프로파일로미터

Profilometer
NANOVEA PS50 Non-Contact Optical Profilometer
비접촉 광학 프로파밀도계
프랑스 툴루즈의 LAAS 기술 시설의 접촉 프로파일러미터.

프로파밀도계는 표면의 거칠기를 계량하기 위해 표면의 프로파일을 측정하는 데 사용되는 측정기기다. 계단, 곡률, 평탄도 등의 임계 치수는 표면 지형을 사용해 계산한다.

프로파일러의 역사적 개념은 접촉 프로파일러의 스타일러스에 비해 표면이 이동하면서 표면을 측정하는 축음기와 유사한 장치였지만, 이 개념은 수많은 비접촉 프로파일러메트릭 기법의 출현과 함께 변화하고 있다.

비스캔 기술은 단일 카메라 획득 내에서 표면 지형을 측정할 수 있으며, XYZ 스캐닝은 더 이상 필요하지 않다. 그 결과 지형의 동적 변화를 실시간으로 측정한다. 현대의 프로파밀도계는 정적인 지형뿐만 아니라 이제는 역동적인 지형도 측정하고 있다 – 그러한 시스템은 시간적으로 분해된 프로파밀도계로 설명된다.

종류들

1940년대 Taylor-HobsonTalysurf 표면 프로필 측정기

광학 methods[1][2]디지털 홀로그래피 현미경 같은 간섭 법 기반의 방법, 수직 주사interferometry/white 가벼운 간섭 법, 이상의 간섭 법 차등 간섭 대비 현미경 관찰(Nomarski microscopy), 강도 감지, 초점 변화, 미분 det 같은 초점 검출 메서드를 포함합니다.ection, 임계각법, 난시법, 푸코법, 콘코칼 현미경법;프린지 투영법, 푸리에 프로파일러법, 모이어법, 패턴 반사법 등의 패턴 투영법.

접촉 및 유사 접촉 방법으로는[1][2] 스타일러스 프로파일러미터(기계적 프로파일러미터)[3][4] 원자력 현미경, 스캐닝 터널링 현미경 등이 있다.

접촉 프로파밀도계

다이아몬드 스타일러스는 샘플과 접촉하여 수직으로 이동한 다음 지정된 거리 및 특정 접촉력에 대해 샘플 전체에 걸쳐 횡방향으로 이동한다. 프로파밀도계는 위치 함수로서 수직 스타일러스 변위의 작은 표면 변화를 측정할 수 있다. 일반적인 프로파일러 측정기는 10나노미터에서 1밀리미터까지의 작은 수직 형상을 측정할 수 있다. 다이아몬드 스타일러스의 높이 위치는 아날로그 신호를 생성하여 디지털 신호로 변환하고 저장, 분석 및 표시한다. 다이아몬드 스타일러스의 반지름은 20나노미터에서 50μm까지이며 수평 해상도는 스캔 속도와 데이터 신호 샘플링 속도에 의해 제어된다. 스타일러스 추적력은 1 ~ 50 밀리그램 미만이 될 수 있다.

접촉 프로파밀도계의 장점으로는 수용성, 표면 독립성, 분해능 등이 있으며, 모델링이 필요 없는 직접 기법이다. 세계 표면 마감 표준의 대부분은 접촉 프로파일로 작성되었다. 규정된 방법론을 따르려면 이러한 유형의 프로파일러가 필요한 경우가 많다. 비접촉 방법이 표면 자체 대신 표면 오염물질을 측정하게 되는 더러운 환경에서는 종종 표면에 접촉하는 것이 이점이 된다. 스타일러스가 표면에 닿기 때문에 이 방법은 표면 반사율이나 색상에 민감하지 않다. 스타일러스 팁 반경은 20나노미터 정도로 작을 수 있으며, 백광 광학 프로파일링보다 훨씬 우수하다. 수직 분해능도 일반적으로 나노미터 미만이다.

비접촉 프로파밀도계

광학 프로파밀도계는 스타일러스 기반 프로파밀도계와 많은 동일한 정보를 제공하기 위한 비접촉 방법이다. 레이저 삼각 측량(삼각형 센서), 공초점 현미경 검사(매우 작은 물체를 프로파일링하는 데 사용), 정합성 검사 상호측정법, 디지털 홀로그래피 등 현재 채택되고 있는 여러 가지 기법이 있다.

광학 프로파밀도계의 장점은 속도, 신뢰성, 스폿 사이즈다. 비접촉 프로파밀도계가 표면에 닿지 않기 때문에 3D 스캔을 수행하기 위한 작은 단계와 요구 사항의 경우 스캔 속도는 표면에서 반사된 빛과 획득 전자 장치의 속도로 결정된다. 큰 단계를 수행하는 경우 광학 프로파일러의 3D 스캔은 스타일러스 프로파일러의 2D 스캔보다 훨씬 느릴 수 있다. 광학 프로파밀도계는 표면에 닿지 않기 때문에 표면 마모나 조작 부주의로 인해 손상될 수 없다. 많은 비접촉식 프로파밀도계는 필요한 유지보수를 상당히 감소시키는 경향이 있는 고체상태다. 광학 방법의 스폿 크기 또는 측면 분해능은 몇 마이크로미터 아래에서부터 서브 마이크로미터까지 다양하다.

시간 분해 프로파일러미터

디지털 홀로그래픽 현미경으로 측정한 토소상사(일본)의 자가 치유 폴리머
MEMS 초음파 투과기는 스트로보스코픽 모드에서 8 MHz로 측정됨

디지털 홀로그래픽 현미경처럼 비스캔 기술을 통해 실시간으로 3D 지형 측정이 가능하며, 3D 지형은 단일 카메라 획득으로 측정하여 획득률이 카메라 획득률에 의해 제한되며, 일부 시스템은 1000fps의 프레임률로 지형을 측정한다. 시간이 경과한 시스템은 스마트 재료의 치유 또는 이동 시료의 측정으로 지형 변화를 측정할 수 있다. 시간 분해 프로파밀도계는 MHz 범위에서 MEMS 진동을 측정하기 위해 스트로보스코픽 장치와 결합할 수 있다. 광경 장치는 MEMS에 흥분 신호를 제공하고 광원과 카메라에 트리거 신호를 제공한다.

시간이 경과한 프로파일러미터의 장점은 진동에 강하다는 것이다. 스캔 방법과 달리, 시간 해결 프로파일러 수집 시간은 밀리초 범위에 있다. 수직 보정은 필요 없다: 수직 측정은 스캐닝 메커니즘에 따라 달라지지 않으며, 디지털 홀로그래픽 현미경 수직 측정은 레이저 소스 파장에 기반한 본질적인 수직 보정이 있다. 시료는 정적이지 않고 외부 자극에 대한 시료 지형의 반응이 있다. 비행 중 측정을 통해 이동 샘플의 지형은 짧은 노출 시간으로 획득된다. MEMS 진동 측정은 시스템이 스트로보시 유닛과 결합되었을 때 수행될 수 있다.

광섬유 기반 광학 프로파밀도계

광섬유 기반의 광학 프로파밀도계는 광섬유를 통해 광 간섭 신호를 프로파밀도계 검출기로 다시 전송하는 광학 프로브를 사용하여 표면을 스캔한다. 광섬유 기반 프로브는 신호 저하 없이 검출기 인클로저로부터 수백 미터 떨어진 곳에 물리적으로 위치할 수 있다. 광섬유 기반의 광학 프로파밀도계를 사용할 때의 추가적인 이점은 유연성, 긴 프로파일 획득, 견고성, 산업 공정으로의 통합 용이성이다. 특정 프로브의 작은 직경으로 표면은 좁은 틈이나 작은 직경 튜브 등 접근이 어려운 공간 안에서도 스캔이 가능하다.[5] 이러한 프로브는 일반적으로 높은 샘플 속도에서 한 번에 한 점을 획득하기 때문에 긴 (연속) 표면 프로파일을 획득할 수 있다. 스캐닝은 매우 뜨겁거나 극저온을 포함한 적대적 환경이나 방사능 챔버에서 수행될 수 있으며, 검출기는 사람이 안전한 환경에서 거리에 위치한다.[6] 섬유 기반 탐침은 움직이는 웹 위와 같이 공정 중에 쉽게 설치되거나 다양한 위치 확인 시스템에 장착된다.

참고 항목

참조

  1. ^ Jump up to: a b Jean M. Bennett, Lars Mattsson, 표면 거칠기와 산란 소개, 미국 워싱턴 D.C. 광학 협회
  2. ^ Jump up to: a b W J Waleki, F Szondy 및 M M Hilali, "시간당 웨이퍼 2000개를 초과하는 처리량에 대해 태양전지 제조에 대한 응력 계산을 가능하게 하는 빠른 인라인 표면 지형학" 2008 Meas. Sci. Technol. 19 025302(6pp) doi:10.1088/0957-0233/19/2/025302
  3. ^ Stout, K. J.; Blunt, Liam (2000). Three-Dimensional Surface Topography (2nd ed.). Penton Press. p. 22. ISBN 978-1-85718-026-8.
  4. ^ Binnig, Gerd, Calvin F Quate, and Ch Gerber (1986). ""Atomic force microscope." Physical review letters 56.9 (1986): 930". Physical Review Letters. 56 (9): 930–933. doi:10.1103/PhysRevLett.56.930. PMID 10033323.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  5. ^ Dufour, Marc; Lamouche, G.; Gauthier, B.; Padioleau, C.; Monchalin, J.P. (2006). "Inspectionofhard-to-reachindustrialpartsusingsmalldiameterprobes" (PDF). SPIE Newsroom. SPIE. doi:10.1117/2.1200610.0467. Retrieved December 15, 2010.
  6. ^ Dufour, M. L.; Lamouche, G.; Detalle, V.; Gauthier, B.; Sammut, P. (April 2005). "Low-Coherence Interferometry, an Advanced Technique for Optical Metrology in Industry". Insight: Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 47 (4): 216–219. CiteSeerX 10.1.1.159.5249. doi:10.1784/insi.47.4.216.63149. ISSN 1354-2575.

외부 링크