專業技術

表面台阶高度 

为何要测量台阶高度?

台阶高度检测在质量把控环节举足轻重。因此,在众多技术图纸中,轴肩、凹槽、内孔等结构的高度尺寸都有明确的公差规定。一旦台阶高度不符合要求,间隙尺寸就会出现偏差,导致两个部件表面意外接触。这种情况可能引发一系列问题:密封面出现泄漏,致使设备密封性下降;电触点处电流传输受阻,影响电路正常运行;摩擦阻力增大,不仅加快部件磨损速度,还可能降低设备的整体性能。

除此之外,台阶高度测量在优化制造工艺方面也发挥着重要作用。在增材制造中,能够精准测定不透明涂层的厚度,确保涂层质量;在减材制造中,可通过测量检测激光脉冲等方式的材料去除量,从而优化加工参数,提升制造精度 。

台阶高度如何计算?

相较于平整度、平行度或粗糙度评估等常见检测项目,台阶高度的测量尚无统一规范的操作流程。实际应用中,有多种计算方法可供选择。由于测量对象的几何形状并非理想状态,加上测量条件存在差异,不同方法所得的测量结果可能存在偏差:

  • 方法一:将两个表面重心之间的垂直距离,作为台阶高度的测量值。
  • 方法二:通过确定一个测量表面的(外推)回归平面与另一个表面重心之间的垂直距离,得到台阶高度。
The step height calculation method shown is robust against the tilt of the sample. The reference area must be specified.
The step height calculation method shown is robust against the tilt of the sample. The reference area must be specified.

方法一直接以重心为参照,计算过程简单明了,然而,它对测量对象的倾斜状况极为敏感,微小的倾斜变化都可能导致测量结果出现较大误差。方法二则有效弥补了这一缺陷,凭借更高的稳定性和准确性,成为确定台阶高度的优先选择。鉴于参考平面的选取会显著影响测量结果,在技术图纸中,务必对所使用的参考平面进行清晰标注。

如何测量表面平整度及台阶高度 - TopMap 光学三维表面特征分析系统给出方案 

基于轮廓与基于面的台阶高度测量差异

台阶高度检测,可借助探针机械接触待测表面。配合坐标测量机,记录各测量点数据并进行计算。扫描时,探针与待测表面保持接触并移动,虽然测量点分布更密集,但测量值的不确定性也更高。光学传感器则可实现非接触式轮廓测量,能检测到机械探针难以触及的深凹表面。

Resolving areal roughness Sa down to the nm range with Micro.View surface profilers
Resolving areal roughness Sa down to the nm range with Micro.View surface profilers

触觉探针与光学线轮廓仪,均采用局部测量数据,即特定点或某一轮廓的数据。若采用这种方式对表面进行密集扫描,耗时较长。而快速扫描、随机测试,又可能遗漏影响后续评估的关键变形信息 。

Nano steps resolved standard surface
Nano steps resolved standard surface

基于相干扫描干涉技术(CSI)的面台阶高度测量

白光干涉仪 采用相干扫描技术,实现非接触式台阶高度精确测量。哪怕是机械探针难以抵达的检测位置,也能轻松应对。单次测量,便能采集数百万个测量点,生成完整的表面三维图像,全方位考量相关测量表面的形状。

借助面台阶高度测量技术,不仅能为质量检测提供可靠数据,大幅提升检测效率,还能获得两个表面平整度与方向的详细信息,深入分析质量问题的根源。白光干涉仪工作距离长,操作过程规避碰撞风险,测量技术成熟可靠,广泛应用于生产质量管控与全面质量检测,是当之无愧的首选测量设备。

台阶高度自动化检测与判读分析

为确保每个零部件的台阶高度均符合标准要求,企业可引入一套完善的测量和评估体系,对生产的零部件进行全面的质量把控。依托 TMS 软件,用户仅需一键操作,便可借助预设方案,自动完成全流程检测工作。软件具备智能化特性,在很多场景下,即便不使用样品夹具,也能完成检测。

在检测过程中,系统会根据预设的公差值,自动给出 “合格” 或 “不合格” 的评估结果。测量设备可与 PLC(可编程逻辑控制器)或过程控制系统对接,进而实现不合格产品的自动筛选,也支持人工分拣,有效提升生产管理的效率与精度 。

Fast and efficient pass-fail analysis, evaluating step-height, flatness and other form parameters on a BGA (ball grid array)
Fast and efficient pass-fail analysis, evaluating step-height, flatness and other form parameters on a BGA (ball grid array)

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