Minimalny hałas, maksymalna precyzja

Co wyróżnia interferometry od Mahra? Thorsten Höring: Mają nowy algorytm, tzw. technologię ICA. Łączy ona dobre właściwości dotychczas powszechnie stosowanych metod PSI i VSI z bardzo wysoką rozdzielczością pionową i szerokim zakresem zastosowań.

Czy możesz krótko wyjaśnić PSI i VSI bardziej szczegółowo? Thorsten Höring: Tutaj muszę się trochę rozwinąć: Konwencjonalne metody wykorzystują do pomiarów skanowanie pionowe (VSI) lub metodę przesunięcia fazowego (PSI). W przypadku VSI wartości wysokości określane są za pomocą metody środka ciężkości. Charakterystyczna krzywa tworzy tak zwany "korelogram". Jeśli nad tym umieścimy linię obwiedniową, otrzymamy rozkład gaussowski i będziemy mogli obliczyć środek ciężkości. Zasadniczo ta metoda jest solidna i szybka, ale nie prowadzi do tak precyzyjnych wyników. Z kolei metoda przesunięcia fazowego, w skrócie PSI, jest dokładniejsza. Szuka w korelogramie największej "różnicy faz", czyli zmiany światło-ciemność. Ta metoda jest znacznie dokładniejsza, ale i znacznie bardziej wrażliwa. Interferometry światła białego Mahra są inne: ich nowatorski algorytm łączy dobre właściwości metod PSI i VSI z bardzo wysoką rozdzielczością pionową w jednym dużym obszarze zastosowań.

Jak właściwie odbywa się pomiar z ICA? Thorsten Höring: Za pomocą oprogramowania do rejestracji MarSurf Metrology, obszar ogniska jest przemierzany i rejestrowany jest tak zwany "stos obrazów" informacji o wysokości. Stos ten jest podobny do tego z tomografu komputerowego. Stos jest oceniany oddzielnie dla każdego piksela, a więc dla każdego pojedynczego punktu danych w kierunku XY. Z całości tych punktów definiuje się "typowy" korelogram jako odniesienie i używa się go jako porównania do oceny każdego punktu danych w kierunku XY. W ten sposób można wygenerować wiarygodną i precyzyjną wartość wysokości. Sygnał odniesienia jest przesuwany wzdłuż mierzonego interferogramu i poszukiwana jest pozycja o najlepszym dopasowaniu. Pozycja ta daje następnie dokładną wartość wysokości dla tego piksela.

Skąd bierze się niski szum na poziomie 80 pikometrów? Thorsten Höring: Ponieważ ICA umożliwia tak dokładne określenie wartości wysokości, jednocześnie minimalizowany jest szum, co zapewnia bardzo wysoką jakość danych. Dzięki temu bardzo dobremu stosunkowi sygnału do szumu, technologia Mahr osiąga poziom jakości PSI z zaledwie 80 pikometrami (STR-Surface-Topography-Repeatability), ale charakteryzuje się znacznie lepszą stabilnością i wyższą niezawodnością. Dla porównania: poprzednie urządzenia klasy podstawowej mają STR na poziomie około 150 pikometrów. Co więcej, oprócz maksymalnej niezawodności, nowe interferometry Mahr charakteryzują się wysokim zakresem dynamicznym nawet przy niskim natężeniu światła.

Jak dokładnie nazywa się seria produktów interferometrów światła białego firmy Mahr? Thorsten Höring: Nazywa się MarSurf WI i składa się z trzech urządzeń MarSurf WI 50 M, MarSurf WI 50 i MarSurf WI 100. Dzięki nim laboratoria badawcze i działy kontroli jakości w przemyśle mają do wyboru trzy potężne urządzenia do wyznaczania najdrobniejszych chropowatości, wysokości stopni lub płaszczyzn w zakresie nanometrów - w ciągu zaledwie kilku sekund.

Mahr jest znany z systemów dotykowych i konfokalnych. Dlaczego firma ma teraz w swoim portfolio również serię interferometrów światła białego? Thorsten Höring: Dzięki interferometrom światła białego rozszerzyliśmy nasze spektrum do zakresu subnanometrowego. Myślę, że jest to tylko logiczna konsekwencja dla takiego specjalisty od techniki pomiarowej jak Mahr.

Co dokładnie potrafi interferometria światła białego, jak działa? Thorsten Höring: Zasadniczo interferometria światła białego umożliwia pomiary profili 3D struktur, których rozmiar mieści się w przedziale od kilku nanometrów do kilku mikrometrów. Metoda ta wykorzystuje superpozycję lub interferencję fal do określenia wielkości. Światło podróżuje po dwóch ścieżkach: jedna ścieżka prowadzi do punktu odniesienia, natomiast druga jest skierowana na mierzoną powierzchnię. Jeśli mierzony obiekt jest w centrum uwagi, fale sumują się i dają maksimum natężenia. Poza ogniskiem fale znoszą się wzajemnie i powodują minimum natężenia. Na podstawie tych informacji można wyliczyć dokładne wartości wysokości.

Jakie powierzchnie są mierzone w tym obszarze? Thorsten Höring: Coraz więcej komponentów musi mieć powierzchnie o bardzo specjalnych właściwościach - na przykład powierzchnie soczewek, aby prawidłowo ustawić ostrość, lub półprzewodników, aby szybko przesyłać sygnały. Innym przykładem są implanty lub sztuczne stawy: powierzchnie takich endoprotez muszą być szlifowane z nanometrową precyzją, tak aby np. endoprotezy stawu kolanowego wykonane z elementów metalowych i plastikowych płynnie współgrały z ludzką kością.