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Shot Peened 표면 분석

숏핀 표면 분석

3D 비접촉식 프로파일로미터 사용

작성자

크레이그 레싱

소개

쇼트 피닝은 기판에 구형 금속, 유리 또는 세라믹 비드(일반적으로 "샷"이라고 함)를 표면에 가소성을 유도하기 위한 힘으로 충격을 가하는 공정입니다. 피닝 전후의 특성을 분석하면 프로세스 이해 및 제어를 향상시키는 데 중요한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 샷에 의해 남겨진 딤플의 표면 거칠기와 적용 범위는 특히 주목할 만한 측면입니다.

숏핀 표면 분석을 위한 3D 비접촉 프로파일로미터의 중요성

전통적으로 샷 피닝된 표면 분석에 사용되었던 기존 접촉식 프로파일로미터와 달리 3D 비접촉식 측정은 완전한 3D 이미지를 제공하여 적용 범위와 표면 지형에 대한 보다 포괄적인 이해를 제공합니다. 3D 기능이 없으면 검사는 2D 정보에만 의존하게 되므로 표면 특성화에 충분하지 않습니다. 지형, 적용 범위 및 거칠기를 3D로 이해하는 것이 피닝 공정을 제어하거나 개선하기 위한 최선의 접근 방식입니다. 나노베아의 3D 비접촉 프로파일로미터 가공된 표면과 피닝된 표면에서 발견되는 가파른 각도를 측정하는 고유한 기능을 갖춘 Chromatic Light 기술을 활용합니다. 또한 프로브 접촉, 표면 변화, 각도 또는 반사율로 인해 다른 기술이 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하지 못하는 경우 NANOVEA Profilometer가 성공합니다.

측정 목표

이 응용 분야에서 NANOVEA ST400 비접촉식 프로파일로미터는 비교 검토를 위해 원료와 두 개의 서로 다른 피닝 표면을 측정하는 데 사용됩니다. 3D 표면 스캔 후 자동으로 계산할 수 있는 끝없는 표면 매개변수 목록이 있습니다. 여기에서는 3D 표면을 검토하고 거칠기, 딤플 및 표면적을 정량화하고 조사하는 것을 포함하여 추가 분석을 위해 관심 영역을 선택합니다.

나노베아

ST400

샘플

결과

강철 표면

ISO 25178 3D 조도 매개변수

SA 0.399㎛ 평균 거칠기
Sq 0.516㎛ RMS 거칠기
Sz 5.686μm 최대 피크-밸리
Sp 2.976μm 최대 피크 높이
Sv 2.711μm 최대 피트 깊이
SKU 3.9344 첨도
Ssk -0.0113 기울기
남자 이름 0.0028mm 자동 상관 길이
Str 0.0613 텍스처 종횡비
스다르 26.539mm² 표면적
Svk 0.589㎛ 감소된 계곡 깊이
 

결과

피닝된 표면 1

표면 커버리지
98.105%

ISO 25178 3D 조도 매개변수

Sa 4.102㎛ 평균 거칠기
Sq 5.153㎛ RMS 거칠기
Sz 44.975μm 최대 피크-밸리
Sp 24.332㎛ 최대 피크 높이
Sv 20.644μm 최대 피트 깊이
SKU 3.0187 첨도
Ssk 0.0625 기울기
남자 이름 0.0976mm 자동 상관 길이
Str 0.9278 텍스처 종횡비
스다르 29.451mm² 표면적
Svk 5.008μm 감소된 계곡 깊이

결과

피닝된 표면 2

표면 커버리지 97.366%

ISO 25178 3D 조도 매개변수

Sa 4.330㎛ 평균 거칠기
Sq 5.455㎛ RMS 거칠기
Sz 54.013㎛ 최대 피크-밸리
Sp 25.908μm 최대 피크 높이
Sv 28.105μm 최대 피트 깊이
SKU 3.0642 첨도
Ssk 0.1108 기울기
남자 이름 0.1034mm 자동 상관 길이
Str 0.9733 텍스처 종횡비
스다르 29.623mm² 표면적
Svk 5.167μm 감소된 계곡 깊이

결론

이 숏 피닝 표면 분석 애플리케이션에서 우리는 NANOVEA ST400 3D 비접촉식 프로파일러가 피닝 표면의 지형과 나노미터 세부 사항을 모두 정확하게 특성화하는 방법을 시연했습니다. 표면 1과 표면 2 모두 원료와 비교할 때 여기에 보고된 모든 매개변수에 상당한 영향을 미친다는 것이 분명합니다. 이미지를 간단하게 육안으로 검사하면 표면 간의 차이를 알 수 있습니다. 이는 커버리지 영역과 나열된 매개변수를 관찰하여 추가로 확인됩니다. 표면 2와 비교하여 표면 1은 더 낮은 평균 거칠기(Sa), 더 얕은 찌그러짐(Sv) 및 감소된 표면적(Sdar)을 나타내지만 커버리지 영역은 약간 더 높습니다.

이러한 3D 표면 측정에서 관심 영역을 쉽게 식별하고 거칠기, 마감, 질감, 모양, 지형, 편평도, 뒤틀림, 평면도, 부피, 계단 높이 등을 포함한 포괄적인 측정을 수행할 수 있습니다. 자세한 분석을 위해 2D 단면을 빠르게 선택할 수 있습니다. 이 정보를 통해 표면 측정 리소스의 전체 범위를 활용하여 피닝된 표면을 포괄적으로 조사할 수 있습니다. 통합 AFM 모듈을 사용하여 특정 관심 영역을 추가로 검사할 수 있습니다. NANOVEA 3D 프로파일로미터는 최대 200mm/s의 속도를 제공합니다. 크기, 속도, 스캔 기능 측면에서 사용자 정의할 수 있으며 클래스 1 클린룸 표준도 준수할 수 있습니다. 인라인 또는 온라인 사용을 위한 인덱싱 컨베이어 및 통합과 같은 옵션도 사용할 수 있습니다.

이 노트에 표시된 샘플을 제공한 IMF의 Mr. Hayden에게 특별한 감사를 드립니다. 산업용 금속 마감(주) | indmetfin.com

페인트 표면 모폴로지

페인트 표면 형태

자동화된 실시간 진화 모니터링
NANOVEA 3D 프로필로미터 사용하기

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

페인트의 보호 및 장식 특성은 자동차, 해양, 군사 및 건설을 포함한 다양한 산업에서 중요한 역할을 합니다. 내부식성, UV 보호 및 내마모성과 같은 원하는 특성을 달성하기 위해 페인트 공식 및 구조를 신중하게 분석, 수정 및 최적화합니다.

건조 페인트 표면 형태 분석을 위한 3D 비접촉 프로파일로미터의 중요성

페인트는 일반적으로 액체 형태로 적용되며 건조 과정을 거치는데, 여기에는 용매가 증발하고 액체 페인트가 고체 필름으로 변형됩니다. 건조 과정에서 페인트 표면은 모양과 질감이 점진적으로 바뀝니다. 첨가제를 사용하여 페인트의 표면 장력 및 유동 특성을 수정함으로써 다양한 표면 마감 및 질감을 개발할 수 있습니다. 그러나 잘못 공식화된 페인트 레시피 또는 부적절한 표면 처리의 경우 원하지 않는 페인트 표면 손상이 발생할 수 있습니다.

건조 기간 동안 페인트 표면 형태를 정확하게 현장에서 모니터링하면 건조 메커니즘에 대한 직접적인 통찰력을 얻을 수 있습니다. 또한, 표면 형태의 실시간 변화는 3D 프린팅과 같은 다양한 응용 분야에서 매우 유용한 정보입니다. 나노베아 3D 비접촉 프로파일로미터 샘플을 건드리지 않고 재료의 페인트 표면 형태를 측정하여 슬라이딩 스타일러스와 같은 접촉 기술로 인해 발생할 수 있는 모양 변경을 방지합니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 고속 라인 광학 센서가 장착된 NANOVEA ST500 비접촉 프로파일로미터를 사용하여 1시간 건조 기간 동안 페인트 표면 형태를 모니터링합니다. 우리는 지속적인 형상 변화로 재료의 자동화된 실시간 3D 프로파일 측정을 제공하는 NANOVEA 비접촉 프로파일로미터의 기능을 선보입니다.

나노베아

ST500

결과 및 토론

금속 시트의 표면에 페인트를 도포한 후 고속 라인 센서가 장착된 NANOVEA ST500 비접촉 프로파일로미터를 사용하여 현장에서 즉시 건조 페인트의 형태 변화를 자동 측정했습니다. 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60분의 특정 시간 간격으로 3D 표면 형태를 자동으로 측정하고 기록하도록 매크로가 프로그래밍되었습니다. 이 자동 스캔 절차를 통해 사용자는 설정된 절차를 순차적으로 실행하여 스캔 작업을 자동으로 수행할 수 있으므로 수동 테스트 또는 반복 스캔에 비해 노력, 시간 및 발생할 수 있는 사용자 오류를 크게 줄일 수 있습니다. 이 자동화는 서로 다른 시간 간격으로 여러 번 스캔하는 장기 측정에 매우 유용합니다.

광학 라인 센서는 그림 1과 같이 192개의 포인트로 구성된 밝은 라인을 생성합니다. 이 192개의 광점은 샘플 표면을 동시에 스캔하여 스캔 속도를 크게 향상시킵니다. 이렇게 하면 각 3D 스캔이 신속하게 완료되어 각 개별 스캔 중에 상당한 표면 변화를 방지할 수 있습니다.

그림 1: 건조 중인 페인트의 표면을 스캔하는 광학 라인 센서.

대표적인 시간에 건조 페인트 토포그래피의 가색 보기, 3D 보기 및 2D 프로파일이 각각 그림 2, 그림 3 및 그림 4에 표시됩니다. 이미지의 가색은 쉽게 식별할 수 없는 기능을 쉽게 감지할 수 있도록 합니다. 서로 다른 색상은 샘플 표면의 서로 다른 영역에서 높이 변화를 나타냅니다. 3D 보기는 사용자가 다양한 각도에서 페인트 표면을 관찰할 수 있는 이상적인 도구를 제공합니다. 테스트의 처음 30분 동안, 페인트 표면의 가색은 따뜻한 톤에서 차가운 톤으로 점차 바뀌어 이 기간 동안 높이가 점진적으로 감소함을 나타냅니다. 30분과 60분에 페인트를 비교할 때 온화한 색상 변화로 알 수 있듯이 이 프로세스가 느려집니다.

페인트 건조 시간의 함수로서 평균 샘플 높이 및 거칠기 Sa 값이 그림 5에 표시되어 있습니다. 0분, 30분 및 60분 건조 시간 후 페인트의 전체 거칠기 분석이 표 1에 나열되어 있습니다. 다음을 관찰할 수 있습니다. 페인트 표면의 평균 높이는 건조 시간의 처음 30분 동안 471에서 329μm로 급격히 감소합니다. 표면 질감은 용매가 증발함과 동시에 발생하여 조도 Sa 값이 7.19에서 22.6μm로 증가합니다. 그 후 페인트 건조 공정이 느려져 샘플 높이와 Sa 값이 60분에 각각 317μm 및 19.6μm로 점진적으로 감소합니다.

이 연구는 건조 페인트의 3D 표면 변화를 실시간으로 모니터링하는 NANOVEA 3D 비접촉 프로파일로미터의 기능을 강조하여 페인트 건조 프로세스에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 프로파일로미터는 샘플을 건드리지 않고 표면 형태를 측정함으로써 슬라이딩 스타일러스와 같은 접촉 기술에서 발생할 수 있는 건조되지 않은 페인트의 모양 변경을 방지합니다. 이 비접촉 방식은 건조 페인트 표면 형태에 대한 정확하고 신뢰할 수 있는 분석을 보장합니다.

그림 2: 다른 시간에 건조 페인트 표면 형태의 진화.

그림 3: 다양한 건조 시간에 따른 페인트 표면 변화의 3D 보기.

그림 4: 다양한 건조 시간 후 페인트 샘플에 대한 2D 프로파일.

그림 5: 페인트 건조 시간의 함수로서 평균 샘플 높이 및 거칠기 값 Sa의 변화.

ISO 25178

건조시간(분) 0 5 10 20 30 40 50 60
제곱(µm) 7.91 9.4 10.8 20.9 22.6 20.6 19.9 19.6
SKU 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
시버트(µm) 127 70.2 116 164 168 138 130 128
사이즈(µm) 224 175 224 280 294 256 244 241
사(µm) 4.4 5.44 6.42 12.2 13.3 12.2 11.9 11.8

제곱 – 제곱 평균 제곱근 높이 | SKU – 첨도 | Sp – 최대 피크 높이 | Sv – 최대 구덩이 높이 | Sz – 최대 높이 | Sv – 산술 평균 높이

표 1: 다른 건조 시간에 페인트 거칠기.

결론

이 애플리케이션에서 우리는 NANOVEA ST500 3D 비접촉 프로파일로미터가 건조 공정 중 페인트 표면 형태의 변화를 모니터링하는 기능을 선보였습니다. 샘플 표면을 동시에 스캔하는 192개의 광점이 있는 라인을 생성하는 고속 광학 라인 센서는 타의 추종을 불허하는 정확도를 보장하면서 연구 시간을 효율적으로 만들었습니다.

획득 소프트웨어의 매크로 기능을 사용하면 3D 표면 형태의 자동 측정을 현장에서 프로그래밍할 수 있으므로 특정 대상 시간 간격에서 여러 스캔을 포함하는 장기 측정에 특히 유용합니다. 시간, 노력 및 사용자 오류 가능성을 크게 줄입니다. 표면 형태의 점진적인 변화는 페인트가 건조됨에 따라 실시간으로 지속적으로 모니터링되고 기록되어 페인트 건조 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.

여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부만을 나타냅니다. NANOVEA 프로파일로미터는 투명, 어둡거나 반사 또는 불투명 여부에 관계없이 거의 모든 표면을 측정할 수 있습니다.

 

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.