Sociedad de Ingeniería de Fabricación - ACABADO SUPERFICIAL … · 2016-02-04 · Laboratorio de...

ACABADO SUPERFICIAL 3D EN MICRO Y NANOMETROLOGÍA

Laura Carcedo CerezoLaboratorio de Calidad Superficial

Área de Longitud

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

Superficies estocásticas

Superficies estructuradas

• Está surgiendo una nueva generación de superficies de alta precisión, que requieren de medidas 3D

ACTUALMENTE

• 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

Magnitud medible(MENSURANDO)

IncertidumbreResultado de medida(Valor numérico x unidad de medida

INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA

MEDICIÓN

PATRONES

principiométodoprocedimiento

Valor transformado

Magnitudesde influencia

ESTRUCTURA DE LA NORMATIVA DE MEDIDA DE SUPERFICIES EN 2D

ISO 3274C.nomin.instrum.contacto

Método de perfil

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

MEDICIÓN

PATRONES

Valor transformado

Calibración.instr.contactoISO 12179

Magnitudesde influencia ISO 3274

C.nomin.instrum.contactoMétodo de perfil

ISO 5436-1Materializados

ISO 5436-2Software

TIPO A: de profundidad

TIPO D: de rugosidad (APERIÓDICOS)

TIPO B: Edo punta TIPO E: Coord. perfil

TIPO C: de espaciamiento (PERIÓDICOS)

C1:Senoidal

C2:triangular isósceles

C4:en arco

C3:sinusoidal simulado

TIPO F1: ficheros patrón

TIPO F2: software patrón

• Cómo abordar y que patrones utilizar para la calibración del instrumento de contacto.

• Recomendaciones y referencias para evaluar la incertidumbre de la calibración.

• Como usar la información de los certificados de los patrones que proporcionan la trazabilidad.

•Información que debe figurar en el certificado.

ISO 5436-2Software

TIPO A: de profundidad

TIPO D: de rugosidad (APERIÓDICOS)

TIPO B: Edo punta TIPO E: Coord. perfil

TIPO C: de espaciamiento (PERIÓDICOS)

C1:Senoidal

C2:triangular isósceles

C4:en arco

C3:sinusoidal simulado

TIPO F1: ficheros patrón

TIPO F2: software patrón

MEDICIÓN

PATRONES

Valor transformado

ISO 5436-2Software

Magnitudesde influencia ISO 3274

C.nomin.instrum.contactoMétodo de perfil

ISO 4287Param.Edosuperficial

ISO 12085Param. de detalles

ISO 13565-2/3Caract. de alturas

ISO 12085/ISO 3274Condic. medida param. de detalles

ISO 4288/ ISO 3274Condic. medida param.Edosuperf.

ISO 13565-1/ISO 3274C. medida param. prop segun prof.

L. muestreo

Longitud evaluación perfil R y WLongitud evaluación perfil P• Nº de longitudes de muestreo por defecto.

ISO 4288/ ISO 3274 Condic. medida param.Edosuperf.

• Tablas con el valor λc según ISO para un perfil dado, distinguiendo entre periódicos y aperiódicos.

Uso de filtros corregidos en fase ó Gauss ISO 11562 con longitudes de onda de corte de la serie:

ISO 4287Param.Edosuperficial aplicando un filtro de alta frecuencia, λs.

banda de transmisión con límites λc, frecuencias altas y λf frecuencias bajas.

banda de transmisión con límites λsfrecuencias altas y λc frecuencias bajas.

Perfil P: primario (ISO 3274)

Perfil W: ondulación.

Perfil R: rugosidad

……….

…mm; 0,08 mm; 0,25 mm; 0,8 mm; 2,5 mm;..

Parám. de espaciamientoPSm, RSm, WSm

Parám. hibridosPdq, Rdq, Wdq

Curvas y param. asociadosPmr(c), Rmr(c), Wmr(c)

; Pdc, Rdc, Wdc

Pt, Rt, Wt ; Pa, Ra, Wa ; Pz, Rz, Wz; Pq, Rq, Wq; Psk, Rsk, Wsk;……..Parám. de amplitud

Según valor RSm L. muestreoL.evaluaciónλc

PERFILES PERIÓDICOS Ó APERIÓDICOS

(ISO 3274)PERFILES APERIÓDICOS Según valor Ra ó Rz L. muestreo L.evaluación

ISO 12085 Parámetros ligados a los detalles ISO 12085/ISO 3274 Condiciones de medida de parámetros ligados a detalles

Perfil primario según ISO 3274 →λs

Proceso de corrección de picos y valles aislados.

AR RRx

Análisis combinación de detalles de rugosidad dos a dos según condiciones normalizadas. Parámetros ligados a detalles:

• Rugosidad

AW W WxWte

• OndulaciónAnálisis combinación de detalles de rugosidad dos a dos según condiciones normalizadas.

Caracterización de alturas según la curva porcentaje de material

Caracterización de alturas según la curva de probabilidad de material

ISO 13565-2/3Caract. de alturas

MEDICIÓN

PATRONES

Valor transformado

ISO 5436-2Software

ISO 4287Param.Edosuperficial

ISO 12085Param. de detalles

ISO 12085/ISO 3274Condic. medida param. de detalles

ISO 4288/ ISO 3274Condic. medida param.Edosuperf.

ISO 3274C.nomin.instrum.contacto

Método de perfil

Calc.incertidumbresISO 14253-2

ISO 13565-2/3Prp.≠ según prof.

MEDICIÓN

Valor transformado INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA

PATRONES

IncertidumbreResultado de medida(Valor numérico x unidad de medida)

ISO 25178-6CLASIFICACIÓN DE METODOS

Clasificación en función del tipo de datos que produce cada técnicaISO 25178-6CLASIFICACIÓN DE METODOS

MEDICIÓN

PATRONES

ISO 25178-600CARAC.NOMIN. INSTRUMENTOS

ISO 25178-601CARAC.NOM.INSTR.CONTACTO

ISO 25178-602C.NOM.M.CONFOCAL CROMÁTICO

ISO 25178-603C.N.M. INTERF. DESPLAZ. FASE

ISO 25178-604C.N. INTERF. DE LUZ BLANCA

ISO 25178-605C.NOM. AUTOFOCUS SENSOR

ISO 25178-606C.NOM. INSTR. VARIACÓN DE FOCO

ISO 25178-607C.NOM. MICROSCOPIO CONFOCAL

ANCHURA LIMITE PARA TRANSMISIÓN TOTAL DE ALTURA

MEDICIÓN

PATRONES

ISO 25178-71SOFTWARE

Calibración.instr.XXXXISO 25178-70X ISO 25178-600

CARAC.NOMIN. INSTRUMENTOS

CALIBRAC.INSTRUM.CONTACTOISO 25178-701

ISO 25178-70MATERIALIZADOS

Además de los de ISO 5436-1……PERFIL;

ISO 25178-70MATERIALIZADOS SUPERFICIE;

ISO 25178-70MATERIALIZADOS AREAL;

Tipo S1:FICHEROS DE DATOS PATRÓN

Tipo S2: SOFTWARE PATRÓN

Institutos Metrologicos Nacionales que los están desarrollando: NPL (operativo), NIST y PTB.

MUY IMPORTANTE LA VALIDACIÓN DEL SOFTWARELos 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.

MEDICIÓN

PATRONES

ISO 25178-3OPERADORES

MATERIALIZADOS

ISO 25178-70

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.

• 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.

MEDICIÓN

PATRONES

PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL

ISO 25178-2

MATERIALIZADOS

ISO 25178-70

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.

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.

frente a

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

ISO 25178-2

Dan idea de la distribución de alturas

Respecto a la media + ↑>0; +↓<0; =↕=0

Detecta elementos abruptossuperficie “afilada” >3; superficie redondeada <3

ISO 25178-2 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

ISO 25178-2

Permiten distinguir entre superficies con similar Sa

Cuantifica gradientes en x e y

Cuantifica el área interfacial

Cálculo area interfacial

Informan de propiedades:

- de sellado, de contacto y desgaste

-eléctricas y térmicas

-reflectancia óptica

ISO 25178-2

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.

FIELD PARAMETERS

CARACTERIZACIÓN MEDIANTE MOTIVOS (features)PARÁMETROS DE ACABADO SUPERFICIAL

ISO 25178-2

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.

MEDICIÓN

PATRONES

ISO 25178-2

MATERIALIZADOS

ISO 25178-70

ISO 16610-XXFILTROS

MET. INTERPOLACIÓN

En el momento actual según ISO 25178-3 el filtro a utilizar es el Gausiano por defecto

……EN EL GRUPO DE TRABAJO WG15 DE ISO ESTÁN DESARROLLANDO DISTINTOS FILTROS PARA APLICAR A MEDIDA DE SUPERFICIES

•FILTROS LINEALES Gausianos Splines

•FILTROS MORFOLÓGICOS

CLOSING OPENING

•FILTROS ROBUSTOS

Splines Splines

Robusto

•FILTROS DE MOTIVOS

“Teselan” la superficie reconociendo patrones y marcando características importantes en ellos como picos y hoyos.

ISO 25178-1INDICAC. 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

MEDICIÓN

PATRONES

Calc.incertidumbresISO 14253-2

ISO 25178-2

MATERIALIZADOS

ISO 25178-70

ISO 25178-607C.NOM. MICROSCOPIO CONFOCALISO 25178-1

INDICAC. DE ACAB. SUPERFICIAL

ISO 16610-XXFILTROS

MET. INTERPOLACIÓN

PRINCIPALES REFERENCIAS ADEMÁS DE LAS NORMAS CITADAS:

Filters in surface texture explained- Paul Scout. Taylor Hobson

http://www.michmet.com

Gracias por vuestra atención

lcarcedo@cem.minetur.es

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