Đánh giá đặc tính chống chói của nắp đồng hồ tốc độ với độ chính xác cao bằng kính hiển vi 3D quét laser Olympus

Nắp đồng hồ (đo bề mặt, tại vị trí được đánh dấu bằng vòng tròn màu đỏ)

Ứng dụng – Đánh giá độ nhám của nắp đồng hồ tốc độ với độ chính xác siêu nhỏ

Màn hình, được sử dụng trong nhiều tình huống khác nhau, thường được xem qua bảng nhựa / thủy tinh hoặc bộ lọc. Tùy thuộc vào môi trường xem, ánh sáng chói từ ánh sáng của màn hình hoặc ánh sáng chói trên bề mặt màn hình có thể cản trở tầm nhìn, đó là trường hợp của đồng hồ tốc độ ô tô. Để giúp giảm bớt vấn đề này, các nhà sản xuất ô tô thực hiện xử lý chống chói (AG) bổ sung các lỗ nhỏ và lồi trên bề mặt của bảng điều khiển hoặc bộ lọc.
Đánh giá chức năng của bảng và bộ lọc với các biện pháp chống chói thường bằng cách kiểm tra trực quan chủ quan. Tuy nhiên, phương pháp này làm nảy sinh vấn đề đánh giá định lượng là khó khăn do tính nhạy cảm của nó đối với sự thay đổi. Nhiều phương pháp đánh giá định lượng khác nhau đã được thử, bao gồm đo độ nhám. Trong đánh giá độ nhám bề mặt, chiều cao trung bình số học (Ra, Sa) là một trong những tham số được sử dụng rộng rãi nhất. Các thông số chiều cao trung bình này đại diện cho giá trị trung bình của chênh lệch chiều cao so với mức trung bình trong khu vực mục tiêu đo, Ra cho cấu hình độ nhám và Sa cho độ nhám 3D.

Hạn chế của Sa và Ra Định lượng độ nhám bề mặt

Mặc dù Sa cung cấp khả năng tái tạo đánh giá tuyệt vời mà không bị ảnh hưởng bởi nhiễu, chẳng hạn như trầy xước và bụi, nhưng không phải lúc nào nó cũng có thể nắm bắt đầy đủ các đặc tính bề mặt. Khi so sánh trực quan độ nhám ba chiều của bề mặt, kết quả thường cho thấy rất ít sự khác biệt về giá trị ngay cả khi các mẫu vật khác nhau rõ ràng. Và, trong khi máy kiểm tra độ nhám bề mặt kiểu tiếp xúc thường được sử dụng để đo Ra, chúng cũng có một số vấn đề:

• Chúng cung cấp thông tin hạn chế vì chỉ có tiết diện một dòng được sử dụng để đo.
• Họ không thể cung cấp các phép đo chính xác với sự hiện diện của các hình dạng lồi lõm mịn hơn đường kính của kim ở đầu bút chạm.

Đo độ nhám của vỏ đồng hồ tốc độ bằng kính hiển vi laser LEXT OLS5100 3D

Khả năng thu thập dữ liệu độ nhám bề mặt đầy đủ và nhiều thông tin hơn bằng kính hiển vi quét laser LEXT OLS5000 3D cho phép các nhà sản xuất ô tô có khả năng đánh giá độ nhám bề mặt của lớp phủ đồng hồ tốc độ với độ chính xác cao hơn nhiều.

[1] Đo độ nhám siêu nhỏ với độ chính xác cao

Kính hiển vi LEXT OLS5100 của Olympus sử dụng chùm tia laser có bước sóng 405 nm và đường kính 0,4 μm để đo bề mặt. Vì đường kính của chùm tia laser nhỏ hơn nhiều so với đầu bút chạm trên các máy kiểm tra độ nhám bề mặt kiểu tiếp xúc thông thường, nó có thể chụp được các hình dạng lồi lõm mịn hơn trên bề mặt bảng điều khiển.

Máy kiểm tra độ nhám bề mặt kiểu tiếp xúc

Kính hiển vi laser OLS5000 LEXT

Hơn nữa, vì kính hiển vi laser cung cấp phép đo không tiếp xúc quang học, nó không làm hỏng bề mặt mẫu vật.

Kính hiển vi quét laser cũng cho phép bạn thu thập một lượng dữ liệu lớn hơn nhiều so với máy kiểm tra độ nhám bút chạm. Trong khi máy kiểm tra độ nhám bề mặt kiểu tiếp xúc chỉ có thể thu thập thông tin bằng cách truy tìm một đường duy nhất dọc theo mặt phẳng đo bằng đầu dò đo, kính hiển vi OLS5000 LEXT có thể cung cấp dữ liệu diện tích thu được bằng cách quét bằng chùm tia laser.

Dữ liệu mặt cắt ngang một dòng thu được bằng máy kiểm tra độ nhám bề mặt loại tiếp xúc

Dữ liệu độ nhám bề mặt, bao gồm hình ảnh chiều cao, được cung cấp bằng cách quét laser

Sử dụng kính hiển vi quét laser LEXT OLS5000, chúng tôi đã thu được hình dạng lồi lõm của nắp đồng hồ tốc độ ô tô với lớp phủ AG trên bề mặt (loại chống chói cao / thấp). Kính hiển vi laser cung cấp hình ảnh chiều cao trong đó các khu vực sáng hơn và tối hơn đại diện cho các khu vực cao hơn và thấp hơn, tương ứng. Trái ngược với dữ liệu được cung cấp bởi cấu hình mặt cắt ngang một dòng, thu được bằng máy kiểm tra độ nhám bề mặt kiểu tiếp xúc, hình ảnh này cho phép thu thập thông tin từ các hình dạng lồi lõm rộng hơn dưới dạng dữ liệu diện tích.

Đặc tính chống chói cao

Đặc tính chống chói thấp

Hai hình ảnh được hiển thị ở trên thể hiện sự khác biệt rõ ràng về mặt hình ảnh.
Sau đó, chúng tôi đánh giá định lượng những hình ảnh độ nhám này bằng cách sử dụng dữ liệu đo độ nhám bề mặt được cung cấp trong màn hình đo của kính hiển vi OLS5000 LEXT.

Đầu tiên, chúng tôi kiểm tra chiều cao trung bình số học (Sa):

Đặc tính chống chói cao

Đặc tính chống chói thấp

Sa, thường là phương pháp được sử dụng, cho thấy rất ít sự khác biệt.

Tiếp theo, chúng tôi tập trung vào độ dài tương quan tự động (Sal)^*1:

Đặc tính chống chói cao

Đặc tính chống chói thấp

_{*1 Chiều dài tương quan tự động (Sal): Số này biểu thị mật độ của các hình dạng lồi lõm trên bề mặt (ví dụ: nếp gấp và hạt) theo đơn vị chiều dài. Nói cách khác, tham số này tập trung vào “hướng ngang”, thay vì “hướng chiều cao” của các hình dạng lồi lõm. Các giá trị nhỏ hơn cho thấy bề mặt dốc hơn, trong khi các giá trị lớn hơn cho thấy sự thống trị của các hình dạng lồi lõm vừa phải. Tự động tương quan là thước đo mức độ tương tự (hoặc xa) của hình ảnh có độ nhám được dịch chuyển theo hướng ngang (x, y) so với (từ) hình ảnh gốc của nó.}

Kết quả cho thấy sự khác biệt lớn về Sal giữa hai dữ liệu. Lớp phủ có đặc tính chống chói cao cho thấy giá trị nhỏ hơn, cho thấy sự thống trị của các hình dạng lồi lõm nhỏ và dốc (tức là mật độ cao, hạt mịn).

Cuối cùng, chúng tôi đã kiểm tra gradient vuông trung bình gốc (Sdq) ^{* 2} và tỷ lệ diện tích giao thoa đã phát triển (Sdr) ^{* 3}:

_{*2 Độ dốc vuông trung bình gốc (Sdq): Một tham số biểu diễn giá trị trung bình của gradient cục bộ, biểu thị độ dốc của các hốc và lồi trên bề mặt.
*3 Tỷ lệ diện tích giao thoa đã phát triển (Sdr): Một tham số thể hiện tốc độ tăng diện tích bề mặt, giá trị của nó tăng đối với các hình dạng bề mặt mịn hơn và nhám hơn.}

Đặc tính chống chói cao

Đặc tính chống chói thấp

Sự khác biệt được phát hiện bằng cách tập trung vào các thông số này, ngoài Sal, như các chỉ số đánh giá gián tiếp thể hiện mức độ hạt mịn của các bề mặt. Các giá trị lớn hơn của góc nghiêng của độ dốc cục bộ và tỷ lệ diện tích bề mặt cho thấy các bề mặt hạt mịn hơn.

Các thông số nêu trên được tóm tắt bằng các quan hệ sau:

Như bảng trên chỉ ra, trong đánh giá định lượng bằng phép đo độ nhám bề mặt, sự khác biệt rõ ràng trong hình ảnh độ nhám không được tiết lộ bởi tham số hướng chiều cao (Sa), mà được phản ánh bởi các tham số của các chỉ số khác, bao gồm kích thước ngang (Sal), độ dốc cục bộ (Sdq) và tỷ lệ diện tích bề mặt (Sdr).

[2] Quan sát độ tương phản nhiễu vi sai laser (DIC) cho độ phân giải cao ấn tượng

Ưu điểm lớn nhất của kính hiển vi laser, ngoài việc chụp ảnh độ nhám (hình ảnh chiều cao), là chúng còn có thể tạo ra hình ảnh độ chói, thể hiện cường độ của chùm tia laser được phản xạ bởi mẫu vật trong cùng một khu vực. Mặc dù ánh sáng laser, có bước sóng duy nhất, cung cấp thông tin độ chói đơn sắc, có thể thu được hình ảnh có độ tương phản cao mà không cần sự chồng chất của hình ảnh mờ nhờ hiệu ứng của hệ thống quang học đồng tiêu. Với sự hiện diện của các lỗ hổng và lồi ở cấp độ nano trên bề mặt mẫu vật, bạn có thể thu được hình ảnh rõ ràng, có độ tương phản cao hơn, gần với độ phân giải của kính hiển vi điện tử bằng cách thêm quan sát độ tương phản nhiễu vi sai (DIC) vào hình ảnh có độ tương phản cao. Điều này giúp bạn có thể xem quang học các hốc và lồi cực nhỏ khó nhìn thấy với hình ảnh độ chói bình thường, cho phép bạn thực hiện quan sát thời gian thực mà không cần phải chụp ảnh.

Đặc tính chống chói cao	Đặc tính chống chói thấp
Hình ảnh độ chói bình thường

Hình ảnh độ sáng DIC

Bằng cách thêm quan sát DIC, bạn có thể thấy các lỗ nhỏ và lồi trên bảng điều khiển và phân biệt rõ ràng sự khác biệt về trạng thái bề mặt giữa các mẫu vật đến mức khó tin rằng bạn đang quan sát cùng một khu vực.