用基于模具测试验证微结构表面特性

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1、-用基于模具的测试验证微结构的表面特性WitoHartmannandAlbertWeckenmannChairQualityManagementandManufacturingMetrology,UniversityErlangen-Nuremberg,Naegelsbachstr.摘要：微型和纳米技术可以提高新产品的功能，例如改进光吸收，自清洁还有保护，这些功能是要建立在对功能纳米结构的大小和对材料的特性的要求的基础上。由于需要可靠地测量越来越小的几何特征，对坐标和表面测量仪器进行了改进，并且现在对高分辨率的形貌和结构的测量已经到了亚纳米的范围。然而，在许多情况下由于传统概

2、念上的尺寸和公差完全几何化、表面参数规范化都是不充分考虑与几何参数的交互作用，对工件或其形貌功能的能力不可能做出一个明确的声明，这会对功能产生主导作用，例如滑动，润湿，密封和光反射。为了验证微结构表面功能的能力，一种方法是对基于参数化的数学物理模型的功能开发。从这个模型中，通过不同的制造和验证过程，与功能相关的属性可以被识别、几何参数可以被推导。在这种方法中应用理论和实验知识，以及建模与仿真可以优化工件形状关于预定功能的定义。这种方法的优点，将通过着墨辊微结构的例子来讨论和证明。关键词：功能化表面测量虚拟功能表功能模型1.简介微型和纳米制造技术已达到一定水平，在实验室得到的研

3、究结果正在准备向系列生产方向过渡。微型泵齿轮，数码相机和微电子机械系统（MEMS）就是例证[1]。除了微型元件，微制造技术也逐渐应用到大型和常规元件以此来优化组件功能，使产品功能特性更有效。在曲轴结构中以减少摩擦[2]和印刷辊中提高油墨传递[3]的微结构就是这一发展的例子。在传统的表面生成过程中（如磨削，研磨，抛光），本质上是随机的，这意味着表面形式、大小和位置是随机分布的。目前的定义，利用激光[5]精密加工，电火花加工[6]，电子束加工[7]或聚焦离子束加工[8]等生产技术，微槽的表面结构在微型和纳米范围内都可以生产。使用这些技术用于重复制造过程的工具的生产，.---定义微

4、型和纳米结构可以通过运用微压印技术[9]，脉冲电化学加工或光刻技术[10][11]经济的制造。因此，几何定义良好的微观结构，可以找到自己的方式进入工业化批量生产[12，13]。但缺陷是缺少有效的以功能为导向的策略，这个策略是在通过制造来验证微结构表面的过程中，基于一个全面的从工程设计和公差的整个生产过程的生产链视图。由于要求可靠地验证更小的几何特征，坐标和表面测量仪器已经更加精确。目前，高分辨率的形貌和结构测量已经到了亚纳米范围。同时，近年来，标准化的三维表面评定已从ISO4287:1997[16]的剖面分析扩展到ISO25178‒2:2012[17]的一个面积分析。Thes

5、eadvancedtechniquespermitbettercharacterizationofsurfacesandtherelationshipsbetweensurfacesandfunctions.Butthereisariskthattheverificationofthefunctionalabilityisonlybasedonspuriouscorrelationswithsimplifiedsurface这些先进的技术允许更好的表面特征及表面和功能之间的关系。但有一个风险，功能验证是基于简化的表面参数虚假的相关性parameters,whichwerede

6、terminedbyexperimentsinalimitedperiodofinvestigation.Althoughitshouldbeclearthatoneshouldalwayscomefromacausalrelationshiptoacorrelation,oftenthereversepath(fromcorrelationtocausalrelationship)istakentodetermineparametersfortheverificationofthefunctionalabilityoftopographies(e.g.[18–20].).T

7、hus,despitehigh-resolutionandholisticgeometricmeasurementdata,itisinmanycasesnotpossibletomakeaclearstatementaboutthefunctionalabilityoftheworkpiece’stopography，而这得通过一段有限的调查实验确定。尽管应该明确从因果到相关关系，但通常相反（即从相关到因果关系）被确定为验证表面形貌功能的参数（例如，[18-20]）。因此，尽管拥有高分辨率和整体几何测