基于GPS标准体系的表面微观形貌三维表征研究

产品几何技术规范(GPS)是国际上最具影响力的基础标准与计量信息体系，是制造业信息化、质量管理、工业自动化系统与集成等工作的基础。基于GPS体系，开展各项基础研究、实用转化以及进行相关标准的研究与制订，具有实际的意义。 本文首先阐述了新一代GPS体系的框架和发展动态，总结分析当今国内外对表面微观形貌的表征和评定现状，指出表面微观形貌的表征和评定是GPS体系中的重要组成部分。基于新一代GPS通用标准矩阵模型，系统地分析了当前GPS体系中二维形貌的表征参数和评定标准，总结分析了中线法、MOTIF法等二维表征方法以及相应二维评定基准线的确定，比较了其优缺点及应用现状。 当今国际上对表面微观形貌三维表征还处于研究探索阶段，分析了三维表征的研究现状和发展方向，研究了使用高斯滤波方法确定表面三维表征评定基准面的数学模型，详细分析比较了ISO／TC213最新提出的Areal表征参数和欧共体提出的14+3参数体系，结合GPS标准体系的实用原则选取一套Areal表征参数体系，建立了表征参数与表面性能的对应关系，并探讨性地提出了表征参数选取的原则与方法。 在分析了表面形貌的各种测量方法之后，阐述了原子力显微镜(AFM)的基本原理，运用AFM提取两种加工精度不同的研磨表面形貌信息，对所获取的表面形貌信息进行表面重构并对其滤波处理，得到表面的高斯评定基准面，在此基础上算出相应Areal表征参数值，并进行对比，结果表明Areal幅度参数和综合参数随表面形貌不同反应敏感，功能参数比较稳定，研磨工件表面形貌特性随着加工精度的提高趋向高斯分布，精密磨削加工的表面形貌适合使用高斯滤波分析。实验也表明原子力显微镜非常适合测量精加工表面的三维表面形貌，可以作为进行GPS体系研究的重要测量工具。