通过光学计量测量超光滑表面

今天,这个问题引起了许多制造商的兴趣。为什么?因为越来越多的制造商开始制造对许多最终产品的功能至关重要的高精度、小尺寸元件。为了生存,一家公司的产品可能必须使用统一、可定义且“高精度”的元件。在这个领域,理解光滑度的概念将有所帮助。

那么,究竟怎样才算光滑或超光滑呢?  例如,窗玻璃算不算光滑?  汽车发动机的密封面算不算光滑?手机相机的镜头算不算光滑?我们应该如何定义和量化光滑?最好的方法是进行三维面积测量,并为表面指定数字参数。  通过这种方式了解表面纹理的特征有助于确保零件按设计制造,并按预期发挥功能。


通过光学计量测量超光滑表面

可用于测量表面的工具多种多样,包括触针式轮廓仪、原子力显微镜和非接触式光学计量工具等等。触针式轮廓仪通过沿样品上的路径运行的接触式探针来提供粗糙度测量结果。  触针的价格相对便宜;但是,它只能提供沿路径或剖面测量的二维结果,而且可能会损坏其测量的表面。原子力显微镜(AFM)使用一个非常小的悬臂探针来接近样品,通过它感应针尖和样品之间的力。虽然 AFM 能够提供纳米级分辨率,但是测量过程耗时、设备成本高,而且对被测量表面的最大尺寸有所限制。

刚才提到的第三类仪器——非接触式光学计量工具使用全光学技术来感知表面,从而避免了触针和 AFM 设备固有的接触式测量。但是,并非所有非接触式光学工具都能提供测量超光滑表面的粗糙度所需的可重复性和精度,了解这一点很重要。例如,共焦显微镜采用的光学技术使用聚焦在同一衍射限制点上的照明和检测光学元件,通过在样品上移动衍射限制点在检测器上构建出完整的图像。这种共焦技术适用于粗糙和高度倾斜的表面(斜面),但在光滑的无特征样品上效果不佳。

另一种光学计量技术是 相干扫描干涉测量(CSI),它利用光学干涉原理将被测零件与完美参照物进行比较。 来自零件表面和参考表面的反射通过检测器相互结合并相互干涉。干涉图案反映测试表面的表面形貌。当成像系统的目标通过焦点接受扫描时,就可以测量粗糙、结构化和异常光滑的表面。

与共焦和其他非接触式技术相比,CSI 具有许多优点:

  • CSI 在所有放大倍率下都具有纳米或亚纳米级的高精度,能够在同一台仪器上实现低倍率、大视场成像和高倍率表面纹理计量。
  • CSI 是一种快速且一致的测量方法,能够在几秒钟内以各种放大率生成数百万个像素。
  • CSI 可用于超光滑或光学透明的表面,以及具有透明光学薄膜的表面。

在必须做到光滑的应用场景中,请选择相干扫描干涉测量解决方案。  您可以寻找一家经验丰富、遵守全球计量标准并且拥有易于使用的软件和硬件的公司。 

ZYGO 在精密计量方面具备多年的经验。我们供应基于 CSI 技术的三维光学轮廓仪产品,包括 NewView 9000、Nexview NX2 和 ZeGage Pro,能够提供符合 ISO 25178、ISO 4287/4288 和其他标准的测量参数。Mx 软件可提供大量三维面积图,包括非定向功率谱密度(PSD)图,用于显示对比对不敏感的频率内容。我们的三维光学轮廓仪具有智能设置功能,只需按下一个按钮即可最大限度地减少操作员和零件推测工作。