É possível correlacionar os dados de uma máquina de medição de rugosidade da superfície do tipo estilete com os dados de um microscópio a laser?

Embora os microscópios a laser sejam apreciados por sua capacidade de adquirir dados rapidamente sem que haja contato, existe a preocupação de que os resultados possam não se correlacionar com os dados adquiridos usando uma ferramenta do tipo estilete tradicional. Embora algumas diferenças sejam inevitáveis quando se usa princípios de medição diferentes, um alto grau de correlação pode ser alcançado unificando-se as condições de medição e análise ao máximo possível.

Veja a seguir uma comparação de dados de um microscópio a laser e uma máquina de medição de rugosidade da superfície do tipo estilete.

A Figura 1 mostra os dados brutos adquiridos com o microscópio a laser antes de se aplicar o filtro e a Figura 3 mostra os dados da máquina de medição do tipo estilete. No caso da ferramenta do tipo estilete, um filtro λs (λs = 2,5 µm, neste caso) geralmente é aplicado aos dados adquiridos com antecedência, portanto, o mesmo filtro λs é aplicado aos dados brutos do microscópio à laser (Figura 1) para comparação.

Aplicar um filtro de λs = 2,5 µm à Figura 1 resulta nos dados da Figura 2.

Comparando a Figura 2 e a Figura 3, podemos ver que eles correspondem. Dessa forma, podemos deduzir que fazendo a correspondência das condições de medição e aplicando as mesmas condições de filtro, os dados do microscópio a laser e do instrumento estilete podem ser correlacionados.

_{Amostra: Padrão de rugosidade Rubert nº 504}

Figura 1. Laser (dados brutos): objetiva 20× (AN 0,6)

 Filtro λs (2,5 µm)

Figura 2. Laser (com filtro): objetiva 20× (AN 0,6)

Figura 3. Estilete (AN 0,6)

O raio da ponta de um estilete tem de 2 a 10 µm, dificultando a captura de alterações ínfimas na rugosidade. Devido ao seu tamanho, pode ser difícil para o estilete realizar medições em áreas pequenas, como fios.

Por outro lado, o laser usado pelo microscópio OLS5000 possui um diâmetro de somente 0,2 µm, permitindo a medição de irregularidades sutis e a aquisição de dados de pequenas áreas específicas.

Outra desvantagem do estilete é que ele requer um contato direto entre a sonda e a superfície da amostra. Na verdade, o estilete pode danificar amostras macias ou delicadas.

^{As sondas de tipo estilete podem danificar a superfície da amostra}

O laser usado pelo microscópio OLS5000 obtém informações sem tocar na amostra, por isso, você pode adquirir medições precisas da rugosidade sem causar danos.

^{Fita adesiva de 256 × 256 μm}

Embora os interferômetros de luz branca ofereçam sensibilidade de detecção a nível subnanométrico para superfícies uniformes, eles apresentam diversas desvantagens. Antes de mais nada, eles têm dificuldade na aquisição de medições precisas de superfícies com inclinação acentuada (rugosa), o que os torna inadequados para muitas aplicações. Os seus sensores tendem a emitir sinais fracos, complicando ainda mais a capacidade do interferômetro de medir com precisão. Além disso, apesar de terem uma lente objetiva, a abertura numérica é menor que a usada em microscópios ópticos e possui uma resolução horizontal menor, dificultando a obtenção de imagens reais e nítidas da sua amostra.

Por outro lado, o microscópio OLS5000 usa um laser para realizar medições e possui objetivas dedicadas com alta abertura numérica. Essas características permitem que você obtenha medições precisas independentemente da superfície da amostra, ainda que ela seja muito íngreme. As objetivas de alta qualidade também permitem que você visualize a amostra enquanto captura medições e obtenha dados da imagem enquanto realiza suas medições.

Os microscópios de escaneamento por sonda são capazes de realizar medições com precisão subnanométrica, mas o seu sistema de varredura com base em cantiléver faz com que a aquisição de dados seja um processo demorado. A sua área de escaneamento também está confinada a aproximadamente 100 µm, tornando-os inadequados para medições de características grandes e para observações com baixa ampliação.

Os microscópios a laser OLS5000 realizam medições com precisão subnanométrica muito mais rapidamente. Eles também permitem que você observe irregularidades submícron usando um campo de visão amplo. A função de alinhamento pode ser usada para expandir ainda mais a área da análise.

Curva do perfil primário

A curva obtida ao aplicar um filtro passa-baixa com valor de cut-off de λs ao perfil primário medido. O parâmetro de textura da superfície calculado a partir do perfil primário é designado como o parâmetro do perfil primário (parâmetro P).

Perfil de rugosidade

O perfil derivado do perfil primário ao suprimir o componente de onda longa usando o filtro passa-alta com um valor de cut-off de λc. O parâmetro de textura da superfície calculado a partir do perfil de rugosidade é designado como o parâmetro do perfil de rugosidade (parâmetro R).

Perfil de ondulação

O perfil obtido por meio da aplicação sequencial de filtros de perfil com valores de cut-off de λf e λc ao perfil primário. O filtro λf corta o componente de onda longa enquanto o componente de onda curta é cortado com o filtro λc. O parâmetro de textura da superfície calculado a partir do perfil de ondulação é designado como o parâmetro do perfil de ondulação (parâmetro W).

Filtro de perfil

O filtro para o isolamento de componentes de onda longa e curta contidos no perfil. Três tipos de filtros são definidos:

• Filtro λs: define o limiar entre o componente da rugosidade e os componentes de onda mais curta
• Filtro λc: define o limiar entre o componente da rugosidade e os componentes da ondulação
• Filtro λf: define o limiar entre o componente da ondulação e os componentes de onda mais longa

Comprimento de onda cut-off

O limiar de comprimento de onda para filtros de perfil. Comprimento de onda indicando um fator de transmissão de 50% para uma dada amplitude.

Comprimento de amostragem

O comprimento na direção do eixo X usado para determinar características do perfil.

Comprimento de avaliação

O comprimento na direção do eixo X usado para estabelecer o perfil sob avaliação.

^{Desenho conceitual do método de perfil}

Superfície com escala limitada

Os dados de superfície são a base do cálculo dos parâmetros de textura da superfície da área (superfícies S-F ou S-L). Às vezes, são chamadas de “superfícies”.

Filtro de área

O filtro para a separação de componentes de onda longa e curta contidos em superfícies com escala limitada. Três tipos de filtros são definidos de acordo com a sua função:

• Filtro S: elimina componentes de comprimento de onda curta de superfícies com escala limitada
• Filtro L: elimina componentes de comprimento de onda longa de superfícies com escala limitada
• Operação F: associação ou filtro para eliminação de formas específicas (esferas, cilindros etc.)

Observação: os filtros gaussianos são geralmente aplicados como filtros S e L e a associação dos mínimos quadrados totais é aplicada à operação F.

Filtro gaussiano

Um tipo de filtro de área que é geralmente usado para medições de área. A filtragem é aplicada por convolução com base em funções de ponderação derivadas de uma função gaussiana. O valor do índice de aninhamento é o comprimento de onda de um perfil sinusoidal para o qual 50% da amplitude é transmitida.

Filtro spline

Um tipo de filtro de área com distorção menor na borda periférica em comparação com o filtro gaussiano.

Índice de aninhamento

O índice que representa o limiar do comprimento de onda para filtros de área. O índice de aninhamento para aplicação de filtros gaussianos de área é determinado em termos de unidades de comprimento e é equivalente ao valor de cut-off no método de perfil.

Superfície S-F

A superfície obtida eliminando componentes de comprimento de onda curta usando o filtro S e, em seguida, processada através da remoção de certos componentes de forma usando a operação F.

Superfície S-L

A superfície obtida eliminando componentes de comprimento de onda curta usando o filtro S e, em seguida, eliminando componentes de comprimento de onda longa usando a filtragem L.

Área de avaliação

Uma parte retangular da superfície designada para avaliação de características. A área de avaliação será um quadrado (se não for especificado de outra forma).

^{Desenho conceitual do método de área}

* Valor teórico.
** Valor padrão usando o OLS5000.

◎ :  mais adequado
○ :  adequado
△ :  aceitável dependendo do uso
X :  não adequado

A funcionalidade dos respectivos filtros, a combinação de filtros e o tamanho dos filtros usados na análise de características da superfície são descritos a seguir:

As condições de filtragem são determinadas de acordo com os objetivos da análise.

Funcionalidade do filtro

Ao realizar uma análise paramétrica de características da superfície, a aplicação de três tipos de filtros (operação F, filtro S e filtro L) deve ser considerada para os dados de textura da superfície adquiridos de acordo com os objetivos da medição.