ऑप्टिकल सतह की रफनेस टेस्टर कैसे काम करता है?

स्टाइलस के बिना खुरदरापन को देखना

दशकों तक, सतह की खुरदुरापन को मापने का अर्थ था कि एक हीरे के स्टाइलस को भाग पर खींचा जाए, प्रत्येक शिखर और घाटी को महसूस किया जाए, और यह आशा की जाए कि प्रक्रिया में कुछ संवेदनशील वस्तु को खरोंच न दिया जाए। संपर्क प्रोफाइलोमीटर अभी भी कई कार्यशालाओं में सुनहरा मानक हैं, लेकिन उनकी सीमाएँ हैं। वे धीमे हैं, वे सतह को स्पर्श करते हैं, और वे मुलायम सामग्रियों, चिपचिपे लेपों या अत्यंत सूक्ष्म परिष्करणों के साथ संघर्ष करते हैं। यहीं पर प्रकाशिक सतह खुरदुरापन परीक्षक का प्रवेश होता है। इसके बजाय कि किसी सतह पर सुई को खींचा जाए, यह प्रकाश का उपयोग करके बनावट का मानचित्रण करता है, और यह भाग को कभी भी स्पर्श किए बिना तेज़ी से कर सकता है।

मूल सिद्धांत, प्रकाश व्यतिकरण

ऑप्टिकल सतह की खुरदरापन मापने वाले उपकरणों का सबसे आम प्रकार इंटरफेरोमेट्री पर आधारित होता है। यहाँ मूल विचार इस प्रकार है: प्रकाश की एक किरण को दो मार्गों में विभाजित किया जाता है। एक किरण यंत्र के अंदर स्थित एक पूर्णतः चिकने संदर्भ दर्पण से परावर्तित होती है। दूसरी किरण ऑब्जेक्टिव लेंस के माध्यम से नीचे की ओर जाती है, परीक्षण सतह से टकराती है और ऊपर की ओर परावर्तित हो जाती है। जब ये दोनों किरणें पुनः मिलती हैं, तो वे एक-दूसरे के साथ व्यतिकरण करती हैं। यदि परीक्षण सतह पूर्णतः समतल है, तो व्यतिकरण पैटर्न एकसमान होता है। यदि परीक्षण सतह पर शिखर और गर्त हैं, तो ये सूक्ष्म ऊँचाई अंतर प्रकाश की यात्रा की दूरी को बदल देते हैं, जिससे चमकीली और गहरी धारियों का एक पैटर्न बनता है, जो कि एक स्थलाकृतिक मानचित्र के समान दिखाई देता है। तत्पश्चात सॉफ्टवेयर इस धारी पैटर्न को डिकोड करता है और इसे सतह के बनावट का उच्च-रिज़ॉल्यूशन 3D मानचित्र में परिवर्तित कर देता है।

कॉन्फोकल और फोकस वेरिएशन तकनीकें

इंटरफेरोमेट्री एकमात्र विकल्प नहीं है। ऑप्टिकल सतह की खुरदुरापन परीक्षण उपकरण में उपयोग किया जाने वाला एक अन्य दृष्टिकोण कॉन्फोकल सूक्ष्मदर्शन या फोकस भिन्नता है। इन प्रणालियों में, प्रकाश एक सूक्ष्म छिद्र या सूक्ष्म दर्पणों के एक सेट के माध्यम से गुजरता है। यंत्र फोकस के माध्यम से ऊर्ध्वाधर रूप से स्कैन करता है और कई विभिन्न ऊँचाइयों पर चित्र लेता है। प्रत्येक पिक्सेल के लिए, सॉफ्टवेयर उस स्थान की सटीक ऊँचाई निर्धारित करता है जहाँ वह स्थान सबसे तीव्र फोकस में था। उन सभी फोकसित ऊँचाइयों को एक साथ जोड़ देने पर, आपको सतह का विस्तृत 3D पुनर्निर्माण प्राप्त होता है। यह विधि विशेष रूप से उन सतहों के लिए उपयुक्त है जिनमें तीव्र ढलान या खुरदुरी बनावट हो, जो किसी इंटरफेरोमीटर को भ्रमित कर सकती है। दोनों विधियों में एक महत्वपूर्ण लाभ समान है: वे कुछ सेकंड में लाखों डेटा बिंदुओं को एकत्र करती हैं, जिससे आपको Ra, Rz और Sa जैसे खुरदुरापन पैरामीटर्स की सांख्यिकीय छवि पूरे क्षेत्र में प्राप्त होती है, न कि केवल एकल रेखा ट्रेस के रूप में।

गैर-संपर्क विधि निरीक्षण के खेल को क्यों बदल देती है

ऑप्टिकल सतह रफनेस टेस्टर की गैर-संपर्क प्रकृति ऐसे अनुप्रयोगों को संभव बनाती है जिन्हें संपर्क-आधारित स्टाइलस उपकरण बिल्कुल भी संभाल नहीं सकते। उदाहरण के लिए, नरम पॉलिमर, जैव-चिकित्सा लेप, चिपकने वाली फिल्में, या ताज़ा पेंट किए गए सतहों के बारे में सोचें। एक स्टाइलस उस सतह में धंस जाएगा और आप जिस बनावट (टेक्सचर) को मापने का प्रयास कर रहे हैं, उसे नष्ट कर देगा। इसके विपरीत, प्रकाश बिना किसी निशान के प्रतिबिंबित हो जाता है। आप छोटी सुविधाओं के अंदर भी मापन कर सकते हैं, जैसे कि एक माइक्रोफ्लुइडिक चैनल के तल या एक सूक्ष्म गियर दांत के किनारे पर — ऐसे स्थान जहाँ एक भौतिक स्टाइलस टिप भौतिक रूप से पहुँच ही नहीं सकती है। और चूँकि सतह पर कोई यांत्रिक स्कैनिंग गति नहीं होती है, मापन की गति काफी तेज़ हो जाती है। एक क्षेत्र स्कैन जिसे एक स्टाइलस उपकरण को पंक्ति दर पंक्ति ट्रेस करने में कई मिनट लग सकते हैं, उसे एक ऑप्टिकल प्रणाली कुछ सेकंड में कैप्चर कर लेती है।

डेटा आपको कौन-कौन पैरामीटर प्रदान करता है

जब ऑप्टिकल सतह की खुरदुरापन परीक्षक डिवाइस 3D सतह के आँकड़ों को प्राप्त कर लेती है, तो सॉफ़्टवेयर विभिन्न पैरामीटर्स के एक पूरे परिवार की गणना करता है। अधिकांश लोग परिचित 2D खुरदुरापन मानों, जैसे Ra और Rz, से शुरुआत करते हैं, जिन्हें सॉफ़्टवेयर 3D डेटासेट के माध्यम से काल्पनिक प्रोफ़ाइल रेखाएँ खींचकर प्राप्त करता है। लेकिन ऑप्टिकल मापन की वास्तविक शक्ति ISO 25178 मानक द्वारा परिभाषित क्षेत्रीय (एरियल) पैरामीटर्स में निहित है। Sa जैसे पैरामीटर्स आपको Ra के क्षेत्रफल समकक्ष मान प्रदान करते हैं, जबकि Sdq सतह के ढाल के बारे में बताता है, Sdr विकसित अंतरफलकीय क्षेत्र अनुपात का वर्णन करता है, और Svk, Spk तथा Sk क्रमशः बेयरिंग अनुपात विश्लेषण के लिए मुख्य खुरदुरापन, कम किए गए शिखरों और गड्ढों को अलग-अलग करते हैं। यह जानकारी का गहन स्तर सिर्फ इतना ही नहीं बताता कि सतह कितनी खुरदुरी महसूस होती है, बल्कि यह भी बताता है कि वह सीलिंग, चिकनाई, चिपकने और घर्षण जैसे कार्यों में कैसा प्रदर्शन करेगी।

वास्तविक भागों के लिए व्यावहारिक विचार

किसी भी प्रौद्योगिकी की तरह, प्रकाशिक सतह की खुरदुरापन परीक्षकों की भी व्यावहारिक सीमाएँ होती हैं। अत्यधिक परावर्तक सतहें कभी-कभी समस्याएँ उत्पन्न कर सकती हैं, हालाँकि आधुनिक प्रणालियाँ अपनी चतुर प्रकाश व्यवस्था के माध्यम से इनमें से अधिकांश को संभाल लेती हैं। पारदर्शी सामग्रियों के लिए सावधानीपूर्ण सेटअप की आवश्यकता होती है, क्योंकि प्रकाश सतह के नीचे की परतों में प्रवेश कर सकता है और उनसे परावर्तित हो सकता है। अत्यधिक खुरदुरी सतहें, जिनके ढाल अत्यधिक हों, ऑब्जेक्टिव लेंस के प्रकाशिक स्वीकृति कोण से अधिक हो सकते हैं। इन सीमाओं को समझना आपको अपने विशिष्ट भागों के लिए सही ऑब्जेक्टिव, सही दृश्य क्षेत्र और सही मापन मोड का चयन करने में सहायता करता है। जब इन्हें उचित रूप से उपयोग किया जाता है, तो डेटा की गुणवत्ता और गति वास्तव में आश्चर्यजनक होती है। और कई ऐसे अनुप्रयोगों के लिए, जहाँ संपर्क स्टाइलस बस बहुत धीमा या बहुत आक्रामक होता है, एक प्रकाशिक सतह की खुरदुरापन परीक्षक केवल एक विकल्प नहीं है, बल्कि यह एकमात्र व्यावहारिक समाधान है।