Laboratorní úloha. Bezkontaktní 3D měření povrchu HDD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Laboratorní úloha. Bezkontaktní 3D měření povrchu HDD"

Alois Musil
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Laboratorní úloha Bezkontaktní 3D měření povrchu HDD Ing. Petr Šperka 2009

2 Bezkontaktní 3D měření povrchu HDD OBSAH Úvod Metoda měření Postup měření Parametry povrchu Vyhodnocení Závěr 2/20

3 ÚVOD HDD disky»»»»» zvyšování hustoty zápisu IBM 350 4září 1956 kapacita 5MB 1200 min 1 WD, Seagate, Hitachi rok 2009 kapacita 2TB velikost 3, min 1 Vývoj HDD disků sálové disky např. IBM MB 1980 první 1GB disk 80. léta osobní počítače kapacita 10MB 1991 IBM první MR hlava 1996 IBM GMR hlava 2002 prolomeno 137 GB 2003 SATA rozhraní 2005 Seagate (TMR) a Thermal Spacing Control 2005 Toshiba kolmý zápis 2006 Fujitsu (HAMR) heat assisted mag. rec. 3/20

léta osobní počítače kapacita 10MB 1991 IBM první MR hlava 1996 IBM GMR hlava 2002 prolomeno 137 GB 2003 SATA

4 Vývoj HDD Čtecí a zapisovací hlava Separace hlavy a disku 4/20

5 Vývoj HDD Porovnání 5/20

6 Budoucnost HDD Vývoj hustoty zápisu 6/20

7 METODA MĚŘENÍ Interferometrie s řízenou změnou fáze (Phase shifting interferometry) optická bezkontaktní metoda měření 3D topografie povrchu vertikální rozlišitelnost až na úrovni Å(0,1 nm) omezený výškový skok max. λ/4 (150 nm) Algoritmus Schwider Hariharan 5 snímková metoda x, y arctg I h 4 x, y ( x, y) 1 2 I4 x, y I2 x, y x, y 2 I x, y I x, y 3 5 7/20

úrovni Å(0,1 nm) omezený výškový skok max.

8 METODA MĚŘENÍ Interferometrie s využitím bílého světla (White light scanning interfer.) modifikace: použití bílého světla umožňuje měřit velké výškové skoky při měření je nutné proskenovat celou výšku topografie povrchu Algoritmus cílem je extrahovat obálku ze signálu aplikace metod zpracování dig. signálu ve frekvenční oblasti a) low pass filtr; c) umocnění signálu; d) druhý low pass filtr 8/20

proskenovat celou výšku topografie povrchu Algoritmus cílem je extrahovat obálku ze signálu

9 VZORKY PRO MĚŘENÍ Tři generace pevných disků rok MB rok ,2 GB rok GB 9/20

10 POSTUP MĚŘENÍ Postup Zapnutí všech zařízení (PC, Kamera, Osvětlovač, PZT jednotka) Ověření nastavení mikroskopu, zařazení úzkopásmového filtru, nastavení měřeného místa Zaostření na měřený povrch (Pracovní vzdálenost: 10x objektiv cca 10 mm, 20x cca 5 mm, hrubé ostření na polní clonu) Vyrovnání povrchu do roviny pomocí naklápěcího stolu (nutné doostřovat) Provedení měření Vyhodnocení měření Protokol z měření 10/20

vzdálenost: 10x objektiv cca 10 mm, 20x cca 5 mm, hrubé ostření na polní clonu) Vyrovnání povrchu do

11 HODNOCENÍ POVRCHU Obecný povrch Obecný povrch lze rozdělit na tyto tři komponenty, které odlišuje vlnová délka. Tvar plochy Vlnitost 1 proložení Obecný povrch Drsnost 2 filtrace Vlnitost + drsnost Vlnitost Drsnost 11/20

12 HODNOCENÍ POVRCHU Obecný postup zpracování 1 Fitování (proložení) odtranění náklonu (nebo tvaru) 2D: přímka, kruh, elipsa, parabola atd. 3D: plocha, válec, koule, elipsouid, paraboloid atd. 2 Filtrování rozdělení povrchu: vlnitost a drsnost možné provést: filtrování ve frekveční oblasti konvoluce Filtrování ve frekveční oblasti Drsnost Vlnitost Tvar vlnová délka Konvoluce 3 Analýza drsnosti (parametrizace) 4 Analýza chyb, přesnosti a nejistot parametry povrchu 12/20

2 Filtrování rozdělení povrchu: vlnitost a drsnost možné provést: filtrování ve frekveční oblasti konvoluce

13 HODNOCENÍ POVRCHU Rozdělení parametrů Param. profilu (2D) R parametry Param. oblasti (3D) S parametry Amplitudové parametry Rp největší výška výstupku profilu Rv největší hloubka prohlubně profilu Rz největší výška profilu Rc prům. výška prvku profilu Ra prům. aritmetická úchylka profilu Rq prům. kvadratická úchylka profilu Rsk šikmost profilu Rku špicatost profilu Plošné a objemové parametry Smr nosný poměr v dané hloubce Rsm průmerná šírka prvku profilu Sds hustota výstupků povrchu Std směr textury povrchu Str poměrný aspekt textury povrchu Sfd fraktální dimense povrchu Sal délka odpovídající nejrychlejšímu poklesu ACF Hybridní param. Ssc arit. průměr zakřivení výstupků povrchu Sdq kvadratický sklon povrchu Sdr poměrná rozvinutá styková plocha Funkční parametry Sbi index únosnosti Sci index udržení kapaliny v jádře Svi index udržení kap. v prohlubních Sr1 Sr2 horní, dolní materiál. Poměr Sa1 Sa2 horní, dolní plocha Sk hloubka jádra drsnosti Spk redukovaná výška výstupku Svk redukovaná hloubka prohlubní 13/20

14 HODNOCENÍ POVRCHU Amplitudové parametry Rp největší výška výstupku profilu Ra průměrná aritmetická úchylka profilu Rq průměrná kvadratická úchylka profilu Rv největší hloubka prohlubně profilu Rsk šikmost profilu Rz největší výška profilu Rku špicatost profilu Rc průměrná výška prvku profilu 14/20

profilu Rv největší hloubka prohlubně profilu Rsk šikmost profilu Rz

15 HODNOCENÍ POVRCHU Plošné a objemové parametry Tyto parametry jsou na rozdíl od amplitudových závislé na vzdáleností vrcholků a prohlubní. Hybridní parametry Hybridní parametry charakterizují spojení kritérií amplitudovýchs prostorovými jako jsou sklony, zakřivení, atd. Autokorelační funkce ACF Autokorelační funkce ACF je funkce, která popisuje korelaci mezi povrchem a stejným povrchem posunutým o rozpětí posunutí. Z jejího průběhu lze usuzovat o periodičnosti, nahodilosti hodnoceného povrchu. Funkční parametry Funkční parametry (také parametry nosného podílu) jsou skupinou parametrů charakterizující funkční aspekty povrchu, především mazání a opotřebení. Parametry představují cenné informace o schopnosti povrchu udržet mazací médium nebo umožní predikci životnosti funkčního povrchu z hlediska opotřebení. Křivka materiálového poměru a hustota pravděpodobnosti Reprezentuje plošný materiálový poměr topografického povrchu jako funkci úrovně. Je kumulativ. suma hustoty pravděpodobnosti amplitudy. 15/20

Autokorelační funkce ACF Autokorelační funkce ACF je funkce, která popisuje korelaci mezi povrchem a stejným povrchem posunutým o rozpětí posunutí.

16 VYHODNOCENÍ Rok MB Parametry Ra = 8,0 nm; Rq = 10,2 nm; Rsk = 1,66; Rku = 3,42; Rok ,2 GB Parametry Ra = 3,5 nm; Rq = 5,1 nm; Rsk = 1,71; Rku = 3,87; Rok GB Parametry Ra = 1,5 nm; Rq = 2,4 nm; Rsk = 2,79; Rku = 1,85; 16/20

3,5 nm; Rq = 5,1 nm; Rsk = 1,71; Rku = 3,87; Rok 2003 80 GB

17 VYHODNOCENÍ 2 Rok MB Autokorelační funkce Rozložení povrchu Rok ,2 GB Autokorelační funkce Rozložení povrchu Rok GB Autokorelační funkce Rozložení povrchu 17/20

18 BEZKONTAKTNÍ 3D MĚŘENÍ POVRCHU HDD ZÁVĚR Moderní interferometrické metody mohou poskytnout rychlé, bezkontaktní a přesné měření topografie povrchů velmi pokročilých zařízení jako jsou HDD diky. Prezentovaná metoda Interferometrie s řízenou změnou fáze (PSI phase shifting interferometry) poskytuje rozlišitelnost na úrovni jednotek až desetin nanometrů. Hodnocení drsnosti povrchu je vícekrokový proces, ve kterém je nutné odstranit pomocí proložení a filtrování tvar a vlnitost povrchu. Existuje řada parametrů, které popisují drsnost z různých hledisek. Vývoj HHD disků prošel v posledních 20 letech velkým vývojem s cílem dosažení vyšší hustoty záznamu. Za tím to účelem bylo nutné v 90. letech 20. století přiblížit čtecí hlavu k povrchu (snížit tloušťku mazací vrstvy), to obnášelo jak bylo v prezentaci ukázáno výrazné zlepšení kvality povrchu ploten HDD disků. 18/20

Hodnocení drsnosti povrchu je vícekrokový proces, ve kterém je nutné odstranit pomocí proložení a filtrování tvar a vlnitost povrchu.

Podobné dokumenty

Struktura povrchů vybraných strojních součástí

Struktura povrchů vybraných strojních součástí Ing. Petr Šperka 2009 STRUKTURA POVRCHŮ VYBRANÝCH STROJNÍCH SOUČÁSTÍ OBSAH Rozdělení Parametry povrchů Příklady povrchů reálných strojních součástí Porovnání