塗層與層厚測量

光學3D表面測量技術能揭示功能性幾何偏差,並實現表面品質變化的早期自動化檢測。

保持塗層厚度符合規範

製程中維持一致的塗層厚度對品質與良率至關重要。塗層僅在以下條件同時滿足時方能達到設計目標:(1) 基板經按規範處理,(2) 塗層表面無缺陷,(3) 厚度維持在公差範圍內。

早期問題往往源於基材製造與準備階段——如機台不穩定、刀具路徑誤差或應力相關變形——這些缺陷會留下影響塗層行為的痕跡。加工後可能需要進行超精加工與清潔,以清除殘留缺陷與污染物。

光學3D表面測量技術能揭露功能性幾何偏差,實現表面品質變化的早期自動化檢測。

塗層與薄膜的厚度測量主要採用階梯高度表面測量法。有關階梯高度測量的更多細節,請參閱此處說明。

預塗層:驗證基材準備狀態

在表面塗覆前,可能需要根據其預期功能進行專屬處理。表面紋理的變化顯示製程偏移——請依需求調整加工參數或更換刀具。需注意基材紋理常會透過塗層顯現,同時影響最終外觀與功能性表面結構。

驗證要點(面積,ISO 25178)

選取與附著力、摩擦學及光學外觀相關的參數:

  • 高度/粗糙度:Sa、Sq;形狀:Ssk(偏度)、Sku(峰度)
  • 紋理與佈局:Str(紋理長寬比)、Sal/自相關長度
  • 針對外觀關鍵零件,需同時追蹤區域性(3D「S」)與傳統輪廓(「R」)規格
    提示:區域性表徵正逐漸成為複雜表面的標準檢測方式。

以下為拋光與研磨表面之兩例,其中評估了面積粗糙度Sa與Sq。

Lapped metal substrate (Sa = 0.32 μm, Sq 0.44 μm)
Polished glass substrate (Sa = 1.17 nm, Sq 1.49 nm)

塗層後:檢測並分類表面缺陷

塗覆完成後,務必確保塗層表面無氣孔、流痕、液滴、斑點、凹坑、顫紋、刮痕、橘皮現象及其他缺陷。透過快速定量缺陷檢測,可保障良品率並實現即時製程修正,從而最大限度減少廢品產生。

  • 缺陷存在與形態——量化高度/深度、面積、體積以將症狀與根本原因連結
  • 面積「V」參數(ISO 25178)——運用空洞/材料體積指標表徵凹坑、凸峰與平台區域,建立穩健的合格/不合格閾值。
  • 外觀關鍵紋理——驗證透印或橘皮現象是否符合限值;按生產線歸檔典型特徵,加速故障排除流程。
Visualization of coating defects (10 μm wide, 2 μm deep)
Droplets - sorted, measured and qualified (1.5 μm high)

層厚驗證

在代表性位置與特徵處控制厚度。凡存在遮蔽邊緣或斷裂邊緣之處,皆應採用階梯邊緣測量法獲取直接物理厚度,尤其適用於不透明薄膜。針對透明或半透明塗層,則需透過薄膜進行干涉測量,並運用正確折射率轉換光學厚度。

刮痕測試主要用於黏著度/臨界載荷品質保證;刮痕剖面分析亦可提供局部階梯厚度值,但非通用方法。應於多處位置繪製圖譜以評估均勻性,若出現漂移現象則調整沉積或前置處理。

更多階梯高度測量資訊請參閱此處

Step edge test (75.2 nm thick coating)
Scratch test (1.96 μm thick coating)

用於塗層與厚度檢測的表面轮廓仪 應具備哪些特性?

團隊轉用TopMap CSI/WLI系統的首要原因在於其靈活性:無論是鏡面般明亮的金屬表面,還是極深色、超霧面材質皆能提供可靠測量——這正是塗層生產線常見的複合表面特性。一款優秀的塗層用轮廓仪 應具備:

  • 廣泛的材料相容性:採用高動態範圍光學系統/演算法,無需噴塗或重新固定即可維持反射面與啞光面之間的條紋對比度。
  • 穩定亞奈米級Z軸解析度:具備可追溯校準與符合GR&R要求的重複性,實現低噪訊且不受放大倍率影響的測量。
  • 全塗層厚度模式:具備不透明塗層的階梯邊緣工作流程,以及可處理折射率(含多層結構)的透明/半透明層穿透式厚度測量。
  • 巨觀↔微觀覆蓋:大視野用於均勻性圖譜與快速篩檢,隨後放大檢視微缺陷;提供拼接圖譜、同軸光學系統及陡坡/曲面零件處理工具。
  • 缺陷與表面分析:自動檢測/量測/分類,採用ISO 25178標準的面積「S」參數與體積「V」指標進行客觀合格判定。
  • 產能與整合:腳本化多站配方、自動對焦、條碼/配方控制、合格/不合格規則,並可輕鬆匯出至SPC/QMS/PLC/MES系統。
  • 生產現場穩健性:具備環境/震動補償功能,短週期時間設計適用於線上/近線作業。
  • 大規模適用性:導引式工作流程、範本與稽核軌跡,確保不同操作員與班次間結果一致性。

我們的光學轮廓仪用於塗層與厚度檢測

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讓我們先簡短討論您的零件、公差要求與工作流程——若您認為有幫助,後續可選擇性追加可行性研究、PolyMeasure(合約量測服務)或PolyRent試用方案作為後續步驟。

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