Порядок производства по делам об административном;pdf

Лабораторная работа №2. ИССЛЕДОВАНИЕ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ
РАСТРОВОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ПРОФИЛОМЕТРИИ.
ЦЕЛИ РАБОТЫ
Знакомство с устройством и принципом работы оптического профилометра.
Отработка навыков по исследованию рельефа поверхности полимерных пленок и
измерения шероховатости поверхности.
АППАРАТУРА
Практические занятия проводятся на базе оптического профилометра WYKO
NT1100, Veeco, США.
АННОТАЦИЯ
Метод оптической интерференционной микроскопии заключается в получении и
анализе интерференционных картин, формирующихся при освещении исследуемой
поверхности монохроматичным светом, взаимодействующим с опорным световым
пучком, расщепленным от того же источника и отраженным от опорного зеркала.
Анализ серии интерференционных картин, получаемых для разных контролируемых
положений опорного зеркала, позволяет по сдвигу фазы определить оптический путь,
который проходит пучок до каждой анализируемой точки поверхности и восстановить,
таким
образом,
рельеф
исследуемой
поверхности.
В
современных
оптических
профилометрах эта процедура полностью автоматизирована и результатом измерений,
производимых прибором, является массив значений высоты заданных точек поверхности.
Поле
зрения
(горизонтальное)
(размер
изображения
разрешение
изображений
в
плоскости
определяются
образца)
и
кратностью
латеральное
увеличения
объектива и линзы поля зрения объектива.
Последующая математическая обработка полученных результатов позволяет
прецизионно определять различные геометрические параметры исследуемой поверхности,
такие как высоту неровностей рельефа, шероховатость и др.
Вертикальное разрешение, получаемое с помощью оптической профилометрии,
может достигать нанометровых и субнанометровых диапазонов при сравнительно
невысоком латеральном пространственном разрешении. Важно отметить, что время
получения изображения в этом случае в десятки раз меньше, чем при измерении рельефа
поверхности
с
использованием
сканирующей
зондовой
микроскопии.
Причем
использование бесконтактного оптического метода позволяет проводить измерения без
риска повреждения поверхности.
Рис. 1.4. Внешний вид оптического профилометра WYKO NT1100.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
1. Подготовка профилометра к выполнению измерений
1.1. Подготовка профилометра к выполнению измерений должна осуществляться
согласно представленной ниже последовательности операций с соблюдением
требований инструкции по эксплуатации профилометра.
1.2. Включение и прогрев систем профилометра.
1.2.1. Включают управляющий компьютер и запускают программу Wyko Vision 32
управления профилометром.
1.2.2. Включают контроллер управления моторизированным столиком.
1.2.3. Включают котроллер освещения профилометра.
1.2.4. Включают виброзащитный стол.
1.2.5. До
начала
выполнения
непосредственных
электронные
подсистемы
профилометра
с
измерений,
прогревают
включенным
источником
освещения в течение не менее 30 минут с момента их включения.
2. Выполнение измерений
2.1. Устанавливают исследуемый образец на предметный столик.
2.2. Проводят установку параметров измерения: Разрешение – Full, Объектив – в
зависимости от выбранного объектива, Линза поля зрения (FOV) – 1.0x. Для
увеличения точности измерений выбирают усреднение по нескольким (3-5)
одновременным измерениям одной области.
2.3. Фокусируются на поверхность исследуемого образца.
2.4. С помощью моторизированного столика позиционируют образец с целью выбора
нужной
области
для
исследования,
основываясь
на
видеоизображении,
получаемом с помощью оптической системы профилометра.
2.5. С помощью ручек изменения угла наклона предметного столика добиваются того,
чтобы в область зрения попадало от 3 до 5 интерференционных полос под углом
примерно 45о к краю изображения. С помощью ручки настройки освещенности
добиваются максимальной освещенности чуть ниже уровня насыщения камеры (О
насыщение камеры сигнализируют красные пиксели, появившиеся в окне
интенсивности на экране монитора).
2.6. Проводят измерение рельефа поверхности образца в режиме VSI.
2.7. Размер видимой области зависит от выбранного объектива и линзы поля зрения и
составляет от 60×50 мкм2 до 2.47×1.88 мм2. Объектив следует выбирать таким
образом, чтобы его разрешения хватало для детализации особенностей рельефа
поверхности.
2.8. Расчет параметров шероховатости при измерении производят с помощью
программного обеспечения Wyko Vision 32.
2.9. Для последующего измерения средней шероховатости необходимо получить
изображения не менее 5 участков образца, соответствующих указанным
условиям.
2.10. Проводят операции 2.2 – 2.6 пять раз.
2.11. Сохраняют полученные изображения в виде файлов с исходными данными
(массив высот рельефа поверхности).
2.12. Выключение прибора.
2.12.1. Отводятся от поверхности образца.
2.12.2. Убирают образец с предметного столика.
2.12.3. Уменьшают уровень освещенности до 0.
2.12.4. Закрывают программу Wyko Vision 32, управляющую профилометром,
выключают компьютер.
2.12.5. Выключают контроллер управления моторизированным столиком.
2.12.6. Выключают котроллер освещения профилометра.
2.12.7. Выключают виброзащитный стол.
3. Вычисление результатов измерений
3.1. Для анализа изображений и определения параметров шероховатости Ra, Rq и Rz
используют программное обеспечение Wyko Vision 32.
3.2. Запускают программу анализа изображений рельефа поверхности Wyko Vision 32.
3.3. Открывают файл с данными, полученными при измерении рельефа поверхности.
3.4. Для устранения общего наклона плоскости образца относительно фокальной
плоскости объектива проводят процедуру вычитания поверхности 1ого или 2ого
порядка.
3.5. Провести средствами программы Wyko Vision 32 расчет параметров Ra, Rq и Rz в
соответствии со следующими выражениями:
Ra =
1 M N
∑∑ Z ( xi , y j )
MN i =1 j =1
,
1
MN
Rq =
Rz =
M
N
∑∑ Z
2
( xi , y j )
i =1 j =1
10
1 ⎡ 10
⎤
H
−
Li ⎥
∑
∑
i
⎢
10 ⎣ i =1
i =1
⎦ ,
где M×N – разрешение изображения, Z(xi,yi) – отклонение рельефа поверхности
в точке (xi, yi) от среднего значения, Hi – высота i-ого наибольшего выступа
поверхности Z(xi,yi), Li– глубина i-ого наибольшей впадины поверхности Z(xi,yi)
3.6. Повторяют операции п.п. 11.2-11.4 для определения параметров шероховатости
Rai, Rqi и Rzi для всех пяти полученных изображений.
3.7. Определяют среднее значение параметров R a , R q и R z в соответствии со
следующим выражением и проводят контроль прецизионности результатов
измерений.
1 5
X = ∑ Xi
5 i =1 ,
где в качестве параметра X выступают, соответственно, величины Ra, Rq и Rz.
ЗАДАНИЕ
1. Проведите исследование рельефа поверхности образцов полимерных материалов с
помощью различных объективов в режиме интерференции фазового сдвига (VSI).
2. Измерьте рельеф поверхности (Ra, Rq, Rz) в 5 точках образца и вычислите среднее
значение.
3. Сравните значение шероховатости для разных образцов полимерных материалов.