白光干涉仪：表面形貌分析，如何区分波纹度与粗糙度？

在表面形貌分析中，波纹度分析是一项非常常见且重要的分析项目。如在紧密机械加工领域，人们通过分析机械加工表面的波纹度，可以确保产品表面符合设计标准，优化加工工艺，提高零件的精度和性能，减少摩擦、磨损和噪音，从而提高产品的性能和寿命；在材料科学领域，人们通过研究材料表面的微观结构，可以分析其在磨损、腐蚀或疲劳过程中的变化；在电子半导体领域，人们也需要分析电子元件表面的微观结构，确保其表面质量符合制造标准。

但很多时候，波纹度和粗糙度这两类表面形貌是混在一起的。在波纹度分析前，我们需要通过滤波技术，将波纹度成分从粗糙度中分离出来，以便单独分析。

定义	尺寸	形貌
表面粗糙度	单波距小于1mm	微观几何形状误差
表面波纹度	波距介于1-10mm	更大尺度的、并且有显著的规则变化的形状
宏观几何形状误差	波距10mm以上的	不呈明显周期性变化的形状

根据ISO标准，波纹度的波长范围通常在1mm到10mm之间，而粗糙度的波长范围则小于1mm。区分波纹度和粗糙度，我们可以通过设置滤波参数来实现。（图1）

图1 粗糙度和波纹度轮廓的传输特性

在优可测白光干涉仪配套的数据分析软件中，包括高斯滤波器和样条滤波器，这些滤波器可以有效分离表面形貌中的波纹度和粗糙度成分。我们可以通过设置滤波器的截止波长（λc）来区分波纹度和粗糙度，通常设置为1mm左右。这样，波长小于1mm的成分会被归为粗糙度，而波长大于1mm的成分会被归为波纹度。

从滤波器角度来看，你也可以认为，粗糙度轮廓是对原始轮廓采用λc轮廓滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓；而波纹度轮廓是对原始轮廓连续运用λf和λc两个轮廓滤波器后形成的轮廓。

应用滤波器后，软件会自动将表面形貌分解为波纹度和粗糙度两个分量，并分别显示。我们就可以观察波纹度分量的3D可视化，计算波纹度参数（如Wq、Wz等）；同样，我们也可以对粗糙度分量进行分析，计算粗糙度参数（如Ra、Rq等）。

在通过截止波长（λc）来区分波纹度和粗糙度后，我们应该如何验证它们已经被区分了呢？方法有两种。

一种是通过计算波纹度和粗糙度的相关参数（如波纹度的Wq、Wz和粗糙度的Ra、Rq等），验证分离效果。如果分离效果良好，波纹度参数应主要反映较长波长的表面特征，而粗糙度参数则反映较短波长的特征。

第二种是傅里叶变换（FFT）分析，可以对表面形貌进行频率分析。通过观察频率谱，我们还可以直观地确认波纹度和粗糙度的频率分布是否符合预期，进一步验证分离效果。

当然，我们还可以将分析结果与标准数据或已知样本进行对比，验证波纹度和粗糙度的分离是否符合预期。