Кіріспе
Бет профилін және кедір-бұдырлығын өлшейтін аспап Профилометр - беттің кедір-бұдырлығын анықтау үшін беттің профилін өлшеуге арналған өлшеу аспаптары. Қадам, қисықтық, жазықтық сияқты маңызды өлшемдер бет топографиясынан есептеледі. Профилометрдің тарихи түсінігі фонографқа ұқсас құрылғы болған, ол бетті контактілік профилометрдің стилусына қатысты қозғалған кезде өлшейтін, бұл түсінік көптеген контактісіз профилометриялық әдістердің пайда болуымен өзгеріп жатыр. Сканерлеуге жатпайтын технологиялар бір камераның түсіріліміне сәйкес жер бетінің топографиясын өлшейді, XYZ сканерлеу қажет емес. Нәтижесінде топографияның динамикалық өзгерістері нақты уақытта өлшенеді. Қазіргі заманғы профилиметрлер тек статикалық топографияны ғана өлшемейді, сонымен қатар динамикалық топографияны да өлшеуге мүмкіндік береді. Мұндай жүйелер уақытқа шешілетін профилиметрлер ретінде сипатталады.
A profilometer is a measuring instrument used to measure a surface's profile, in order to quantify its roughness. Critical dimensions as step, curvature, flatness are computed from the surface topography. While the historical notion of a profilometer was a device similar to a phonograph that measures a surface as the surface is moved relative to the contact profilometer's stylus, this notion is changing with the emergence of numerous non contact profilometry techniques. Non scanning technologies measure the surface topography within a single camera acquisition, XYZ scanning is no longer needed. As a consequence, dynamic changes of topography are measured in real time. Contemporary profilometers are not only measuring static topography, but now also dynamic topography – such systems are described as time resolved profilometers.
Контакттық профиль өлшегіштер
Алмаз стилус үлгімен жанасқанда тік қозғалады, содан кейін белгіленген қашықтыққа және белгіленген байланыс күшімен үлгі бойынша көлденең қозғалады. Профилометр тік стилус ауысуының орналасуының функциясы ретінде шағын беткі ауытқуларын өлшеуі мүмкін. Типтік профильметр биіктігі 10 нанометрден 1 миллиметрге дейінгі шағын тік белгілерді өлшеуге болады. Алмаз стилюстің биіктік орны аналогты сигнал шығарады, ол сандық сигналға айналады, сақталады, талданады және көрсетіледі. Алмаз стилюстің радиусы 20 нанометрден 50 мкм-ге дейін, ал көлденең ажыратылуы сканерлеу жылдамдығы мен дерек сигналының үлгі алу жылдамдығына байланысты. Стилистің іздену күші 1- 50 миллиграммнан кем болуы мүмкін. Контакттық профильметрлердің артықшылықтары: қабылдау, беткі тәуелсіздік, ажырату, модельдеуді қажет етпейтін тікелей техника. Әлемдегі беттік өңдеу стандарттарының көпшілігі контактілік профильметрлер үшін жазылған. Қалыптастырылған әдістемені орындау үшін профилометрдің осы түрі жиі қажет. Жер бетіне жанасу көбінесе лас ортада артықшылық болып табылады, онда жанасусыз әдістер жер беті емес, жер беті ластануын өлшеуге әкелуі мүмкін. Стилус бетпен жанасатындықтан, бұл әдіс бет рефлексиясына немесе түсіне сезімтал емес. Стилюс ұшының радиусы 20 нанометрге дейін жетуі мүмкін, бұл ақ жарық оптикалық профилінен әлдеқайда жақсы. Вертикальды ажыратылуы, әдетте, нанометрден төмен.
Контактсыз профиль өлшегіштер
Оптикалық профилиметр - пилограммалық профилиметрмен бірдей ақпаратты беретін байланыссыз әдіс. Қазіргі уақытта лазерлік триангуляция (триангуляция сенсоры), конфокалды микроскопия (өте кішкентай объектілерді профильдеу үшін қолданылады), когерентті сканерлеу интерферометриясы және цифрлық голография сияқты көптеген түрлі әдістер қолданылады. Оптикалық профильметрлердің артықшылықтары жылдамдық, сенімділік және нүкте өлшемі болып табылады. Шағын қадамдар мен 3D сканерлеуді орындау талаптары үшін, контактсыз профилометр бетке тиіспегендіктен, сканерлеу жылдамдықтары беттен шағылған жарық пен алу электроникасының жылдамдығына байланысты болады. Үлкен қадамдарды жасау үшін оптикалық профильдегі 3D сканерлеу стилюс профильдегі 2D сканерлеуден әлдеқайда баяу болуы мүмкін. Оптикалық профильметрлер бетке тиіспейді, сондықтан беттің тозуы немесе абайсыз пайдаланушылар оларды зақымдамайды. Көптеген байланыссыз профильметрлер қатты күйде, бұл талап етілетін техникалық қызмет көрсетуді едәуір азайтады. Оптикалық әдістердің нүкте өлшемі немесе бүйірлік ажыратылуы бірнеше микрометрден микрометрге дейін жетеді.
Уақыт резюмесі бар профилометрлер
Цифрлық голографиялық микроскопия сияқты сканерлеуге жатпайтын технологиялар 3D топографиялық өлшемені нақты уақытта жүзеге асырады. 3D топография бір камерадан өлшенеді, сондықтан алу жылдамдығы камераның алу жылдамдығымен ғана шектеледі, кейбір жүйелер топографияны 1000 кадрлық жылдамдықпен өлшеуге мүмкіндік береді. Уақытпен шешілетін жүйелер топографиялық өзгерістерді, мысалы, ақылды материалдарды емдеу немесе қозғалатын үлгілерді өлшеуді қамтамасыз етеді. Уақыт ажыратуды пайдаланатын профильметрлерді МГТС тербелістерін МГц диапазонында өлшеу үшін стробоскопиялық бірлікпен біріктіруге болады. Стробоскоптық блок MEMS-ке қоздыру сигналын береді және жарық көзі мен камераға қоздыру сигналын береді. Уақыт резюмесі бар профильметрлердің артықшылығы - олардың тербеліске төзімділігі. Сканерлеу әдістерінен айырмашылығы, уақыт ажыратылатын профильметрдің алу уақыты миллисекундтар аралығында болады. Вертикальді калибрлеу қажет емес: вертикальді өлшеу сканерлеу механизміне тәуелді емес, цифрлық голографиялық микроскопияның вертикальді өлшеуінде лазерлік көздің толқын ұзындығына негізделген ішкі вертикальді калибрлеу бар. Үлгілер статикалық емес және үлгінің топографиясы сыртқы ынталандыруға жауап береді. Ұшу кезінде өлшеу арқылы жылжымалы сынаманың топографиясы қысқа уақытқа экспозицияланады. МЭМС тербелістерін өлшеуді жүйе стробоскопиялық бірлікпен біріктірілген кезде жүзеге асыруға болады.
Күлтелі оптикалық профильметрлер
Оптикалық талшықты негізге алған оптикалық профильметрлер оптикалық талшықтар арқылы профильметр детекторына жарық кедергісі сигналдарын қайтаратын оптикалық зондтар арқылы беттерді сканерлейді. Жел желісі бар зондтар сигналдың бұзылуысыз детектордың корпусынан жүздеген метр қашықтықта орналасуы мүмкін. Қиындықты өлшеу үшін оптикалық профильдер қолданудың қосымша артықшылықтары: икемділік, ұзақ профильді алу, беріктік және өнеркәсіптік процестерге енгізудің оңайлығы. Кейбір зондтардың диаметрі кішкентай болғандықтан, тіпті тар саңылаулар немесе диаметрі кішкентай құбырлар сияқты жету қиын кеңістіктерде де беттерді сканерлеуге болады. Бұл зондтар әдетте бір мезгілде бір нүктеге және жоғары үлгі жылдамдығына ие болғандықтан, ұзақ (толық) беттік профильдерді алу мүмкін. Сканерлеу қатерлі ортада, соның ішінде өте ыстық немесе криогендік температурада немесе радиоактивті камераларда, детектор қашықтықта, адам қауіпсіз ортада орналастырылған кезде жүргізілуі мүмкін. Желге негізделген зондтар қозғалатын желінің үстінде немесе әртүрлі орналасу жүйелеріне орнатылған сияқты процестерде оңай орнатылады.
Қолданбалар
Бүркеніш профилометрі - бұрандалар мен толқындылардың көлденең қима геометриясын өлшеу үшін қолданылады және бұрандаларды бағалауда маңызды.