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背景
白光干涉测量法
白光干涉测量法应用
铁笔 Profilometry
基本强制显微学
QC 应用的配置的 AFM
背景
多数表面计量学需要可以由三个补充工具适应 - 白光干涉仪、基本强制显微镜和铁笔轮廓测定器之一。
表面地势的定量评定现在是在行业、产品和材料的一个越来越清楚的范围的一个关键字 QC/QA 需求。 这包括在完成品的评定、监控在批量生产时的研究与开发 (R&D) 到新的表面和表面处理和进程。
材料包括金属、综合、塑料、文件，被绘的和被镀的表面，多孔表面和玻璃。
这些评定的驱动器从重要功能和性能影响范围，一旦部分地被处理的半导体片表面，对期望的寿命，例如熟悉内情的植入管支撑表面的，对审美对价，是的示例在汽车油漆的橙皮。
一定数量的另外联络和没有接触的技术当前支持此应用分集，二最用途广泛是白光干涉测量法和铁笔 profilometry。 现在与更加高分辨率的另一个技术 - 基本强制显微学 - 保持平衡对从这个实验室的转移与 atline 和线上申请。
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图 1. 光学仿形铣床为在剃须刀和其他刀片类型的评定的地面粗糙度是非常合适的。
白光干涉测量法
白光干涉测量法，经常指光学 profilometry，是使用光波作为一个非常准确的统治者的一个多才多艺和强大的光学方法。 这使用生产色的范围的同一种干涉现象是实现的，当阳光被反射浮动在水水坑时的汽油非常薄膜。
一台光学仿形铣床是从闪亮指示的光被分裂成二个路径由称光束分束器的部分地反射镜显微镜的类型。
一个路径处理光对表面在测试下，另一个路径处理光对一个非常平面的参考面。
从二表面的反映在显微镜被再结合和印象在一台数字照相机。 当被再结合的射线之间的程差是大约光或较少的一些个波长时，干涉发生。 这生产一系列的黑暗和光带，称附加费用。 这些附加费用对应于测试表面的表面形态，映射其垂直的 (Z轴) 地势在解决方法高达 0.1 毫微米。
这个 X - Y 的解决方法取决于目的和照相机象素的数量选择，并且可以一样优良是象 500 毫微米。 这个技术也提供在 Z轴的绝对准确性 ±3 毫微米。
当前商业可用的光学仿形铣床从 benchtop R&D 系统范围到提供在线的效率化的功能或在线路程序控制的仪器。 最先进这些生成统计表面地势数据，例如镭和 Rq (平均数 & RMS 坎坷) 和甚而包括计算功能宽度和相对位置，并且可以自定义识别从理想的形状的偏差的图象分析软件。 他们也启用缺陷的审查，例如临时和坑，在运算符指定的侧向和垂直的阈值，与自动部分拒绝和原因记录被改进的程序控制的。
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图 2。 此示例显示阶段想象的福利与 AFM 的。 地势 () 和阶段图象 (正确) 的一个 cryo-microtomed 多层聚乙烯范例。 当地势由大规模波动时控制，阶段提供这个层型结构的一张干净的视图。 另外的微细结构显示小的小滴出现。
白光干涉测量法应用
光学 profilometry 的好处是通用性、速度和宽 Z轴力学范围。 加号，这是一个完全地没有接触的方法。 今天数字照相机的大力学范围允许其与范围从 0.5% 的表面反射性的使用至超过 90%。 而且，因为光学仿形铣床是做与每个数据收集活动的区评定的想象工具，它比必须逐条地逐次地进行的工具可能描出表面快速。
并且其中一个好处的是一个光学，没有接触的工具是仪器可能通过透明视窗做评定，例如在真空室或产品包装。 加上最新的软件和硬件套件使这些仪器学习移动表面的动态和停止运动如在 MEMS 设备例如用于投影电视的 micromirror 筹码。
最后，光学仿形铣床提供非常大 Z轴范围，从一些毫微米至功能高度一样极大象 10,000 微米。
对光学仿形铣床的质量申请跨过一切从在航空航天和医疗设备的清洁的房间应用对工厂在重工业的楼层应用例如汽车。
根据鲜明的姿态应用，此技术由其中一个厨房和卫生间龙头和涉及的配件主导的美国制造商现在使用。 在铬版前后，仪器用于检查零件表面。
最初使用为工艺过程开发，这些评定被开发了成关联与被察觉的装饰性的质量以及阻力对铬削皮和点蚀的处理 QC 说明。
另一种光学仿形铣床应用在剃须刀一个主要制造商。 这里仪器为二锷和深度的关键 QC 评定研磨评分标记的角度和质量使用。 刀片被创建作为至数万把刀片一个持续短管轴，通过攫取在这些机械上被创建的评分线路自动地然后 singulated。 因为 1 百万把刀片 dispositioned 独自地根据从仅一些个统计范例的光学仿形铣床数据在每批，研磨角度是一个特别重要 QC 评定。
在一种非常另外低容积/上限值应用，美国航空航天局承包商使用此种光学仿形铣床检查和评估微陨石影响造成的微型坑的航天飞机视窗。 基于这些评定的结果，消耗大的青玉视窗在四个到五个任务以后典型地被替换。
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图 3. 光学仿形铣床是用途广泛在医疗设备制造商如各种各样的植入管表面的这些评定所示： (a) 熟悉内情的植入管题头， (b) 熟悉内情的植入管杯子、 (c) 膝盖植入管 (承重表面) 和 (d) 牙插入物。
铁笔 Profilometry
铁笔 profilometry 在数十年，它在几种关键应用保持选择工具，一部分由于其花费比例的非常好的性能。 在铁笔轮廓测定器，一支金刚石被打翻的针或铁笔在表面间被画被精确度行动阶段。 在表面地势上的变化导致由一种线性可变的有差别的变换装置感觉的垂直的铁笔移动 (LVDT)。 仪器解决方法取决于铁笔尖半径，并且可以一样优良是象 1 毫微米高。
虽然它明显地是一个表面接触工具，仪器低铁笔应用强制典型地使此技术非破坏性。 铁笔 profilometry 的好处是其能力迅速地执行长的线性扫描 - 200 毫米 - 其能力定量相对地大步骤高度和其低成本。
它最好为生成 transect 数据使用; 当区数据可以由光栅扫描时累计，这是典型地实现的以更高的速度和处理量使用光学 profilometry。
铁笔轮廓测定器的市场由介入影片和涂层的质量应用控制。 一个当前示例是镀铜的质量管理在做的实际上每个硬盘驱动器的书写要素的。
别的衡量用于 DVD 或相似的光盘球员的 microlens 的形状。 在半导体行业的一种关键应用是影片重点控制，压缩和拉伸。 此重点翘曲这个薄酥饼，并且铁笔用于迅速地评定其曲度和从此数据计算这个重点的大小。
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图 4。 在一台典型的光学仿形铣床，一台数字照相机记录起因于反映测试表面和参考面的附加费用。 系统计算机转换这些附加费用成高分辨率
地形学信息。
基本强制显微学
在解决方法兵工厂的最新的工具 QC 计量学的是基本强制显微镜 (AFM)。 在 AFM，一个超精细技巧，例如硅或金刚石单晶，在一条轻量级悬臂式胳膊被挂接并且被带领进入与表面的联络。 原子间力在悬臂相对地软绵绵地导致偏折。 起初这些强制请弱是有吸引力的，但是他们变得严格排斥，因为表面接触做。 微小的悬臂式偏折通过重新启动激光感觉悬臂和在一台 positionsensing 的光电探测器上。
在现代商务 AFM，悬臂或者这个范例，在一个三维精确度致动器，通常一个压电管状的结构被挂接。 这通常用于维护在这个范例和这个技巧之间的恒定的交往强制。 由光栅扫描相对这个范例的技巧，一幅定量地形学地面天气图可以根据必要的压力电压被创建维护恒定的交往力量。 AFM 的飞机 (或 X - Y) 解决方法由技巧半径主要限制，并且经常是 10 毫微米或有时更好的。 在垂直的 (z) 维数的解决方法没有直接地与这个技巧有关，并且可能是在 0.05 毫微米 (0.5 Å) 范围内。
仪器可能在 TappingMode 也被管理。 这里悬臂做迅速地摆动象音叉，轻地开发在表面。 在此操作模式，摆动的悬臂的高度和阶段用于衡量表面地势。 此模式用途广泛，因为对精美范例 - 甚而湿膜是理想的 -，因为它避免在技巧和表面之间的侧力。 因为它允许力控制，更加极大的精确度 TappingMode 为困难范例是有利的例如金属。
除评定的表面拓扑之外， AFM 表面技巧交往可以适应做许多实际，化工和电磁式评定。 示例包括映射在这个技巧 (nanoscale 摩擦) 的侧力和确定压电活动程度。
QC 应用的配置的 AFM
由于其 nanoscale 解决方法， AFM 由一些通常认为最终表面计量学仪器。 它可能字面上描出表面在唯一分子级别。 并且不同于更加早期的研究工具，它可能在各种各样的表面运作，没有需要的特殊准备。 它可能甚而探查在水和其他液体被浸没的表面。
然而，直到非常最近，大部分 AFM 应用被限制了对研究实验室和 R&D 设施。 这是，因为 AFMs 在生产环境里没有提供必须坚固和可操作的简单供半熟练运算符使用。 此的一个例外是半导体行业，广泛地现在使用 AFMs 验证内存和逻辑芯片生产过程的几个阶段。
一种典型的商业研究应用在 3M，一次性尿布产品的一个主要元件供应商。 应该由一则唯一现有量新闻安全地关闭在这些产品的橡皮膏产生一种安全感觉更改子项的父项。 但是这取决于粘合剂的一种统一应用没有仅有的地点或不同等的黏附力级别。 这家公司最近获取 AFM 学习黏着性主街上使用称阶段想象的技术。
这是 TappingMode 想象扩展名。 通过映射摆动的悬臂的阶段，阶段想象超出简单地形学映射范围。 特别地，它对在黏附力和黏弹性上的变化是敏感的，并且可能关于范例构成和 microphase 分隔的情报。
根据 3M，此技术显示了其他技术未检测的有趣的特点。 而且， 3M 相信这些功能可能是在这种公式化上的重要形态变化。
AFMs 顺利地也用于一定数量的故障分析和产品改善应用。
例如，鱼装于罐中的公司需要分析他们的金枪鱼为什么有一个短期比期望的储存期限。 AFM 用于分析在内在罐头表面的涂层恶化。 这表示特性在这家罐头工厂使用的特定水中恶化用于的聚合物保护层保护这条金枪鱼免受对的暴露仅有的金属。
现在协定耐用的 AFMs 的新一代保持平衡采取这些从 R&D 实验室的同样功能到主流 QC 运算。 对这些新的仪器的早申请是为监控地面粗糙度和缺陷在上漆的表面和罚款完成。 其他早期的用户是在影片和箔区例如被镀铝的聚合物影片。
总而言之，表面地势的 QC 评定在各种各样的应用的可以为服务与仪器 - 光学仿形铣床、基本强制显微镜和铁笔轮廓测定器的三种基本的类型。
然而，总是不是确切对外行哪些途径是最佳为特定使用。 所以，选择为一种特殊应用的正确的仪器要求成为伙伴与了解这些技术中的每一功能和限制的供应商。
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