Stylet ou profilomètre optique ? Quand utiliser l'un ou l'autre // Guide

Un profilomètre à stylet — également appelé profilomètre tactile ou profilomètre à contact — fait glisser une pointe en diamant sur la surface en exerçant une force très faible et contrôlée (généralement d'environ 1 mN). Le mouvement vertical de la pointe, qui suit les reliefs de la surface, est enregistré sous la forme d'un profil de hauteur en 2D. À partir de ce profil, des paramètres tels que Ra (rugosité surfacique moyenne), Rz (hauteur maximale), Rq et Rt sont calculés conformément à la norme ISO 21920.

Les instruments à stylet vont des testeurs portables compacts utilisés en atelier aux systèmes de table de laboratoire de précision. Le principe de mesure fondamental est le même dans les deux cas.

Un profilomètre optique 3D de surface mesure la topographie de surface sans aucun contact mécanique. L'interférométrie à lumière blanche (WLI) — la technique la plus couramment utilisée en métrologie des surfaces de précision — projette une lumière blanche à large bande sur la surface et analyse le motif d'interférence obtenu afin de calculer simultanément la hauteur de chaque pixel dans le champ de vision. Un seul balayage permet d'obtenir des données de hauteur 3D complètes comprenant des millions de points de données.

À partir de cet ensemble de données 3D, il est possible de calculer à la fois les paramètres surfaciques (Sa, Sq, Sz, Ssk, Sku selon la norme ISO 25178) et les paramètres de profil (Ra, Rz selon la norme ISO 21920). L'ensemble complet des données est stocké et peut être réévalué à tout moment sans avoir à revenir sur la pièce.

Oui — c'est là un avantage pratique majeur de la mesure optique 3D. L'instrument enregistre l'ensemble des données relatives à la topographie de surface en 3D. N'importe quel paramètre de rugosité surfacique, n'importe quelle longueur de coupure du filtre, n'importe quelle zone d'évaluation ou direction de profil peut être recalculé à partir des données enregistrées, que ce soit des jours, des semaines ou des mois plus tard, sans avoir à revenir sur la pièce.

Avec un profilomètre à stylet, la mesure correspond à la trace du profil. Si vous avez besoin ultérieurement d'un paramètre différent, d'un filtre différent ou d'une mesure à un autre endroit, vous devez mesurer à nouveau la pièce. Si la pièce n'est plus disponible — ou si elle a été expédiée, assemblée ou modifiée —, cette mesure est perdue.

La possibilité de réévaluer les données stockées est particulièrement précieuse dans l'analyse des défaillances, les situations d'audit, la documentation de R&D et les rapports multiparamétriques.

Il existe deux situations dans lesquelles le stylet présente un réel avantage par rapport à la technologie optique :

• Surfaces transparentes ou multicouches. Le verre, les revêtements optiques et certains films polymères réfléchissent la lumière à plusieurs niveaux de profondeur simultanément, ce qui peut perturber la reconstruction de la hauteur dans un système optique. Un stylet n'entre en contact qu'avec la surface supérieure et n'est pas affecté par ce qui se trouve en dessous.
• Absence de ligne de visée optique. Lorsqu'une surface est complètement fermée — une rainure très profonde et étroite, une contre-dépouille ou une géométrie extrême que même un objectif télécentrique ne peut atteindre —, un stylet doté d'une géométrie de pointe adaptée peut être la seule option. Notez que les profilomètres optiques télécentriques étendent considérablement l'accès optique et doivent être évalués avant d'opter par défaut pour un stylet.

Les surfaces hautement réfléchissantes — métaux à finition miroir, céramiques polies, certaines surfaces d'implants médicaux — peuvent provoquer une saturation du signal dans les configurations de mesure optique standard, en particulier dans les systèmes confocaux. C'est pourquoi il a longtemps été recommandé d'utiliser un stylet pour ces surfaces.

Les interféromètres à lumière blanche d'Polytec intègrent la technologie « Smart Scanning Technology », qui utilise la capture multi-exposition et le traitement HDR (plage dynamique élevée) pour traiter les surfaces hautement réfléchissantes et hétérogènes sans passer à une méthode tactile. Cela élargit considérablement la gamme de surfaces pouvant être mesurées par voie optique.

Avant de recourir par défaut à un stylet pour une surface réfléchissante, vérifiez auprès de votre ingénieur d'application si la technologie Smart Scanning couvre votre matériau et votre finition spécifiques.

Les paramètres de profil tels que Ra et Rz sont calculés à partir d'une seule ligne 2D tracée sur la surface. Ils décrivent la rugosité le long de ce tracé. La représentativité de cette ligne dépend fortement de l'uniformité de la surface : sur une surface hétérogène ou directionnelle, un seul profil peut donner un résultat trompeur.

Les paramètres surfaciques tels que Sa et Sz sont calculés à partir d'une carte de surface 3D complète couvrant une zone définie. Ils caractérisent la surface dans son ensemble, en capturant les caractéristiques spatiales, la directionnalité, les défauts et les motifs de texture qu'une ligne de profil ne peut pas détecter. La norme ISO 25178 définit le cadre des paramètres surfaciques et est de plus en plus souvent spécifiée dans les dessins techniques modernes, en particulier dans les applications automobiles, aérospatiales, des semi-conducteurs et des dispositifs médicaux.

Les profilomètres optiques 3D produisent nativement des données à caractère areal. Les instruments à stylet ne produisent que des données de profil, bien que plusieurs traces parallèles puissent être assemblées par stitching pour obtenir une couverture areale approximative — une approche lente et peu pratique pour la plupart des environnements de production.

Non — elles sont étroitement liées, mais ne sont pas identiques. Les deux méthodes peuvent fournir une valeur Ra, mais celle-ci résulte de principes de mesure différents. Un stylet filtre mécaniquement la surface grâce au rayon fini de sa pointe, tandis qu’un profilomètre optique échantillonne la surface par voie optique et est limité par sa résolution latérale et sa bande passante ; les deux capturent donc des détails de courte longueur d’onde légèrement différents.

Avec des réglages de coupure, d'échantillonnage et de filtrage adaptés, les résultats concordent généralement bien, mais ils ne doivent pas être considérés comme interchangeables. Lors du passage d'une spécification Ra tactile à une spécification optique, validez la méthode optique par rapport à la méthode existante et consignez tout écart plutôt que de supposer une correspondance parfaite.

Oui. Un profil 2D peut être extrait de n'importe quel emplacement et dans n'importe quelle direction à partir d'un ensemble de données optiques 3D, et les paramètres de profil standard, notamment Ra, Rz, Rq et Rt, peuvent être calculés à partir de celui-ci conformément à la norme ISO 21920. Cela signifie que le passage à la mesure optique n'implique pas de renoncer aux rapports basés sur les profils, à condition que le dispositif de mesure soit correctement validé et que toute différence par rapport à la mesure tactile directe soit caractérisée.