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 |
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Medición sin contacto | Interferómetros de escaneo por coherencia |
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Microscopio láser |
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Microscopio digital |
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Microscopio con sonda de escaneo (SPM) |
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- Ventajas frente a un lapicero óptico
- Ventajas frente a losinterferómetros de escaneo por coherencia
- Ventajas frente a losmicroscopios con sonda de escaneo (SPM)
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.
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
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)
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).
- Si tiene varios candidatos, seleccione la lente de objetivo con la mayor apertura numérica [A. N.] en lo posible.
- Si no hay una lente adecuada según su interés, haga una nueva selección en función de los objetivos etiquetados como «aceptables según el uso», o considere expandir el área de medición mediante la aplicación mosaico.
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 estándar al usar el microscopio OLS5000.
○ : 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. |
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.
- : 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).
- El filtro S elimina componentes de características cada vez más detallados cuanto mayor es el valor del índice de anidamiento.
- El filtro L elimina cada vez más componentes de características de ondulación cuanto menor es el valor del índice de anidamiento.
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:
- El valor del índice de anidamiento para los filtros S debe especificarse para exceder la resolución óptica (≒ diámetro del punto de enfoque) y al menos tres veces el valor del intervalo de muestreo de datos.
- El índice de anidamiento del filtro L debe establecerse en un valor más pequeño que el área de medición (longitud del lado estrecho del área rectangular).