样品组B）的样品的表面形貌。汽车供应商（样本组B）。3.3. 实验策略运用“实验设计”的基本原理确定实验策略。首先，定义要研究的系统及其输入和输出参数（图2）[18]。所测量的表面是所考虑的系统。它的系统可变输入是表面的类型、最深谷的深度和所使用的测量原理。如前所述，观察到两种类型的表面。它们都有珩磨结构。虽然一半提供了一个非常占主导地位的凹槽结构（样品组B），另一半看起来更不规则，因为珩磨结构不太占主导地位，样品的特征是不规则分布的特征谷（样品组A）。对于每个样品，样品组内最深谷的深度不同，因此每组有三个不同的深度。两种不同的测量原理是触觉测量和光学测量。触觉测量用触针仪器进行，光学测量用使用共聚焦显微镜。非系统性变化的输入是测量过程中的振动或室温变化等干扰为了减少上述干扰的未知影响，在实验室环境中进行为了最大限度地减少测量过程中的振动，两种测量仪器都安装在减振花岗岩板上。所有提到的输入都会影响系统，这些影响会导致输出参数（结果）的变化通过面向功能的粗糙度参数，特别是通过关于ISO13565-2（Rk、Rpk、Rvk、Mr 1和Mr 2）、ISO 13565-3（Rpq、Rmq和Rvq）和ISO 25178-2（Sk、Spk、Svk、Smr 1、Smr 2、Spq、Smq、Svq）的粗糙度参数来定义结果3.4. 测量数据集用两种测量仪器对六个样品进行面积测量，得到十二个3D地形数据集。由于测量了大面积的样品，因此可以对每个单独的轮廓进行标准化评价，并使用区域表面纹理参数评价了一个缝合的3D形貌数据集，该数据集可作为整个表面形貌的统计学可靠描述[4]表面的统计数据并不重要，重要的是不同地形特征的变化传递行为，这是Fig. 1. 用共聚焦显微镜测量所选样品。¼n11122K. Klauer等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）302-313305图二.定义实验系统及其输入和输出参数。描述研究。为了保证两个测量的数据集代表样品表面的相同部分，每个样品被标记为用两个测量仪器定位相同的测量区域。标记物被测量，但不包括在评价区域中（见图10）。 3）。共焦显微镜的视场大小由所使用的测量透镜确定，并且可以通过拼接多个数据集来在这项研究中，共聚焦显微镜的所得表面形貌的宽度被设置为所使用的视场的一个单一宽度。对于所提到的布置，该宽度为0.73mm。在长度方向上，测量的表面形貌的尺寸必须大于5.6 mm，因为根据ISO 13565确定了粗糙度参数，并且应用了截止长度为kc= 0.8 mm的高斯滤波器触针仪器的测量表面形貌可根据需要放大，并设置为大于共焦显微镜的表面形貌，以确保共焦显微镜的评价区域完全包含在触针测量数据集中。利用该方法，可以确保测量和评估非常相同的地形区域。为了从测量的表面形貌图中提取评估区域，用于评估粗糙度参数的PHIES由于通过触觉和光学测量获得的两个形貌数据集可能会旋转，因此需要对齐尽管样本在测量台上定位和对齐，但由于其更高的准确度，测量数据集的额外算法对齐是必要的。基于面积互相关函数进行旋转对准。为了实现可比评价，应用以下程序确定评价区域：根据样品标记（见第3节），从不同数据集中手动选择评价区域一个k-s滤波器被应用于去除仪器特定的噪声，并对形貌进行插值。被绘制到用于相关性计算的相同网格。拓扑结构Z1<$z1<$u;v;u< $1;2;.. . ;M;v¼1; 2;. ;N （ 测 量与的触 控 笔仪 器 ）和Z2¼z2u;v;u¼ 1; 2;.;M;v1; 2;. ;N （以共焦显微镜scope）的相关性和面积互相关函数CCF，该函数描述了当计算两个横向尺寸的偏移时的最大相关性相关系数r与指数u;v被定义为[20]：应用图4中提到的步骤。用于生成XM XNm¼1z：根据测量的轮廓对齐的3D地形数据集，qXMXNz使用根据[19]的评估过程如图所示。 四、m¼1n111Þ ·ð22Þð1Þ图三.测量方案。ru-¼306K。Klauer等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）302见图4。确定粗糙度参数的评估过程。参数Z1和Z2描述相应形貌的平均高度值。由于标准化，相关值是在1和1之间的范围内的每个定义将交叉相关性确定为最大相关系数：CCF<$max<$ru;v];u<$1;2;：;N;v<$1;2;：;N：200通过CCF参数的取值，可以量化两个地形数据集的总体匹配程度。计算各种旋转角α的CCF，并且使用使CCF的值最大化的迭代过程来确定最佳旋转角α，以实现最佳可能对准。参数CCF的绝对最大值被用作当两个测量数据集彼此最佳对齐时两个测量数据集之间的偏差的在通过使用表面的相似提取确定最佳旋转角度之后，原始完整数据集以所提议的角度旋转。基于旋转角α，光学测量数据集以αopt1/4-α= 2的角度旋转，触觉参考数据集以αtact=2旋转，因为剩余评估区域的尺寸通过边界区域的区域中的旋转而减小。将整个旋转细分为两个数据集确保必须包括在两个数据集中的评估区域仅在必要时减小尺寸。在确定旋转角度并对原始完整数据集进行最佳对齐后，将最终评价区域内插到相同的网格中，并从两个数据集中提取（见图4）。由于两种测量仪器在宽度和长度方向上的离散化间隔不同，因此需要进行插值以生成等距光栅。为了保持评估区域的点的均匀数量，生成等距光栅在此插值之后，用于随后评估的每个形貌特征在于x方向上的400个点和y方向上的11，200个点。测量方案和使用的坐标系如图所示。3.第三章。对于所获得的评价区域，对于y方向上的400个轮廓中的每一个，确定根据ISO 25178 -2的面积粗糙度参数4. 结果和讨论数据集预处理后，进行了不同的评价：根据触觉和光学测量数据集计算的粗糙度参数相当，因为它们涉及相同的评价区域。此外，还可以对所获得的地形数据集之间的相关性进行评估。对于所有评价，旋转并因此对齐的数据集是插值、评价区域提取和参数计算的初始点。4.1. 地形相关分析计算预处理和提取数据集的CCF值，并提供两种测量方法结果一致性和可比性的定量测量，作为第一个评价标准。为了获得关于两个测量仪器的测量数据集的相关性的更多信息，还确定了用于y方向上的旋转的3D形貌的所有轮廓的2D相关函数。在这样做时，相关相关系数的计算简化为：XðÞ¼¼¼ðÞ¼¼1阿夫拉迪夫PtK. Klauer等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）302-313307r uvMm¼1z11;v ·2;v;对于v1/4;2;：;N：计算所有大于0的3D-CCF值的评价因此，测量的形貌的一致性可以是q<$XMzu;v-Z<$2zm-Z2ð3Þ评估。当考虑表面形貌特征时，可以观察到具有少量不同特征的表面，例如具有0.640的值的A2Z<$1;v和Z2;v表示第v个剖面的平均值所述2D第v个配置文件的CCF为：CCFv<$max <$rvu];u<$1;2;：：：;N;v<$1;2;：：：;N：14为 了 检 查 相 关 性 ， 确 定 了 每 种 形 貌 的 最 大 CCFv;max 和 最 小 值CCFv;min、平均值CCFv和实验标准差s CCFvCCFv;max; max;max;CCFv;min;min;CCFvforv;1; 2;：;N：ð5Þ另外，如由Song et al.[21]提供了关于两种地形相关性的更多信息。对于这两种测量，对准的形貌z1;alinu;vn;z2;alizu;vzu; u1; 2;... ;M;v¼1; 2;. ;N计算-迟到了差异地形计算为[21]：zdiffu;vdiffz1;aliu;vdiff-z2;aliu;vdiff;u-1; 2;.;M;v¼1; 2;.. . ;N：ð6Þ所有N个差异曲线以及曲线的Rq值的地形Z1 z1u;v;u1;2;.;M; v1; 2;. ;N计算：sXMz2u;vsXMz2u;v和一些非常明显的谷，表现出较高的3D-CCF值。相反，表面B2没有许多明显的谷或工具痕迹，显示出最小的CCF值。B3具有少量的特征性表面特征，并且对于3D-CCF也具有高值。因此，可以得出结论，具有大量不同特征的表面具有较小的3D-CCF。由于CCF是一个敏感的特征，这是预期的，因为只有少数不同的表面结构的出现使得两个表面能够更精确地对准。4.2. 粗糙度参数在评价粗糙度参数之前，过滤预处理的数据集。对于表面粗糙度参数，ISO 25178-2中未规定过滤方法。一种具有k c的区域鲁棒高斯滤波器（ISO 16610 0： 8mm和ks 选择2： 5lm。为了评价来自3D评价区域的每个单个轮廓的轮廓粗糙度参数，使用了根据ISO 13565-1的具有相同k s和k c值的滤波器使用SurfLab（ISO 13565-2和ISO 25178-2）和MountainsMap（ISO 13565-3）计算粗糙度参数每个样本，每个测量的地形数据集确定每个面积粗糙度参数的一个值和每个轮廓参数的400个值。平均值和标准差-Rqdiff 联系我们u¼1差异M;Rq1±1111M;v/1; 2;. ;Nð7Þ不同样品的每个轮廓粗糙度参数的计算共聚焦显微镜的计算结果见表7（附录），触针式仪器的测量结果见表7（附录）差函数通过Rq的平方值的除法获得[21]：Rqv2DS-2000Rq-2000 ;v1; 2;.. . ;N8对于该参数，还确定了每种地形的CCFv的最大DSv;max和最小值DSv;min，以及平均值D<$Sv和实验标准差s<$DSv<$：DSv;max<$$> maximumDSv;DSv;min<$$> minimumDSvforv<$1;2;... ;N9对六种地形进行了所有描述的分析，并得出了面积和剖面相关性的结果，如表2所示。相关性描述了触觉和光学测量数据集之间的一致性。可以观察到样品组A比B具有更均匀的面积参数CCF相关行为。一般来说，当两种测量方法的结果如图1所示进行比较表8（附录）。其中，总结了六个样品的所有轮廓和面粗糙度参数4.3. 轮廓粗糙度参数偏差百分比devper 评价触觉P t和光学P o测量的每个轮廓粗糙度参数的平均值与触觉测量的轮廓粗糙度参数的总值之间的关系：devper ¼Po-Pt·100% ± 10 μ m对于表面粗糙度参数，使用总值计算上述绝对偏差和百分比偏差。随后，触觉和光学测量的结果进行了相互比较，以确定几种测量方法对获取的characteristic地形特征及其对功能粗糙度参数的影响表2相关性分析-结果。参数A1A2A3B1B2B3CCF（3D）0.4520.6400.5390.4980.3400.717CCFv;max（2D）0.7310.7980.8200.6340.7890.849CCFv;min（2D）0.3480.2110.3250.3760.1900.516CC¯Fv（2D）0.5650.5710.5950.5310.3090.702（2D）DSv;max0.0742.4340.1793.1780.1332.6060.0671.8890.1332.0850.0721.105DSv;minD′Sv0.9901.5640.4061.1720.3590.9320.7731.0610.3791.3110.2850.571s v0.2960.6290.4330.2590.3300.146m11;v1·22;v1308K。Klauer等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）302图图5和图6示出了每个轮廓粗糙度参数和样品的百分比偏差，如等式5中所定义。（十）、图5包括样本组A的所有样本，图6包括样本组B的所有样本。检查了所识别的偏差是否与剖面的最大高度相关，从而与表面的振幅相关。计算触针仪器数据集中最低轮廓谷和最高轮廓峰之间的差异。图7以降序示出了最大轮廓高度。除样品B1外，所有其他样品均显示参数Rpq的正偏差。这意味着当用共聚焦显微镜进行测量时，Abbot曲线的平台区域中的最佳拟合直线更陡。共聚焦显微镜观察到一个在样品组A中，当用共聚焦显微镜进行测量时，所有样品的粗糙度参数Rk增加所有样品的核心粗糙度都增加了，这意味着当共聚焦显微镜用作仪器时，测量的轮廓峰和谷之间的高度值的数量具有更大的值。正因为如此，见图7。 最大轮廓高度。假设共焦显微镜没有检测到全部轮廓峰或谷。当检查共聚焦显微镜的表面形貌数据时，样品组B表现出参数Rk和Rpk的增加。这表明在从该测量得到的数据集中存在更大的岩心粗糙度和更多数量或更大的轮廓峰。两种测量方法的数据比较发现，在轮廓谷区，B组样本表现出不同的行为。图五. 轮廓粗糙度参数的百分比偏差（样品组A）。见图6。 轮廓粗糙度参数的百分比偏差（样本组B）。K. Klauer等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）302-313309总之，可以说，在样品组B中，在样品的所有轮廓粗糙度参数的绝对百分比偏差的平均值（见图10）与其最大轮廓高度（见图7）之间的相关性之间存在可观察到的趋势：最大轮廓高度越小，绝对百分比偏差的平均值越高。在样本组A中无法恢复这一趋势。除了轮廓评价，还比较了触觉和光学测量4.4. 面粗糙度参数比较图图8和图9通过比较两种所述测量方法说明了区域粗糙度参数的百分比偏差。同样，偏差与由触针仪器获得的参考值相关，并按照公式（1）中的定义进行计算（十）、每个样本的所有表面粗糙度参数的绝对百分比偏差的平均值大多高于或类似于评价轮廓粗糙度参数时的平均值。图10中的总体比较表明，样品A1-A3和B2的粗糙度参数的百分比偏差较大当考虑区域评价样品B3和B1的剖面和面积评价值相似这种趋势并不意外，因为用于评估参数的滤波器和对齐方法不同。为了评估轮廓粗糙度参数，在过滤和对齐时仅绘制一个区域表面形貌的过滤和对齐基于来自整个3D数据集的信息，因此在比较几种测量方法时具有较高的偏差。然而，通过对与每个样本的所有表面粗糙度参数的绝对百分比偏差的平均值相关的每组样本进行分类，可识别样本组B的轮廓参数的相同趋势。一个小的最大轮廓高度导致高偏差的粗糙度参数的百分比。4.5. 比较摘要对于这两种类型的粗糙度参数的显着变化的Abbott-curve区域的轮廓峰和核心粗糙度发生。当每次测量见图8。表面粗糙度参数的百分比偏差（样品组A）。图9.第九条。表面粗糙度参数的百分比偏差（样本组B）。31万Klauer等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）302见图10。 每个样本所有a）轮廓和b）表面粗糙度参数的绝对百分比偏差的平均值。定性比较了在具有独特纹理的区域提取的方法，可以假设轮廓峰面积的变化是由使用共聚焦显微镜时的光学伪影引起的（见图11）。 11a）为例）。大多数这些观察到的文物直接位于旁边的轮廓谷，并有一个非常小的宽高比。因此，可以假设它们是由光学衍射引起的。芯粗糙度的偏差可能是由中等深度的谷引起的，由于这些衍射效应，这些谷不能用共焦显微镜扫描（见图11b））。中深的谷比最深的谷窄得多，因此衍射在中深的谷的区域中发生得更显著。所有这些影响导致参数偏差。为了获得对两种测量仪器的测量谷特性的更系统的分析，计算了不同谷参数的直方图。在此过程中，分析了测量区域数据集的所有个人概况通过应用10%的阈值来检测谷ISO 4287中定义的Rz[22]。 在检测之后，针对两种测量仪器的所有测量数据集计算每个谷的深度、宽度和面积。图12提供了所述参数的直方图，并比较了所有所述形貌数据集A1-B3的测量深度、宽度和面积。在那里，可以清楚地观察到，共焦显微镜的测量具有更多的小谷，这也是由仪器特定的噪声引起的。然而，当比较中等大小的谷时，共聚焦显微镜的出现次数往往较小。针式仪器测得的谷深、谷宽、谷面积中等的谷数较多这证实了图11中的观察结果，图11清楚地表明，两种测量仪器对中等深度的山谷进行的扫描并不相似其原因是仪器的传递函数不同以及衍射效应的影响见图11。(a)在轮廓谷旁边的光学伪影，用共聚焦显微镜测量的样品A1的轮廓313。（b）用触针仪器和共聚焦显微镜测量的样品A3的轮廓截面。K. Klauer等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）302-313311图12个。针式仪器和共聚焦显微镜的测量谷深（a）、测量谷宽（b）和测量谷面积（c）的直方图表3共焦显微镜测量轮廓粗糙度参数的相关系数Rk Rpk Rvk Mr1 Mr2 Rpq Rmq Rvq电话：+86-0571 - 8888888传真：+86-0571 - 8888888电话：+86-510 - 8888888传真：+86-510 - 88888882009年12月31日0.482-0.433 0.477 0.5171 0.292 0.074 0.414Rpq1-0.574-0.197Rmq1 0.474Rvq1表4触针式表面粗糙度测量参数的相关系数Rk Rpk Rvk Mr1 Mr2 Rpq Rmq Rvq电话：+86-0511 - 8888888传真：+86-0511 - 8888888联系电话：0531 - 8888888传真：0531 - 88888881 0.443 0.310-0.064 0.351 0.7532019 -06 - 210.564 0.621 0.5641 0.442 0.241 0.389Rpq1-0.539-0.218RMQ1 0.577Rvq1不仅参数本身和不同测量方法之间的偏差，而且它们之间的相关性也很重要。因此，用两种方法的结果计算了不同参数测量仪表.相关系数表示两个参数与标准化值之间-1（负相关）和1（正相关）。当检查不同功能参数的关系时，312K。Klauer等人/工程科学与技术，国际期刊21（2018）302表5共焦显微镜测量表面粗糙度参数的相关系数Sk Spk Svk Smr 1 Smr 2 Spq Smq Svq Sk1 0.986-0.074-0.556 0.452 0.997 0.7330.709电话：+86-510 - 8888888传真：+86-510 - 888888810.480-0.061-0.111 0.185电话：+86-0511 - 8888888传真：+86-0511 - 8888888沪ICP备05000000号-1SPQ1 0.781 0.760Smq1 0.933SVQ1表6触针式表面粗糙度测量参数的相关系数-0.095所有表面，可以获得与其他研究（参见例如[9]）相似的结果：谷和峰参数彼此强烈相关，正如Rk和Rpk。如表3-6所示，结果对两种测量仪器均有效在那里，一个很好的协议之间的相关系数可以实现时，针式仪器和共聚焦显微镜进行了比较。结果是符合的轮廓和面积功能表面纹理参数。因此，可以说，绝对参数值在触针和光学测量之间可能不同，但是相关性更一致。5. 结论目前，功能粗糙度参数主要应用于工业环境中的触针式仪器。然而，随着区域表面纹理表征变得越来越普遍，这些参数的光学采集是一个越来越感兴趣的话题。因此，本研究进行了不同的气缸套相同的评价区域的形貌进行了评价，用针式仪器和共焦显微镜。对标准ISO 13565-2、ISO 13565-3和ISO 25178-2中定义的不同功能表面纹理参数进行了评价和比较。结果表明，光学仪器引入的效应可以改变真实表面与实际测量表面形貌之间的偏差：在样品组A中，共焦显微镜没有检测到全部轮廓峰或谷。用共聚焦显微镜测量样品组B的参数Rk和Rpk当形貌本身进行定性比较时，在光学测量的形貌中观察到由衍射引起的伪影。假定岩心粗糙度的偏差是由中等深度的山谷引起的光衍射在较窄的中深谷区域发生得更明显，并对实际测量的地形高度值有显著影响。真实表面和测量表面之间的这些偏差也会对评估的功能粗糙度参数产生影响。当不同参数之间的相关系数的检查，一个更好的协议，两种测量方法观察到的绝对粗糙度参数。这被发现是真实的轮廓和面积功能表面纹理参数。研究表明，由于所有样品的表面形貌具有正相关系数，因此用触针和光学测量仪器都可以测量出总体上相当的表面形貌然而，由于使用了不同的物理原理，当检查特定的地形特征（如中等大小的山谷）时，观察到不同的传递行为，这也引起了功能粗糙度参数的变化因此，应当考虑到，与触针式仪器相比，光学测量仪器将不同的伪影引入功能表面的测量数据通过比较触针式仪器和共聚焦显微镜测量的谷深、宽度和面积的直方图，证明了这是一个系统的影响。在进一步的研究中，应该检查其他的测量方法，如白光干涉法.随着各种光学测量仪器的数据，评估所观察到的现象是否是特定的共焦显微镜或光学形貌测量一般将是可能的。此外，可以深入检查和比较多个工具的传递行为以及对所得功能粗糙度参数的影响。例如，这可以通过制造粗糙度试样来实现，这些粗糙度试样具有通过超精密车削确定的表面特征[23]。此外，多尺度分析（参见例如[24]）可以提供关于多种测量方法之间偏差尺度的附加信息。确认这项研究由德国科学基金会（DFG）在合作研究中心926“组件表面的微尺度形态”内资助附录A.见表7和表8。SKSPKSVKSMR1SMR2SPQSMQSVQSkSpk10.8151-0.064-0.2760.3120.4540.6250.9800.8950.4350.2540.7360.463SVK10.1230.631-0.150-0.841-0.098SMR1SMR210.4651-0.1390.445-0.401-0.437-0.4510.096SPQ10.4690.727SMQ10.576SVQ1K. Klauer等人 /工程科学与技术，国际期刊21（2018）302-313313表7用共聚焦显微镜测量轮廓和表面粗糙度参数。共聚焦显微镜样品A1A2A3B1B2B3Rk /mm0.615 ± 0.0410.647 ± 0.0370.348 ± 0.0272.582 ± 0.1450.395 ± 0.0130.814 ± 0.050Rpk /mm0.308 ± 0.1150.349 ± 0.1060.212 ± 0.0880.748 ± 0.0840.137 ± 0.0100.248 ± 0.033Rvk/mm3.764 ± 0.9752.527 ± 1.5722.066 ± 0.7741.659 ± 0.3400.942 ± 0.1121.839 ± 0.545Mr1/%10.336 ± 1.02510.857 ± 0.90111.184 ± 1.3657.384 ± 1.0308.386 ± 0.5707.495 ± 0.846Mr2/%85.754 ± 1.08388.444 ± 0.97087.245 ± 0.89586.865 ± 1.59280.100 ± 0.94881.265 ± 1.148Rpq /mm0.255 ± 0.0230.275 ± 0.0360.149 ± 0.0190.874 ± 0.0670.147 ± 0.0050.282 ± 0.020Rmq/%89.303 ± 7.26292.428 ± 15.79992.051 ± 8.66562.107 ± 17.09580.357 ± 3.33785.491 ± 5.615Rvq /mm5.574 ± 2.2415.494 ± 3.9293.728 ± 1.4131.478 ± 0.4250.9718 ± 0.1192.120 ± 1.270Sk /mm0.6190.7190.3862.7280.4470.855Spk /mm0.3090.3000.2330.9350.1530.274Svk/mm3.1493.0201.9181.8540.9631.605Smr 1/%11.96410.57911.0937.5228.2727.741Smr 2/%84.12787.23887.28988.21280.74280.725Spq /mm0.2630.2910.1761.0150.1640.389Smq/%93.18093.97494.52199.47891.28098.877Svq/m7.7658.0124.80314.2600.99913.668表8用触针式仪器测量轮廓和表面粗糙度参数针式仪表样品A1A2A3B1B2B3Rk /mm0.526 ± 0.0310.340 ± 0.0180.228 ± 0.0292.743 ± 0.1100.294 ± 0.0110.678 ± 0.095Rpk /mm0.257 ± 0.0780.256 ± 0.1420.197 ± 0.0920.810 ± 0.1260.092 ± 0.0290.196 ± 0.047Rvk/mm3.424 ± 0.8332.344 ± 1.4132.081 ± 0.8101.674 ± 0.2441.077 ± 0.1431.795 ± 0.494Mr1/%9.905 ± 1.21310.936 ± 1.17212.105 ± 1.8157.227 ± 1.0136.479 ± 1.1106.883 ± 1.403Mr2/%83.631 ± 1.67685.564 ± 1.64785.542 ± 1.59287.585 ± 1.18871.436 ± 0.99673.305 ± 2.184Rpq /mm0.220 ± 0.0210.153 ± 0.0200.108 ± 0.0210.924 ± 0.0860.097 ± 0.0150.211 ± 0.034Rmq/%88.648 ± 6.04793.808 ± 2.00491.302 ± 3.09859.704 ± 17.51871.545 ± 4.38674.988 ± 8.060Rvq /mm5.204 ± 2.0384.480 ± 2.8793.563 ± 1.2001.477 ± 0.3180.987 ± 0.1161.687 ± 0.852Sk /mm0.6780.3980.2942.8440.3220.668Spk /mm0.2240.1660.5440.8620.0850.229Svk/mm3.2152.7881.8731.8491.0791.618Smr 1/%7.7439.94017.9817.4295.9326.003Smr 2/%84.35985.23884.54588.16171.24071.322Spq /mm0.2490.1700.2971.0580.1570.352Smq/%90.42194.65994.21299.56498.91598.592Svq/m5.7308.8554.59513.5225.10111.969引用[1] H.Bodschwinna，W.Hillmann，OberflächenmeßtechnikmitTastschnittgerätenin der industriellen Praxis，Beuth，Berlin Köln，1992.[2] ISO 13565-2 1996。GPS -表面纹理：剖面法;具有分层功能特性的表面。 第 2 部分：用线性材料比率曲线表示高度特性。[3] ISO 13565-3 1998。表面[4] R. 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