Innovaciones en microscopía confocal para análisis de superficies

La medición del acabado superficial por contacto y la medición óptica confocal del acabado superficial son dos métodos de medir la rugosidad o irregularidad de una superficie.

La medición del acabado superficial por contacto utiliza una sonda con punta de diamante que se desplaza por la pieza. Existen dos variedades básicas: de patín (o sistemas de promediado) y sin patín (o sistemas de perfilado). Los calibradores con patines tienen un ensamblaje de sonda articulado, con la sonda montada junto a un patín relativamente ancho que también entra en contacto con la pieza. El patín tiende a filtrar las ondulaciones, por lo que la sonda solo mide las variaciones de longitud de onda corta. Un calibrador de patín tiene una pantalla LCD que muestra la medición como un único valor numérico.

Fundamentos de los sistemas de medición sin patín

Los calibradores sin patín incorporan una superficie interna lisa y plana como referencia, por lo que la sonda puede responder tanto a la ondulación como a la rugosidad. Para analizar por separado las variaciones de longitud de onda larga y corta, los calibradores de perfil suelen generar un gráfico (en papel o en una pantalla de ordenador) en lugar de un único resultado numérico.

El acabado óptico de superficies suele realizarse con un microscopio confocal que utiliza luz para detectar los contornos de la superficie. La tecnología confocal tiene la capacidad de tomar imágenes de un área de la superficie y luego analizar esas imágenes para la profundidad de enfoque. El resultado es una imagen de la zona que muestra la profundidad de los picos y los valles. Los parámetros de acabado de la superficie pueden aplicarse a partir de los picos y valles del área.

De entrada, se puede ver que existe la posibilidad de observar diferencias en los resultados, ya que el método de sondeo proporciona un análisis de líneas en 2D, mientras que el microscopio confocal analiza un área en 3D. En cuanto a los parámetros para analizar la rugosidad, el perfil o el contorno de la superficie, los parámetros de los métodos 2D y 3D funcionan conceptualmente de forma similar, y debería existir una correlación entre los dos sistemas.

De hecho, para muchas superficies típicas con un resultado de rugosidad entre 0.1 y 10 µm, se obtendrá una buena correlación entre el método de contacto y el método sin contacto. No obstante, factores como el tipo de superficie, la longitud de onda de la luz, la resolución del detector y la forma en que se analizan los parámetros pueden reducir la correlación entre los sistemas. Si se comprenden estas diferencias, las discrepancias pueden explicarse, utilizarse como ventaja o, incluso, compensarse para obtener una mejor correlación.

Ventajas del uso de microscopía confocal en superficies con acabados finos

En muchos casos, algunas razones para optar por el confocal incluyen las superficies que tienen una rugosidad inferior a 0.1 µm y, o, si la función de la superficie es crítica para el rendimiento del producto. Gracias a la mayor resolución de la óptica, es posible ver valles más pequeños que con un sistema de palpado por contacto. Así, puede parecer que no existe correlación entre los métodos.

Tomemos, por ejemplo, un proceso en el que se chorrea la superficie con un medio muy fino. Al medir la superficie con un sistema de sondeo, se podrían obtener resultados de que la superficie no es tan rugosa como mostrarían los resultados del método sin contacto. Se supone que no existe correlación. Sin embargo, entendiendo cómo se mide la superficie y el proceso utilizado, los resultados pueden ajustarse para obtener una correlación basada en parámetros de medición similares.

Con la superficie granallada, la luz del microscopio confocal penetra más profundamente en los valles debido al área focal, y la resolución del sensor es menor que el radio de contacto del palpador. Así, el sistema óptico es apto para presentar lecturas más altas que el sistema de contacto, ya que ve una mayor diferencia entre los picos y los valles.

A primera vista, y sin comprender estas diferencias, la “suposición” natural es que existen problemas de correlación. Pero conociendo estas diferencias, existen funciones en muchas de las opciones de software de microscopía confocal para simular el radio de la punta de un palpador. Los resultados son como si se utilizara un palpador con el sistema sin contacto, y entonces la correlación cae en su lugar.

Por supuesto, esto solo debe hacerse cuando sea necesario; cuando se miden superficies con acabados de tipo nanométrico, la mayor resolución del microscopio confocal es esencial para un análisis adecuado.