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CONTATTACI

Categoria: Prove di profilometria

 

Analisi della superficie pallinata

ANALISI DELLA SUPERFICIE PALLINATA

UTILIZZO DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

La pallinatura è un processo in cui un substrato viene bombardato con sfere sferiche di metallo, vetro o ceramica, comunemente denominate "sparate", con una forza destinata a indurre plasticità sulla superficie. L'analisi delle caratteristiche prima e dopo la martellatura fornisce spunti cruciali per migliorare la comprensione e il controllo del processo. La rugosità superficiale e l'area di copertura delle fossette lasciate dallo sparo sono aspetti di interesse particolarmente degni di nota.

Importanza del profilometro 3D senza contatto per l'analisi della superficie pallinata

A differenza dei profilometri a contatto tradizionali, tradizionalmente utilizzati per l'analisi delle superfici pallinate, la misurazione 3D senza contatto fornisce un'immagine 3D completa per offrire una comprensione più completa dell'area di copertura e della topografia della superficie. Senza funzionalità 3D, un'ispezione si baserà esclusivamente su informazioni 2D, che non sono sufficienti per caratterizzare una superficie. Comprendere la topografia, l'area di copertura e la rugosità in 3D è l'approccio migliore per controllare o migliorare il processo di pallinatura. di NANOVEA Profilometri 3D senza contatto utilizzano la tecnologia della luce cromatica con una capacità unica di misurare gli angoli ripidi riscontrati su superfici lavorate e pallinate. Inoltre, quando altre tecniche non riescono a fornire dati affidabili a causa del contatto della sonda, della variazione della superficie, dell'angolo o della riflettività, i profilometri NANOVEA riescono.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il profilometro senza contatto NANOVEA ST400 viene utilizzato per misurare la materia prima e due superfici martellate in modo diverso per una revisione comparativa. C'è un elenco infinito di parametri di superficie che possono essere calcolati automaticamente dopo la scansione della superficie 3D. Qui esamineremo la superficie 3D e selezioneremo le aree di interesse per ulteriori analisi, inclusa la quantificazione e l'analisi della rugosità, delle fossette e dell'area della superficie.

NANOVEA

ST400

SAPERNE DI PIÙ
profilometro ottico senza contatto 3d

IL CAMPIONE

RISULTATI

SUPERFICIE IN ACCIAIO

ISO 25178 PARAMETRI DI RUGOSITÀ 3D

S.A 0,399 micron Rugosità media
Sq 0,516 micron Rugosità RMS
Sz 5,686 micron Massimo picco-valle
Sp 2,976 micron Altezza massima del picco
Sv 2,711 micron Profondità massima della fossa
Cod 3.9344 Curtosi
Ssk -0.0113 Skewness
Sal 0,0028 mm Lunghezza di correlazione automatica
str 0.0613 Proporzioni della trama
Sdar 26,539 mm² Superficie
Svk 0,589 micron Profondità della valle ridotta
 

RISULTATI

SUPERFICIE MARRELLATA 1

COPERTURA DELLA SUPERFICIE
98.105%

ISO 25178 PARAMETRI DI RUGOSITÀ 3D

Sa 4,102 micron Rugosità media
Sq 5,153 micron Rugosità RMS
Sz 44,975 micron Massimo picco-valle
Sp 24,332 micron Altezza massima del picco
Sv 20,644 micron Profondità massima della fossa
Cod 3.0187 Curtosi
Ssk 0.0625 Skewness
Sal 0,0976 mm Lunghezza di correlazione automatica
str 0.9278 Proporzioni della trama
Sdar 29.451mm² Superficie
Svk 5,008 micron Profondità della valle ridotta

RISULTATI

SUPERFICIE MARRELLATA 2

COPERTURA DELLA SUPERFICIE 97.366%

ISO 25178 PARAMETRI DI RUGOSITÀ 3D

Sa 4.330 micron Rugosità media
Sq 5,455 micron Rugosità RMS
Sz 54,013 micron Massimo picco-valle
Sp 25,908 micron Altezza massima del picco
Sv 28,105 micron Profondità massima della fossa
Cod 3.0642 Curtosi
Ssk 0.1108 Skewness
Sal 0,1034 mm Lunghezza di correlazione automatica
str 0.9733 Proporzioni della trama
Sdar 29,623 mm² Superficie
Svk 5,167 micron Profondità della valle ridotta

CONCLUSIONE

In questa applicazione di analisi della superficie pallinata, abbiamo dimostrato come il profilatore 3D senza contatto NANOVEA ST400 caratterizzi con precisione sia la topografia che i dettagli nanometrici di una superficie pallinata. È evidente che sia Surface 1 che Surface 2 hanno un impatto significativo su tutti i parametri qui riportati rispetto alla materia prima. Un semplice esame visivo delle immagini rivela le differenze tra le superfici. Ciò è ulteriormente confermato dall'osservazione dell'area di copertura e dei parametri elencati. Rispetto alla superficie 2, la superficie 1 presenta una rugosità media inferiore (Sa), ammaccature meno profonde (Sv) e un'area superficiale ridotta (Sdar), ma un'area di copertura leggermente superiore.

Da queste misurazioni della superficie 3D, le aree di interesse possono essere facilmente identificate e sottoposte a una gamma completa di misurazioni, tra cui rugosità, finitura, consistenza, forma, topografia, planarità, deformazione, planarità, volume, altezza del gradino e altre. È possibile scegliere rapidamente una sezione trasversale 2D per un'analisi dettagliata. Queste informazioni consentono un'analisi completa delle superfici martellate, utilizzando una gamma completa di risorse per la misurazione della superficie. Aree di interesse specifiche potrebbero essere ulteriormente esaminate con un modulo AFM integrato. I profilometri 3D NANOVEA offrono velocità fino a 200 mm/s. Possono essere personalizzati in termini di dimensioni, velocità, capacità di scansione e possono persino essere conformi agli standard delle camere bianche di classe 1. Sono inoltre disponibili opzioni come Indexing Conveyor e integrazione per l'utilizzo in linea o online.

Un ringraziamento speciale a Mr. Hayden della IMF per aver fornito il campione mostrato in questa nota. Industrial Metal Finishing Inc. | www.indmetfin.com

Morfologia della superficie della vernice

MORFOLOGIA DELLA SUPERFICIE DELLA PITTURA

MONITORAGGIO AUTOMATIZZATO DELL'EVOLUZIONE IN TEMPO REALE
UTILIZZO DEL PROFILOMETRO NANOVEA 3D

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

Le proprietà protettive e decorative della vernice svolgono un ruolo significativo in una varietà di settori, tra cui quello automobilistico, marittimo, militare e delle costruzioni. Per ottenere le proprietà desiderate, come la resistenza alla corrosione, la protezione dai raggi UV e la resistenza all'abrasione, le formule e le architetture delle vernici vengono attentamente analizzate, modificate e ottimizzate.

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ANALISI DELLA MORFOLOGIA DELLA SUPERFICIE DELLA VERNICE A SECCO

La vernice viene solitamente applicata in forma liquida e subisce un processo di essiccazione, che prevede l'evaporazione dei solventi e la trasformazione della vernice liquida in una pellicola solida. Durante il processo di essiccazione, la superficie verniciata cambia progressivamente forma e consistenza. È possibile sviluppare diverse finiture superficiali e trame utilizzando additivi per modificare la tensione superficiale e le proprietà di flusso della vernice. Tuttavia, in caso di una ricetta di vernice mal formulata o di un trattamento superficiale improprio, possono verificarsi cedimenti indesiderati della superficie della vernice.

Un accurato monitoraggio in situ della morfologia della superficie della vernice durante il periodo di essiccazione può fornire una visione diretta del meccanismo di essiccazione. Inoltre, l’evoluzione in tempo reale delle morfologie superficiali è un’informazione molto utile in varie applicazioni, come la stampa 3D. La NANOVEA Profilometri 3D senza contatto misurare la morfologia superficiale della vernice dei materiali senza toccare il campione, evitando qualsiasi alterazione della forma che potrebbe essere causata da tecnologie di contatto come uno stilo scorrevole.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il profilometro senza contatto NANOVEA ST500, dotato di un sensore ottico a linea ad alta velocità, viene utilizzato per monitorare la morfologia della superficie della vernice durante il suo periodo di asciugatura di 1 ora. Mostriamo la capacità del profilometro senza contatto NANOVEA di fornire la misurazione automatica in tempo reale del profilo 3D dei materiali con un continuo cambiamento di forma.

NANOVEA

ST500

SAPERNE DI PIÙ

RISULTATI E DISCUSSIONE

La vernice è stata applicata sulla superficie di una lamiera, seguita immediatamente da misurazioni automatizzate dell'evoluzione morfologica della vernice in essiccazione in situ utilizzando il profilometro senza contatto NANOVEA ST500 dotato di un sensore di linea ad alta velocità. Una macro era stata programmata per misurare e registrare automaticamente la morfologia della superficie 3D a intervalli di tempo specifici: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 min. Questa procedura di scansione automatizzata consente agli utenti di eseguire le attività di scansione automaticamente eseguendo le procedure impostate in sequenza, riducendo notevolmente lo sforzo, il tempo e i possibili errori dell'utente rispetto ai test manuali o alle scansioni ripetute. Questa automazione si rivela estremamente utile per misurazioni a lungo termine che comportano più scansioni a diversi intervalli di tempo.

Il sensore di linea ottica genera una linea luminosa composta da 192 punti, come mostrato nella FIGURA 1. Questi 192 punti luminosi scansionano simultaneamente la superficie del campione, aumentando significativamente la velocità di scansione. Ciò garantisce che ogni scansione 3D venga completata rapidamente per evitare cambiamenti sostanziali della superficie durante ogni singola scansione.

FIGURA 1: Sensore a linea ottica che scansiona la superficie della vernice in essiccazione.

La vista in falsi colori, la vista 3D e il profilo 2D della topografia della vernice essiccata in momenti rappresentativi sono mostrati rispettivamente nella FIGURA 2, FIGURA 3 e FIGURA 4. Il falso colore nelle immagini facilita il rilevamento di caratteristiche che non sono facilmente distinguibili. I diversi colori rappresentano le variazioni di altezza nelle diverse aree della superficie del campione. La vista 3D fornisce uno strumento ideale per gli utenti per osservare la superficie della vernice da diverse angolazioni. Durante i primi 30 minuti del test, i falsi colori sulla superficie della vernice cambiano gradualmente da toni più caldi a toni più freddi, indicando una progressiva diminuzione dell'altezza nel tempo in questo periodo. Questo processo rallenta, come dimostra il lieve cambiamento di colore confrontando la vernice a 30 e 60 minuti.

L'altezza media del campione e i valori di rugosità Sa in funzione del tempo di asciugatura della vernice sono riportati nella FIGURA 5. L'analisi completa della rugosità della vernice dopo 0, 30 e 60 minuti di asciugatura è elencata nella TABELLA 1. Si può osservare che l'altezza media della superficie pittorica diminuisce rapidamente da 471 a 329 µm nei primi 30 minuti di asciugatura. La trama superficiale si sviluppa contemporaneamente alla vaporizzazione del solvente, portando ad un aumento del valore di rugosità Sa da 7,19 a 22,6 µm. Successivamente il processo di essiccazione della vernice rallenta, determinando una graduale diminuzione dell'altezza del campione e del valore Sa a 317 µm e 19,6 µm, rispettivamente, a 60 min.

Questo studio evidenzia le capacità del profilometro senza contatto 3D NANOVEA nel monitorare i cambiamenti della superficie 3D della vernice in essiccazione in tempo reale, fornendo preziose informazioni sul processo di essiccazione della vernice. Misurando la morfologia della superficie senza toccare il campione, il profilometro evita di introdurre alterazioni di forma alla vernice non essiccata, che possono verificarsi con tecnologie di contatto come lo stilo scorrevole. Questo approccio senza contatto garantisce un'analisi accurata e affidabile della morfologia della superficie della vernice in essiccazione.

FIGURA 2: Evoluzione della morfologia superficiale della vernice in essiccazione in tempi diversi.

FIGURA 3: Vista 3D dell'evoluzione della superficie della vernice a diversi tempi di essiccazione.

FIGURA 4: Profilo 2D attraverso il campione di vernice dopo diversi tempi di asciugatura.

FIGURA 5: Evoluzione dell'altezza media del campione e del valore di rugosità Sa in funzione del tempo di asciugatura della vernice.

ISO 25178

Tempo di asciugatura (min) 0 5 10 20 30 40 50 60
Quadrato (µm) 7.91 9.4 10.8 20.9 22.6 20.6 19.9 19.6
Cod 26.3 19.8 14.6 11.9 10.5 9.87 9.83 9.82
Sp (µm) 97.4 105 108 116 125 118 114 112
Sv (µm) 127 70.2 116 164 168 138 130 128
Sz (µm) 224 175 224 280 294 256 244 241
Sa (µm) 4.4 5.44 6.42 12.2 13.3 12.2 11.9 11.8

mq – Altezza quadratica media | Codice – Curtosi | Sp – Altezza massima del picco | Sv – Altezza massima fossa | Tg – Altezza massima | Sv – Altezza media aritmetica

TABELLA 1: Rugosità della vernice a diversi tempi di asciugatura.

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo mostrato le capacità del profilometro 3D senza contatto NANOVEA ST500 nel monitorare l'evoluzione della morfologia della superficie della vernice durante il processo di essiccazione. Il sensore di linea ottica ad alta velocità, che genera una linea con 192 punti luminosi che scansionano simultaneamente la superficie del campione, ha reso lo studio efficiente in termini di tempo, garantendo al tempo stesso una precisione senza pari.

La funzione macro del software di acquisizione consente di programmare misurazioni automatizzate della morfologia della superficie 3D in situ, rendendolo particolarmente utile per misurazioni a lungo termine che coinvolgono più scansioni a specifici intervalli di tempo target. Riduce significativamente il tempo, lo sforzo e il potenziale di errori dell'utente. I progressivi cambiamenti nella morfologia della superficie vengono continuamente monitorati e registrati in tempo reale mentre la vernice si asciuga, fornendo preziose informazioni sul meccanismo di asciugatura della vernice.

I dati mostrati qui rappresentano solo una frazione dei calcoli disponibili nel software di analisi. I profilometri NANOVEA sono in grado di misurare praticamente qualsiasi superficie, sia essa trasparente, scura, riflettente o opaca.

 

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Mappatura progressiva dell'usura di una pavimentazione mediante tribometro

Mappatura progressiva dell'usura dei pavimenti

Utilizzo del tribometro con profilometro integrato

Preparato da

FRANK LIU

INTRODUZIONE

I materiali per pavimenti sono progettati per essere durevoli, ma spesso subiscono l’usura dovuta alle attività quotidiane come il movimento e l’uso dei mobili. Per garantirne la longevità, la maggior parte dei tipi di pavimentazione dispone di uno strato protettivo antiusura che resiste ai danni. Tuttavia, lo spessore e la durabilità dello strato di usura variano a seconda del tipo di pavimentazione e del livello di traffico pedonale. Inoltre, diversi strati all’interno della struttura della pavimentazione, come rivestimenti UV, strati decorativi e smalti, hanno tassi di usura variabili. È qui che entra in gioco la mappatura progressiva dell'usura. Utilizzando il tribometro NANOVEA T2000 con un integrato Profilometro 3D senza contattoÈ possibile effettuare un monitoraggio preciso e un'analisi delle prestazioni e della longevità dei materiali della pavimentazione. Fornendo informazioni dettagliate sul comportamento all'usura dei vari materiali di pavimentazione, scienziati e professionisti tecnici possono prendere decisioni più informate nella selezione e nella progettazione di nuovi sistemi di pavimentazione.

IMPORTANZA DELLA MAPPATURA PROGRESSIVA DELL'USURA PER I PANNELLI PER PAVIMENTI

I test sulle pavimentazioni sono tradizionalmente incentrati sul tasso di usura di un campione per determinarne la resistenza all'usura. Tuttavia, la mappatura progressiva dell'usura consente di analizzare il tasso di usura del campione durante l'intero test, fornendo preziose informazioni sul suo comportamento all'usura. Questa analisi approfondita consente di stabilire correlazioni tra i dati di attrito e il tasso di usura, identificando così le cause principali dell'usura. Va notato che i tassi di usura non sono costanti durante i test di usura. Pertanto, l'osservazione della progressione dell'usura fornisce una valutazione più accurata dell'usura del campione. Superando i metodi di prova tradizionali, l'adozione della mappatura progressiva dell'usura ha contribuito a significativi progressi nel campo delle prove sulle pavimentazioni.

Il tribometro NANOVEA T2000 con profilometro 3D senza contatto integrato è una soluzione innovativa per prove di usura e misurazioni della perdita di volume. La sua capacità di muoversi con precisione tra il perno e il profilometro garantisce l'affidabilità dei risultati eliminando qualsiasi deviazione nel raggio o nella posizione della traccia di usura. Ma non è tutto: le funzionalità avanzate del profilometro 3D senza contatto consentono misurazioni di superfici ad alta velocità, riducendo il tempo di scansione a pochi secondi. Con la capacità di applicare carichi fino a 2.000 N e di raggiungere velocità di centrifuga fino a 5.000 giri/min, la NANOVEA T2000 Tribometro offre versatilità e precisione nel processo di valutazione. È chiaro che questa apparecchiatura ricopre un ruolo fondamentale nella mappatura progressiva dell'usura.

 

FIGURA 1: Configurazione del campione prima del test di usura (a sinistra) e la profilometria della pista di usura dopo il test di usura (a destra).

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

I test di mappatura progressiva dell'usura sono stati eseguiti su due tipi di materiali per pavimentazione: pietra e legno. Ogni campione è stato sottoposto a un totale di 7 cicli di prova, con durate crescenti di 2, 4, 8, 20, 40, 60 e 120 s, per consentire un confronto dell'usura nel tempo. Dopo ogni ciclo di prova, la traccia di usura è stata profilata con il profilometro senza contatto NANOVEA 3D. Dai dati raccolti dal profilometro, il volume del foro e il tasso di usura possono essere analizzati utilizzando le funzioni integrate nel software NANOVEA Tribometer o nel nostro software di analisi delle superfici, Mountains.

NANOVEA

T2000

SAPERNE DI PIÙ
tribometro
campioni di prova per la mappatura dell'usura di legno e pietra

 I CAMPIONI 

PARAMETRI DEL TEST DI MAPPATURA DELL'USURA

CARICO40 N
DURATA DEL TESTvaria
VELOCITÀ200 giri/min.
RADIUS10 mm
DISTANZAvaria
MATERIALE DELLA SFERACarburo di tungsteno
DIAMETRO DELLA SFERA10 mm

La durata dei test utilizzati nei 7 cicli è stata 2, 4, 8, 20, 40, 60 e 120 secondi, rispettivamente. Le distanze percorse sono state 0,40, 0,81, 1,66, 4,16, 8,36, 12,55 e 25,11 metri.

RISULTATI DELLA MAPPATURA DELL'USURA

PAVIMENTO IN LEGNO

Ciclo di provaCOF massimoMin COFAvg. COF
10.3350.1240.275
20.3370.2070.295
30.3800.2290.329
40.3930.2650.354
50.3520.2050.314
60.3450.1990.312
70.3150.2110.293

 

ORIENTAMENTO RADIALE

Ciclo di provaPerdita di volume totale (µm3)Distanza totale
Percorsa (m)		Tasso di usura
(mm/Nm) x10-5		Tasso di usura istantaneo
(mm/Nm) x10-5
12962476870.401833.7461833.746
23552452271.221093.260181.5637
35963713262.88898.242363.1791
48837477677.04530.629172.5496
5120717995115.40360.88996.69074
6147274531827.95293.32952.89311
7185131921053.06184.34337.69599
tasso di usura progressiva del legno rispetto alla distanza totale

FIGURA 2: Tasso di usura rispetto alla distanza totale percorsa (sinistra)
e il tasso di usura istantaneo rispetto al ciclo di prova (a destra) per i pavimenti in legno.

mappatura progressiva dell'usura del pavimento in legno

FIGURA 3: Grafico COF e vista 3D della traccia di usura del test #7 su pavimento in legno.

mappatura dell'usura profilo estratto

FIGURA 4: Analisi in sezione trasversale della traccia di usura del legno della prova #7

mappatura progressiva dell'usura analisi del volume e dell'area

FIGURA 5: Analisi del volume e dell'area della traccia di usura sul campione di legno #7.

Per i dettagli completi sui risultati, fare clic qui.

RISULTATI DELLA MAPPATURA DELL'USURA

PAVIMENTAZIONE IN PIETRA

Ciclo di provaCOF massimoMin COFAvg. COF
10.2490.0350.186
20.3490.1970.275
30.2940.1540.221
40.5030.1240.273
50.5480.1060.390
60.5100.1290.434
70.5270.1810.472

 

ORIENTAMENTO RADIALE

Ciclo di provaPerdita di volume totale (µm3)Distanza totale
Percorsa (m)		Tasso di usura
(mm/Nm) x10-5		Tasso di usura istantaneo
(mm/Nm) x10-5
1962788460.40595.957595.9573
28042897311.222475.1852178.889
313161478552.881982.355770.9501
431365302157.041883.2691093.013
51082173218015.403235.1802297.508
62017496034327.954018.2821862.899
74251206342053.064233.0812224.187
tasso di usura dei pavimenti in pietra rispetto alla distanza
grafico del tasso di usura istantaneo dei pavimenti in pietra

FIGURA 6: Tasso di usura rispetto alla distanza totale percorsa (sinistra)
e tasso di usura istantaneo rispetto al ciclo di prova (a destra) per i pavimenti in pietra.

pavimento in pietra profilo 3d della pista di usura

FIGURA 7: Grafico COF e vista 3D della traccia di usura del test #7 su pavimentazione in pietra.

pavimento in pietra mappatura progressiva dell'usura profilo estratto
pavimentazione in pietra profilo estratto profondità e altezza massima area del foro e del picco

FIGURA 8: Analisi trasversale della traccia di usura della pietra della prova #7.

Pavimento in legno analisi di volume con mappatura progressiva dell'usura

FIGURA 9: Analisi del volume e dell'area della traccia di usura sul campione di pietra #7.


Per i dettagli completi sui risultati, fare clic qui.

DISCUSSIONE

Il tasso di usura istantaneo viene calcolato con la seguente equazione:
mappatura progressiva dell'usura della formula di pavimentazione

Dove V è il volume di un foro, N è il carico e X è la distanza totale, questa equazione descrive il tasso di usura tra i cicli di prova. Il tasso di usura istantaneo può essere utilizzato per identificare meglio le variazioni del tasso di usura nel corso della prova.

Entrambi i campioni presentano comportamenti di usura molto diversi. Nel corso del tempo, il pavimento in legno inizia con un tasso di usura elevato, ma scende rapidamente a un valore minore e costante. Per il pavimento in pietra, il tasso di usura sembra iniziare con un valore basso e tendere a un valore più alto nel corso dei cicli. Anche il tasso di usura istantaneo mostra poca coerenza. La ragione specifica della differenza non è certa, ma potrebbe essere dovuta alla struttura dei campioni. Il pavimento in pietra sembra essere costituito da particelle sciolte simili a grani, che si usurano in modo diverso rispetto alla struttura compatta del legno. Sarebbero necessari ulteriori test e ricerche per accertare la causa di questo comportamento di usura.

I dati del coefficiente di attrito (COF) sembrano concordare con il comportamento di usura osservato. Il grafico del COF per il pavimento in legno appare costante durante i cicli, a complemento del tasso di usura costante. Per la pavimentazione in pietra, il COF medio aumenta durante i cicli, in modo simile a come anche il tasso di usura aumenta con i cicli. Si notano anche evidenti cambiamenti nella forma dei grafici di attrito, che suggeriscono cambiamenti nel modo in cui la sfera interagisce con il campione di pietra. Questo fenomeno è più evidente nel ciclo 2 e nel ciclo 4.

CONCLUSIONE

Il tribometro NANOVEA T2000 mostra la sua capacità di eseguire una mappatura progressiva dell'usura analizzando il tasso di usura tra due diversi campioni di pavimentazione. La pausa del test di usura continua e la scansione della superficie con il profilometro senza contatto NANOVEA 3D forniscono preziose informazioni sul comportamento del materiale nel tempo.

Il tribometro NANOVEA T2000 con il profilometro 3D senza contatto integrato fornisce un'ampia gamma di dati, tra cui COF (Coefficiente di attrito), misure di superficie, letture di profondità, visualizzazione della superficie, perdita di volume, tasso di usura e altro ancora. Questa serie completa di informazioni consente agli utenti di comprendere più a fondo le interazioni tra il sistema e il campione. Grazie al carico controllato, all'elevata precisione, alla facilità d'uso, al carico elevato, all'ampio intervallo di velocità e ai moduli ambientali aggiuntivi, il tribometro NANOVEA T2000 porta la tribologia a un livello superiore.

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Ispezione della mappatura della rugosità con la profilometria 3D

ISPEZIONE CON MAPPATURA DELLA RUGOSITÀ

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

DUANJIE, PhD

INTRODUZIONE

La rugosità e la consistenza della superficie sono fattori critici che influiscono sulla qualità finale e sulle prestazioni di un prodotto. Una comprensione approfondita della rugosità, della struttura e della consistenza della superficie è essenziale per selezionare le migliori misure di lavorazione e controllo. Per identificare in tempo i prodotti difettosi e ottimizzare le condizioni della linea di produzione, è necessaria un'ispezione in linea rapida, quantificabile e affidabile delle superfici dei prodotti.

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE IN LINEA DELLE SUPERFICI

I difetti superficiali nei prodotti derivano dalla lavorazione dei materiali e dalla fabbricazione del prodotto. L'ispezione della qualità della superficie in linea garantisce il controllo di qualità più rigoroso dei prodotti finali. NANOVEA Profilatori ottici 3D senza contatto utilizzano la tecnologia della luce cromatica con la capacità unica di determinare la ruvidità di un campione senza contatto. Il sensore di linea consente la scansione del profilo 3D di un'ampia superficie ad alta velocità. La soglia di rugosità, calcolata in tempo reale dal software di analisi, funge da strumento pass/fail veloce e affidabile.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il NANOVEA ST400, dotato di un sensore ad alta velocità, è stato utilizzato per ispezionare la superficie di un campione di Teflon con un difetto, per mostrare la capacità del NANOVEA di essere in grado di gestire la definizione di un campione di Teflon.

I profilometri senza contatto forniscono un'ispezione rapida e affidabile delle superfici in una linea di produzione.

NANOVEA

ST400

SAPERNE DI PIÙ

RISULTATI E DISCUSSIONE

Analisi 3D della superficie del Ruvidità Campione standard

La superficie di un campione di rugosità è stata scansionata con un NANOVEA ST400 dotato di un sensore ad alta velocità che genera una linea luminosa di 192 punti, come mostrato in FIGURA 1. Questi 192 punti scansionano contemporaneamente la superficie del campione, aumentando notevolmente la velocità di scansione. Questi 192 punti scansionano la superficie del campione contemporaneamente, aumentando notevolmente la velocità di scansione.

La FIGURA 2 mostra viste in falsi colori della mappa dell'altezza della superficie e della mappa di distribuzione della rugosità del campione standard di rugosità. In FIGURA 2a, il campione di rugosità presenta una superficie leggermente inclinata, come rappresentato dal gradiente di colore variabile in ciascuno dei blocchi di rugosità standard. In FIGURA 2b, la distribuzione omogenea della rugosità è mostrata in blocchi di rugosità diversi, il cui colore rappresenta la rugosità nei blocchi.

La FIGURA 3 mostra esempi di Mappe Pass/Fail generate dal software di analisi in base a soglie di rugosità diverse. I blocchi di rugosità sono evidenziati in rosso quando la loro rugosità superficiale è superiore a un determinato valore di soglia. In questo modo l'utente può impostare una soglia di rugosità per determinare la qualità della finitura superficiale di un campione.

FIGURA 1: Scansione del sensore ottico a linee sul campione Roughness Standard

a. Mappa dell'altezza della superficie:

b. Mappa di rugosità:

FIGURA 2: Viste in falsi colori della mappa dell'altezza superficiale e della mappa di distribuzione della rugosità del campione standard di rugosità.

FIGURA 3: Mappa Passa/Scarta in base alla soglia di ruvidità.

Ispezione superficiale di un campione di Teflon con difetti

La mappa dell'altezza della superficie, la mappa della distribuzione della rugosità e la mappa della soglia di rugosità Passa/Scarta del campione di Teflon sono mostrate in FIGURA 4. Il campione di Teflon presenta una cresta al centro destro del campione, come mostrato nella mappa dell'altezza della superficie. Il campione di Teflon presenta una cresta al centro destro del campione, come mostrato nella mappa dell'altezza superficiale.

a. Mappa dell'altezza della superficie:

I differenti colori della palette di FIGURA 4b rappresentano il valore di rugosità della superficie locale. La mappa di rugosità mostra una rugosità omogenea nell'area intatta del campione di Teflon. Tuttavia, i difetti, sotto forma di un anello frastagliato e di una cicatrice da usura, sono evidenziati con colori brillanti. L'utente può facilmente impostare una soglia di rugosità Pass/Fail per individuare i difetti superficiali, come mostrato nella FIGURA 4c. Questo strumento consente agli utenti di monitorare in loco la qualità della superficie del prodotto nella linea di produzione e di scoprire in tempo i prodotti difettosi. Il valore di rugosità in tempo reale viene calcolato e registrato al passaggio dei prodotti dal sensore ottico in linea, che può servire come strumento rapido ma affidabile per il controllo della qualità.

b. Mappa di rugosità:

c. Mappa di soglia di ruvidità Pass/Fail:

FIGURA 4: Mappa dell'altezza della superficie, mappa della distribuzione della rugosità e Mappa di soglia di ruvidità Pass/Fail della superficie del campione di Teflon.

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo dimostrato come il profilatore ottico senza contatto NANOVEA ST400 3D, dotato di un sensore ottico di linea, funzioni come strumento affidabile di controllo della qualità in modo efficace ed efficiente.

Il sensore ottico a linea genera una linea luminosa di 192 punti che scansionano contemporaneamente la superficie del campione, aumentando notevolmente la velocità di scansione. Può essere installato nella linea di produzione per monitorare la rugosità superficiale dei prodotti in loco. La soglia di rugosità funziona come criterio affidabile per determinare la qualità della superficie dei prodotti, consentendo agli utenti di notare in tempo i prodotti difettosi.

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi. I profilometri NANOVEA misurano virtualmente qualsiasi superficie in campi come quello dei semiconduttori, della microelettronica, del solare, delle fibre ottiche, dell'automotive, dell'aerospaziale, della metallurgia, della lavorazione, dei rivestimenti, del farmaceutico, del biomedicale, dell'ambientale e molti altri.

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Ispezione della superficie di saldatura con un profilometro 3D portatile

Ispezione superficiale WELd

utilizzando un profilometro 3D portatile

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

Ispezione della superficie della saldatura con un profilometro 3D portatile Preparato da CRAIG LEISING INTRODUZIONE Può capitare che una particolare saldatura, tipicamente eseguita tramite ispezione visiva, debba essere analizzata con un livello di precisione estremo. Le aree specifiche di interesse per un'analisi precisa includono cricche superficiali, porosità e crateri non riempiti, indipendentemente dalle successive procedure di ispezione. La saldatura [...]

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE DELLA SUPERFICIE DI SALDATURA

A differenza di altre tecniche come i tastatori o l'interferometria, la NANOVEA Profilometro 3D senza contatto, utilizzando il cromatismo assiale, può misurare quasi tutte le superfici, le dimensioni dei campioni possono variare ampiamente a causa della stadiazione aperta e non è necessaria alcuna preparazione del campione. L'intervallo da nano a macro si ottiene durante la misurazione del profilo di superficie senza alcuna influenza da parte della riflettività o dell'assorbimento del campione, ha una capacità avanzata di misurare angoli superficiali elevati e non è prevista alcuna manipolazione dei risultati da parte del software. Misura facilmente qualsiasi materiale: trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido, ruvido ecc. Le funzionalità 2D e 2D dei Profilometri Portatili NANOVEA li rendono strumenti ideali per l'ispezione completa della superficie di saldatura sia in laboratorio che sul campo.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il profilatore portatile NANOVEA JR25 viene utilizzato per misurare la rugosità superficiale, la forma e il volume di una saldatura, nonché l'area circostante. Questi dati possono fornire informazioni fondamentali per analizzare correttamente la qualità della saldatura e del processo di saldatura.

NANOVEA

JR25

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RISULTATI DEL TEST

L'immagine sottostante mostra la vista 3D completa della saldatura e dell'area circostante, insieme ai parametri di superficie della sola saldatura. Il profilo della sezione trasversale 2D è mostrato di seguito.

il campione

Con il profilo della sezione trasversale 2D di cui sopra rimosso dal 3D, le informazioni dimensionali della saldatura vengono calcolate di seguito. Area superficiale e volume di materiale calcolati solo per la saldatura.

 BUCOPICCO
SUPERFICIE1,01 mm214,0 mm2
VOLUME8,799e-5 mm323,27 mm3
PROFONDITÀ/ALTEZZA MASSIMA0,0276 mm0,6195 mm
PROFONDITÀ/ALTEZZA MEDIA 0,004024 mm 0,2298 mm

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo dimostrato come il profilatore senza contatto NANOVEA 3D possa caratterizzare con precisione le caratteristiche critiche di una saldatura e della superficie circostante. In base alla rugosità, alle dimensioni e al volume, è possibile determinare un metodo quantitativo per la qualità e la ripetibilità e indagare ulteriormente. I campioni di saldatura, come l'esempio riportato in questa nota applicativa, possono essere facilmente analizzati con un profilatore NANOVEA standard da tavolo o portatile per test interni o sul campo.

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Rivestimenti industriali Valutazione di graffi e usura

RIVESTIMENTO INDUSTRIALE

VALUTAZIONE DEI GRAFFI E DELL'USURA MEDIANTE TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

INTRODUZIONE

La vernice acrilica uretanica è un tipo di rivestimento protettivo ad asciugatura rapida ampiamente utilizzato in diverse applicazioni industriali, come la vernice per pavimenti, la vernice per auto e altre. Quando viene utilizzata come vernice per pavimenti, può essere impiegata in aree a forte traffico pedonale e di ruote gommate, come passaggi pedonali, cordoli e parcheggi.

IMPORTANZA DEI TEST DI GRAFFIATURA E USURA PER IL CONTROLLO DI QUALITÀ

Tradizionalmente, i test di abrasione Taber sono stati eseguiti per valutare la resistenza all'usura delle vernici acriliche per pavimenti secondo lo standard ASTM D4060. Tuttavia, come indicato nella norma, "per alcuni materiali, i test di abrasione che utilizzano il Taber Abraser possono essere soggetti a variazioni dovute a cambiamenti nelle caratteristiche abrasive della ruota durante il test".1 Ciò può comportare una scarsa riproducibilità dei risultati dei test e creare difficoltà nel confrontare i valori riportati da diversi laboratori. Inoltre, nei test di abrasione Taber, la resistenza all'abrasione è calcolata come perdita di peso a un determinato numero di cicli di abrasione. Tuttavia, le vernici acriliche per pavimenti hanno uno spessore del film secco raccomandato di 37,5-50 μm2.

L'aggressivo processo di abrasione di Taber Abraser può consumare rapidamente il rivestimento in uretano acrilico e creare una perdita di massa nel substrato, con conseguenti errori sostanziali nel calcolo della perdita di peso della vernice. Anche l'impianto di particelle abrasive nella vernice durante il test di abrasione contribuisce agli errori. Pertanto, una misurazione quantificabile e affidabile ben controllata è fondamentale per garantire una valutazione riproducibile dell'usura della vernice. Inoltre, la test di graffiatura consente agli utenti di rilevare cedimenti prematuri di adesivi/coesive in applicazioni reali.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio mostriamo che NANOVEA Tribometri e Tester Meccanici sono ideali per la valutazione e il controllo qualità dei rivestimenti industriali.

Il processo di usura delle vernici acriliche per pavimenti con diversi strati di finitura viene simulato in modo controllato e monitorato utilizzando il tribometro NANOVEA. Il test del micrograffio viene utilizzato per misurare il carico necessario a causare un cedimento coesivo o adesivo della vernice.

Tribometro pneumatico compatto T100
NANOVEA T100

Il tribometro pneumatico compatto

SAPERNE DI PIÙ

NANOVEA PB1000

Il tester meccanico a piattaforma larga

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PROCEDURA DI PROVA

Questo studio valuta quattro rivestimenti per pavimenti acrilici all'acqua disponibili in commercio che presentano lo stesso primer (base) e diversi topcoat della stessa formula con una piccola variazione nelle miscele di additivi allo scopo di migliorare la durata. Questi quattro rivestimenti sono identificati come campioni A, B, C e D.

TEST DI USURA

Il tribometro NANOVEA è stato applicato per valutare il comportamento tribologico, ad esempio coefficiente di attrito, COF e resistenza all'usura. Sulle vernici testate è stata applicata una punta sferica SS440 (6 mm di diametro, grado 100). Il COF è stato registrato in situ. Il tasso di usura, K, è stato valutato utilizzando la formula K=V/(F×s)=A/(F×n), dove V è il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento, A è l'area della sezione trasversale della pista di usura e n è il numero di giri. La rugosità superficiale e i profili delle tracce di usura sono stati valutati dal NANOVEA Profilometro otticoe la morfologia della traccia di usura è stata esaminata utilizzando il microscopio ottico.

PARAMETRI DEL TEST DI USURA

FORZA NORMALE

20 N

VELOCITÀ

15 m/min

DURATA DEL TEST

100, 150, 300 e 800 cicli

TEST DI SCRATCH

Il tester meccanico NANOVEA, dotato di uno stilo in diamante Rockwell C (raggio di 200 μm), è stato utilizzato per eseguire prove di graffiatura a carico progressivo sui campioni di vernice utilizzando la modalità Micro Scratch Tester. Sono stati utilizzati due carichi finali: 5 N per verificare la delaminazione della vernice dal primer e 35 N per verificare la delaminazione del primer dai substrati metallici. Per garantire la riproducibilità dei risultati, sono stati ripetuti tre test alle stesse condizioni su ciascun campione.

Le immagini panoramiche delle intere lunghezze dei graffi sono state generate automaticamente e le loro posizioni critiche di rottura sono state correlate con i carichi applicati dal software del sistema. Questa funzione del software consente agli utenti di eseguire analisi sulle tracce di graffio in qualsiasi momento, anziché dover determinare il carico critico al microscopio subito dopo i test di graffio.

PARAMETRI DEL TEST SCRATCH

TIPO DI CARICOProgressivo
CARICO INIZIALE0,01 mN
CARICO FINALE5 N / 35 N
TASSO DI CARICO10 / 70 N/min
LUNGHEZZA DELLO SCRATCH3 mm
VELOCITÀ DI SCRITTURA, dx/dt6,0 mm/min
GEOMETRIA DEL PENETRATORECono da 120º
MATERIALE INDENTATORE (punta)Diamante
RAGGIO DELLA PUNTA DEL PENETRATORE200 μm

RISULTATI DEI TEST DI USURA

Su ogni campione sono stati eseguiti quattro test di usura pin-on-disk a diversi numeri di giri (100, 150, 300 e 800 cicli) per monitorare l'evoluzione dell'usura. La morfologia superficiale dei campioni è stata misurata con un profilatore senza contatto NANOVEA 3D per quantificare la rugosità superficiale prima di eseguire i test di usura. Tutti i campioni presentavano una rugosità superficiale comparabile di circa 1 μm, come illustrato nella FIGURA 1. La COF è stata registrata in situ durante i test di usura, come mostrato in FIGURA 2. La FIGURA 4 presenta l'evoluzione delle tracce di usura dopo 100, 150, 300 e 800 cicli, mentre la FIGURA 3 riassume il tasso di usura medio dei diversi campioni nelle varie fasi del processo di usura.

 

Rispetto a un valore di COF di ~0,07 per gli altri tre campioni, il campione A presenta un COF molto più elevato, pari a ~0,15 all'inizio, che aumenta gradualmente e si stabilizza a ~0,3 dopo 300 cicli di usura. Un COF così elevato accelera il processo di usura e crea una quantità sostanziale di detriti di vernice, come indicato in FIGURA 4 - il topcoat del campione A ha iniziato a essere rimosso nei primi 100 giri. Come mostrato in FIGURA 3, il campione A presenta il tasso di usura più elevato, pari a ~5 μm2/N nei primi 300 cicli, che diminuisce leggermente a ~3,5 μm2/N a causa della migliore resistenza all'usura del substrato metallico. Il topcoat del campione C inizia a cedere dopo 150 cicli di usura, come mostrato in FIG. 4, che è anche indicato dall'aumento di COF in FIG. 2.

 

In confronto, il campione B e il campione D mostrano proprietà tribologiche migliori. Il campione B mantiene un basso COF per tutta la durata del test - il COF aumenta leggermente da~0,05 a ~0,1. Questo effetto lubrificante aumenta sostanzialmente la sua resistenza all'usura: il topcoat fornisce ancora una protezione superiore al primer sottostante dopo 800 cicli di usura. Il tasso di usura medio più basso, pari a soli ~0,77 μm2/N, è stato misurato per il campione B a 800 cicli. Lo strato superiore del campione D inizia a delaminare dopo 375 cicli, come dimostra il brusco aumento del COF in FIG. 2. Il tasso di usura medio del campione D è di circa 0,77 μm2/N. Il tasso di usura medio del campione D è di ~1,1 μm2/N a 800 cicli.

 

Rispetto alle tradizionali misure di abrasione Taber, il Tribometro NANOVEA fornisce valutazioni dell'usura ben controllate, quantificabili e affidabili, che garantiscono valutazioni riproducibili e controlli di qualità delle vernici commerciali per pavimenti/auto. Inoltre, la capacità di misurare il COF in situ consente agli utenti di correlare le diverse fasi di un processo di usura con l'evoluzione del COF, che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche di vari rivestimenti di vernice.

FIGURA 1: Morfologia 3D e rugosità dei campioni di vernice.

FIGURA 2: COF durante i test pin-on-disk.

FIGURA 3: Evoluzione del tasso di usura di diverse vernici.

FIGURA 4: Evoluzione delle tracce di usura durante i test con i perni su disco.

RISULTATI DEL TEST SCRATCH

La FIGURA 5 mostra il grafico della forza normale, della forza di attrito e della profondità reale in funzione della lunghezza del graffio per il campione A come esempio. È possibile installare un modulo opzionale di emissione acustica per fornire ulteriori informazioni. Con l'aumento lineare del carico normale, la punta dell'indentazione affonda gradualmente nel campione testato, come dimostra l'aumento progressivo della profondità reale. La variazione delle pendenze delle curve della forza di attrito e della profondità reale può essere utilizzata come una delle implicazioni dell'inizio della rottura del rivestimento.

FIGURA 5: Forza normale, forza d'attrito e profondità reale in funzione della lunghezza del graffio per il prova di graffiatura del Campione A con un carico massimo di 5 N.

Le FIGURE 6 e 7 mostrano i graffi completi di tutti e quattro i campioni di vernice testati con un carico massimo di 5 N e 35 N, rispettivamente. Il campione D ha richiesto un carico maggiore di 50 N per delaminare il primer. Le prove di graffiatura a 5 N di carico finale (FIG. 6) valutano il cedimento coesivo/adesivo della vernice superiore, mentre quelle a 35 N (FIG. 7) valutano la delaminazione del primer. Le frecce nelle micrografie indicano il punto in cui il rivestimento superiore o il primer iniziano a essere completamente rimossi dal primer o dal substrato. Il carico in questo punto, il cosiddetto Carico Critico (Lc), viene utilizzato per confrontare le proprietà coesive o adesive della vernice, come riassunto nella Tabella 1.

 

È evidente che il campione di vernice D ha la migliore adesione interfacciale - mostrando i più alti valori di Lc di 4,04 N alla delaminazione della vernice e di 36,61 N alla delaminazione del primer. Il campione B mostra la seconda migliore resistenza ai graffi. L'analisi dei graffi dimostra che l'ottimizzazione della formula della vernice è fondamentale per il comportamento meccanico, o più specificamente, per la resistenza ai graffi e l'adesione delle vernici acriliche per pavimenti.

Tabella 1: Sintesi dei carichi critici.

FIGURA 6: Micrografie del graffio completo con carico massimo di 5 N.

FIGURA 7: Micrografie del graffio completo con carico massimo di 35 N.

CONCLUSIONE

Rispetto alle tradizionali misure di abrasione Taber, il tester meccanico e il tribometro NANOVEA sono strumenti superiori per la valutazione e il controllo di qualità dei rivestimenti commerciali per pavimenti e per autoveicoli. Il NANOVEA Mechanical Tester in modalità Scratch può rilevare problemi di adesione/coesione in un sistema di rivestimento. Il Tribometro NANOVEA fornisce un'analisi tribologica ben controllata, quantificabile e ripetibile sulla resistenza all'usura e sul coefficiente di attrito delle vernici.

 

Sulla base delle analisi tribologiche e meccaniche complete sui rivestimenti acrilici per pavimenti a base d'acqua testati in questo studio, dimostriamo che il campione B possiede il COF e il tasso di usura più bassi e la seconda migliore resistenza ai graffi, mentre il campione D mostra la migliore resistenza ai graffi e la seconda migliore resistenza all'usura. Questa valutazione ci permette di valutare e selezionare il miglior candidato in base alle esigenze dei diversi ambienti di applicazione.

 

I moduli Nano e Micro del tester meccanico NANOVEA includono tutti modalità di indentazione, graffio e usura conformi alle norme ISO e ASTM, fornendo la più ampia gamma di test disponibili per la valutazione delle vernici su un unico modulo. Il tribometro NANOVEA offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche/tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molte altre. Sono disponibili profilatori ottici senza contatto NANOVEA opzionali per l'acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione di graffi e tracce di usura, oltre ad altre misure di superficie come la rugosità.

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Analisi della frattografia con la profilometria 3D

ANALISI DELLA FRATTOGRAFIA

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

La frattografia è lo studio delle caratteristiche sulle superfici fratturate ed è stata storicamente studiata tramite microscopio o SEM. A seconda delle dimensioni dell'elemento, per l'analisi della superficie viene selezionato un microscopio (macro caratteristiche) o un SEM (nano e micro caratteristiche). Entrambi consentono in definitiva di identificare il tipo di meccanismo di frattura. Sebbene efficace, il microscopio presenta chiari limiti e il SEM nella maggior parte dei casi, oltre all’analisi a livello atomico, non è pratico per la misurazione della superficie della frattura e manca di una più ampia capacità di utilizzo. Con i progressi nella tecnologia di misurazione ottica, NANOVEA Profilometro 3D senza contatto è ora considerato lo strumento preferito, con la sua capacità di fornire misurazioni di superfici 2D e 3D su scala nanometrica e macrometrica

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE DELLE FRATTURE

A differenza di un SEM, un profilometro 3D senza contatto può misurare quasi tutte le superfici, le dimensioni del campione, con una preparazione minima del campione, il tutto offrendo dimensioni verticali e orizzontali superiori a quelle di un SEM. Con un profilatore, le caratteristiche da nano a macro gamma sono catturate in una singola misurazione con zero influenza dalla riflettività del campione. Misura facilmente qualsiasi materiale: trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido, ruvido, ecc. Il profilometro 3D senza contatto fornisce una capacità ampia e facile da usare per massimizzare gli studi sulla frattura della superficie ad una frazione del costo di un SEM.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il NANOVEA ST400 viene utilizzato per misurare la superficie fratturata di un campione di acciaio. In questo studio, mostreremo un'area 3D, l'estrazione del profilo 2D e la mappa direzionale della superficie.

NANOVEA

ST400

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RISULTATI

SUPERFICIE SUPERIORE

Direzione della texture della superficie 3D

Isotropia51.26%
Prima direzione123.2º
Seconda direzione116.3º
Terza direzione0.1725º

Area superficiale, volume, rugosità e molti altri possono essere calcolati automaticamente da questa estrazione.

Estrazione del profilo 2D

RISULTATI

SUPERFICIE LATERALE

Direzione della texture della superficie 3D

Isotropia15.55%
Prima direzione0.1617º
Seconda direzione110.5º
Terza direzione171.5º

Area superficiale, volume, rugosità e molti altri possono essere calcolati automaticamente da questa estrazione.

Estrazione del profilo 2D

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo mostrato come il NANOVEA ST400 3D Non-Contact Profilometer può caratterizzare con precisione la topografia completa (nano, micro e macro caratteristiche) di una superficie fratturata. Dall'area 3D, la superficie può essere chiaramente identificata e le sottoaree o i profili/sezioni trasversali possono essere rapidamente estratti e analizzati con una lista infinita di calcoli della superficie. Le caratteristiche superficiali sub nanometriche possono essere ulteriormente analizzate con un modulo AFM integrato.

Inoltre, NANOVEA ha incluso una versione portatile alla sua linea di profilometri, particolarmente importante per gli studi sul campo dove la superficie di frattura è immobile. Con questo ampio elenco di capacità di misurazione della superficie, l'analisi della superficie di frattura non è mai stata così facile e conveniente con un unico strumento.

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Topografia della superficie della vetroresina con la profilometria 3D

TOPOGRAFIA DELLA SUPERFICIE IN VETRORESINA

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

La fibra di vetro è un materiale costituito da fibre di vetro estremamente sottili. Viene utilizzata come agente di rinforzo per molti prodotti polimerici; il materiale composito risultante, propriamente noto come polimero rinforzato con fibre (FRP) o plastica rinforzata con vetro (GRP), è chiamato "fibra di vetro" nell'uso popolare.

IMPORTANZA DELL'ISPEZIONE METROLOGICA DELLE SUPERFICI PER IL CONTROLLO DI QUALITÀ

Sebbene gli usi del rinforzo in fibra di vetro siano molteplici, nella maggior parte delle applicazioni è fondamentale che siano il più resistenti possibile. I compositi in fibra di vetro hanno uno dei più alti rapporti tra resistenza e peso disponibili e in alcuni casi, libbra per libbra, sono più resistenti dell'acciaio. Oltre all'elevata resistenza, è importante che la superficie esposta sia la più ridotta possibile. Ampie superfici in vetroresina possono rendere la struttura più vulnerabile agli attacchi chimici ed eventualmente all'espansione del materiale. Pertanto, l'ispezione delle superfici è fondamentale per il controllo della qualità della produzione.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il NANOVEA ST400 viene utilizzato per misurare la rugosità e la planarità della superficie di un composito in fibra di vetro. Quantificando queste caratteristiche della superficie è possibile creare o ottimizzare un materiale composito in fibra di vetro più resistente e duraturo.

NANOVEA

ST400

SAPERNE DI PIÙ

PARAMETRI DI MISURA

SONDA 1 mm
TASSO DI ACQUISIZIONE300 Hz
MEDIA1
SUPERFICIE MISURATA5 mm x 2 mm
DIMENSIONE DEL PASSO5 µm x 5 µm
MODALITÀ DI SCANSIONEVelocità costante

SPECIFICHE DELLA SONDA

MISURA GAMMA1 mm
Z RISOLUZIONE 25 nm
Z ACCURATEZZA200 nm
RISOLUZIONE LATERALE 2 μm

RISULTATI

VISTA A FALSI COLORI

Piattezza della superficie 3D

Rugosità superficiale 3D

Sa15,716 μmAltezza media aritmetica
Sq19,905 μmAltezza quadratica media
Sp116,74 μmAltezza massima del picco
Sv136,09 μmAltezza massima della fossa
Sz252,83 μmAltezza massima
Ssk0.556Skewness
Ssu3.654Curtosi

CONCLUSIONE

Come mostrato nei risultati, il NANOVEA ST400 Optical Profilatore è stato in grado di misurare con precisione la rugosità e la planarità della superficie composita in fibra di vetro. I dati possono essere misurati su più lotti di compositi in fibra e/o un determinato periodo di tempo per fornire informazioni cruciali sui diversi processi di produzione della fibra di vetro e su come reagiscono nel tempo. Pertanto, l’ST400 è una valida opzione per rafforzare il processo di controllo qualità dei materiali compositi in fibra di vetro.

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Usura e attrito dei nastri polimerici con il tribometro

CINGHIE IN POLIMERO

USURA E FRITTURA CON UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

La trasmissione a cinghia trasmette potenza e traccia il movimento relativo tra due o più alberi rotanti. Essendo una soluzione semplice ed economica con una manutenzione minima, le trasmissioni a cinghia sono ampiamente utilizzate in una varietà di applicazioni, come seghe, segherie, trebbiatrici, soffiatori di silo e trasportatori. Le trasmissioni a cinghia possono proteggere i macchinari dal sovraccarico e smorzare e isolare le vibrazioni.

IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELL'USURA PER LE TRASMISSIONI A CINGHIA

Attrito e usura sono inevitabili per le cinghie di una macchina a cinghia. Un attrito sufficiente garantisce una trasmissione efficace della potenza senza slittamenti, ma un attrito eccessivo può usurare rapidamente la cinghia. Durante il funzionamento della trasmissione a cinghia si verificano diversi tipi di usura, come la fatica, l'abrasione e l'attrito. Per prolungare la durata della cinghia e ridurre i costi e i tempi di riparazione e sostituzione, è auspicabile una valutazione affidabile delle prestazioni di usura delle cinghie per migliorarne la durata, l'efficienza produttiva e le prestazioni applicative. La misurazione accurata del coefficiente di attrito e del tasso di usura della cinghia facilita la ricerca e lo sviluppo e il controllo di qualità della produzione di cinghie.

Tribometro pneumatico ad alto carico

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio abbiamo simulato e confrontato il comportamento all'usura di cinghie con diverse texture superficiali per mostrare la capacità del NANOVEA Il tribometro T2000 simula il processo di usura del nastro in modo controllato e monitorato.

NANOVEA

T2000

SAPERNE DI PIÙ

PROCEDURE DI TEST

Il coefficiente di attrito, COF, e la resistenza all'usura di due cinghie con diversa rugosità e struttura della superficie sono stati valutati con il metodo del NANOVEA Carico elevato Tribometro utilizzando il modulo di usura reciprocante lineare. Come contromateriale è stata utilizzata una sfera in acciaio 440 (diametro 10 mm). La rugosità superficiale e le tracce di usura sono state esaminate utilizzando un integrato Profilometro 3D senza contatto. Il tasso di usura, Kè stato valutato con la formula K=Vl(Fxs), dove V è il volume consumato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento.

 

Si noti che in questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera liscia in acciaio 440, ma è possibile applicare qualsiasi materiale solido con forme e finiture superficiali diverse utilizzando dispositivi personalizzati per simulare la situazione applicativa reale.

RISULTATI E DISCUSSIONE

Il nastro testurizzato e il nastro liscio presentano una rugosità superficiale Ra di 33,5 e 8,7 um, rispettivamente, secondo i profili superficiali analizzati presi con un NANOVEA Profilatore ottico 3D senza contatto. Il COF e il tasso di usura delle due cinghie testate sono stati misurati rispettivamente a 10 N e 100 N, per confrontare il comportamento di usura delle cinghie a carichi diversi.

FIGURA 1 mostra l'evoluzione del COF delle cinghie durante i test di usura. Le cinghie con texture diverse mostrano comportamenti di usura sostanzialmente diversi. È interessante notare che dopo il periodo di rodaggio, durante il quale il COF aumenta progressivamente, il nastro testurizzato raggiunge un COF inferiore, pari a ~0,5, in entrambe le prove condotte con carichi di 10 N e 100 N. In confronto, il nastro liscio testato con un carico di 10 N mostra un COF significativamente più alto, pari a ~1,4, quando il COF si stabilizza e si mantiene al di sopra di questo valore per il resto della prova. La cinghia liscia testata con un carico di 100 N è stata rapidamente consumata dalla sfera in acciaio 440 e ha formato un'ampia traccia di usura. La prova è stata quindi interrotta a 220 giri.

FIGURA 1: Evoluzione della COF dei nastri a diversi carichi.

La FIGURA 2 confronta le immagini 3D delle tracce di usura dopo i test a 100 N. Il profilometro 3D senza contatto NANOVEA offre uno strumento per analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura, fornendo maggiori informazioni sulla comprensione fondamentale del meccanismo di usura.

TABELLA 1: Risultato dell'analisi delle tracce di usura.

FIGURA 2:  Vista 3D dei due nastri
dopo le prove a 100 N.

Il profilo tridimensionale della pista di usura consente di determinare direttamente e con precisione il volume della pista di usura calcolato dal software di analisi avanzata, come mostrato nella TABELLA 1. In un test di usura di 220 giri, il nastro liscio presenta una traccia di usura molto più ampia e profonda, con un volume di 75,7 mm3 , rispetto a un volume di usura di 14,0 mm3 per il nastro testurizzato dopo un test di usura di 600 giri. L'attrito significativamente più elevato del nastro liscio contro la sfera d'acciaio porta a un tasso di usura 15 volte superiore rispetto al nastro testurizzato.

 

Una differenza così drastica di COF tra il nastro testurizzato e il nastro liscio è probabilmente legata alla dimensione dell'area di contatto tra il nastro e la sfera d'acciaio, che porta anche a prestazioni di usura diverse. La FIGURA 3 mostra le tracce di usura dei due nastri al microscopio ottico. L'esame delle tracce di usura è in accordo con l'osservazione dell'evoluzione della COF: La cinghia testurizzata, che mantiene un basso COF di ~0,5, non mostra alcun segno di usura dopo il test di usura con un carico di 10 N. La cinghia liscia mostra una piccola traccia di usura a 10 N. I test di usura eseguiti a 100 N creano tracce di usura sostanzialmente più grandi sia sulla cinghia testurizzata che su quella liscia, e il tasso di usura sarà calcolato utilizzando profili 3D come verrà discusso nel paragrafo successivo.

FIGURA 3:  Tracce di usura al microscopio ottico.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo dimostrato la capacità del tribometro NANOVEA T2000 di valutare il coefficiente di attrito e il tasso di usura delle cinghie in modo ben controllato e quantitativo. La struttura della superficie gioca un ruolo fondamentale nella resistenza all'attrito e all'usura delle cinghie durante il loro funzionamento. Il nastro testurizzato presenta un coefficiente di attrito stabile di ~0,5 e possiede una lunga durata, che si traduce in una riduzione dei tempi e dei costi di riparazione o sostituzione degli utensili. In confronto, l'attrito eccessivo del nastro liscio contro la sfera d'acciaio consuma rapidamente il nastro. Inoltre, il carico sul nastro è un fattore fondamentale per la sua durata. Il sovraccarico crea un attrito molto elevato, che porta a un'usura accelerata del nastro.

Il tribometro NANOVEA T2000 offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.

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Microstruttura dei fossili con la profilometria 3D

MICROSTRUTTURA FOSSILE

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

I fossili sono i resti conservati di tracce di piante, animali e altri organismi sepolti nei sedimenti di antichi mari, laghi e fiumi. I tessuti molli del corpo di solito si decompongono dopo la morte, ma i gusci duri, le ossa e i denti si fossilizzano. Le caratteristiche superficiali della microstruttura sono spesso conservate quando avviene la sostituzione minerale dei gusci e delle ossa originali, il che fornisce una visione dell'evoluzione del tempo e del meccanismo di formazione dei fossili.

IMPORTANZA DI UN PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ESAME DEI FOSSILI

I profili 3D del fossile ci permettono di osservare da vicino le caratteristiche superficiali dettagliate del campione fossile. L'alta risoluzione e la precisione del profilometro NANOVEA potrebbero non essere distinguibili ad occhio nudo. Il software di analisi del profilometro offre un'ampia gamma di studi applicabili a queste superfici uniche. A differenza di altre tecniche come i tastatori, la NANOVEA Profilometro 3D senza contatto misura le caratteristiche della superficie senza toccare il campione. Ciò consente di preservare le vere caratteristiche superficiali di alcuni delicati campioni fossili. Inoltre, il profilometro portatile modello Jr25 consente la misurazione 3D su siti fossili, il che facilita sostanzialmente l'analisi dei fossili e la protezione dopo lo scavo.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il profilometro NANOVEA Jr25 è stato utilizzato per misurare la superficie di due campioni fossili rappresentativi. L'intera superficie di ciascun fossile è stata scansionata e analizzata per caratterizzarne le caratteristiche superficiali, tra cui rugosità, contorno e direzione della texture.

NANOVEA

Jr25

SAPERNE DI PIÙ

FOSSILE DI BRACHIOPODE

Il primo campione fossile presentato in questa relazione è un Brachiopode fossile, proveniente da un animale marino dotato di "valvole" (gusci) dure sulla superficie superiore e inferiore. La loro prima comparsa risale al periodo Cambriano, più di 550 milioni di anni fa.

La vista 3D della scansione è mostrata in FIGURA 1 e la vista in falsi colori è mostrata in FIGURA 2. 

FIGURA 1: Vista 3D del campione fossile di brachiopode.

FIGURA 2: Vista in falsi colori del campione fossile di brachiopode.

La forma complessiva è stata poi rimossa dalla superficie per indagare la morfologia superficiale locale e il contorno del fossile di brachiopode, come mostrato nella FIGURA 3. Sul campione di Brachiopode fossile si può ora osservare una particolare texture di scanalature divergenti.

FIGURA 3: Vista False Color e Vista Linee di contorno dopo la rimozione della forma.

Un profilo di linea viene estratto dall'area testurizzata per mostrare una vista trasversale della superficie fossile in FIGURA 4. Lo studio dell'altezza del gradino misura le dimensioni precise delle caratteristiche della superficie. I solchi hanno una larghezza media di ~0,38 mm e una profondità di ~0,25 mm.

FIGURA 4: Studi sul profilo delle linee e sull'altezza dei gradini della superficie strutturata.

FOSSILE DI STELO DI CRINOIDE

Il secondo campione fossile è un fossile di stelo di crinoide. I crinoidi sono comparsi per la prima volta nei mari del periodo Cambriano medio, circa 300 milioni di anni prima dei dinosauri. 

 

La vista 3D della scansione è mostrata nella FIGURA 5 e la vista in falsi colori è mostrata nella FIGURA 6. 

FIGURA 5: Vista 3D del campione fossile di crinoide.

L'isotropia e la rugosità della texture superficiale del fossile del crinoide sono analizzate nella FIGURA 7. 

 Questo fossile ha una direzione preferenziale della tessitura nell'angolo vicino a 90°, che porta all'isotropia della tessitura di 69%.

FIGURA 6: Vista a falsi colori del Gambo di crinoide campione.

 

FIGURA 7: Isotropia della texture superficiale e rugosità del gambo fossile di Crinoide.

Il profilo 2D lungo la direzione assiale del fossile di crinoide è illustrato nella FIGURA 8. 

La dimensione dei picchi della texture superficiale è abbastanza uniforme.

FIGURA 8: Analisi del profilo 2D del fossile del fusto di crinoide.

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo studiato in modo esaustivo le caratteristiche superficiali 3D di un fossile di Brachiopode e di un Crinoide utilizzando il profilometro portatile senza contatto NANOVEA Jr25. Abbiamo dimostrato che lo strumento è in grado di caratterizzare con precisione la morfologia 3D dei campioni fossili. Le interessanti caratteristiche superficiali e la texture dei campioni vengono poi analizzate ulteriormente. Il campione di brachiopode possiede una struttura a scanalature divergenti, mentre il fossile di stelo di crinoide mostra un'isotropia preferenziale della struttura. Le scansioni 3D dettagliate e precise della superficie si rivelano strumenti ideali per paleontologi e geologi per studiare l'evoluzione della vita e la formazione dei fossili.

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi. I profilometri NANOVEA misurano virtualmente qualsiasi superficie in campi come quello dei semiconduttori, della microelettronica, del solare, delle fibre ottiche, dell'automotive, dell'aerospaziale, della metallurgia, della lavorazione, dei rivestimenti, del farmaceutico, del biomedicale, dell'ambientale e molti altri.

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