PROFILOMETRY OPTYCZNE

§

W naszej ofercie znajdziecie Państwo następujące urządzenia:

LeicaDCM8_17 mikroskop konfokalny i interferometryczny

profilm3d profilometr optyczny interferencyjny

Profilometry optyczne są urządzeniami stosowanymi do pomiaru różnic wysokości (np. chropowatości powierzchni) na powierzchniach, z dużą precyzją, oraz wykorzystaniem fali świetlnej.

Każdy profilometr składa się z co najmniej dwóch części – detektora, oraz miejsca w którym znajduje się próbka (uchwyt). Detektor który określa, gdzie punkty pomiarowe znajdują są na próbce. W systemach można wyróżnić dwa możliwe modele: elementem ruchomym jest detektor lub uchwyt z próbką.

Istnieją dwa rodzaje profilometrów:

  • stykowy
  • optyczny

Profilometry stykowe wykorzystują sondę do wykrywania powierzchni, poprzez fizyczne przemieszczania sondy wzdłuż badanej próbki, w celu uzyskania wysokości powierzchni. Odbywa się to mechanicznie za pomocą pętli sprzężenia zwrotnego. Układ sprzężenia zwrotnego jest wykorzystywany do utrzymania ramienia z określonym momentem obrotowym. Zmiany w pozycji Z uchwytu ramienia mogą być wykorzystane do rekonstrukcji powierzchni.

Profilometria stykowa wymaga siły zwrotnej i fizycznego kontaktu z powierzchnią, tak więc, gdy jest bardzo czułą techniką, jak również zapewnia wysoką rozdzielczość w osi Z, jednak na miękkich powierzchniach sonda może zostać zanieczyszczona. Technika ta może być niszcząca dla niektórych powierzchni.

Ponieważ profilometria stykowa obejmuje fizyczne ruchy w osiach X, Y i Z, jednocześnie znajdując się w kontakcie z powierzchnią, to w wyniku jest wolniejsza od technik bezdotykowych. Wielkość oraz kształt końcówki styku może wpływać na pomiary, oraz ograniczać rozdzielczość boczną.

profilometr stykowy schemat

Schemat profilometru stykowego

Profilometria optyczna wykorzystuje światło zamiast czujnika fizycznego. Można tego dokonać na wiele sposobów. Kluczowym elementem tej techniki jest skierowanie światła w taki sposób, żeby możliwym było wykrycie powierzchni 3D.

profilometr interferencyjny profilometr optyczny

Profilometr interferometryczny

Profilometry optyczne są w stanie uzyskać doskonałą dokładność w połączeniu z interferometrią

interferencje fali świetlnejInterferometria to technika wykorzystująca zjawisko interferencji fal elektromagnetycznych np. światła. Patrząc na interferogram (po prawej), można zauważyć, że jasne i ciemne prążki w pobliżu dna nie są tak jasne lub zbyt ciemne, jak te w pobliżu znaczników. To dlatego, że dolna część interferogramu nie jest ostra- nieostry oznacza mniejsze zakłócenia. Poprzez ostrożne obliczanie powierzchni największego kontrastu, profilometry optyczne ustalają punkt, który ma najlepszą ostrość.

W praktyce profilometr optyczny skanuje badany materiał pionowo. Materiał w polu widzenia przechodzi przez płaszczyznę ogniskową, co stwarza interferencję. Każdy poziom wysokości w badanym materiale osiąga optymalną ostrość (a tym samym największą interferencje i kontrast) w innym czasie. Z dobrze skalibrowanym profilometrem optycznym, możliwa jest dokładność poniżej nanometra.

Po co są stosowane profilometry optyczne?

Profilometr optyczny może być używany do pomiaru wykończenie powierzchni, chropowatości, oraz kształtu na różnych powierzchniach, tak długo, jak wystarczająca ilość światła jest odbijana z powrotem od powierzchni. Niektóre profilometry optyczne mogą być ograniczone, jeśli chodzi o pomiar bardzo wysokich różnic wysokości, gdzie światło odbite jest od obiektywu.

Profilometry optyczne zostały wykorzystywane do pomiaru materiałów takich jak: papier, tworzywa sztuczne, żywice epoksydowe, metale, szkła, farby i atramenty. Są przydatne w analizie odcisków palców, obróbki materiałów budowlanych, przy np. polerowaniu, jak również w analizie zużycia, ponieważ są można z ich pomocą wykonać obliczenia objętości porów i rys.

Dlaczego stosujemy profilometry optyczne?

Główną zaletą tej techniki jest szybkość, jest ona znacznie szybsza niż pomiary powierzchni wykorzystujące profilometrię stykową. Wcześniej profilometria stykowa posiadała przewagę umożliwiając pomiar długich profili, jednak obecnie profilometry optyczne mogą mierzyć dłuższe, niż było to możliwe dotychczas powierzchnie. Dodatkowo profilometry optyczne są urządzeniami łatwymi w użyciu.

Zalety profilometrów optycznych:

  • Profilometr optyczny, w przeciwieństwie do stykowego, umożliwia pomiar bezkontaktowy.
  • Pomiary są trójwymiarowe: mierzą wysokość (oś Z) na powierzchni o wymiarach bocznych X i Y. Profilometry stykowe są z natury liniowe (2-wymiarowe). Element stykowy jest przeciągany po powierzchni próbkowania punktów wzdłuż linii.
  • Każdy piksel obrazu kamery profilometru optycznego jest punktem odniesienia: jego różnica dróg optycznych obliczana jest w stosunku do każdego sąsiedniego piksela porównując kontrast pomiędzy nimi. Tak więc, im więcej pikseli w polu widzenia, tym więcej danych można uzyskać w każdym pomiarze.
  • Części stykowe zużywają się, czyli trzeba wymieniać je dla różnych warunków powierzchniowych. Profilometr optyczny nie posiada tych elementów, jak również nie posiada drogich części zużywalnych.