Măsurarea topografiei suprafeţelor cu metoda CCI

Rugozitatea suprafeţelor reprezintă ansamblul neregularităţilor ce formează relieful suprafeţei reale şi care sunt definite convenţional în limiteleunei secţiuni fără abateri de formă.

Topografia suprafeţelor

Parametri 3D Standardul ISO 25178-2:2012 definește o serie de parametri 3D: de amplitudine, de spațiu și hibrizi.

• Parametri Amplitudine - Height (Amplitude) Parameters - distribuția statistică a caracteristicilor verticale ale deviației suprafeței de-a lungul axei Z. Parametri principali: Sq, Ssk, Sku, Sp, Sv, Sz, Sa
• Parametri de spaţiu - Spatial parameters- periodicitatea datelor, în special a direcției.Parametri principali: Sal, Str, Std
• Parametri Hibrizi - Hybrid parameters - definiți de asocierea celor doi parametri spațiu și amplitudine (forma în spațiu a datelor). Parametri principali: Sdq, Sdr

Tehnologia CCI – Coherence Correlation Interferometry

Instrumentele moderne de măsurare a rugozității oferă un mod avansat de măsurare utilizând principiul interferometriei optice. Aceste instrumente folosesc un algoritm inovator, ce determină legătura dintre coerența punctelor maxime și poziția fazei unui model de interferență, algoritm generat de o unitate de scanare optică.

Scanarea cu un astfel de interferometru utilizează ca sursă lumina albă sau, în funcție de aplicație, lumina verde. Un sistem de acționare piezoless este folosit pentru a examina lentila obiectivului în vecinătatea unui punct focal.

Componenta măsurată este, în mod obișnuit, poziționată pe o masă (suport) X/Y de mare precizie.

Pe măsură ce sistemul optic este ,,deplasat" de către sistemul de acționare, punctul focal este observat pentru fiecare pixel din matricea sistemului CCD. Beneficiul unui astfel de sistem este faptul că un număr considerabil de puncte pot fi măsurate cu rezoluții înalte și pe verticală, subnanometrice (<0.01 nm – nanometri,ș0.1 Åț – Ångström) în doar câteva secunde. Prinschimbarea amplificării lentilelor obiectivului sepot evalua zone mai mari, efectuând o singurămăsurare. În acest caz, rezoluția laterală esteredusă proporțional.

Un instrument ce însumează caracteristicile precizate este CCI HD, produs de compania

Taylor Hobson. Poate atinge rezoluții pe direcția axei Z de sub 0,1 Å (1 Ångström = 10-10 m).

CCI HD reprezintă realizările unei industrii în continuă schimbare, ce înglobează știința, experiența și imaginația specialiștilor din domeniu.

Caracteristicile de bază ale acestui procedeu sunt:

• Rezoluţii înalte

Senzorii de imagine CCI HD, având o matrice cu un număr de 2048 x 2048 de pixeli, permit măsurarea unor suprafețe mari, fără a întâmpina dificultăți sau potențiale distorsiuni cauzate de multiplicarea câmpurilor de vizualizare.

• Măsurări mai rapide

Un câmp de vizualizare mai mare presupune o inițializare rapidă, o viteză de evaluare mai mare a mai multor componente, în concluzie, o eficiență sporită datorată utilizării facile a instrumentelor.

• Rezultate excelente

Cu peste 4 milioane de puncte pe întreaga suprafață de măsurare, aceasta devine mult mai bine definită față de metodele precendente. Se pot identifica deviațiile suprafeței sau potențialele zone de interes oriunde în vastul câmp de vizualizare. De asemenea, se poate mări imaginea pentru o analiză detaliată, fără a remăsura componenta.

• Noua tehnologie a camerelor

Inspecția vizuală de înaltă rezoluție oferă o caracterisitică esențială monitorizării și îmbunătățirii procesului de fabricație. Imaginile 3D sunt capabile să evidențieze detalii ale structurilor nanometrice, făcând posibilă identificarea automată a suprafeței de lucru.

• Setarea automată a lungimii eşa tionate

Datorită tehnologiei ce permite setarea automată, gama de scanare va fi aleasă automat, optimizată pentru suprafața de lucru, oferind reduceri semnificative ale timpului de măsurare.

• Tehnica de măsurare universală

Optimizarea programului de inspecție se realizează eliminând numeroase elemente de rutină și rezultatele incompatibile ale raportului de măsurare. Datorită algoritmului informatizat, se pot măsura toate suprafețele, în oricare etapă a producției, utilizând aceeași tehnică și același instrument.

Standarde internaţionale de referinţă

• Standardul ISO 25178-2:2012 - Speci ficații geometrice pentru produse (GPS). Starea suprafeței: Areal. Partea 2: Prezintă termeni, definiții și parametri 3D de stare a suprafeței;
• Standardul ISO 25178-6:2010 - Speci ficații geometrice pentru produse (GPS). Starea suprafeței: Areal. Partea 6: Clasificarea metodelor de măsurare a stării suprafeței;
• Standardul ISO 25178-604:2013 - Spe ci ficații geometrice pentru produse (GPS). Starea suprafeței: Areal. Partea 604: Caracteristici nominale ale instrumentelor fără contact (interfero metrie cu baleiaj pe lungimea de coerență).

Grosimea filmului de materiale

CCI HD poate măsura grosimea unui strat (thick film)> 1.5 μm și o grosime de film (thin film) > 50 nm.

Aplicații: MEMS, circuite, holografie, celule fotovoltaice, inginerie biomedicală, material tip fotorezistent.

Performanţele Hard Disk-urilor

Planeitatea discurilor de memorie reprezintă un parametru critic pentru performanță. Cu un câmp larg de vizualizare și peste 4 milioane de pixeli, metoda CCI evaluează planeitatea, ondulația și textura suprafeței.

Creşterea randamentului dispozitivelor semiconductoare

Tehnologia CCI HD este utilizată pentru a identifica defecte mici ale suprafeței ce reduc randamentul plăcilor epitaxiale din siliciu.

Extinderea duratei de viaţă a implanturilor ortopedice

Studiul tribologic al implanturilor ortopedice este esențial pentru maximizarea duratei de viață. CCI HD combină forma, structura și textura într-o singură evaluare. 

Reducerea scurgerilor de combustibil din injectoare

CCI HD îmbunătățește performanța prin detectarea căilor de scurgere ale suprafețelor injectoarelor.

Analiza suprafeţelor corodate

Înglobarea dispozitivului de captare a imaginilor cu o rezoluție mai mare de 4 MP și a obiectivului 100x, permite înțelegerea detaliilor fine ale mecanismelor de coroziune

Bibliografie

„Exploring Surface Texture – A fundamental guide to the measurement of surface finish”, Taylor Hobson Ltd

„Basic Surface Finish Filters”, „Basic Surface Finish Parameters”, Taylor Hobson Ltd

„Curs de Metrologie Aplicată” – Micro-Top Consulting Engineering& Service S.R.L.

English summary

An innovative technology – data processing device and software– that allows an accurate measurement of an actual surface parameters and a multiple assessment thereof.

With a resolution under 0.01 nm, the system enables the measurement in seconds of several parameters, and the identification of areas of interest anywhere within the viewing area.

The applications tap into the special measuring capabilities in order to cover several fields currently of major interest, such as renewable energies, medicine, internal combustion engines, electronics, etc.

CĂTĂLIN APOSTOL și GABRIELA GEORGESCU sunt ingienri MICRO-TOP Consulting Engineering & Service