Mesure de la rugosité de surface : conditions et normes

Microscopes industriels

Divers instruments de mesure sont capables de mesurer la rugosité de surface

Les instruments de mesure de rugosité de surface peuvent être classés en instruments avec contact et sans contact.
Les deux méthodes présentent des avantages et des inconvénients, et il est important de sélectionner l’instrument le plus approprié en fonction du type d’utilisation.

Vue d’ensemble

Méthode	Instrument de mesure	Avantages	Restrictions
Mesure avec contact	Mesure de rugosité avec stylet	Permet une mesure fiable, car la surface de l’échantillon est physiquement balayée avec un stylet Méthode utilisée depuis longtemps	Limitée à la mesure d’une seule section avec une faible quantité d’informations de mesure Incapable de mesurer les surfaces adhésives et les échantillons mous Difficile de positionner précisément la sonde Incapable de mesurer des détails plus petits que le diamètre de la pointe du stylet
Mesure sans contact	Interférométrie par balayage à cohérence	Mesures rapides Permet d’effectuer des mesures à l’échelle subnanométrique de surfaces lisses à faible grossissement	Présente des difficultés à mesurer les surfaces rugueuses Présente des difficultés à mesurer des échantillons avec d’importantes différences de luminosité Faible contraste rendant difficile la localisation des zones mesurées Faible résolution XY
	Microscope laser	Sensibilité de détection d’angle élevée, permettant l’analyse de fortes pentes Résolution XY élevée, offrant des images nettes et contrastées	Incapable d’effectuer des mesures à l’échelle subnanométrique Fonctionnalités de discrimination de hauteur inférieures à des taux de grossissement inférieurs
	Microscope numérique	Permet de nombreux types d’observations et un niveau de mesure simple	Ne convient pas pour mesurer la rugosité des composants (convient pour mesurer l’ondulation) Incapable d’effectuer des mesures d’irrégularités à l’échelle subnanométrique Faible résolution XY
	Microscope à sonde locale (MSL)	Permet la mesure de surfaces à l’échelle subnanométrique Permet la mesure d’échantillons avec un rapport de forme relativement élevé	Il est difficile de positionner précisément la sonde Lent Ne convient pas à la mesure d’irrégularités à l’échelle du micron

Un autre inconvénient d’un stylet est qu’il nécessite un contact direct entre la sonde et la surface de l’échantillon. Pour les échantillons mous ou délicats, le stylet peut entraîner de réels dommages.

Problèmes2

^{Les stylets peuvent endommager la surface de l’échantillon.}

Puisque le laser utilisé par le microscope OLS5000 acquiert des informations sans toucher l’échantillon, vous pouvez acquérir des mesures de rugosité précises sans entraîner de dommages.

Solutions2

^{Ruban adhésif de 256 × 256 μm}

Le microscope OLS5000, quant à lui, utilise un laser pour effectuer des mesures et dispose d’objectifs dédiés avec une ouverture numérique élevée. Ces fonctionnalités vous permettent d’obtenir des mesures précises, quelle que soit la surface de l’échantillon, même si elle présente une forte pente. Les objectifs de haute qualité vous permettent également de visualiser votre échantillon lors de l’acquisition des mesures et d’obtenir des données d’image tout en effectuant vos mesures.

Problèmes5

Les microscopes laser OLS5000 effectuent des mesures à l’échelle subnanométrique beaucoup plus rapidement. Ils vous permettent également d’observer les irrégularités à une échelle inférieure au micron en utilisant un large champ d’observation. La fonction d’assemblage peut être utilisée pour élargir davantage la zone d’analyse.

Problèmes5

	Méthode du profil	Méthode de la surface
Paramètres de texture de surface	ISO 4287:1997	ISO 25178-2 : 2012
	ISO 13565:1996
	ISO 12085:1996
Conditions de mesure	ISO 4288:1996	ISO 25178-3 : 2012
Conditions de mesure	ISO 3274:1996	ISO 25178-3 : 2012
Filtre	ISO 11562:1996	Série ISO 16610
Catégorisation des instruments de mesure	－	ISO25178-6:2010
Étalonnage des instruments de mesure	ISO 12179:2000	En préparation
Éléments utilisés pour l’étalonnage	ISO 5436-1 : 2000	ISO25178-70:2013
Méthode graphique	ISO 1302:2002	ISO25178-1:2016

Courbe de profil primaire

Courbe obtenue en appliquant un filtre passe-bas avec une valeur de seuil de λs au profil primaire mesuré. Le paramètre de texture de surface calculé à partir du profil primaire est appelé paramètre de profil primaire (paramètre P).

Profil de rugosité

Profil dérivé du profil primaire en supprimant le composant d’onde longue à l’aide du filtre passe-haut avec une valeur de seuil de λc. Le paramètre de texture de surface calculé à partir du profil de rugosité est appelé paramètre de profil de rugosité (paramètre R).

Profil d’ondulation

Profil obtenu par application séquentielle de filtres de profil avec des valeurs de seuil de λf et λc au profil primaire. λf bloque le composant d’onde longue tandis que le composant d’onde courte est bloqué avec le filtre λc. Le paramètre de texture de surface calculé à partir du profil d’ondulation est appelé paramètre de profil d’ondulation (paramètre W).

Filtre de profil

Filtre d’isolement des composants d’ondes longues et courtes contenues dans le profil. Trois types de filtres sont définis :

Filtre λs : filtre désignant le seuil entre le composant de rugosité et les composants d’ondes plus courtes
Filtre λc : filtre désignant le seuil entre le composant de rugosité et les composants d’ondulation
Filtre λf : filtre désignant le seuil entre le composant d’ondulation et les composants d’ondes plus longues

Longueur d’onde de seuil

Longueur d’onde de seuil pour les filtres de profil. Longueur d’onde indiquant un facteur de transmission de 50 % pour une amplitude donnée.

Longueur d’échantillonnage

Longueur dans la direction de l’axe X utilisée pour la détermination des caractéristiques du profil.

Longueur de la caractérisation

Longueur dans la direction de l’axe X utilisée pour l’évaluation du profil en cours de caractérisation.

Dessin conceptuel de la méthode de profil

^{Dessin conceptuel de la méthode du profil}

Surface limitée à l’échelle

Les données de surface servent de base au calcul des paramètres de texture de surface surfacique (surface S-F ou surface S-L). Cela est parfois appelé « surface ».

Filtre surfacique

Le filtre pour la séparation des composants à grandes et petites ondes contenues dans les surfaces limitées à l’échelle. Trois types de filtres sont définis selon la fonction :

Filtre S : le filtre élimine les composants de petite longueur d’onde des surfaces limitées à l’échelle.
Filtre L : le filtre élimine les composants de grande longueur d’onde des surfaces limitées à l’échelle.
Opérateur F : association ou filtre pour l’élimination de formes spécifiques (sphères, cylindres, etc.).

Remarque : Les filtres gaussiens sont généralement appliqués en tant que filtres S et L, et la méthode des moindres carrés totale est appliquée pour l’opérateur F.

Filtre gaussien

Type de filtre surfacique couramment utilisé dans la mesure de surface. La filtration est appliquée par convolution basée sur des fonctions de pondération dérivées d’une fonction gaussienne. La valeur de l’indice gigogne est la longueur d’onde d’un profil sinusoïdal pour lequel 50 % de l’amplitude est transmis.

Filtre spline

Type de filtre surfacique avec une distorsion plus petite dans le bord périphérique par rapport au filtre gaussien.

Indice gigogne

Indice représentant la longueur d’onde de seuil pour les filtres surfaciques. Les indices gigognes pour l’utilisation de filtres gaussiens surfaciques sont désignés en termes d’unités de longueur et sont équivalents à la valeur de seuil dans la méthode du profil.

Surface S-F

Surface obtenue en éliminant les composants de petites longueurs d’onde à l’aide du filtre S, puis en supprimant certains composants de la forme nominale à l’aide de l’opérateur F.

Surface S-L

Surface obtenue en éliminant les composants de petites longueurs d’onde à l’aide du filtre S, puis en supprimant les composants à grandes longueur d’onde à l’aide du filtre L.

Zone de caractérisation

Zone rectangulaire de la surface choisie pour l’analyse des éléments de surface présents sur cette zone. La zone de caractérisation doit être un carré (sauf indication contraire).

Dessin conceptuel de la méthode surfacique

^{Dessin conceptuel de la méthode de la surface}

1. Parmi les éléments répertoriés ci-dessous, sélectionnez les objectifs adaptés en fonction de la propriété à mesurer (rugosité, ondulation ou irrégularité). Assurez-vous que la valeur de la distance focale dépasse l’écart entre l’échantillon et l’objectif.

2. Si plusieurs objectifs peuvent convenir, faire une sélection finale. La taille du champ de mesure doit être cinq fois plus grande que l’échelle de la structure d’intérêt brute.

Si plusieurs objectifs peuvent convenir, choisir celui avec plus grande ouverture numérique possible.
Si aucun objectif adapté n’est disponible, effectuer une nouvelle sélection (cette fois avec les objectifs marqués « acceptable selon l’utilisation ») ou agrandir la zone de mesure à l’aide de la fonction d’assemblage.

Objectifs	Caractéristiques techniques				Élément de mesure
Objectifs	Ouverture numérique	Distance focale (unité : mm)	Diamètre du point de mise au point* (unité : µm)	Champ de mesure** (unité : µm)	Rugosité	Ondulation	Irrégularité (Z)
MPLFLN2.5X	0,08	10,7	6,2	5120 x 5120	X	X	X
MPLFLN5X	0,15	20	3,3	2560 x 2560	X	X	X
MPLFLN10XLEXT	0,3	10,4	1,6	1280 x 1280	X	○	△
MPLAPON20XLEXT	0,6	1	0,82	640 x 640	△	○	○
MPLAPON50XLEXT	0,95	0,35	0,52	256 x 256	◎	○	◎
MPLAPON100XLEXT	0,95	0,35	0,52	128 x 128	◎	○	◎
LMPLFLN20XLEXT	0,45	6,5	1,1	640 x 640	△	○	○
LMPLFLN50XLEXT	0,6	5	0,82	256 x 256	△	○	○
LMPLFLN100XLEXT	0,8	3,4	0,62	128 x 128	○	○	◎
SLMPLN20X	0,25	25	2	640 x 640	X	○	△
SLMPLN50X	0,35	18	1,4	256 x 256	X	○	△
SLMPLN100X	0,6	7,6	0,82	128 x 128	△	○	○
LCPLFLN20XLCD	0,45	7,4-8,3	1,1	640 x 640	△	○	○
LCPLFLN50XLCD	0,7	3,0-2,2	0,71	256 x 256	○	○	○
LCPLFLN100XLCD	0,85	1,0-0,9	0,58	128 x 128	○	○	◎

--- ---

* Valeur théorique
** Valeur standard lors de l’utilisation du microscope OLS5000

◎ : Mieux adapté
○ : Adapté
△ : Acceptable selon l’utilisation
X : Inadapté

La fonctionnalité des différents filtres, les combinaisons de filtres et la taille des filtres utilisés dans l’analyse des éléments de surface sont décrites ci-dessous :

Les conditions de filtration sont déterminées en fonction des objectifs de l’analyse.

Fonctionnalité des filtres

Lors de l’analyse paramétrique des éléments de surface, l’utilisation des trois types de filtres (opérateur F, filtre S et filtre L) doit être envisagée en fonction des données de texture de surface acquises selon les objectifs de la mesure.

Opérateur F	Filtre S (filtre passe-bas)	Filtre L (filtre passe-long)
Les composants de forme nominale des échantillons (sphères, cylindres, courbes, etc.) sont éliminés.	Le bruit de mesure et les petits éléments de surface sont éliminés.	Les composants d’ondulation sont éliminés.

Méthode d’application des filtres

Combinaisons de filtres

Huit combinaisons sont disponibles pour les trois filtres (opérateur F, filtre S et filtre L). Sélectionnez la combinaison de filtres à appliquer en consultant la liste des objectifs de mesure indiqués dans le tableau suivant.

Objectif prévu

Analyse de données brutes

Élimination du composant d’ondulation

Élimination des sphères, des courbes et des autres composants de forme

Élimination des sphères, des courbes et des autres composants de forme en plus du composant d’ondulation

Élimination du bruit et des petits composants de rugosité

Élimination du bruit, des petits composants de rugosité et des composants d’ondulation

Élimination des sphères, des courbes et des autres composants de forme, ainsi que des petits composants de rugosité et du bruit

Élimination des petits composants de rugosité et du bruit, des sphères, des courbes et d’autres composants des éléments détectés en plus du composant d’ondulation

Opérateur F

－

〇

－

〇

Filtre S

－

〇

Filtre L

－

〇

－

〇

－

〇

－

〇

－ : Non applicable
○ : Compatible

Taille du filtre (indices gigognes)

Les puissances de filtration (capacités de séparation) sont appelées « indices gigognes » (les filtres L sont également appelés « seuils »).

Le filtre S élimine des aspects de plus en plus détaillés des éléments détectés en surface au fur et à mesure que la valeur de l’indice gigogne augmente.
Le filtre L élimine de plus en plus de composants d’ondulation des éléments détectés en surface au fur et à mesure que la valeur de l’indice gigogne diminue.

Bien que l’utilisation de valeurs numériques (0,5, 0,8, 1, 2, 2,5, 5, 8, 10, 20) soit recommandée lors de la définition des valeurs d’indice gigogne, les restrictions suivantes s’appliquent :

La valeur de l’indice gigogne des filtres S doit être déterminée afin de dépasser la résolution optique (≒ diamètre du point de mise au point) et être égale à au moins trois fois la valeur de l’intervalle d’échantillonnage des données.
La valeur de l’indice gigogne du filtre L doit être inférieure à celle la zone de mesure (longueur du côté étroit de la zone rectangulaire).

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