DB32T-增材制造 金屬粉末床熔融工藝制件表面結(jié)構(gòu)的測量與表征

Q/LB.□XXXXX-XXXXDB32/TXXXX—XXXX前言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由江蘇省工業(yè)和信息化廳提出。本文件由江蘇省工業(yè)和信息化廳歸口。本文件起草單位：無錫市檢驗(yàn)檢測認(rèn)證研究院、南京師范大學(xué)、南京智能高端裝備產(chǎn)業(yè)研究院、南京工業(yè)大學(xué)、中航邁特增材制造(徐州)有限公司、江蘇永年激光成形技術(shù)有限公司、徐州銘順佰成科技有限公司。本文件主要起草人：陳旭、楊繼全、唐文來、夏俊、胡娟、尹云彤、唐明亮、鄭吉祥、陳振東、劉一勝。增材制造金屬粉末床熔融工藝制件表面結(jié)構(gòu)的測量與表征范圍本文件規(guī)定了金屬粉末床熔融制件表面結(jié)構(gòu)測量與表征的表征方法、待檢件及待測表面、測量設(shè)備、測量、數(shù)據(jù)處理及測試報(bào)告等內(nèi)容。本文件適用于金屬粉末床熔融制件表面結(jié)構(gòu)的測量與表征，其它工藝增材制造金屬制件表面結(jié)構(gòu)的測量與表征參考使用。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T131產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)的表示法GB/T3505產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)GB/T10610-2009產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法評定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法GB/T33523.1產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)區(qū)域法第1部分：表面結(jié)構(gòu)的表示法GB/T33523.2產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)區(qū)域法第2部分：術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)GB/T33523.3產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)區(qū)域法第3部分：規(guī)范操作集GB/T35351-2017增材制造術(shù)語ISO/ASTM52902AdditivemanufacturingTestartifactsGeometriccapabilityassessmentofadditivemanufacturingsystems術(shù)語和定義GB/T3505和GB/T33523.2界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

表面形貌surfacetopography實(shí)際表面realsurface制件的整體表面結(jié)構(gòu)。表面結(jié)構(gòu)surfacetexture真實(shí)表面典型的某些偏差的組合，通常包括粗糙度和波紋度。成形態(tài)asbuilt除需要移除成形平臺、去除支撐移和/或去除原材料外，零部件在成形后和后處理工作前的一種狀態(tài)。[來源：GB/T35351-2017,2.7.2]上表面topsurface粉末床熔融工藝成形制件與X-Y平面平行的頂部表面。在設(shè)備坐標(biāo)系中，垂直于Z軸并且平行于機(jī)器正面的為X軸；垂直于Z軸和X軸的為Y軸，見GB/T41507-2022。側(cè)表面sidesurface粉末床熔融工藝成形制件不與X-Y平面平行的表面。下表面bottomsurface粉末床熔融工藝成形制件與X-Y平面平行的底部表面。在設(shè)備坐標(biāo)系中，垂直于Z軸并且平行于機(jī)器正面的為X軸；垂直于Z軸和X軸的為Y軸，見GB/T41507-2022。表面結(jié)構(gòu)表征方法通則表面形貌指的是制件的真實(shí)表面，表面形狀指的是制件的基本形狀，表面結(jié)構(gòu)指的是去除形狀成分后仍剩余的成分。表面結(jié)構(gòu)可通過濾波分離為粗糙度和波紋度成分，也可作為原始輪廓進(jìn)行評定，粗糙度指的是表面結(jié)構(gòu)中的高空間頻率成分，波紋度指的是表面結(jié)構(gòu)中的低空間頻率成分，輪廓和區(qū)域表征步驟分別按1和圖2進(jìn)行。輪廓法表面結(jié)構(gòu)表征流程區(qū)域法表面結(jié)構(gòu)表征的流程輪廓法表面結(jié)構(gòu)輪廓法測量按GB/T3505進(jìn)行，表面結(jié)構(gòu)測量應(yīng)垂直于主要制造工藝標(biāo)志的方向，對增材制造表面而言，該方向是熔融軌跡（上表面）或成形方向（側(cè)表面）。對于主要制造工藝方向不明確的表面，輪廓測量可在多個方向進(jìn)行測量，并將結(jié)果平均。濾波選擇應(yīng)基于感興趣區(qū)域的特征進(jìn)行選擇，對增材制造表面而言，2.5mm的λc濾波截止值已足夠捕獲表面信息，也可采用更小的濾波截止值以對表面的細(xì)節(jié)特征進(jìn)行表征。輪廓法表征參數(shù)見GB/T3505（ISO21920），主要分為原始輪廓參數(shù)（P-）、粗糙度輪廓參數(shù)（R-）和波紋度輪廓參數(shù)（W-），其常用參數(shù)為Ra，但其他參數(shù)可能對表面細(xì)節(jié)特征的表征更有益，如以輪廓上峰值特征為目標(biāo)的參數(shù)(Rpk等)可能對表面上顆粒特征的表征有用；以輪廓偏斜度特征為目標(biāo)的參數(shù)（Rsk等）和以輪廓陡度特征為目標(biāo)的參數(shù)（Rku等）可提供是否有峰或谷的存在，以及高度分布和高斯分布之間的關(guān)系。區(qū)域法區(qū)域法表征時(shí)，表面是由應(yīng)用的過濾器定義的以及它們?nèi)绾蜗拗票砻嫔系某叨?。相?dāng)于粗糙度輪廓的是”S-L”表面，相當(dāng)于波紋度輪廓的是“L-F”表面，相當(dāng)于原始輪廓的是“S-F”表面。區(qū)域法表面結(jié)構(gòu)的表征按GB/T33523.2進(jìn)行，采樣區(qū)域通常為光學(xué)測量系統(tǒng)的視場大小，但也可以由拼接等方式實(shí)現(xiàn)更大面積的評定區(qū)域。濾波的選擇應(yīng)基于感興趣區(qū)域的特征進(jìn)行選擇，對增材制造表面而言，2.5mm的L濾波截止值已足夠捕獲表面信息，也可采用更小的濾波截止值以對表面的細(xì)節(jié)特征進(jìn)行表征。區(qū)域法表征參數(shù)見GB/T33523.2，區(qū)域法表征中常用的參數(shù)有Sa、Sq和Sz等，然而這些參數(shù)通常只能量化統(tǒng)計(jì)平均值或大高度范圍（峰高或谷深）的存在，而在高度分布形狀評估方面受限，Ssk可與Sq或Sa一起使用以區(qū)分向上的表面和向下的表面。應(yīng)用功能參數(shù)可輔助表面高度范圍的可視化，從而識別PBF表面上的峰區(qū)。除基于參數(shù)的表面結(jié)構(gòu)表征外，基于感興趣區(qū)域特征的表征主要是基于粉末床熔融增材制造（以下簡稱“PBF”）表面存在的顆粒物、濺射物、熔融軌跡、熔融波紋等特征的表征，如坑的深度、顆粒物的高度、熔融軌跡的寬度等。待檢件及待測表面待檢件的制備通則試樣表面（成形態(tài)時(shí)）可分為“上表面”、“側(cè)表面”和“下表面”，其中，基于表面取向，側(cè)表面又分為向上側(cè)表面及向下側(cè)表面。在進(jìn)行表面結(jié)構(gòu)測量時(shí)，下述5.1.1.1~5.1.1.3所屬的金屬粉末床熔融金屬制件不同表面形貌特征哪些應(yīng)納入表面結(jié)構(gòu)測量應(yīng)由供需雙方事先協(xié)商，即只有在買賣雙方事先同意的情況下，某些形貌特征才能被視為缺陷，如果指定了缺陷，在執(zhí)行表面結(jié)構(gòu)測量前應(yīng)確定是否存在缺陷及是否應(yīng)拒絕或接受這些缺陷，如果不存在指定的缺陷或未指定缺陷，則應(yīng)包含在表面結(jié)構(gòu)測量中。上表面上表面通常包含與特定加工參數(shù)（如掃描速度、激光功率和掃描間距等）相關(guān)的結(jié)構(gòu)和特征，如熔融軌跡、熔融波紋、濺射物和其他特征/缺陷。熔融軌跡。該特征是能量源掃描軌跡的產(chǎn)物，是上表面可觀察到的最明顯的結(jié)構(gòu)特征，一般是復(fù)雜細(xì)長的突出物，肉眼可見(通常寬度為幾百微米)。熔融波紋。該特征是沿熔融軌跡表面形成的較小的形貌結(jié)構(gòu)(通常寬度為幾微米)。飛濺物。該特征是熔體和半熔物質(zhì)從熔池中噴濺出來形成的產(chǎn)物，常出現(xiàn)在頂部表面（通常以十幾微米到一百多微米的球形/半球形顆粒形式出現(xiàn)）。其他特征/缺陷，如球化及孔隙等。球化特征。該特征是以球狀顆粒結(jié)構(gòu)的形式取代了連續(xù)的熔融軌跡，顆粒的大小從幾十微米到幾百微米不等?？紫丁Ｔ撎卣髟谏媳砻娴男螒B(tài)主要是大小不一的凹坑，尺寸一般在幾十微米到一百微米之間。側(cè)表面粉末床熔融制件側(cè)表面主要受相對于成形方向的階梯特征、層間熔合以及表面與周圍粉的相互作用的影響，可分為朝上的側(cè)表面和朝下的側(cè)表面。向上的側(cè)表面以成形過程中存在的明顯偏移層（即階梯效應(yīng)）或低斜度熔融軌跡結(jié)構(gòu)為主，而向下的側(cè)表面通常以粉末粘附為主，有時(shí)也包含殘余支撐結(jié)構(gòu)。階梯特征指的是成形過程中存在的明顯偏移層，該偏移層會隨著結(jié)構(gòu)取向的改變而改變，偏移層主要以較大尺度的波狀成分出現(xiàn)，表面坡度越低偏移越明顯，而坡度較陡的表面則以粉末粘附為主。粘附在側(cè)表面的球狀突出物（由粉末顆粒形成）數(shù)量隨著成形角度的增加而增加，向上的側(cè)表面比向下的側(cè)表面具有更少的顆粒粘附。側(cè)表面表面形貌中可能存在的特征/缺陷包括孔隙和較小的熱裂紋，也可能存在由分層和支撐去除導(dǎo)致的大尺度缺陷(如大凹坑)。下表面和支撐表面下表面和支撐表面的形貌特征與側(cè)表面相似，下表面通常以顆粒粘附為主，并經(jīng)常受到支撐結(jié)構(gòu)移除和及其過程中任何殘留物的嚴(yán)重影響。待測表面的準(zhǔn)備成形平臺和支撐移除通常使用手動切割工具、自動切削和/或電火花線切割設(shè)備來移除成形平臺/支撐,但易在連接表面留下痕跡，且不同方式留下的痕跡也不相同。當(dāng)使用手動切割工具(如斜口鉗、銼刀)時(shí)，易在支撐周圍的表面留下劃痕或支撐的殘余結(jié)構(gòu)。使用自動切削設(shè)備（帶鋸、銑削機(jī)床等）通常也會留下一些殘余結(jié)構(gòu)。具有支撐的下表面與側(cè)表面情況相似，它將包含來自各自工藝的確定性形貌構(gòu)成(即工具標(biāo)記)。電火花線切割會留下一個相對平坦的表面，但會出現(xiàn)由放電而引起的凹坑。電火花線切割最常用于將制件從基板上去除，也可針對性地去除局部支撐。顆粒移除和清洗激光粉末床熔融待檢件待測表面從成形室中移出時(shí)大部分粉末已經(jīng)脫落，表面僅有少量的粉末粘結(jié)，其它殘留的松散粉末可通過手動刷拭或用壓縮空氣去除。松散粉末（幾微米至幾十微米）可能導(dǎo)致空氣或機(jī)械裝置的污染(包括測量儀器的污染)，也可能對操作人員健康造成危害。為消除這種風(fēng)險(xiǎn)，后處理和測量應(yīng)在支撐去除并對其清洗(如用壓縮空氣或超聲波)后進(jìn)行。電子束粉末床熔融增材制造待檢件待測表面則需要更強(qiáng)的粉末清除方式，如使用成形室中的其它同質(zhì)松散粉末對其進(jìn)行噴砂以去除其周圍的燒結(jié)“粉塊”。存儲和運(yùn)輸待檢件待測表面應(yīng)儲存在合適的容器內(nèi)，可以是塑料袋或塑料樣品箱。為防止待測表面的污染和損壞，應(yīng)盡量減少與感興趣待表面的物理接觸。應(yīng)避免使用纖維材料(布和組織)對待測表面進(jìn)行包裹，以防止纖維脫落在待測表面而影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。精加工表面精加工指的是旨在改善表面結(jié)構(gòu)而采取的特定步驟。由于每個精加工工藝都會在表面上產(chǎn)生其特有的加工標(biāo)記，因此，應(yīng)記錄所采用工藝的細(xì)節(jié)。了解精加工過程及其工藝參數(shù)的信息，可以更好地確定測量時(shí)需關(guān)注的參數(shù)，可應(yīng)用于增材制造表面的精加工工藝包括但不限于：批量精加工。將制件浸入與磨料介質(zhì)一起的振動腔室中進(jìn)行加工的一種方法，該工藝的標(biāo)志是光滑的表面(包含與介質(zhì)交互產(chǎn)生的多向劃痕)和放射狀的邊緣。機(jī)械加工。使用機(jī)械加工設(shè)備和工具進(jìn)行加工，以便從近凈形狀的增材制造零件上去除多余的材料或者部分，在表面上留下與機(jī)床上使用設(shè)置相關(guān)的刀具痕跡(例如，切削速度、刀具直徑)，然而，這些機(jī)械加工和其他去除材料的過程可能會暴露近表面的孔隙，其特征是表面上有幾微米到幾十微米的凹坑。其他工藝，如噴丸、重熔等。測量設(shè)備概述可用于金屬粉末床熔融制件表面結(jié)構(gòu)表征的設(shè)備有接觸式的觸針式輪廓儀、光學(xué)非接觸式的變焦三維表面形貌測量儀、激光共聚焦三維表面測量儀和相干掃描干涉儀及近幾年新興起的用于增材制造成形件內(nèi)表面或凹表面表面結(jié)構(gòu)表征的X射線計(jì)算機(jī)層析成像等設(shè)備。金屬粉末床熔融制件如高坡角和凹坑等表面特征的存在及材料本性和制件結(jié)構(gòu)均將影響到儀器設(shè)備的選擇。測量設(shè)備應(yīng)在測試前按照制造商的設(shè)備說明書或相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。觸針式輪廓儀通過一個使用接觸觸針的探測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測量，接觸觸針的運(yùn)動被轉(zhuǎn)換為位置函數(shù)的信號。變焦三維表面測量儀通過在光學(xué)顯微鏡中表面圖像的銳度（或在最佳焦點(diǎn)處反射光的其他特性）確定表面各位置的高度。共聚焦三維表面測量儀通過將光源照明的針孔借助透鏡成像在被測表面，并將反射回的光線借助透鏡照射到位于探測器前的第二針孔內(nèi)，形成一空間頻率濾波器，通過測量光強(qiáng)變化，得到表面形貌圖像。相干掃描干涉儀通過對光路長度范圍掃描干涉獲得干涉條紋變化得到表面形貌圖像。X射線計(jì)算機(jī)層析成像X射線計(jì)算機(jī)層析掃描法是一種構(gòu)建零件三維模型測量的方法，通過圍繞一個旋轉(zhuǎn)軸獲取許多X射線圖像，再重建一個三維模型，常被認(rèn)為能夠?qū)崿F(xiàn)表面測量所需的橫向分辨率。測量測量要點(diǎn)定位、重復(fù)和采樣制件待測表面的位置通常應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)范中明確，一般相似的表面被分為一組。表面規(guī)范見GB/T131和GB/T33523.1。功能表面應(yīng)進(jìn)行測量和表征，以確定其是否符合規(guī)范。對于具有圓形表面(由許多成形方向組成)的制件，如果沒有明顯的可辨別的角度區(qū)域，分類會比較困難。通常在每個確定的表面選擇參數(shù)預(yù)期值最大的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行不少于三個位置的測量。粉末床熔融側(cè)表面和下表面通常有最大參數(shù)值的位置，對于簡單的表面，應(yīng)該在預(yù)期值最大的位置進(jìn)行測量，但需注意該方法可能會造成參數(shù)值過大或與某些成形參數(shù)相關(guān)性差的問題。如果存在功能指定的表面，應(yīng)被描述為單獨(dú)的區(qū)域，且每個區(qū)域應(yīng)至少有三個位置的測量，每次測量應(yīng)在預(yù)期值最大的位置進(jìn)行。設(shè)備考慮應(yīng)記錄所使用測量系統(tǒng)及用戶確定的測量工藝參數(shù)等信息。7.1.3測量尺寸測量尺寸取決于感興趣特征的最大尺度，單次測量尺寸將受到視場大小的限制，視場拼接可擴(kuò)大測量尺寸，但會增加時(shí)間，預(yù)期的測量尺寸可以通過L-濾波器或與表面特征的關(guān)系來選擇，通常與這兩個因素都有關(guān)。場拼接可在較高的分辨率下實(shí)現(xiàn)大尺寸的測量；但場拼接需要使用算法擬合不同視場測量結(jié)果以產(chǎn)生更大的測量尺寸，該過程可能會產(chǎn)生拼接誤差，從而影響測量的可重復(fù)性。對于依賴于特征的測量，測量尺寸應(yīng)至少是測量對象（如顆粒大小、熔池寬度或?qū)雍竦忍卣鳎挾然蚱渌嚓P(guān)特征的三倍。7.1.4分辨率分辨率取決于感興趣的最小尺度，并受到光學(xué)或采樣間隔或兩者的限制。光學(xué)分辨率的評估有很多種方法，每一種都有一個特定的方程。采樣間隔與測量原理和檢測器(通常是CCD)產(chǎn)生的圖像有關(guān)，所使用的光學(xué)器件，可以大于或小于光學(xué)分辨率。7.1.5斜率特征對光學(xué)系統(tǒng)來說，應(yīng)尋求更高的數(shù)值孔徑來測量增材制造表面。7.1.6帶寬匹配“帶寬匹配”是指在進(jìn)行比較之前，為確保兩次測量覆蓋相同的空間頻率“帶寬”而采取的步驟。λs/s濾波器分別為應(yīng)用于表面輪廓及區(qū)域的低通濾波器，λc/L濾波器分別為應(yīng)用于表面輪廓及區(qū)域的高通濾波器。7.1.7異常值去除和未測量點(diǎn)填充測量過程中，應(yīng)盡量減少異常值和未測量點(diǎn)，一旦產(chǎn)生，可采用不同的統(tǒng)計(jì)算法對所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，但應(yīng)避免失真處理。測量參數(shù)設(shè)置通用要求不同的儀器需關(guān)注不同的工藝參數(shù)，該參數(shù)對表面結(jié)構(gòu)特征的表征結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，同時(shí)，還可能影響到設(shè)備的安全性（觸針式輪廓儀），因此，試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能詳細(xì)的記錄所有的工藝參數(shù)。參數(shù)設(shè)置7.2.1.1觸針式輪廓儀測量時(shí)其工藝參數(shù)主要有：觸針運(yùn)動方向。觸針運(yùn)動方向應(yīng)與金屬粉末床熔融制件表面的主要紋理方向垂直。掃描速度和測量間隔。應(yīng)在測量效率和測量準(zhǔn)確性方面進(jìn)行權(quán)衡，通常，對于表面較均勻且預(yù)估值較小的表面，可采用大的掃描速度和掃描間隔。降低測量速度可最大限度地降低觸針飛行及觸針和待測件表面損壞的風(fēng)險(xiǎn)；定期檢查針尖和表面是否損壞(如，根據(jù)制造商的說明，用光學(xué)顯微鏡觀察它們，或在對測量系統(tǒng)重新鑒定)也是有益做法。取樣長度和評定長度。應(yīng)基于增材制造表面特征特點(diǎn)等信息，選擇適宜的取樣長度和評定長度。通常2.5mm的取樣長度已足以捕獲增材制造測試表面所需的數(shù)據(jù)，如需獲取更細(xì)微的表面特征，應(yīng)采用更小的取樣長度。因粉末床熔融增材制造金屬制件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，用于表面結(jié)構(gòu)表征的評估長度可能存在不足的情況，此時(shí)，取樣長度應(yīng)依據(jù)GB/T3505和GB/T1031并基于表面上存在的特征的大小來選擇，而評定長度可以折衷到可用的下一個最小長度或根據(jù)需要確定為取樣長度值的1~4倍。7.2.1.2變焦三維表面測量儀、共聚焦三維表面測量儀和和相干掃描干涉儀3種光學(xué)系統(tǒng)的測量參數(shù)主要有放大倍數(shù)、測量尺寸/單視場尺寸、橫向分辨率、縱向分辨率等，其他更多參數(shù)見附錄B。7.2.1.3X射線計(jì)算機(jī)層析成像法的測量參數(shù)主要有放大倍數(shù)、管電流、管電壓及分辨率等，其他更多參數(shù)見附錄B。測量參數(shù)設(shè)置完成后，應(yīng)按GB/T3505、GB/T33523.2和GB/T29070進(jìn)行待測面表面結(jié)構(gòu)的測量。8數(shù)據(jù)處理8.1通則應(yīng)基于GB/T3505和GB/T33523.2對獲取獲得的實(shí)際表面進(jìn)行處理以獲得表面結(jié)構(gòu)參數(shù)值及相關(guān)的圖形,數(shù)據(jù)處理流程見圖1和圖2。工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像法的數(shù)據(jù)處理應(yīng)基于其自帶的軟件如VG、avzio等對原始掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行重建、并采用合適的方法如局部迭代法、ISO50法等進(jìn)行表面定義，然后提取表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)并以合適的點(diǎn)云密度將數(shù)據(jù)輸出并在三維表面形貌分析儀中依據(jù)圖2或圖1進(jìn)行表面結(jié)構(gòu)表征以獲取所需的表征結(jié)果。濾波器的選擇8.2.1輪廓法和區(qū)域法表征時(shí)濾波器值截止值的選擇宜按ISO/ASTM52902的規(guī)定進(jìn)行。8.2.2輪廓法表征時(shí)如未給出采樣長度，可基于以下2種方法進(jìn)行高通濾波器截止值的選擇：基于穩(wěn)定性的方法。按GB/T10610-2009中7.2節(jié)的方法進(jìn)行或以某截止值開始向上或向下調(diào)整，直到某個表征參數(shù)相對穩(wěn)定?；谔卣鞯姆椒??；诟信d趣的特征（如顆粒大小、熔融軌跡寬度或?qū)雍穸鹊龋┻M(jìn)行選擇，建議濾波器截止值至少為感興趣區(qū)域特征的3倍。8.2.3區(qū)域法表征時(shí)，高通濾波器截止值的選擇可參考輪廓法表征中的相關(guān)規(guī)定，并結(jié)合GB/T33523.3進(jìn)行選擇。8.3表征參數(shù)8.3.1輪廓法及區(qū)域法參數(shù)分別見GB/T3505和GB/T33523.2。下表1增材制造金屬制件表面結(jié)構(gòu)輪廓法和區(qū)域法表征中建議的測量參數(shù)。建議的表征參數(shù)輪廓法區(qū)域法Ra；Rz；Rq、Rsk；Rku；Rpk；RvSa；Sz；Sq、Ssk；Sku；Sp；Sv增材制造制件表面結(jié)構(gòu)不均一且存在粘附顆粒等缺陷，因此，建議采用多個參數(shù)對表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。9測試報(bào)告報(bào)告的應(yīng)包含但不限于以下信息：待檢件信息，如材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及成形方位等；待測表面及其位置（圖示）；待測表面后處理工藝流程及其工藝參數(shù)；測量設(shè)備校準(zhǔn)及配置信息；測量工藝參數(shù)；用于識別和消除(或減弱)測量異常的技術(shù)；是否存在重測或復(fù)測；表征過程所涉及到的重要參數(shù)及其數(shù)值如濾波器截止值等；表征結(jié)果，含表征參數(shù)值及高度圖；測試環(huán)境，包括溫濕度和環(huán)境；檢測人員、審核人員、批準(zhǔn)人員簽字及日期。

（資料性）

增材制造制件表面結(jié)構(gòu)測量的特殊考慮A.1增材制造的一般考慮當(dāng)測量晶格結(jié)構(gòu)和其他具有復(fù)雜內(nèi)部幾何形狀的制件時(shí)，表面結(jié)構(gòu)測量通常受光學(xué)系統(tǒng)視線訪問要求或接觸式測量系統(tǒng)接觸訪問要求的限制。增材制造制件表面測量通常需要考慮階梯效應(yīng)，如圖1。成形角度和層/切片厚度往往是側(cè)表面形貌的主要影響因素。階梯效應(yīng)示意圖A.2粉末床熔融增材制造的考慮粉末床熔融工藝中粉末與能量源相互作用，粉末床熔融制件表面帶來的一些更常見的挑戰(zhàn)（見圖A.2）有：大的測量范圍；球狀突出物；表面/亞表面孔；反射率的變化；感興趣區(qū)域尺度范圍大；凹角特性。附著在側(cè)面的粉末和落在上部表面的飛濺顆粒都有助于在表面上產(chǎn)生大的突出物。表面高度范圍進(jìn)一步增加了任何表面孔隙或谷區(qū)的存在，這些凸起和凹陷受限于垂直掃描范圍限制的測量技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)。采用更大的測量范圍通常意味著垂直表面形貌的可重復(fù)性誤差大于測量相對平坦的測試表面時(shí)存在的誤差。光學(xué)特性如反射率會基于粉末床熔融所使用材料類別及制件不同表面而不同，這將給光學(xué)測量技術(shù)帶來干擾，如由于表面孔隙或山谷區(qū)域的存在，需要使用高強(qiáng)度光線來捕捉反射光線獲得表面數(shù)據(jù)，但金屬粉末床熔融制件表面在熔化和凝固過程中也會產(chǎn)生非常光滑的區(qū)域，具有較高的反射率，該區(qū)域在高強(qiáng)度照明的光學(xué)儀器中易產(chǎn)生過飽和圖像，這將使合適光學(xué)測量參數(shù)的確定變得困難。粉末床熔融制件表面通常具有很寬的空間波長范圍，這些表面通常具有數(shù)百微米大小的大尺度成分(例如熔融軌跡或?qū)?，以及飛濺，未熔化和半燒結(jié)粉末以及其他外生粒子，它們的特征是幾十微米大小，表面上通常還存在更高的空間頻率成分，如幾微米大小的熔融波紋。粉末床熔融制件表面的特征和挑戰(zhàn)在粉末床熔融工藝中，粉末和材料、成形工藝參數(shù)、支撐移除、后處理及表面精加工均對最終的表面形貌有影響，這些特征也同時(shí)對表面結(jié)構(gòu)有影響，對所產(chǎn)生特征相對尺度的了解將有助于理解各種測量技術(shù)的局限性，并有助于測量計(jì)劃的制定。

（資料性）

測量參數(shù)觸針輪廓儀金屬PBF表面上存在的各種難以測量的特征，如飛濺物、粘附顆粒、孔隙、裂紋、懸垂、階梯狀過渡等復(fù)雜結(jié)構(gòu)可能會損壞設(shè)備本身，此外，該方法該還可能導(dǎo)致觸針飛行和待測件表面損壞。但由于觸針式輪廓儀與表面的相互作用可更容易建模，該方法通常被認(rèn)為是可追溯的(如果校準(zhǔn))。觸針輪廓儀測量粉末床熔融增材制造金屬制件表面與傳統(tǒng)機(jī)加表面類似，但該表面特征的復(fù)雜性及不均一性會影響到測量參數(shù)的設(shè)置。光學(xué)系統(tǒng)概述光學(xué)系統(tǒng)本質(zhì)上是非接觸式測量,該方法排除了因觸針機(jī)械接觸而導(dǎo)致的試樣損壞風(fēng)險(xiǎn)，但也使得制件與儀器之間相互作用的建模困難，從而導(dǎo)致可追溯性差，并難以與接觸式進(jìn)行比較。光學(xué)測量通常比接觸式快，尤其是區(qū)域測量時(shí)。光學(xué)系統(tǒng)利用物鏡提供一定程度的放大倍率并具有數(shù)值孔徑(NA)。光學(xué)分辨率被定義為區(qū)分點(diǎn)的能力，與NA有關(guān)。具有較高NA(發(fā)現(xiàn)具有較高的放大倍率)的物鏡可以允許逐漸傾斜的光線進(jìn)入并且能夠分辨較小的特征。變焦三維表面測量儀由于變焦系統(tǒng)可利用漫反射來避免物鏡數(shù)值孔徑的限制，所以目前商用的變焦系統(tǒng)尤其適用于粗糙表面和坡度較大表面的測量，因此，通常不能用該系統(tǒng)來測量光滑表面，因?yàn)樵谶@種情況下，該系統(tǒng)用于確定表面位置所需的局部對比度不存在，同時(shí)，也不能用該系統(tǒng)來測量透明和半透明材料(同樣由于局部對比度不存在)，但通過一些適當(dāng)?shù)姆椒?如硅膠成型)修飾表面，則可能使測量可行。變焦系統(tǒng)本質(zhì)上也提供顏色信息，可以描述在形貌數(shù)據(jù)中無法識別的特征被表征(如表面氧化等)。變焦系統(tǒng)常用的可調(diào)測量參數(shù)有物鏡放大倍數(shù)、垂直采樣分辨率、橫向采樣分辨率和照明類型。物鏡放大倍數(shù)。應(yīng)根據(jù)所需要的感興趣區(qū)域尺度來選擇物鏡放大倍數(shù)，即較小的特征需較高的放大倍數(shù)，而大視場需較低的放大倍數(shù)。通常，即使是在低放大倍數(shù)下，該系統(tǒng)也有足夠的數(shù)值孔徑來捕捉粉末床熔融制件的表面特征。垂直分辨率。應(yīng)權(quán)衡垂直采樣分辨率，以提高測量的重復(fù)性誤差，同時(shí)不引起太多的未測量點(diǎn)。上表面一般具有較低的未測量點(diǎn)。在測量上表面時(shí)宜使用高的垂直分辨率（較低數(shù)值），從而提高測量精度。側(cè)表面一般具有較高的未測量點(diǎn)。在測量側(cè)表面時(shí)宜使用較低的垂直分辨率（較大數(shù)值），即以降低數(shù)據(jù)質(zhì)量(增加重復(fù)性錯誤)為代價(jià)來降低未測量點(diǎn)。橫向分辨率。應(yīng)基于測量時(shí)感興趣區(qū)域的最小尺度來進(jìn)行橫向分辨率的選擇，然而，用戶應(yīng)使用能夠捕獲感興趣特征的最低分辨率以降低未測量點(diǎn)。照明類型。應(yīng)基于表面的類型、材質(zhì)和取向以及充分照明表面但不造成圖像對比度問題(曝光不足或過度)的能力來選擇照明類型。同軸光（通常是默認(rèn)的）。足以照亮上表面。環(huán)形光。環(huán)形光增加了照明的孔徑，可在側(cè)表面上使用，以控制曝光量，即既不過度飽和（主要針對頂部顆粒），也不欠曝光（主要針對孔隙等凹坑）。偏振光?？捎脕頊y量更多的反射表面，以克服出現(xiàn)在粒子表面的過度曝光。對于具有類似噪聲、重復(fù)性誤差和未測量點(diǎn)的測量，區(qū)域結(jié)構(gòu)參數(shù)如Sa不會因測量工藝參數(shù)的改變而受到太大影響。然而，上述因素將影響到實(shí)測形貌重建的實(shí)際細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確性。共聚焦三維表面測量儀目前的商用共聚焦顯微法測量系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)表面測量技術(shù)中最大的橫向分辨率。由于不掃描光柵模式中的點(diǎn)，共聚焦技術(shù)速度更快，但普遍包含更高的高頻噪聲成分。共聚焦顯微鏡法測量系統(tǒng)用于測量增材制造制件表面時(shí)面臨一些挑戰(zhàn)和限制，因?yàn)榧词故巧媳砻嬉矔嬖诟邇A角（由于顆粒，氣孔或在熔融邊緣）區(qū)域，但可通過調(diào)整測量參數(shù)來提高測量質(zhì)量。共聚焦顯微法測量系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置有光線強(qiáng)度和增益、物鏡、垂直步長高度、閾值、采樣間距。光線強(qiáng)度和增益。與相干掃描干涉法一樣，HDR模式涉及用不同的光亮度測量相同的區(qū)域，并以測量時(shí)間為代價(jià)獲得最佳信號。物鏡。物鏡的選擇取決于很多因素，如需測量總面積時(shí)，會使用最大的視場以減少拼接，或使用有利于測量表面傾斜區(qū)域或邊緣的數(shù)值孔徑。在增材制造制件側(cè)表面上通常最好采用最大數(shù)值孔徑（最高分辨率），并采用視場拼接的方式對其進(jìn)行測量，而不是采用較低分辨率進(jìn)行單一視場測量。垂直步長高度。通過使用更小的步長，可以測量更多的成像平面，從而減少代表表面高度的最大強(qiáng)度點(diǎn)的插值誤差。對于PBF表面，特別是側(cè)面，最好使用較小的步長高度，以減少測量中的噪聲(然而，這一決定必須與增加的NMP進(jìn)行權(quán)衡)。閾值。閾值的選擇是為了去除或減少測量結(jié)果中產(chǎn)生的偽影。掃描模式。掃描模式可以針對增材制造制件的表面進(jìn)行優(yōu)化，如采樣率的增加(即更慢、更準(zhǔn)確的采樣策略)，可提供更高的測量質(zhì)量和更多的測量點(diǎn)，特別是側(cè)表面。采樣間距。采樣間距(就輸出數(shù)據(jù)中的點(diǎn)間距而言)依賴于共聚焦技術(shù)中激光掃描策略或探測器的設(shè)置。對于單個視場，NMP隨采樣尺寸而減小，盡管與之相關(guān)的測量噪聲也隨之增加。對于拼接，最好減小采樣尺寸以限制數(shù)據(jù)文件過大。通常，共聚焦顯微法的測量噪聲與未測量點(diǎn)之間存在一定的關(guān)系。宜覆蓋范圍和測量噪聲方面權(quán)衡。相干掃描干涉儀相干掃描干涉儀（以下簡稱“CSI”）的光源與寬帶頻譜(通常是白光)不相干，因?yàn)槎痰南喔砷L度減少了確定條紋順序的模糊性。CSI測量最基本的參數(shù)設(shè)置是工作臺傾斜度、掃描長度、測量速度和照明/曝光量。工作臺傾斜可消除局部表面傾斜，這是為了確保被測量的表面盡可能地與光軸正交。選擇合適的掃描長度以能包括表面的高度范圍。調(diào)整表面上的光照/曝光量以確保圖像有對比度，但不過度飽和（這對于有深凹和高反射粒子的增材制造制件表面來說是困難的）。除此之外，其它更先進(jìn)的設(shè)置有：物鏡放大倍數(shù)。應(yīng)根據(jù)測量所需要的感興趣尺度來選擇，即較小的特征需要較高的放大倍數(shù)。通常需要更小的視場和更高的數(shù)值孔徑以捕捉表面上的高坡區(qū)域，但是減小視場通常會增加測量時(shí)間。帶寬。應(yīng)采用合適的濾波器以減少光源帶寬，從而增加相干長度，有助于測量有粒子特征的更高斜率的增材制造制件表面。采樣方式。信號過采樣可提高測量靈敏度，增加數(shù)據(jù)覆蓋率，且隨過采樣因子的增加會降低未測量點(diǎn)，但會增加信噪比。同時(shí)，增加每次測量的幀數(shù)或增加每次掃描的幀數(shù)時(shí)振動或其他不穩(wěn)定或漂移也可能引起負(fù)面影響。測量優(yōu)化算法可以最大限度地減少這些影響。照明設(shè)置。高動態(tài)范圍照明可多次測量表面(與信號過采樣類似)。對