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AR 类别。轮廓测量测试
菲涅尔透镜拓扑图
菲涅尔透镜拓扑使用 3D 非接触式光学轮廓仪
编写者
李端杰和Benjamin Mell
简介
透镜是一种轴对称的光学装置，用来传输和折射光线。一个简单的透镜由单一的光学元件组成，用于收敛或发散光线。尽管球形表面并不是制作透镜的理想形状，但它们通常被用作玻璃研磨和抛光后最简单的形状。
菲涅尔透镜由一系列同心环组成，这些环是简单透镜的薄部分，宽度只有千分之几英寸。与具有相同光学性能的传统透镜相比，菲涅尔透镜孔径大，焦距短，设计紧凑，减少了所需材料的重量和体积。由于菲涅尔透镜的薄几何结构，很少的光由于吸收而丢失。
3D非接触式轮廓测量法在菲涅尔透镜检查中的重要性
菲涅尔透镜广泛应用于汽车工业、灯塔、太阳能和航空母舰的光学着陆系统。用透明塑料模制或冲压透镜可以提高其生产成本效益。菲涅尔透镜的使用质量主要取决于其同心环的精度和表面质量。与接触式探针技术不同，NANOVEA 光学轮廓仪 在不接触表面的情况下执行 3D 表面测量，避免产生新划痕的风险。色光技术非常适合精确扫描复杂形状，例如不同几何形状的镜片。
菲涅尔透镜原理图
透明塑料菲涅尔透镜可以通过成型或冲压制造。准确和有效的质量控制对于揭示有缺陷的生产模具或冲压件至关重要。通过测量同心环的高度和间距，将测量值与透镜制造商给出的规格值进行比较，可以发现生产的变化。
对镜片轮廓的精确测量可确保模具或印章被正确加工以符合制造商的规格。此外，印章可能随着时间的推移而逐渐磨损，导致其失去最初的形状。持续偏离镜片制造商的规格是一个积极的迹象，表明需要更换模具。
本研究使用的2.3" x 2.3" 亚克力菲涅尔透镜包括
一系列的同心环和复杂的锯齿状横截面轮廓。
它有一个1.5英寸的焦距，2.0英寸的有效尺寸直径。
每英寸有125条沟，折射率为1.49。
菲涅尔透镜的NANOVEA ST400扫描显示，同心环的高度明显增加，从中心向外移动。
2D FALSE COLOR
高度代表
3D视图
剖析
巅峰与谷底
剖面图的尺寸分析
结论
在这个应用中，我们展示了NANOVEA ST400非接触式光学轮廓仪精确测量菲涅尔透镜的表面形貌。
使用NANOVEA分析软件，可以从复杂的锯齿状轮廓准确地确定高度和间距的尺寸。用户可以通过比较制造的镜片的环高和节距尺寸与理想的环规格，有效地检查生产模具或印章的质量。
这里显示的数据仅代表分析软件中可用的一部分计算结果。
NANOVEA光学轮廓仪几乎可以测量任何领域的表面，包括半导体、微电子、太阳能、光纤、汽车、航空航天、冶金、加工、涂层、制药、生物医学、环境和许多其他领域。
机加工零件检查
机械零件
使用三维轮廓测量法根据CAD模型进行检测
作者。
李端杰，博士
订正
Jocelyn Esparza
简介
各个行业对能够创造复杂几何形状的精密加工的需求一直在上升。从航空航天、医疗和汽车，到科技齿轮、机械和乐器，不断的创新和演变将期望和精度标准推向新的高度。因此，我们看到对严格的检测技术和仪器的需求上升，以确保产品的最高质量。
三维非接触式轮廓仪在零件检测中的重要性
将加工好的零件的属性与它们的CAD模型进行比较，对于验证公差和对生产标准的遵守是至关重要的。在服务期间的检查也是至关重要的，因为零件的磨损可能需要更换。及时发现任何偏离所需规格的情况将有助于避免昂贵的维修、生产停顿和声誉受损。
与接触式探针技术不同，NANOVEA 光学轮廓仪 以零接触方式执行 3D 表面扫描，从而以最高精度快速、精确、无损地测量复杂形状。
测量目标
在这个应用中，我们展示了NANOVEA HS2000，一个带有高速传感器的三维非接触式轮廓仪，进行尺寸、半径和粗糙度的全面表面检测。
所有这些都在40秒内完成。
NANOVEA
HS2000
CAD模型
对加工件的尺寸和表面粗糙度的精确测量对于确保其符合所需的规格、公差和表面光洁度至关重要。下面是要检测的零件的三维模型和工程图。
错误的颜色视图
CAD模型的假彩色视图和扫描的加工零件表面在图3中进行了比较。 样品表面的高度变化可以通过颜色的变化来观察。
如图2所示，从三维表面扫描中提取三个二维轮廓，以进一步验证加工件的尺寸公差。
概况比较和结果
图3至图5中显示了轮廓1至3。通过将测量的轮廓与CAD模型进行比较来进行定量公差检查，以维护严格的制造标准。轮廓1和轮廓2测量弯曲加工件上不同区域的半径。轮廓2的高度变化在156毫米的长度上为30微米，符合所需的±125微米的公差要求。
通过设置公差限值，分析软件可以自动确定加工件的合格或不合格。
被加工零件表面的粗糙度和均匀性对保证其质量和功能起着重要作用。图6是从被加工零件的母扫描中提取的表面积，用于量化表面光洁度。平均表面粗糙度(Sa)为2.31 μ m。
结论
在这项研究中，我们展示了配备了高速传感器的NANOVEA HS2000非接触式轮廓仪是如何进行尺寸和粗糙度的全面表面检测的。
高分辨率扫描使用户能够测量加工零件的详细形态和表面特征，并将其与CAD模型进行定量比较。该仪器还能够检测到任何缺陷，包括划痕和裂纹。
先进的轮廓分析作为一个无与伦比的工具，不仅可以确定加工的零件是否满足设定的规格，还可以评估磨损部件的故障机制。
这里显示的数据只代表了每个NANOVEA光学剖面仪所配备的高级分析软件所能进行的部分计算。
药用片剂表面粗糙度检测
药用片剂
使用三维轮廓仪测试粗糙度
作者。
Jocelyn Esparza
简介
片剂是当今最流行的药物剂量。每片都是由活性物质(产生药理作用的化学物质)和非活性物质(崩解剂、粘合剂、润滑剂、稀释剂——通常以粉末的形式)组合而成。活性和非活性物质然后被压缩或模压成固体。然后，根据制造商的规格，药片或涂层或非涂层。
为了有效，片剂涂层需要遵循片剂上压印的标识或字符的精细轮廓，它们需要足够稳定和坚固，以便在处理片剂的过程中存活下来，而且在涂层过程中不能导致片剂相互粘连。目前的片剂通常有一个多糖和聚合物为基础的涂层，其中包括颜料和增塑剂等物质。最常见的两种片剂包衣是薄膜包衣和糖衣。与糖衣相比，薄膜涂层不那么笨重，更耐用，而且在准备和应用时不那么费时。然而，薄膜涂料更难隐藏片剂的外观。
片剂包衣对于防潮、掩盖成分的味道以及使片剂更容易吞咽是必不可少的。更重要的是，片剂包衣能控制药物释放的位置和速度。
测量目标
在这个应用中，我们使用 NANOVEA光学分析器 和先进的Mountains软件来测量和量化各种名牌压制药丸（1个涂层和2个非涂层）的地形，以比较它们的表面粗糙度。
假设安非他命（涂层）由于具有保护性涂层，其表面粗糙度将最低。
NANOVEA
HS2000
测试条件
用Nanovea HS2000扫描了三个批次的名牌药用压片。
使用高速线传感器测量各种表面粗糙度参数，符合ISO 25178标准。
扫描区域
2 x 2 mm
侧面扫描分辨率
5 x 5 μm
扫描时间
4秒
样品
结果与讨论
在扫描片剂后，用先进的Mountains分析软件进行了表面粗糙度研究，计算出每个片剂的表面平均值、均方根值和最大高度。
计算出的数值支持这样的假设：由于有保护层包裹其成分，所以爱必妥的表面粗糙度较低。泰诺表明，在所有三种测量的药片中，泰诺的表面粗糙度最高。
制作了每块平板表面地形的2D和3D高度图，显示了测量到的高度分布。从五块平板中选出一块来代表每个品牌的身高地图。这些高度图是视觉检测外围表面特征(如凹坑或山峰)的好工具。
总结
在这项研究中，我们分析和比较了三种名牌压制药丸的表面粗糙度。Advil, Tylenol, 和Excedrin。事实证明，Advil的平均表面粗糙度最低。这可以归因于包裹药物的橙色涂层的存在。相比之下，Excedrin和Tylenol都没有涂层，但是，它们的表面粗糙度仍然彼此不同。事实证明，泰诺的平均表面粗糙度在所有研究的药片中是最高的。
使用 NANOVEA 使用带有高速线传感器的HS2000，我们能够在不到1分钟的时间内测量5片药。这可以证明对今天生产中数百个药片的质量控制测试很有用。
牙科工具。尺寸和表面粗糙度分析
简介
精确的尺寸和最佳的表面粗糙度对于牙科螺钉的功能至关重要。许多牙科螺钉尺寸需要高精度，例如半径、角度、距离和台阶高度。了解局部表面粗糙度对于插入人体内部的任何医疗工具或部件以最大限度地减少滑动摩擦也非常重要。
用于尺寸研究的非接触式轮廓测量
纳诺瓦 3D 非接触式轮廓仪 使用基于色光的技术来测量任何材料表面：透明、不透明、镜面、漫射、抛光或粗糙。与接触式探针技术不同，非接触式技术可以在狭小的区域内进行测量，并且不会由于尖端按压较软的塑料材料而导致变形而增加任何固有误差。与焦点变化技术相比，基于色光的技术还提供卓越的横向和高度精度。 Nanovea Profiler 可以直接扫描大型表面，无需缝合，并在几秒钟内对零件的长度进行轮廓分析。由于轮廓仪能够测量表面，无需任何复杂的算法来处理结果，因此可以测量纳米到宏观范围的表面特征和高表面角度。
测量目标
在此应用中，使用 Nanovea ST400 光学轮廓仪在单次测量中沿着平面和螺纹特征测量牙科螺钉。从平坦区域计算表面粗糙度，并确定螺纹特征的各种尺寸。
牙科螺丝样本分析 NANOVEA 光学轮廓仪。
分析牙科螺钉样品。
结果
三维表面
牙科螺钉的 3D 视图和假色视图显示了一个平坦区域，螺纹从两侧开始。它为用户提供了一个简单的工具，可以从不同角度直接观察螺钉的形态。从全扫描中提取平坦区域以测量其表面粗糙度。
2D 表面分析
还可以从表面提取线轮廓以显示螺钉的横截面图。轮廓分析和台阶高度研究用于测量螺钉上特定位置的精确尺寸。
结论
在此应用中，我们展示了 Nanovea 3D 非接触式轮廓仪在单次扫描中精确计算局部表面粗糙度和测量大尺寸特征的能力。
数据显示局部表面粗糙度为 0.9637 μm。螺纹之间的螺钉半径为 1.729 毫米，螺纹平均高度为 0.413 毫米。螺纹之间的平均角度被确定为61.3°。
这里显示的数据仅代表分析软件中可用的一部分计算结果。
编写者
李端杰博士、乔纳森·托马斯和皮埃尔·勒鲁
在线粗糙度检查
使用在线分析器的即时错误检测
表面粗糙度和纹理对产品的最终使用至关重要。对产品表面进行快速、可量化和可靠的在线检测，可确保立即检测出不合格产品，从而确定返工原因。
生产线的条件。它不仅能提高生产率和生产效率，还能降低缺陷率、,
返工和浪费。.
非接触式轮廓仪对在线粗糙度检测的重要性
表面缺陷来源于材料加工和产品制造。在线表面质量检测可确保对最终产品进行最严格的质量控制。纳诺维亚酒店 3D 非接触式轮廓仪 利用具有独特功能的彩色共焦技术，无需接触即可确定样品的粗糙度。可安装多个轮廓仪传感器，同时监测产品不同区域的粗糙度和纹理。由分析软件实时计算的粗糙度阈值可作为快速可靠的通过/失败工具。
测量目标
在这项研究中，Nanovea粗糙度检测传送系统配备了一个点式传感器，用于检测丙烯酸和砂纸样品的表面粗糙度。我们展示了Nanovea非接触式轮廓仪在生产线上实时提供快速、可靠的在线粗糙度检测的能力。
结果和讨论
输送式轮廓仪系统可以在两种模式下工作，即触发模式和连续模式。如图2所示，在触发模式下，当样品在光学轮廓仪头下通过时，样品的表面粗糙度被测量。相比之下，连续模式可以不间断地测量连续样品的表面粗糙度，如金属板和织物。可以安装多个光学轮廓仪传感器来监测和记录不同样品区域的粗糙度。
在实时粗糙度检测测量过程中，软件窗口显示通过和失败告警，如图4和图5所示。当粗糙度值在给定的阈值内时，测量的粗糙度以绿色突出显示。然而，当测量的表面粗糙度超出设定的阈值范围时，高亮部分变成红色。这为用户提供了一个工具来确定产品表面光洁度的质量。
在下面的章节中，将使用两种类型的样品，如丙烯酸和砂纸来演示检测系统的触发和连续模式。
触发模式。亚克力样品的表面检查
如图1所示，一系列亚克力样品在传送带上排列并在光学轮廓仪头下移动。图6中的假彩色视图显示了表面高度的变化。如图6b所示，一些镜子般的成品亚克力样品已经被打磨，形成了粗糙的表面纹理。
当亚克力样品在光学轮廓仪头下以恒定的速度移动时，表面轮廓被测量，如图7和图8所示。同时计算出所测轮廓的粗糙度值，并与阈值进行比较。当粗糙度值超过设定的阈值时，就会启动红色故障警报，使用户能够立即发现并找到生产线上的缺陷产品。
连续模式。砂纸样品的表面检查
如图9所示，砂纸样品表面的表面高度图、粗糙度分布图和合格/不合格粗糙度阈值图。如表面高度图所示，砂纸样品在使用的部分有几个较高的峰值。图9C的调色板上的不同颜色代表了局部表面的粗糙度值。粗糙度图在砂纸样品的完整区域表现出均匀的粗糙度，而使用过的区域则以深蓝色突出显示，表明该区域的粗糙度值降低。可以设置一个合格/不合格的粗糙度阈值来定位这样的区域，如图9D所示。
当砂纸连续通过在线轮廓仪传感器下方时，实时的局部粗糙度值被计算和记录，如图10所示。根据设定的粗糙度阈值，在软件屏幕上显示合格/不合格警报，作为质量控制的一个快速和可靠的工具。对生产线上的产品表面质量进行现场检查，及时发现有缺陷的地方。
结论
在这个应用中，我们已经证明了Nanovea传送带轮廓仪配备的光学非接触式轮廓仪传感器可以作为一个可靠的在线质量控制工具有效和高效地工作。
该检测系统可以安装在生产线上，就地监测产品的表面质量。粗糙度阈值作为判断产品表面质量的可靠标准，使用户能够及时发现有缺陷的产品。提供两种检测模式，即触发模式和连续模式，以满足对不同类型产品的检测要求。
这里显示的数据只代表了分析软件中的一部分计算结果。Nanovea轮廓仪几乎可以测量任何领域的表面，包括半导体、微电子、太阳能、纤维、光学、汽车、航空航天、冶金、加工、涂层、制药、生物医学、环境和其他许多领域。
现在，让我们来谈谈你的申请
环-块磨损测试
块对环磨损评估的重要性
滑动磨损是指两种材料在负载下的接触区相互滑动而导致的材料逐渐损失。它不可避免地发生在机器和发动机运行的各种行业中，包括汽车、航空航天、石油和天然气以及许多其他行业。这种滑动运动造成严重的机械磨损和表面的材料转移，可能导致生产效率降低，机器性能下降，甚至损坏机器。
滑动磨损往往涉及接触表面发生的复杂磨损机制，如粘着磨损、二体磨损、三体磨损和疲劳磨损。材料的磨损行为受正常载荷、速度、腐蚀和润滑等工作环境的显着影响。多才多艺 摩擦仪 可以模拟不同的实际工作条件将是磨损评估的理想选择。
环块 (ASTM G77) 测试是一种广泛使用的技术，可评估材料在不同模拟条件下的滑动磨损行为，为特定摩擦学应用提供可靠的材料对排名。
环块 (ASTM G77) 测试是一种广泛使用的技术，可评估材料在不同模拟条件下的滑动磨损行为，为特定摩擦学应用提供可靠的材料对排名。
测量目标
在这个应用中，Nanovea机械测试仪测量不锈钢SS304和铝Al6061金属合金样品的YS和UTS。样品的YS和UTS值是公认的，这表明Nanovea的压痕方法是可靠的。
Nanovea 的摩擦磨损试验机使用 Block-on-Ring 模块评估了 S-10 环上 H-30 块的滑动磨损行为。 H-30 块由硬度为 30HRC 的 01 工具钢制成，而 S-10 环由表面硬度为 58 至 63 HRC 的 4620 型钢制成，环直径约为 34.98 毫米。在干燥和润滑的环境中进行块环测试，以研究对磨损行为的影响。润滑测试是在 USP 重矿物油中进行的。使用 Nanovea 的磨损轨迹进行检查 3D非接触式轮廓仪。测试参数总结于表1中。磨损率（K）采用公式K=V/（F×s）评估，其中V为磨损体积，F为法向载荷，s为滑动距离。
结果和讨论
图 2 比较了干燥和润滑环境下环块测试的摩擦系数 (COF)。该块在干燥环境中的摩擦力明显大于润滑环境中的摩擦力。 COF
在前 50 转的磨合期间，COF 会波动，并在其余 200 转磨损测试中达到约 0.8 的恒定 COF。相比之下，在 USP 重矿物油润滑中进行的环块测试在整个 500,000 转磨损测试中始终表现出 0.09 的低 COF。该润滑剂可将表面之间的摩擦系数显着降低约 90 倍。
图3和图4显示了干磨损和润滑磨损试验后块上磨损疤痕的光学图像和截面2D轮廓。磨损轨迹量和磨损率如表2所示。在较低转速72 rpm、200转的干磨损试验下，钢块表现出9.45 mm˙的大磨损疤痕体积。相比之下，在矿物油润滑剂中以197转/分钟、50转的更高转速进行的磨损试验，产生的磨损轨迹体积很小，为0.03 mm˙。
ÿgure 3中的图像显示在干燥条件下的试验中发生了严重磨损，而润滑磨损试验中则发生了轻微磨损。干磨损试验过程中产生的高温和强烈振动促进了金属碎片的氧化，导致严重的三体磨损。在润滑测试中，矿物油减少摩擦，冷却接触表面，并将磨损过程中产生的磨料碎片运输掉。这导致磨损率降低了signiÿcant ~8×10。在不同的环境中耐磨性的这种巨大差异表明了在实际使用条件下进行适当滑动磨损模拟的重要性。
当试验条件发生微小变化时，磨损行为可能发生剧烈变化。Nanovea的摩擦计的多功能性允许在高温、润滑和摩擦腐蚀条件下进行磨损测量。精确的速度和位置控制的先进电机使磨损测试执行的速度从0.001到5000 rpm，使其成为研究/测试实验室的理想工具，以调查磨损在不同的摩擦学条件。
用Nanovea的非接触光学proÿlometer检测样品的表面状况。图5显示了磨损试验后环的表面形貌。为了更好地呈现滑动磨损过程中产生的表面形貌和粗糙度，去掉了圆柱形。Signiÿcant在200转的干磨损试验中，由于三体磨损过程发生了表面粗糙化。干磨损试验后的块体和环体的粗糙度Ra分别为14.1和18.1 μ m，而在较高速度下进行50万转长期润滑磨损试验后的粗糙度Ra分别为5.7和9.1 μ m。该试验证明了活塞环-气缸接触处适当润滑的重要性。严重的磨损会迅速损坏没有润滑的接触面，导致使用质量不可逆的恶化，甚至导致发动机损坏。
结论
在本研究中，我们展示了如何使用 Nanovea 的摩擦计来评估钢金属对的滑动磨损行为，并使用遵循 ASTM G77 标准的环上块模块。润滑剂在材料对的磨损性能中起着至关重要的作用。矿物油可将 H-30 块的磨损率降低约 8×10ˆ 倍，将 COF 降低约 90 倍。 Nanovea 摩擦计的多功能性使其成为测量各种润滑、高温和摩擦腐蚀条件下磨损行为的理想工具。
Nanovea 的摩擦试验机使用符合 ISO 和 ASTM 的旋转和线性模式提供精确且可重复的磨损和摩擦测试，并在一个预集成系统中提供可选的高温磨损、润滑和摩擦腐蚀模块。 Nanovea 无与伦比的系列是确定薄或厚、软或硬涂层、薄膜和基材的全方位摩擦学特性的理想解决方案。
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使用三维轮廓测量法的复合材料分析
非接触式轮廓测量法对复合材料的重要性
尽量减少缺陷是至关重要的，这样复合材料在加固应用中才会尽可能的强大。作为一种各向异性的材料，关键是编织方向的一致性，以保持高性能的可预测性。复合材料是强度与重量比最高的材料之一，在某些情况下，它比钢更强。重要的是要限制复合材料的表面暴露面积，以减少化学脆弱性和热膨胀效应。轮廓测量法的表面检测对于复合材料的质量控制生产至关重要，以确保在长期使用中的强大性能。
纳诺维亚的 3D 非接触式轮廓仪 与其他表面测量技术（例如接触式探针或干涉测量法）不同。我们的轮廓仪使用轴向色差来测量几乎任何表面，开放式样品台允许测量任何尺寸的样品，无需准备。在表面轮廓测量过程中获得纳米到宏观测量，样品反射率或吸收的影响为零。我们的轮廓仪可以轻松测量任何材料：透明、不透明、镜面、漫射、抛光和粗糙，具有无需软件操作即可测量高表面角度的先进能力。非接触式轮廓仪技术提供了理想且用户友好的功能，可最大限度地进行复合材料表面研究；以及 2D 和 3D 组合功能的优势。
测量目标
本应用中使用的Nanovea HS2000L轮廓仪测量了两个编织的碳纤维复合材料的表面。表面粗糙度、编织长度、各向同性、分形分析和其他表面参数被用来描述复合材料的特征。测量的区域是随机选择的，并假定足够大，可以使用Nanovea强大的表面分析软件比较属性值。
结果和讨论
表面分析
高度参数决定了低纤维与基体比率的复合材料部件的粗糙程度。我们的结果比较了不同的编织类型和织物，以确定表面光洁度的后处理。在可能涉及空气动力学的应用中，表面光洁度变得至关重要。
同向性
各向同性显示了编织的方向性，以确定预期的属性值。我们的研究表明，双向复合材料是~60%的各向同性，正如预期。同时，单向复合材料是~13%的各向同性，由于强大的单纤维路径方向纤维。
编织分析
编织尺寸决定了复合材料中使用的纤维的包装和宽度的一致性。我们的研究表明，我们可以很容易地测量织造尺寸，精确到微米，以确保零件的质量。
纹理分析
主导波长的纹理分析表明两种复合材料的股线尺寸都是4.27微米厚。纤维表面的分形维度分析决定了光滑度，以寻找纤维在基体中的固定程度。单向纤维的分形尺寸高于双向纤维，这可能影响复合材料的加工。
总结
在这个应用中，我们已经表明Nanovea HS2000L非接触式轮廓仪可以精确地描述复合材料的纤维表面。我们用高度参数、各向同性、纹理分析和距离测量等方法区分了碳纤维的编织类型的差异。
我们的轮廓仪表面测量精确和快速地减轻了复合材料的损坏，这减少了零件的缺陷，最大限度地提高了复合材料的能力。Nanovea的3D轮廓仪速度范围从<1mm/s到500mm/s，适合于研究应用到高速检查的需要。Nanovea的轮廓仪是解决方案
以满足任何复合测量的需要。
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表面处理过的铜线的磨损和划痕评估
铜线的磨损和划痕评估的重要性
自电磁铁和电报发明以来，铜在电线方面的应用有着悠久的历史。由于铜的耐腐蚀性、可焊性以及在高达150℃的高温下的性能，铜线被广泛用于电子设备，如面板、仪表、计算机、商业机器和电器。所有开采出来的铜大约有一半是用来制造电线和电缆导体的。
铜线的表面质量对应用服务性能和使用寿命至关重要。铜线中的微观缺陷可能导致过度磨损、裂纹的产生和扩展、导电性下降和焊接性不足。适当的铜线表面处理可以消除拉丝过程中产生的表面缺陷，提高耐腐蚀、耐刮擦和耐磨性。许多使用铜线的航空应用需要控制行为以防止意外的设备故障。为了正确评估铜线表面的耐磨性和耐刮擦性，需要进行可量化和可靠的测量。
测量目标
在这个应用中，我们模拟了不同铜线表面处理的受控磨损过程。 划痕测试 测量导致处理过的表面层失效所需的负载。这项研究展示了 Nanovea 摩擦仪 和 机械测试仪 作为电线评估和质量控制的理想工具。
测试过程和程序
通过 Nanovea 摩擦磨损试验机使用线性往复磨损模块评估两种不同表面处理的铜线（线 A 和线 B）的摩擦系数 (COF) 和耐磨性。 Al2O3 球（直径 6 毫米）是本应用中使用的计数器材料。使用 Nanovea 的磨损轨迹进行检查 3D非接触式轮廓仪。测试参数总结于表 1 中。
本次研究以Al₂O₃球为例进行了说明。任何具有不同形状和表面光洁度的固体材料都可以使用定制夹具来模拟实际的应用情况。
Nanovea的机械测试仪配备了罗克韦尔C金刚石触控笔(半径为100 μm)，使用微划痕模式对涂层导线进行了渐进负载划痕测试。划痕测试参数和尖端几何形状如表2所示。
结果和讨论
铜线的磨损。
图2显示了铜线在磨损测试中的COF变化。A线在整个磨损试验过程中显示出稳定的COF约为0.4，而B线在头100转时显示出约0.35的COF，并逐渐增加到约0.4。
图3比较了测试后铜线的磨损轨迹。Nanovea公司的3D非接触式轮廓仪对磨损痕迹的详细形貌进行了出色的分析。通过提供对磨损机理的基本理解，可以直接和准确地确定磨损轨迹体积。经过600转的磨损试验，B线表面有明显的磨损痕迹损伤。剖面仪3D视图显示，B线的表面处理层被完全去除，大大加快了磨损过程。这在铜基板暴露的B线上留下了平坦的磨损痕迹。这可能导致使用B线的电气设备的寿命显著缩短。相比之下，A线的磨损相对较轻，其表面的磨损痕迹较浅。在相同条件下，A线表面处理层不像B线表面处理层那样被去除。
铜线表面的耐刮擦性。
图4显示了测试后导线上的划痕。线材A的保护层表现出非常好的抗划痕能力。相比之下，B线的保护层在约1.0N的载荷下失效。这些线的耐刮擦性有如此大的差异，这有助于它们的磨损性能，其中A线拥有大大增强的耐磨性。图5所示的划痕测试中法向力、COF和深度的演变提供了关于测试中涂层失效的更多信息。
总结
在这项对照研究中，我们展示了Nanovea的摩擦仪对表面处理过的铜线的耐磨性进行定量评估，以及Nanovea的机械测试仪对铜线的耐刮擦性进行可靠评估。铜线的表面处理在其使用寿命中对三者的机械性能起着关键作用。电线A的适当表面处理大大增强了耐磨性和耐刮擦性，这对粗糙环境中的电线的性能和寿命至关重要。
Nanovea的摩擦仪使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，在一个预集成的系统中可以选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。Nanovea无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部摩擦学特性的理想解决方案。
动态负载摩擦学
动态负载摩擦学
简介
磨损几乎发生在每一个工业部门，并造成了约0.75%的GDP成本1。摩擦学研究对于提高生产效率、应用性能以及保护材料、能源和环境至关重要。在广泛的摩擦学应用中，振动和振荡不可避免地发生。过度的外部振动加速了磨损过程，降低了服务性能，导致机械部件出现灾难性的故障。
传统的死荷载摩擦仪通过质量砝码施加正常载荷。这样的加载技术不仅将加载选项限制在一个恒定的负载上，而且在高负载和高速度下产生强烈的不可控振动，导致磨损行为评估的局限性和不一致性。可靠地评估受控振荡对材料磨损行为的影响，对于不同工业应用中的研发和质量控制是可取的。
Nanovea 突破性的高负载 摩擦仪 具有动态负载控制系统，最大负载能力为 2000 N。先进的气动压缩空气加载系统使用户能够评估材料在高正常载荷下的摩擦学行为，并具有抑制磨损过程中产生的不良振动的优点。因此，可以直接测量负载，无需旧设计中使用的缓冲弹簧。并联电磁体振荡加载模块可施加良好控制的振荡，所需振幅高达 20 N，频率高达 150 Hz。
摩擦力是直接根据施加到上支架的侧向力进行高精度测量的。现场监测位移，从而深入了解测试样品磨损行为的演变。受控振荡载荷下的磨损测试还可以在腐蚀、高温、潮湿和润滑环境中进行，以模拟摩擦学应用的真实工作条件。集成高速 非接触式轮廓仪 在几秒钟内自动测量磨损轨迹形态和磨损量。
测量目标
在这项研究中，我们展示了Nanovea T2000动态负载摩擦仪在研究不同涂层和金属样品在受控振荡负载条件下的摩擦学行为的能力。
测试程序
通过Nanovea T2000摩擦仪和传统的死负荷摩擦仪，按照ASTM G992的规定，使用销轴在盘上的设置，评估和比较了300微米厚的耐磨涂层的摩擦学行为，例如摩擦系数，COF和耐磨性。
通过 Nanovea T2000 摩擦试验机的动态负载摩擦学模式，对受控振荡下的 6 mm Al203 球的单独 Cu 和 TiN 涂层样品进行了评估。
测试参数汇总于表1。
集成的三维轮廓仪配备了线传感器，在测试后自动扫描磨损轨迹，在几秒钟内提供最准确的磨损量测量。
结果和讨论
气动负载系统与死负载系统
使用Nanovea T2000摩擦仪对耐磨涂层的摩擦学行为与传统的死负荷（DL）摩擦仪进行了比较。图2显示了涂层COF的变化。我们观察到涂层在磨损测试中表现出了相当的COF值~0.6。然而，图3中不同位置的20个横截面图表明，在死负荷系统下，涂层经历了更严重的磨损。
在高负荷和高速度下，死负载系统的磨损过程产生了强烈的振动。接触面的巨大集中压力与高滑动速度相结合，产生大量的重量和结构振动，导致加速磨损。传统的死负荷摩擦仪使用质量砝码来施加负荷。这种方法在较低的接触载荷和温和的磨损条件下是可靠的；然而，在较高的载荷和速度的侵蚀性磨损条件下，显著的振动导致砝码反复弹跳，造成不均匀的磨损轨迹，导致不可靠的摩擦学评估。计算出的磨损率为8.0±2.4 x 10-4 mm3/N m，显示出高磨损率和大的标准偏差。
Nanovea T2000摩擦仪设计有一个动态控制负载系统，以抑制振荡。它用压缩空气施加正常载荷，最大限度地减少了磨损过程中产生的不必要的振动。此外，主动闭环加载控制确保在整个磨损测试过程中施加恒定的载荷，测针跟随磨损轨迹的深度变化。如图3a所示，测得的磨损轨迹轮廓明显更加一致，从而使磨损率低至3.4±0.5 x 10-4 mm3/N m。
图4所示的磨损轨迹分析证实了Nanovea T2000摩擦仪的气动压缩空气加载系统进行的磨损测试，与传统的死负荷摩擦仪相比，产生了更平滑、更一致的磨损轨迹。此外，Nanovea T2000摩擦仪在磨损过程中测量测针位移，进一步了解现场磨损行为的进展。
铜样品磨损的可控振荡
Nanovea T2000摩擦仪的平行振荡加载电磁铁模块使用户能够研究控制振幅和频率振荡对材料磨损行为的影响。如图6所示，Cu样品的COF被就地记录。在第一次330转的测量中，铜样品表现出恒定的COF~0.3，标志着在界面上形成了稳定的接触和相对平滑的磨损轨迹。随着磨损试验的继续，COF的变化表明磨损机制的变化。相比之下，在50N的振幅控制下的磨损试验表现出不同的磨损行为：COF在磨损过程开始时迅速增加，并在整个磨损试验中表现出明显的变化。COF的这种行为表明，在正常载荷中施加的振荡在接触处的不稳定滑动状态中起了作用。
图7比较了由集成非接触式光学轮廓仪测量的磨损轨迹形态。可以看出，在控制振荡幅度为5N的情况下，Cu样品表现出更大的磨损轨迹，体积为1.35 x 109 µm3，而在没有施加振荡的情况下，体积为5.03 x 108 µm3。受控振荡使磨损率明显加快了约2.7倍，显示了振荡对磨损行为的关键影响。
受控振荡对TiN涂层磨损的影响
图8中显示了TiN涂层样品的COF和磨损轨迹。从测试期间COF的演变来看，TiN涂层在振荡下表现出明显不同的磨损行为。在磨损试验开始时的磨合期后，TiN涂层显示出约0.3的恒定COF，这是由于TiN涂层和亚铝₃球之间界面的稳定滑动接触。然而，当TiN涂层开始失效时，氧化铝球穿透涂层并与下面的新钢基体滑动。同时在磨损轨道上产生大量坚硬的TiN涂层碎片，将稳定的双体滑动磨损变为三体磨损。材料耦合特性的这种变化导致了COF演化过程中的变化增加。强加的5N和10N振荡加速了TiN涂层的失效，从~400转到100转以下。在控制振荡下的磨损试验后，TiN涂层样品上较大的磨损痕迹与COF的这种变化是一致的。
总结
Nanovea T2000摩擦磨损仪的先进气动加载系统与传统的死负载系统相比，拥有作为自然快速减震器的内在优势。与使用伺服电机和弹簧组合来施加负载的负载控制系统相比，气动系统的这种技术优势是真实的。正如本研究中所展示的那样，该技术确保了在高负荷下可靠和更好的控制磨损评估。此外，主动闭环加载系统可以在磨损测试期间将正常载荷改变为所需值，以模拟在制动系统中看到的实际应用。
我们已经表明，Nanovea T2000动态负载摩擦仪使用户能够定量评估材料在不同控制振荡条件下的摩擦学行为，而不是在测试过程中受到不受控制的振动条件的影响。振动在金属和陶瓷涂层样品的磨损行为中起着重要作用。
平行电磁铁振荡加载模块以设定的振幅和频率提供精确控制的振荡，使用户能够模拟现实生活条件下的磨损过程，而环境振动往往是一个重要因素。在磨损过程中存在强加的振荡，铜和TiN涂层样品的磨损率都大大增加。原地测量的摩擦系数和测针位移的变化是摩擦学应用中材料性能的重要指标。集成的三维非接触式轮廓仪提供了一种工具，可以在几秒钟内精确测量磨损量并分析磨损痕迹的详细形态，为从根本上了解磨损机制提供更多的见解。
T2000配备了一个自调谐、高质量和高扭矩的电机，有一个20位的内部速度和一个16位的外部位置编码器。它使摩擦仪能够提供一个无与伦比的转速范围，从0.01到5000rpm，可以以阶梯式跳跃或连续的速度变化。与使用底部扭矩传感器的系统相反，Nanovea摩擦仪使用顶部的高精度称重传感器来准确和单独测量摩擦力。
Nanovea摩擦仪提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式（包括4球、止推垫圈和环上块状测试），在一个预集成的系统中可选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。Nanovea T2000无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部摩擦学特性的理想解决方案。
使用三维轮廓测量法的油漆橙皮纹理分析
使用三维轮廓测量法的油漆橙皮纹理分析
简介
基材上表面结构的大小和频率会影响到光泽涂料的质量。涂料桔皮纹理，以其外观命名，可以从基材影响和涂料应用技术中发展。纹理问题通常以波浪形、波长和对光泽涂层的视觉效果来量化。最小的纹理会导致光泽度下降，而较大的纹理则会在涂层表面产生可见的波纹。了解这些纹理的发展及其与基材和技术的关系是质量控制的关键。
轮廓测量法对于纹理测量的重要性
与用于测量光泽纹理的传统二维仪器不同，三维非接触式测量可快速提供用于了解表面特征的三维图像，并可快速调查感兴趣的区域。如果没有速度和三维审查，质量控制环境将完全依赖于二维信息，对整个表面的可预测性很低。了解三维纹理可以选择最佳的加工和控制措施。确保此类参数的质量控制在很大程度上依赖于可量化、可重现和可靠的检测。Nanovea三维非接触式 轮廓仪 Nanovea轮廓仪采用色度共焦技术，具有测量快速测量过程中发现的陡峭角度的独特能力。由于探头接触、表面变化、角度或反射率等原因，其他技术无法提供可靠数据，而Nanovea轮廓仪却能成功解决这些问题。
测量目标
在这个应用中，Nanovea HS2000L测量了亮光油漆的橙皮纹理。有无穷无尽的表面参数从三维表面扫描中自动计算出来。在这里，我们通过量化油漆橙皮纹理的特征来分析扫描的3D表面。
结果和讨论
Nanovea HS2000L量化了橙皮漆的各向同性和高度参数。桔子皮纹理以94.4%的各向异性量化了随机图案方向。高度参数以24.84µm的高度差来量化纹理。
图4中的承载率曲线是深度分布的图形化表示。这是软件内的一个互动功能，允许用户查看不同深度的分布和百分比。图5中提取的剖面图给出了橙皮纹理的有用粗糙度值。144微米阈值以上的提取峰值显示了橘子皮的纹理。这些参数很容易调整为其他区域或感兴趣的参数。
总结
在这个应用中，Nanovea HS2000L 3D非接触轮廓仪精确地表征了光泽涂层上的橘皮纹理的地形和纳米细节。通过许多有用的测量(尺寸、粗糙度、表面纹理、形状形状、平面度、翘曲平面度、体积面积、阶跃高度等)，可以快速识别和分析3D表面测量中感兴趣的区域。快速选择的二维截面提供了一套完整的表面测量资源的光泽纹理。特殊领域的兴趣可以进一步分析与集成AFM模块。Nanovea 3D轮廓仪的速度范围从<1毫米/秒到500毫米/秒，适用于研究应用，以满足高速检测的需要。Nanovea 3D轮廓仪有广泛的配置，以适合您的应用程序。
