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國際文選
鉅細靡遺的表面分析量測方法 Measurement for True Surface Analysis
2019.06.13∣瀏覽數:178

光學量測以更快的速度提供了更多關於表面的資訊,讓我們得以測量並得知過去無法測量的表面數據。
撰文 ◆ George Schuetz 出處 ◆ Modern Machine Shop 2019.04 譯者 ◆ 賴婉甄

打印工具上的表面粗造度規格通常不只 考量到美觀層面而已,那也將影響零件的吻 合度,以及磨耗、反光、傳熱、潤滑均勻及 塗層滲透度等情形。表面光製的程度應該依 據零件的功能而定,必須能符合該應用的工 程需求,不必費時費力在追求高於需求的表 面光製層級之上。事實上,某種程度的「紋 理」對許多應用而言反而更有助益,太光滑 的表面可能會適得其反,變得和太粗糙的表 面一樣,沒有助益。

表面光製測量方法在1940年代有所進步, 從原先的粗糙度標準片目測比較方法,升級 為透過感測器和放大器在零件表面上以精密 探針移動測量。這方法得以記錄並分析多種 表面參數,其所提供的零件測量數據可評估 表面的粗糙度、輪廓和波紋。

這項技術在當時讓整個業界和使用者受益 無窮。使用者得以透過低成本、操作簡易的可攜式系統取得所需結果,讓工具機作業員 也能在生產點進行測量。

當時的量測結果為2D,表示是沿著單線 進行分析表面粗糙度,也因此意味著該表面 僅有小樣本有受到檢視。較為精密複雜的量 測系統則可透過結合多重軌跡產生3D表面結 果,但是這種機械測量方法仍可能遺漏許多 重要的表面資訊。這種系統的主要限制在於 該技術常常只能用於表面紋路為可見且規則 (同性質)的零件或結構上。

然而,接觸式探頭卻可能無法適用在許多的表面量測應用上。這包括了小面積表面、 探頭一碰即可能受損的精密脆弱材料、有塗 層或表面紋路不規則(不同性質)的表面, 或者是多孔表面(例如陶器或鑄造物)。

超越了形狀、波紋和粗糙度的層次,2D 和3D光學分析如今也適用於粒面、斜格和分 子結構,以及太小或太脆弱、無法使用他種分析方法測量的表面。現在,多虧了光學技 術,採用視覺、共軛焦點影像和干涉量測法 的表面分析新技術也問世。

小面積或脆弱表面可使用光學2D輪廓分 析來進行量測,該方法類似接觸式系統,擁 有絕佳的接觸技術。上述光學系統通常比接 觸式系統快速,能夠以X-Y模式的方式取得 小區域表面輪廓,來產出用於結構分析的量 測片。這些小量測片通常會被結合(縫合) 起來,以建立起該樣品表面的較大樣貌。因 此,將小量測片搭配系統中較長量測範圍的 特色,就能讓大零件(例如骨螺絲釘、半導 體、印刷滾輪或甚至是部分引擎體)得以透 過非接觸式系統進行迅速精確的檢視及分 析,並得以使用更好的工具來分析結果。

與接觸式系統相比,該種光學系統雖然使 用同樣方式,卻能為表面拍攝出精細圖像並 加以結合,產出有利於表面分析的高解析度圖片。

由於該技術已演進到3D,因此ISO 25178 和ASME B46.1建立了新的表面參數來將這 些量測技術所取得的結果進行標準化。這些 參數包括:

綜合參數-數值涵蓋了高度和空間面向, 其中縱向和橫向訊息將被結合以提供表面的 角度和斜度資訊。
空間參數-數值量化了表面特徵重複的次數和頻率,以及當我們用不同方向測量表面時,是否會有不同的結果。
結構參數-數值描述了功能結構,例如用於潤滑劑傳輸或儲存的溝槽等結構。

這項不斷發展的技術以更快的速度提供了 較多關於表面的資訊,讓我們得以測量並得 知過去無法測量的表面數據。

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