قياسات السطح

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 13 صور
الموسوعة الحرة

علم قياس الأسطح هو فرع من فروع علم القياس ، ويُعنى بقياس وتوصيف تضاريس الأسطح . وتُعدّ خصائص السطح ، من حيث الشكل الأساسي والكسرية والتشطيب (بما في ذلك خشونة السطح ) ، من أكثر المعايير شيوعًا في هذا المجال. يُعتبر علم قياس الأسطح علمًا أساسيًا بالغ الأهمية في مختلف مجالات التصنيع والهندسة. وبينما ارتبط تاريخيًا بالتصنيع الدقيق والتجميعات الميكانيكية، فإنه يلعب اليوم أدوارًا محورية في صناعات متنوعة، بدءًا من الأجهزة الطبية والإلكترونيات وصولًا إلى أنظمة الطيران والطاقة. وتشمل تطبيقاته ضمان التوافق الحيوي للغرسات، وتحسين جودة رقائق أشباه الموصلات، والتحكم في التصاق الطلاء في صناعة السيارات، وتعزيز كفاءة الألواح الشمسية، وإدارة الأداء الحراري في المكونات الإلكترونية. ويشمل هذا المجال قياسات تتراوح من خصائص السطح النانومترية إلى المكونات الصناعية الكبيرة، مما يجعله ضروريًا لمراقبة الجودة، وتحسين الأداء، ومنع الأعطال في عمليات التصنيع الحديثة.

يمكن قياس تشطيب السطح بطريقتين: طرق التلامس وطرق عدم التلامس . تتضمن طرق التلامس تمرير قلم قياس على السطح؛ وتُسمى هذه الأجهزة بمقاييس الملامح . أما طرق عدم التلامس فتشمل: قياس التداخل ، والتصوير المجسم الرقمي ، والمجهر متحد البؤر ، وتغيير التركيز ، والضوء المهيكل ، والسعة الكهربائية ، والمجهر الإلكتروني ، والتصوير المساحي ، ومقاييس الملامح غير التلامسية.

ملخص

اعتمدت الطرق الأولى لقياس الأسطح على الفحص اللمسي والبصري الذاتي باستخدام الأظافر والعين على التوالي. واستندت الطرق الكمية لقياس الأسطح على هذا المفهوم التقريبي. وقد أدى ذلك إلى ظهور فرعين رئيسيين من الأجهزة، أحدهما يعتمد على التلامس والآخر على البصريات، انطلاقًا من هذه التقنيات البدائية. تستخدم تقنيات التلامس مجسات مادية لرسم تضاريس السطح، بينما تستخدم الطرق البصرية أنظمة تعتمد على الضوء لتوصيف خصائص السطح وهندسته. [ 1 ]

الطريقة الأكثر شيوعًا هي استخدام مقياس التضاريس ذي الإبرة الماسية . تُمرر الإبرة عموديًا على سطح المادة. [ 2 ] عادةً ما يتحرك المسبار على طول خط مستقيم على سطح مستوٍ أو في قوس دائري حول سطح أسطواني. يُسمى طول المسار الذي يرسمه المسبار بطول القياس . يُعرَّف طول موجة مرشح التردد الأدنى المستخدم لتحليل البيانات عادةً بطول أخذ العينات . توصي معظم المعايير بأن يكون طول القياس أطول بسبع مرات على الأقل من طول أخذ العينات، ووفقًا لنظرية نايكويست-شانون لأخذ العينات ، يجب أن يكون أطول بمرتين على الأقل من طول موجة الخصائص المهمة. طول التقييم هو طول البيانات المستخدمة في التحليل. عادةً ما يتم استبعاد جزء من طول أخذ العينات من كل طرف من طرفي طول القياس . يمكن إجراء قياسات ثلاثية الأبعاد باستخدام مقياس التضاريس عن طريق مسح منطقة ثنائية الأبعاد على السطح.

من عيوب جهاز قياس الملامح السطحية عدم دقته عندما يكون حجم ملامح السطح قريبًا من حجم القلم. ومن عيوبه أيضًا صعوبة اكتشاف العيوب التي تُقارب حجم خشونة السطح. [2] كما توجد قيود على الأجهزة غير التلامسية. فعلى سبيل المثال، لا تستطيع الأجهزة التي تعتمد على التداخل البصري تمييز الملامح التي يقل حجمها عن جزء من الطول الموجي التشغيلي. ومن القيود الأخرى عدم قدرتها على قياس المقاطع العرضية للحواف بدقة. [ 3 ] هذا القيد قد يُصعّب قياس الخشونة بدقة حتى على الأجسام الشائعة، لأن الملامح المهمة قد تكون أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء. يبلغ الطول الموجي للضوء الأحمر حوالي 650  نانومتر، [ 4 ] بينما قد يبلغ متوسط ​​خشونة (Ra ) عمود مصقول 200  نانومتر.

تتمثل الخطوة الأولى في التحليل في تصفية البيانات الأولية لإزالة البيانات ذات الترددات العالية جدًا (المعروفة باسم "الخشونة الميكروية")، نظرًا لأنها غالبًا ما تُعزى إلى الاهتزازات أو الشوائب الموجودة على السطح. كما أن تصفية الخشونة الميكروية عند عتبة قطع محددة تُحسّن من دقة تقييم الخشونة باستخدام أجهزة قياس الملامح ذات أنصاف أقطار مختلفة لرأس القلم، مثل 2  ميكرومتر و5  ميكرومتر. بعد ذلك، تُفصل البيانات إلى خشونة وتموج وشكل. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام خطوط مرجعية، أو طرق الغلاف، أو المرشحات الرقمية، أو الأشكال الكسورية، أو تقنيات أخرى. أخيرًا، تُلخص البيانات باستخدام مُعامل واحد أو أكثر من مُعاملات الخشونة، أو رسم بياني. في الماضي، كان تحليل تشطيب السطح يتم يدويًا في الغالب. حيث يُرسم منحنى الخشونة على ورق رسم بياني ، ويُحدد فني تشغيل ذو خبرة البيانات التي يجب تجاهلها وموضع خط المتوسط. أما اليوم، فتُخزن البيانات المقاسة على جهاز كمبيوتر، وتُحلل باستخدام أساليب من تحليل الإشارات والإحصاء. [ 5 ]

معدات

التلامس (القياس اللمسي)

تتمتع الأدوات التلامسية التي تعتمد على القلم بالمزايا التالية:

  • النظام بسيط للغاية وكافٍ لقياس الخشونة الأساسية أو التموج أو الشكل، ولا يتطلب سوى ملفات تعريف ثنائية الأبعاد (على سبيل المثال، حساب قيمة Ra).
  • لا ينجذب النظام أبدًا إلى الخصائص البصرية للعينة (مثل الانعكاسية العالية، والشفافية، والبنية الدقيقة).
  • يتجاهل القلم طبقة الزيت التي تغطي العديد من المكونات المعدنية أثناء عملياتها الصناعية.

التقنيات :

المجهر الضوئي (بدون تلامس)

تتمتع أدوات القياس البصرية ببعض المزايا مقارنة بأدوات القياس اللمسية، وذلك على النحو التالي:

  • ممنوع لمس السطح (لا يمكن إتلاف العينة)
  • عادة ما تكون سرعة القياس أعلى بكثير (يمكن قياس ما يصل إلى مليون نقطة ثلاثية الأبعاد في ثانية واحدة).
  • بعضها مصمم خصيصًا لتضاريس الأسطح ثلاثية الأبعاد بدلاً من آثار البيانات الفردية
  • يمكنهم قياس الأسطح من خلال وسط شفاف مثل الزجاج أو الغشاء البلاستيكي
  • قد يكون القياس بدون تلامس هو الحل الوحيد في بعض الأحيان عندما يكون المكون المراد قياسه ناعمًا جدًا (مثل رواسب التلوث) أو صلبًا جدًا (مثل ورق الصنفرة).

المسح العمودي :

المسح الأفقي :

غير قابل للمسح الضوئي

اختيار أداة القياس المناسبة

نظرًا لأن لكل جهاز مزايا وعيوب، يجب على المستخدم اختيار الجهاز المناسب بناءً على تطبيق القياس. فيما يلي بعض مزايا وعيوب التقنيات الرئيسية:

  • التداخل الضوئي: تتميز هذه الطريقة بأعلى دقة رأسية بين جميع التقنيات البصرية، ودقة جانبية تُعادل معظم التقنيات البصرية الأخرى باستثناء المجهر متحد البؤر الذي يتمتع بدقة جانبية أفضل. يمكن للأجهزة قياس الأسطح الملساء جدًا باستخدام التداخل الضوئي بإزاحة الطور (PSI) مع تكرارية رأسية عالية؛ ويمكن تخصيص هذه الأنظمة لقياس الأجزاء الكبيرة (حتى 300 مم) أو استخدامها مع المجهر. كما يمكنها استخدام التداخل الضوئي بالمسح المتماسك (CSI) مع مصدر ضوء أبيض لقياس الأسطح شديدة الانحدار أو الخشنة، بما في ذلك المعادن المشغولة، والرغوة، والورق، وغيرها. وكما هو الحال مع جميع التقنيات البصرية، فإن تفاعل الضوء مع العينة في هذه الأجهزة غير مفهوم تمامًا. وهذا يعني إمكانية حدوث أخطاء في القياس، خاصةً عند قياس الخشونة. [ 6 ] [ 7 ]
  • التصوير المجسم الرقمي: توفر هذه الطريقة تضاريس ثلاثية الأبعاد بدقة مماثلة لتقنية التداخل الضوئي. علاوة على ذلك، ولأنها تقنية لا تعتمد على المسح، فهي مثالية لقياس العينات المتحركة، والأسطح القابلة للتشوه، وديناميكيات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، والتفاعلات الكيميائية، وتأثير المجال المغناطيسي أو الكهربائي على العينات، وقياس وجود الاهتزازات، وخاصة لأغراض مراقبة الجودة.
  • تباين التركيز: توفر هذه الطريقة معلومات لونية، ويمكنها القياس على الأسطح شديدة الانحدار والأسطح الخشنة للغاية. لكن يعيبها عدم قدرتها على القياس على الأسطح ذات النعومة الفائقة، مثل رقائق السيليكون. وتُستخدم بشكل أساسي في قياس عينات المعادن (الأجزاء والأدوات المصنعة)، والبلاستيك، والورق.
  • المجهر متحد البؤر: تتميز هذه الطريقة بدقة جانبية عالية بفضل استخدام فتحة دقيقة، ولكن يعيبها عدم قدرتها على القياس على الأسطح شديدة الانحدار. كما أنها تفقد دقتها الرأسية بسرعة عند فحص مساحات واسعة، لأن الحساسية الرأسية تعتمد على عدسة المجهر المستخدمة.
  • الانحراف اللوني البؤري : تتميز هذه الطريقة بقدرتها على قياس نطاقات ارتفاع محددة دون الحاجة إلى مسح رأسي، كما أنها قادرة على قياس الأسطح شديدة الخشونة بسهولة، والأسطح الملساء بدقة تصل إلى نانومتر واحد. وبفضل عدم وجود أجزاء متحركة في هذه المستشعرات، يمكن تحقيق سرعات مسح عالية جدًا، مما يجعلها قابلة للتكرار بدرجة كبيرة. كما يمكن للتكوينات ذات الفتحة العددية العالية القياس على جوانب شديدة الانحدار نسبيًا. ويمكن استخدام مستشعرات متعددة، ذات نطاقات قياس متماثلة أو مختلفة، في وقت واحد، مما يسمح باتباع أساليب قياس تفاضلية (TTV) أو توسيع نطاق استخدام النظام.
  • مقياس التضاريس التلامسي: تُعد هذه الطريقة أكثر تقنيات قياس الأسطح شيوعًا. من مزاياها أنها أداة رخيصة الثمن، وتتميز بدقة جانبية أعلى من التقنيات البصرية، وذلك بحسب نصف قطر رأس القلم المُختار. تستطيع الأنظمة الحديثة إجراء قياسات ثلاثية الأبعاد بالإضافة إلى القياسات ثنائية الأبعاد، كما يمكنها قياس الشكل والأبعاد الحرجة، فضلًا عن الخشونة. مع ذلك، من عيوبها ضرورة تلامس رأس القلم مع السطح، مما قد يُغير السطح أو القلم نفسه، ويُسبب التلوث. علاوة على ذلك، وبسبب التفاعل الميكانيكي، تكون سرعات المسح أبطأ بكثير من الطرق البصرية. وبسبب زاوية ساق القلم، لا تستطيع مقاييس التضاريس التلامسية قياس حواف الأسطح المرتفعة، مما يُسبب ظهور "ظل" أو منطقة غير محددة، عادةً ما تكون أكبر بكثير من تلك الموجودة في الأنظمة البصرية.

دقة

يساعد حجم القياس المطلوب في تحديد نوع المجهر المناسب. أثناء القياس، هناك عدة عوامل يجب مراعاتها:

  • الدقة الرأسية: أصغر تغيير يمكن اكتشافه في قياسات ارتفاع السطح، وهذا سيكون عاملاً محدداً في قياس انحرافات الارتفاع.
  • الدقة الجانبية: هي أقل مسافة قابلة للفصل بين معالم السطح في المستويين xy، وتعتمد على التفاعل بين جهاز القياس ومعالم السطح.
  • طول العينة: يُعرَّف بأنه الطول الموجي الاسمي المستخدم لفصل مكونات الخشونة عن مكونات التموج
  • طول التقييم: جزء من الملف الشخصي المقاس المستخدم لحساب المعلمات
  • عدم اليقين: ضوضاء الجهاز والعوامل البيئية الخارجية التي يمكن أن تضيف خطأً إلى القياس

تحدد هذه القيود النطاق الذي يمكن عنده تفسير السطح ودقة النتائج. كما تحدد نوع المجهر المطلوب استخدامه. على سبيل المثال، لا تُستخدم عدسة واسعة الزاوية لتصوير التفاصيل الدقيقة على العملة المعدنية. في علم قياس الأسطح، يُعادل هذا استخدام مجهر تداخلي يستخدم الضوء لقياس العمق بدلاً من مجهر تغيير التركيز الذي يعتمد على آليات التركيز. مع ذلك، قد يكون مجهر تغيير التركيز أفضل في التقاط أشكال هندسية مختلفة، مثل المقاطع العرضية للحواف، بينما لا يستطيع المجهر الضوئي القيام بذلك بسبب انعكاس الضوء عن الزوايا. [ 3 ]

تؤثر هذه القيود أيضًا على نطاقات التفاعل. ونظرًا لأن هذه القياسات تتم على مستوى النانومتر، فمن غير المرجح أن تكون النتائج قابلة للتكرار أو الاستنساخ . ستُنتج المجاهر المختلفة نتائج مختلفة نظرًا لارتفاع نسبة عدم اليقين، إلا أن هذا لا يعني استحالة وجود ارتباطات. [ 8 ]

في القياسات ثلاثية الأبعاد، يُوجَّه المجس عمليًا لمسح منطقة ثنائية الأبعاد على السطح. قد لا تكون المسافة بين نقاط البيانات متساوية في كلا الاتجاهين. في بعض الحالات، قد تؤثر خصائص جهاز القياس الفيزيائية تأثيرًا كبيرًا على البيانات، لا سيما عند قياس الأسطح الملساء جدًا. في قياسات التلامس، تكمن المشكلة الأبرز في احتمال خدش قلم القياس للسطح المقاس. وعلى العكس، قد يكون قلم القياس غير حاد بما يكفي للوصول إلى قاع الوديان العميقة، وقد يؤدي إلى تقريب حواف النتوءات الحادة. في هذه الحالة، يُصبح المجس بمثابة مرشح مادي يحد من دقة الجهاز. [ 9 ]

تحليل متعدد المقاييس

قد يكون لقياس السطح آثارٌ واسعة النطاق، إذ يعتمد ذلك على حجم العينة. وتختلف القياسات باختلاف الجهاز المستخدم، فقد تكون بالمليمترات أو الميكرومترات أو حتى النانومترات. يُعدّ التحليل متعدد المقاييس منهجيةً لدراسة تضاريس السطح على مستويات متعددة من الملاحظة والحساب. وقد انبثق هذا النهج من المبدأ الأساسي القائل بأن التفاعلات الفيزيائية بين عملية التصنيع والأسطح المُشكّلة قد تحدث على مستويات متعددة أثناء التصنيع. [ 10 ] كما يُسلّط الضوء على حقيقة أن بعض السمات الطبوغرافية ذات حجم معين تكون أكثر وضوحًا عند ملاحظتها وتحليلها على مستويات محددة. وباستخدام دقة وتقنيات ترشيح مُحددة، يُمكن رؤية السطح بسهولة أكبر. ولأن هذه المكونات تتراكب على بعضها البعض، فإن استخلاص النتائج باستخدام طريقة متعددة المقاييس يُعدّ أمرًا بالغ الأهمية.

يُسهّل التحليل متعدد المقاييس فهم العلاقات بين المعالجة أو الأداء والتضاريس عبر جميع المقاييس. بعبارة أخرى، تؤثر كل من السمات السطحية الكبيرة والصغيرة في آن واحد على كيفية تفاعل السطح مع وسط آخر. [ 11 ]

معلمات الخشونة

إن هندسة السطح الحقيقية معقدة للغاية لدرجة أن عددًا محدودًا من المعاملات لا يمكنه تقديم وصف كامل لها. ويمكن الحصول على وصف أكثر دقة بزيادة عدد المعاملات المستخدمة. وهذا أحد أسباب استحداث معاملات جديدة لتقييم السطح. وتُصنَّف معاملات خشونة السطح عادةً إلى ثلاث مجموعات وفقًا لوظيفتها، وهي: معاملات السعة، ومعاملات التباعد، والمعاملات الهجينة. [ 12 ]

معلمات خشونة المظهر الجانبي

تعتمد المعايير المستخدمة لوصف الأسطح بشكل كبير على المؤشرات الإحصائية المستمدة من عينات متعددة لارتفاع السطح. ومن الأمثلة على ذلك:

جدول مقاييس السطح المفيدة
المعلمةاسموصفيكتبصيغة
R a , R aa , R yniالمتوسط ​​الحسابي للقيم المطلقةمتوسط ​​القيم المطلقة لارتفاعات المقطع العرضي المقاسة من خط متوسط، محسوبة على المقطع العرضيالسعةRأ=1ن∑أنا=1ن|yأنا|{\displaystyle R_{a}={\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}\left|y_{i}\right|}
R q ، R RMSالجذر التربيعي المتوسطالسعةRq=1ن∑أنا=1نyأنا2{\displaystyle R_{q}={\sqrt {{\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}y_{i}^{2}}}}
ر ضدأقصى عمق للواديأقصى عمق للمقطع العرضي أسفل الخط المتوسط ​​مع طول العينةالسعةRv=مينأناyأنا{\displaystyle R_{v}=\min _{i}y_{i}}
R pأقصى ارتفاع للقمةأقصى ارتفاع للملف الشخصي فوق الخط المتوسط ​​ضمن طول العينةالسعةRص=الأعلىأناyأنا{\displaystyle R_{p}=\max _{i}y_{i}}
R tأقصى ارتفاع للملف الشخصيأقصى ارتفاع من القمة إلى القاع في المقطع العرضي في طول التقييمالسعةRت=Rص-Rv{\displaystyle R_{t}=R_{p}-R_{v}}
آر سكالانحرافتناظر المظهر الجانبي حول الخط المتوسطالسعةRsك=1نRq3∑أنا=1نyأنا3{\displaystyle R_{sk}={\frac {1}{nR_{q}^{3}}}\sum _{i=1}^{n}y_{i}^{3}}
R kuالتفرطحمقياس حدة المظهر السطحيهجينRكu=1نRq4∑أنا=1نyأنا4{\displaystyle R_{ku}={\frac {1}{nR_{q}^{4}}}\sum _{i=1}^{n}y_{i}^{4}}
RS mمتوسط ​​تباعد الذروةمتوسط ​​المسافة بين القمم عند خط المتوسطمكانيRSم=1ن∑أنا=1نSأنا{\displaystyle RS_{m}={\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}S_{i}}

هذه مجموعة فرعية صغيرة من المعايير المتاحة والموصوفة في معايير مثل ASME B46.1 [ 13 ] وISO 4287 [ 14 ]. وقد استُمدّت معظم هذه المعايير من قدرات أجهزة قياس الملامح السطحية وأنظمة المجسات الميكانيكية الأخرى. إضافةً إلى ذلك، طُوّرت مقاييس جديدة لأبعاد السطح ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالقياسات التي تُتيحها تقنيات القياس البصري عالية الدقة. وتُحسب هذه المعايير بعد إجراء عملية الترشيح [ 15 ] .

يمكن تقدير معظم هذه المعلمات باستخدام إضافة SurfCharJلبرنامج ImageJ .

معلمات السطح المساحي

يمكن أيضًا حساب خشونة السطح على مساحة معينة، مما يُعطي قيم S <sub>a</sub> بدلًا من R<sub> a</sub> . يكمن أساس هذه المعايير القياسية المختلفة في الفرق بين الهندسة الإقليدية والهندسة الكسورية. عند فحص الأسطح على نطاقات واسعة (مرئية دون تكبير كبير)، تُوصف ملامح السطح باستخدام معايير تعتمد على دوال سلسة ومتصلة وقابلة للتفاضل. [ 16 ] ومن الأمثلة الشائعة قياس خط الساحل. فمن بعيد، قد يبدو خط الساحل أملسًا، ولكن عند التكبير يصبح أكثر اضطرابًا، ويمتد إلى ما لا نهاية عند نقطة معينة. تُظهر الأسطح المصممة والطبيعية تعقيدًا عبر نطاقات متعددة، على غرار تشبيه خط الساحل هذا. وهذا ما يجعل القياس الإقليدي التقليدي يعتمد على النطاق، وغير كافٍ لتوصيف السطح بشكل كامل. [ 16 ] وقد أدى ذلك إلى استخدام ملامح السطح التوصيفية بمعايير كسورية، والتي كان بينوا ماندلبروت رائدًا في هذا المجال . تصف سلسلة ISO 25178 جميع قيم الخشونة هذه بالتفصيل. وتتمثل ميزة هذه المعايير على معايير الملامح في:

  • قيم أكثر أهمية من حيث توصيف تضاريس السطح بدلاً من مجرد نقاط بيانات الارتفاع [ 17 ]
  • علاقة أكبر بوظيفة يمكن مقارنتها أو ربطها بعمليات أو خصائص سطح ما [ 18 ]

بفضل هذه الخصائص الكسورية، يمكن إجراء قياسات متعددة المقاييس، مثل تحليل الكسريات على مستوى الطول أو تحليل الكسريات على مستوى المساحة. [ 19 ] ونظرًا لأن الأسطح الكسورية تُظهر تشابهًا ذاتيًا عبر مقاييس لا نهائية نظريًا، يجب أن يُحدد التحليل متعدد المقاييس حدود الدقة العملية. [ 20 ]

تصفية

لا يمكن تقييم ملمس السطح إلا بعد تنقية بيانات القياس من أي أخطاء خارجية محتملة حدثت أثناء القياس. رياضياً، تُفصل نقاط البيانات إلى شكل متداخل، وتموج، وخشونة، يسجلها جهاز قياس السطح من خلال عملية تُسمى الترشيح.

تساعد عملية الترشيح على التمييز بين الأشكال ذات الأطوال الموجية الطويلة والنتوءات ذات الأطوال الموجية القصيرة. فعلى سبيل المثال، يسجل جهاز قياس السطح الشكل العام للجزء، والتموجات الناتجة عن عمليات التشغيل، وأي شوائب خارجية كجزيئات الغبار الموجودة على المكون. تتداخل جميع هذه المكونات، مما يصعب معه تمييز السطح وتوصيفه. يفصل الترشيح هذه المكونات المتداخلة لتحليلها بدقة. يمثل الشكل الأساسي الشكل الهندسي العام المقصود، وذلك بأكبر مستوى دقة ممكن من الجسم. عادةً ما تُظهر التموجات الانحرافات ذات الأطوال الموجية المتوسطة التي تؤثر على ميكانيكا التلامس وتدفق السوائل. [ 21 ] وأخيرًا، تشير عدم انتظام الأطوال الموجية القصيرة عادةً إلى خشونة السطح ، والتي تحدد الجوانب الاحتكاكية والمظهر. [ 22 ] يجب أن تكون مكونات انحراف السطح هذه قابلة للقياس بشكل منفصل، لكي يكون لدى الموردين والعملاء فهم واضح لخصائص السطح المتوقعة.

إضافة إلى ذلك، توجد عوامل خارجية أخرى يمكن أن تؤثر على أنظمة القياس. يُوصف التداخل الإلكتروني والاهتزازات والانحراف الحراري والشوائب (مثل الغبار عند استخدام مجهر التلامس) بأنها ضوضاء ليس لها معنى فيزيائي ويجب ترشيحها للكشف عن خصائص السطح الفعلية. [ 23 ]

تُستخدم عادةً المرشحات الرقمية أو التناظرية لفصل أخطاء الشكل والتموجات والخشونة الناتجة عن القياس. ومن أهم طرق الترشيح متعددة المقاييس: الترشيح الغاوسي، وتحويل المويجات، ومؤخرًا تحليل الأنماط المنفصلة. هناك ثلاث خصائص لهذه المرشحات يجب معرفتها لفهم قيم المعلمات التي قد يحسبها الجهاز. وهي: الطول الموجي المكاني الذي يفصل عنده المرشح الخشونة عن التموجات أو التموجات عن أخطاء الشكل؛ ودقة المرشح، أي مدى نقاء فصله لمكوني انحرافات السطح؛ وتشوه المرشح، أي مدى تأثير المرشح على مكون الطول الموجي المكاني في عملية الفصل. [ 13 ] يُعد تطوير واختبار مرشحات جديدة جزءًا لا يتجزأ من القدرة على توصيف وتطبيق البيانات المأخوذة من الأسطح. [ 24 ]

التطبيقات

تساعد القياسات السطحية في فهم الإبداعات أو التعديلات التي تطرأ على الأسطح. وقد أدى ذلك إلى اكتشافات في مجالات الطب الشرعي، وعلم الإنسان، وعلم الأحياء القديمة، وعلم الآثار. [ 25 ]

  • في التطبيقات التريبولوجية، تُظهر الأسطح المنحرفة سلبًا (معامل Ssk) خصائص احتفاظ فائقة بالمواد التشحيمية، مع الأسطح المزخرفة التي تحتوي على نقرات تقلل من مقاومة الاحتكاك في ظروف التشحيم المختلطة للحدود والسائل [ 26 ].
  • تم التوصل إلى استنتاجات التحليل الإحصائي مع وجود ارتباطات عالية، [ 27 ] بين تضاريس الانحناء الإيجابي وحدود التعب للفولاذ المشكل.
  • حددت أبحاث قياسات الأسطح نطاقات الخشونة المثلى لأداء غرسات العظام. وأظهرت الدراسات التي أجريت على غرسات Ti13Nb13Zr أن خشونة السطح في نطاق 20-25 ميكرومتر تُحسّن التصاق الخلايا والخواص الميكانيكية وقابلية التبلل في آن واحد. [ 28 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ وايت هاوس، دي جيه (1997). قياسات الأسطح. علم القياس والتكنولوجيا، 8(9)، 955. https://doi.org/10.1088/0957-0233/8/9/002
  2. 1 2 ديغارمو، إي. بول؛ بلاك، جيه تي؛ كوهسر، رونالد أ. (2003). المواد والعمليات في التصنيع (  الطبعة التاسعة). وايلي. ص 223-224 . ISBN  0-471-65653-4.
  3. 1 2 ستيمب، دبليو. جيمس؛ ماكدونالد، دانييل أ.؛ جليسون، ماثيو أ. (أبريل 2019). "اختبار التصوير المجهري متحد البؤر، والتصوير المجهري متحد البؤر بالمسح الليزري، ومجهر تباين التركيز لقياس المقاطع العرضية للحواف على المستوى الميكروسكوبي وحساب انحناء الحواف على الأدوات الحجرية: نتائج أولية" . مجلة العلوم الأثرية: التقارير . 24 : 513-525 . Bibcode : 2019JArSR..24..513S . doi : 10.1016/j.jasrep.2019.02.010 .
  4. ↑ "ما هو الطول الموجي الذي يتوافق مع اللون؟" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 مايو 2008 .
  5. ↑ وايت هاوس، دي جيه. (1994). دليل قياس الأسطح ، بريستول: دار نشر معهد الفيزياء. ISBN 0-7503-0039-6
  6. ↑ غاو، ف؛ ليتش، ر.ك؛ بيتزينغ، ج؛ كوبلاند، ج.م (2008). "أخطاء قياس السطح باستخدام مقاييس التداخل الضوئي الأبيض التجارية" . علم وتكنولوجيا القياس . 19 (1) 015303. Bibcode : 2008MeScT..19a5303G . doi : 10.1088/0957-0233/19/1/015303 .
  7. ↑ ري، إتش جي؛ فوربرغر، تي في؛ لي، جيه دبليو؛ فو، جيه (2005). "الاختلافات بين قياسات الخشونة التي تم الحصول عليها باستخدام إزاحة الطور وتداخل الضوء الأبيض" . البصريات التطبيقية . 44 (28): 5919-27 . Bibcode : 2005ApOpt..44.5919R . doi : 10.1364/AO.44.005919 . PMID 16231799 . 
  8. ↑ بيتا، كاتارزينا؛ لوف، جورج؛ براون، كريستوفر أ. (يونيو 2024). "مقارنة قابلية التكرار وإمكانية إعادة إنتاج أنواع القياسات الطبوغرافية مباشرةً باستخدام تحليلات الانحدار الخطي للارتفاعات المقاسة". هندسة الدقة . 88 : 192-203 . doi : 10.1016/j.precisioneng.2024.02.009 .
  9. ↑ https://www.tribonet.org/wiki/stylus-profilometera-stylus-profilometer-is-a-contact-based-profilometer-that-brings-its-stylus-tip-into-direct-contact-with-the-measuring-surface-and-traces-the-desired-path-to-determine-the-topograp/
  10. ↑ غوغوليفسكي، د.؛ بارتكوفياك، ت.؛ كوزيور، ت.؛ زمارزلي، ب. (2021). "تحليل متعدد المقاييس لجودة نسيج سطح النماذج المصنعة بتقنية دمج مسحوق الليزر والتشكيل الآلي من الفولاذ 316L" . المواد . 14 (11): 2794. Bibcode : 2021Mate...14.2794G . doi : 10.3390/ ma14112794 . PMC 8197311. PMID 34073938 .  
  11. ↑ بارتكوفياك، ت.؛ بيرغلوند، ج.؛ براون، سي. أ. (2020). " الخصائص متعددة المقاييس لتباينات السطح" . المواد . 13 (13): 3028. Bibcode : 2020Mate...13.3028B . doi : 10.3390/ma13133028 . PMC 7372363. PMID 32645867 .  
  12. ↑ غاديلماولا إي إس؛ كورا إم إم؛ مقصود تي إم إيه؛ إليوا آي إم؛ سليمان إتش إتش (2002). "معاملات الخشونة". مجلة تكنولوجيا معالجة المواد . 123 : 133-145 . doi : 10.1016/S0924-0136(02)00060-2 .
  13. 1 2 "B46.1 - نسيج السطح (خشونة السطح، والتموج، والطبقة)" . الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين . 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-03-2016 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  14. ↑ "ISO 4287:1997 - مواصفات المنتج الهندسية (GPS) - ملمس السطح: طريقة الملف الشخصي - المصطلحات والتعريفات ومعايير ملمس السطح" . ISO . مؤرشف من الأصل في 19 يناير 2004.
  15. ↑ "قياس تشطيب السطح" .
  16. 1 2 زهواني، ح.؛ فارغيولو، ر.؛ لوبيه، ج.-ل. (أغسطس 1998). "نماذج كسورية لتضاريس السطح وميكانيكا التلامس". النمذجة الرياضية والحاسوبية . 28 ( 4-8 ): 517-534 . doi : 10.1016/S0895-7177(98)00139-3 .
  17. ^ براون، كريستوفر أ. هانسن، هانز N.؛ جيانغ، شيانغ جين؛ بلاتيرون، فرانسوا؛ بيرجلوند، يوهان؛ سينين، نيكولا؛ بارتكوفياك، توماسز؛ ديكسون، بارنالي. لو جويك، جايتان؛ كوينسات، يان؛ ستيمب، دبليو جيمس؛ طومسون، ماري كاثرين. أونجار، بيتر س. زهواني، أ. حسن (2018). “تحليلات متعددة النطاقات وتوصيفات الطبوغرافيات السطحية”. حوليات CIRP . 67 (2): 839-862 . دوى : 10.1016/j.cirp.2018.06.001 .
  18. ↑ براون، كريستوفر أ. (2024). "التوصيف الهندسي متعدد المقاييس للتضاريس باستخدام الفراكتلات". توصيف نسيج السطح المساحي . ص 151-180 . doi : 10.1007/978-3-031-59310-9_6 . ISBN  978-3-031-59309-3.
  19. ↑ "مختبر قياس الأسطح - ورش واشبورن 243 - تحليل الفراكتال الحساس للمقياس" . قسم الهندسة الميكانيكية، معهد ورسستر للفنون التطبيقية . 28 سبتمبر 2007. مؤرشف من الأصل في 21 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 مارس 2016 .
  20. ↑ براون، ستيفن ر. (نوفمبر 1987). "ملاحظة حول وصف خشونة السطح باستخدام البعد الفركتلي". رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 14 (11): 1095-1098 . Bibcode : 1987GeoRL..14.1095B . doi : 10.1029/GL014i011p01095 .
  21. ↑ "حلول قياس التموج - ضرورية للتكنولوجيا" .
  22. ↑ ديلتومب، ر.؛ كوبياك، ك. ج.؛ بيجيريل، م. (يناير 2014). "كيفية اختيار أهم معايير خشونة السطح ثلاثية الأبعاد" . المسح الضوئي . 36 (1): 150-160 . doi : 10.1002/sca.21113 . PMID 24038147 . 
  23. ↑ بودولكا، برزيميسواف (6 سبتمبر 2021). "كبح أخطاء التردد العالي في قياسات تضاريس السطح بناءً على مقارنة طرق ترشيح الشرائح المختلفة" . المواد . 14 ( 17): 5096. Bibcode : 2021Mate...14.5096P . doi : 10.3390/ma14175096 . PMC 8434231. PMID 34501186 .  
  24. ↑ https://www.researchgate.net/publication/234767328_Outlier_filtering_A_new_method_for_improving_the_quality_of_surface_measurements
  25. ↑ براون، سي. أ.، هانسن، هـ. ن.، جيانغ، إكس. ج.، بلاتيرون، ف.، بيرغلوند، ج.، سينين، ن.، بارتكوفياك، ت.، ديكسون، ب.، لو غويك، ج.، كوينسات، ي.، ستيمب، دبليو. ج.، طومسون، م. ك.، أونغار، ب. س.، زاهواني، هـ. (2018). تحليلات وتوصيفات متعددة المقاييس لتضاريس السطح. حوليات CIRP 67(2): 839-862
  26. ↑ باولوس، ب.؛ رايزر، ر.؛ فيتشوروفسكي، م. (2021). " الأهمية الوظيفية لمعلمات نسيج السطح" . المواد . 14 (18): 5326. doi : 10.3390/ma14185326 . PMC 8472325. PMID 34576546 .  
  27. ↑ فولييز، مارغو؛ غليسون، ماثيو أ.؛ سوتو-ليبل، أوريليان؛ كوينسات، يان؛ لارتيغ، كلير؛ كورديل، ستيفن ب.؛ ليموين، آدم س.؛ براون، كريستوفر أ. (2014). "تحليل الانحناء متعدد المقاييس وعلاقته بحد الإجهاد على أسطح الفولاذ بعد عملية الطحن". بروسيديا سيرب . 13 : 308-313 . doi : 10.1016/j.procir.2014.04.052 .
  28. ↑ جاهاني، بابك (3 أغسطس 2021). "تأثير خشونة السطح على وظائف غرسات العظام Ti13Nb13Zr" . المجلة الطبية الحيوية للبحوث العلمية والتقنية . 38 (1). doi : 10.26717/BJSTR.2021.38.006104 .