使用数字显微镜评估工具磨损使用

在本次采访中，Marcel Lucas描述了评估工具磨损使用的重要性，以及奥林巴斯如何提供理想的数字显微镜解决方案来量化工具磨损检测，这是由BSc Alina schrorou在2018年MRS上进行的。

请定义术语“刀具磨损检测”。

这里我们重点介绍三种一般的切削工具:用于钻孔的钻头;立铣刀，用于制作非常大的平面;和可转位刀片，这是可移动的切割尖端，你可以插入车床切割圆柱形样品。

当你用这些刀具之一切割样品时，在刀具和样品之间会有相当大的摩擦。随着时间的推移，这种摩擦会导致工具中的一些材料丢失。最终，工具会磨损，变得太钝，无法切割样品。然后必须更换工具。

数字显微镜可以用来检测磨损，并将其量化为时间的函数，这样你就可以预测刀具的预期寿命，并决定何时更换刀具。

为什么定期评估工具磨损很重要?它能保护什么?

定期的工具磨损评估有助于保护产品质量、性能和底线。当你用磨损的工具切割样品时，加工零件的尺寸可能与客户指定的尺寸不符。被加工的部分往往比它应该的尺寸略大。当这种情况发生时，你最终会发现零件无法装配在一起，因为它们没有按照正确的尺寸加工。因此，尺寸精度是一个很大的质量问题。

另一个质量问题是当你使用磨损的工具切割样品时，表面粗糙度会更高。此外，磨损的工具也会将残余应力引入样品中。表面粗糙度和残余应力会导致被加工零件的使用寿命缩短和机械性能下降。

这些质量问题导致大量零件报废，成本增加，因为替换零件必须重新加工。

目前定量评估刀具磨损的典型方法是什么?

有两种主要的技术用于检测刀具磨损。一种是扫描电子显微镜(SEM)，另一种是常规光学显微镜。然而，每种技术都有自己的问题。

一方面，扫描电镜是检查样品的好工具，但由于其大景深，不太适合进行精确的三维测量。此外，您还需要工具的3D图像，以评估由于工具磨损而导致的工具几何形状的变化。

另一方面，传统的光学显微镜无法成像一个高大的物体，如切割工具，并保持整个图像在焦点上。这是因为物镜的景深有限。

描述与传统光学显微镜相比，数字显微镜在检测和定量刀具磨损方面的优点。

在传统的光学显微镜中，样品通常通过一个物镜从上面照射，同样的物镜收集样品反射的光。这就是我们所说的亮场照明。亮场照明导致切削工具等反射样品过度眩光，显著降低了图像对比度(图1a)。

数码显微镜的优点在于，只需点击一个按钮，你就可以从亮场照明切换到暗场照明，以减少眩光(图1b)。使用暗场照明，你从侧面以一定的角度照明样品，而不是从上面照明样品。因为物镜没有收集入射光的反射，所以大部分的眩光被消除了，你可以更清楚地看到切割工具。

除了不同的照明模式，您还可以在数字显微镜中处理图像，以增强图像的动态范围，这意味着您可以成像更大范围的光强度。通过增加动态范围，你可以在不丢失任何细节的情况下同时成像明亮和黑暗区域，同时进一步减少眩光。

图1所示。在可转位铣刀刀片上建立(a)明场，(b)暗场。

明场和暗场照明能否结合起来提高刀具磨损分析的准确性?

奥林巴斯数字显微镜的亮场和暗场照明组合是一项专利技术，我们称之为MIX照明。使用MIX照明，你可以同时对样品的明亮反射区域和较暗区域进行成像，而不会使明亮区域饱和，也不会使过于暗的区域无法分辨细节。MIX光照增强了对比度(图2a)。由于高度测量计算是基于对比度的，MIX照明提高了高度测量精度。

奥林巴斯可以提供什么数字显微镜解决方案来支持刀具磨损检测和定量?

MIX照明(图2a)和诸如WiDER(奥林巴斯的另一项专利技术)(图2b)和HDR(图2c)等数字工艺在减少刀具切削边缘反射表面的眩光方面非常有效。

图2所示。在可转位铣刀片上增加刃。(a) MIX光照的原始图像，(b) WiDER图像，(c) HDR图像。

使用奥林巴斯DSX510垂直数字显微镜或DSX510i倒置数字显微镜，您可以获得您的切削工具的3D图像。3D图像非常重要，因为它们能显著地揭示更多关于工具几何形状的信息，帮助您回答以下问题:有多少工具材料丢失了?刀刃是否有一边磨损得比另一边快?这些问题是你无法用2D图像回答的(图3a)。只有3D图像可以提供答案(图3b)，并且可以使用数字显微镜进行3D成像。

图3所示。可转位铣刀断裂图像;(a) 2D (b) 3D。

哪些行业可以从刀具磨损检测中受益?

切削工具用于经济的大部门-建筑，汽车，航空航天，国防，石油和天然气工业。它们被用于制造医疗设备、发动机、泵以及螺丝、螺母和螺栓等紧固件。

DSX510和DSX510i如何保证测量精度?

说到硬件，这两种显微镜都是围绕非常坚固的框架建造的，以减少振动。成像软件还具有在振动存在时稳定图像的功能。

我们还为DSX510和DSX510i数字显微镜提供了专用的远心目标。这些目标的伟大之处在于，当物体靠近或远离目标时，其尺寸保持不变。所以测量并不取决于你如何聚焦样本。这样就减少了主观性，提高了准确性。

最后，显微镜的软件使您能够使用校准标准自动校准显微镜，确保测量是可重复和准确的。

关于马塞尔·卢卡斯

马塞尔毕业于英国曼彻斯特大学，获得材料科学博士学位。欧洲杯线上买球随后，马塞尔在美国完成了一系列博士后职位。首先，在佐治亚理工学院，Marcel继续使用拉曼光谱和原子力显微镜研究纳米材料。欧洲杯足球竞彩马塞尔随后去了洛斯阿拉莫斯国家实验室，在那里他用荧光和拉曼显微镜研究了不同预处理对木材的影响，以及如何预处理它们，使它们可以转化为生物燃料。

马塞尔后来在华盛顿州立大学工作，在那里他研究了在冲击压缩下石墨向金刚石的相变。马塞尔后来搬到了德克萨斯州的休斯顿，在私营企业工作;首先，作为一个材料测试实验室的项目工程师，然后是奥林巴斯的技术和销售欧洲杯足球竞彩支持专家。