机械零件的表面形貌不仅直接影响着零件的使用性能，而且还影响着产品的质量、可靠性及寿命。随着现代制造技术的飞速发展，很多高精尖产品对表面加工质量要求越来越高，超精密加工技术已经成为现代制造技术的前沿。而超精密检测技术是与超精密加工技术并行发展的一门高科技技术，精确可靠地测量超精密表面的微观形貌已成为超精密加工领域中一个亟待解决的关键问题，而SPM的出现则为我们提供了解决这种问题的手段。扫描探针显微镜（SPM）的诞生为超精密加工及其检测技术的迅猛发展起到了推波助澜的作用，为人们研究超精密表面的微观结构及其相互作用提供了有利的手段。SPM具有极高的分辨率，能够用于观测和描绘超精密加工表面，通过对所观测到的各种物理现象及表面质量进行分析研究，使得人们获得了重要的新的表面科学信息。近几年来，已有相当数量的SPM应用于超精密加工及其测量领域。最近，对超精密表面和表层的完整性评价技术取得新发展，对三维表面形貌测量和分析的研究十分活跃，特别是STM和AFM的发明，对表面的纳米尺度的形貌观察提供了可能；光学技术的研究更是引人注目，基于各种光学现象的测量方法日渐成熟；触针仪器为了改变自身的缺点，引入了“光针”。另外，随着分形几何、小波分析、图像处理和特征识别技术的快速发展，在其对三维表面特征研究方面显示出很大的潜力。本论文的主要研究工作是围绕如何提高SPM的测量精度以及对超精密表面微观形貌的评定这一问题而进行。其目的和意义在于：通过应用SPM对超精密加工表面微观形貌检测的实验研究，发现：在应用SPM进行超精密测量过程中，存在一些影响SPM测量精度的因素。从而系统研究了影响测量精度的因素，在此基础上对扫描图像进行处理，最后对无磨料低温抛光后的超精密表面进行了评定。主要做了以下几方面的实验研究工作：首先，比较了WYKO表面轮廓仪和扫描探针显微镜对超精密加工表面测量结果的影响。结果表明：用WYKO检测时，其取样面积大，能客观的反映工件加工后表面粗糙度的情况，但不利于微观形貌的细节分析；而扫描探针显微镜的扫描范围较小，更适合于表面微观形貌的测量，对于研究超精密表面的加工机理是有帮助的。 <WP=68>其次，从SPM机构入手，对压电扫描器的压电误差和结构误差、测量系统的结构误差、针尖的几何形状以及外界振动对测量精度的影响进行研究，系统地分析了影响测量精度的误差因素。进而从振动分析的角度，建立了针尖-样品副之间的力学模型，对实验系统中加入隔振平台的测量结果进行比较分析。研究了各误差因素在测量结果中的表现形式，提出了相应的解决方法。通过对扫描器的压电误差和结构误差的实验研究，结果表明：在应用SPM进行测量时，由于扫描器压电误差的影响，一般要求工件表面粗糙度低于100nm，SPM的扫描范围不宜过大，压电陶瓷的蠕变现象使每次扫描开始时图像不太稳定，因此，待扫描进行3~4分钟再进行图像采集，此时比较接近真实形貌；由于扫描器结构误差的影响，当扫描范围小于60μm×60μm且探针长度大于4mm时，交叉耦合误差较小。轴的非正交误差随的增大而减小，随的增大而增大。轴非正交误差随的增大而几乎成线性地增大，对坐标无影响。因此，通过合理地优化扫描器的结构参数，可大大降低这两项误差的影响，从而提高SPM的测量精度。针尖几何形状的好坏对SPM的成像质量有着重要的影响，针尖的曲率半径越小，纵横比越小，测量结果越接近真实形貌。通过对外界和内部各种干扰振动的分析研究，认为最终都是通过显微镜的各部分反映在针尖-样品副上，影响着SPM的测量结果。基于此，从粘弹性理论和振动分析的角度，建立了针尖-样品副之间的理论模型。通过对同一试件在使用隔振平台与未加入隔振平台两种实验条件下的测量，对扫描视图、表面粗糙度以及三维表面形貌进行了对比分析，结果发现：加入隔振系统测量后的图像效果明显优于未使用隔振系统的情况，测量精度提高了4.1%，图像的微观信息更加清晰，提高了测量效率。进而，基于小波理论，利用小波分解和重构的Mallat算法。对扫描探针显微镜的线扫描信号进行降噪分析，并且对干扰信号做了频谱分析；根据SPM图像的特点，对小波变换应用于扫描探针显微镜图像的降噪、增强及融合方法进行了阐述，采用原子力显微镜对无磨料低温抛光后的铝合金试件（LY12）表面进行检测，并利用所述方法对扫描图像进行了处理。得出主要干扰源为：地板和建筑的共振、实验室附近的工厂和行驶车辆、SPM机械系统的本征振动以及照明系统的镇流变压设备等。提出了通过对小波高频系数进行局部阀值筛选的方法来实现扫描图像降噪与保持图像细节的平衡，该方法不仅能高质量地消除图像中的随机点噪声，而且能有效地保留原图像中大量的细微纹理和边缘信息。通过加大扫描图像特征分量的小波系数实现了对扫描图像特征部分的增强，图像轮廓得到增强，清晰可见，加工后残留的大颗粒及形成的凹坑突显出来，对比度差的细节得到增强，质量得到提高。通过对不同小波系数分量按不同权重（以水平分量0.2、斜线分量0.3、垂直分量0.5）汇总实现了对图像的融合。融合图像不仅对铝合金表面微观形