Kategoria: Profilometria | Geometria i kształt

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Application Note | Stent Coating Adhesion Testing

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Quantifying Coating Failure and Adhesion Performance on Drug-Eluting Stents

Research & Experimental Testing

Duanjie Li, PhD

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Wstęp

Blood is carried through arteries from the heart to the rest of the body. Any weakening or blockage of these vessels can pose significant health risks and may become life-threatening. A stent is a small mesh tube inserted into the lumen of a blood vessel to treat narrowed or weakened arteries. Stent implantation is now a widely used procedure to support the arterial wall and restore blood flowᶦ.

Metal stent mesh geometry illustrating the structural complexity of vascular implant design.

Why coating adhesion matters in drug-eluting stents

Drug-eluting stents represent a major advancement in stent technology. They incorporate a biodegradable, biocompatible polymer coating that enables controlled drug release at the arterial site, helping to inhibit intimal thickening and reduce the risk of restenosisᶦᶦ.

A critical concern in these systems is the delamination of the polymer coating from the metallic stent substrate. This coating carries the drug-eluting layer, and its adhesion directly impacts device performance and reliability.

To improve coating adhesion, stents are often designed with complex geometries. In this study, the polymer coating is located at the bottom of grooves within the stent mesh. This configuration presents a significant challenge for adhesion measurement.

A reliable method is required to quantitatively evaluate the interfacial strength between the polymer coating and the metal substrate. The small diameter of the stent mesh, comparable to a human hair, combined with its three-dimensional geometry, requires:

ultrafine X-Y positioning accuracy
precise control of applied load
accurate depth measurement during testing

ℹ️ Dowiedz się więcej o nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

Measurement Method

Nano scratch testing is performed using the Tester mechaniczny NANOVEA PB1000, in Nano Scratch Mode, to evaluate the cohesive and adhesive strength of the polymer coating on the metal mesh of stent samples.

Controlled scratch measurements are carried out on stent geometries with dimensions comparable to a human hair, enabling precise evaluation of coating adhesion on complex stent structures.

NANOVEA PB1000 Advanced

Tester mechaniczny

Warunki badania

1. Regular Stent Samples

The stent is fixed on the sample stage, with a support wire inserted inside the stent tube to ensure stability during nano scratch testing. The NANOVEA Mechanical Tester is used to perform nano scratch measurements using the parameters summarized in Table 1, to evaluate the cohesive and adhesive strength of the polymer coating on the metal substrate.

Parameter	Value
Load type	Postępowe
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	Stożkowa
Indenter material (tip)	Diament
Promień końcówki wgłębnika	20 µm
Temperatura	24°C (room)

Tabela 1: Test parameters for nano scratch measurements on regular stent samples

2. Grooved Stent Samples

The SEM image in Fig. 1 shows the cross-section of the stent sample. The stent features a groove with a depth of approximately 30 µm. The polymer coating, with a thickness of 10.8 µm, is located at the bottom of the groove.

Standard 60° conical diamond tips are not sharp enough to reach the bottom of the groove without contacting the sidewalls. Therefore, a sharper 40° conical diamond tip is used in this study (Fig. 2).

Nano scratch measurements are performed using the parameters summarized in Table 2.

Parameter	Value
Load type	Postępowe
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
Szybkość ładowania	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	Diament
Promień końcówki wgłębnika	5 µm

Table 2: Test parameters for nano scratch measurements on grooved stent samples

Fig. 1: SEM cross-section of a grooved stent showing polymer coating located at the bottom of the groove, highlighting the challenge of coating adhesion measurement in recessed geometries.

Fig. 2: Schematic of a 40° conical diamond tip designed for nano scratch testing inside stent grooves, enabling accurate adhesion measurement without sidewall interference.

Wyniki i dyskusja

The stent mesh has a diameter of approximately 100 μm, comparable to a human hair. Precise positioning is therefore critical to ensure the scratch test is performed at the center of the stent mesh. The NANOVEA Mechanical Tester provides X–Y positioning accuracy down to 0.25 μm, enabling accurate test placement under the integrated optical microscope.

1. Regular Stent Samples

Nano scratch testing is performed with a progressively increasing load up to 300 mN. The full scratch track on the stent is shown in Fig. 3a, while failure behavior at different stages is presented in Fig. 3b and 3c.

Two critical loads are identified:

Lc1: the load at which the first visible damage appears on the coating
Lc2: the load at which the coating is fully removed and the substrate is exposed

The evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth is shown in Fig. 4, providing insight into the progression of coating failure during the test.

The first signs of coating damage appear at Lc1 ≈ 14.5 mN. As the applied load increases, the diamond tip progressively penetrates the polymer coating, resulting in a wider and deeper scratch track. During this phase, the COF increases from approximately 0.05 to 0.7.

At Lc2 ≈ 78.1 mN, the coating is fully delaminated from the metal substrate. Beyond this point, as the load continues to increase, both COF and penetration depth remain relatively stable due to the mechanical support of the underlying metal substrate.

(a) Full Scratch Track

(b) Lc1 ≈ 14.5 mN

Fig. 3: Nano scratch track on a stent coating under progressively increasing load, showing (a) full scratch path, (b) initial coating failure at Lc1 ≈ 14.5 mN, and (c) complete coating delamination at Lc2 ≈ 78.1 mN.

Fig. 4: Evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth during nano scratch testing of a stent coating under progressively increasing load, showing the progression of coating failure and transition to substrate support.

Failures during nano scratch testing up to a maximum load of 300 mN occur at critical loads below 100 mN. To enable a more quantitative comparison of coating performance, additional tests are performed with a maximum load of 100 mN on two stent samples, referred to as Sample 1 and Sample 2.

Fig. 5 compares the scratch tracks of Sample 1 and Sample 2 after nano scratch testing. Sample 1 exhibits the first sign of coating damage at a critical load of Lc1 ≈ 13.2 mN, while Sample 2 shows initial failure at a higher load of Lc1 ≈ 21.1 mN.

Coating delamination occurs at 62.5 mN for Sample 1. In contrast, the coating on Sample 2 remains intact throughout the test, continuing to protect the metal substrate under the same loading conditions.

This behavior is further reflected in the evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth, as shown in Fig. 6. When the diamond tip penetrates through the coating and contacts the metal substrate in Sample 1, the COF reaches a peak while the penetration depth decreases due to the increased stiffness of the underlying substrate.

(a) Sample 1 – Early Coating Failure

(b) Sample 2 – Improved Coating Integrity

Fig. 5: Comparison of nano scratch tracks for two stent coatings, showing (a) early coating failure and delamination in Sample 1, and (b) improved coating integrity in Sample 2 under the same loading conditions.

Fig. 6: Comparison of coefficient of friction (COF) and penetration depth for Sample 1 and Sample 2 during nano scratch testing, showing earlier substrate contact and higher friction response in Sample 1, indicating weaker coating adhesion.

2. Grooved Stent Samples

As shown in Fig. 1 and Fig. 7, the grooved stent mesh has a diameter of approximately 90 μm, comparable to a human hair. The groove has a width of ~50 μm and a depth of 30 μm. This geometry presents a significant challenge for nano scratch testing, particularly for evaluating coating adhesion at the bottom of the groove.

Precise positioning is critical to locate the scratch test within the groove. The nano scratch test is performed with a progressively increasing load up to 300 mN. The full scratch tracks of grooved stent Samples 3 and 4 are compared in Fig. 7.

The critical load Lc is defined as the load at which the coating fails and the substrate becomes exposed. The evolution of normal load and penetration depth, shown in Fig. 8, provides further insight into the progression of coating failure during testing.

As the applied load increases, the diamond tip progressively penetrates the polymer coating, resulting in a deeper scratch track. When the critical load Lc is reached, the coating delaminates from the metal substrate.

Sample 3 exhibits coating failure at Lc ≈ 126 mN, while Sample 4 fails at a higher load of Lc ≈ 173 mN. This difference indicates stronger adhesion of the coating in Sample 4.

The measured critical loads enable quantitative comparison of coating adhesion performance. Under the same testing conditions, the coating on Sample 4 demonstrates higher resistance to delamination, making it the better-performing candidate in this study.

(d) Sample 4 – Higher Adhesion in Groove (Lc ≈ 173 mN)

Fig. 7: Nano scratch tracks inside stent grooves for Samples 3 and 4, showing (c) coating failure at Lc ≈ 126 mN in Sample 3 and (d) higher adhesion with delayed failure at Lc ≈ 173 mN in Sample 4.

(a) Sample 3 – Earlier Coating Failure (Lc ≈ 126 mN)

(b) Sample 4 – Delayed Failure and Higher Adhesion (Lc ≈ 173 mN)

Fig. 8: Evolution of normal load and penetration depth during nano scratch testing inside stent grooves for Samples 3 and 4, showing earlier coating failure in Sample 3 and delayed failure at higher load in Sample 4. The vertical green line indicates the critical load (Lc) where coating delamination occurs.

Wniosek

This study demonstrates the ability of the NANOVEA Mechanical Tester to quantitatively evaluate the cohesive and adhesive strength of polymer coatings on both regular and grooved stent geometries using nano scratch testing.

The recessed geometry of the stent grooves, approximately 50 μm wide and 30 μm deep, presents a significant challenge for coating adhesion measurement. The high X–Y positioning accuracy of 0.25 μm enables precise placement of the scratch test within these confined regions, allowing direct evaluation of coating performance where failure is most critical.

By applying a controlled, progressively increasing load, critical loads associated with coating failure can be identified and compared across samples. This approach enables reliable differentiation of coating adhesion performance and interfacial integrity, even on small, complex stent structures.

Referencje

[I] http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/stents
[II] http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-99402006000300008

Frequently Asked Questions About Stent Coating Adhesion Testing

What is stent coating adhesion testing?

Stent coating adhesion testing evaluates how strongly a polymer coating is bonded to the metal substrate of a stent. Techniques such as nano scratch testing quantify the load at which coating damage and delamination occur, providing measurable indicators of adhesion strength.

What is critical load (Lc) in nano scratch testing?

Critical load (Lc) is the applied load at which a coating fails during a scratch test.

Lc1 corresponds to the first visible damage in the coating
Lc2 indicates complete coating removal and exposure of the substrate

These values are used to quantify and compare coating adhesion performance.

Why is coating adhesion important in drug-eluting stents?

Coating adhesion directly affects the reliability of drug-eluting stents. Poor adhesion can lead to coating delamination, which may compromise controlled drug release and increase the risk of device failure.

How do you measure coating adhesion inside stent grooves?

Measuring adhesion inside stent grooves requires high positioning accuracy and appropriate indenter geometry. Nano scratch testing with sharp diamond tips allows access to recessed coating regions, enabling direct evaluation of adhesion within complex stent geometries.

What does coefficient of friction (COF) indicate in scratch testing?

The coefficient of friction (COF) reflects changes in surface interaction during the scratch test. A sudden increase in COF often indicates coating failure and contact between the indenter and the underlying metal substrate.

How can nano scratch testing compare different coating formulations?

Nano scratch testing enables direct comparison of coatings by measuring critical loads under controlled conditions. Higher critical loads indicate stronger adhesion and improved resistance to delamination, allowing selection of better-performing coating systems.

Need Reliable Stent Coating Adhesion Testing?

Dental Surface Roughness Measurement & 3D Tooth Topography

Application Note | Dental Surface Characterization

Dental Surface Roughness Measurement and Full 3D Tooth Topography

Surface Roughness Analysis Using Non-Contact Optical Profilometry

Przygotowane przez

Walter Alabiso, PhD; Davide Morrone, MPhys; Andrew Shore, MA

Wstęp

The ability to accurately characterize tooth surfaces, including micro-roughness and 3D surface topography at the nanometer scale, enables advanced research and applications in orthodontics and dental materials science. Non-contact optical profilometry provides a precise method for measuring dental surface roughness and analyzing tooth surface morphology without damaging delicate structures. These measurements support the development of composite dental materials that replicate the natural surface roughness of enamel, as well as the design and fabrication of patient-specific dental casts and restorative components.

Low surface roughness plays a primary role in limiting bacterial adhesion and plaque formation, thereby reducing the risk of cavities. An increase in average roughness (Ra) above 2 µm leads to a steep increase in biofilm formation in vivo.¹ An Ra of 0.2 µm is considered the threshold value below which no further reduction in bacterial adhesion can be expected.²

Reconstruction of the tooth’s 3D surface topography enables the fabrication of dental casts, which are essential for accurate diagnosis, treatment planning, and the fabrication of dental appliances.

Non-Contact Optical Profilometry for Dental Surface Analysis

The present study illustrates the potential of NANOVEA’s high-precision non-contact optical profilometers for dental surface roughness measurement and 3D tooth topography analysis. Chromatic Light technology offers significant advantages over classical touch probe techniques. It acquires data points from deep crevices and complex geometries without introducing measurement errors or artifacts caused by local plastic deformation and without requiring extensive data manipulation.

Compared to focus variation systems, single-point optical sensing provides superior lateral and height accuracy, with X/Y resolution below 0.5 µm, maximum vertical resolution of 1.9 nm, and the ability to measure surface angles up to 87°. The technique is effective on transparent, opaque, specular, diffusive, polished, and rough dental surfaces, making it well suited for comprehensive dental surface characterization.

ℹ️ Dowiedz się więcej o non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

W tej aplikacji NANOVEA JR25 Non-Contact Optical Profiler was used to analyze the surface roughness and 3D surface topography of an adult human molar previously affected by tooth decay. The side of the tooth was scanned using a PS2–MG140 single-point optical sensor to measure surface roughness parameters over a defined region of interest and along multiple line profiles.

The crown of the tooth was then scanned and reconstructed using a PS5–MG35 single-point optical sensor, which is suited for larger-area acquisition and full 3D tooth topography measurement.

NANOVEA JR25 Portable
Profilometr optyczny

Surface Measurement Using NANOVEA Optical Profilometer

Surface roughness measurements were performed on the lateral side of the molar crown, followed by full 3D reconstruction of the crown surface. Separate single-point optical sensors were used to optimize measurement accuracy for both localized roughness analysis and large-area surface topography acquisition.

PS2 – MG140

Surface roughness analysis by area and parallel line profiles on the side of the tooth’s crown.

PS5 – MG35

Full 3D surface reconstruction of the tooth’s crown.

Parametry pomiarowe

The following measurement parameters were used for localized surface roughness analysis and full 3D surface reconstruction of the molar crown using NANOVEA single-point optical sensors.

Parameter	Roughness Analysis (Area)	Roughness Analysis (Profiles)	Full 3D Reconstruction
Optical Pen	PS2-MG140	PS2-MG140	PS5-MG35
Z-Range [µm]	300	300	10000
X-Distance [mm]	2.00	3.00	7.50
X-Step Size [µm]	1.70	1.70	10.00
Y-Distance [mm]	2.00	1.00	7.00
Y-Step Size [µm]	1.70	100.00	10.00
Average (Avg)	1	1	1
Measurement Type	Direct	Direct	Direct
Acquisition Mode	Single Frequency	Single Frequency	Double Frequency
Acquisition Rate [Hz]	200	200	100–400
Light Intensity [%]	100	100	100

Optical Profilometry Results

Surface Roughness Analysis (Area)

The PS2 single-point optical sensor was used to investigate fine surface features on the side of the tooth. The image below shows a false-color 2D surface map of the scanned region obtained by non-contact optical profilometry.

A least-squares degree-8 polynomial form removal was applied to isolate the surface roughness component. The roughness filters S-Gaussian 2.5 µm and L-Gaussian 0.8 mm were then applied according to ISO 25178. The resulting filtered surface and corresponding roughness parameters are presented below.

ISO 25178 – Roughness (S-L)
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
F: [Workflow] Form removed (LS-poly 8)
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Height Parameters
Sq	2.433	µm	Średnia kwadratowa wysokości
Ssk	-0.102		Skośność
Sku	3.715		Kurtoza
Sp	18.861	µm	Maksymalna wysokość piku
Sv	16.553	µm	Maximum pit depth
Sz	35.414	µm	Maksymalna wysokość
Sa	1.888	µm	Średnia arytmetyczna wzrostu

The average surface roughness Sa is 1.888 µm, while the peak-to-valley height Sz reaches 35.414 µm.

A 3D surface rendering of the filtered area is shown below for visualization.

Roughness Analysis (Profiles)

Surface roughness profiles were measured using a series of 11 parallel line scans along the X direction on the side of the tooth. The false-color 2D surface map of the raw scan is shown below.

The surface form was removed using a least-squares 8-degree polynomial prior to applying the metrological filters, leaving the residual surface shown below.

A statistical analysis of the measured surface roughness profiles reveals the following line roughness parameters.

		Description	Mean	Std dev	Min	Max
ISO 4287 – Roughness (S-L)
F: Nic
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Evaluation length: All λc (3)
Amplitude Parameters – Roughness Profile
Rp	µm	Maximum peak height of the roughness profile	5.683	0.761	4.315	6.610
Rv	µm	Maximum valley depth of the roughness profile	6.242	1.009	4.701	8.438
Rz	µm	Maximum height of roughness profile	11.925	1.676	9.123	15.048
Ra	µm	Arithmetic mean deviation of the roughness profile	2.063	0.297	1.710	2.629
Rq	µm	Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile	2.523	0.361	2.057	3.175

F: Nic

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

The value of Ra is consistent with the Sa value extracted from the surface area measurement.

Different metrological filters can be applied to distinguish between macroscopic waviness and microscopic surface roughness. For example, a coarser filter cut-off, such as the 8 mm cut-off used with the Robust Gaussian order-2 filter, produces a smoother waviness profile (red) that is less sensitive to sharp local variations and follows the original surface profile more loosely.

Alternatively, a finer cut-off (e.g., 0.08 mm) enables the analysis of micro-roughness by removing the waviness component that follows the original profile at a larger scale, leaving the finer surface roughness features of the tooth visible.

The microroughness analysis obtained using a 0.08 mm L-Gaussian filter is presented below.

		Description	Mean	Std dev	Min	Max
ISO 4287 – Roughness (S-L)
F: Nic
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
L-filter (λc): Gaussian, 0.08 mm
Evaluation length: All λc (37)
Amplitude Parameters – Roughness Profile
Rp	µm	Maximum peak height of the roughness profile	1.582	0.122	1.342	1.748
Rv	µm	Maximum valley depth of the roughness profile	1.466	0.119	1.254	1.661
Rz	µm	Maximum height of roughness profile	3.049	0.196	2.820	3.409
Ra	µm	Arithmetic mean deviation of the roughness profile	0.495	0.047	0.423	0.597
Rq	µm	Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile	0.643	0.056	0.562	0.762

F: Nic

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

Full 3D Tooth Surface Topography Reconstruction

The extended Z-scan range of the PS5 optical sensor enables high-fidelity scanning of the entire tooth crown surface. The resulting 3D surface topography is shown below.

2D VIEW: 2D surface map of the tooth crown measured with optical profilometry

3D VIEW: High-fidelity 3D rendering of the molar crown surface obtained with optical profilometry

Wniosek

In this application, the NANOVEA JR25 Non-Contact Optical Profiler was used to measure the surface roughness and 3D surface topography of an adult human molar.

Both the area scan and the line profile analysis revealed a roughness Rq of approximately 2.5 µm and an Ra of about 1.9–2.0 µm. These values are consistent with results reported in the literature.³ The use of a narrower L-Gaussian filter with an 80 µm cut-off enabled further investigation of micro-roughness, revealing an Rq of 0.643 µm and an Ra of 0.495 µm.

The full 3D surface topography of the molar crown was reconstructed with high fidelity. The high measurement resolution allows detection of fine surface features and crevices. The resulting surface data can be easily processed and exported as STL files, enabling the design and fabrication of customized dental devices and restorative components.

Referencje

[1] Shin, B.W., et al. Surface Roughness of Prefabricated Pediatric Zirconia Crowns Following Simulated Toothbrushing. Pediatric Dentistry 44.5 (2022): 363–367.
[2] Bollen, C.M.L., Paul Lambrechts, and Marc Quirynen. Comparison of surface roughness of oral hard materials to the threshold surface roughness for bacterial plaque retention: A review of the literature. Dental Materials 13.4 (1997): 258–269.
[3] Suputtamongkol, K., et al. Surface roughness resulting from wear of lithia-disilicate-based posterior crowns. Wear 269.3–4 (2010): 317–322.

Frequently Asked Questions About Dental Surface Roughness Measurement

What is dental surface roughness measurement?

Dental surface roughness measurement quantifies the microscopic texture of tooth surfaces using parameters such as Ra, Rq, and Sa. Optical profilometers measure these features without contacting the surface, allowing accurate analysis of enamel, restorative materials, and dental crowns.

Why use optical profilometry to measure tooth roughness?

Optical profilometry provides non-contact surface measurement with nanometer-scale vertical resolution. It captures 2D surface maps and full 3D surface topography of dental structures without damaging soft or polished surfaces.

What roughness parameters are used for dental surface analysis?

Common roughness parameters include Ra (arithmetic mean roughness), Rq (root mean square roughness), Sa (areal roughness), and Sz (maximum surface height). These parameters help evaluate enamel wear, plaque adhesion risk, and the performance of restorative materials.

Why is surface roughness important in dentistry?

Surface roughness affects plaque retention, wear resistance, and the long-term performance of dental restorations. Controlling micro-roughness can reduce bacterial adhesion and improve the durability of dental materials.

Need Reliable Surface Roughness Measurement for Dental Materials?

Kontrola powierzchni spoin przy użyciu przenośnego profilometru 3D

Kontrola powierzchni WELd

przy użyciu przenośnego profilometru 3d

Przygotowane przez

CRAIG LEISING

WPROWADZENIE

Może się zdarzyć, że konkretny spaw, zwykle wykonywany przez kontrolę wzrokową, będzie badany z najwyższą precyzją. Szczególne obszary zainteresowania precyzyjnej analizy obejmują pęknięcia powierzchniowe, porowatość i niewypełnione kratery, niezależnie od dalszych procedur kontroli. Właściwości spoiny takie jak wymiar/kształt, objętość, chropowatość, rozmiar itp. mogą być mierzone w celu krytycznej oceny.

ZNACZENIE PROFILOMETRU BEZKONTAKTOWEGO 3D W KONTROLI POWIERZCHNI SPOIN

W przeciwieństwie do innych technik, takich jak sondy dotykowe czy interferometria, NANOVEA Bezkontaktowy profilometr 3D, wykorzystując chromatyzm osiowy, może mierzyć prawie każdą powierzchnię, rozmiary próbek mogą się znacznie różnić ze względu na otwartą inscenizację i nie ma potrzeby przygotowywania próbki. Zakres od nano do makro jest uzyskiwany podczas pomiaru profilu powierzchni przy zerowym wpływie odbicia lub absorpcji próbki, ma zaawansowaną zdolność pomiaru dużych kątów powierzchni i nie wymaga manipulacji wynikami za pomocą oprogramowania. Z łatwością mierz dowolny materiał: przezroczysty, nieprzezroczysty, lustrzany, dyfuzyjny, polerowany, szorstki itp. Możliwości 2D i 2D przenośnych profilometrów NANOVEA czynią je idealnymi przyrządami do pełnej kontroli powierzchni spoin zarówno w laboratorium, jak i w terenie.

CEL POMIARU

W tej aplikacji, przenośny profiler NANOVEA JR25 jest używany do pomiaru chropowatości powierzchni, kształtu i objętości spoiny, jak również otaczającego ją obszaru. Informacje te mogą dostarczyć krytycznych danych do prawidłowego zbadania jakości spoiny i procesu spawania.

NANOVEA

JR25

WYNIKI BADAŃ

Poniższy obraz przedstawia pełny widok 3D spoiny i otoczenia wraz z parametrami powierzchniowymi tylko spoiny. Profil przekroju 2D jest pokazany poniżej.

próbka

Po usunięciu powyższego profilu przekroju 2D z 3D, informacje wymiarowe spoiny są obliczane poniżej. Pole powierzchni i objętość materiału obliczone tylko dla spoiny poniżej.

	HOLE	PEAK
SURFACE	1,01 mm²	14,0 mm²
VOLUME	8.799e-5 mm³	23,27 mm³
MAKSYMALNA GŁĘBOKOŚĆ/WYSOKOŚĆ	0,0276 mm	0,6195 mm
ŚREDNIA GŁĘBOKOŚĆ/WYSOKOŚĆ	0,004024 mm	0,2298 mm

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak bezkontaktowy profiler NANOVEA 3D może precyzyjnie scharakteryzować krytyczne cechy spoiny i otaczającej ją powierzchni. Na podstawie chropowatości, wymiarów i objętości, można określić i dalej badać ilościową metodę jakości i powtarzalności. Próbki spoin, takie jak przykład w tej aplikacji, mogą być łatwo analizowane za pomocą standardowego lub przenośnego Profiler'a NANOVEA, w celu przeprowadzenia badań w zakładzie lub w terenie.

Masz podobną aplikację?

Analiza fraktografii z wykorzystaniem profilometrii 3D

ANALIZA FRAKTOGRAFICZNA

STOSOWANIE PROFILOMETRII 3D

Przygotowane przez

CRAIG LEISING

WPROWADZENIE

Fraktografia to badanie cech pękniętych powierzchni, które w przeszłości było badane za pomocą mikroskopu lub SEM. W zależności od wielkości cechy do analizy powierzchni wybiera się mikroskop (cechy makro) lub SEM (cechy nano i mikro). Obydwa ostatecznie pozwalają na identyfikację rodzaju mechanizmu pękania. Chociaż mikroskop jest skuteczny, ma wyraźne ograniczenia, a SEM w większości przypadków, z wyjątkiem analizy na poziomie atomowym, jest niepraktyczny do pomiaru powierzchni pęknięć i nie ma szerszych możliwości wykorzystania. Dzięki postępowi w technologii pomiarów optycznych, NANOVEA Bezkontaktowy profilometr 3D jest obecnie uważany za instrument z wyboru, umożliwiający pomiary powierzchni w skali nano w makroskali 2D i 3D

ZNACZENIE PROFILOMETRU BEZKONTAKTOWEGO 3D W KONTROLI PĘKNIĘĆ

W przeciwieństwie do SEM, bezkontaktowy profilometr 3D może mierzyć prawie każdą powierzchnię, wielkość próbki, przy minimalnym przygotowaniu próbki, oferując jednocześnie lepsze wymiary pionowe/poziome niż SEM. Dzięki profilometrowi, cechy w zakresie od nano do makro są rejestrowane w jednym pomiarze, bez wpływu odbicia próbki. Łatwo mierzyć dowolny materiał: przezroczysty, nieprzezroczysty, spekularny, dyfuzyjny, polerowany, chropowaty, itp. Profilometr bezdotykowy 3D zapewnia szerokie i przyjazne dla użytkownika możliwości maksymalizacji badań nad pękaniem powierzchni za ułamek kosztów SEM.

CEL POMIARU

W tej aplikacji, NANOVEA ST400 jest używana do pomiaru spękanej powierzchni próbki stalowej. W tym opracowaniu zaprezentujemy obszar 3D, ekstrakcję profilu 2D oraz mapę kierunkową powierzchni.

NANOVEA

ST400

WYNIKI

POWIERZCHNIA GÓRNA

Tekstura powierzchni 3D Kierunek

Izotropia	51.26%
Pierwszy kierunek	123.2º
Drugi kierunek	116.3º
Trzeci Kierunek	0.1725º

Powierzchnia, Objętość, Chropowatość i wiele innych mogą być automatycznie obliczone z tego wyciągu.

Wydobywanie profili 2D

WYNIKI

POWIERZCHNIA BOCZNA

Tekstura powierzchni 3D Kierunek

Izotropia	15.55%
Pierwszy kierunek	0.1617º
Drugi kierunek	110.5º
Trzeci Kierunek	171.5º

Powierzchnia, Objętość, Chropowatość i wiele innych mogą być automatycznie obliczone z tego wyciągu.

Wydobywanie profili 2D

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak bezkontaktowy profilometr NANOVEA ST400 3D może precyzyjnie scharakteryzować pełną topografię (nano, mikro i makro cechy) spękanej powierzchni. Z obszaru 3D, powierzchnia może być wyraźnie zidentyfikowana, a podobszary lub profile/przekroje mogą być szybko wyodrębnione i przeanalizowane z nieskończoną listą obliczeń powierzchni. Sub-nanometrowe cechy powierzchni mogą być dalej analizowane za pomocą zintegrowanego modułu AFM.

Dodatkowo, NANOVEA wprowadziła do swojej oferty przenośną wersję Profilometru, szczególnie istotną w badaniach terenowych, gdzie powierzchnia szczelin jest nieruchoma. Dzięki tak szerokiej liście możliwości pomiaru powierzchni, analiza powierzchni szczelin nigdy nie była łatwiejsza i wygodniejsza przy użyciu jednego urządzenia.

Masz podobną aplikację?

Zużycie i tarcie pasów polimerowych przy użyciu tribometru

PASY POLIMEROWE

ZUŻYCIE I ROZDRAŻNIENIE PRZY UŻYCIU TRIBOMETRU

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Napęd pasowy przenosi moc i śledzi względny ruch pomiędzy dwoma lub więcej obracającymi się wałami. Jako proste i niedrogie rozwiązanie o minimalnej konserwacji, napędy pasowe są szeroko stosowane w różnych aplikacjach, takich jak piły ręczne, tartaki, młockarnie, dmuchawy silosowe i przenośniki. Napędy pasowe mogą chronić maszyny przed przeciążeniem, jak również tłumić i izolować wibracje.

ZNACZENIE OCENY ZUŻYCIA DLA NAPĘDÓW PASOWYCH

Tarcie i zużycie są nieuniknione w przypadku pasów w maszynach napędzanych pasami. Wystarczające tarcie zapewnia skuteczne przenoszenie mocy bez poślizgu, ale nadmierne tarcie może spowodować szybkie zużycie pasa. Podczas pracy napędu pasowego mają miejsce różne rodzaje zużycia, takie jak zmęczenie, ścieranie i tarcie. W celu wydłużenia okresu eksploatacji pasa oraz zmniejszenia kosztów i czasu naprawy i wymiany pasa, wiarygodna ocena wydajności zużycia pasów jest pożądana w celu poprawy żywotności pasa, wydajności produkcji i wydajności aplikacji. Dokładny pomiar współczynnika tarcia i szybkości zużycia pasa ułatwia badania i rozwój oraz kontrolę jakości produkcji pasów.

CEL POMIARU

W tym badaniu przeprowadziliśmy symulację i porównanie zachowania się pasów o różnych teksturach powierzchni, aby pokazać możliwości NANOVEA Tribometr T2000 w symulacji procesu zużycia pasa w sposób kontrolowany i monitorowany.

NANOVEA

T2000

PROCEDURY BADAWCZE

Współczynnik tarcia, COF, oraz odporność na zużycie dwóch pasów o różnej chropowatości i teksturze powierzchni oceniano za pomocą NANOVEA Wysokie obciążenia Tribometr przy użyciu liniowego modułu zużycia posuwisto-zwrotnego. Jako materiał przeciwny zastosowano kulkę ze stali 440 (średnica 10 mm). Do badania chropowatości powierzchni i śladu zużycia wykorzystano zintegrowane urządzenie Bezkontaktowy profilometr 3D. Stopień zużycia, K, oceniono według wzoru K=Vl(Fxs)gdzie V jest objętością zużytą, F jest obciążeniem normalnym, a s jest odległością przesuwu.

Należy pamiętać, że gładki odpowiednik kuli Steel 440 został użyty jako przykład w tym badaniu, dowolny materiał stały o różnych kształtach i wykończeniu powierzchni może być zastosowany przy użyciu niestandardowych uchwytów, aby zasymulować rzeczywistą sytuację zastosowania.

WYNIKI I DYSKUSJA

Taśma teksturowana i gładka mają chropowatość powierzchni Ra wynoszącą odpowiednio 33,5 i 8,7 um, zgodnie z analizowanymi profilami powierzchni wykonanymi za pomocą sondy NANOVEA Bezkontaktowy profiler optyczny 3D. COF i szybkość zużycia dwóch testowanych pasów zmierzono odpowiednio przy 10 N i 100 N, aby porównać zachowanie się pasów przy różnych obciążeniach.

RYSUNEK 1 Przedstawiono ewolucję współczynnika COF pasów podczas badań zużycia. Pasy o różnej fakturze wykazują zasadniczo różne zachowania podczas zużywania. Interesujące jest to, że po okresie docierania, podczas którego współczynnik COF stopniowo wzrasta, pas teksturowany osiąga niższy współczynnik COF wynoszący ~0,5 w obu testach przeprowadzonych przy obciążeniu 10 N i 100 N. Dla porównania, pas gładki testowany przy obciążeniu 10 N wykazuje znacznie wyższy współczynnik COF wynoszący ~1,4, gdy współczynnik COF staje się stabilny i utrzymuje się powyżej tej wartości przez resztę testu. Gładki pas testowany pod obciążeniem 100 N szybko uległ zużyciu przez stalową kulkę 440 i utworzył duży ślad zużycia. Dlatego też test został zatrzymany na 220 obrotach.

RYSUNEK 1: Ewolucja COF pasów przy różnych obciążeniach.

RYSUNEK 2 porównuje obrazy śladów zużycia 3D po testach przy 100 N. Bezkontaktowy profilometr NANOVEA 3D oferuje narzędzie do analizy szczegółowej morfologii śladów zużycia, zapewniając większy wgląd w fundamentalne zrozumienie mechanizmu zużycia.

TABELA 1: Wynik analizy śladów zużycia.

RYSUNEK 2: Widok 3D obu pasów
po badaniach przy 100 N.

Profil ścieżki zużycia 3D pozwala na bezpośrednie i dokładne określenie objętości ścieżki zużycia obliczonej przez zaawansowane oprogramowanie analityczne, jak pokazano w TABELI 1. W teście zużycia dla 220 obrotów, pas gładki ma znacznie większy i głębszy ślad zużycia o objętości 75,7 mm3, w porównaniu do objętości zużycia 14,0 mm3 dla pasa teksturowanego po teście zużycia dla 600 obrotów. Znacznie wyższe tarcie pasa gładkiego o stalową kulkę prowadzi do 15-krotnie wyższego wskaźnika zużycia w porównaniu z pasem teksturowanym.

Tak drastyczna różnica COF pomiędzy taśmą teksturowaną a gładką jest prawdopodobnie związana z wielkością powierzchni styku pomiędzy taśmą a stalową kulką, co również prowadzi do ich różnej wydajności zużycia. RYSUNEK 3 przedstawia ślady zużycia obu taśm pod mikroskopem optycznym. Badanie śladów zużycia zgadza się z obserwacjami dotyczącymi ewolucji COF: Pas teksturowany, który utrzymuje niski współczynnik COF wynoszący ~0,5, nie wykazuje żadnych oznak zużycia po teście zużycia pod obciążeniem 10 N. Pas gładki wykazuje niewielki ślad zużycia przy 10 N. Testy zużycia przeprowadzone przy 100 N tworzą znacznie większe ślady zużycia zarówno na pasie teksturowanym, jak i gładkim, a szybkość zużycia zostanie obliczona przy użyciu profili 3D, co zostanie omówione w następnym paragrafie.

RYSUNEK 3: Ślady zużycia w mikroskopie optycznym.

PODSUMOWANIE

W niniejszej pracy zaprezentowano możliwości Tribometru NANOVEA T2000 w zakresie oceny współczynnika tarcia i szybkości zużycia pasów w sposób kontrolowany i ilościowy. Tekstura powierzchni odgrywa krytyczną rolę w tarciu i odporności na zużycie pasów podczas ich eksploatacji. Teksturowany pas wykazuje stabilny współczynnik tarcia ~0,5 i posiada długą żywotność, co skutkuje zmniejszeniem czasu i kosztów naprawy lub wymiany narzędzi. Dla porównania, nadmierne tarcie gładkiego pasa o stalową kulkę powoduje szybkie zużycie pasa. Ponadto, obciążenie taśmy jest istotnym czynnikiem wpływającym na jej żywotność. Przeciążenie powoduje bardzo duże tarcie, co prowadzi do przyspieszonego zużycia taśmy.

Tribometr NANOVEA T2000 oferuje precyzyjne i powtarzalne badania zużycia i tarcia z wykorzystaniem trybów obrotowych i liniowych zgodnych z normami ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami zużycia w wysokiej temperaturze, smarowania i trybokorozji dostępnymi w jednym, wstępnie zintegrowanym systemie. NANOVEA'S Niezrównana oferta jest idealnym rozwiązaniem do określenia pełnego zakresu właściwości trybologicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, filmów i podłoży.

Masz podobną aplikację?

Mikrostruktura skamieniałości z wykorzystaniem profilometrii 3D

MIKROSTRUKTURA KOPALNA

STOSOWANIE PROFILOMETRII 3D

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Skamieniałości to zachowane szczątki śladów roślin, zwierząt i innych organizmów pogrzebanych w osadach pod dawnymi morzami, jeziorami i rzekami. Miękka tkanka ciała zwykle rozkłada się po śmierci, ale twarde skorupy, kości i zęby ulegają skamienieniu. Cechy powierzchni mikrostruktury są często zachowane, gdy następuje wymiana mineralna oryginalnych muszli i kości, co daje wgląd w ewolucję pogody i mechanizm powstawania skamieniałości.

ZNACZENIE PROFILOMETRU BEZKONTAKTOWEGO 3D W BADANIACH SKAMIENIAŁOŚCI

Profile 3D skamieniałości pozwalają nam obserwować szczegółowe cechy powierzchni próbki skamieniałości z bliższego kąta. Wysoka rozdzielczość i dokładność profilometru NANOVEA może nie być widoczna gołym okiem. Oprogramowanie analityczne profilometru oferuje szeroki zakres badań mających zastosowanie do tych unikalnych powierzchni. W przeciwieństwie do innych technik, takich jak sondy dotykowe, NANOVEA Bezkontaktowy profilometr 3D mierzy cechy powierzchni bez dotykania próbki. Pozwala to na zachowanie prawdziwych cech powierzchni niektórych delikatnych próbek skamieniałości. Ponadto przenośny profilometr model Jr25 umożliwia pomiary 3D na stanowiskach kopalnych, co znacznie ułatwia analizę skamieniałości i zabezpieczenie po wykopaliskach.

CEL POMIARU

W tym badaniu, profilometr NANOVEA Jr25 został użyty do pomiaru powierzchni dwóch reprezentatywnych próbek skamieniałości. Cała powierzchnia każdej skamieliny została zeskanowana i przeanalizowana w celu scharakteryzowania cech jej powierzchni, które obejmują chropowatość, kontur i kierunek tekstury.

NANOVEA

Jr25

SKAMIELINA BRACHIOPODA

Pierwszą próbką skamieniałości przedstawioną w tym raporcie jest skamieniałość brachiopoda, pochodząca od zwierzęcia morskiego, które ma twarde "zawory" (muszle) na swojej górnej i dolnej powierzchni. Po raz pierwszy pojawiły się one w okresie kambryjskim, czyli ponad 550 milionów lat temu.

Widok 3D skanu pokazany jest na RYSUNKU 1, a widok False Color na RYSUNKU 2.

RYSUNEK 1: Widok 3D na próbkę skamieniałości brachiopoda.

RYSUNEK 2: False Color View próbki skamieniałości brachiopoda.

Ogólna forma została następnie usunięta z powierzchni w celu zbadania lokalnej morfologii powierzchni i konturu skamieniałości Brachiopoda, jak pokazano na RYSUNKU 3. Na próbce skamieniałości Brachiopoda można teraz zaobserwować osobliwą teksturę rozbieżnych rowków.

RYSUNEK 3: Widok fałszywego koloru i widok linii konturowych po usunięciu formularza.

Profil liniowy jest wyodrębniony z obszaru teksturowanego, aby pokazać widok poprzeczny powierzchni kopalnej na RYS. 4. Badanie Step Height mierzy dokładne wymiary cech powierzchni. Rowki mają średnią szerokość ~0,38 mm i głębokość ~0,25 mm.

RYSUNEK 4: Badania profilu linii i Step Height powierzchni teksturowanej.

SKAMIELINA Z PNIA KRYNOIDU

Druga próbka skamieniałości to skamieniałość macierzysta Crinoidów. Crinoidy po raz pierwszy pojawiły się w morzach okresu środkowego kambru, około 300 milionów lat przed dinozaurami.

Widok 3D skanu pokazany jest na RYSUNKU 5, a widok False Color na RYSUNKU 6.

RYSUNEK 5: Widok 3D próbki skamieniałości z Crinoidów.

Izotropia i chropowatość tekstury powierzchni skamieniałości macierzystej Crinoidów analizowana jest na RYS. 7.

Skamielina ta ma preferencyjny kierunek tekstury w kącie bliskim 90°, co prowadzi do izotropii tekstury 69%.

RYSUNEK 6: False Color View of the Łodyga krynoidu próbka.

RYSUNEK 7: Izotropia tekstury powierzchni i chropowatość skamieniałości macierzystych Crinoidów.

Profil 2D wzdłuż kierunku osiowego skamieniałości macierzystej Crinoida przedstawiono na RYS. 8.

Wielkość pików faktury powierzchniowej jest dość jednolita.

RYSUNEK 8: Analiza profilowa 2D skamieniałości macierzystej Crinoid.

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji, kompleksowo zbadaliśmy cechy powierzchni 3D skamieniałości macierzystych brachiopodów i krynoidów przy użyciu przenośnego profilometru bezkontaktowego NANOVEA Jr25. Pokazaliśmy, że urządzenie może precyzyjnie scharakteryzować morfologię 3D próbek kopalnych. Interesujące cechy powierzchni i tekstura próbek są następnie analizowane. Próbka Brachiopoda posiada rozbieżną teksturę rowków, podczas gdy skamielina z trzonu Crinoida wykazuje preferencyjną izotropię tekstury. Szczegółowe i precyzyjne skany powierzchni 3D okazują się idealnym narzędziem dla paleontologów i geologów do badania ewolucji życia i powstawania skamieniałości.

Przedstawione tu dane stanowią jedynie część obliczeń dostępnych w oprogramowaniu analitycznym. Profilometry NANOVEA mierzą praktycznie każdą powierzchnię w takich dziedzinach jak: półprzewodniki, mikroelektronika, energia słoneczna, światłowody, przemysł samochodowy, lotniczy, metalurgia, obróbka, powłoki, przemysł farmaceutyczny, biomedyczny, ochrona środowiska i wiele innych.

Masz podobną aplikację?

Pomiar granicy powierzchni

Pomiar granicy powierzchni z wykorzystaniem profilometrii 3D

Dowiedz się więcej

POMIAR GRANICY POWIERZCHNI

STOSOWANIE PROFILOMETRII 3D

Przygotowane przez

Craig Leising

WPROWADZENIE

W badaniach, w których interfejs cech powierzchni, wzory, kształty itp. są oceniane pod kątem orientacji, użyteczna będzie szybka identyfikacja obszarów zainteresowania na całym profilu pomiarowym. Poprzez segmentację powierzchni na istotne obszary użytkownik może szybko ocenić granice, szczyty, wżery, obszary, objętości i wiele innych, aby zrozumieć ich funkcjonalną rolę w całym badanym profilu powierzchni. Na przykład, podobnie jak w przypadku obrazowania granic ziaren metali, znaczenie analizy ma interfejs wielu struktur i ich ogólna orientacja. Poprzez zrozumienie każdego obszaru zainteresowania można zidentyfikować wady i nieprawidłowości w obrębie całego obszaru. Chociaż obrazowanie granic ziaren jest zazwyczaj badane w zakresie przekraczającym możliwości profilometru i jest to tylko analiza obrazu 2D, jest to pomocne odniesienie do zilustrowania koncepcji tego, co zostanie przedstawione tutaj w większej skali wraz z zaletami pomiaru powierzchni 3D.

ZNACZENIE PROFILOMETRU BEZKONTAKTOWEGO 3D W BADANIACH SEPARACJI POWIERZCHNI

W odróżnieniu od innych technik, takich jak sondy dotykowe czy interferometria, Bezkontaktowy profilometr 3D, wykorzystując chromatyzm osiowy, może mierzyć prawie każdą powierzchnię, rozmiary próbek mogą się znacznie różnić ze względu na otwartą inscenizację i nie ma potrzeby przygotowywania próbki. Zakres od nano do makro jest uzyskiwany podczas pomiaru profilu powierzchni przy zerowym wpływie odbicia lub absorpcji próbki, ma zaawansowaną zdolność pomiaru dużych kątów powierzchni i nie wymaga manipulacji wynikami za pomocą oprogramowania. Z łatwością zmierz dowolny materiał: przezroczysty, nieprzezroczysty, lustrzany, dyfuzyjny, polerowany, szorstki itp. Technika bezkontaktowego profilometru zapewnia idealne, szerokie i przyjazne dla użytkownika możliwości maksymalizacji badań powierzchni, gdy konieczna będzie analiza granic powierzchni; wraz z korzyściami płynącymi z połączonych możliwości 2D i 3D.

CEL POMIARU

W tej aplikacji profilometr Nanovea ST400 został użyty do pomiaru powierzchni styropianu. Granice zostały ustalone poprzez połączenie pliku intensywności odbicia wraz z topografią, które zostały jednocześnie pozyskane za pomocą NANOVEA ST400. Dane te zostały następnie wykorzystane do obliczenia różnych informacji o kształcie i wielkości każdego styropianowego "ziarna".

NANOVEA

ST400

WYNIKI I DYSKUSJA: Pomiar granicy powierzchni 2D

Obraz topografii (poniżej lewej) zamaskowany przez obraz intensywności odbicia (poniżej prawej) w celu wyraźnego określenia granic ziaren. Wszystkie ziarna o średnicy poniżej 565 µm zostały pominięte przez zastosowanie filtra.

Łączna liczba ziaren: 167
Całkowita projektowana powierzchnia zajmowana przez ziarna: 166,917 mm² (64,5962 %)
Całkowita projektowana powierzchnia zajęta przez granice: (35.4038 %)
Gęstość ziaren: 0,646285 ziaren / mm2

Powierzchnia = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm²
Obwód = 9114,15 µm +/- 4570,38 µm
Średnica równoważna = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Średnia średnica = 945,373 µm +/- 248,344 µm
Min. średnica = 675,898 µm +/- 246,850 µm
Maksymalna średnica = 1312,43 µm +/- 295,258 µm

WYNIKI I DYSKUSJA: Pomiar granicy powierzchni 3D

Wykorzystując uzyskane dane topografii 3D, na każdym ziarnie można analizować objętość, wysokość, szczyt, współczynnik kształtu i ogólne informacje o kształcie. Całkowita zajęta powierzchnia 3D: 2.525mm3

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak profilometr bezkontaktowy NANOVEA 3D może precyzyjnie scharakteryzować powierzchnię styropianu. Informacje statystyczne można uzyskać na całej interesującej nas powierzchni lub na pojedynczych ziarnach, niezależnie od tego, czy są to szczyty czy doły. W tym przykładzie wszystkie ziarna większe od zdefiniowanego przez użytkownika rozmiaru zostały wykorzystane do przedstawienia powierzchni, obwodu, średnicy i wysokości. Przedstawione cechy mogą mieć kluczowe znaczenie dla badań i kontroli jakości naturalnych i wstępnie przygotowanych powierzchni, począwszy od zastosowań biomedycznych do mikroobróbki, jak również wielu innych.

Masz podobną aplikację?

Pomiar głębokości bieżnika opony i chropowatości powierzchni gumy | Profilometr optyczny 3D

POMIAR GŁĘBOKOŚCI BIEŻNIKA OPONY I CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI GUMY przy użyciu profilera optycznego 3D

Przygotowane przez

ANDREA HERRMANN

Chociaż głębokość bieżnika opon jest zazwyczaj mierzona za pomocą ręcznych mierników dla bezpieczeństwa konsumentów, przemysłowe działy badań i rozwoju oraz producenci opon wymagają bardziej zaawansowanych metod. Niniejsza nota aplikacyjna pokazuje, w jaki sposób trójwymiarowy profilometr optyczny zapewnia precyzyjny pomiar głębokości bieżnika opon, mapowanie konturu i analizę chropowatości powierzchni gumy do celów badań wymagających wysokiej dokładności.

WPROWADZENIE

Podobnie jak w przypadku wszystkich materiałów, współczynnik tarcia gumy jest częściowo związany z chropowatością jej powierzchni. W oponach samochodowych zarówno głębokość bieżnika, jak i chropowatość powierzchni mają bezpośredni wpływ na przyczepność, hamowanie i zużycie. W niniejszym badaniu powierzchnia gumy oraz chropowatość i wymiary bieżnika są analizowane za pomocą bezkontaktowej profilometrii 3D.

PRÓBKA

ZNACZENIE BEZKONTAKTOWEJ PROFILOMETRII 3D DLA POMIARU GŁĘBOKOŚCI BIEŻNIKA OPONY

W przeciwieństwie do innych technik, takich jak sondy dotykowe lub interferometria, Bezkontaktowe profilometry optyczne 3D firmy NANOVEA użyj chromatyzmu osiowego do pomiaru prawie każdej powierzchni.

Otwarta konstrukcja systemu Profiler pozwala na badanie próbek o różnych rozmiarach i nie wymaga żadnego przygotowania próbek. Za pomocą jednego skanowania użytkownicy mogą zarejestrować zarówno ogólną głębokość bieżnika opony, jak i mikropoziomową chropowatość powierzchni, bez wpływu współczynnika odbicia lub absorpcji próbki. Ponadto profilery te posiadają zaawansowaną funkcję pomiaru wysokich kątów powierzchni bez konieczności manipulowania wynikami za pomocą oprogramowania.

Ta wszechstronność sprawia, że profilometry NANOVEA idealnie nadają się zarówno do testowania zużycia bieżnika opon, jak i zaawansowanych badań materiałów gumowych.

CEL POMIARU

W tej aplikacji prezentujemy NANOVEA ST400, bezkontaktowy profilometr optyczny 3D mierzący głębokość bieżnika opony, geometrię konturu i chropowatość powierzchni gumy. Do badania wybrano losowo próbkę o powierzchni wystarczającej do reprezentowania całej powierzchni opony. Aby określić ilościowo właściwości gumy, użyliśmy oprogramowania analitycznego NANOVEA Ultra 3D do pomiaru wymiarów rowków, głębokości bieżnika, chropowatości powierzchni oraz powierzchni rzeczywistej w stosunku do powierzchni projektowanej.

NANOVEA ST400 Standard
Optyczny profilometr 3D

ANALIZA: TREAD OPONY

Widok 3D i widok w fałszywych kolorach bieżników pokazują wartość mapowania projektów powierzchni 3D. Dzięki temu inżynierowie mają do dyspozycji proste narzędzie do oceny równomierności głębokości bieżnika, projektu rowków i zużycia pod różnymi kątami. Zaawansowana analiza konturu i analiza wysokości stopnia to niezwykle potężne narzędzia do precyzyjnego pomiaru wymiarów kształtów próbek i projektów.

ZAAWANSOWANA ANALIZA KONTURÓW

ANALIZA WYSOKOŚCI KROKU

ANALIZA: POWIERZCHNIA GUMOWA

Powierzchnię gumy można określić ilościowo na wiele sposobów, korzystając z wbudowanych narzędzi programowych, jak pokazano na poniższych rysunkach. Można zaobserwować, że chropowatość powierzchni wynosi 2,688 μm, a powierzchnia rozwinięta w stosunku do powierzchni rzutowanej wynosi 9,410 mm² w stosunku do 8,997 mm². Wyniki te pokazują, jak chropowatość powierzchni gumy wpływa na przyczepność i osiągi, umożliwiając porównanie różnych receptur gumy lub różnych poziomów zużycia powierzchni.

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak bezkontaktowy profilometr optyczny NANOVEA 3D może precyzyjnie scharakteryzować głębokość bieżnika opony, wymiary konturu i chropowatość powierzchni gumy. Dane wskazują chropowatość powierzchni wynoszącą 2,69 µm i powierzchnię rozwiniętą wynoszącą 9,41 mm² przy powierzchni rzutowanej wynoszącej 9 mm². Zmierzone zostały również różne wymiary i promienie bieżników gumowych. Informacje te mogą być wykorzystane przez producentów opon, badaczy motoryzacyjnych i inżynierów materiałowych do porównywania wzorów bieżników, receptur gumy lub opon o różnym stopniu zużycia. Przedstawione tutaj dane stanowią jedynie część obliczeń dostępnych w oprogramowaniu analitycznym Ultra 3D.

Masz podobną aplikację?

Kontrola części obrabianych

CZĘŚCI MASZYNOWE

kontrola z modelu CAD przy użyciu profilometrii 3D

Autor:

Duanjie Li, PhD

Zmieniony przez

Jocelyn Esparza

WPROWADZENIE

Zapotrzebowanie na precyzyjną obróbkę, zdolną do tworzenia złożonych geometrii, wzrasta w wielu branżach. Począwszy od przemysłu lotniczego, medycznego i samochodowego, po przekładnie techniczne, maszyny i instrumenty muzyczne, ciągłe innowacje i ewolucja sprawiają, że oczekiwania i standardy dokładności wznoszą się na nowe wyżyny. W związku z tym widzimy wzrost zapotrzebowania na rygorystyczne techniki i instrumenty kontroli w celu zapewnienia najwyższej jakości produktów.

Znaczenie profilometrii bezdotykowej 3D dla kontroli części.

Porównanie właściwości obrabianych części z ich modelami CAD jest niezbędne do weryfikacji tolerancji i przestrzegania norm produkcyjnych. Kontrola w okresie eksploatacji jest również kluczowa, ponieważ zużycie części może wymagać ich wymiany. Identyfikacja wszelkich odstępstw od wymaganych specyfikacji w odpowiednim czasie pomoże uniknąć kosztownych napraw, wstrzymania produkcji i utraty reputacji.

W przeciwieństwie do techniki sondy dotykowej, NANOVEA Profilery optyczne wykonujemy skany powierzchni 3D przy zerowym kontakcie, pozwalając na szybkie, precyzyjne i nieniszczące pomiary skomplikowanych kształtów z najwyższą dokładnością.

CEL POMIARU

W tej aplikacji prezentujemy NANOVEA HS2000, bezdotykowy profiler 3D z szybkim czujnikiem, wykonujący kompleksową kontrolę powierzchni w zakresie wymiaru, promienia i chropowatości.

Wszystko w mniej niż 40 sekund.

NANOVEA

HS2000

MODEL CAD

Dokładny pomiar wymiaru i chropowatości powierzchni obrabianej części jest krytyczny, aby upewnić się, że spełnia ona pożądane specyfikacje, tolerancje i wykończenie powierzchni. Poniżej przedstawiono model 3D i rysunek techniczny części przeznaczonej do kontroli.

WIDOK FAŁSZYWEGO KOLORU

Widok fałszywego koloru modelu CAD i zeskanowanej powierzchni części obrabianej porównano na RYSUNKU 3. Zmianę wysokości na powierzchni próbki można zaobserwować poprzez zmianę koloru.

Ze skanu powierzchni 3D wyodrębniane są trzy profile 2D, jak pokazano na RYSUNKU 2, w celu dalszej weryfikacji tolerancji wymiarowej obrabianej części.

PORÓWNANIE PROFILI I WYNIKI

Profile 1 do 3 są pokazane na RYSUNKACH 3 do 5. Ilościowa kontrola tolerancji jest przeprowadzana poprzez porównanie zmierzonego profilu z modelem CAD, aby zachować rygorystyczne standardy produkcyjne. Profile 1 i 2 mierzą promień różnych obszarów na zakrzywionej części obrabianej. Zmiana wysokości profilu 2 wynosi 30 µm na długości 156 mm, co spełnia pożądany wymóg tolerancji ±125 µm.

Ustawiając wartość graniczną tolerancji, oprogramowanie analityczne może automatycznie określić zaliczenie lub niezaliczenie obrabianej części.

Chropowatość i jednorodność powierzchni obrabianej części odgrywa ważną rolę w zapewnieniu jej jakości i funkcjonalności. RYSUNEK 6 to wyodrębniona powierzchnia ze skanu macierzystego obrabianej części, która została wykorzystana do ilościowej oceny wykończenia powierzchni. Średnia chropowatość powierzchni (Sa) została obliczona na 2,31 µm.

PODSUMOWANIE

W tym opracowaniu pokazaliśmy, jak profiler bezdotykowy NANOVEA HS2000 wyposażony w czujnik wysokiej prędkości wykonuje kompleksową kontrolę powierzchni pod względem wymiarów i chropowatości.

Skany o wysokiej rozdzielczości umożliwiają użytkownikom pomiar szczegółowej morfologii i cech powierzchniowych obrabianych części oraz ilościowe porównanie ich z modelami CAD. Urządzenie jest również w stanie wykryć wszelkie defekty, w tym zarysowania i pęknięcia.

Zaawansowana analiza konturów służy jako niezrównane narzędzie nie tylko do określenia, czy obrabiane części spełniają zadane specyfikacje, ale także do oceny mechanizmów awarii zużytych elementów.

Przedstawione dane reprezentują tylko część obliczeń możliwych do wykonania dzięki zaawansowanemu oprogramowaniu analitycznemu, w które wyposażony jest każdy profiler optyczny NANOVEA.

Masz podobną aplikację?

Narzędzia stomatologiczne: Analiza wymiarów i chropowatości powierzchni

WPROWADZENIE

Dokładne wymiary i optymalna chropowatość powierzchni mają kluczowe znaczenie dla funkcjonalności śrub dentystycznych. Wiele wymiarów śrub dentystycznych wymaga dużej precyzji, np. promieni, kątów, odległości i wysokości stopni. Zrozumienie lokalnej chropowatości powierzchni jest również bardzo ważne w przypadku każdego narzędzia medycznego lub części wkładanej do ludzkiego ciała, aby zminimalizować tarcie ślizgowe.

PROFILOMETR BEZKONTAKTOWY DO BADAŃ WYMIAROWYCH

Nanovea Bezkontaktowe profilery 3D użyj technologii opartej na świetle chromatycznym do pomiaru dowolnej powierzchni materiału: przezroczystej, nieprzezroczystej, lustrzanej, dyfuzyjnej, polerowanej lub szorstkiej. W przeciwieństwie do techniki sondy dotykowej, technika bezkontaktowa może mierzyć w ciasnych obszarach i nie powoduje dodawania żadnych wewnętrznych błędów wynikających z odkształcenia spowodowanego naciskiem końcówki na bardziej miękki materiał z tworzywa sztucznego. Technologia chromatycznego światła oparta na świetle zapewnia również doskonałą dokładność boczną i wysokościową w porównaniu z technologią zmiany ostrości. Profilerze Nanovea mogą skanować duże powierzchnie bezpośrednio, bez łączenia i profilować długość części w ciągu kilku sekund. Cechy powierzchni w zakresie od nano do makro i duże kąty powierzchni można mierzyć dzięki możliwości profilera do pomiaru powierzchni bez stosowania skomplikowanych algorytmów manipulujących wynikami.

CEL POMIARU

W tym zastosowaniu profiler optyczny Nanovea ST400 został użyty do pomiaru śruby dentystycznej wzdłuż elementów płaskich i gwintu w jednym pomiarze. Na podstawie powierzchni płaskiej obliczono chropowatość powierzchni oraz określono różne wymiary elementów gwintowanych.

Próbka śruby dentystycznej analizowana przez NANOVEA Profiler optyczny.

Przeanalizowano próbkę śruby dentystycznej.

WYNIKI

Powierzchnia 3D

Widok 3D i widok fałszywych kolorów śruby dentystycznej przedstawia płaski obszar z gwintem rozpoczynającym się po obu stronach. Zapewnia użytkownikom proste narzędzie do bezpośredniej obserwacji morfologii śruby pod różnymi kątami. Z pełnego skanu wyodrębniono płaski obszar w celu pomiaru chropowatości powierzchni.

Analiza powierzchni 2D

Z powierzchni można również wyodrębnić profile liniowe, aby pokazać przekrój poprzeczny śruby. Do pomiaru dokładnych wymiarów w określonym miejscu śruby wykorzystano analizę konturu i badania wysokości stopnia.

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji zaprezentowaliśmy zdolność Bezkontaktowego Profilera 3D Nanovea do precyzyjnego obliczania lokalnej chropowatości powierzchni i pomiaru cech wielkowymiarowych w jednym skanie.

Dane pokazują lokalną chropowatość powierzchni wynoszącą 0,9637 µm. Stwierdzono, że promień śruby pomiędzy gwintami wynosi 1,729 mm, a średnia wysokość gwintów wynosi 0,413 mm. Stwierdzono, że średni kąt pomiędzy nitkami wynosi 61,3°.

Przedstawione dane stanowią jedynie część obliczeń dostępnych w oprogramowaniu analitycznym.

Przygotowane przez
Duanjie Li, dr Jonathan Thomas i Pierre Leroux

Strona 1 z 212

Produkty

Profilometry

PS50 - Advanced Compact

JR25 - Portable Compact

JR100 - Portable High Speed

ST400 - Modular Standard

ST500 - Modular Large Area

AFM Pro - Extended Range

In-Line QC - Roughness, Texture & Finish

Nanoindenters & Scratch Testers

CB500 - Advanced Compact

PB1000 - Advanced Large Platform

Systemy podciśnieniowe

Tribometry

T50 - Free Weight Benchtop

T200 - Pneumatic Compact

T2000 - Pneumatic High Load

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Ball Cratering Coating Thickness

Systemy podciśnieniowe

Usługi laboratoryjne

Analiza profilometrii bezkontaktowej

Próba wgniecenia i zarysowania

Badanie tarcia i zużycia

Topologia powierzchni i analiza chemiczna

Rozwiązania w zakresie badań

Profilometria

Szorstkość i wykończenie

Geometria i kształt

Płaskość i wypaczenia

Objętość i powierzchnia

Wysokość i grubość stopnia

Tekstura i ziarno

Badania mechaniczne

Wgłębianie | Twardość i sprężystość

Wgłębianie | Stress vs Strain

Wcięcie | Pełzanie i odprężenie

Wgniecenie | Utrata i przechowywanie

Wytrzymałość na wgniatanie | Wytrzymałość na złamanie

Wgniecenie | Granica plastyczności i zmęczenie

Wysoka temperatura

Wilgotność

Próżnia

Zarysowanie | Awaria kleju

Zarysowanie | Uszkodzenie spoiwa

Scratch | Scratch Hardness

Zarysowania | Zużycie wieloprzebiegowe

Tarcie | Współczynnik tarcia

Niska temperatura

Płyn

Badania tribologiczne

Linear

Rotacyjne

Blok na pierścieniu

Pierścień na pierścieniu

Test na zarysowania

Test tarcia hamulców

Wysoka temperatura

Niska temperatura

Korozja

Płyn

Wilgotność i gazy obojętne

Próżnia

Aplikacje

Przez przemysł

Bio & Biotechnologia

Materiały budowlane

Produkty konsumenckie

Urządzenia medyczne

Produkcja i obróbka metali

Ropa naftowa i kopalnie

Optyka

Farby i powłoki

Farmaceutyczny

Półprzewodniki i elektronika

Tekstylia, skóra i papier

Oprzyrządowanie i maszyny

Transport naziemny

Kosmos i lotnictwo

Wojsko i obrona