We współczesnych materiałach oprócz objętościowych właściwości fizycznych bardzo ważne są właściwości warstwy wierzchniej w tym mikrostruktury geometrycznej powierzchni - opisywane za pomocą falistości, chropowatości (szorstkości). Badania właściwości warstwy wierzchniej są obecnie szeroko prowadzone z wykorzystaniem metod skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i mikroskopii optycznej oraz optyki koherentnej (źródłem spójnego promieniowania elektromagnetycznego są różnego typu lasery). W tym ćwiczeniu wykorzystuje się układ pomiarowy zawierający mikroskop optyczny wyposażony w kamerę i komputer oraz odpowiednie oprogramowanie do akwizycji obrazu.
Opisu powierzchni rzeczywistej można dokonać za pomocą wnękowości, pojęcia szeroko stosowanego w badaniach emisyjności i absorpcyjności promieniowania ciał rzeczywistych [1]. Wnękowość daje się wyrazić poprzez parametry charakteryzujące mikrostrukturę geometryczną powierzchni - średnią wysokość nierówności i średni odstęp nierówności. W dotychczas realizowanych przez nas badaniach [2], podobnie jak w pracach [3, 4], pomiar wnękowości przeprowadza się za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Uzyskiwano powiększony profil mikronierówności powierzchni poprzez „modulację Y” [5]. Istota tego procesu polega na wykorzystaniu proporcjonalności między pionowym odchyleniem linii (jest ona miarą wysokości mikronierówności) a jasnością obrazu skaningowego, która jest zależna od składu chemicznego analizowanej warstwy, a także od jej mikrostruktury geometrycznej. Tak więc, dla stałego składu chemicznego warstwy przypowierzchniowej pionowej odchylenie linii zależy tylko od mikrostruktury geometrycznej badanej powierzchni. W mikroskopii optycznej podobne związki dotyczą jasności obrazu [6].
W tym ćwiczeniu celem jest wyznaczenie wnękowości g (nazywanej wnękowością optyczną), jako wybranego parametru mikrostruktury geometrycznej powierzchni, na podstawie czarno-białych mikrofotografii wybranych próbek otrzymanych za pomocą wideomikroskopu.
Wnękowość g może być miarą chropowatości powierzchni, gdyż wyraża się poprzez parametry charakteryzujące mikrostrukturę geometryczna powierzchni, a mianowicie [1]:

gdzie:  R_z jest średnią wysokością nierówności, a S jest średnim odstępem nierówności.

W badaniach eksperymentalnych wprowadza się uproszczenie polegające na tym, że za wnękowość przyjmuje się stosunek długości rzeczywistej profilu L_rz do długości geometrycznej profilu L_o, to znaczy:

Stosowany w ćwiczeniu mikroskop optyczny wideomikroskop, charakteryzuje się tym, że:

kierunek obserwacji (i rejestracji za pomocą kamery) jest prostopadły do powierzchni
stosuje się oświetlenie podwójne, pod dużym kątem do powierzchni oraz światłem rozproszonym z góry
obraz powierzchni powinien być zapisany w pliku w komputerze (w postaci czarno-białej mapy bitowej bez kompresji) i może być analizowany przy użyciu odpowiedniego oprogramowania.

Przykładowe fotografie:

1. R. Górecka, Z. Polański, Metrologia warstwy wierzchniej, WNT, Warszawa 1983.

2. K. Rożniakowski, Bezstykowe metody badania chropowatości powierzchni materiałów budowlanych na przykładzie zaczynu gipsowego, Fizyka Materiałów i Konstrukcji Budowlanych, Tom 1. Wybrane modele i metody badań, red. P.Klemm, Łódź 1993.

3. A. Sala, Radiacyjna wymiana ciepła, WNT, Warszawa 1982.

4. A. Sala, Problem wpływu zmiany chropowatości warstwy tlenkowej na emisyjność, Materiałoznawstwo i Obróbka Cieplna nr 23 (1976) str. 33-38.

5. R. Tadeusiewicz, P. Korohoda, Komputerowa analiza i przetwarzanie obrazów, Wyd. Fundacji Postępu Telekomunikacji, Kraków 1997.

6. J.C. Russ, The Image Processing Handbook, 3rd Edition, CRC Press, Boca Raton 1998.