【應(yīng)用案例】Tampere University: 全材料的一體化3D測量工具

* 關(guān)鍵詞：形貌，粗糙度，尺寸，一體化，快速，大面積，真3D，光學(xué)非接觸

* 摘要：一種測量各種材料、形狀和尺寸的工具---ALICONA光學(xué)三維形貌測量儀

    在對材料的研究中，芬蘭坦佩雷理工大學(xué)探索了各種技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新方法。通過Alicona的光學(xué)三維計量技術(shù)，他們找到了一個多功能型的工具，用于分析各種各樣的材料，并對各種形狀和尺寸的部件進(jìn)行幾何驗證。材料選擇技術(shù)是生產(chǎn)高質(zhì)量構(gòu)件的關(guān)鍵因素。技術(shù)創(chuàng)新和新的制造工藝直接關(guān)聯(lián)到材料的研發(fā)。正確的材料選擇決定了零件的耐磨性、耐腐蝕性和使用壽命。

表面變形、磨損強(qiáng)度及機(jī)理的評價

       芬蘭坦佩雷的坦佩雷理工大學(xué)材料科學(xué)實驗室（TUT）在對大部分類型材料的結(jié)構(gòu)、性能、加工和使用進(jìn)行高水平研究。在研究過程中他們使用Alicona公司的InfiniteFocus G5光學(xué)三維測量系統(tǒng)分析了表面形貌，驗證了尺寸的標(biāo)注，評估了表面變形、磨損強(qiáng)度和機(jī)理。在與業(yè)界的緊密合作中，涵蓋了各種各樣的技術(shù)應(yīng)用。測量材料包括金屬、聚合物、紡織品、木材、紙張、陶瓷、涂料和巖石等。此外，光學(xué)三維測量系統(tǒng)還用于工具、部件和試樣的全尺寸測量。基于其自動變焦的工作原理，InfiniteFocus將光學(xué)系統(tǒng)的小焦距與垂直掃描結(jié)合起來，并且從焦距變化中提供形貌和真彩色信息。

Crushing pin-on-disk high-stress abrasion wear test：Alicona測量系統(tǒng)提供了全宏觀和詳細(xì)微觀層面的數(shù)值量化和試樣的詳細(xì)三維表面特征。（左圖表面積約3mm³，右圖面積約1000mm³）

大面積和大角度陡坡樣品的快速測量

       由于材料試驗中的試樣通常含有斷裂或變形的表面，因此經(jīng)常會遇到陡峭的側(cè)面或粗糙的表面形貌。Alicona提供了一個*的解決方案來記錄整個曲面，即使樣品表面有這些難以測量的特性。實驗室研究人員Niko Ojala和Jarmo Laakso說“初，我們正在尋找一種測量系統(tǒng)，可以測量具有幾平方厘米寬的大面積和粗糙表面的樣品例如有陡坡的大磨損或斷裂表面。對我們來說，測量系統(tǒng)相對快速也很重要。同時要求可以通過旋轉(zhuǎn)樣本進(jìn)行測量，并獲得真實的三維模型”。他們說：“通過Alicona的InfiniteFocus G5，我們找到了一個適合我們需要的測量系統(tǒng)。由于對該系統(tǒng)的需求和興趣很高，目前利用率已高達(dá)24/7。”

核燃料處置容器密封用FSW工具的幾何驗證

       DMS的應(yīng)用材料科學(xué)研究小組--提供任何類型的材料相關(guān)項目的幫助。賈莫指出：“舉一個例子：我們與兩個斯堪的納維亞半島的核廢料管理專家組織SKB和Posiva Oy進(jìn)行了合作，驗證了用于密封核燃料處置罐的FSW探測器的幾何結(jié)構(gòu)”。 攪拌摩擦焊技術(shù)（FSW）是一種在工具和目標(biāo)金屬之間產(chǎn)生摩擦熱導(dǎo)致金屬軟化，并通過機(jī)械混合焊接在一起的焊接方法。探頭是非消耗性的，因此，當(dāng)探頭材料沿焊縫移動時，其難點在于防止其熔化。因此，精確的幾何結(jié)構(gòu)是高效焊接工藝中的關(guān)鍵因素。

SKB和Posiva-Oy的FSW探針的全尺寸測量。Alicona先進(jìn)的Real3D旋轉(zhuǎn)裝置，可實現(xiàn)全尺寸測量。

( © SKB and Posiva Oy, not allowed to copy without permission)

工件的全尺寸測量

       通過配合AdvancedReal3D rotation在InfiniteFocus G5上使用，他們實現(xiàn)了這些探頭的360°的形狀測量。這使得Jarmo可以檢查長度、直徑和半徑等尺寸以及圓度等尺寸參數(shù)。半徑可以在2μm的橫向分辨率下測量，這樣可以同時小規(guī)定公差的符合性。通過與CAD數(shù)據(jù)的比較來評估形狀偏差。與傳統(tǒng)的基于二維數(shù)據(jù)分析的方法不同，Alicona測量系統(tǒng)提供了數(shù)值量化和詳細(xì)的三維表面特征。為了檢測表面紋理，測量不僅包括線條輪廓的粗糙度，還包括基于區(qū)域的參數(shù)。“基于面積的粗糙度測量可以更全面地了解表面狀態(tài)。根據(jù)具體情況和客戶需求，我們分析了基于輪廓的粗糙度參數(shù)，如Ra、Rq、Rz和表面紋理參數(shù)，如Sa、Sq、Sz。特別是對于潤滑接觸，基于面積的表面粗糙度值對于研究不同涂層的性能非常有用。Niko和Jarmo表示:“我們的系統(tǒng)已經(jīng)評估了金屬基底上厚度為20μm的納米結(jié)構(gòu)聚合物涂層”?；趨^(qū)域的表面參數(shù)測量符合EN ISO 25178標(biāo)準(zhǔn)?；谳喞臏y量符合EN ISO 4287/88提供了將光學(xué)測量結(jié)果與接觸式測量結(jié)果進(jìn)行比較的可能性。

       基于其中一項要求是大面積測量，實驗室發(fā)現(xiàn)沒有多少測量設(shè)備可以實現(xiàn)。Niko和Jarmo表示“以前我們只有一個干涉測量系統(tǒng)，但它不能有效地測量大面積，事實上，它需要幾天才能做到這一點。有了Alicona，我們能夠以高速測量200 x 200 mm的面積。”。對于大面積的測量通常也需要較長的測量深度z范圍（因為試樣可以是彎曲的形狀、較大的高度差或高度變形的表面）--InfiniteFocus G5是一種高效且快速的工具。

利用高速粒子在-60°C溫度下對鋼試樣進(jìn)行五次沖擊的沖擊試驗，沖擊后的表面測量。

大面積測量區(qū)材料變形的簡易量化

       后，通過使用InfiniteFocus G5測量系統(tǒng)提供的MultiMeasurement，Niko和Jarmo發(fā)現(xiàn)了一個非常省時的特性。Niko表示：“通過MultiMeasurement，我們可以建立一個自動測量程序，對大約重復(fù)的十幾個樣本進(jìn)行一個接一個的*測量或在更高的放大倍數(shù)下測量它們的多個位置。這節(jié)省了大量的測量時間，例如利用這種方法可以充分利用夜間時間” 。

       在后Niko和Jarmo表示：“通用性，便捷性和用戶友好是十分重要的，這些都是Alicona能提供給我們的”。

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