EN
Vidieť drsnosť bez dotykového hrotu
Po desaťročia znamenalo meranie drsnosti povrchu ťahanie diamantového dotykového hrotu po súčiastke, pričom sa každý vrchol a každá dolina „pocítila“ a dúfalo sa, že sa nič jemné nepoškriabie. Kontaktné profilometre stále predstavujú „zlatý štandard“ v mnohých dielňach, avšak majú svoje obmedzenia. Sú pomalé, dotýkajú sa povrchu a majú problémy s mäkkými materiálmi, lepkavými povlakmi alebo extrémne jemnými povrchmi. Tu prichádzajú do hry optické prístroje na meranie drsnosti povrchu. Namiesto ťahania ihly po povrchu používajú svetlo na mapovanie textúry a dokážu to urobiť rýchlo, aniž by sa k súčiastke vôbec dotkli.
Základný princíp – interferencia svetla
Najčastejším typom prístroja na meranie drsnosti optických povrchov je interferometrický prístroj. Základná myšlienka je nasledovná. Lúč svetla sa rozdelí na dve cesty. Jeden lúč sa odrazí od dokonale hladkého referenčného zrkadla umiestneného vo vnútri prístroja. Druhý lúč prechádza objektívom, dopadne na testovaný povrch a odrazí sa späť nahor. Keď sa tieto dva lúče znovu spoja, interferujú navzájom. Ak je testovaný povrch dokonale rovný, interferenčný obrazec je rovnomerný. Ak má testovaný povrch výčnelky a vybraniny, tieto malé výškové rozdiely menia vzdialenosť, ktorú svetlo prejde, a vytvárajú obrazec svetlých a tmavých pruhov, ktorý pripomína topografickú mapu. Softvér potom dekóduje tento pruhový obrazec a premení ho na vysokorozlíšovaciu trojrozmernú mapu textúry povrchu.
Konfokálne a techniky zmeny zaostrenia
Interferometria nie je jedinou možnosťou. Iný prístup používaný v optických zariadeniach na meranie drsnosti povrchu je konfokálna mikroskopia alebo metóda zmeny zaostrenia. V týchto systémoch prechádza svetlo cez malú jehlovú dierku alebo cez sadu mikrozrkadiel. Prístroj vertikálne skenuje cez zaostrenie a poberá obrázky pri mnohých rôznych výškach. Pre každý pixel softvér určí presnú výšku, pri ktorej bol daný bod najostrejšie zaostrený. Ak spojíme všetky tieto výšky najostrejšieho zaostrenia, získame podrobnú trojrozmernú rekonštrukciu povrchu. Táto metóda je obzvlášť vhodná pre povrchy so strmými sklonmi alebo drsnou textúrou, ktoré by mohli interferometer zmiasť. Obe metódy majú jednu kľúčovú výhodu: za niekoľko sekúnd získajú milióny údajových bodov, čím poskytnú štatistický prehľad parametrov drsnosti, ako sú Ra, Rz a Sa, pre celú plochu namiesto jediného lineárneho profilu.
Prečo nekontaktné metódy menia pravidlá kontrolného procesu
Nekontaktný charakter optického merania drsnosti povrchu umožňuje aplikácie, ktoré kontaktné dotykové prístroje jednoducho nemôžu zvládnuť. Uvažujte napríklad o mäkkých polyméroch, biomedicínskych povlakoch, lepiacich fóliách alebo čerstvo natretých povrchoch. Dotykový hrot by sa do povrchu zarezal a zničil textúru, ktorú sa snažíte merať. Svetlo naopak odrazí bez toho, aby nezanechalo akékoľvek stopy. Môžete tiež merať vnútri malých prvkov, napríklad na dne mikrofluidnej kanáliky alebo na bočnej ploche zubu malého ozubenia – miestach, kde fyzický dotykový hrot jednoducho nedokáže fyzicky dosiahnuť. A keďže na povrchu neexistuje mechanický skenovací pohyb, rýchlosť merania je výrazne vyššia. Plošné skenovanie, ktoré by kontaktný dotykový prístroj mohol trvať niekoľko minút pri postupnom prechádzaní riadok po riadku, dokáže optický systém zachytiť za niekoľko sekúnd.
Aké parametre vám dáva údaj
Keď testovač drsnosti optického povrchu zachytí trojrozmerné údaje o povrchu, softvér vypočíta celú skupinu parametrov. Väčšina ľudí začína s bežnými dvojrozmernými hodnotami drsnosti, ako sú Ra a Rz, ktoré softvér odvodí tak, že cez trojrozmerný súbor údajov prevedie virtuálne profilové čiary. Skutočná sila optického merania však spočíva v plošných parametroch definovaných štandardom ISO 25178. Parametre ako Sa poskytujú plošný ekvivalent parametra Ra, zatiaľ čo Sdq informuje o sklonu povrchu, Sdr popisuje pomer vyvinutej interfaciálnej plochy a parametre Svk, Spk a Sk rozdeľujú základnú drsnosť, redukované vrcholy a údolia pre analýzu pomeru nosnej plochy. Táto hĺbka informácií je neoceniteľná pri pochopení nielen toho, ako drsný povrch pociťujeme, ale aj toho, ako sa bude správať pri tesnení, mazaní, adhézii a opotrebovaní.
Praktické aspekty pre reálne súčiastky
Ako každá technológia majú aj optické meracie prístroje pre povrchovú drsnosť svoje praktické obmedzenia. Vysoko odrazivé povrchy niekedy spôsobujú problémy, hoci moderné systémy väčšinu z nich riešia pomocou šikovných stratégií osvetlenia. Pre priehľadné materiály je potrebné starostlivé nastavenie, pretože svetlo môže preniknúť dovnútra a odraziť sa od podpovrchových vrstiev. Veľmi drsné povrchy s extrémnym sklonom môžu presiahnuť optický uhol prijatia objektívu. Porozumenie týmto obmedzeniam vám pomôže vybrať vhodný objektív, vhodný zorný uhol a vhodný režim merania pre vaše konkrétne súčiastky. Ak sa prístroj používa správne, kvalita získaných údajov aj rýchlosť merania sú pozoruhodne výnimočné. A pre mnoho aplikácií, kde kontaktná dotyková sonda je jednoducho príliš pomalá alebo príliš invazívna, je optický merací prístroj pre povrchovú drsnosť nielen alternatívou, ale jediným praktickým riešením.