Z przedstawionego w niniejszej pracy przeglądu zagadnień związanych z topograficzną analizą powierzchni wynika, jak ważny i powszechny jest to problem. Uwzględniając ponadto, że ze wszystkich dziedzin metrologii wielkości geometrycznych pomiary nierówności powierzchni uważane są za najtrudniejsze i najbardziej skomplikowane, a rzeczywista chropowatość powierzchni jest tak złożona, że jej poznanie i opisanie jest niemożliwe, otrzymujemy pełny obraz złożoności. Chropowatość jest przy tym naturalnym stanem każdej powierzchni, będącym miarą braku jej uporządkowania i wpływającym na całe mnóstwo procesów zachodzących w najróżniejszych dziedzinach życia, co powoduje konieczność jej mierzenia. Nierówności mają różne wielkości, zależnie od badanej powierzchni; pod względem wysokości i częstotliwości z jednej strony mogą być mniejsze od atomów, a z drugiej strony – przekraczać ramy kilometrów. Podstawowym celem rozprawy jest przeanalizowanie metod oceny topografii powierzchni, pokazanie na ich tle miejsca profilometrii stykowej i ocena możliwości wykorzystania próbkowania spiralnego jako szybkiej metody próbkowania. Zaprezentowano opis metod i przyrządów stosowanych przy pomiarach nierówności 3D z podziałem na metody stykowe, optyczne, mikroskopię skaningową i metody pozostałe. Nieco dokładniej omówiono przyrządy, których popularność stopniowo rośnie, czyli trzy rodziny mikroskopów: interferencyjne, konfokalne i skaningowe z sondą. Opisano również podstawy stereometrycznej oceny nierówności. Począwszy od krótkiej prezentacji struktury geometrycznej powierzchni, przedstawiono następnie w układzie historycznym podstawowe konstrukcje badawcze, które przyczyniły się do dzisiejszego stanu multiprofilometrii stykowej. Omówiono też nowoczesne opcje graficznego i numerycznego przedstawiania powierzchni wykorzystywane w oprogramowaniu do analizy topografii. Osobny rozdział monografii poświęcono parametrycznej ocenie chropowatości powierzchni. Krótko opisano analizę profilu, a następnie zaprezentowano wybór elementu odniesienia w pomiarach 3D i obliczanie parametrów przestrzennych. Jeden z podrozdziałów poświęcono również zagadnieniom filtracji, a całości dopełnia opis związany z modelowaniem nierówności powierzchni. Na tej podstawie zaprezentowano próbkowanie oparte na siatkach zbudowanych z prostych figur geometrycznych i na spirali, dla której przeprowadzono analizę możliwości stosowania i wierności odwzorowania nierówności. Dokonano przeglądu wykorzystania analizy topograficznej powierzchni w różnych dziedzinach życia, w tym w procesach obróbkowych, mechanice kontaktu, analizie materiałowej, badaniach zjawisk zachodzących podczas przepływu płynu, optyce i mikroelektronice, naukach geograficznych, biologii, medycynie i chemii oraz innych. Całość zakończono podsumowaniem i wytyczeniem kierunków dalszych prac badawczych. Przeprowadzona analiza porównawcza pozwoliła wykazać, że zastosowanie próbkowania spiralnego do pomiaru stereometrii powierzchni jest dobrym rozwiązaniem problemu czasochłonności topograficznych pomiarów powierzchni. Wartości parametrów topografii uzyskane za pomocą siatek prostokątnej i spiralnej pokrywających podobne obszary są do siebie zbliżone, co potwierdza wierność odwzorowania powierzchni z zastosowaniem spirali.
Streszczenie 4
Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów 5
Przedmowa 11
1. Wprowadzenie 15
2. Techniki stosowane w pomiarach nierówności 21
2.1. Pomiary stykowe 21
2.2. Pomiary optyczne 34
2.2.1. Uwagi wstępne 34
2.2.2. Metody rozpraszania światła 35
2.2.3. Stylus optyczny 41
2.2.4. Metody interferometryczne 47
2.2.5. Metody konfokalne 58
2.2.6. Inne metody optyczne 62
2.2.7. Optyczne techniki analizy nierówności – podsumowanie 68
2.3. Mikroskopia skaningowa 70
2.4. Inne metody pomiaru nierówności 80
2.5. Uwagi końcowe 86
3. Topograficzna ocena powierzchni 91
3.1. Geometryczna struktura powierzchni 91
3.2. Odwzorowanie nierówności w analizie profilometrycznej 99
3.3. Graficzne przedstawianie nierówności powierzchni 109
4. Parametryczna ocena chropowatości powierzchni 119
4.1. Analiza profilu 119
4.2. Element odniesienia w pomiarach topografii i analiza fraktalna 125
4.3. Obliczanie parametrów przestrzennych 134
4.4. Filtracja w pomiarach topografii powierzchni 149
4.5. Modelowanie nierówności powierzchni 170
5. Próbkowanie w profilometrycznych pomiarach chropowatości powierzchni 180
5.1. Podstawy teoretyczne próbkowania geometrycznego 180
5.2. Konstrukcje siatek geometrycznych i wnioski z ich zastosowania 184
5.3. Wprowadzenie do próbkowania spiralnego 186
5.4. Teoretyczne podstawy próbkowania po spirali 190
5.5. Zastosowanie spirali w badaniach profilometrycznych 197
6. Wykorzystanie topograficznej analizy powierzchni 206
6.1. Uwagi wstępne 206
6.2. Zastosowanie analizy 3D w badaniu procesów obróbkowych 207
6.3. Zastosowanie analizy morfologicznej w mechanice kontaktu 218
6.4. Wykorzystanie topografii w badaniach materiałów i przepływu 229
6.5. Analiza 3D w optyce i mikroelektronice 233
6.6. Morfologiczna analiza powierzchni w naukach geograficznych 237
6.7. Zastosowanie topografii w biologii, medycynie i chemii 243
6.8. Inne aplikacje topograficznej analizy powierzchni 254
7. Podsumowanie 260
Wykaz literatury 263
Summary 341
-14%