ACABADO SUPERFICIAL 3D EN MICRO Y NANOMETROLOGÍA

Transcripción

1 ACABADO SUPERFICIAL 3D EN MICRO Y NANOMETROLOGÍA Laura Carcedo Cerezo Laboratorio de Calidad Superficial Área de Longitud

2 La necesidad de medir y cuantificar geometricamente productos fabricados en escalas micrométrica, nanometríca e incluso del nivel atómico está impulsando la metrología de superficies a una evolución en la que se está pasando de: Perfil Conocimiento más realista de las superficies Formas simples Formas libres complejas

3 Superficies estocásticas Superficies estructuradas ACTUALMENTE Está surgiendo una nueva generación de superficies de alta precisión, que requieren de medidas 3D Existe capacidad en la industria de fabricar elementos de dimensiones cada vez más pequeñas Hay sectores en los que se viene usando el 2D con buenos resultados y se mantendrá su uso

4 Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES Magnitudes de influencia MEDICIÓN Valor transformado principio método procedimiento INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA ISO 3274 C.nomin.instrum.contacto Método de perfil Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida Incertidumbre ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 2D

5 ISO 3274 Condiciones nominales de instrumentos de contacto. Método de perfil.

6 Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES ISO Calibración.instr.contacto ISO Materializados ISO Software Magnitudes de influencia MEDICIÓN principio ISO 3274 método procedimiento Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA C.nomin.instrum.contacto Método de perfil Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida Incertidumbre ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 2D

7 ISO Materializados TIPO A: de profundidad TIPO C: de espaciamiento (PERIÓDICOS) ISO Software TIPO F1: ficheros patrón ISO Calibración.instr.contacto Cómo abordar y que patrones utilizar para la calibración del instrumento de contacto. C1:Senoidal C2:triangular isósceles C3:sinusoidal simulado p p g C4:en arco TIPO F2: software patrón Como usar la información de los certificados de los patrones que proporcionan la trazabilidad. TIPO D: de rugosidad (APERIÓDICOS) TIPO B: E do punta TIPO E: Coord. perfil Recomendaciones y referencias para evaluar la incertidumbre de la calibración. Información que debe figurar en el certificado.

8 ISO /3 Caract. de alturas ISO 4287 Param.E do superficial ISO Param. de detalles Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES ISO Materializados ISO Software ISO Calibración.instr.contacto Magnitudes de influencia MEDICIÓN principio ISO 3274 método procedimiento ISO 4288/ ISO 3274 Condic. medida param.e do superf. ISO 12085/ISO 3274 Condic. medida param. de detalles ISO /ISO 3274 C. medida param. prop segun prof. Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA C.nomin.instrum.contacto Método de perfil Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida Incertidumbre ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 2D

9 ISO 4287 Param.E do superficial Uso de filtros corregidos en fase ó Gauss ISO con longitudes de onda de corte de la serie: mm; 0,08 mm; 0,25 mm; 0,8 mm; 2,5 mm;.. ISO 4288/ ISO 3274 Condic. medida param.e do superf. Nº de longitudes de muestreo por defecto. Perfil P: primario (ISO 3274) aplicando un filtro de alta frecuencia, λs. Perfil W: ondulación. banda de transmisión con límites λc, frecuencias altas y λf frecuencias bajas. Perfil R: rugosidad banda de transmisión con límites λs frecuencias altas y λc frecuencias bajas. Parám. de amplitud P t, R t, W t ; P a, R a, W a ; P z, R z, W z ; P q, R q, W q ; P sk, R sk, W sk ;.. Parám. de espaciamiento P Sm, R Sm, W Sm Parám. hibridos P dq, R dq, W dq L. muestreo Curvas y param. asociados P mr(c), R mr(c), W mr(c) Longitud evaluación perfil R y W Longitud evaluación perfil P ; P dc, R dc, W dc Tablas con el valor λc según ISO para un perfil dado, distinguiendo entre periódicos y aperiódicos. (ISO 3274) L.evaluación PERFILES APERIÓDICOS Según valor Ra ó Rz L. muestreo λc PERFILES PERIÓDICOS Ó L.evaluación Según valor R Sm L. muestreo APERIÓDICOS λc.

10 ISO Parámetros ligados a los detalles ISO 12085/ISO 3274 Condiciones de medida de parámetros ligados a detalles Perfil primario según ISO 3274 λs Análisis combinación de detalles de rugosidad dos a dos según condiciones normalizadas. Proceso de corrección de picos y valles aislados. Análisis combinación de detalles de rugosidad dos a dos según condiciones normalizadas. Parámetros ligados a detalles: Rugosidad AR R R x Ondulación AW W W x W te

11 ISO /ISO 3274 C. medida param. prop segun prof. ISO /3 Caract. de alturas Caracterización de alturas según la curva porcentaje de material ISO /3 Caract. de alturas Caracterización de alturas según la curva de probabilidad de material

12 ISO /3 Prp. según prof. ISO 4287 Param.E do superficial ISO Param. de detalles Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES ISO Materializados ISO Software ISO Calibración.instr.contacto Magnitudes de influencia ISO 4288/ ISO 3274 Condic. medida param.e do superf. ISO 12085/ISO 3274 Condic. medida param. de detalles ISO /ISO 3274 C. medida param. prop segun prof. MEDICIÓN Valor transformado principio método procedimiento INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA ISO 3274 C.nomin.instrum.contacto Método de perfil Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida Incertidumbre ISO Calc.incertidumbres ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 2D

13 Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES Magnitudes de influencia MEDICIÓN principio método procedimiento ISO CLASIFICACIÓN DE METODOS Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida) Incertidumbre ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 3D

14 ISO CLASIFICACIÓN DE METODOS Clasificación en función del tipo de datos que produce cada técnica

15 Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES ISO CARAC.NOMIN. INSTRUMENTOS ISO CARAC.NOM.INSTR.CONTACTO Magnitudes de influencia MEDICIÓN principio método procedimiento ISO CLASIFICACIÓN DE METODOS ISO C.NOM.M.CONFOCAL CROMÁTICO ISO C.N.M. INTERF. DESPLAZ. FASE Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA ISO C.N. INTERF. DE LUZ BLANCA ISO C.NOM. AUTOFOCUS SENSOR Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida) Incertidumbre ISO C.NOM. INSTR. VARIACÓN DE FOCO ISO C.NOM. MICROSCOPIO CONFOCAL ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 3D

16 ISO CARAC.NOM.INSTR.CONTACTO

17 ISO C.NOM. AUTOFOCUS SENSOR ANCHURA LIMITE PARA TRANSMISIÓN TOTAL DE ALTURA

18 Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES ISO CALIBRAC.INSTRUM.CONTACTO ISO MATERIALIZADOS ISO SOFTWARE ISO X Calibración.instr.XXXX ISO CARAC.NOMIN. INSTRUMENTOS ISO CARAC.NOM.INSTR.CONTACTO Magnitudes de influencia MEDICIÓN principio método procedimiento ISO CLASIFICACIÓN DE METODOS ISO C.NOM.M.CONFOCAL CROMÁTICO ISO C.N.M. INTERF. DESPLAZ. FASE Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA ISO C.N. INTERF. DE LUZ BLANCA ISO C.NOM. AUTOFOCUS SENSOR Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida) Incertidumbre ISO C.NOM. INSTR. VARIACÓN DE FOCO ISO C.NOM. MICROSCOPIO CONFOCAL ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 3D

19 ISO MATERIALIZADOS PERFIL; Además de los de ISO ISO MATERIALIZADOS SUPERFICIE;

20 ISO MATERIALIZADOS AREAL;

21 ISO SOFTWARE Tipo S1: FICHEROS DE DATOS PATRÓN MUY IMPORTANTE LA VALIDACIÓN DEL SOFTWARE Los software de medida realizan muchos cálculos en las operaciones de filtrado y de cálculo de parámetros. Los programadores pueden elegir distintas formas de hacerlos, deben comprobarse frente a patrones. Tipo S2: SOFTWARE PATRÓN Institutos Metrologicos Nacionales que los están desarrollando: NPL (operativo), NIST y PTB.

22 ISO CALIBRAC.INSTRUM.CONTACTO

23 ISO CALIBRAC.INSTRUM.CONTACTO

24 Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES ISO CALIBRAC.INSTRUM.CONTACTO ISO MATERIALIZADOS ISO SOFTWARE ISO X Calibración.instr.XXXX ISO CARAC.NOMIN. INSTRUMENTOS ISO OPERADORES ISO CARAC.NOM.INSTR.CONTACTO Magnitudes de influencia MEDICIÓN principio método procedimiento ISO CLASIFICACIÓN DE METODOS ISO C.NOM.M.CONFOCAL CROMÁTICO ISO C.N.M. INTERF. DESPLAZ. FASE Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA ISO C.N. INTERF. DE LUZ BLANCA ISO C.NOM. AUTOFOCUS SENSOR Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida) Incertidumbre ISO C.NOM. INSTR. VARIACÓN DE FOCO ISO C.NOM. MICROSCOPIO CONFOCAL ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 3D

25 NUEVOS CONCEPTOS PARA MEDIDA DE SUPERFICIES El significado del valor de un parámetro dado, depende del tratamiento previo que hayamos dado a los datos en cada una de las escalas, con filtros y operadores.

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27 Acabado superficial y forma se hacen sobre el mismo sistema de coordenadas Atributos típicos a considerar para la caracterización de superficies Este nuevo modo de cuantificar superficies busca inferir funcionalidades y características fundamentales de las superficies, siendo mucho más que una extensión de los parámetros de perfil.

28 ISO OPERADORES

29 ISO OPERADORES

30 ISO PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES ISO CALIBRAC.INSTRUM.CONTACTO ISO MATERIALIZADOS ISO SOFTWARE ISO X Calibración.instr.XXXX ISO CARAC.NOMIN. INSTRUMENTOS ISO OPERADORES ISO CARAC.NOM.INSTR.CONTACTO Magnitudes de influencia MEDICIÓN principio método procedimiento ISO CLASIFICACIÓN DE METODOS ISO C.NOM.M.CONFOCAL CROMÁTICO ISO C.N.M. INTERF. DESPLAZ. FASE Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA ISO C.N. INTERF. DE LUZ BLANCA ISO C.NOM. AUTOFOCUS SENSOR Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida) Incertidumbre ISO C.NOM. INSTR. VARIACÓN DE FOCO ISO C.NOM. MICROSCOPIO CONFOCAL ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 3D

31 ISO PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL FIELD PARAMETERS: NOMENCLATURA Y DEFINICIÓN SÍMBOLOS: S ó V en mayúsculas, seguido de subíndices en minúsculas, independientemente de las condiciones de filtrado aplicadas*. Ej: Sq, Sdr, Vmp, Vvc * Las condiciones de filtrado deben acompañar siempre al valor numérico del parámetro. CENTRADO DE ALTURAS: En las ecuaciones de los parámetros de acabado superficial la función de alturas de la superficie z(x,y) debe estar centrada**, es decir, la altura media del área en que se va a medir (z) está ya restada de cada punto. Esto simplifica las ecuaciones de los parámetros. ** genera errores por redondeo frente a DEFINICIÓN CONTINUA: las operaciones están expresadas con integrales en vez de con sumatorios para que la definición conceptualmente no contenga aproximaciones***. frente a *** Debido a la naturaleza discreta de los datos de medida, siempre se hará necesario realizar aproximaciones numéricas.

32 ISO PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL Respecto a la media + >0; + <0; = =0 Dan idea de la distribución de alturas Detecta elementos abruptos superficie afilada >3; superficie redondeada <3

33 ISO PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL FIELD PARAMETERS: ISOTROPÍA, ANISOTROPÍA Y DIRECCIÓN PRIVILEGIADA DE LAS ESTRUCTURAS DE LA SUPERFICIE En la medida de superficies se estudian usando la función autocorrelación y analisis de Fourier

34 ISO PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL Permiten distinguir entre superficies con similar Sa Cuantifica gradientes en x e y Cuantifica el área interfacial Informan de propiedades: - de sellado, de contacto y desgaste -eléctricas y térmicas -reflectancia óptica Cálculo area interfacial

35 ISO PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL FIELD PARAMETERS Los parámetros V calculan volúmenes distinguiendo tres zonas: Z. PICOS- soporta el inicio del desgaste de la pieza NÚCLEO- zona de desgaste en la vida útil del elemento Z DE VALLES- retiene lubricantes prolongando la vida útil frente a la fricción.

36 ISO PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL CARACTERIZACIÓN MEDIANTE MOTIVOS (features) Para este tipo de caracterización no hay un grupo de parámetros definidos ex-profeso, sino un librería de técnicas de reconocimiento de motivos en la superficie a evaluar. Dada una superficie a evaluar Se elije el tipo de motivo de interés para la aplicación Se realiza la segmentación acorde con unos parámetros de tamaño que controlan el proceso. Se selecciona de los motivos encontrados cuales son los interesantes para el estudio que se lleva a cabo. Se decide la característica que se va a analizar sobre ellos, normalmente mediante métodos estadísticos.

37 ISO PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES ISO CALIBRAC.INSTRUM.CONTACTO ISO MATERIALIZADOS ISO SOFTWARE ISO X Calibración.instr.XXXX ISO CARAC.NOMIN. INSTRUMENTOS ISO OPERADORES ISO CARAC.NOM.INSTR.CONTACTO Magnitudes de influencia MEDICIÓN principio método procedimiento ISO CLASIFICACIÓN DE METODOS ISO C.NOM.M.CONFOCAL CROMÁTICO ISO C.N.M. INTERF. DESPLAZ. FASE ISO XX FILTROS MET. INTERPOLACIÓN Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA ISO C.N. INTERF. DE LUZ BLANCA ISO C.NOM. AUTOFOCUS SENSOR Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida) Incertidumbre ISO C.NOM. INSTR. VARIACÓN DE FOCO ISO C.NOM. MICROSCOPIO CONFOCAL ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 3D

38 EN EL GRUPO DE TRABAJO WG15 DE ISO ESTÁN DESARROLLANDO DISTINTOS FILTROS PARA APLICAR A MEDIDA DE SUPERFICIES En el momento actual según ISO el filtro a utilizar es el Gausiano por defecto FILTROS LINEALES Gausianos Splines FILTROS MORFOLÓGICOS CLOSING OPENING

39 FILTROS ROBUSTOS Splines Robusto Splines FILTROS DE MOTIVOS Teselan la superficie reconociendo patrones y marcando características importantes en ellos como picos y hoyos.

40 ISO INDICAC. DE ACAB. SUPERFICIAL En el caso de caracterización mediante motivos se especifica el proceso con la secuencia, Parámetros usados habitualmente en la caracterización por motivos

41 ISO PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL Magnitud medible (MENSURANDO) PATRONES ISO CALIBRAC.INSTRUM.CONTACTO ISO MATERIALIZADOS ISO SOFTWARE ISO X Calibración.instr.XXXX ISO CARAC.NOMIN. INSTRUMENTOS ISO OPERADORES ISO CARAC.NOM.INSTR.CONTACTO Magnitudes de influencia MEDICIÓN principio método procedimiento ISO CLASIFICACIÓN DE METODOS ISO C.NOM.M.CONFOCAL CROMÁTICO ISO C.N.M. INTERF. DESPLAZ. FASE ISO XX FILTROS MET. INTERPOLACIÓN Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA ISO C.N. INTERF. DE LUZ BLANCA ISO C.NOM. AUTOFOCUS SENSOR Resultado de medida (Valor numérico x unidad de medida) ISO INDICAC. DE ACAB. SUPERFICIAL Incertidumbre ISO Calc.incertidumbres ISO C.NOM. INSTR. VARIACÓN DE FOCO ISO C.NOM. MICROSCOPIO CONFOCAL ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 3D

42 PRINCIPALES REFERENCIAS ADEMÁS DE LAS NORMAS CITADAS: Filters in surface texture explained- Paul Scout. Taylor Hobson

43 Gracias por vuestra atención