Les interféromètres modernes à lumière blanche utilisent les effets d'interférence qui se produisent lors de la superposition de la lumière réfléchie par un objet mesuré avec la lumière renvoyée par un miroir de référence de haute précision.
La méthode de mesure est basée sur le principe de l'interféromètre de Michelson, selon lequel le montage optique (image) contient une source de lumière avec une longueur de cohérence de l’ordre du μm. Le faisceau lumineux collimaté est divisé par un séparateur de faisceau en un faisceau de mesure et de référence. Le faisceau de mesure est réfléchi par l’objet mesuré et le faisceau de référence par le miroir. La lumière réfléchie par le miroir et l'objet mesuré est à nouveau recombinée en un seul faisceau lumineux qui est ensuite focalisée sur le détecteur.
Quand les 2 chemins optiques, entre l’objet mesuré et le séparateur et le miroir de référence et le séparateur sont identiques, il se produit une interférence constructive pour toutes les longueurs d'onde dans le spectre de la source de lumière. L’'intensité du pixel au point objet est alors maximale. Pour les points d'objet dont les chemins optiques sont différents, l'intensité des pixels correspondants sont alors faible. Par conséquent, le détecteur enregistre tous les points d’un même plan.
Des appareils avec un montage télécentrique permettent de mesurer simultanément et rapidement la topographie de grandes surfaces en une seule mesure. En revanche si vous avez besoin d'une haute résolution latérale, les profilomètres optiques qui se basent sur les microscopes qui présentent un objectif constituent une solution idéale.
La Technologie confocale chromatique pour la mesure optique de distance et d'épaisseur a été adoptée comme méthode éprouvée dans l'industrie et la recherche. Les capteurs optiques TopSens reposent sur ce principe de mesure. La lumière blanche incidente est réfléchie par un objectif chromatique dans un continuum de représentations monochromatiques le long de l'axe Z, d'où résulte un « codage en couleur », le long de l'axe optique. Si un objet se trouve dans ce champ de couleur, une longueur d'onde unique est « fixée » sur sa surface, se reflétant ainsi dans le système optique. Le faisceau incident traverse un filtre percé d’un diaphragme et est ensuite analyser par un spectromètre. La longueur d'onde spécifique du faisceau est calculée afin de déterminer précisément la position de l'objet dans le champ de mesure. La technologie confocale chromatique permet d’obtenir des mesures fiables, exactes et dimensionnellement répétables en haute définition.
Pour les surfaces fonctionnelles, les planéités sont souvent déterminantes, par exemple pour les éléments avec des surfaces d'étanchéité de technique d'impression et de vide, mais également pour les films transparents d'écrans, les dispositifs à semi-conducteur, les surfaces en métal et en céramique. Les pourcentages de portée peuvent également être déterminés facilement et de manière fiable. Les systèmes permettent ici des mesures de grande surface, jusqu'à 37 x 28 mm2 et ainsi une caractérisation rapide et complète de la pièce.
EXEMPLE : PLANÉITÉ DES SUPPORTS DE MIROIR
Les supports de miroir de l'unité de balayage du vibromètre à balayage sont conçus selon la fabrication mécanique, chez Polytec, sur un centre de tournage-fraisage. Au cours du traitement mécanique, les tensions engendrées peuvent affecter la planéité de la surface résultante. Les écarts sont contrôlés à l'aide d'un interféromètre à lumière blanche TopMap et le processus de fabrication optimisé en conséquence.
Polytec est leader mondial de la technologie de mesure optique de la topographie de grandes surfaces, au nanomètre près. Les déterminations de parallélisme, les planéités, les rayons, les niveaux, les angles et autres paramètres constituent donc des points techniques types. Les surfaces à examiner se situent souvent dans des forages en contrebas ou il y a une différence de hauteur importante entre les surfaces. Une tâche facile pour les systèmes Polytec, contrairement aux autres méthodes de mesure, par exemple l'interférométrie cohérente.
SAISIE DE LA TOPOGRAPHIE
Dans de nombreux cas, la topographie complète d'une pièce ou d'un objet doit être contrôlée, par exemple pour les composants affichés ici d'un amortisseur ou pour d'autres pièces dans l'industrie de l'automobile, l'industrie aéronautique et spatiale ou dans l'aéronautique et dans la mécanique de précision.
Les composants mécaniques, les gaufrages, les marques de sécurité mais également les moyens de preuve dans la criminalistique peuvent être analysés de manière précise à l'aide de nanomètres d'interféromètres à lumière blanche. Même les exigences en matière de déformation et de déviation des éléments, par exemple des circuits imprimés, ne cessent de croître.
Paramètres de surface
Pour les pièces, très souvent, des paramètres définis sont obligatoires, tels que les rugosités ou les ondulations. Les interféromètres à lumière blanche peuvent enregistrer en quelques secondes des profils 3D qui, lors de procédés tactiles nécessitent un temps de mesure très élevé, notamment pour les paramètres relatifs à la planéité. De tels paramètres, tels que le pourcentage de portée ou les distributions de fréquences peuvent être déterminés rapidement et simplement. Les rugosités peuvent être déterminées de manière optique ; les valeurs peuvent cependant être différentes des résultats des mesures tactiles, correspondant aux dimensions et aux normes. Cependant de nouvelles directives en matière de calibrage des interféromètres à lumière blanche garantissent à l'utilisateur que les valeurs de mesure s'appuient sur les normes de calibrage. Les mesures optiques fournissent également des paramètres de rugosité. Par exemple, il suffit parfois de déterminer si des surfaces d'étanchéité dynamiques sont trop rugueuses, ce qui conduirait à d'importantes pertes par abrasion ou trop lisses, ce qui pourrait produire une trop forte adhérence.
La détermination du parallélisme, des différences de hauteur ou des angles entre plusieurs surfaces nécessite souvent une grande zone de réglage verticale. La gamme TopMap propose des zones de réglage allant jusqu'à 70 mm ou 50 mm. Les surfaces séparées par de grands paliers ou situées à l'intérieur des alésages peuvent ainsi être également mesurées. Le faisceau télécentrique des systèmes TopMap empêche tout effet d'ombre.
Les systèmes de mesure de surface TopMap s'intègrent facilement à la ligne de fabrication. Très souvent, le contrôle des pièces à un stade de fabrication précoce et la détermination appropriée des tendances permettent de réduire les coûts de production. Les interféromètres à lumière blanche Polytec sont destinés à une utilisation dans une cabine de mesure, lors de la fabrication ou directement sur la ligne. Le modèle TMS-300 TopMap In.Line constitue le système idéal pour la mesure précise de surfaces dans le contrôle de fabrication. L'appareil compact peut être monté plusieurs fois sur la ligne de fabrication et mesure des spécifications prédéfinies (planéité, topographie) dans des temps de cycle plus courts et avec 100 % de couverture.
La détermination d'enlèvement de matière joue un rôle important, par exemple pour les mesures d'usure Ici, les surfaces sont fréquemment très fissurées et la lumière réfléchie présente d'importantes différences d'intensité. La technologie de scanner SmartSurface des systèmes TopMap garantit également les meilleurs résultats pour de tels cas.
ABRASION DES DISQUES DE FREINS
Les analyses d'usure constituent également des tâches classiques pour les mesures topographiques, par exemple pour l'analyse des causes d'erreur lors de l'usure des disques de frein.
Dans fabrication industrielle, le respect des tolérances indiquées doit être contrôlé souvent. Les pièces défectueuses sont ainsi triées avant chaque étape de traitement ultérieure, ce qui évite ainsi des coûts inutiles. Les interféromètres à lumière blanche permettent d'examiner quantitativement, rapidement et pour de grandes surfaces, les défauts, les écarts de forme, les impuretés, les raccordements manquants ou les ruptures. Un suivi de processus permanent ou d'échantillonnage est également possible. Dans de nombreux cas, la topographie complète d'une pièce ou d'un objet doit être contrôlée, par exemple pour les composants affichés ici d'un amortisseur.
EXEMPLES D'APPLICATION
Sur la face annulaire de ces composants d'un système Piezo, des tolérances de planéité ont été déterminées, dont le déroulement est illustré dans la section de profil affichée.
Lors de la mise en place de platine CMS, par exemple, la hauteur de toutes les bumps de lot doit être identique et les surfaces des composants doivent se situer en-dessous d'un angle défini.
Pour les machines CNC, on se demande souvent si elles sont correctement configurées, afin d'atteindre, par exemple les planéités ou les courbures requises. Un contrôle anticipé des pièces dès la configuration des machines permet de gagner du temps et de l'argent. Les paramètres pertinents sont alors vérifiés avant le début de la fabrication et les configurations des machines d'usinage sont optimisées. Il est également possible d'effectuer facilement un suivi du fonctionnement de la machine.
EXEMPLE : PI7CE USINÉE CNC
Les images illustrent une pièce usinée avec deux surfaces superposées. La petite surface abaissée d'environ 3 mm est mesurée par rapport à son parallélisme à la surface supérieure et sa planéité.
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