三维表面微观形貌的二维功率谱表征.pdf

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1、第25卷第1期计量学报Voi.25，N12004年1月ACTAMETROLOGICASINICAJanuary2004!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!三维表面微观形貌的二维功率谱表征李成贵（北京航空航天大学自动化学院测控系，北京100083）摘要：二维谱分析在工程表面的研究中是有效和实用的，在介绍二维快速傅里叶变换基本概念的基础上，推导出了二维功率谱、角谱和半径谱在三维表面形貌中的应用计算方法，并对一些有代表性的精加工表面试件进行了实验研究。结论表明，二维

2、谱分析技术可以表征表面纹理的方向性和不同波长对表面粗糙度高度均方根的影响。关键词：计量学；表面粗糙度；二维功率谱；表面微观形貌；二维FFT中图分类号：TB92文献标识码：A文章编号：1000-115（82004）01-0011-05Characterizationof3DSurfaceMicro-topographyby2DPowerSpectrumLICheng-gui（BeijingUniversityofAeronautics&Astronautics，Beijing100083，China）Abstract：Theanaiysesoftwo

3、-dimensionaipowerspectrumsofengineeringsurfacesareeffectiveandvaiuabiefor3Dsurfacecharacterization.Basedonthetwo-dimensionfastFouriertransform（2DFFT），adetaiiedproceduretoimpiementthetwo-dimen-sionaipowerspectrum，anguiarspectrumandradiaispectruminthreedimensionaisurfacesisdescr

4、ibed.Inordertohaveacom-prehensiveunderstandingofthespectrumcharacteristicsofengineeringsurfaces，aspectraiatiasofrepresentativefinemachiningsurfacearepresentedandtheirspectrumpropertiesarediscussed.Theexperimentsandanaiyticairesuitsindicatethatnotoniytheanisotropyof3Dsurfacetex

5、ture，butaisotheinfiuencesofvariouswaveiengthonthesurfaceampiitudescanbecharacterizedbytwo-dimensionaipowerspectrum.Keywords：Metroiogy；Surfaceroughness；2Dpowerspectrum；Surfacemicro-topography；2DFFT许多工程表面显示出强烈的各向异性现象，也只有1引言用二维参数才能准确地表征和描述。表面谱分析是把时域和空域信息转换到频率域近几年，许多先进的现代测量仪器，如：光学

6、扫的强有力工具，更加突出单个频率或波长的信息，可描显微镜、扫描隧道显微镜（STM）和其它扫描探针以揭示不同波长成分对表面粗糙度的均方根高度的显微镜（SPM），已广泛应用于三维表面的微观形貌绝对或相对影响。此外，通过表面谱分析可以方便测量。一些传统的表征方法，如：随机过程统计参地定义和区分“粗糙度”和“波度”。二维谱分析已广数、视觉图像等也已用于三维表面参数的表征。但泛用于图像处理、数字滤波、结构振动等领域。［1］［2］由于计算的复杂性，二维谱分析技术尚未被众多的Birgham、Peng等已经应用二维谱来分析和描述［3］工程技术人员和科研工作者所熟悉

7、和掌握。而工程三维表面，Sherrington等也已研究了二维快速傅里表面的一些重要特性，如表面摩擦、磨损、润滑、密封叶变换（2DFFT）中计算和信息压缩技术的一些基本［4］等，都与三维表面的微观形貌有着密切的联系，确切问题，Lin等讨论了三维形貌谱分析中的合适频带［5］地说这些特性可以用功率谱密度进行分析。此外，选择问题，Dong等则详细研究了2DFFT的计算步收稿日期：2002-08-15；修回日期：2003-06-16作者简介：李成贵（1964-），男，河北井陉人，博士后，北京航空航天大学副教授，从事微纳米表面形貌测量和计算机测控技术研究。1

8、2计量学报2004年1月骤和谱分析中的一些处理细节，如：Nyguist准则、谱在这些方法中，直接用周期图来估计功率谱密度是