توصيف التعديلات السطحية من التداخل الضوء الأبيض: تطبيقات في التتفيل ايون، التذرية الليزر، والتجارب علم احتكاك المفاصل

قياس البروفيلومتر البصري هو طريقة عدم الاتصال لقياس ارتفاعات سطح الأجسام الكبيرة أو الصغيرة بدقة دون الميكرون. الهدف العام من التجربة التالية هو استخدام مجهر التداخل بالضوء الأبيض كطريقة سريعة لقياس تضاريس المساحات الصغيرة ، مما يتيح قياس كمية المواد المفقودة أثناء عمليات التآكل الميكانيكية أو أثناء عمليات حفر المواد مثل حفر الاخرق الأيوني ، أو الاستئصال بالليزر. يتم تحقيق هذا القياس من خلال الحصول أولا على ملامح ثلاثية الأبعاد لأسطح الاختبار باستخدام مجهر تداخل الضوء الأبيض.

سيشكل الضوء الأبيض غير المتماسك أنماط تداخل مميزة. فقط عندما تكون تأخيرات طول المسار هي نفسها ، فستكون متاحة على نطاق واسع. يتم استخدام أدوات قياس البرامج لتحديد التغييرات من السطح الأصلي الناجمة ، على سبيل المثال ، عن تشعيع الليزر المكثف أو الأيونات النشطة.

يتم ذلك عن طريق طرح السطح المتغير من السطح الأملس الأصلي. عند القيام بذلك ، قد يكون من الضروري استخدام أدوات برمجية لإزالة الانحناء من السطح لجعله مستويا ، مثل ندبة التآكل على سطح منحني. يظهر كيف يمكن تطبيق الطريقة في مجالين.

أولا ، يتم تحليل التحليل الميكانيكي للتآكل ، والتآكل ، وندوب التآكل على عينات الاختبار المنطقية الثلاثية ، وثانيا في علم المواد لتحديد أحجام وأعماق الاخرق للشعاع الأيوني أو الاستئصال بالليزر. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الأخرى مثل القلم أو قياس التقريب أو التقريب القائم على الحجم هي أنها سريعة ودقيقة لأن الطريقة تنتج صورة تفصيلية ثلاثية الأبعاد. إنه مفيد جدا لقياس الحفر غير المنتظمة أو المنتظمة ، مثل الاستئصال بالليزر أو تناثر شعاع الحديد.

ثانيا ، في مجال علم الثلاثية ، قد تكون كميات التآكل صغيرة جدا وقد تكون التقديرات التقريبية المستندة إلى تقديرات المجهر البسيطة مضللة. من الضروري الحصول على الشكل الفعلي للمنطقة المشوهة إذا كان سيتم الإبلاغ عن النتائج الصحيحة. وينطبق الشيء نفسه ، على سبيل المثال ، في تجارب الرش حيث تمت إزالة العمق ربما بترتيب 10 نانومتر فقط ابدأ بتأمين استخدام مقياس التنظير البصري والبرمجيات الطبوغرافية.

هذا العرض التوضيحي فحصا دقيقا ومجهر تداخل الضوء الأبيض 100 وبرنامج معالج صور مسبار المسح الضوئي. توضح الخطوات التالية كيفية قياس حجم ندبة تآكل صغيرة على الكرة كما هو الحال في علم الثلاثية أو علم التشحيم. لجعل هذا العرض العام قدر الإمكان ، لا يتم استخدام المعالجة الآلية.

الخطوة الأولى هي وضع العينة في مرحلة القياس. ضع الكرة على مرحلة مقياس البروفيلومتر باستخدام أي قاعدة مريحة ومستقرة. مع توجيه ميزة الاهتمام لأعلى، استخدم هدف تكبير منخفض وضع الكرة أسفل العدسة مباشرة.

اضبط الوضع الرأسي للعينة بحيث تظهر أطراف التداخل بالقرب من مركز الشاشة. بالنسبة للسطح المنحني ، قم بتوجيه العينة بحيث تكون الأطراف متمركزة. قم بتدوير الكرة يدويا أو قم بإمالة المسرح بحيث تظهر ندبة التآكل وتكون أفقية أيضا إذا كانت متوفرة.

استخدم عدسات التكبير المتوسطة للحصول على صورة تملأ فيها منطقة الاهتمام البالية الشاشة إلى حد كبير. يؤدي القيام بذلك إلى تحسين الدقة وضبط الإضاءة وارتفاع المسح الضوئي من أجل الحصول على أفضل خريطة طبوغرافية. عند جمع البيانات ، امسح العينة ضوئيا وفقا لتعليمات الأداة.

املأ أي بيانات تالفة أو مفقودة باستخدام وظيفة الاستيفاء ، ثم احفظ الخريطة باستخدام عرض متساوي القياس ثلاثي الأبعاد. تظهر هذه الصورة منطقة مضفرة AB من الكرة. يتطلب تحليل هذا السطح إزالة انحناء الصورة بحيث يبدو السطح الأصلي للكرة مسطحا.

يمكن بعد ذلك قياس حجم الاكتئاب في عرض 2D ، وحدد منطقة الاهتمام التي تستبعد ندبة التآكل. هنا ، يشير الظل الأخضر إلى المنطقة المستبعدة. تأكد من أن برنامج تحليل الصور يطبق تصحيح السطح على المنطقة بأكملها ، ولكن يتم التركيب باستخدام منطقة الاهتمام التي حددتها فقط.

حدد أداة تركيب منحنى البرنامج التي ستزيل الانحناء. على سبيل المثال ، الدرجة الخامسة متعددة الحدود. حدد خيار التشغيل على المنطقة المضمنة حتى لا تؤثر الندبة على إزالة الانحناء.

قد يكون من الضروري تشغيل الملاءمة عدة مرات للتأكد من أن المنطقة مسطحة بدقة جيدة. اضبط المستوى المتوسط على الصفر. المنطقة الدائرية الداكنة هي الاكتئاب.

يتم قياس حجم ندبة التآكل في برنامج معالجة الصور باستخدام أداة القياس. يمكن استخدام أي شكل هنا. يتم استخدام أداة قياس بيضاوية الشكل زرقاء لوضع دائرة حول ندبة التآكل.

يجب أن تحتوي أداة قياس البرنامج على ميزة تجمع كمية المواد فوق مستوى المستوى وكمية المواد المفقودة تحت المستوى. في هذا المثال بالذات ، يوضح الجزء الداخلي أن حجم المادة هو 136 ميكرون مكعب. حجم الفراغ هو 2،733 ميكرون مكعب مما يعطي تآكلا صافيا يبلغ 2،597 ميكرون مكعب.

يمكن إجراء تقدير لأي خطأ منهجي عن طريق تحريك منطقة القياس بعيدا عن ندبة التآكل وملاحظة أن حجم التآكل المقاس ، والذي يجب أن يكون صفرا ، صغير جدا بالفعل. يعد قياس حجم ندبة التآكل على سطح مستو أكثر وضوحا من الكرة. لبدء التحليل ، احصل على صورة لأخدود الخندق أو الندبة.

من الممارسات الجيدة بشكل عام إزالة أي إمالة للعينة ، وسوف تنتشر أطراف التداخل. عند إزالة الإمالة، امسح العينة ضوئيا. يجب تصوير أخدود.

هذه الصورة عبارة عن عرض متساوي القياس. يجب أن يكون السطح أفقيا. إذا لم يكن كذلك.

قم بإخفاء منطقة الندبة وقم بتطبيق تصحيح إمالة المستوى على بقية السطح. اضبط أيضا متوسط ارتفاع السطح غير المقنع على الصفر. في هذا المثال ، كان الاتجاه الأولي مثاليا تقريبا.

بعد ذلك ، استخدم أداة القياس لتحديد حجم الخندق. النتائج العددية لهذا المثال هي تجنب حجم 47،018 ميكرون مكعب ، حجم مادة يبلغ 68 ميكرون مكعب فوق السطح ، مما يعطي خسارة صافية قدرها 46،950 ميكرون مكعب. هذه هي كمية المواد المفقودة في طول ندبة التآكل.

من الناحية العملية ، غالبا ما يكون السطح خشنا فقط. في المثال الثاني الموضح هنا ، فإن الفراغ وأحجام المواد متساوية تقريبا مع بعضها البعض وقد تمت إزالة القليل من المواد بالفعل. يعد تحليل حجم الحفرة الأيونية أو الحفرة المقطوعة بالليزر أمرا بسيطا لبدء التحليل والحصول على صورة مع الحفرة بالقرب من المركز والحصول على بيانات المسح.

قد تحتوي بعض مقاييس التداخل في الضوء الأبيض على أكثر من وضع تشغيل للميزات الضحلة. يجب استخدام وضع قياس التداخل بتحويل الطور للمسح. هذا هو الوضع المستخدم في هذا المثال الضحل للغاية.

في هذا المثال ، يلاحظ أن المنطقة المحيطة بالفوهة ليست مسطحة تماما بسبب خطوات المعالجة السابقة ، كما يتم تعويض المحور Z للقضاء على تأثير المنطقة المحيطة غير المستوية. يمكن استخدام أداة اقتصاص لتقييد المنطقة بتلك التي يعرضها المربع الأبيض. يجب إزاحة الصورة بحيث تكون المنطقة غير المضطربة حول المحيط عند z تساوي صفرا.

يمكن القيام بذلك باستخدام إطار أو أداة إزاحة Z إذا رغبت في ذلك. يمكن التحقق من المحاذاة الصحيحة للفوهة باستخدام عرض ثلاثي الأبعاد. يمكن الآن قياس الحفرة باستخدام أداة القياس القياسية.

مرة أخرى ، سيتم قياس حجم المادة وحجم الفراغ في المنطقة المميزة باللون الأزرق الحجم الصافي للفوهة هو 86 ، 146 ميكرون مكعب. لتحليل الوقت إلى العمق ، يمكن استخدام أدوات مختلفة لملف تعريف الخط لقياس العمق وعدم التناسق وانحدار الجدار وما إلى ذلك.

تم استخدام قياس القياس البصري في هذه الأمثلة لقياس عينات الاختبار للهندسة وعلوم المواد. يمكن استخدام الطريقة في مجالات أخرى ، وكذلك الطب الحيوي لدراسة أسطح الغضاريف. خطرت لنا فكرة هذه الطريقة لأول مرة عندما اكتشفنا أن التقنيات الأخرى لم تكن مناسبة لمهامنا.

على سبيل المثال ، الفحص المجهري للقوة الذرية محدود للغاية في نطاقات المسح الخاصة به. الأنماط الميكانيكية. الصور المحيطية هي بعد واحد فقط ، والمسح المجهري في كثير من الحالات يعطي المرء صورا مسطحة فقط.

هذا العرض المرئي للطريقة مفيد لأنه يعطي الأشخاص غير المألوفين لهذه التقنية فكرة عن كيفية عملها. نأمل أن يقود ذلك الآخرين إلى تطبيق قياس تداخل الضوء الأبيض في مجال دراستهم.