Celem ćwiczenia jest napisanie programu wyznaczającego jeden z parametrów charakteryzyjących chropowatość powierzchni (na podstawie fotografii powierzchni próbki materiału wykonanej za pomocą mikroskopu optycznego)

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<sub>z</sub> 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<sub>rz</sub> do długości geometrycznej profilu L<sub>o</sub>, 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:

Do pobrania
Wnękowość
0101T04

JPG
BMP
10,1
0103T04

JPG
BMP
9,6
0105T04

JPG
BMP
11,5
0110T04

JPG
BMP
16,8

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.