激光共聚焦扫描显微镜进行非接触式表面粗糙度测量
西努光学2018-08-16 09:37
随着纳米技术的发展、电子器件尺寸的缩小以及性能要求的不断提高，工业产品和工件表面特征测量及数据质量管理要求不断提高。传统触针式粗糙度测量仪以及其他通过接触被测表面采集高度信息的仪器只能大致测量表面高度/特征以及表面浅层状况。而薄膜之类软质样品以及比触针尖端更小的表面特征测量需求的增加推动了从线性测量到非破坏性/精确区域非接触式测量的发展。为了满足这些需求，能够在自然状态下进行样品表面特征精确非接触3D测量的激光显微镜得以问世。
奥林巴斯激光共聚焦扫描显微镜的优势
奥林巴斯的高品质光学器件有助于消除多种异常值。在包含最细微尺度的多尺度分析中，测量质量有目共睹。
奥林巴斯设备获得的高质量数据能够将斜率和曲率导数限近似计算中的误差放大问题降低到最低限度。光学观察中常见的尖峰噪声和其他异常值通常利用平滑滤波和类似方法消除。然而这种滤波方法往往会将正确的测量数据连同噪声一并消除，因此往往效果不尽人意。奥林巴斯激光显微镜可以仅消除尖峰噪声和其他异常值，而保留详细的观察数据。激光显微镜的数据处理能力是其所拥有的突出优势。
奥林巴斯激光共聚焦扫描显微镜的宽广测量范围及精密和低噪特性能够确保获得满足表面结构分析基本要求的测量结果。
表面结构参数的分类和适用国际标准
表面不规则性（粗糙度和起伏波动）、凹痕、平行沟槽以及其他一些表面特征被统称为“表面结构”。由这些表面特征所转换的测量值被称为表面结构参数。表面结构参数的测量大致分为轮廓法和区域法两种。
轮廓法（线粗糙度测量）
从传统上讲，表面结构参数是根据轮廓曲线（由曲面交点确定的曲线）确定的。这种测量方法的正式名称为轮廓法，也被称为线粗糙度测量。表面轮廓通常使用触针式测量仪器进行测量。ISO和其他一些国际标准均适用于这种测量方法。
区域法
时至今日，表面结构参数越来越多地通过包含丰富区域信息的三维表面结构数据获得，而不再使用测量二维轮廓曲线的轮廓法。这种测量方法被称为区域法。在大多数情况下，区域法需要使用基于光学观测的非接触式测量仪器。
轮廓法与区域法对比
由于通过机械式触针追踪表面进行直接测量，轮廓法的测量数据具有可靠性。在可预见的将来，轮廓法可能仍是经常使用的测量技术。该方法的缺点在于触针可能会损坏被测表面，因此不适用于软质材料。另外，由于测量表面根据单一截面的
纹理信息进行评估，数据未必能够体现出整个表面区域的不规则特征。
与此相比，大多数非接触式三维测量仪器均可在不损坏测量表面的情况下对软质材料进行测量。并且三维数据采集能够测量大尺寸区域的表面特征，用户能够获得使用轮廓法无法测量的平行沟槽和划痕方向信息。区域法能够提供的信息非常丰富，并可建立表面功能要求（如耐磨性、固体间粘附性和润滑剂保持能力）与表面参数之间的关联。
国际标准化组织（ISO）正在推动制定区域法测量标准，许多基本标准已经获得采纳，下表列出了轮廓法和区域法所适用的主要标准。
关于测量表面粗糙度的各种仪器
表面粗糙度测量仪分为接触式和非接触式两种。这两种方式各有优点和缺点，因此关键在于根据您的应用需求选择最合适的仪器。
激光扫描显微镜解决方案
相比常规触针式粗糙度测量仪的优势
粗糙度测量更精细
非接触式粗糙度测量
局部区域的粗糙度测量
相比相干扫描干涉仪的优势
能检测陡峭斜坡
能够测量低反射表面
较高的水平分辨率
相比扫描探针显微镜（SPM）的优势
快速精确的3D测量
宽视场测量
3D激光共焦扫描显微镜测量表面粗糙度的优势
特点一：非接触，无损，且快捷
特点二：全面的样品信息
特点三：捕捉细微的不规则性
应用案例赏析
一、测量圆珠笔笔尖球座体粗糙度
日常使用的圆珠笔品质取决于书写时圆珠是否滑动良好、握笔感觉以及使用舒适性。容纳旋转笔尖球座体的表面粗糙度与摩擦力（阻力）直接相关，对于圆珠笔质量至关重要。
由于球座体尺寸很小且形状复杂，常规粗糙度仪难以对其特征进行检测和跟踪。 OLS5000显微镜的非接触式测量能够轻松获得球座体凹陷部位的细微信息。与单轮廓粗糙度仪相反，从更大区域采集大量数据的能力让其能够将目标专注于复杂形状部件的局部粗糙度；可指定多个目标区域，且可轻松获得表面粗糙度和平均粗糙度的量化值。
二、测量涂层（透明）下方漆层表面的粗糙度
智能手机、汽车和移动电子设备及工业产品喷涂成各种颜色和色泽，很多时候采用透明涂层。表层涂层下方光泽底漆的表面状态对产品纹理存在显著影响。
常规粗糙度仪仅能测量涂层上表层。此外，触针还可能损伤透明涂层的软质层表面。
由于激光能够穿透透明涂层，OLS5000显微镜能够在不损伤上表层的情况下采集到光泽底漆层的特征数据。OLS5000显微镜可利用多层扫描功能测量透明涂层的薄膜厚度及其表面粗糙度。非接触扫描不会损伤样品。
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