Misura della rugosità della superficie —Termini e norme

Soluzioni per Microscopia

Diversi strumenti di misura sono in grado di misurare la rugosità della superficie

Strumenti di misura di rugosità della superficie possono essere classificati in strumenti a contatto e senza contatto.
Esistono vantaggi e svantaggi per entrambi i tipi di strumenti ed è importante scegliere lo strumento più idoneo in base alla propria applicazione.

Panoramica

Metodo Strumento di misura Vantaggi Limitazioni
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
  • Limitato alla misura di una singola sezione con un numero contenuto di informazioni di misura
  • Misure non possibili su superfici adesive e campioni morbidi
  • Difficile posizionare la sonda in modo preciso
  • Impossibile misurare dettagli più piccoli del diametro del terminale della sonda stilo
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
  • Difficoltà nella misura di superfici irregolari
  • Difficoltà nella misura di campioni con considerevoli differenze di luminosità
  • Il basso contrasto rende difficile il posizionamento delle aree soggette a misua
  • Bassa risoluzione XY
Microscope laser
  • Sensibilité de détection d’angle élevée, permettant l’analyse de fortes pentes
  • Résolution XY élevée, offrant des images nettes et contrastées
  • Non permette la misura a livello sub-nanometrico
  • Inferiore differenziazione dell'altezza con minori ingrandimenti
Microscopio digitale
  • Possibili numerosi tipi di osservazioni e misure semplificate
  • Non adatto per la misura di componenti irregolari (adatto per la misura dell'ondulazione)
  • Non permette la misura a livello sub-nanometrico di rugosità
  • Bassa risoluzione XY
Microscopia a scansione di sonda (SPM)
  • Permette la misura a livello sub-nanometrico di superfici
  • Permette la misura di campioni con un relativamente alto rapporto di aspetto
  • Difficile posizionare la sonda in modo preciso
  • Lento
  • Non adatto per la misura di irregolarità nell'ordine dei μm

Un altro svantaggio di una stilo è che richiede un contatto diretto tra la sonda e la superficie del campione. Per campioni morbidi o delicati la stilo può causare effettivamente dei danni.

Problematica 2

Le sonde stilo possono alterare la superficie del campione

Visto che il laser usato dal microscopio OLS5000 acquisisce le informazioni senza entrare in contatto diretto con il campione è possibile acquisire delle precise misure di rugosità senza causare alterazioni

Soluzione 2

256 × 256 μm di nastro adesivo

Invece il microscopio OLS5000 impiega un laser per effettuare le misure e integra degli obiettivi dedicati con un apertura numerica elevata. Queste funzionalità permettono di ottenere delle misure precise indipendentemente dalla superficie del campione, anche se è molto inclinata. Gli obiettivi di alta qualità permettono di visualizzare campioni acquisendo allo stesso tempo le misure, ottenendo così dei dati delle immagini effettuando le misure.

Problematica 5

I microscopi laser OLS5000 sono in grado di effettuare delle misure subnanometriche molto più velocemente. Inoltre permettono di osservare delle irregolarità attraverso un ampio campo visivo. La funzione di stitching può essere usata per ampliare ulteriormente l'area di analisi.

Problematica 5

Méthode du profil Méthode de la surface
Parametri della tessitura superficiale ISO 4287:1997 ISO 25178-2 : 2012
ISO 13565:1996
ISO 12085:1996
Condizioni di misura ISO 4288:1996 ISO 25178-3 : 2012
ISO 3274:1996
Filtro ISO 11562:1996 Série ISO 16610
Classificazione degli strumenti di misura ISO25178-6:2010
Taratura degli strumenti di misura ISO 12179:2000 In fase di definizione
Éléments utilisés pour l’étalonnage Componenti di riferimento per la taratura ISO 5436-1 : 2000 ISO25178-70:2013
Metodo grafico ISO 1302:2002 ISO25178-1:2016

Curva principale del profilo

Rappresenta la curva ottenuta applicando un filtro passa-basso con un valore di soglia di λs per il profilo principale misurato. Il parametro della tessitura superficiale calcolato dal profilo principale viene definito come parametro principale del profilo (parametro P).

Profilo della rugosità

Rappresenta il profilo derivato dal profilo principale escludendo la componente dell'onda lunga mediante il filtro passa-alto con un valore di soglia di λc. Il parametro della tessitura superficiale calcolato dal profilo della rugosità viene definito come parametro del profilo della rugosità (parametro R).

Profilo di ondulazione

Rappresenta il profilo ottenuto dall'applicazione sequenziale dei filtri del profilo con valori di soglia di λf e λc al profilo principale. λf esclude la componente dell'onda lunga mentre λc del filtro esclude la componente dell'onda corta. Il parametro della tessitura superficiale calcolato dal profilo di ondulazione viene definito come parametro del profilo di ondulazione (parametro W).

Filtro del profilo

Rappresenta il filtro per l'isolamento delle componenti dell'onda corta e dell'onda lunga contenuti nel profilo. Sono definiti tre tipi di filtri:

  • Filtro λs: Filtro che definisce la soglia tra la componente di rugosità e le componenti delle onde più brevi
  • Filtro λc: Filtro che definisce la soglia tra la componente di rugosità e le componenti di ondulazione
  • Filtro λf: Filtro che definisce la soglia tra la componente di ondulazione e le componenti delle onde più lunghe

Lunghezza d'onda di soglia

Rappresenta la lunghezza d'onda di soglia per i filtri del profilo. È la lunghezza d'onda indicante il fattore di trasmissione del 50% per una data ampiezza.

Lunghezza di campionamento

Rappresenta la lunghezza in direzione dell'asse X usata per la determinazione delle caratteristiche del profilo.

Lunghezza di valutazione

Rappresenta la lunghezza in direzione dell'asse X usata per valutare il profilo considerato.

Grafico concettuale del metodo per profilo

Grafico concettuale del metodo per profilo

Superficie a scala limitata

I dati della superficie servono come base per il calcolo dei parametri della tessitura superficiale areale (superficie S-F o superficie S-L). Alcune volte viene denominata "superficie".

Filtro areale

Rappresenta il filtro per la separazione delle componenti dell'onda lunga e dell'onda corta contenute nelle superfici a scala limitata. Sono definiti tre tipi di filtri in base alla funzione:

  • Filtro S: Filtro che elimina le componenti delle lunghezze d'onda piccole dalle superfici a scala limitata
  • Filtro L: Filtro che elimina le componenti delle lunghezze d'onda grandi dalle superfici a scala limitata
  • Operazione F: Associazione o filtro per l'eliminazione di forme specifiche (sfere, cilindri, ecc.)

Nota: I filtri gaussiani sono in genere applicati come filtri S e L, inoltre l'associazione dei minimi quadrati totali è applicato per l'operazione F.

Filtro gaussiano

Rappresenta un tipo di filtro areale in genere usato nelle misure delle aree. Il filtro è applicato per convoluzione in base alle funzioni di ponderazione derivate dalla funzione gaussiana. Il valore dell'indice nesting è la lunghezza d'onda del profilo sinusoidale per il quale è trasmessa 50% dell'ampiezza.

Filtro spline

Rappresenta un tipo di filtro areale con una distorsione più ridotta nel bordo periferico quando è confrontato al filtro gaussiano.

Indice nesting

È l'indice che rappresenta la lunghezza d'onda della soglia per i filtri areali. Gli indici nesting per l'applicazione dei filtri gaussiani areali sono definiti in termini di unità di lunghezza e sono equivalenti al valore di soglia nel metodo del profilo.

Superficie S-F

Rappresenta la superficie ottenuta eliminando le componenti delle lunghezze d'onda ridotte mediante il filtro S e in seguito viene effettuata un'elaborazione rimuovendo certe componenti di forma mediante l'operazione F.

Superficie S-L

Rappresenta la superficie ottenuta eliminando le componenti delle lunghezze d'onda ridotte mediante il filtro S e in seguito vengono eliminate le componenti delle lunghezze d'onda ampie mediante il filtro L.

Area di valutazione

Rappresenta una parte rettangolare della superficie definita per la valutazione delle caratteristiche. L'area di valutazione dovrebbe essere quadrata, se non specificato diversamente.

Grafico concettuale del metodo areale

Grafico concettuale del metodo areale

1. Nel seguente elenco scegliere l'obiettivo idoneo in base al parametro da misurare (rugosità, ondulazione o variabilità). Assicurarsi che la distanza di lavoro (WD - working distance) superi la distanza tra il campione e l'obiettivo.

2. Se esistono diversi obiettivi idonei è necessario effettuare una scelta definitiva. La dimensione del campo di misura dovrebbe essere cinque volte la scala della struttura d'interesse meno definita.

Obiettivi Specifiche tecniche Parametro da misurare
Apertura numerica (A.N.) Distanza di lavoro (D. L.) (unità di misura: mm) Diametro del punto di focalizzazione* (unità di misura: μm) Campo di misura** (unità di misura: μm) Rugosità Ondulazione Variabilità (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

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* Valore teorico.
** Valore standard quando si usa l'OLS5000.
◎ : Più idoneo
○ : Idoneo
△ : Idoneo in funzione dell'uso
X : Non idoneo

La funzionalità dei filtri rispettivi, la combinazione dei filtri e la dimensione dei filtri usati nell'analisi degli elementi della superficie sono descritti di seguito:

Le condizioni del filtro sono determinate in base agli obiettivi delle analisi.

Funzionalità del filtro

Effettuando l'analisi parametrica degli elementi della superficie, dovrebbe essere considerata l'applicazione di tre tipi di filtri (operazione F, filtro S e filtro L) per i dati della tessitura della superficie acquisiti in base agli obiettivi della misura.

Operazione F Filtro S
(filtro short-cut)
Filtro L
(filtro passa-lungo)
Sono eliminate le componenti di forma nominali dei campioni (sfere, cilindri, curve, ecc.) sono eliminati Sono eliminati il rumore di misura e le componenti dei piccoli elementi Sono eliminate le componenti dell'ondulazione

Metodo di applicazione del filtro

Combinazioni del filtro

Per i tre filtri sono disponibili otto combinazioni (operazione F, filtro S e filtro L). Scegliere la combinazione di filtri applicata riferendosi all'elenco di obiettivi di misura riportato nella seguente tabella.

Scopo
Quando si analizzano i dati grezzi acquisiti
Quando si elimina la componente di ondulazione
Quando si eliminano le componenti di forma (sfere, curve e altre)
Quando si eliminano le componenti di forma (sfere, curve e altre) oltre alla componente di ondulazione
Quando si eliminano i rumori e le componenti delle piccole rugosità
Quando si eliminano i rumori, le componenti delle piccole rugosità e le componenti di ondulazione
Quando si eliminano le componenti di forma (sfere, curve e altre) oltre i rumori, le componenti delle piccole rugosità
Quando si eliminano i rumori, le componenti delle piccole rugosità, le componenti di forma (sfere, curve e altre) e le componenti di ondulazione
Operazione F
Filtro S
Filtro L

- : Non applicabile
○ : Applicabile

Dimensione del filtro (indici nesting)

L'intensità di filtraggio (capacità di separazione) viene definita dagli indici nesting (in alternativa i filtri L sono denominati soglie [cutoff]).

Sebbene quando si definiscono i valori degli indici nesting sia consigliato l'uso di valori numerici (0,5, 0,8, 1, 2, 2,5, 5, 8, 10 e 20), si applicano le seguenti limitazioni:

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