显微镜测量表面粗糙度的空间分辨能力测量仪器

干涉显微镜测量表面粗糙度的空间分辨能力测量仪器

表面形貌检测结果分析
纳米机械加工表面微观形貌检测方法

(1)测量方向对测量结果的影响

测量方向主要对二维轮廓曲线的数据分析影响较大，金刚石车削加
工的超光滑表面的AFM的表面形貌图，在该图上截取了沿切削方向（进
给方向）及垂直于切削方向的轮廓，并计算了粗糙度Ra值。显然在沿切
削方向的粗糙度值高出垂直切削方向值的一倍。因此对于金刚石车削加
工的超光滑表面，由于表面上车削加工痕迹有一定的规律，当垂直于切
削方向截取轮廓线测量时，表面起伏最大，测得的表面粗糙度值最大，
而当平行于切削方向截取轮廓曲线测量时，测得的表面粗糙度值最小，
它们之间差值一般受切削参数的影响。因此说，在测量过程中，测量方
向对不同加工方法加工的试件的影响是不一样的。一般情况下，要选择
垂直于加工方向的测量方向进行检测，使取样长度内包含的峰谷数最多
；如果无法判断加工方向，那么就要多测几组数据，比较后选取较大的
为测量值

(2)空间分辨率对测量结果的影响

触针式轮廓仪和AFM都属于接触法测量，空间分辨率主要由触针针
尖尺寸和几何形状决定，而干涉显微镜属于非接触测量，空间分辨率取
决于物镜放大倍率。对于触针法测量，触针复制原始表面特征的能力要
视针尖尺寸与形状而定。针尖尺寸小，复制表面特征的能力就强，容易
得到真实表面轮廓。随着针尖半径增大，会滤掉一些微小的表面特征，
复制的表面轮廓将变形，造成测量的表面粗糙度参数值过低：”1。

AFM的触针尺寸很小，接近原子半径，因此用AFM检测所得结果更精
确。干涉显微镜测量表面粗糙度的空间分辨能力d取决于光源波长A及显
微镜物镜的数值孔径A，

当表面的精细结构，如峰峰之间间距a》d时，在显微镜中只能看到
一点，无法分辨出表面结构，影响了对表面形貌的真实反映。AFM的纵
向分辨率优于0.01 nm，横向分辨率优于0.1 nm；而干涉显微镜的纵向
分辨率为0.1 nm，横向分辨率在微米量级。干涉显微镜的扫描中将忽略
比横向分辨距离小的一些表面微小特征，而AFM则能扫描到这些微小特
征中的很大一部分，所以AFM测得的表面粗糙度数值比较大。

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