Pouvez-vous corréler les données d’un outil de mesure de rugosité de surface de type stylet et celles d’un microscope laser ?

Bien que les microscopes laser soient appréciés pour leur capacité à acquérir rapidement des données sans contact, il n’est pas exclu que les résultats ne correspondent pas aux données acquises à l’aide d’un outil traditionnel de type stylet. Bien que certaines différences soient inévitables lors de l’utilisation de méthodes de mesure différentes, on peut atteindre un degré élevé de corrélation en unifiant autant que possible les conditions de mesure et d’analyse.

Vous trouverez ci-dessous une comparaison des données d’un microscope laser et d’un outil de mesure de rugosité de surface avec contact.

La figure 1 montre les données brutes acquises au moyen du microscope laser avant l’application du filtre, et la figure 3 montre les données de l’instrument de mesure de type stylet. Dans le cas de l’instrument avec stylet, un filtre λs (λs = 2,5 µm, dans ce cas-ci) est généralement appliqué à l’avance aux données acquises, et le même filtre λs est appliqué aux données brutes du microscope laser (figure 1) à des fins de comparaison.

L’application d’un filtre λs (= 2,5 µm) à la figure 1 donne les données de la figure 2.

En comparant la figure 2 et la figure 3, nous pouvons constater qu’il y a correspondance. Ainsi, nous pouvons en déduire qu’en appliquant les mêmes conditions de mesure et de filtre, les données du microscope laser et de l’instrument de mesure avec contact peuvent être corrélées.

_{Échantillon : étalon de rugosité de Rubert, n° 504}

Figure 1 – Laser (données brutes) : objectif 20× (ouverture numérique : 0,6)

 Filtre λs (2,5 µm)

Figure 2 – Laser (avec filtre) : objectif 20× (ouverture numérique : 0,6)

Figure 3 – Stylet (ouverture numérique : 0,6)

Le rayon de la pointe d’un stylet mesure de 2 à 10 µm, ce qui rend difficile la détection des changements infimes de rugosité. Et en raison de sa taille, il peut être difficile pour un stylet d’effectuer des mesures sur de petites zones, telles que des fils.

Cependant, le laser utilisé par le microscope OLS5000 n’a qu’un diamètre de 0,2 µm, ce qui lui permet de mesurer de fines irrégularités et d’acquérir des données à partir de petites zones ciblées.

Un autre inconvénient d’un stylet est qu’il nécessite un contact direct entre la sonde et la surface de l’échantillon. Pour les échantillons mous ou délicats, le stylet peut entraîner de réels dommages.

^{Les stylets peuvent endommager la surface de l’échantillon.}

Puisque le laser utilisé par le microscope OLS5000 acquiert des informations sans toucher l’échantillon, vous pouvez acquérir des mesures de rugosité précises sans entraîner de dommages.

^{Ruban adhésif de 256 × 256 μm}

Même si les interféromètres à lumière blanche offrent une sensibilité de détection à l’échelle subnanométrique pour les surfaces lisses, ils présentent plusieurs inconvénients. Tout d’abord, il leur est difficile d’obtenir des mesures précises sur des surfaces fortement inclinées (rugueuses), ce qui les rend inadaptés dans de nombreux cas. Leurs capteurs ont également tendance à transmettre des signaux faibles, ce qui complique davantage la capacité des interféromètres à prendre des mesures précises. Et bien qu’ils aient un objectif, l’ouverture numérique est plus petite que celle utilisée sur les microscopes optiques et a une résolution horizontale inférieure, ce qui rend difficile l’obtention d’images nettes et en temps réel de votre échantillon.

Le microscope OLS5000, quant à lui, utilise un laser pour effectuer des mesures et dispose d’objectifs dédiés avec une ouverture numérique élevée. Ces fonctionnalités vous permettent d’obtenir des mesures précises, quelle que soit la surface de l’échantillon, même si elle présente une forte pente. Les objectifs de haute qualité vous permettent également de visualiser votre échantillon lors de l’acquisition des mesures et d’obtenir des données d’image tout en effectuant vos mesures.

Les microscopes à sonde locale sont capables d’effectuer des mesures à l’échelle subnanométrique, mais leur système de balayage basé sur un cantilever, ou stylet, fait de l’acquisition de données un processus long. Leur zone de balayage est également limitée à environ 100 µm, ce qui les rend inadaptés à l’observation à faible grossissement.

Les microscopes laser OLS5000 effectuent des mesures à l’échelle subnanométrique beaucoup plus rapidement. Ils vous permettent également d’observer les irrégularités à une échelle inférieure au micron en utilisant un large champ d’observation. La fonction d’assemblage peut être utilisée pour élargir davantage la zone d’analyse.

Courbe de profil primaire

Courbe obtenue en appliquant un filtre passe-bas avec une valeur de seuil de λs au profil primaire mesuré. Le paramètre de texture de surface calculé à partir du profil primaire est appelé paramètre de profil primaire (paramètre P).

Profil de rugosité

Profil dérivé du profil primaire en supprimant le composant d’onde longue à l’aide du filtre passe-haut avec une valeur de seuil de λc. Le paramètre de texture de surface calculé à partir du profil de rugosité est appelé paramètre de profil de rugosité (paramètre R).

Profil d’ondulation

Profil obtenu par application séquentielle de filtres de profil avec des valeurs de seuil de λf et λc au profil primaire. λf bloque le composant d’onde longue tandis que le composant d’onde courte est bloqué avec le filtre λc. Le paramètre de texture de surface calculé à partir du profil d’ondulation est appelé paramètre de profil d’ondulation (paramètre W).

Filtre de profil

Filtre d’isolement des composants d’ondes longues et courtes contenues dans le profil. Trois types de filtres sont définis :

• Filtre λs : filtre désignant le seuil entre le composant de rugosité et les composants d’ondes plus courtes
• Filtre λc : filtre désignant le seuil entre le composant de rugosité et les composants d’ondulation
• Filtre λf : filtre désignant le seuil entre le composant d’ondulation et les composants d’ondes plus longues

Longueur d’onde de seuil

Longueur d’onde de seuil pour les filtres de profil. Longueur d’onde indiquant un facteur de transmission de 50 % pour une amplitude donnée.

Longueur d’échantillonnage

Longueur dans la direction de l’axe X utilisée pour la détermination des caractéristiques du profil.

Longueur de la caractérisation

Longueur dans la direction de l’axe X utilisée pour l’évaluation du profil en cours de caractérisation.

^{Dessin conceptuel de la méthode du profil}

Surface limitée à l’échelle

Les données de surface servent de base au calcul des paramètres de texture de surface surfacique (surface S-F ou surface S-L). Cela est parfois appelé « surface ».

Filtre surfacique

Le filtre pour la séparation des composants à grandes et petites ondes contenues dans les surfaces limitées à l’échelle. Trois types de filtres sont définis selon la fonction :

• Filtre S : le filtre élimine les composants de petite longueur d’onde des surfaces limitées à l’échelle.
• Filtre L : le filtre élimine les composants de grande longueur d’onde des surfaces limitées à l’échelle.
• Opérateur F : association ou filtre pour l’élimination de formes spécifiques (sphères, cylindres, etc.).

Remarque : Les filtres gaussiens sont généralement appliqués en tant que filtres S et L, et la méthode des moindres carrés totale est appliquée pour l’opérateur F.

Filtre gaussien

Type de filtre surfacique couramment utilisé dans la mesure de surface. La filtration est appliquée par convolution basée sur des fonctions de pondération dérivées d’une fonction gaussienne. La valeur de l’indice gigogne est la longueur d’onde d’un profil sinusoïdal pour lequel 50 % de l’amplitude est transmis.

Filtre spline

Type de filtre surfacique avec une distorsion plus petite dans le bord périphérique par rapport au filtre gaussien.

Indice gigogne

Indice représentant la longueur d’onde de seuil pour les filtres surfaciques. Les indices gigognes pour l’utilisation de filtres gaussiens surfaciques sont désignés en termes d’unités de longueur et sont équivalents à la valeur de seuil dans la méthode du profil.

Surface S-F

Surface obtenue en éliminant les composants de petites longueurs d’onde à l’aide du filtre S, puis en supprimant certains composants de la forme nominale à l’aide de l’opérateur F.

Surface S-L

Surface obtenue en éliminant les composants de petites longueurs d’onde à l’aide du filtre S, puis en supprimant les composants à grandes longueur d’onde à l’aide du filtre L.

Zone de caractérisation

Zone rectangulaire de la surface choisie pour l’analyse des éléments de surface présents sur cette zone. La zone de caractérisation doit être un carré (sauf indication contraire).

^{Dessin conceptuel de la méthode de la surface}

* Valeur théorique
** Valeur standard lors de l’utilisation du microscope OLS5000

◎ :  Mieux adapté
○ :  Adapté
△ :  Acceptable selon l’utilisation
X :  Inadapté

La fonctionnalité des différents filtres, les combinaisons de filtres et la taille des filtres utilisés dans l’analyse des éléments de surface sont décrites ci-dessous :

Les conditions de filtration sont déterminées en fonction des objectifs de l’analyse.

Fonctionnalité des filtres

Lors de l’analyse paramétrique des éléments de surface, l’utilisation des trois types de filtres (opérateur F, filtre S et filtre L) doit être envisagée en fonction des données de texture de surface acquises selon les objectifs de la mesure.