Обычный профилометр измеряет топографию поверхности с помощью одного оптического принципа. 3D-оптический микроскоп-профилометр объединяет несколько принципов с микроскопической визуализацией и автоматизацией в одной системе. В повседневной речи эти понятия часто пересекаются, однако именно архитектура определяет, какие поверхности можно измерять, сколько приборов вам потребуется и насколько стабильными будут результаты при работе разных операторов.
Основные выводы
- Обычный профилометр обычно опирается на один метод измерения. Микроскоп-профилометр объединяет несколько методов на одной платформе.
- Серия VK-X4000 объединяет лазерную конфокальную микроскопию, интерфероскопию белого света и вариацию фокуса, а также добавляет спектральную интерференцию для измерения толщины пленок.
- Подбирайте метод под конкретную поверхность: интерфероскопия белого света (WLI) — для гладких отражающих деталей; конфокальный метод — для сложных уклонов и смешанной отражательной способности; вариация фокуса — для шероховатых и крутых элементов.
- Будучи микроскопом для 3D-измерений поверхностей, он напрямую связывает цветные изображения с высоким увеличением и количественные данные.
- Если ассортимент ваших образцов разнообразен, предпочтительнее использовать многопринципную систему визуализации и профилометрии.
Являются ли 3D-оптический профилометр и оптический микроскоп-профилометр одним и тем же?
В повседневном использовании эти термины синонимичны. 3D-оптический профилометр (также называемый оптическим профилометром) фиксирует топографию поверхности с помощью света вместо щупа и выводит площадные параметры, такие как Sa, Sq и Sz, в соответствии с ISO 25178. Производители и покупатели также используют термины «3D-оптический профилометр-микроскоп» и «профилометр» как взаимозаменяемые, поэтому одно только название мало о чем говорит.
Полезное различие заключается в архитектуре. Обычный оптический профилометр построен на базе одного принципа измерения. Микроскоп-профилометр объединяет несколько принципов, визуализацию микроскопического уровня и автоматизированные измерения на одной платформе. Именно это различие, а не название в техническом паспорте, определяет, что вы можете измерить и сколько усилий для этого потребуется.
Как соотносятся основные методы оптической профилометрии?
Большинство систем основаны на одном из трех принципов, и каждый из них имеет свою оптимальную область применения:
Интерфероскопия белого света (WLI)
Как работает метод
Разделяет широкополосный свет на опорный и измерительный пучки и отслеживает интерференционные пики.
Преимущества
Вертикальное разрешение субнанометрового класса на гладких, отражающих поверхностях.
Ограничения
Сигнал зависит от отраженного света; крутые склоны, шероховатые поверхности или поверхности с низкой отражательной способностью измерять сложнее.
Конфокальный метод
Как работает метод
Отсекает свет, находящийся вне фокуса, и восстанавливает высоту точка за точкой.
Преимущества
Справляется с более крутыми склонами и смешанной отражательной способностью на самых разных типах поверхностей.
Ограничения
Вертикальное разрешение обычно ниже, чем у WLI на очень гладких поверхностях.
Вариация фокуса
Как работает метод
Анализирует резкость изображения при вертикальном сканировании оптической системы.
Преимущества
Крутые склоны, шероховатые или текстурированные поверхности, мелкие детали на большой площади.
Ограничения
Менее подходит для гладких зеркальных поверхностей.
Серия VK-X4000 (многопринципная система)
Как работает метод
Лазерная конфокальная микроскопия, WLI и вариация фокуса, а также спектральная интерференция для измерения толщины пленки.
Преимущества
Режим выбирается для каждого измерения на одной платформе со встроенной системой визуализации.
Ограничения
Вы выбираете лучший режим для каждого образца; результаты для пленок зависят от их оптических свойств.
Многометодовые системы других производителей также существуют. При их сравнении проверяйте, какие принципы включены, используют ли они общий оптический путь и программное обеспечение, а также является ли переключение автоматическим или требует замены оборудования.
В чем заключаются ограничения однопринципных систем
Образцы для производства и НИОКР редко ограничиваются одной категорией. В течение одной недели в лаборатории могут измерять полированную торцевую уплотнительную поверхность, текстурированное лазером покрытие, обработанную кромку и прозрачную пленку. Используя один принцип, вы либо смиритесь с ухудшением качества данных на нестандартных образцах, либо передадите эти образцы на второй прибор.
Второй прибор увеличивает время ожидания в очереди и затраты на оснастку. Это также создает проблему корреляции: когда два прибора выдают разные значения Sa для одной и той же детали, какое значение вносить в отчёт?
Зависимость от оператора — еще одно ограничение. Однопринципные системы часто эксплуатируются как аналитические приборы, где специалист настраивает параметры для каждого измерения. Это работает для десятков образцов, но плохо масштабируется при обработке сотен деталей и работе нескольких операторов. Именно этот пробел призван устранить микроскоп-профилометр.
Что меняет 3D-оптический микроскоп-профилометр?
Он меняет вопрос, который вы задаете в начале измерения: не «какой прибор подходит для этого образца?», а «какой режим подходит для этого образца?». Серия VK-X4000 делает это возможным благодаря поддержке нескольких принципов измерения, встроенной визуализации и автоматизации.
Одна платформа, три принципа измерения
Серия VK-X4000 объединяет лазерную конфокальную микроскопию, интерфероскопию белого света и вариацию фокуса в единую метрологическую систему для бесконтактных измерений в широком диапазоне материалов и геометрий. Лазерный конфокальный метод является универсальным режимом для различных форм и материалов. Интерфероскопия белого света обеспечивает получение 3D-данных с субнанометровым разрешением, когда поверхность гладкая и важна наименьшая вертикальная деталь. Метод вариации фокуса захватывает мелкие детали поверхности на большой площади, что подходит для шероховатых или текстурированных деталей.
Поскольку режимы используют единую интегрированную среду измерения и анализа, большая часть работы по взаимной корреляции данных приборов, описанная выше, исчезает.
Толщина пленки на той же платформе
Спектральная интерференция добавляет функцию измерения толщины пленки в ту же систему. Для прозрачных покрытий и слоев толщина и топография определяются с помощью одной платформы, а не отдельного инструмента. Результаты зависят от прозрачности и диапазона толщины пленки, поэтому убедитесь, что ваша пленка попадает в поддерживаемый диапазон.
Визуализация измеряемого объекта
Серия VK-X4000 работает как микроскоп для 3D-измерений поверхности, так и как профилометр. Она охватывает общий диапазон увеличения от 42 до 28 800× и поле зрения от 11 до 7398 мкм, оснащена цветной КМОП-камерой для наблюдения и создает изображения, подобные SEM-снимкам, одновременно с анализом профиля, шероховатости и толщины пленки. Вы можете обнаружить дефект, получить его изображение и выполнить количественную оценку, не перемещая образец.
Измерение большего количества деталей меньшими силами
Производительность метрологической лаборатории обычно ограничивается раньше, чем разрешение. Многоточечные измерения автоматизируют процесс в нескольких точках и на разных образцах без сложной настройки или программирования, а автоматический анализ шероховатости исключает ручной шаг из каждого результата. Доступный моторизованный столик с перемещением 300 × 300 мм, максимальной высотой образца 100 мм и грузоподъемностью 30 кг позволяет размещать крупные детали и лотки с несколькими деталями.
Функция AI-Analyzer помогает выявить ключевые различия поверхности между образцами. Как и в случае с любым автоматизированным решением, сверяйте его результаты со своими собственными критериями приемки, прежде чем принимать решения о годности или браке.
Как правильно сравнивать технические характеристики
В серии VK-X4000 источник лазерного излучения имеет длину волны 404 нм, а разрешение отображения высоты в режиме лазерной конфокальной микроскопии составляет 0,1 нм. Повторяемость по высоте (σ) составляет 100 нм при 10×, 40 нм при 20× и 12 нм при 50×, а в режиме вариации фокуса — 20 нм σ при 50×. Интерфероскопия белого света обеспечивает еще большую повторяемость — вплоть до 0,08 нм.
Разрешение дисплея — это наименьший шаг, отображаемый системой, в то время как повторяемость (σ) отражает степень сходимости повторных измерений одного и того же элемента, поэтому их не следует сравнивать друг с другом. При сравнении любых двух систем используйте σ при том же объективе, на том же эталонном образце, с той же фильтрацией и подтверждайте результат с помощью анализа измерительных систем (MSA) на собственных деталях.
Как оценивать стоимость и соответствие рабочему процессу?
Цена приобретения — это лишь один из факторов. Пропускная способность меняет расчет в первую очередь: если одна система измеряет в три раза быстрее другой, вам требуется в три раза меньше единиц оборудования для покрытия того же объема. Далее идут трудозатраты, поскольку настраиваемая специалистом подготовка каждого образца отнимает часы, которые можно сократить с помощью многоточечной автоматизации. Затем подсчитайте затраты на второй прибор, включая время ожидания в очереди, оснастку, калибровку и исследование корреляции для каждого образца, который вы на него направляете.
Чтобы выразить это в цифрах, оцените окупаемость: период окупаемости (в годах) = разница в стоимости приобретения ÷ годовая экономия, где экономия включает трудозатраты в часах, а также исключение затрат на второй прибор и проведение измерений на стороне. Используйте собственные показатели производительности и труда, а не заявления поставщиков, затем испытайте кандидатные системы на репрезентативных образцах и проведите анализ повторяемости и воспроизводимости измерений (Gauge R&R) для разных операторов и режимов.
Когда достаточно обычного профиломера
Система с одним принципом работы — разумный выбор, если ваши образцы однородны (например, только полированные поверхности), все измерения выполняет один специалист, а интеграция с системой визуализации не требуется. Профилометрический микроскоп оправдывает себя по мере роста разнообразия образцов, количества операторов или требований к пропускной способности.
Часто задаваемые вопросы
Обе системы фиксируют бесконтактные данные 3D-поверхности, и в повседневной речи эти термины часто пересекаются. Профилометрический микроскоп объединяет несколько принципов измерений и визуализацию микроскопического уровня на одной платформе. Обычные профиломеры, как правило, опираются на один принцип.
Он использует свет, отраженный от поверхности, для построения карты высот 3D. В зависимости от метода он анализирует интерференционные картины (WLI), подавление света вне фокуса (конфокальный метод) или резкость изображения (вариация фокуса).
WLI отлично подходит для гладких отражающих поверхностей благодаря вертикальному разрешению субнанометрового класса.
Вариация фокуса и конфокальный метод справляются с шероховатыми, текстурированными или крутыми элементами лучше, чем WLI. В этом и заключается аргумент в пользу наличия всех трех методов на одной платформе.
Да. Серия VK-X4000 включает спектральную интерференцию для измерения толщины пленки. Убедитесь, что оптические свойства и диапазон толщины вашей пленки подходят для этого метода.
Зависит от ситуации. Профильные параметры, такие как Ra (ISO 21920), и площадные параметры, такие как Sa (ISO 25178), представляют собой разные величины, причем на оба типа параметров влияют фильтрация и условия измерения. Перед изменением методов лучше всего провести исследование корреляции на репрезентативных образцах. Это также относится к сопоставлению измерений контактного профиломера с измерениями шероховатости линии с помощью оптической системы. Хотя обе системы выполняют измерения одного типа, необходимо учитывать факторы, касающиеся граничных фильтров, длины и ориентации измерения, а также измеряемой площади.
- Серия 3D оптических профилометрических микроскопов VK-X4000
3D оптический профилометрический микроскоп
Серия VK-X4000
