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AR Catégorie : Essais de profilométrie
Analyse de la surface d'un centime en 3D avec la profilométrie sans contact
Importance de la profilométrie sans contact pour les pièces de monnaie
La monnaie est très appréciée dans la société moderne car elle est échangée contre des biens et des services. Les pièces de monnaie et les billets de papier circulent entre les mains de nombreuses personnes. Le transfert constant de monnaie physique crée une déformation de surface. La 3D de Nanovea Profilomètre scanne la topographie des pièces de monnaie frappées au cours de différentes années pour étudier les différences de surface.
Les caractéristiques des pièces de monnaie sont facilement reconnaissables par le grand public puisqu’il s’agit d’objets courants. Un centime est idéal pour présenter la puissance du logiciel avancé d’analyse de surface de Nanovea : Mountains 3D. Les données de surface collectées avec notre profilomètre 3D permettent des analyses de haut niveau sur une géométrie complexe avec soustraction de surface et extraction de contours 2D. La soustraction de surface avec un masque, un tampon ou un moule contrôlé compare la qualité des processus de fabrication tandis que l'extraction de contour identifie les tolérances grâce à l'analyse dimensionnelle. Le logiciel 3D Profilometer et Mountains 3D de Nanovea étudie la topographie submicronique d'objets apparemment simples, comme des pièces de monnaie.
Objectif de la mesure
La surface supérieure complète de cinq pennies a été scannée à l'aide du capteur de lignes à haute vitesse de Nanovea. Le rayon intérieur et extérieur de chaque penny a été mesuré à l'aide du logiciel d'analyse avancée Mountains. Une extraction de la surface de chaque penny dans une zone d'intérêt avec soustraction directe de la surface a quantifié la déformation de la surface.
Résultats et discussion
Surface 3D
Le profilomètre Nanovea HS2000 n'a pris que 24 secondes pour scanner 4 millions de points dans une zone de 20mm x 20mm avec un pas de 10um x 10um pour acquérir la surface d'un penny. Vous trouverez ci-dessous une carte de hauteur et une visualisation 3D du scan. La vue 3D montre la capacité du capteur haute vitesse à capter de petits détails imperceptibles à l'œil nu. De nombreuses petites rayures sont visibles sur la surface du penny. La texture et la rugosité de la pièce de monnaie vues dans la vue 3D sont étudiées.
Analyse dimensionnelle
Les contours du penny ont été extraits et l'analyse dimensionnelle a permis d'obtenir les diamètres intérieur et extérieur de l'arête. Le rayon extérieur était en moyenne de 9,500 mm ± 0,024 tandis que le rayon intérieur était en moyenne de 8,960 mm ± 0,032. Les autres analyses dimensionnelles que Mountains 3D peut effectuer sur des sources de données 2D et 3D sont les mesures de distance, la hauteur de marche, la planéité et les calculs d'angle.
Soustraction de surface
La figure 5 montre la zone d'intérêt pour l'analyse de la soustraction de surface. Le penny de 2007 a été utilisé comme surface de référence pour les quatre pennies plus anciens. La soustraction de surface à partir de la surface du penny 2007 montre les différences entre les pennies avec des trous/peaks. La différence de volume total de la surface est obtenue en additionnant les volumes des trous/pointes. L'erreur RMS indique dans quelle mesure les surfaces des pennies correspondent les unes aux autres.
Conclusion
Le High-Speed HS2000L de Nanovea a numérisé cinq pièces de monnaie frappées à des années différentes. Le logiciel Mountains 3D a comparé les surfaces de chaque pièce en utilisant l'extraction des contours, l'analyse dimensionnelle et la soustraction de surface. L'analyse définit clairement le rayon intérieur et extérieur entre les pennies tout en comparant directement les différences de caractéristiques de surface. Avec la capacité du profilomètre 3D de Nanovea à mesurer n'importe quelle surface avec une résolution de l'ordre du nanomètre, combinée aux capacités d'analyse de Mountains 3D, les applications possibles en matière de recherche et de contrôle de la qualité sont infinies.
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Dimensions et état de surface des tubes polymères
Importance de l'analyse dimensionnelle et de surface des tubes polymères
Les tubes fabriqués à partir de matériaux polymères sont couramment utilisés dans de nombreuses industries allant de l'automobile au médical, en passant par l'électricité et bien d'autres catégories. Dans cette étude, des cathéters médicaux fabriqués à partir de différents matériaux polymères ont été étudiés à l'aide du Nanovea Profilomètre 3D sans contact pour mesurer la rugosité, la morphologie et les dimensions de la surface. La rugosité de surface est cruciale pour les cathéters, car de nombreux problèmes liés aux cathéters, notamment les infections, les traumatismes physiques et les inflammations, peuvent être liés à la surface des cathéters. Les propriétés mécaniques, telles que le coefficient de friction, peuvent également être étudiées en observant les propriétés de la surface. Ces données quantifiables peuvent être obtenues pour s'assurer que le cathéter peut être utilisé pour des applications médicales.
Par rapport à la microscopie optique et à la microscopie électronique, la profilométrie 3D sans contact utilisant le chromatisme axial est hautement préférable pour caractériser les surfaces des cathéters en raison de sa capacité à mesurer les angles/courbures, de sa capacité à mesurer les surfaces des matériaux malgré la transparence ou la réflectivité, de la préparation minimale des échantillons et de sa nature non invasive. Contrairement à la microscopie optique conventionnelle, la hauteur de la surface peut être obtenue et utilisée pour une analyse computationnelle, par exemple pour trouver les dimensions et enlever la forme pour trouver la rugosité de la surface. La faible préparation de l'échantillon, contrairement à la microscopie électronique, et la nature sans contact permettent également une collecte rapide des données sans craindre la contamination et les erreurs liées à la préparation de l'échantillon.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le profilomètre sans contact Nanovea 3D est utilisé pour scanner la surface de deux cathéters : l'un en TPE (élastomère thermoplastique) et l'autre en PVC (chlorure de polyvinyle). Les paramètres de morphologie, de dimension radiale et de hauteur des deux cathéters seront obtenus et comparés.
Résultats et discussion
Surface 3D
Malgré la courbure des tubes polymères, le profilomètre sans contact Nanovea 3D peut scanner la surface des cathéters. A partir du scan effectué, une image 3D peut être obtenue pour une inspection visuelle rapide et directe de la surface.
Analyse dimensionnelle 2D
La dimension radiale extérieure a été obtenue en extrayant un profil du scan original et en ajustant un arc au profil. Cela montre la capacité du profilomètre 3D sans contact à effectuer une analyse dimensionnelle rapide pour les applications de contrôle de la qualité. Il est également possible d'obtenir facilement plusieurs profils sur la longueur du cathéter.
Analyse de surface Rugosité
La dimension radiale extérieure a été obtenue en extrayant un profil du scan original et en ajustant un arc au profil. Cela montre la capacité du profilomètre 3D sans contact à effectuer une analyse dimensionnelle rapide pour les applications de contrôle de la qualité. Il est également possible d'obtenir facilement plusieurs profils sur la longueur du cathéter.
Conclusion
Dans cette application, nous avons montré comment le profilomètre sans contact Nanovea 3D peut être utilisé pour caractériser des tubes polymères. Plus précisément, la métrologie de surface, les dimensions radiales et la rugosité de surface ont été obtenues pour des cathéters médicaux. Le rayon extérieur du cathéter en TPE s'est avéré être de 2,40 mm alors que celui du cathéter en PVC était de 1,27 mm. La surface du cathéter en TPE s'est avérée plus rugueuse que celle du cathéter en PVC. Le Sa du TPE était de 0.9740µm comparé à 0.1791µm du PVC. Bien que des cathéters médicaux aient été utilisés pour cette application, la profilométrie 3D sans contact peut également être appliquée à une grande variété de surfaces. Les données et les calculs pouvant être obtenus ne se limitent pas à ce qui est montré.
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Tribologie des polymères
Introduction
Les polymères ont été largement utilisés dans une grande variété d'applications et sont devenus un élément indispensable de la vie quotidienne. Les polymères naturels tels que l'ambre, la soie et le caoutchouc naturel ont joué un rôle essentiel dans l'histoire de l'humanité. Le processus de fabrication des polymères synthétiques peut être optimisé pour obtenir des propriétés physiques uniques telles que la résistance, la viscoélasticité, l'autolubrification et bien d'autres encore.
Importance de l'usure et de la friction des polymères
Les polymères sont couramment utilisés pour des applications tribologiques, comme les pneus, les roulements et les bandes transporteuses.
Différents mécanismes d'usure se produisent en fonction des propriétés mécaniques du polymère, des conditions de contact et des propriétés des débris ou du film de transfert formés au cours du processus d'usure. Pour s'assurer que les polymères possèdent une résistance à l'usure suffisante dans les conditions de service, une évaluation tribologique fiable et quantifiable est nécessaire. L'évaluation tribologique nous permet de comparer quantitativement les comportements d'usure de différents polymères de manière contrôlée et surveillée afin de sélectionner le matériau candidat pour l'application visée.
Le tribomètre Nanovea offre des tests d'usure et de friction répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure et de lubrification à haute température disponibles dans un système pré-intégré. Cette gamme inégalée permet aux utilisateurs de simuler les différents environnements de travail des polymères, y compris les contraintes concentrées, l'usure et les hautes températures, etc.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette étude, nous avons montré que le Nanovea Tribomètre est un outil idéal pour comparer le frottement et la résistance à l’usure de différents polymères de manière bien contrôlée et quantitative.
PROCÉDURE DE TEST
Le coefficient de frottement (COF) et la résistance à l'usure de différents polymères courants ont été évalués par le Tribomètre Nanovea. Une bille d'Al2O3 a été utilisée comme contre-matériau (broche, échantillon statique). Les traces d'usure sur les polymères (échantillons en rotation dynamique) ont été mesurées à l'aide d'un profilomètre 3D sans contact et microscope optique une fois les tests terminés. Il convient de noter qu’un capteur endoscopique sans contact peut être utilisé en option pour mesurer la profondeur de pénétration de la broche dans l’échantillon dynamique lors d’un test d’usure. Les paramètres de test sont résumés dans le tableau 1. Le taux d'usure, K, a été évalué à l'aide de la formule K = Vl (Fxs), où V est le volume usé, F est la charge normale et s est la distance de glissement.
Veuillez noter que des billes d'Al2O3 ont été utilisées comme contre-matériau dans cette étude. Tout matériau solide peut être substitué pour simuler plus fidèlement les performances de deux spécimens dans des conditions d'application réelles.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
La vitesse d'usure est un facteur vital pour déterminer la durée de vie des matériaux, tandis que le frottement joue un rôle critique dans les applications tribologiques. La figure 2 compare l'évolution du COF pour différents polymères contre la bille en Al2O3 pendant les tests d'usure. Le COF fonctionne comme un indicateur du moment où les défaillances se produisent et où le processus d'usure entre dans une nouvelle phase. Parmi les polymères testés, le PEHD maintient le COF constant le plus bas de ~0,15 tout au long du test d'usure. Le COF régulier implique qu'un tribo-contact stable est formé.
Les figures 3 et 4 comparent les traces d'usure des échantillons de polymère après leur mesure au microscope optique. Le profilomètre 3D sans contact in situ détermine précisément le volume d'usure des échantillons de polymère, ce qui permet de calculer avec exactitude des taux d'usure de 0,0029, 0,0020 et 0,0032m3/N m, respectivement. En comparaison, l'échantillon de CPVC présente le taux d'usure le plus élevé de 0,1121m3/N m. De profondes cicatrices d'usure parallèles sont présentes dans la trace d'usure du CPVC.
CONCLUSION
La résistance à l'usure des polymères joue un rôle essentiel dans leur performance de service. Dans cette étude, nous avons montré que le tribomètre Nanovea évalue le coefficient de frottement et le taux d'usure de différents polymères dans un environnement de travail.
de manière bien contrôlée et quantitative. Le HDPE montre le COF le plus bas de ~0.15 parmi les polymères testés. Les échantillons de PEHD, de Nylon 66 et de polypropylène possèdent de faibles taux d'usure de 0,0029, 0,0020 et 0,0032 m3/N m, respectivement. La combinaison d'une faible friction et d'une grande résistance à l'usure fait du HDPE un bon candidat pour les applications tribologiques des polymères.
Le profilomètre 3D sans contact in situ permet de mesurer avec précision le volume d'usure et offre un outil pour analyser la morphologie détaillée des traces d'usure, ce qui permet de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux de l'usure.
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Finition de surface des panneaux en nid d'abeille avec la profilométrie 3D
INTRODUCTION
La rugosité, la porosité et la texture de la surface du panneau en nid d'abeille sont essentielles à quantifier pour la conception finale du panneau. Ces qualités de surface sont en corrélation directe avec les caractéristiques esthétiques et fonctionnelles de la surface du panneau. Une meilleure compréhension de la texture et de la porosité de la surface peut aider à optimiser le traitement et la fabrication de la surface du panneau. Une mesure quantitative, précise et fiable de la surface du panneau en nid d'abeille est nécessaire pour contrôler les paramètres de surface en fonction des exigences d'application et de peinture. Les capteurs Nanovea 3D sans contact utilisent une technologie confocale chromatique unique capable de mesurer précisément la surface de ces panneaux.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette étude, la plateforme Nanovea HS2000 équipée d'un capteur de ligne à grande vitesse a été utilisée pour mesurer et comparer deux panneaux en nid d'abeille avec des finitions de surface différentes. Nous présentons le Nanovea profilomètre sans contactLa capacité de fournit des mesures de profilage 3D rapides et précises et une analyse complète et approfondie de l'état de surface.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
La surface de deux échantillons de panneaux en nid d'abeille avec des finitions de surface variées, à savoir l'échantillon 1 et l'échantillon 2, a été mesurée. La fausse couleur et la vue 3D des surfaces des échantillons 1 et 2 sont présentées respectivement sur la Figure 3 et la Figure 4. Les valeurs de rugosité et de planéité ont été calculées par un logiciel d'analyse avancé et sont comparées dans le tableau 1. L'échantillon 2 présente une surface plus poreuse que l'échantillon 1. Par conséquent, l'échantillon 2 possède une rugosité Sa plus élevée de 14,7 µm, par rapport à une valeur Sa de 4,27 µm pour l'échantillon 1.
Les profils 2D des surfaces des panneaux en nid d'abeille ont été comparés dans la Figure 5, permettant aux utilisateurs d'avoir une comparaison visuelle de la variation de hauteur à différents endroits de la surface de l'échantillon. Nous pouvons observer que l'échantillon 1 présente une variation de hauteur de ~25 µm entre le pic le plus élevé et la vallée la plus basse. D'autre part, l'échantillon 2 présente plusieurs pores profonds sur le profil 2D. Le logiciel d'analyse avancée a la capacité de localiser et de mesurer automatiquement la profondeur de six pores relativement profonds, comme le montre le tableau de la figure 4.b de l'échantillon 2. Le pore le plus profond parmi les six possède une profondeur maximale de près de 90 µm (étape 4).
Pour approfondir la taille et la distribution des pores de l'échantillon 2, une évaluation de la porosité a été réalisée et discutée dans la section suivante. La vue en coupe est présentée sur la Figure 5 et les résultats sont résumés dans le Tableau 2. Nous pouvons observer que les pores, marqués en bleu sur la Figure 5, ont une distribution relativement homogène sur la surface de l'échantillon. La surface projetée des pores constitue 18.9% de la surface totale de l'échantillon. Le volume par mm² de l'ensemble des pores est de ~0.06 mm³. Les pores ont une profondeur moyenne de 42,2 µm, et la profondeur maximale est de 108,1 µm.
CONCLUSION
Dans cette application, nous avons montré que la plateforme Nanovea HS2000 équipée d'un capteur linéaire à haute vitesse est un outil idéal pour analyser et comparer la finition de surface des échantillons de panneaux en nid d'abeille de manière rapide et précise. Les scans de profilométrie haute résolution associés à un logiciel d'analyse avancé permettent une évaluation complète et quantitative de la finition de surface des échantillons de panneaux en nid d'abeille.
Les données présentées ici ne représentent qu'une petite partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse. Les profilomètres Nanovea mesurent pratiquement n'importe quelle surface pour une large gamme d'applications dans les industries des semi-conducteurs, de la microélectronique, du solaire, des fibres optiques, de l'automobile, de l'aérospatiale, de la métallurgie, de l'usinage, des revêtements, de la pharmacie, du biomédical, de l'environnement et bien d'autres.
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Comprendre les défaillances des revêtements à l'aide d'essais de rayure
Introduction :
L'ingénierie de surface des matériaux joue un rôle important dans une variété d'applications fonctionnelles, allant de l'aspect décoratif à la protection des substrats contre l'usure, la corrosion et d'autres formes d'attaques. Un facteur important et primordial qui détermine la qualité et la durée de vie des revêtements est leur force de cohésion et d'adhésion.
Balayage à grande vitesse avec profilométrie sans contact
Introduction :
Les mesures de surface à configuration rapide et facile permettent d'économiser du temps et des efforts et sont essentielles pour le contrôle qualité, la recherche et le développement et les installations de production. La Nanovéa Profilomètre sans contact est capable d'effectuer des analyses de surface 3D et 2D pour mesurer des caractéristiques à l'échelle nanométrique à macro sur n'importe quelle surface, offrant ainsi une large gamme d'utilisation.
Rugosité de la surface et caractéristiques d'une cellule solaire
Importance de l'essai des panneaux solaires
La maximisation de l'absorption d'énergie d'une cellule solaire est essentielle à la survie de la technologie en tant que ressource renouvelable. Les multiples couches de revêtement et de verre de protection permettent l'absorption, la transmission et la réflexion de la lumière nécessaires au fonctionnement des cellules photovoltaïques. Étant donné que la plupart des cellules solaires grand public ont un rendement de 15-18%, l'optimisation de leur rendement énergétique est une bataille permanente.
Des études ont montré que la rugosité de la surface joue un rôle essentiel dans la réflexion de la lumière. La première couche de verre doit être aussi lisse que possible pour atténuer la réflexion de la lumière, mais les couches suivantes ne suivent pas cette ligne directrice. Un certain degré de rugosité est nécessaire à l'interface de chaque revêtement pour augmenter la possibilité de diffusion de la lumière dans leurs zones d'appauvrissement respectives et augmenter l'absorption de la lumière dans la cellule1. L'optimisation de la rugosité de la surface dans ces régions permet à la cellule solaire de fonctionner au mieux de ses capacités. Avec le capteur Nanovea HS2000 High Speed Sensor, la mesure de la rugosité de la surface peut être effectuée rapidement et avec précision.
Objectif de la mesure
Dans cette étude, nous montrerons les capacités du système Nanovea Profilomètre HS2000 avec High Speed Sensor en mesurant la rugosité de la surface et les caractéristiques géométriques d'une cellule photovoltaïque. Pour cette démonstration, une cellule solaire monocristalline sans protection en verre sera mesurée, mais la méthodologie peut être utilisée pour diverses autres applications.
Procédure d'essai et procédures
Les paramètres de test suivants ont été utilisés pour mesurer la surface de la cellule solaire.
Résultats et discussion
La vue 2D en fausses couleurs de la cellule solaire et une extraction de la surface avec ses paramètres de hauteur respectifs sont représentées ci-dessous. Un filtre gaussien a été appliqué aux deux surfaces et un indice plus agressif a été utilisé pour aplanir la zone extraite. Cela exclut les formes (ou ondulations) supérieures à l'indice de coupure, laissant derrière elles des caractéristiques qui représentent la rugosité de la cellule solaire.
Un profil a été pris perpendiculairement à l'orientation des lignes de grille pour mesurer leurs caractéristiques géométriques, comme le montre le graphique ci-dessous. La largeur de la ligne de grille, la hauteur du pas et le pas peuvent être mesurés pour n'importe quel endroit spécifique de la cellule solaire.
Conclusion
Dans cette étude, nous avons pu montrer la capacité du capteur linéaire Nanovea HS2000 à mesurer la rugosité et les caractéristiques de surface d'une cellule photovoltaïque monocristalline. Avec la possibilité d'automatiser des mesures précises de plusieurs échantillons et de fixer des limites de réussite et d'échec, le capteur linéaire Nanovea HS2000 est un choix parfait pour les inspections de contrôle de la qualité.
Référence
1 Scholtz, Lubomir. Ladanyi, Libor. Mullerova, Jarmila. " Influence de la rugosité de surface sur les caractéristiques optiques des cellules solaires multicouches " Advances in Electrical and Electronic Engineering, vol. 12, no. 6, 2014, pp. 631-638.
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Comparaison de l'usure par abrasion sur le denim
Introduction
La forme et la fonction d'un tissu sont déterminées par sa qualité et sa durabilité. L'utilisation quotidienne des tissus entraîne leur usure, par exemple l'empilement, le peluchage et la décoloration. La qualité médiocre des tissus utilisés pour les vêtements peut souvent entraîner le mécontentement des consommateurs et porter atteinte à la marque.
Tenter de quantifier les propriétés mécaniques des tissus peut poser de nombreux défis. La structure du fil et même l'usine dans laquelle il a été produit peuvent entraîner une mauvaise reproductibilité des résultats des tests. Il est donc difficile de comparer les résultats de tests provenant de différents laboratoires. La mesure de la résistance à l'usure des tissus est essentielle pour les fabricants, les distributeurs et les détaillants de la chaîne de production textile. Une mesure de la résistance à l'usure bien contrôlée et reproductible est cruciale pour assurer un contrôle de qualité fiable du tissu.
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Usure rotative ou linéaire et COF ? (Une étude complète utilisant le tribomètre Nanovea)
L'usure est le processus d'enlèvement et de déformation d'un matériau sur une surface résultant de l'action mécanique de la surface opposée. Il est influencé par divers facteurs, notamment le glissement unidirectionnel, le roulement, la vitesse, la température et bien d'autres. L'étude de l'usure, la tribologie, couvre de nombreuses disciplines, de la physique et de la chimie au génie mécanique et à la science des matériaux. La nature complexe de l'usure nécessite des études isolées sur des mécanismes ou processus d'usure spécifiques, tels que l'usure adhésive, l'usure abrasive, la fatigue de surface, l'usure par frottement et l'usure érosive. Cependant, « l’usure industrielle » implique généralement plusieurs mécanismes d’usure se produisant en synergie.
Les tests d'usure linéaires alternatifs et rotatifs (broche sur disque) sont deux configurations largement utilisées conformes à la norme ASTM pour mesurer le comportement d'usure par glissement des matériaux. Étant donné que la valeur du taux d'usure de toute méthode de test d'usure est souvent utilisée pour prédire le classement relatif des combinaisons de matériaux, il est extrêmement important de confirmer la répétabilité du taux d'usure mesuré à l'aide de différentes configurations de test. Cela permet aux utilisateurs d’examiner attentivement la valeur du taux d’usure rapportée dans la littérature, ce qui est essentiel pour comprendre les caractéristiques tribologiques des matériaux.
Caractérisation à grande vitesse d'une coquille d'huître
Les grands échantillons à géométrie complexe peuvent s'avérer difficiles à travailler en raison de la préparation de l'échantillon, de sa taille, des angles aigus et de la courbure. Dans cette étude, une coquille d'huître sera scannée pour démontrer la capacité du capteur linéaire Nanovea HS2000 à scanner un grand échantillon biologique à géométrie complexe. Bien qu'un échantillon biologique ait été utilisé dans cette étude, les mêmes concepts peuvent être appliqués à d'autres échantillons.
