Topografia powierzchni wpływa na szereg zjawisk mających związek z interakcją tej powierzchni z otoczeniem. Jednocześnie większość procesów wytwarzania kształtuje topografię powierzchni. Topografia składa się z indywidualnych cech fizycznych o różnej wielkości (pęcherze, rowki, mikrokratery itp.), i często wydaje się być inna, gdy obserwuje się ją w różnych skalach pomiaru. Stąd też wynika potrzeba rozważań wieloskalowych.

           Pojęcie skali ma wiele znaczeń. W metrologii pojęcie “skala” najczęściej odnosi się do stosunku odległości na obiekcie będącym wynikiem pomiaru rzeczywistej powierzchni do właściwej odległości na rzeczywistej powierzchni. W nowym rozumieniu,   skala stanowi pewne okno, przez które obserwuje się obiekt. Pomiar jest zbiorem pewnego zakresu długości fal albo częstotliwości. Często utożsamia się pojęcie skali z wielkością czy rozmiarem, co wynika z faktu, że pewne cechy powierzchni (rysy, zagłębienia, pory itd.) o danym rozmiarze czy wielkości można najlepiej dostrzec, kiedy obserwuje się je w pewnej skali lub przedziale skal. Skala może wynikać z zastosowane przyrządu pomiarowego i zależy w tym przypadku od interwału próbkowania powierzchni, lub też może być przeliczana w zależności od zastosowanej metody wieloskalowej.

           Zjawiska fizyczne zależne od topografii powierzchni mogą być związane z oddziaływaniami, które zachodzą w kilku skalach interakcji. Zmiana topografii powierzchni w wyniki procesu wytwarzania lub zużycia również może zachodzić w kilku skalach. Kluczowa staje się zatem zdolność zrozumienia zależności pomiędzy topografią po-wierzchni a procesami w trakcie ich wytwarzania albo interakcji z otoczeniem. Powiązania te będą zależeć od metody pomiaru powierzchni, analizy wyniku pomiaru i jej charakteryzacji w wielu skalach. Poprzez charakteryzację rozumie się opis liczbowy danych pomiarowych.

           Topografia powierzchni może się zmieniać w zależności od skali jej obserwacji. Istotne cechy topografii powierzchni wpływające na jej zachowanie się w trakcie interakcji z otoczeniem mogą dotyczyć jej kształtu, falistości, chropowatości albo mikrochropowatości. Nieregularność topografii powierzchni powoduje, że wartości parametrów opisujących topografię w danej skali zależą od skali pomiaru albo od skali obliczeniowej. Naj-częściej istotna jest tylko grupa skali (innymi słowy wąski jej zakres), dla której zauważa się znaczący wpływ danego parametru opisującego topografię na jej interakcję z otoczeniem lub parametru procesu wytwarzania na parametr opisujący otrzymaną topografię.

           Obecnie wykorzystywane metody wieloskalowe dzielą się na:

•  konwencjonalne, gdzie:

                •    dokonuje się pomiaru w wielu skalach,

                •    dokonuje się pomiaru w jednej skali i stosuje transformacje Fouriera,

                •    dokonuje się pomiaru w jednej skali i stosuje się filtracje za pomocą filtru morfologicznego,

•  metodę pomiaru w jednej skali i zastosowanie transformacji falkowej,

•  metodę pomiaru w jednej skali i zastosowanie pływającego filtru pasmowego,

•  metodę pomiaru w jednej skali i zastosowanie funkcji strukturalnej,

•  metody geometryczne.

                W przypadku metod geometrycznych zauważyć można, że własności geometryczne chropowatych powierzchni zmieniają się wraz ze skalą obserwacji albo skalą obliczeniową. Przedmiotem badań w naszym zespole są właśnie metody wieloskalowe, które opisują cechy geometryczne analizowanych powierzchni.

Szczegóły naszych prac związanych z metodami wieloskalowymi można znaleźć w następujących artykułach:

1. Bartkowiak, T.; Brown, C.A. Multiscale 3D Curvature Analysis of Processed Surface Textures of Aluminum Alloy 6061 T6. Materials 2019, 12, 257.
2. Bartkowiak, T.; Berglund, J.; Brown, C.A. Establishing functional correlations between multiscale areal curvatures and coefficients of friction for machined surfaces. Surf. Topogr.: Metrol. Prop. 2018,6, 034002
3. Brown, C.A.; Hansen, H.N.; Jiang, X.J.; Blateyron, F.; Berglund, J.; Senin, N.; Bartkowiak, T.; Dixon, B.; Le Goïc, G.; Quinsat, Y.; et al. Multiscale analyses and characterizations of surface topographies. CIRP Ann. Manuf. Technol. 2018, 67, 839–862
4. Bartkowiak, T.; Brown, C.A. A characterization of process-surface texture interactions in micro-electrical discharge machining using multiscale curvature tensor analysis. J. Manuf. Sci. Eng. Trans. ASME 2018, 140.
5. Bartkowiak, T. Characterization of 3D surface texture directionality using multiscale curvature tensor analysis. In Proceedings of the ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE), Tampa, FL, USA, 3–9 November 2017
6. Bartkowiak, T.; Lehner, J. T.; Hyde, J.; Wang, Z.; Pedersen, D. B.; Hansen, H. N.; Brown, C. A. Multi-scale areal curvature analysis of fused deposition surfaces, Proceedings of ASPE Spring Topical Meeting on Achieving Precision Tolerances in Additive Manufacturing, At Raleigh, North Carolina, USA, 2015, pp. 77-82.