Berührungsloses 3D-Profilometer

Das optische Profilometer von NANOVEA ist ein berührungsloses 3D-Profilometer mit chromatisch-konfokaler Messtechnik, die über die Wellenlänge des Lichts die tatsächliche Höhe präzise bestimmt. Die optischen Profilometer von NANOVEA gibt es als kompakte, freistehende und tragbare Modelle. Hochgeschwindigkeitssensoren erfassen auch große Flächen mit hoher Genauigkeit.

Ein einziger Profilometer-Scan liefert eine Vielzahl von Messgrößen: von 3D-Welligkeit, Rauheit, Stufenhöhe und Schichtdicke bis zur fraktalen Analyse und zur Charakterisierung von Mikrostrukturen und Partikeln.

Bei der chromatisch-konfokalen Messtechnik durchläuft weißes Licht eine Reihe von Linsen mit starker chromatischer Aberration. Jede Wellenlänge wird in einem anderen Abstand fokussiert; so entsteht der vertikale Messbereich. Liegt die zu messende Oberfläche in diesem Bereich, ist genau eine Wellenlänge des weißen Lichts im Fokus, alle anderen sind unscharf. Nur die fokussierte Wellenlänge passiert die Lochblende und erreicht das CCD-Spektrometer. Die gemessene Wellenlänge entspricht einer vertikalen Position.

Profilometrie – chromatisch-konfokale Sensortechnik
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OPTISCHE PROFILOMETER VON NANOVEA

Tragbares, kompaktes Profilometer JR25

Tragbar

Kompakt

Tragbares Hochgeschwindigkeits-Profilometer JR100

Tragbar

Hochgeschwindigkeit

Profilometer ST400

Modular

Standard

Modulares Hochgeschwindigkeits-Profilometer ST500

Modular

Große Messfläche

Sie sind nicht sicher, welches Profilometer Sie brauchen? Vergleichen Sie die Modelle in unserem Kaufratgeber

BERÜHRUNGSLOSE 2D- & 3D-PROFILOMETRIE

Oberflächenrauheit und Oberflächengüte
RAUHEIT & OBERFLÄCHENGÜTE
Oberflächentextur und Körnung
TEXTUR & KÖRNUNG
Oberflächengeometrie und Form
GEOMETRIE & FORM
Stufenhöhe und Schichtdicke
STUFENHÖHE & SCHICHTDICKE
Oberflächensubtraktion und Volumenverlust
VOLUMEN & FLÄCHE
Ebenheit und Verzug von Oberflächen
EBENHEIT & VERZUG

ANWENDUNGEN & BRANCHEN

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Was ist ein Profilometer?

Ein Profilometer ist ein Messgerät, das die Höhe einer Oberfläche erfasst, entlang einer Linie (2D-Profil) oder über eine Fläche (3D-Karte), um Rauheit, Textur, Form, Stufenhöhen, Ebenheit und Volumen zu bestimmen. Taktile Profilometer (Tastschnittgeräte) tasten die Oberfläche mit einer Diamantspitze ab. Optische Profilometer, auch optische Profiler genannt, messen sie mit Licht, ohne sie zu berühren.

Jedes Profilometer von NANOVEA ist ein berührungsloses optisches 3D-Profilometer mit chromatisch-konfokalen Weißlichtsensoren. Jede Wellenlänge des weißen Lichts wird in einer anderen Höhe fokussiert, und die fokussierte Wellenlänge liefert direkt die Höhe jedes Punkts. Dieselben Sensoren messen transparente, spiegelnde, dunkle und steile Oberflächen bis 87°, mit einer maximalen vertikalen Auflösung von 1 nm, und sie scannen große Flächen kontinuierlich, ohne Stitching.

Arten von Profilometern

Alle Profilometer erfassen Oberflächenhöhen, doch die Art der Abtastung entscheidet, was sie messen können. Der Leitfaden zur Rauheitsmessung vergleicht sie ausführlicher.

  • Taktiles Profilometer (Tastschnittgerät). Eine Diamantnadel wird über die Oberfläche gezogen. Bewährt und kostengünstig, aber langsam für 3D-Karten; es kann weiche oder empfindliche Oberflächen markieren und keine Strukturen auflösen, die schmaler als seine Spitze sind.
  • Weißlichtinterferometrie. Sehr hohe Höhenauflösung auf glatten Oberflächen, stark bei Stufen in der Mikroelektronik. Das Sichtfeld ist begrenzt, größere Flächen erfordern Stitching, und das Verfahren ist empfindlich gegenüber Vibrationen und gegenüber Oberflächen, die wenig Licht reflektieren.
  • Lasertriangulation. Schnell und geeignet für raue Oberflächen und größere Teile; die Genauigkeit hängt vom Werkstoff ab und davon, ob steile Strukturen den Lichtpunkt verdecken.
  • Fokusvariation und Konfokalmikroskopie. Setzen die Oberfläche aus Fokusebenen oder optischen Schnitten zusammen. Schnell auf kleinen Feldern und gut an Flanken, größere Flächen werden durch Stitching zusammengesetzt; die Fokusvariation braucht Oberflächentextur, um den Fokus zu finden.
  • Chromatisch-konfokale Weißlichtmessung. Liest die Höhe an der fokussierten Wellenlänge ab, auf jedem Werkstoff, auch auf transparenten, dunklen und steilen Oberflächen, und scannt große Flächen kontinuierlich. Das ist die Technologie aller Profilometer von NANOVEA.
  • Rasterkraftmikroskopie (AFM). Die beste laterale Auflösung aller Verfahren, über Flächen von einigen zehn Mikrometern, für polierte und nanostrukturierte Oberflächen. Das AFM Pro von NANOVEA kombiniert sie mit einem optischen Profilometer.

Optisches oder taktiles Profilometer

Ein taktiles Profilometer berührt die Oberfläche: Sein Ergebnis hängt vom Spitzenradius und von der Antastkraft ab, und weiche, klebrige oder empfindliche Werkstoffe können zerkratzt oder verformt werden. Ein optisches Profilometer misst berührungslos: Nichts verschleißt, nichts markiert die Probe, und eine vollständige 3D-Karte ist praktikabel, wie sie die flächenhaften Rauheitskenngrößen (ISO 25178) erfordern.

Chromatisch-konfokale Sensoren bewahren die Stärken des Tastschnittgeräts, die andere optische Verfahren verlieren: Sie messen raue, steile und spiegelnde Oberflächen gleichermaßen und sind auf keinen Rekonstruktionsalgorithmus angewiesen. Die Höhe wird direkt, Punkt für Punkt, gelesen, auf Metallen, Polymeren, Glas, Beschichtungen und biologischen Materialien.

So funktioniert ein chromatisch-konfokales Profilometer

Weißes Licht durchläuft eine Linse mit starker chromatischer Aberration, sodass jede Wellenlänge in einem anderen Abstand fokussiert wird. Nur die genau auf der Oberfläche fokussierte Wellenlänge gelangt scharf durch eine Lochblende zum Spektrometer, und diese Wellenlänge ergibt die Höhe. Punktsensoren messen jeweils einen Punkt; die Liniensensoren von NANOVEA messen 192 Punkte gleichzeitig, mit bis zu 384.000 Punkten pro Sekunde. Die Seite zur chromatisch-konfokalen Messtechnik erklärt das Prinzip ausführlich.

Die optischen Profilometer von NANOVEA im Vergleich

Alle Modelle nutzen dieselben chromatisch-konfokalen Sensoren, sodass eine auf einem Gerät entwickelte Methode auf die anderen übertragbar ist. Die Wahl hängt von der Probengröße ab, vom Messort und davon, wie schnell gemessen werden muss. Eine Auswahl Schritt für Schritt bietet Welches Profilometer brauche ich?

ModellBauartScanfläche und GeschwindigkeitSensorenIdeal für
PS50Kompaktes TischgerätMotorisierter Tisch 50 x 50 mm, 20 mm/sPunktsensoren PS1 bis PS6Kleine Proben und ein kompakter Laborplatz
JR25Tragbar, 5,3 kg25 x 25 mm, 20 mm/s, drehbarer MesskopfPunktsensoren PS1 bis PS6Messung vor Ort an Teilen und Strukturen, die nicht bewegt werden können, auch an geneigten Flächen
JR100Tragbar, Hochgeschwindigkeit, 17 kg100 x 100 mm, kontinuierliche Scans über 100 mm ohne StitchingPunktsensoren oder ein Liniensensor mit bis zu 384.000 Punkten/s (JR100L)Große Flächen im Feld oder an der Fertigungslinie
ST400Modulares TischgerätMotorisierter Tisch 200 x 150 mm, 40 mm/s, Probenhöhe bis 190 mmPunkt- (PS1 bis PS6) und Hochgeschwindigkeits-Liniensensoren (LS1 bis LS3)Das Standard-Laborsystem für Forschung und Qualitätskontrolle, mit Rotations- und Zylinderoptionen
ST500Große MessflächeMotorisierter Tisch 400 x 400 mm, 200 mm/s, kontinuierliche Scans über 400 mmPunkt- (PS1 bis PS6) und Hochgeschwindigkeits-Liniensensoren (LS1 bis LS3)Große Teile, viele Proben auf einmal und automatisierte Qualitätskontrolle
AFM ProOptisches Profilometer + AFM + VideomikroskopOptischer Tisch 200 x 150 mm; AFM-Scans über 110 µm mit 1,7 nm lateraler AuflösungPunkt- und Liniensensoren plus RasterkraftmikroskopNanoskalige Rauheit und großflächige Karten auf einer Plattform
Inline-ProfilometerIntegration in die FertigungslinieGetriggerte oder kontinuierliche Prüfung, mehr als 1.300.000 Punkte/sMehrere chromatische Sensoren, Gut/Schlecht pro Sensor oder über ihren Mittelwert100-%-Oberflächenprüfung während der Produktion

Spezifikationen der chromatisch-konfokalen Sensoren

Chromatische Standardsensoren (Einzelpunkt)

SpezifikationPS1PS2PS3PS4PS5PS6
Max. Höhenmessbereich110 µm300 µm1.1 mm3.5 mm10 mm24 mm
Arbeitsabstand3.3 mm10.8 mm12.2 mm16.5 mm26.6 mm20 mm
Laterale X-Y-Genauigkeit0.8 µm1.7 µm2.6 µm4.6 µm11.0 µm11.0 µm
Höhenwiederholbarkeit1.9 nm5.4 nm15.8 nm31.6 nm117.0 nm237.2 nm

Höhenwiederholbarkeit: Festpunktmessung auf Glas, mittlere Höhenabweichung Ra über 1.200 Punkte (100 Messungen).

Chromatische Hochgeschwindigkeits-Liniensensoren (192 Punkte)

SpezifikationLS1LS2LS3
Max. Höhenmessbereich200 µm0.95 mm3.9 mm
Arbeitsabstand5.3 mm18.5 mm41 mm
Höhenwiederholbarkeit (Ra)14 nm21 nm70 nm
Linienbreite0.96 mm1.91 mm4.78 mm
Punktabstand5 µm10 µm25 µm
Laterale Genauigkeit je Punkt1 µm2 µm5 µm
Erfassungsrate384 kHz384 kHz384 kHz

Höhenwiederholbarkeit: Festpunktmessung auf Glas, mittlere Höhenabweichung Ra über 1.200 Punkte (100 Messungen).

Was die Profilometer von NANOVEA messen

Normen

  • ISO 25178
  • ISO 4287
  • ISO 13565
  • ISO 12085
  • ISO 12780
  • ISO 12781
  • ISO 12181

Profilometer: häufige Fragen

Was misst ein Profilometer?

Die Oberflächenhöhe, aus der es Rauheit (Ra, Rz, Sa, Sq), Textur, Form und Abmessungen, Stufenhöhen und Schichtdicke, Volumen und Oberfläche sowie Ebenheit berechnet. Ein 2D-Profilometer misst entlang einer Linie, ein 3D-Profilometer erfasst eine Fläche.

Was ist der Unterschied zwischen einem optischen Profiler und einem optischen Profilometer?

Keiner: Beide Namen bezeichnen dasselbe berührungslose Messgerät, das die Oberflächentopografie mit Licht misst. Optischer 3D-Profiler, berührungsloses Profilometer und 3D-Oberflächenprofilometer sind weitere Namen dafür.

Ist ein optisches Profilometer besser als ein taktiles?

In den meisten Fällen ja: Es berührt und markiert die Probe nicht, erfasst Flächen schnell genug für die flächenhaften Kenngrößen nach ISO 25178 und misst weiche, klebrige und empfindliche Werkstoffe. Das Tastschnittgerät bleibt für 2D-Rauheitsprüfungen verbreitet, wenn eine Spezifikation es vorschreibt. Einen ausführlichen Vergleich bietet der Leitfaden zur Rauheitsmessung.

Wie genau ist ein optisches 3D-Profilometer?

Die chromatisch-konfokalen Sensoren von NANOVEA erreichen eine maximale vertikale Auflösung von 1 nm, mit einer Höhenwiederholbarkeit von 1,9 nm beim feinsten Punktsensor (PS1, Messbereich 110 µm) bis 237,2 nm beim Sensor mit 24 mm Messbereich (PS6). Wählen Sie den Sensor, dessen Messbereich die Höhenunterschiede der Oberfläche gerade abdeckt.

Kann ein Profilometer transparente, spiegelnde oder dunkle Oberflächen messen?

Ein chromatisch-konfokales Profilometer kann es: Es wertet die fokussierte Wellenlänge aus, nicht die zurückkommende Lichtmenge. Glas, polierte Metalle, dunkle Werkstoffe und transparente Folien werden daher ohne Vorbereitung gemessen, an Flanken bis 87°. Durch eine transparente Schicht hindurch misst es auch deren Dicke.

Brauche ich ein tragbares Profilometer oder ein Tischgerät?

Bringen Sie die Probe zu einem Tischgerät (PS50, ST400, ST500), wenn sie sich zuschneiden oder bewegen lässt; nehmen Sie ein tragbares Gerät (JR25, JR100) zu Teilen, Baugruppen oder Strukturen, bei denen das nicht geht. Welches Profilometer brauche ich? führt durch die Auswahl.

Was kostet ein Profilometer?

Das hängt vom Grundgerät, den Sensoren und den Optionen ab, denn jedes Profilometer von NANOVEA wird für seine Anwendung auf Bestellung gebaut. Fordern Sie ein Angebot an mit einer Beschreibung Ihrer Proben, oder senden Sie zunächst Proben an unser Labor, um die Messung zu bestätigen.

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Tragbares Hochgeschwindigkeits-Profilometer JR100