表面粗さの測定

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光学プロファイラーの基本 表面プロファイリング 表面プロファイリング


表面粗さの測定:技術に不可欠

表面粗さの測定


光学プロファイラーでの表面測定:

•光学プロファイラーの測定領域と高さ。

オングストローム未満の再現性を達成した表面高さ測定精度。

非接触測定:脆いまたは柔らかい表面を傷つけない非ダイアモンド先端。

3D 測定が突起や空洞の量を計算可能。

視野内の非連続領域の共平面性を、接触プロファイリング法よりも良好に測定できる。

広い視野でより多くの表面情報。

表面測定表面計測と同義 – 表面がその機能に適しているかを確認するために不可欠な表面トポグラフィーを決定。表面測定 は概念的には表面形状、表面仕上げ、表面プロファイルの粗さ (Ra)、または表面領域の粗さ (Sa)、表面テクスチャ、アスペリティ、構造特性化を含みます。

例えば、摩耗を避けるためにエンジンパーツが潤滑剤に晒されている場合、表面の粗さが圧縮下でパーツの間に十分な潤滑材を保持しつつ、金属対金属の接触を起こさないように十分に滑らかであるように、これらの表面には精密な機械加工 - 顕微鏡レベルの - が必要です製造および設計目的で、最終製品がデザイン仕様を満たためには、測定が重要です。

上図では、顕微鏡表面が干渉顕微鏡を使用して三次元で測定されています。スケールのために、上の -D表面計測は要素を高さ 22 ナノメートル範囲でマップし、示されているピット欠陥は深さ 12 ナノメートル未満です。ナノメートル (nm) はミクロン (µm) の 1000 分の 1 です。人の髪の太さは約 80 ミクロン(80,000 nm) です。測定表面の面積は 449×335 ミクロンです。

欠陥解析の表面粗さの測定

欠陥は材料表面で加工中、または使用後のいずれかに発生します。欠陥解析はしばしば表面の有効性、効率および耐久性を改善するための情報の提供に不可欠です。例えば、悪条件下での長い製品寿命を求められる製品として、腰の関節などの人工関節が挙げられます。人工関節を交換のために取り出した後にその表面材料の摩耗、傷、形状を測定できれば、将来の関節交換手順に役立ちます。光学表面測定技術は、人工関節や、ステント、歯科インプラント、人工骨などの医療品質の表面の測定に使用されてきました。

上記の 3-D 表面マップ画像では、複数のピットがステップ高キャリブレーション基準に表示されています。これは、クォーツで作成されクロームでメッキされています。この種の基準はしばしば、あらゆるタイプの光学表面形状測定装置のキャリブレーションに使用されます。ピットは衝撃、摩耗、または化学作用の結果である場合があります。多くのピットがある場合は、ステップ高基準としての表面の適正は損なわれます。応用に応じて、ピット対アスペリティ(突起)の判断が、表面性能に重要です。コンピューターのハードウェアディスク表面は特定の数のピットに対応できますが、アスペリティはディスク読み取り/書き込みヘッドの浮動ヘッドが低いため故障を引き起こします。光学プロファイラーは、その極性(ピットまたはバンプ)を判断できるように欠陥を解決し、その高さまたは深さを特性化する必要があります。

工程管理のための表面測定

メーカーは一貫した、信頼できる製品を製造するために工程を管理する必要があります。精密表面機械加工が必要な個所では、アウトプットを確認して工程が仕様に外れていないかチェックすることで、表面測定は行程の管理を維持する主要パートです。

表面粗さの測定の懸念

表面粗さの測定は基本的には結果に求められる精度により区別されます。例えば、表面の粗さは視覚と触覚により、テストサンプルと基準サンプルを比較することで評価できますが、これは測定ではありません。主観的です。触覚感度と視覚解像度は、上記評価の有効性を、数ミクロンの高さおよび幅に制限しあmす。

精密機械加工レベルでの、表面トポグラフィー測定は、検査される機能のスケールに区別されます。

形状

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表面形状は対象領域の全体的な形状です。「対象領域」は応用により多様です。例えば、マイクロレンズのトポグラフィーを測定している場合、「形状は」レンズの曲率の測定として、製造仕様書との比較で表現されます。究極的には、レンズの正確に焦点を当てる機能を測定しています。材料科学およびエンジニアリングにおけるその他の対象形状は、平面、球面、環状体、円筒形、パラボラ、非球面および自由形状教区面があります。

表面形状の測定 には形状を含むのに十分な広さの測定済視野が必要です。

粗さ

表面粗さ – 表面プロファイル Ra とも呼ばれる– は表面の「テクスチャ」とみなされるスケールのトポグラフィーです。表面の粗さは線形プロファイルまたは領域の相対的な粗さの定量的な計算で、単数字(Ra)で表されます。

三次元光学表面形状測定装置では、粗さは表面領域の粗さ(Sa)として表現されます。プロファイルの粗さ (Ra) は領域を通る線として抽出できます。興味深いことに、Sa は複数のプロファイルを平均化することで表面全体の平均 Ra もレポートできます。

表面仕上げ は通常、表面に意図した、または結果として生じた、研磨またはテクスチャのレベルを意味します。

レンズでは、通常はレンズ表面の粗さは可能な限り低いことが望ましく、ライトがあたると可能な限りわずかしか分散しないことが望ましいですが、この粗さ(理想的には滑らかさ)表面形状の全般的な曲率は含みません。

他の応用では、粗さを最適化する必要はありません。接着剤は硬化のためのエアポケットを含み、接着するための十分な表面領域のために、特定の程度の粗さが必要な場合があります。

光学プロファイラー およびスタイラスはほとんどの表面粗さ計測用途に適しています。

表面アスペリティ

個別に特性化できる機能はアスペリティカテゴリーに分けられます。精密機械加工用途では、アスペリティはしばしば高さおよび形状のミクロン未満の変動と参照されます。

高い水平解像度および正確な高さ解像度の光学プロファイラー、さらにハイエンドなスタイラスプロファイラーは特定のケースでアスペリティを測定できます。原子間力顕微鏡(AFM)および電子スキャンニング顕微鏡(SEM、TEM)は高解像度で、一般的にアスペリティ測定に使用されますが、材料によっては表面を破壊する場合があります。さらに、視野が狭いので欠陥の検索が困難です。

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