EN
Vidět drsnost bez dotyku (bez stylusu)
Po desetiletí znamenalo měření drsnosti povrchu tažení diamantového dotykového hrotu po součásti, přičemž každý vrchol a každá prohlubeň byly „cítit“, a doufání, že se nepoškrábou některé citlivé materiály. Kontaktní profilometry stále zůstávají zlatým standardem ve mnoha dílnách, avšak mají své limity: jsou pomalé, dotýkají se povrchu a potíže mají s měkkými materiály, lepivými povlaky nebo extrémně jemnými povrchy. Právě zde vstupují optické měřiče drsnosti povrchu. Namísto tažení jehly po povrchu používají světlo k mapování textury a dokáží to provést rychle, aniž by se součásti vůbec dotkly.
Základní princip – interferencie světla
Nejčastějším typem měřiče drsnosti optického povrchu je zařízení založené na interferometrii. Zde je základní princip: svazek světla se rozdělí do dvou cest. Jeden svazek se odrazí od dokonale hladkého referenčního zrcadla umístěného uvnitř přístroje. Druhý svazek prochází objektivem, dopadne na měřený povrch a odrazí se zpět nahoru. Když se tyto dva svazky znovu spojí, vzájemně se interferují. Je-li měřený povrch dokonale rovný, je interferenční obrazec rovnoměrný. Má-li měřený povrch výčnělky a prohlubně, změní tyto malé výškové rozdíly délku dráhy světla a vytvoří obrazec světlých a tmavých pruhů, který připomíná topografickou mapu. Software poté tento pruhový obrazec dekóduje a převede jej na vysokorozlišovací trojrozměrnou mapu povrchové struktury.
Konfokální a techniky variace ohniska
Interferometrie není jedinou možností. Jiný přístup používaný u optických měřičů drsnosti povrchu je konfokální mikroskopie nebo měření změnou ostření. V těchto systémech prochází světlo malým otvorem (pinhole) nebo sadou mikrozrcadel. Přístroj skenuje svisle skrz ohnisko a pořizuje snímky na mnoha různých výškách. V každém pixelu software určí přesnou výšku, na níž byl daný bod nejostřejší. Pokud tyto výšky odpovídající nejostřejšímu obrazu spojíme dohromady, získáme podrobnou trojrozměrnou rekonstrukci povrchu. Tato metoda je zvláště vhodná pro povrchy se strmými sklony nebo drsnou texturou, které by mohly interferometr zmást. Obě metody mají jednu klíčovou výhodu: během několika sekund získají miliony měřených bodů, čímž poskytnou statistický přehled o parametrech drsnosti, jako jsou Ra, Rz a Sa, pro celou plochu namísto jediné řádkové křivky.
Proč nekontaktní měření mění pravidla inspekce
Nekontaktní charakter optického měřiče drsnosti povrchu umožňuje aplikace, které kontaktní dotykové přístroje prostě nezvládnou. Uvažujte například o měkkých polymerech, biomedicínských povlacích, lepicích fóliích nebo právě natřených površích. Dotyková sonda by se do materiálu zabořila a poškodila povrch, jehož drsnost se snažíte změřit. Světlo naopak odrazem nezanechá žádnou stopu. Můžete také měřit uvnitř malých prvků, například na dně mikrofluidního kanálu nebo na boku malého ozubního kola – v místech, kam fyzický dotykový hrot prostě fyzicky nedosáhne. A protože na povrchu není žádný mechanický posuv, jsou rychlosti měření výrazně vyšší. Plošné skenování, které by kontaktnímu přístroji trvalo několik minut při postupném měření řádek po řádku, dokáže optický systém zachytit za několik sekund.
Jaké parametry data poskytují
Jakmile optický měřič drsnosti povrchu zaznamená 3D data povrchu, software vypočítá celou řadu parametrů. Většina uživatelů začíná se známými 2D hodnotami drsnosti, jako jsou Ra a Rz, které software odvozuje tím, že prochází virtuálními profilovými čarami skrz 3D datovou sadu. Skutečnou silou optického měření jsou však plošné parametry definované normou ISO 25178. Parametry jako Sa poskytují plošný ekvivalent Ra, Sdq popisuje sklon povrchu, Sdr udává poměr vyvinuté mezičásticové plochy a parametry Svk, Spk a Sk rozkládají jádrové drsnosti, redukované vrcholy a údolí pro analýzu nosného poměru. Tato hloubka informací je neocenitelná pro pochopení nejen toho, jak drsný povrch pociťujeme, ale i toho, jak se bude chovat při utěsňování, mazání, lepení a opotřebení.
Praktické aspekty pro skutečné součásti
Jako každá technologie mají optické měřiče povrchové drsnosti své praktické limity. Vysoce odrazivé povrchy někdy způsobují potíže, avšak moderní systémy tyto problémy řeší pomocí chytrých strategií osvětlení. Pro průhledné materiály je nutné pečlivé nastavení, protože světlo může proniknout dovnitř a odrážet se od podpovrchových vrstev. Velmi drsné povrchy s extrémním sklonem mohou přesáhnout optický úhel přijetí objektivu. Porozumění těmto omezením vám pomůže vybrat správný objektiv, správný zorný úhel a správný režim měření pro vaše konkrétní součásti. Pokud jsou tyto přístroje používány vhodným způsobem, kvalita dat i rychlost měření jsou pozoruhodné. A pro mnoho aplikací, kde dotykový hmatový profilometr je prostě příliš pomalý nebo příliš invazivní, je optický měřič povrchové drsnosti nejen alternativou, ale jediným praktickým řešením.