Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Бесконтактный оптический профилометр NANOVEA PS50
Бесконтактный оптический профилометр
Контактный профилометр на технологическом предприятии LAAS в Тулузе, Франция.

Профилометра является измерительный прибор используется для измерения профиля поверхности в , для того , чтобы количественно оценить его шероховатости . Критические размеры, такие как шаг, кривизна, плоскостность, вычисляются по топографии поверхности.

В то время как историческое понятие профилометра было устройством, подобным фонографу, которое измеряет поверхность при перемещении поверхности относительно щупа контактного профилометра , это понятие меняется с появлением многочисленных методов бесконтактной профилометрии.

Технологии без сканирования могут измерять топографию поверхности за один снимок камеры, сканирование XYZ больше не требуется. Как следствие, динамические изменения топографии измеряются в режиме реального времени. Современные профилометры измеряют не только статическую топографию, но теперь и динамическую топографию - такие системы называют профилометрами с временным разрешением.

Типы [ править ]

Оригинальная машина для измерения профиля поверхности Taylor-Hobson Talysurf 1940 - х годов

Оптические методы [1] [2] включают интерферометрии методы , основанные , например, цифровой голографической микроскопии , вертикального сканирования интерферометрии / белого света интерферометрии , фазового сдвига интерферометрии и дифференциального интерференционного контрастного микроскопа (Nomarski микроскопия); методы обнаружения фокуса, такие как обнаружение интенсивности, изменение фокуса , дифференциальное обнаружение, метод критического угла, астигматический метод, метод Фуко и конфокальная микроскопия ; способы проецирования модели , такие как Fringe проекция , профилометрия Фурье , муар, и методы отражения узоров .

Контакт и псевдо-контактные методы [1] [2] включает стилус профилометра (механическое профилометра) [3] атомно - силовой микроскопии , [4] и сканирующей туннельной микроскопии

Контактные профилометры [ править ]

Алмазная игла перемещается вертикально, контактируя с образцом, а затем перемещается поперек образца на заданное расстояние и заданное контактное усилие. Профилометр может измерять небольшие отклонения поверхности при вертикальном смещении щупа в зависимости от положения. Типичный профилометр может измерять небольшие вертикальные детали высотой от 10 нанометров до 1 миллиметра. Положение алмазного щупа по высоте генерирует аналоговый сигнал, который преобразуется в цифровой, сохраняется, анализируется и отображается. Радиус алмазного щупа составляет от 20 нанометров до 50 мкм, а разрешение по горизонтали регулируется скоростью сканирования и частотой дискретизации сигнала данных. Сила прижима иглы может составлять от менее 1 до 50 миллиграммов.

Преимущества контактных профилометров включают приемлемость, независимость от поверхности, разрешение, это прямой метод, не требующий моделирования. Большинство мировых стандартов чистоты поверхности написано для контактных профилометров. Чтобы следовать предписанной методике, этот тип профилометра часто требуется. Контакт с поверхностью часто является преимуществом в грязной среде, где бесконтактные методы могут привести к измерению загрязнения поверхности, а не самой поверхности. Поскольку игла контактирует с поверхностью, этот метод нечувствителен к отражению поверхности или цвету. Радиус наконечника иглы может составлять всего 20 нанометров, что значительно лучше, чем при оптическом профилировании в белом свете. Вертикальное разрешение также обычно составляет менее нанометра.

Бесконтактные профилометры [ править ]

Оптический профилометр - это бесконтактный метод предоставления большей части той же информации, что и профилометр на основе щупа. В настоящее время используется множество различных методов, таких как лазерная триангуляция ( датчик триангуляции ), конфокальная микроскопия (используется для профилирования очень маленьких объектов), интерферометрия с низкой когерентностью и цифровая голография .

Преимуществами оптических профилометров являются скорость, надежность и размер пятна. Для небольших шагов и требований к выполнению 3D-сканирования, поскольку бесконтактный профилометр не касается поверхности, скорость сканирования определяется светом, отраженным от поверхности, и скоростью электроники для сбора данных. При выполнении больших шагов трехмерное сканирование на оптическом профилировщике может быть намного медленнее, чем двухмерное сканирование на стилусе. Оптические профилометры не касаются поверхности и поэтому не могут быть повреждены из-за поверхностного износа или неосторожности оператора. Многие бесконтактные профилометры являются твердотельными, что значительно сокращает необходимое техническое обслуживание. Размер пятна или поперечное разрешение оптических методов колеблется от нескольких микрометров до субмикрометров.

Профилометры с временным разрешением [ править ]

Самовосстанавливающийся полимер от Tosoh Corporation (Япония), измеренный с помощью цифрового голографического микроскопа
Ультразвуковые преобразователи MEMS, измеренные на частоте 8 МГц в стробоскопическом режиме

Технологии без сканирования, такие как цифровая голографическая микроскопия, позволяют измерять трехмерную топографию в режиме реального времени. 3D-топография измеряется с одной камеры, как следствие, скорость захвата ограничена только скоростью захвата камеры, некоторые системы измеряют топографию с частотой кадров 1000 кадров в секунду. Системы с временным разрешением позволяют измерять изменения топографии, такие как восстановление интеллектуальных материалов или измерение движущихся образцов. Профилометры с временным разрешением можно комбинировать со стробоскопическим устройством для измерения MEMS- колебаний в диапазоне МГц. Стробоскопический блок подает сигнал возбуждения на МЭМС и подает сигнал запуска на источник света и камеру.

Преимущество профилометров с временным разрешением состоит в том, что они устойчивы к вибрациям. В отличие от методов сканирования, время регистрации профилометра с временным разрешением находится в диапазоне миллисекунд. Нет необходимости в вертикальной калибровке: вертикальное измерение не зависит от механизма сканирования, вертикальное измерение цифровой голографической микроскопии имеет внутреннюю вертикальную калибровку, основанную на длине волны лазерного источника. Образцы не статичны, и топография образца реагирует на внешний раздражитель. При измерении в полете топография движущегося образца достигается за короткое время экспозиции. Измерение колебаний MEMS может быть выполнено, когда система объединена со стробоскопическим устройством.

Волоконно-оптические профилометры [ править ]

Оптические профилометры на основе оптического волокна сканируют поверхности с помощью оптических датчиков, которые посылают сигналы световой интерференции обратно на детектор профилометра по оптическому волокну. Волоконно-оптические зонды могут физически располагаться на расстоянии сотен метров от корпуса детектора без ухудшения качества сигнала. Дополнительными преимуществами использования волоконных оптических профилометров являются гибкость, получение длинных профилей, надежность и простота встраивания в производственные процессы. Благодаря небольшому диаметру некоторых датчиков поверхности можно сканировать даже в труднодоступных местах, таких как узкие щели или трубки малого диаметра. [5]Поскольку эти датчики обычно захватывают одну точку за раз и при высоких скоростях отбора пробы, возможно получение длинных (непрерывных) профилей поверхности. Сканирование может происходить в агрессивных средах, включая очень горячие или криогенные температуры, или в радиоактивных камерах, когда детектор расположен на расстоянии, в безопасной для человека среде. [6] Зонды на основе волокна легко устанавливаются в процессе, например, над движущимися перемычками или устанавливаются на различные системы позиционирования.

См. Также [ править ]

  • Профилометрия дорог
  • Метрология поверхности

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Жан М. Беннетт, Ларс Маттссон, Введение в шероховатость поверхности и рассеяние, Оптическое общество Америки, Вашингтон, округ Колумбия
  2. ^ a b В. Дж. Валецки, Ф. Сонди и М. М. Хилали, «Быстрая поточная метрология топографии поверхности, позволяющая производить расчет напряжений для производства солнечных элементов с производительностью более 2000 пластин в час», 2008 г. Измер. Sci. Technol. 19 025302 (6PP) DOI : 10,1088 / 0957-0233 / 19/2/025302
  3. ^ Стаут, KJ; Блант, Лиам (2000). Трехмерная топография поверхности (2-е изд.). Пентон Пресс. п. 22. ISBN 978-1-85718-026-8.
  4. ^ Бинниг, Герд, Calvin F Quate и Ch Gerber (1986). " " Атомно-силовой микроскоп. "Письма в Physical Review 56.9 (1986): 930" . Письма с физическим обзором . 56 (9): 930–933. DOI : 10.1103 / PhysRevLett.56.930 . PMID 10033323 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Дюфур, Марк; Lamouche, G .; Gauthier, B .; Padioleau, C .; Мончалин, JP (2006). «Проверка труднодоступных промышленных деталей с использованием зондов малого диаметра» (PDF) . Отдел новостей SPIE . ШПИОН . DOI : 10.1117 / 2.1200610.0467 . Проверено 15 декабря 2010 года .
  6. ^ Dufour, ML; Lamouche, G .; Detalle, V .; Gauthier, B .; Саммут, П. (апрель 2005 г.). «Низкокогерентная интерферометрия, передовой метод оптической метрологии в промышленности» . Insight: неразрушающий контроль и мониторинг состояния . 47 (4): 216–219. CiteSeerX 10.1.1.159.5249 . DOI : 10,1784 / insi.47.4.216.63149 . ISSN 1354-2575 .  

Внешние ссылки [ править ]