一种材料表面粗糙度的确定方法及系统
阅读说明：本技术 一种材料表面粗糙度的确定方法及系统 (Method and system for determining surface roughness of material ) 是由 马玉田 刘俊标 韩立 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种材料表面粗糙度的确定方法及系统。该方法包括获取材料集合；利用扫描电子显微镜对所述材料集合中的材料进行扫描,确定二次电子像集合；对所述二次电子像集合进行灰度处理,得到灰度图像集合；根据灰度图像集合每一灰度图像对应的灰度值与对应的表面粗糙度确定灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线；获取待确定的材料；利用扫描电子显微镜对待确定的材料进行扫描,确定二次电子像；并对二次电子像进行灰度处理；根据灰度处理后的二次电子像的灰度值以及灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线确定待确定的材料的表面粗糙度。本发明在真空条件下进行非接触式测量,样品不易受污染且无损伤,并具有易精确控制、工艺简单的优点。(The invention relates to a method and a system for determining the surface roughness of a material. The method includes obtaining a collection of materials; scanning the materials in the material set by using a scanning electron microscope to determine a secondary electron image set; carrying out gray level processing on the secondary electron image set to obtain a gray level image set; determining a corresponding relation curve of the gray values and the surface roughness according to the gray values corresponding to the gray images of the gray image set and the corresponding surface roughness; obtaining a material to be determined; scanning a material to be determined by using a scanning electron microscope to determine a secondary electron image; and carrying out gray level processing on the secondary electron image; and determining the surface roughness of the material to be determined according to the gray value of the secondary electron image after gray processing and the corresponding relation curve of the gray value and the surface roughness. The invention carries out non-contact measurement under the vacuum condition, the sample is not easy to be polluted and damaged, and the invention has the advantages of easy and accurate control and simple process.)
技术领域
本发明涉及表面粗糙度领域，特别是涉及一种材料表面粗糙度的确定方法及系统。
背景技术
表面粗糙度参数是对表面空间特征和功能特性的量化反映，在产品设计和制造中有着重要的作用。表面形貌的测量和表征在工业中起到桥梁的作用：一方面连接生产环节，帮助控制加工工艺生产出合格的产品；另一方面连接应用环节，量化表达产品具有的实际功能，评价产品使用性能的优劣。
三维表面粗糙度的测量方法有很多，一般根据测量仪器是否与被测表面接触分为接触式测量和非接触式测量两大类。
接触式测量法是采用触针沿样品表面着轻轻划过，通过被测表面的高低起伏来表征样品表面粗糙度，该方法操作简单、通用性强，但触针容易损伤表面，并且其几何形状都会对测量结果的准确性产生很大影响。
非接触式测量主要以光学法测量为主，基本原理是将一个光源投射到被测物体上并处理反射信号以确定它的表面粗糙度。非接触式测量方法不会损伤工件表面，但对被测表面的清洁度要求较高，对于反射性较差或有较大倾斜度的表面容易造成测量失真。
因此，亟需一种新的表面粗糙度的确定方法或系统以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种材料表面粗糙度的确定方法及系统，在真空条件下进行非接触式测量，样品不易受污染且无损伤，并具有易精确控制、工艺简单的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种材料表面粗糙度的确定方法，包括：
获取材料集合；所述材料集合包括已知表面粗糙度的材料；
利用扫描电子显微镜对所述材料集合中的材料进行扫描，确定二次电子像集合；
对所述二次电子像集合进行灰度处理，得到灰度图像集合；
根据灰度图像集合每一灰度图像对应的灰度值与对应的表面粗糙度确定灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线；
获取待确定的材料；
利用扫描电子显微镜对待确定的材料进行扫描，确定二次电子像；并对二次电子像进行灰度处理；
根据灰度处理后的二次电子像的灰度值以及灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线确定待确定的材料的表面粗糙度。
可选地，所述利用扫描电子显微镜对所述材料集合中的材料进行扫描，确定二次电子像集合，具体包括：
对所述扫描电子显微镜进行设置；设置后的扫描电子显微镜采用的加速电压为15-20kV，束流为5-10nA；
利用设置后的扫描电子显微镜发出的电子束垂直材料集合中的材料的表面进行照射和扫描，确定二次电子像集合。
可选地，所述利用设置后的扫描电子显微镜发出的电子束垂直材料集合中的材料的表面进行照射和扫描，确定二次电子像集合，具体包括：
将材料集合中的材料放置在设置后的扫描电子显微镜内，并当真空抽至10-2Pa时，发出垂直材料集合中的材料的表面的电子束进行照射和扫描，确定二次电子像集合。
可选地，所述材料为钨片。
可选地，所述获取待确定的材料，具体包括：
获取设定形状的钨块；
采用聚焦离子束在所述钨块的表面制备纳米条纹，形成钨片。
可选地，所述钨片的纳米条纹的宽度的为0.5μm-1μm；
纳米条纹的长度为3μm-5μm；
纳米条纹的深度为1nm-1μm。
一种材料表面粗糙度的确定系统，包括：
材料集合获取模块，用于获取材料集合；所述材料集合包括已知表面粗糙度的材料；
二次电子像集合确定模块，用于利用扫描电子显微镜对所述材料集合中的材料进行扫描，确定二次电子像集合；
灰度图像集合确定模块，用于对所述二次电子像集合进行灰度处理，得到灰度图像集合；
对应关系曲线确定模块，用于根据灰度图像集合每一灰度图像对应的灰度值与对应的表面粗糙度确定灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线；
待确定的材料获取模块，用于获取待确定的材料；
待确定的材料处理模块，用于利用扫描电子显微镜对待确定的材料进行扫描，确定二次电子像；并对二次电子像进行灰度处理；
表面粗糙度确定模块，用于根据灰度处理后的二次电子像的灰度值以及灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线确定待确定的材料的表面粗糙度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种材料表面粗糙度的确定方法及系统，采用扫描电子显微镜的电子束垂直照射在材料上进行扫描得到二次电子像，再对二次电子像进行灰度处理得到灰度值，从灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线查找对应灰度值的表面粗糙度。在真空条件下非接触式测量，样品不易受污染且无损伤，并具有易精确控制、工艺简单等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种材料表面粗糙度的确定方法流程示意图；
图2为本发明所提供的一种材料表面粗糙度的确定系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种材料表面粗糙度的确定方法及系统，在真空条件下进行非接触式测量，样品不易受污染且无损伤，并具有易精确控制、工艺简单的优点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种材料表面粗糙度的确定方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种材料表面粗糙度的确定方法，包括：
S101，获取材料集合；所述材料集合包括已知表面粗糙度的材料；
S101所述材料为钨片。
所述获取待确定的材料，具体包括：
获取设定形状的钨块；设定形状包括但不限于圆形。
采用聚焦离子束在所述钨块的表面制备纳米条纹，形成钨片。纳米条纹的表面粗糙度为占空比1:1。
所述钨片的纳米条纹的宽度的为0.5μm-1μm；优选宽度为0.5μm；
纳米条纹的长度为3μm-5μm；优选长度为3μm；
纳米条纹的深度为1nm-1μm。优选深度为10nm；
S102，利用扫描电子显微镜对所述材料集合中的材料进行扫描，确定二次电子像集合；
S102具体包括：
对所述扫描电子显微镜进行设置；设置后的扫描电子显微镜采用的加速电压为15-20kV，束流为5-10nA；
利用设置后的扫描电子显微镜发出的电子束垂直材料集合中的材料的表面进行照射和扫描，确定二次电子像集合。
所述利用设置后的扫描电子显微镜发出的电子束垂直材料集合中的材料的表面进行照射和扫描，确定二次电子像集合，具体包括：
将材料集合中的材料放置在设置后的扫描电子显微镜内，并当真空抽至10-2Pa时，发出垂直材料集合中的材料的表面的电子束进行照射和扫描，确定二次电子像集合。
S103，对所述二次电子像集合进行灰度处理，得到灰度图像集合；
S104，根据灰度图像集合每一灰度图像对应的灰度值与对应的表面粗糙度确定灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线；
S105，获取待确定的材料；
S106，利用扫描电子显微镜对待确定的材料进行扫描，确定二次电子像；并对二次电子像进行灰度处理；
S107，根据灰度处理后的二次电子像的灰度值以及灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线确定待确定的材料的表面粗糙度。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明的表面粗糙度的测量方法，所述钨片为圆片形状，直径为3mm；厚度为1mm；构建的表面粗糙度为占空比1:1的纳米条纹，纳米条纹宽度的为0.5μm；长度为3μm；深度为1nm。所述扫描电子显微镜，采用的加速电压为15kV，束流为5nA，电子束垂直钨样品表面照射且扫描得到二次电子像。
本实施例中钨片的表面粗糙度的确定步骤如下：
1、定量构建钨片表面粗糙度的构建：将钨块采用机械加工成所需的形状，采用聚焦离子束在其表面制备纳米条纹，条纹宽度的为0.5μm，占空比为1:1，长度为3μm，深度为1nm。
2、二次电子像：将构建完成表面粗糙度的钨片，放在扫描电子显微镜里面，待真空抽至待真空抽至10-2Pa以下时，采用加速电压为15kV、束流为5nA的电子束垂直照射扫描钨表面，得到二次电子像。
3、确定表面粗糙度：利用二次电子像，采用图像处理软件，得到图像的灰度值，根据灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线找到对应的灰度值，利用这一关系，利用灰度值可以表征任何一个样品的表面粗糙度。
实施例2
本发明的表面粗糙度的测量方法，所述钨片为圆片形状，直径为10mm；厚度为2mm；构建的表面粗糙度为占空比1:1的纳米条纹，纳米条纹宽度的为1μm；长度为5μm；深度为1μm。所述扫描电子显微镜，采用的加速电压为20kV，束流为10nA，电子束垂直钨样品表面照射且扫描得到二次电子像。
本实施例中钨片的表面粗糙度的确定步骤如下：
1、定量构建钨片表面粗糙度的构建：将钨块采用机械加工成所需的形状，采用聚焦离子束在其表面制备纳米条纹，条纹宽度的为1μm，占空比为1:1，长度为5μm，深度为1μm。
2、二次电子像：将构建完成表面粗糙度的钨片，放在扫描电子显微镜里面，待真空抽至待真空抽至10-2Pa以下时，采用加速电压为20kV、束流为10nA的电子束垂直照射扫描钨表面，得到二次电子像。
3、确定表面粗糙度：利用二次电子像，采用图像处理软件，得到图像的灰度值，根据灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线找到对应的灰度值，利用这一关系，利用灰度值可以表征任何一个样品的表面粗糙度。
实施例3
本发明的表面粗糙度的测量方法，所述钨片为圆片形状，直径为5mm；厚度为1.5mm；构建的表面粗糙度为占空比1:1的纳米条纹，纳米条纹宽度的为0.8μm；长度为4μm；深度为10nm。所述扫描电子显微镜，采用的加速电压为18kV，束流为8nA，电子束垂直钨样品表面照射且扫描得到二次电子像。
本实施例中钨片的表面粗糙度的确定步骤如下：
1、定量构建钨片表面粗糙度的构建：将钨块采用机械加工成所需的形状，采用聚焦离子束在其表面制备纳米条纹，条纹宽度的为0.8μm，占空比为1:1，长度为4μm，深度为10nm。
2、二次电子像：将构建完成表面粗糙度的钨片，放在扫描电子显微镜里面，待真空抽至待真空抽至10-2Pa以下时，采用加速电压为18kV、束流为8nA的电子束垂直照射扫描钨表面，得到二次电子像。
3、确定表面粗糙度：利用二次电子像，采用图像处理软件，得到图像的灰度值，根据灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线找到对应的灰度值，利用这一关系，利用灰度值可以表征任何一个样品的表面粗糙度。
图2为本发明所提供的一种材料表面粗糙度的确定系统结构示意图，如图2所示，本发明所提供的一种材料表面粗糙度的确定系统，包括：
材料集合获取模块201，用于获取材料集合；所述材料集合包括已知表面粗糙度的材料；
二次电子像集合确定模块202，用于利用扫描电子显微镜对所述材料集合中的材料进行扫描，确定二次电子像集合；
灰度图像集合确定模块203，用于对所述二次电子像集合进行灰度处理，得到灰度图像集合；
对应关系曲线确定模块204，用于根据灰度图像集合每一灰度图像对应的灰度值与对应的表面粗糙度确定灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线；
待确定的材料获取模块205，用于获取待确定的材料；
待确定的材料处理模块206，用于利用扫描电子显微镜对待确定的材料进行扫描，确定二次电子像；并对二次电子像进行灰度处理；
表面粗糙度确定模块207，用于根据灰度处理后的二次电子像的灰度值以及灰度值与表面粗糙度的对应关系曲线确定待确定的材料的表面粗糙度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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