2019年3月7日
在过去的二十年中，开发了许多用于分析区域表面纹理（areal surface texture）及其对组件功能的影响的软件包。然而，这些软件包几乎是专门针对熟悉表面纹理分析的测量专业人士开发的。这些包为使用者提供了大量工具，如果没有有效指导，这些工具可能令人生畏并且难以掌握。此外，我们并不总是清楚应用工具和改变参数实际上如何影响了数据集。
很多情况下，那些了解分析软件的人与那些对表面进行设计并提出明确要求的人相去甚远。因此，设计、制造和质量工程师也可以从这些工具中获益，但他们必须依靠他们的实验室来解释表面纹理数据，而不能与数据本身进行交互。其结果是，工程师只能继续指定最基本的，但很容易理解的表面参数，如平均粗糙度，无论这些参数是否有用。
现在，有一种用于表面纹理分析的新的软件方法可供使用，它提供了可供工程师和实验室专业人员共享的分析经验，以使他们真正理解、交流和改进表面功能。通过引进一个分步骤的、可视化的纹理分析方法，该软件允许设计师，管理人员和工艺工程师探索表面纹理，并以图形和数字的方式进行交流。
在本文中，我们介绍了这种逐步分析表面数据的过程。我们将展示Digital Metrology公司的 OmniSurf3D 软件 以一种工程师和质量专业人员都可以用来理解和提高组件性能的语言，如何可视化地展示每个步骤。
OmniSurf3D 软件。3D表面以彩色显示。大范围的倾斜表面显示为透明的蓝色平面。
使用适当的数据可视化工具进行区域（或“3D”）表面纹理测量，可以在技术测量与人类的诠释力量之间建立联系。不幸的是，大多数公司都存在一个问题：负责设计、开发和制造表面的人不一定是那些真正探究测量数据的人。在许多情况下，那些在实验室之外工作的人只是从实验室得到一个号码信息，例如“形状误差”（form error）或“均方根粗糙度”（RMS roughness），而这些有限的信息是驱动他们进行设计和决策的全部信息。
使用当今工具，实验室可以测量和存储地形数据，设计师和工程师随后可以在他们的办公桌上对数据进行探究和分析。这是一种绝佳方法。它允许质量实验室专注于提供准确数据，而工程部门可以利用其产品知识。
将表面分析工具从实验室移到工程师办公室的挑战在于，软件工具必须是直观的、描述性的。当今的工程师必须是许多学科的专家；因此，表面分析必须是一个用于勘探的信息工具，而不是一个额外的负担。
2. 考虑名义几何形状
3. 通过滤波提取感兴趣的表面特征或形状
4. 用数值参数描述感兴趣的特征。 下面几节将更详细地介绍这四个步骤。构建合理的分析软件使得探索任一或所有这些方面成为可能，同时不需要使用者遵循冗长、严格的过程来获得有意义的结果。
陡坡导致的缺失点。
由于传感器没有正确检测像素点导致的异常值。
分析过程的第一步是考虑数据中的误差，如缺失点和离群数据。OmniSurf3D 提供的工具可以很容易地解释传入数据中的错误，而不会无意中改变数据本身，从而扭曲表面参数。
OmniSurf3D 提供了“双可视化”视图，以便在应用分析特性时进行快速比较。这里，原始数据显示在双视图的左边，而右边的数据已经进行了预处理，缺失的点已被插入的值填充。
缺失数据的双线性填充。OmniSurf3D的双可视化视图的左侧是预处理数据，右侧为处理后的数据，清晰地显示了操作效果。图片来自Michigan Metrology。
例如，一个高度为“10”的离群点有这些3×3相邻点：
3×3 中值滤波。将一个3×3正方形的中心像素替换为其相邻点的中值，以去除单像素的离群值。
3×3中值滤波器将所有9个高度进行区分，并将中间像素的高度（之前是“10”）替换为中值“3”。中值滤波器的“正方形”被传递到整个图像，从而去除“单像素噪声”。通过下面所示的OmniSurf3D 的双可视化视图，我们可以再次看到这个滤波器的效果。注意，当离群数据点（左）被删除，表面的真实结构变得明显（右）。
中值滤波去除离群点。OmniSurf3D的双可视化视图的（左侧）显示了外围数据是如何压制表面的实际形状的。一旦这些离群值被移除，整个柱面（右）就变得很明显了。
还有其他方法可用于处理测量数据集中的离群值。在某些情况下，基于阈值的简单方法（删除相邻区域）可能有用。在其他情况下，“鲁棒”滤波器（Robust filter），可以是一个抑制异常值的有力工具。
相对于该表面的底层形状（左），这个球面上的结节很难辨别。通过去除球面形状，精细特征可以被可视化和量化（右）。请注意两幅图像之间的缩放比例差异。
几何形状去除在ISO 25178系列标准中被看作“F”或“形状去除”操作，该标准规定了如何收集和报告表面数据。为了分析测量数据集，最合理的做法是首先去除底层几何形状，以更好地显示滤波操作的效果。
在 OmniSurf3D中，可以从表面数据中删除若干个参考几何形状（图形），包括平面、柱面、锥面、球面、非球面、多项式曲面等。参考几何形状的选择基于对底层几何形状的了解。例如，如果表面被设计成平的/平面的，那么平面应该被用作参考几何形状。如果表面被设计成圆柱形的，则应使用柱面作为参考几何形状。在某些情况下，表面形状不是原始的几何形状；在许多这样的情况下，使用多项式来形成近似底层形状是非常有用的。
要正确提取和理解表面特征，具备将参考几何形状与被测表面的关系形象化的能力非常重要。例如，将织物或纸张的样品看作是平面的似乎是很自然的；然而，如果样本是束状的或弯曲的，那么使用平面的参考形状可能会使数据失真，而多项式表面拟合则不会造成数据失真。OmniSurf3D可以将参考几何形状显示为切穿部分表面的透明表面，从而很容易地看到参考形状与实际数据的匹配恰当程度。请参考下图示例：
道路的许多波长范围，从砂砾侧面的纹理（短波长）到庞大的山丘和山谷（长波长）。
为了探索一个感兴趣的特定波长区域，我们必须应用滤波来限制或“限定”感兴趣的波长波段。在ISO 25178的背景下，短波长限定滤波器的应用被称为“S”操作。长波长限定滤波器的应用称为“L”操作。这些滤波器（操作符）可以调整，以提取表面的各种形状。例如，许多表面纹理参考书提到表面域：粗糙度（roughness），波纹度（waviness ）和形状（form）。
在这种三域方法下，被测表面被分成三个表面，每个表面都含有各种功能含义或过程相关的含义。在上图中，我们将一个铣削表面分析如下：
要定义一个滤波器，我们必须指定两样东西：截止波长和滤波器类型。
截止波长定义了数据被分割成长波长(波纹度)和短波长(粗糙度)的点。截止波长可以被描述为进入滤波器波纹侧的“平滑化量”（the amount of smoothing）。对滤波器截止波长的选择的影响如下图所示：
截止波长选择的影响。注意，选择0.8毫米的截止波长（左）导致波纹度轮廓有许多峰和谷。选择8.0毫米的截止波长（右）将波纹度轮廓平滑成一个单一的曲线，同时也在粗糙度轮廓引入较大的波长结构。
在上图示例中，我们可以看到显示两次的一个原始表面轮廓（上面的蓝色数据）。左侧图中，原始轮廓用一个相对较小的截止值（0.8 mm）进行滤波。这形成了一个波纹度轮廓(左上红色轮廓)，带有若干个峰和谷。如果我们从原始轮廓中去除左侧的波纹度轮廓，那么会剩下左下角的粗糙度轮廓。
相似地，右上角是基于一个较大的（8.0 mm）滤波截止值产生的波纹度轮廓。该较大的截止值会产生一个更光滑的波纹度轮廓，因此，右下角的图中粗糙度有所增加。
滤波器必须要选定的另一方面是滤波器类型。这定义了平滑化发生的方式。典型的滤波器类型是高斯滤波器（Gaussian Filter）和鲁棒滤波器（Robust Filter）。高斯滤波器是最常见的滤波器，应用范围十分广泛。它是基于一条高斯（或“钟形曲线”）形移动平均线来处理数据，进而创建一个波纹度轮廓或表面：
高斯滤波
当边远特征造成不必要的数据畸变时，可以考虑鲁棒滤波（Robust filtering）。使用高斯滤波器时，在含有孔隙或划痕的表面可能发生这些畸变。
选择滤波器的截止波长（在ISO 25178系列中也称为滤波器的“嵌套指数”），对于提取感兴趣的特征至关重要。OmniSurf3D 提供了各种可视化工具来帮助使用者理解滤波器的影响，并更好地理解被研究的表面。
短波滤波器（S 操作符）
短波滤波器从几何形状抑制表面抑制（去除）不需要的短波长。所得到的表面称为“原始”（Primary）表面。滤波量由短波滤波器的截止波长（嵌套指数）决定。
示例中展示了基于一个0.080 mm的短波滤波器的形状抑制表面和相关的“原始”（Primary）表面。
短波滤波器的应用。请注意原始表面的细节丢失——在这个波长范围内，滤波器已经从数据中去除了噪音，以显示粗糙度（右）。
考虑到滤波器选择的重要性，OmniSurf3D提供了若干个可视化工具来辅助使用者理解并探索滤波器的影响：
• 一个透明的波纹度表面图。这种可视化可以让使用者看到波纹度表面是如何“适配”原始表面的。
显示在固体原始表面内部的透明波纹度表面。
• 双可视化表面图
OmniSurf3D对原始/波纹度表面（左）和波纹度表面（右）的双可视化显示。
OmniSurf3D对原始/波纹度表面（左）和滤波后的粗糙度表面（右）的双可视化显示。
这种可视化允许使用者快速看到滤波器是如何处理数据的。例如，如果截止波长设置为较小的值，我们可以很容易地看到表面的小块凹陷开始出现在波纹度域中。这意味着报告的表面纹理参数将缺少这些小块凹陷的参数：
OmniSurf3D对原始表面（左）和波纹度表面（右）的双可视化显示。波纹度中出现较细小的“凹陷”可能表明截止值过小。
因此，我们应该首先从视觉和功能上理解表面。这种理解应该驱动数值的选择。有许多不同的参数可以用来计算一个表面，远远超过可以在这里描述的参数。最好的参考是ISO 25178-2。在这篇介绍中，我们将介绍一些基本的分析类别和参数。
请注意：二维轮廓分析最常用的高度或“粗糙度”参数是“Ra”(平均粗糙度)参数。在区域/3D表面纹理中，我们没有“R”（粗糙度）或“W”（波纹度）的指称，因为我们没有粗糙度或波纹度的概念。针对区域/3D表面纹理，我们简单地使用字母“S”来指定一个表面。“S”表面是由S（短波滤波器）和/或L（长波滤波器）和/或F（形状）操作符所决定的一组可控制的表面波长组成的。
基于到中线的平均距离的Sa值。
在3D表面分析中，另一个越来越流行的高度描述是Sq参数。从数学上说，这是表面高度的标准偏差，因此在数学/统计建模中更有用。
基于高度标准偏差的Sq值。
报告由粗糙度引起的表面面积增量的Sdr值。
区域地势的局部特征。
峰周围的区域被称为“山”，坑周围的区域被称为“谷”。可以从这些特征推导出统计数据，如平均谷地体积或平均峰密度。这些参数可以用来描述表面容纳润滑剂或油墨的情况，或者表面可能如何滑动或卡住。使用许多基于检测特征的参数，OmniSurf3D为被测量表面提供了这些特征的独特3D可视化视图：
OmniSurf3D 对脊线和局部坑的3D显示。
形态分析（Morphological Analysis）可以预测一个柔软表面将如何符合一个刚性表面。它也可以被用作一个有用的工具，可以突出一个测量表面中锐利的向上或向下的特征。
形态学“闭合”过滤器可应用于数据集，以模拟柔软表面（例如，垫圈）被压入一个表面。这种分析方法允许工程师探索表面功能，例如垫圈下的泄漏或应力引起的谷或裂缝的存在。
相反，形态学上的“开启滤波器”可以用于显示表面上的峰与接触应力、油膜渗透和外观缺陷的可能关系。
OmniSurf3D 提供一个交互式的、极其快速的工具，可以对间隙/空洞或峰进行形态学滤波和可视化显示。
OmniSurf3D 的坑/孔隙分析。
很多情况下，那些了解分析软件的人与那些对表面进行设计并提出明确要求的人相去甚远。因此，设计、制造和质量工程师也可以从这些工具中获益，但他们必须依靠他们的实验室来解释表面纹理数据，而不能与数据本身进行交互。其结果是，工程师只能继续指定最基本的，但很容易理解的表面参数，如平均粗糙度，无论这些参数是否有用。
现在，有一种用于表面纹理分析的新的软件方法可供使用，它提供了可供工程师和实验室专业人员共享的分析经验，以使他们真正理解、交流和改进表面功能。通过引进一个分步骤的、可视化的纹理分析方法，该软件允许设计师，管理人员和工艺工程师探索表面纹理，并以图形和数字的方式进行交流。
在本文中，我们介绍了这种逐步分析表面数据的过程。我们将展示Digital Metrology公司的 OmniSurf3D 软件 以一种工程师和质量专业人员都可以用来理解和提高组件性能的语言，如何可视化地展示每个步骤。
OmniSurf3D 软件。3D表面以彩色显示。大范围的倾斜表面显示为透明的蓝色平面。
表面分析增强直觉理解
极为强大的表面分析工具是人眼和人脑。每天我们成千上万次地观察表面，凭直觉判断它们是否粗糙、光滑、行走是否安全、触摸是否危险、外观是否美观等等。使用适当的数据可视化工具进行区域（或“3D”）表面纹理测量，可以在技术测量与人类的诠释力量之间建立联系。不幸的是，大多数公司都存在一个问题：负责设计、开发和制造表面的人不一定是那些真正探究测量数据的人。在许多情况下，那些在实验室之外工作的人只是从实验室得到一个号码信息，例如“形状误差”（form error）或“均方根粗糙度”（RMS roughness），而这些有限的信息是驱动他们进行设计和决策的全部信息。
使用当今工具，实验室可以测量和存储地形数据，设计师和工程师随后可以在他们的办公桌上对数据进行探究和分析。这是一种绝佳方法。它允许质量实验室专注于提供准确数据，而工程部门可以利用其产品知识。
将表面分析工具从实验室移到工程师办公室的挑战在于，软件工具必须是直观的、描述性的。当今的工程师必须是许多学科的专家；因此，表面分析必须是一个用于勘探的信息工具，而不是一个额外的负担。
分析表面纹理的基本步骤
探索和分析区域表面纹理的过程可以被看作四项基本活动： 1. 清理或预处理数据2. 考虑名义几何形状
3. 通过滤波提取感兴趣的表面特征或形状
4. 用数值参数描述感兴趣的特征。 下面几节将更详细地介绍这四个步骤。构建合理的分析软件使得探索任一或所有这些方面成为可能，同时不需要使用者遵循冗长、严格的过程来获得有意义的结果。
1. 清理（预处理）数据集
表面数据可以通过许多不同的仪器来获取，包括从机械触针轮廓仪到光学3D(区域)测量系统等各种仪器。在基于2D触针的系统中，当触针沿着表面上下移动时，传感器总是知道触针的位置。然而，在光学测量中，情况并非总是如此。有时，光学测量系统不能探测到某些像素点的数据——可能是由于陡坡或表面污染。在其他情况下，光学仪器可能会由于其他成像或检测问题而将单个像素点的高度表示错误，从而导致离群值。以下是一些例子：
陡坡导致的缺失点。
由于传感器没有正确检测像素点导致的异常值。
分析过程的第一步是考虑数据中的误差，如缺失点和离群数据。OmniSurf3D 提供的工具可以很容易地解释传入数据中的错误，而不会无意中改变数据本身，从而扭曲表面参数。
处理缺失点
缺失点可以通过各种插值方法来填补。插值可以提供更好的可视化，如果执行正确，对计算参数的影响最小。在下面的例子中，我们使用非常快速的双线性插值方法，根据缺失点邻近的有效高度预测缺失点的高度。OmniSurf3D 提供了“双可视化”视图，以便在应用分析特性时进行快速比较。这里，原始数据显示在双视图的左边，而右边的数据已经进行了预处理，缺失的点已被插入的值填充。
缺失数据的双线性填充。OmniSurf3D的双可视化视图的左侧是预处理数据，右侧为处理后的数据，清晰地显示了操作效果。图片来自Michigan Metrology。
处理离群点
根据离群值的类型，可以用不同的方法来处理离群点。校正“单像素”离群值最常用的方法是使用中值滤波器。中值滤波器观察以感兴趣的像素为中心的像素组成的正方形（通常为3×3或5×5）。中心像素被正方形中包含的像素（通常为9或25）的中值所取代。例如，一个高度为“10”的离群点有这些3×3相邻点：
3×3 中值滤波。将一个3×3正方形的中心像素替换为其相邻点的中值，以去除单像素的离群值。
3×3中值滤波器将所有9个高度进行区分，并将中间像素的高度（之前是“10”）替换为中值“3”。中值滤波器的“正方形”被传递到整个图像，从而去除“单像素噪声”。通过下面所示的OmniSurf3D 的双可视化视图，我们可以再次看到这个滤波器的效果。注意，当离群数据点（左）被删除，表面的真实结构变得明显（右）。
中值滤波去除离群点。OmniSurf3D的双可视化视图的（左侧）显示了外围数据是如何压制表面的实际形状的。一旦这些离群值被移除，整个柱面（右）就变得很明显了。
还有其他方法可用于处理测量数据集中的离群值。在某些情况下，基于阈值的简单方法（删除相邻区域）可能有用。在其他情况下，“鲁棒”滤波器（Robust filter），可以是一个抑制异常值的有力工具。
2. 考虑名义几何形状
为了正确地探索表面“纹理”的高度和深度，我们需要能够将纹理特征从底层的几何形状中分离出来。例如，在将底层的球形形状去除之前（如右图所示），很难将这个球面上的涂层结节（左图）可视化并进行描述。
相对于该表面的底层形状（左），这个球面上的结节很难辨别。通过去除球面形状，精细特征可以被可视化和量化（右）。请注意两幅图像之间的缩放比例差异。
几何形状去除在ISO 25178系列标准中被看作“F”或“形状去除”操作，该标准规定了如何收集和报告表面数据。为了分析测量数据集，最合理的做法是首先去除底层几何形状，以更好地显示滤波操作的效果。在 OmniSurf3D中，可以从表面数据中删除若干个参考几何形状（图形），包括平面、柱面、锥面、球面、非球面、多项式曲面等。参考几何形状的选择基于对底层几何形状的了解。例如，如果表面被设计成平的/平面的，那么平面应该被用作参考几何形状。如果表面被设计成圆柱形的，则应使用柱面作为参考几何形状。在某些情况下，表面形状不是原始的几何形状；在许多这样的情况下，使用多项式来形成近似底层形状是非常有用的。
要正确提取和理解表面特征，具备将参考几何形状与被测表面的关系形象化的能力非常重要。例如，将织物或纸张的样品看作是平面的似乎是很自然的；然而，如果样本是束状的或弯曲的，那么使用平面的参考形状可能会使数据失真，而多项式表面拟合则不会造成数据失真。OmniSurf3D可以将参考几何形状显示为切穿部分表面的透明表面，从而很容易地看到参考形状与实际数据的匹配恰当程度。请参考下图示例：
3. 通过滤波提取感兴趣的表面特征或形状
表面是由不同尺寸或不同波长的特征组成的。例如，路面由许多不同的波长组成：
道路的许多波长范围，从砂砾侧面的纹理（短波长）到庞大的山丘和山谷（长波长）。
为了探索一个感兴趣的特定波长区域，我们必须应用滤波来限制或“限定”感兴趣的波长波段。在ISO 25178的背景下，短波长限定滤波器的应用被称为“S”操作。长波长限定滤波器的应用称为“L”操作。这些滤波器（操作符）可以调整，以提取表面的各种形状。例如，许多表面纹理参考书提到表面域：粗糙度（roughness），波纹度（waviness ）和形状（form）。
在这种三域方法下，被测表面被分成三个表面，每个表面都含有各种功能含义或过程相关的含义。在上图中，我们将一个铣削表面分析如下：
- 粗糙度：S-L（短–长）受限表面 o S 操作符：0.0025 mm 高斯滤波器（Gaussian Filter） o L 操作符：0.8 mm 高斯滤波器（Gaussian Filter）
- 波纹度： S-L（短–长）受限表面 (short–long) limited surface o S 操作符：0.8 mm 高斯滤波器（Gaussian Filter） o L 操作符：8.0 mm 高斯滤波器（Gaussian Filter）
- Form: S-F（短–形状）受限表面 (short–form) limited surface o S 操作符： 8.0 mm Gaussian Filter o F 操作符：最小二乘线（Least Squares Line）
截止波长定义了数据被分割成长波长(波纹度)和短波长(粗糙度)的点。截止波长可以被描述为进入滤波器波纹侧的“平滑化量”（the amount of smoothing）。对滤波器截止波长的选择的影响如下图所示：
截止波长选择的影响。注意，选择0.8毫米的截止波长（左）导致波纹度轮廓有许多峰和谷。选择8.0毫米的截止波长（右）将波纹度轮廓平滑成一个单一的曲线，同时也在粗糙度轮廓引入较大的波长结构。
在上图示例中，我们可以看到显示两次的一个原始表面轮廓（上面的蓝色数据）。左侧图中，原始轮廓用一个相对较小的截止值（0.8 mm）进行滤波。这形成了一个波纹度轮廓(左上红色轮廓)，带有若干个峰和谷。如果我们从原始轮廓中去除左侧的波纹度轮廓，那么会剩下左下角的粗糙度轮廓。相似地，右上角是基于一个较大的（8.0 mm）滤波截止值产生的波纹度轮廓。该较大的截止值会产生一个更光滑的波纹度轮廓，因此，右下角的图中粗糙度有所增加。
滤波器必须要选定的另一方面是滤波器类型。这定义了平滑化发生的方式。典型的滤波器类型是高斯滤波器（Gaussian Filter）和鲁棒滤波器（Robust Filter）。高斯滤波器是最常见的滤波器，应用范围十分广泛。它是基于一条高斯（或“钟形曲线”）形移动平均线来处理数据，进而创建一个波纹度轮廓或表面：
高斯滤波
当边远特征造成不必要的数据畸变时，可以考虑鲁棒滤波（Robust filtering）。使用高斯滤波器时，在含有孔隙或划痕的表面可能发生这些畸变。选择滤波器的截止波长（在ISO 25178系列中也称为滤波器的“嵌套指数”），对于提取感兴趣的特征至关重要。OmniSurf3D 提供了各种可视化工具来帮助使用者理解滤波器的影响，并更好地理解被研究的表面。
短波滤波器（S 操作符）
短波滤波器从几何形状抑制表面抑制（去除）不需要的短波长。所得到的表面称为“原始”（Primary）表面。滤波量由短波滤波器的截止波长（嵌套指数）决定。
示例中展示了基于一个0.080 mm的短波滤波器的形状抑制表面和相关的“原始”（Primary）表面。
短波滤波器的应用。请注意原始表面的细节丢失——在这个波长范围内，滤波器已经从数据中去除了噪音，以显示粗糙度（右）。
长波滤波器（L 操作符）
长波滤波器（L 操作符）确立了进入波纹度表面的表面波长。该波纹度表面被去除，以得到经过滤波的（粗糙度）表面。这种滤波器类型和截止波长（嵌套指数）的选择非常重要，因为它会对计算参数产生重大影响。考虑到滤波器选择的重要性，OmniSurf3D提供了若干个可视化工具来辅助使用者理解并探索滤波器的影响：
• 一个透明的波纹度表面图。这种可视化可以让使用者看到波纹度表面是如何“适配”原始表面的。
显示在固体原始表面内部的透明波纹度表面。
• 双可视化表面图
OmniSurf3D对原始/波纹度表面（左）和波纹度表面（右）的双可视化显示。
OmniSurf3D对原始/波纹度表面（左）和滤波后的粗糙度表面（右）的双可视化显示。
这种可视化允许使用者快速看到滤波器是如何处理数据的。例如，如果截止波长设置为较小的值，我们可以很容易地看到表面的小块凹陷开始出现在波纹度域中。这意味着报告的表面纹理参数将缺少这些小块凹陷的参数：
OmniSurf3D对原始表面（左）和波纹度表面（右）的双可视化显示。波纹度中出现较细小的“凹陷”可能表明截止值过小。
4. 用数字描述感兴趣的特征
除了对表面数据的可视化和探索，我们最终需要用数字来描述和控制我们的表面。如果没有数值，我们将很难建立公差和控制制造过程。我们将无法评估质量。然而，我们应该记住：
因此，我们应该首先从视觉和功能上理解表面。这种理解应该驱动数值的选择。有许多不同的参数可以用来计算一个表面，远远超过可以在这里描述的参数。最好的参考是ISO 25178-2。在这篇介绍中，我们将介绍一些基本的分析类别和参数。请注意：二维轮廓分析最常用的高度或“粗糙度”参数是“Ra”(平均粗糙度)参数。在区域/3D表面纹理中，我们没有“R”（粗糙度）或“W”（波纹度）的指称，因为我们没有粗糙度或波纹度的概念。针对区域/3D表面纹理，我们简单地使用字母“S”来指定一个表面。“S”表面是由S（短波滤波器）和/或L（长波滤波器）和/或F（形状）操作符所决定的一组可控制的表面波长组成的。
描述表面高度
最常见的区域参数是Sa（平均粗糙度）值，它类似于基于轮廓的“Ra”值。这个值是所有数据点到基于所有数据点的中线的平均距离。
基于到中线的平均距离的Sa值。
在3D表面分析中，另一个越来越流行的高度描述是Sq参数。从数学上说，这是表面高度的标准偏差，因此在数学/统计建模中更有用。
基于高度标准偏差的Sq值。
描述表面界面面积
Sa和Sq用以描述高度，其他参数则描述表面的不同的、或许非常重要的方面。例如，“Sdr”——已开发的界面比率（Developed Interface Ratio）——描述了与不存在粗糙度时的表面面积相比，由粗糙度引起的表面面积增量。报告的值是由于粗糙度而获得的面积增量百分比。
报告由粗糙度引起的表面面积增量的Sdr值。
描述局部特征
区域“特征”提取方法可以用来检测和分离诸如峰、坑、鞍、脊线、航向线等特征：
区域地势的局部特征。
峰周围的区域被称为“山”，坑周围的区域被称为“谷”。可以从这些特征推导出统计数据，如平均谷地体积或平均峰密度。这些参数可以用来描述表面容纳润滑剂或油墨的情况，或者表面可能如何滑动或卡住。使用许多基于检测特征的参数，OmniSurf3D为被测量表面提供了这些特征的独特3D可视化视图：
OmniSurf3D 对脊线和局部坑的3D显示。
额外的分析工具
除了上面描述的一般表面参数，实验室专业人员可以使用广泛的工具来进一步分析表面，并将其纹理与功能关联起来。形态分析（Morphological Analysis）可以预测一个柔软表面将如何符合一个刚性表面。它也可以被用作一个有用的工具，可以突出一个测量表面中锐利的向上或向下的特征。
形态学“闭合”过滤器可应用于数据集，以模拟柔软表面（例如，垫圈）被压入一个表面。这种分析方法允许工程师探索表面功能，例如垫圈下的泄漏或应力引起的谷或裂缝的存在。
相反，形态学上的“开启滤波器”可以用于显示表面上的峰与接触应力、油膜渗透和外观缺陷的可能关系。
OmniSurf3D 提供一个交互式的、极其快速的工具，可以对间隙/空洞或峰进行形态学滤波和可视化显示。
OmniSurf3D 的坑/孔隙分析。
结论
测量、分析和解释表面纹理数据的能力为设计高功能表面和控制制造它们所需的过程提供了巨大的可能性。通过为表面纹理探索提供直观、高效和信息化的工具，OmniSurf3D 为跨所有工程功能的表面分析提供了一个通用平台。设计人员可以探索表面数据，以在工艺早期直接改善表面功能，而质量和工艺工程师可以深入挖掘，发现变化的根本原因，并更好地控制生产制作，以实现可重复性的、可靠的组件功能。