Medición de la rugosidad superficial: Términos y normas

Microscopios industriales

Amplia gama de instrumentos para medir la rugosidad superficial

Los instrumentos, destinados a la medición de la rugosidad superficial, pueden ser clasificados en instrumentos de contacto y sin contacto.
Ambos métodos tienen ventajas y desventajas; por ende, es importante seleccionar el instrumento más adecuado según su aplicación.

Descripción

Método Instrumento de medición Ventajas Limitaciones
Medición por contacto Lapicero óptico para rugosidad
  • Medición fiable debido a que la superficie del material es físicamente explorada con un lapicero óptico.
  • Utilización desde hace muchos años.
  • Mide una sola sección otorgando una cantidad reducida de información.
  • Carece de capacidad para medir superficies adhesivas y muestras lisas.
  • Dificulta el posicionamiento preciso de la sonda.
  • No mide detalles más pequeños que el diámetro de la punta de la sonda que alberga el lapicero óptico.
Medición sin contacto Interferómetros de escaneo por coherencia
  • Mediciones rápidas
  • Permite la medición subnanométrica de superficies lisas con un aumento (magnificación) reducido.
  • Presenta problemas al medir superficies rugosas.
  • Presenta problemas al medir muestras con diferencias significativas en el brillo.
  • Bajo contraste que dificulta la localización de las áreas sujetas a medición.
  • Baja resolución XY.
Microscopio láser
  • Sensibilidad de detección angular que permite el análisis de pendientes pronunciadas.
  • Alta resolución XY, que proporciona imágenes claras y de alto contraste.
  • No cuenta con la capacidad para mediciones subnanométricas.
  • Capacidades inferiores de discriminación de altura en índices de magnificación más baja.
Microscopio digital
  • Permite muchos tipos de observaciones y un nivel simple de medición.
  • No apto para medir la rugosidad de los componentes (apto para medir la ondulación).
  • No cuenta con la capacidad de medir irregularidades subnanométricas.
  • Baja resolución XY
Microscopio con sonda de escaneo (SPM)
  • Permite la medición de superficies subnanométricas.
  • Permite la medición de muestras con una proporción de aspecto relativamente alta.
  • Es difícil colocar con precisión la sonda.
  • Lento.
  • No apto para medir irregularidades en μm.

La otra desventaja del lapicero óptico es que requiere un contacto directo entre la sonda y la superficie de la muestra. En el caso de muestras suaves o delicadas, el lapicero óptico puede causar daños.

Problema 2

Sonda del lapicero óptico que puede dañar la superficie de la muestra

El microscopio OLS5000 adquiere información sin tocar la muestra, gracias a ello puede adquirir mediciones precisas de rugosidad sin causar daños.

Solución 2

Cinta adhesiva 256 × 256 μm

Por el contrario, el microscopio OLS5000 usa un láser para las mediciones y tiene objetivos específicos con una alta apertura numérica. Estas características permiten obtener medidas precisas sin importar el tipo de superficie de la muestra, incluso si es muy inclinada. Los objetivos de alta calidad también permiten ver la muestra mientras se adquieren las medidas y obtener datos de imagen durante las mediciones.

Problema 5

Los microscopios láser OLS5000 permiten desarrollar mediciones a nivel subnanométrico de forma mucho más rápida. También, facilitan las observaciones de irregularidades submicrónicas gracias a un amplio campo de visión. La función mosaico puede usarse para ampliar aún más el área analítica.

Problema 5

Tipo de método de perfil Tipo de método de superficie (área)
Parámetros de textura de superficie ISO 4287:1997 ISO 25178:2
ISO 13565:1996
ISO 12085:1996
Condiciones de medida ISO 4288:1996 ISO 25178:3
ISO 3274:1996
Filtro ISO 11562:1996 Serie ISO 16610
Categorización de instrumentos de medición ISO25178-6: 2010
Calibración de instrumentos de medición ISO 12179:2000 Bajo preparación
Pieza de ensayo estándar para calibración ISO 5436:1 ISO25178-70: 2013
Método gráfico ISO 1302:2002 ISO25178-1: 2016

Curva de perfil primario

Es la curva que se obtiene al aplicar un filtro de paso bajo con un valor de límite λs en el perfil primario medido. Al parámetro de textura de la superficie, calculado a partir del perfil primario, se le denomina parámetro de perfil primario (parámetro P).

Perfil de rugosidad

Es el perfil que deriva del primario al suprimir el componente de onda larga que utiliza el filtro de paso alto con un valor de límite λc. Al parámetro de textura de la superficie, calculado a partir del perfil de rugosidad, se le denomina parámetro de perfil de rugosidad (parámetro R).

Perfil de ondulación

Es el perfil obtenido mediante la aplicación secuencial de los filtros de perfil con valores de corte λf y λc en el perfil primario. λf corta el componente de onda larga mientras que el componente de onda corta es cortado por el filtro λc. Al parámetro de textura de la superficie, calculado a partir del perfil de ondulación, se le denomina parámetro de perfil de ondulación (parámetro W).

Filtro de perfil

Es el filtro requerido para el aislamiento de los componentes de onda corta y larga contenidos en el perfil. A continuación, se proporciona la definición de los tres tipos de filtros:

  • Filtro λs: designa el umbral entre el componente de rugosidad y los componentes de onda más corta.
  • Filtro λc: designa el umbral entre el componente de rugosidad y los componentes de ondulación.
  • Filtro λf: designa el umbral entre el componente de ondulación y los componentes de onda más larga.

Longitud de onda límite

Es la longitud de onda del umbral en el caso de los filtros de perfil. La longitud de onda indica un factor de transmisión del 50 % para una amplitud determinada.

Longitud de muestreo

Es la longitud en la dirección del eje X que se usa para determinar las características del perfil.

Longitud de evaluación

Es la longitud en la dirección del eje X usada para evaluar el perfil bajo evaluación.

Dibujo conceptual del método de perfil

Dibujo conceptual del método de perfil

Superficie a escala limitada

Los datos de la superficie sirven como base para calcular los parámetros de textura de la superficie [área], ya sea la superficie S-F o superficie S-L. A este parámetro a veces se le denomina «superficie».

Filtro de área

Es el filtro requerido para la separación de los componentes de onda corta y larga contenidos en las superficies a escala limitada. A continuación, se definen tres tipos de filtros según su función:

  • Filtro S: elimina los componentes de longitud de onda pequeña de las superficies a escala limitada.
  • Filtro L: elimina los componentes de longitud de onda prolongada de las superficies a escala limitada.
  • Operación F: asociación o filtro que sirve para eliminar formas específicas (esferas, cilindros, etc.)

Nota: Los filtros gaussianos se establecen por lo general como S y L, y la asociación de mínimos cuadrados totales se establece en la operación F.

Filtro gaussiano

Tipo de filtro de área usado por lo general en la medición de superficies (áreas). El filtro se aplica por convolución partiendo de funciones de ponderación que derivan de una función gaussiana. El valor del índice de anidamiento es la longitud de onda de un perfil sinusoidal en el que se transmite el 50 % de la amplitud.

Filtro de canal (spline)

Es un tipo de filtro de área con menor distorsión en el borde periférico a diferencia del filtro gaussiano.

Índice de anidación

Representa la longitud de onda del umbral para filtros de área. El índice de anidamiento para la aplicación de filtros gaussianos de área se establece en términos de unidades de longitud y es equivalente al valor de límite (corte) en el método de perfil.

Superficie S-F

Es la superficie obtenida al eliminar componentes de longitud de onda pequeña con el filtro S, y procesada a continuación mediante la operación F para eliminar ciertos componentes de geometría (forma).

Superficie S-L

Es la superficie obtenida al eliminar los componentes de longitud de onda pequeña con el filtro S, seguida de la eliminación de componentes de longitud de onda prolongada con el filtro L.

Área de evaluación

Es la porción rectangular de la superficie designada para evaluación característica. El área de evaluación se determina como un cuadrado (a menos de especificación contraria).

Dibujo conceptual del método de superficie (área)

Dibujo conceptual del método de superficie (área)

1. A partir de los elementos enumerados a continuación, seleccione las lentes de objetivo apropiadas en función de la característica que desea medir (aspereza, ondulación o irregularidad). Asegúrese de que el valor de la distancia de trabajo (D. T.) no exceda el espacio requerido entre la muestra y la lente.

2. Si se ve en una conjetura frente a una variedad de opciones de lentes de objetivo, haga una selección final. Recuerde que el tamaño del campo de medición debe ser cinco veces la escala de la estructura de interés más gruesa (alta).

Objetivos Especificación Característica para medición
Apertura numérica (A. N.) Distancia de trabajo (D. T.) (unidad: mm) Diámetro del punto de enfoque * [unidad: μm) Campo de medida ** [unidad: μm) Rugosidad Ondulación Desnivel/irregularidad (Z)
MPLFLN2.5X 0.08 10,7 6,2 5120 × 5120 X X X
MPLFLN5X 0.15 20 3,3 2560 × 2560 X X X
MPLFLN10XLEXT 0,3 10,4 1,6 1280 × 1280 X
MPLAPON20XLEXT 0.6 1 0,82 640 × 640
MPLAPON50XLEXT 0.95 0,35 0,52 256 × 256
MPLAPON100XLEXT 0.95 0,35 0,52 128 × 128
LMPLFLN20XLEXT 0.45 6,5 1,1 640 × 640
LMPLFLN50XLEXT 0.6 5 0,82 256 × 256
LMPLFLN100XLEXT 0.8 3,4 0,62 128 × 128
SLMPLN20X 0,25 25 2 640 × 640 X
SLMPLN50X 0,35 18 1,4 256 × 256 X
SLMPLN100X 0.6 7,6 0,82 128 × 128
LCPLFLN20XLCD 0.45 De 7,4 a 8,3 1,1 640 × 640
LCPLFLN50XLCD 0.7 De 3,0 a 2,2 0,71 256 × 256
LCPLFLN100XLCD 0.85 De 1,0 a 0,9 0,58 128 × 128

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* Valor teórico.
** Valor estándar al usar el microscopio OLS5000.
◎ : Más adecuado
○ : Adecuado
△ : Aceptable según el uso
X : No adecuado

La funcionalidad, combinación y el tamaño de cada filtro usado en el análisis de las características superficiales se describen a continuación:

Las condiciones de filtro se establecen conforme a los objetivos analíticos.

Funcionalidad de filtro

Al realizar un análisis paramétrico de características de la superficie, se debe considerar la aplicación de tres tipos de filtros (operación F, filtro S y filtro L) para los datos de textura superficial adquiridos de acuerdo con los objetivos de la medición.

Operación F Filtro S
(Filtro de atajo)
Filtro L
(Filtro de paso largo)
Componentes de forma nominal de muestras (esferas, cilindros, curvas, etc.). son eliminados Se eliminan el ruido de medición y los componentes de características pequeñas. Se eliminan los componentes de ondulación.

Método de aplicación del filtro

Combinaciones de filtros

Hay ocho combinaciones disponibles para los tres filtros (operación F, filtro S y filtro L). Seleccione la combinación de filtros a aplicar haciendo referencia a la lista de objetivos de medición indicados en la siguiente tabla.

Finalidad prevista
Al analizar datos adquiridos sin procesar
Al eliminar el componente de ondulación
Al eliminar esferas, curvas y otros componentes de forma
Al eliminar esferas, curvas y otros componentes de forma además del componente de ondulación
Al eliminar pequeños componentes de rugosidad y ruidos
Al eliminar pequeños componentes de rugosidad, ruido y ondulaciones
Al eliminar esferas, curvas y otros componentes de forma junto con pequeños componentes de rugosidad y ruido
Al eliminar pequeños componentes de rugosidad y ruido, esferas, curvas y otros componentes de características además del componente de ondulación
Operación F
Filtro S
Filtro L

- : No disponible
○ : Aplicable

Tamaño de filtro (índices de anidamiento)

La fuerza de filtrado (capacidades de separación) se conoce como índices de anidamiento (los filtros L se denominan alternativamente cortes).

Aunque se recomienda el uso de valores numéricos (0.5, 0.8, 1, 2, 2.5, 5, 8, 10, 20) al definir valores de índice de anidamiento, se aplican las siguientes restricciones:

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