ऑप्टिकल सतह रफनेस टेस्टर कसे काम करतो?

स्टायलसशिवाय रफनेस पाहणे

दशकांपासून, पृष्ठभागाची खुर्ची मोजणे म्हणजे हीरा स्टायलस भागावरून ओढणे, प्रत्येक शिखर आणि खोऱे जाणणे आणि त्या प्रक्रियेत कोणत्याही सूक्ष्म गोष्टीवर खरच न करण्याची आशा करणे. संपर्क प्रोफिलोमीटर्स अजूनही अनेक कारखान्यांमध्ये सुवर्णमानक आहेत, परंतु त्यांना मर्यादा आहेत. ते मंद आहेत, ते पृष्ठभागाला स्पर्श करतात आणि त्यांना मऊ साहित्य, चिकट लेपन किंवा अत्यंत सूक्ष्म पृष्ठभागांसह काम करण्यात अडचण येते. त्याठिकाणी ऑप्टिकल पृष्ठभागाची खुर्ची चाचणी यंत्र येते. सुई एका पृष्ठभागावरून ओढण्याऐवजी, ते प्रकाशाचा वापर करून पृष्ठभागाची रचना मापन करते आणि ते भागाला कधीही स्पर्श न करता वेगाने करू शकते.

मूलभूत तत्त्व, प्रकाश व्यतिकरण

ऑप्टिकल सतहीय असमानता मापन करणाऱ्या सर्वात सामान्य प्रकारच्या उपकरणाची रचना इंटरफेरोमेट्रीवर आधारित असते. याची मूलभूत कल्पना अशी आहे. प्रकाशाची एक किरणपुंज दोन मार्गांवर विभाजित केली जाते. एक किरण यंत्रातील एकदम चिकनी संदर्भ दर्पणावरून परावर्तित होतो. दुसऱ्या किरणाला ऑब्जेक्टिव्ह लेन्समार्फत खाली पाठवले जाते, जो चाचणी अधीन असलेल्या सतहीवर पडतो आणि परत वर उठतो. जेव्हा हे दोन्ही किरण पुन्हा एकत्रित होतात, तेव्हा ते एकमेकांशी व्यतिकरण (इंटरफेरन्स) करतात. जर चाचणी अधीन असलेली सतह पूर्णपणे सपाट असेल, तर व्यतिकरण पॅटर्न एकसमान असतो. जर चाचणी अधीन असलेल्या सतहीवर उभारे आणि खाई असतील, तर त्या लहान उंचीच्या फरकामुळे प्रकाशाचे प्रवासाचे अंतर बदलते, ज्यामुळे एक प्रकारचा प्रकाशित आणि अंधारित पट्ट्यांचा पॅटर्न तयार होतो, जो एक प्रकारच्या भू-आकृतिक नकाशासारखा दिसतो. नंतर सॉफ्टवेअर हा पट्ट्यांचा पॅटर्न वाचून घेतो आणि त्याचे सतहीय बनावटीच्या उच्च रिझोल्यूशनच्या ३डी नकाशात रूपांतर करतो.

कॉन्फोकल आणि फोकस व्हेरिएशन तंत्र

इंटरफेरोमेट्री ही एकमेव पद्धत नाही. ऑप्टिकल सरफेस रफनेस टेस्टरमध्ये वापरली जाणारी दुसरी पद्धत म्हणजे कॉन्फोकल मायक्रोस्कोपी किंवा फोकस व्हेरिएशन. या प्रणालींमध्ये, प्रकाश एका लहान छिद्रातून किंवा मायक्रो मिरर्सच्या एका संचातून जातो. यंत्र फोकसमधून उभ्या दिशेने स्कॅन करते आणि विविध उंचीवर अनेक प्रतिमा घेते. प्रत्येक पिक्सेलसाठी, सॉफ्टवेअर त्या ठिकाणाची अचूक उंची निश्चित करते जिथे तो भाग सर्वात तीव्र फोकसमध्ये होता. त्या सर्व फोकसमधील उंचींची एकत्रित रचना केली, तर आपल्याला पृष्ठभागाची तपशीलवार ३डी पुनर्निर्मिती मिळते. ही पद्धत विशेषतः तीव्र ढलाण असलेल्या किंवा रफ टेक्सचर असलेल्या पृष्ठभागांसाठी उत्तम आहे, जे इंटरफेरोमीटरला गोंधळात टाकू शकतात. दोन्ही पद्धतींमध्ये एक महत्त्वाचा फायदा सामायिक आहे: त्या सेकंदांत लाखो डेटा पॉइंट्स गोळा करतात, ज्यामुळे आपल्याला Ra, Rz आणि Sa सारख्या रफनेस पॅरामीटर्सचे सांख्यिकीय चित्र मिळते जे एका एकाच रेषेच्या बदल्यात पूर्ण क्षेत्रावर असते.

का नॉन-कॉन्टॅक्ट पद्धत निरीक्षणाच्या खेळात बदल घडवते

ऑप्टिकल सरफेस रफनेस टेस्टरची नॉन-कॉन्टॅक्ट प्रकृती अशा अनेक अ‍ॅप्लिकेशन्ससाठी मार्ग मोकळा करते, ज्यांचा संपर्क-स्टायलस उपकरणांद्वारे अजिबात वापर करता येत नाही. उदाहरणार्थ, मऊ पॉलिमर्स, बायोमेडिकल कोटिंग्स, चिकट पिवळ्या फिल्म्स किंवा ताज्यात रंगवलेल्या पृष्ठभागांचा विचार करा. स्टायलस त्या पृष्ठभागात खोलवर घुसून त्याची रचना नष्ट करेल, जी आपण मोजण्याचा प्रयत्न करीत आहात. दुसरीकडे, प्रकाश हा पृष्ठभागावरून प्रतिबिंबित होऊन कोणतीही खुणा सोडत नाही. आपण लहान वैशिष्ट्यांच्या आत, उदाहरणार्थ, माइक्रोफ्लुइडिक चॅनेलच्या तळाशी किंवा लहान गियर टूथच्या बाजूला, जिथे भौतिक स्टायलस टिप येण्यास शक्य नाही, अशा ठिकाणीही मोजमाप करू शकता. आणि कारण पृष्ठभागावर यांत्रिक स्कॅनिंग हालचाल नसल्यामुळे, मोजमापाचा वेग अत्यंत वेगवान असतो. एका क्षेत्रफळाचे स्कॅन करण्यासाठी स्टायलस उपकरणाला ओळोळीने ट्रेस करण्यासाठी काही मिनिटे लागू शकतात, तर ऑप्टिकल प्रणाली ते काही सेकंदांत पूर्ण करू शकते.

डेटा आपल्याला कोणते पॅरामीटर्स देते

ऑप्टिकल सतह रफनेस टेस्टर एकदा 3D सतहीय डेटा कॅप्चर केल्यानंतर, सॉफ्टवेअर विविध प्रकारच्या पॅरामीटर्सची गणना करतो. बहुतेक लोक सामान्य 2D रफनेस मूल्यांसह, जसे की Ra आणि Rz, यापासून सुरुवात करतात, जी सॉफ्टवेअर 3D डेटासेटमधून काल्पनिक प्रोफाइल रेषा काढून मिळवतो. परंतु ऑप्टिकल मापनाची खरी शक्ती ISO 25178 मानकानुसार व्याख्यायित क्षेत्रीय (अॅरियल) पॅरामीटर्समध्ये आहे. Sa सारखे पॅरामीटर्स Ra च्या क्षेत्रफळ-समतुल्य मूल्याचे प्रतिनिधित्व करतात, तर Sdq हे सतहीय ढालीबद्दल माहिती देते, Sdr हे विकसित इंटरफेशियल क्षेत्रफळ गुणोत्तराचे वर्णन करते, आणि Svk, Spk आणि Sk हे बेअरिंग रेशिओ विश्लेषणासाठी मूलभूत रफनेस, कमी झालेले शिखरे आणि खोऱे यांचे विभाजन करतात. ही माहितीची खोली सतह किती रफ आहे हे केवळ समजून घेण्यासाठीच नव्हे, तर तिच्या सीलिंग, लुब्रिकेशन, अॅडहेशन आणि वियर या कार्यक्षमतेचे विश्लेषण करण्यासाठीही अत्यंत महत्त्वाची आहे.

वास्तविक भागांसाठी व्यावहारिक विचार

कोणत्याही तंत्रज्ञानाप्रमाणेच, प्रकाशिक पृष्ठभाग असमतलता परीक्षकांना त्यांची व्यावहारिक मर्यादा असतात. अत्यंत प्रतिबिंबित करणारे पृष्ठभाग कधीकधी समस्या निर्माण करू शकतात, तरीही आधुनिक प्रणाली बहुतेक समस्यांचे निराकरण चतुर प्रकाशन रणनीतींद्वारे करतात. पारदर्शक साहित्यासाठी सावधगिरीने सेटअप करणे आवश्यक असते, कारण प्रकाश त्यातून प्रवेश करू शकतो आणि पृष्ठभागाखालील परताव्यांपासून प्रतिबिंबित होऊ शकतो. अत्यंत असमतल पृष्ठभाग, ज्यांचे ढलाण अत्यंत तीव्र असते, ते ऑब्जेक्टिव्ह लेन्सच्या प्रकाशिक स्वीकृती कोनापेक्षा जास्त असू शकतात. या मर्यादांचे समजून घेणे आपल्याला आपल्या विशिष्ट भागांसाठी योग्य ऑब्जेक्टिव्ह, योग्य दृश्यक्षेत्र आणि योग्य मापन पद्धत निवडण्यास मदत करते. योग्य पद्धतीने वापरल्यास, डेटाची गुणवत्ता आणि वेग अत्यंत प्रभावी असतो. आणि अनेक अनुप्रयोगांसाठी, जिथे संपर्काचा स्टायलस फारच मंद किंवा अत्यंत आक्रमक असतो, एक प्रकाशिक पृष्ठभाग असमतलता परीक्षक केवळ एक पर्याय नसून, तो एकमेव व्यावहारिक उपाय आहे.