轮廓与面表面参数的模拟比较：以 $R_a$ 作为 $S_a$ 的估计

由于测量技术上的根本差异，不建议直接比较面粗糙度和轮廓粗糙度的测量值。然而，研究人员可能希望在使用不同设备的实验室之间，或与文献值进行比较。本文研究了轮廓算术平均粗糙度 $R_a$ 能在多大程度上近似其等效的面粗糙度 $S_a$。研究中使用了模拟的粗糙表面以及来自 ETOPO1 全球高程模型的样本。将表面上最多20条 $R_a$ 轮廓的均值与表面 $S_a$ 进行了100次重复比较。随着取平均的 $R_a$ 值数量的增加，$\bar{R_a}$ 与 $S_a$ 之间的差异减小。对于模拟表面，当仅取一条 $R_a$ 轮廓时，$\bar{R_a}$ 与 $S_a$ 之间的平均百分比差值在 16.06% 到 3.47% 之间。通过平均20个 $R_a$ 值，平均百分比差值降至 6.60% 到 0.81%。如果不考虑平行于主要特征方向（通过视觉识别）的 $R_a$ 轮廓，平均百分比差值会进一步降低。对于 ETOPO1 全球高程表面，当仅使用一个 $R_a$ 值时，平均百分比差值在 52.09% 到 22.60% 之间；当平均20个 $R_a$ 值时，该差值为 33.22% 到 9.90%。在能够识别表面特征方向的情况下，考虑该方向可使 $\bar{R_a}$ 与 $S_a$ 之间的差值减少约5个百分点。结果表明，取3到5个 $R_a$ 值的平均值可以很好地估计规则或简单表面的 $S_a$。然而，对于某些复杂的真实世界表面，$\bar{R_a}$ 与 $S_a$ 之间的差异很大。文中讨论了包括面和轮廓测量中滤波器的使用以及轮廓对齐等注意事项。