Введение

Измерительный прибор для профиля поверхности и ее шероховатости Профилометр - это измерительный прибор, используемый для измерения профиля поверхности с целью количественного определения ее шероховатости. Критические измерения, такие как шаг, кривизна, плоскость, рассчитываются из топографии поверхности. Хотя историческое понятие профилометра было устройством, подобным фонографу, который измеряет поверхность, когда поверхность перемещается относительно стилуса контактного профилометра, это понятие меняется с появлением многочисленных методов неконтактной профилометрии. Технологии, не связанные со сканированием, измеряют топографию поверхности в пределах одного камеры, сканирование XYZ больше не требуется. В результате динамические изменения топографии измеряются в режиме реального времени. Современные профилиометры измеряют не только статическую топографию, но и динамическую топографию. Такие системы называются профилиометрами с временным разрешением.

Контактные профилиометры

Алмазный стилус перемещается вертикально при контакте с образцом, а затем перемещается по бокам через образец на определенное расстояние и с определенной силой контакта. Профилометр может измерять небольшие изменения вертикального смещения стилуса в зависимости от положения. Типичный профилометр может измерять небольшие вертикальные черты высотой от 10 нанометров до 1 миллиметра. Высота алмазного стилуса генерирует аналоговый сигнал, который преобразуется в цифровой сигнал, сохраняется, анализируется и отображается. Радиус бриллиантового стилуса составляет от 20 нанометров до 50 мкм, а горизонтальное разрешение контролируется скоростью сканирования и частотой отбора образцов данных. Сила отслеживания стилуса может составлять от менее 1 до 50 миллиграммов. Преимущества контактных профилиометров включают приемлемость, независимость поверхности, разрешение, это прямая техника без моделирования. Большинство мировых стандартов по отделке поверхностей написаны для контактных профилиометров. Для соблюдения предписанной методологии часто требуется этот тип профилиометра. Контакт с поверхностью часто является преимуществом в грязных средах, где методы без контакта могут в конечном итоге измерять поверхностные загрязнители вместо самой поверхности. Поскольку стилус соприкасается с поверхностью, этот метод не чувствителен к отражению поверхности или цвету. Радиус кончика стилуса может быть не более 20 нанометров, что значительно лучше, чем оптическое профилирование белым светом. Вертикальное разрешение обычно также составляет донанометровое.

Профилометры безконтактные

Оптический профилиметр - это метод безконтактного измерения, который обеспечивает большую часть той же информации, что и профилиметр на основе стилуса. В настоящее время используется множество различных методов, таких как лазерная триангуляция (сенсор триангуляции), конфокальная микроскопия (используется для профилирования очень маленьких объектов), интерферометрия с когеренсным сканированием и цифровая голография. Преимуществами оптических профилиометров являются скорость, надежность и размер пятна. Для небольших шагов и требований к 3D-сканированию, поскольку контактный профилиметр не касается поверхности, скорость сканирования диктуется светом, отражаемым от поверхности, и скоростью электронной системы. Для выполнения больших шагов 3D-сканирование на оптическом профилировщике может быть намного медленнее, чем 2D-сканирование на стилусовом профилировщике. Оптические профилиометры не касаются поверхности и поэтому не могут быть повреждены из-за износа поверхности или неосторожности операторов. Многие контактные профилиометры являются твердотельными, что значительно сокращает требуемое обслуживание. Размер пятна, или боковое разрешение, оптических методов варьируется от нескольких микрометров до субмикрометров.

Профилометры с временным разрешением

Несканирующие технологии, такие как цифровая голографическая микроскопия, позволяют измерять 3D-топографию в режиме реального времени. 3D топография измеряется с одной камеры, как следствие, скорость аккумулирования ограничивается только скоростью аккумулирования камеры, некоторые системы измеряют топографию со скоростью кадров 1000 кадров в секунду. Системы с временным разрешением позволяют измерять изменения топографии, как исцеление умных материалов или измерение движущихся образцов. Профилометры с временным разрешением могут быть объединены со стробоскопическим устройством для измерения вибраций MEMS в диапазоне МГц. Стробоскопический блок подает сигнал возбуждения в МЭМС и подает сигнал срабатывания в источник света и камеру. Преимущество профилиометров с временным разрешением заключается в том, что они устойчивы к вибрациям. В отличие от методов сканирования, время сбора данных профилиометра с временным разрешением находится в пределах миллисекунд. Вертикальная калибровка не требуется: вертикальное измерение не зависит от сканирующего механизма, цифровое голографическое микроскопическое вертикальное измерение имеет внутреннюю вертикальную калибровку, основанную на длине волны лазерного источника. Образцы не являются статичными, и топография образца реагирует на внешние стимулы. При измерении в полете топография движущегося образца получается с коротким временем воздействия. Измерение вибрации MEMS может быть выполнено, когда система сочетается со стробоскопическим устройством.

Профилометры оптические на основе волокон

Оптические профилиометры на основе оптических волокон сканируют поверхности с помощью оптических зондов, которые посылают световые сигналы помех обратно в детектор профилиометра через оптическое волокно. Пробы на основе волокон могут быть физически расположены на расстоянии сотен метров от корпуса детектора без ухудшения качества сигнала. Дополнительными преимуществами использования оптических профилиометров на основе волокон являются гибкость, приобретение длинного профиля, прочность и простота внедрения в промышленные процессы. Благодаря небольшому диаметру некоторых зондов, поверхности могут быть отсканированы даже внутри труднодоступных пространств, таких как узкие щели или трубки небольшого диаметра. Поскольку эти зонды обычно получают одну точку за раз и при высоких скоростях отбора образцов, возможно получение длинных (непрерывных) профилей поверхности. Сканирование может проводиться в условиях враждебной среды, включая очень высокие или криогенные температуры, или в радиоактивных камерах, в то время как детектор находится на расстоянии, в безопасной для человека среде. Пробы на основе волокон легко устанавливаются в процессе, например, над движущимися сетями или монтируются на различные системы позиционирования.

Приложения

Профилометр ров используется для измерения геометрии поперечного сечения ров и волнистых покрытий, и имеет важное значение в оценке ров.