Dlaczego mierzy się chropowatość
Chropowatość decyduje o tym, jak powierzchnie uszczelniają, ślizgają się, zużywają, przylegają, odbijają światło i opierają się korozji. Określa się ją na rysunkach, kontroluje w produkcji i bada w pracach nad powłokami, implantami, polimerami i materiałami naturalnymi. Wartość chropowatości ma sens tylko razem z metodą: jaką techniką zmierzono powierzchnię, na jakiej długości lub jakim obszarze i z jakim filtrem.
Jak mierzy się chropowatość
Każda metoda rejestruje wysokości powierzchni: wzdłuż linii dla chropowatości profilowej lub na obszarze dla chropowatości powierzchniowej. Surowe dane są następnie poziomowane, usuwa się kształt, a filtr oddziela falistość od chropowatości. Z tego, co pozostaje, oblicza się parametry: Ra, Rq i Rz dla profili wg ISO 21920-2 (wcześniej ISO 4287) oraz Sa, Sq, Sz i funkcjonalną rodzinę Spk/Sk/Svk dla powierzchni wg ISO 25178-2. Strona chropowatość i wykończenie objaśnia każdy parametr.
Porównanie technik pomiarowych
- Profilometria stykowa. Diamentowa końcówka przesuwa się po powierzchni. Sprawdzona i tania, ale powolna przy mapach 3D; może zostawiać ślady na miękkich lub kruchych powierzchniach, nie rozróżnia szczegółów węższych niż końcówka, a końcówka z czasem się zużywa.
- Interferometria. Interferencja światła mierzy wysokość z bardzo wysoką rozdzielczością na gładkich powierzchniach, co czyni ją mocną przy stopniach w mikroelektronice. Pole widzenia i zakres są ograniczone, większe obszary wymagają łączenia obrazów, metoda jest wrażliwa na drgania, a powierzchnie muszą odbijać dość światła.
- Triangulacja laserowa. Szybka, odpowiednia dla chropowatych powierzchni i większych części; dokładność zależy od materiału i od zacienień, gdy strome elementy zasłaniają plamkę.
- Zmienność ogniskowania. Tworzy obraz 3D ze stosu płaszczyzn ogniskowych. Szybka i dobra na stromych zboczach, ale potrzebuje tekstury, aby znaleźć ostrość, a algorytmy rekonstrukcji wpływają na dokładność na gładkich lub silnie odbijających powierzchniach.
- Konfokalna mikroskopia laserowa. Rekonstruuje powierzchnię z przekrojów optycznych: szybka na małych polach i skuteczna przy złożonych kątach, przy czym większe obszary uzyskuje się przez łączenie.
- Chromatyczna konfokalna w świetle białym. Każda długość fali ogniskuje się na innej wysokości, a spektrometr odczytuje zogniskowaną długość fali, co daje wysokość bezpośrednio. Mierzy powierzchnie przezroczyste, odbijające, ciemne i strome oraz skanuje duże obszary w sposób ciągły, bez łączenia.
- Mikroskopia sił atomowych. Cienka sonda odczytuje powierzchnię w skali nanometrowej, z najlepszą rozdzielczością poziomą ze wszystkich technik, na obszarach kilkudziesięciu mikrometrów. Nadaje się raczej do powierzchni polerowanych i nanostrukturalnych niż do części.
Wybór techniki
Zacznij od powierzchni i specyfikacji. Bardzo gładkie powierzchnie na małych obszarach przemawiają za AFM lub interferometrią. Duże, chropowate, strome lub mieszane powierzchnie, warstwy przezroczyste i materiały miękkie przemawiają za chromatycznymi czujnikami konfokalnymi, które w najdrobniejszych zakresach obejmują też wykończenia nanometrowe. Linie produkcyjne potrzebują szybkości i decyzji zgodny/niezgodny. W każdym przypadku zakres czujnika musi przekraczać zmienność wysokości powierzchni, a próbkowanie poziome musi być dość gęste dla najkrótszej długości fali filtrowanej przez specyfikację.
Jak NANOVEA mierzy chropowatość
Profilometry NANOVEA wykorzystują w całej gamie chromatyczne czujniki konfokalne. Czujniki punktowe PS1–PS6 obejmują zakresy wysokości od 110 µm do 24 mm, z powtarzalnością wysokości od 1,9 nm (PS1); szybkie czujniki liniowe rzutują jednocześnie 192 punkty i rejestrują do 384 000 punktów/s. Platformy różnią się wielkością i zastosowaniem: PS50 na kompaktowe stanowiska, ST400 jako standardowy system laboratoryjny, ST500 do dużych obszarów, przenośne JR25 i JR100 do pracy w terenie, AFM Pro do chropowatości w skali nano i profilometr liniowy do produkcji.
Co daje analiza
- Analiza standardowa: parametry profilowe i powierzchniowe (Ra/Sa, Rq/Sq, Rz/Sz, Rv/Sv, Rsk/Ssk, Rku/Sku i inne), falistość, liczba wierzchołków, zliczanie i sortowanie ziaren, kierunek tekstury, izotropia, autokorelacja i widmo mocy.
- Analiza zaawansowana: analiza motywów (istotnych wzniesień i dolin), analiza widmowa wzorów okresowych, wektoryzacja mikrodolin i bruzd oraz wymiar fraktalny.
- Metody branżowe: parametry udziału materiałowego dla części samochodowych, skrętność (lead) powierzchni uszczelnień wałów korbowych wg Mercedes-Benz MBN 31007-7, głębokość ziarna i amplituda wykończenia tworzyw sztucznych wg Renault D45-1856 oraz pomiar zmarszczek w kosmetyce.
- Przebieg pracy: receptury dla powtarzalnych pomiarów, filtrowanie, poziomowanie, usuwanie kształtu, odejmowanie i porównywanie powierzchni, automatyczne raporty i eksport surowych danych.
