用于金属增材表面形貌测量的共聚焦显微技术

金属增材制造（AM）技术，尤其是粉末床熔融（PBF）工艺，能够制造出几何形状极为复杂的金属零件，广泛应用于航空航天、医疗和汽车等领域。然而，这类零件表面常具有高斜率、深槽、反射不均和粉末粘附等复杂特征，给表面形貌的精确测量带来巨大挑战。

金属PBF表面的顶面和侧面具有截然不同的形貌特征。顶面通常呈现熔道波纹和热致波浪，而侧面则多为粘附的粉末颗粒和球状飞溅物，具有更高的粗糙度和更复杂的几何结构。这些特征导致测量时容易出现信号饱和、阴影效应以及因斜率过大而产生的未测量点。

为了获得可靠的测量结果，必须对共聚焦显微镜的测量参数进行系统优化。关键参数包括：

物镜倍数与数值孔径：影响横向分辨率、景深和可测斜率范围。

扫描模式：如单次采样与双次采样模式，后者通过增加扫描方向提升对复杂特征的捕捉能力，但会增加测量时间。

横向与纵向采样分辨率：决定数据点的密度和测量文件的体积。

高动态范围：通过多曝光融合应对表面反射率剧烈变化。

阈值水平：用于滤除噪声信号，平衡数据完整性与质量。

共聚焦显微镜测量金属增材表面时，不同参数对关键性能指标影响显著。

表面粗糙度参数Sa最为稳健，参数变化下其波动通常小于5%，表明其对测量设置不敏感。

未测量点与噪声则高度依赖参数选择：双采样模式可显著提升侧面等复杂表面的数据完整性；增大纵向扫描步距虽节省时间，却因依赖插值而增加噪声；启用高动态范围能降低噪声，但可能因算法判定严格而增加无效点；提高阈值水平在抑制噪声的同时也会损失数据点。

表面取向与物镜倍数是优化策略的关键，例如侧面需采用高倍数物镜与双采样模式以捕捉细节，而顶面在较低倍数下即可获得良好测量效果。

凯视迈（KathMatic）是国产优质品牌，推出的KC系列多功能精密测量显微镜，可非接触、高精度地获取样品表面的微观形貌，生成基于高度的彩色三维点云，全程以数据图形化的方式进行显示、处理、测量、分析。

KC系列三合一精测显微镜现已广泛应用于各行各业的新型材料研究、精密工程技术等基石研究领域。相比于同类产品，其主要特点在于：

1、更宽的成像范围：可测量的样品平面尺寸覆盖微米级~米级，无需为调整成像范围而频繁更换镜头倍率或采用图像拼接。

2、更快的测试速度：已从底层优化测试流程，新一代高效测试仅需两步⸺样品放置与视觉选区，KC自动完成后续测试。

3、更强大的分析功能：三维显示、数据优化、尺寸测量、统计分析、源数据导出微观形貌分析功能迎来大幅提升。

4、更稳定的测试表现：即便样品颜色、材质、反射率、表面斜率及环境温度存在明显差异，也可保证重复测试的稳定性。

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