¿Es posible correlacionar los datos provenientes de una máquina de estilo lapicero óptico —dedicada a la medición de la rugosidad superficial— y de un microscopio láser?

Si bien los microscopios láser son apreciados por su capacidad en cuanto a la rápida adquisición de datos en modo sin contacto, persiste la inquietud de que los resultados no se correlacionan con los datos adquiridos por una herramienta tradicional de tipo lapicero óptico. A pesar de que existen diferencias inevitables al usar principios de medición distintos, es posible alcanzar un alto grado de correlación al homogenizar las condiciones de medición y de análisis tanto como sea posible.

A continuación, se proporciona una comparación de los datos provenientes de un microscopio láser y de una máquina de estilo lapicero óptico dedicada a la medición de la rugosidad superficial.

La Figura 1 muestra los datos sin tratar que fueron adquiridos con el microscopio láser antes de aplicar el filtro, y la Figura 3 son los datos provenientes de la máquina de estilo lapicero óptico dedicada a la medición. En el caso de la herramienta de tipo lapicero óptico, normalmente se aplica anticipadamente un filtro λs (en este caso: λs=2,5 µm) a los datos adquiridos; por tanto, para la comparación, se aplica el mismo filtro λs a los datos sin tratar del microscopio láser (Figura 1) .

El filtro λs = 2,5 µm aplicado a la Figura 1 proporciona los datos de la Figura 2.

Al comparar la Figura 2 y la Figura 3, es posible ver que los datos coinciden. Por tanto, se deduce que al hacer corresponder las condiciones de medición y aplicar las mismas condiciones de filtro, los datos provenientes del microscopio láser con aquellos provenientes del lapicero óptico pueden ser correlacionados.

_{Muestra: Estándar de rugosidad n.º 504 de Rubert}

Figura 1. Láser (datos sin tratar): Objetivo 20× (A. N. de 0.6)

 Filtro λs (2,5 µm)

Figura 2. Láser (con filtro): Objetivo 20× (A. N. de 0.6)

Figura 3. Lapicero óptico

El radio de la punta de un lapicero óptico es de 2 a 10 µm, lo que dificulta la captura de diminutas alteraciones en la rugosidad. Además, debido a su tamaño, puede ser difícil adquirir medidas con un lapicero óptico sobre áreas pequeñas, como los cables.

Sin embargo, el láser utilizado por el microscopio OLS5000 presenta un diámetro de 0,2 µm, lo que permite medir pequeñas irregularidades y adquirir datos de áreas pequeñas y específicas.

La otra desventaja del lapicero óptico es que requiere un contacto directo entre la sonda y la superficie de la muestra. En el caso de muestras suaves o delicadas, el lapicero óptico puede causar daños.

^{Sonda del lapicero óptico que puede dañar la superficie de la muestra}

El microscopio OLS5000 adquiere información sin tocar la muestra, gracias a ello puede adquirir mediciones precisas de rugosidad sin causar daños.

^{Cinta adhesiva 256 × 256 μm}

Si bien los interferómetros de luz blanca ofrecen una sensibilidad de detección a nivel subnanométrico para superficies lisas, estos presentan varias desventajas. Primero, crean dificultades durante las mediciones de superficies muy inclinadas (rugosas), lo que los hace inadecuados para muchas aplicaciones. Sus sensores también tienden a pasar señales débiles, lo que complica aún más la capacidad de los interferómetros en la adquisición de medidas precisas. Y, aunque presentan una lente de objetivo, la apertura numérica es más pequeña que la usada en los microscopios ópticos y ofrece una resolución horizontal más baja, lo que dificulta la obtención de imágenes claras y en vivo de una muestra.

Por el contrario, el microscopio OLS5000 usa un láser para las mediciones y tiene objetivos específicos con una alta apertura numérica. Estas características permiten obtener medidas precisas sin importar el tipo de superficie de la muestra, incluso si es muy inclinada. Los objetivos de alta calidad también permiten ver la muestra mientras se adquieren las medidas y obtener datos de imagen durante las mediciones.

Los microscopios con sonda de escaneo son capaces de ejecutar mediciones a nivel subnanométrico; sin embargo, su sistema de escaneo en voladizo hace que la adquisición de datos sea un proceso que lleva mucho tiempo. El área de escaneo también se ve limitada a aproximadamente 100 µm, lo que los hace inadecuados para medir características grandes y ejecutar observaciones de baja magnificación.

Los microscopios láser OLS5000 permiten desarrollar mediciones a nivel subnanométrico de forma mucho más rápida. También, facilitan las observaciones de irregularidades submicrónicas gracias a un amplio campo de visión. La función mosaico puede usarse para ampliar aún más el área analítica.

Curva de perfil primario

Es la curva que se obtiene al aplicar un filtro de paso bajo con un valor de límite λs en el perfil primario medido. Al parámetro de textura de la superficie, calculado a partir del perfil primario, se le denomina parámetro de perfil primario (parámetro P).

Perfil de rugosidad

Es el perfil que deriva del primario al suprimir el componente de onda larga que utiliza el filtro de paso alto con un valor de límite λc. Al parámetro de textura de la superficie, calculado a partir del perfil de rugosidad, se le denomina parámetro de perfil de rugosidad (parámetro R).

Perfil de ondulación

Es el perfil obtenido mediante la aplicación secuencial de los filtros de perfil con valores de corte λf y λc en el perfil primario. λf corta el componente de onda larga mientras que el componente de onda corta es cortado por el filtro λc. Al parámetro de textura de la superficie, calculado a partir del perfil de ondulación, se le denomina parámetro de perfil de ondulación (parámetro W).

Filtro de perfil

Es el filtro requerido para el aislamiento de los componentes de onda corta y larga contenidos en el perfil. A continuación, se proporciona la definición de los tres tipos de filtros:

• Filtro λs: designa el umbral entre el componente de rugosidad y los componentes de onda más corta.
• Filtro λc: designa el umbral entre el componente de rugosidad y los componentes de ondulación.
• Filtro λf: designa el umbral entre el componente de ondulación y los componentes de onda más larga.

Longitud de onda límite

Es la longitud de onda del umbral en el caso de los filtros de perfil. La longitud de onda indica un factor de transmisión del 50 % para una amplitud determinada.

Longitud de muestreo

Es la longitud en la dirección del eje X que se usa para determinar las características del perfil.

Longitud de evaluación

Es la longitud en la dirección del eje X usada para evaluar el perfil bajo evaluación.

^{Dibujo conceptual del método de perfil}

Superficie a escala limitada

Los datos de la superficie sirven como base para calcular los parámetros de textura de la superficie [área], ya sea la superficie S-F o superficie S-L. A este parámetro a veces se le denomina «superficie».

Filtro de área

Es el filtro requerido para la separación de los componentes de onda corta y larga contenidos en las superficies a escala limitada. A continuación, se definen tres tipos de filtros según su función:

• Filtro S: elimina los componentes de longitud de onda pequeña de las superficies a escala limitada.
• Filtro L: elimina los componentes de longitud de onda prolongada de las superficies a escala limitada.
• Operación F: asociación o filtro que sirve para eliminar formas específicas (esferas, cilindros, etc.)

Nota: Los filtros gaussianos se establecen por lo general como S y L, y la asociación de mínimos cuadrados totales se establece en la operación F.

Filtro gaussiano

Tipo de filtro de área usado por lo general en la medición de superficies (áreas). El filtro se aplica por convolución partiendo de funciones de ponderación que derivan de una función gaussiana. El valor del índice de anidamiento es la longitud de onda de un perfil sinusoidal en el que se transmite el 50 % de la amplitud.

Filtro de canal (spline)

Es un tipo de filtro de área con menor distorsión en el borde periférico a diferencia del filtro gaussiano.

Índice de anidación

Representa la longitud de onda del umbral para filtros de área. El índice de anidamiento para la aplicación de filtros gaussianos de área se establece en términos de unidades de longitud y es equivalente al valor de límite (corte) en el método de perfil.

Superficie S-F

Es la superficie obtenida al eliminar componentes de longitud de onda pequeña con el filtro S, y procesada a continuación mediante la operación F para eliminar ciertos componentes de geometría (forma).

Superficie S-L

Es la superficie obtenida al eliminar los componentes de longitud de onda pequeña con el filtro S, seguida de la eliminación de componentes de longitud de onda prolongada con el filtro L.

Área de evaluación

Es la porción rectangular de la superficie designada para evaluación característica. El área de evaluación se determina como un cuadrado (a menos de especificación contraria).

^{Dibujo conceptual del método de superficie (área)}

* Valor teórico.
** Valor estándar al usar el microscopio OLS5000.

◎ :  Más adecuado
○ :  Adecuado
△ :  Aceptable según el uso
X :  No adecuado

La funcionalidad, combinación y el tamaño de cada filtro usado en el análisis de las características superficiales se describen a continuación:

Las condiciones de filtro se establecen conforme a los objetivos analíticos.

Funcionalidad de filtro

Al realizar un análisis paramétrico de características de la superficie, se debe considerar la aplicación de tres tipos de filtros (operación F, filtro S y filtro L) para los datos de textura superficial adquiridos de acuerdo con los objetivos de la medición.