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怎樣快速準確地檢測表面的劃痕?奧林巴斯有絕招!

儀器信息網 2019/11/13 14:40:37 點擊 110 次

注塑汽車部件的耐劃傷性在保持汽車原有的漂亮外觀方面起著非常重要的作用。添加劑可以提高注塑材料的耐劃傷性能,而共聚焦顯微鏡可以快速對添加劑增強耐劃傷性的效果進行非常精確的量化分析。

Croda International(克羅達國際公司)的研究科學家們使用奧林巴斯的LEXT OLS5000共聚焦顯微鏡完成了一些標準化劃痕檢測,以證明其所生產的添加劑在提高耐劃傷性方面具有積極的作用。結果表明,這種檢測方法不僅可以消除操作人員在技能上的差異,而且還顯著提高了檢測的精確性和速度。

塑料由于具有用途廣泛、壽命較長且成本較低的特性,而被用于生產多種汽車部件。聚合物材料在性能上的提高,加上汽車制造業追求更輕便材料的動力,促使汽車制造業中所使用的塑料呈現出更為多樣化的發展趨勢。汽車上的很多塑料部件都暴露在外,清楚可見,這就意味著這些部件的外觀在保持汽車的美觀和價值方面起著舉足輕重的作用。

具有耐劃傷性的材料可以減少汽車外觀受到磨損的情況,從而有助于汽車在長期使用后仍然保持原有的價值。構成材料的精確成分可以決定材料的耐劃傷性能,而對某種特定材料進行的詳細檢測可以表明其耐劃傷性的水平。

在克羅達公司完成的劃痕檢測

作為耐劃傷性添加劑的供應商,克羅達公司會定期進行劃痕檢測,以證明他們的添加劑產品對提高塑料性能所起到的積極作用。

Martin Read是克羅達公司聚合物添加劑應用團隊的領導,也是抗劃傷項目的首席科學家。在談到可檢測的材料范圍時,Martin解釋說:“我們可以檢測汽車上的所有材料,從透明材料,如:手勢控制裝置中使用的材料以及用于隱藏傳感器的表面材料,到具有高光澤度的所謂的“鋼琴黑”表面。在對這些表面進行清潔和拋光時,非常容易留下細微的劃痕。

為了證明添加劑可以提高耐劃傷性能,研究人員制造了一些由不同成分構成的板子,并使用一種標準化工具,以規定的1–20N力量在板子上留下劃痕。


Martin說:“在檢測之前,要在聚合物板上制造劃痕,劃痕的兩側各有兩行凸起,類似于犁過的田地。” 然后,要對劃痕的深度、寬度和輪廓進行測量,通過對不同材料成分的聚合物板進行同類的測量,可以確定不同材料成分在耐劃傷性方面的差異。

克羅達公司最初的設置是使用寬場材料顯微鏡測量劃痕的寬度,再使用白光干涉儀顯示劃痕輪廓的方法確定劃痕的深度。然而,這種方法極為耗時,特別是因為設置干涉儀和分析其結果的過程非常復雜。此外,在使用干涉測量法時,測量結果還會因操作人員較大的技能差異而有所不同,并會因表面輪廓上出現的偽影而有失準確。

為了獲得更精確的數據,并加快工作流程,研究人員對奧林巴斯的LEXT OLS5000共聚焦顯微鏡進行了測試(圖3),以確認是否可以通過使用一臺儀器測量所有相關的參數。LEXT OLS5000顯微鏡既可以快速完成掃描,又可以為創建寬范圍的3D樣品圖像提供可量化的詳細數據。

通過使用LEXT OLS5000顯微鏡,克羅達公司的研究人員將測量結果的精度提高了一個以上的量級。在評估劃痕的深度和輪廓方面,精度的改進表現得最為明顯:測量精度接近于10納米。

Martin評論道:“由于LEXT系統可以在3D圖像中進行準確的測量,我們只需觀察劃痕的一個切片圖像,即可對劃痕的深度進行測量,這種方法簡單多了”。

使用干涉測量法測量劃痕的深度和輪廓所面臨的關鍵性挑戰,是聚丙烯等材料的輪廓會顯示為尖狀凸起的邊緣。這些偽影是干涉儀未能探測到表面的結果,而且會影響測量的效果。Martin解釋說:“由于聚丙烯材料具有多孔結構,因此干涉儀可能沒有探測到表面,而是通過空隙看到了材料的內部。”

在使用LEXT顯微鏡測量相同的樣品時,研究人員可以獲得劃傷表面的更平滑的圖像。這種圖形可以準確地呈現劃痕的輪廓,從而有助于進行精確的測量。

在成像、測量和分析的速度方面,LEXT OLS5000顯微鏡的優勢甚至表現得更加明顯。克羅達公司的研究人員發現使用LEXT OLS5000顯微鏡對劃痕的寬度和深度進行測量,可以使檢測速度高出干涉測量法的10到100倍。“要測量劃痕,我們必須盡量對干涉儀進行較為粗糙的設置,”Martin說,“而進行這種設置極為困難。進行一次測量,需要花費約1小時的時間。而使用共聚焦顯微鏡,我們可以在2分鐘內測量和處理塑料表面上的10個劃痕。”

耐劃傷性添加劑可以提升汽車外觀的審美性,并確保汽車在更長的時間內保持其自身的價值。在劃痕檢測中完成的精確測量,可以可靠地驗證添加劑對加強注塑部件的耐劃傷性所起到的積極作用。克羅達公司最初使用的測量劃痕的方法基于光學顯微鏡和干涉測量法。這個方案不僅非常耗時,而且還會使表面輪廓出現偽影。

在購買了奧林巴斯的LEXT OLS5000共聚焦顯微鏡之后,克羅達公司的研究人員就可以完成比光學顯微鏡和干涉測量法更精確的測量,而且還可以避免因操作人員在技能水平上的差異而對測量結果產生的影響。他們還設法以快于原先方法10到100倍的速度完成測量,從而可以說明LEXT顯微鏡不僅可以改善數據質量,還可以提高檢測效率。


[來源:奧林巴斯]  
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