Измерение толщины слоя с помощью микроскопа

Подразделение метрологии японского фотогиганта Nikon, производящего оптические приборы, в том числе промышленные измерительные микроскопы, добавило новый программный модуль Layer Thickness к своей платформе обработки изображений NIS-Elements, чтобы упростить проверку, анализ и составление отчетов о глубине поперечного сечения слоя, а также поверхности. ширина элемента. Эта опция не только ускоряет контроль качества за счет частичной автоматизации различных функций, но и повышает надежность за счет снижения риска человеческой ошибки при распознавании признаков, интерпретации результатов и числовых расчетах. Приложения для программного обеспечения можно найти в промышленности и науке, от производства и исследования материалов до медицины и минералогии.

Примеры, свидетельствующие о важности точного измерения толщины, широко распространены в массовом производстве. В автомобильной промышленности слишком мало краски на кузове автомобиля может привести к дорогостоящим претензиям по гарантии, в то время как слишком много краски может привести к потере миллионов долларов в год. Тот же принцип применяется в пищевой промышленности к относительно дорогому барьеру EVOH, наносимому на пластиковую упаковку для придания кислородонепроницаемости для продления срока годности скоропортящихся продуктов. Точно так же необходимо точно контролировать ширину токопроводящих дорожек на печатных платах, чтобы избежать чрезмерного использования меди.

Другие области применения, где важно измерение толщины слоя, включают анализ обезуглероживания стали и других металлов, анализ термического напыления или химического осаждения, а также проверку адгезии или поверхностного износа.

NIS-Elements компании Nikon Metrology — это интегрированная программная платформа обработки изображений, которая позволяет исследовать цифровые изображения, полученные с прямого или инвертированного оптического микроскопа, а иногда и с помощью сканирующего электронного микроскопа, чтобы с высокой степенью точности проанализировать важные характеристики. Изображения можно транслировать в реальном времени или сохранять в цифровом виде с помощью камеры высокого разрешения.

Однако важнее всего качество оптики, используемой для захвата изображения. Это основная компетенция компании Nikon, которая, в частности, является единственным производителем микроскопов, изготавливающим собственное стекло, а не полагающимся на сторонних поставщиков.

Четыре режима полуавтоматической оценки

Ранее в программном обеспечении NIS-Elements измерение слоя на изображении должно было быть полностью ручным процессом, и эта функциональность осталась. В нем оператор определяет границы слоев, выбирает равномерно расположенные точки на образце, измеряет толщину в этих местах, записывает значения и вычисляет среднюю толщину.

Программное обеспечение Layer Thickness объединяет эти ручные инструменты в удобный модуль, предоставляя возможность полуавтоматического рабочего процесса. Он использует методы обработки, основанные на характеристиках изображения, таких как контрастность, для автоматизации многих измерительных функций. Он идеально подходит для анализа изображений, полученных с помощью эпископического (отраженного) света от непрозрачного образца, поперечного среза с помощью хирургического скальпеля или, возможно, пилы или проволочной электроэрозионной обработки. Он в равной степени применим к анализу изображения, полученного с помощью диаскопического (проходящего) освещения через очень тонкий полупрозрачный срез материала из микротома.

Программное обеспечение имеет различные режимы для измерения линейных, круглых и аморфных слоев (или дорожек), а четвертый режим поддерживает Calotest, который измеряет толщину покрытия путем анализа круглых слоев, обнаженных абразивным шариком, вращающимся на исследуемой поверхности.

Способ использования

После захвата цифрового изображения в NIS-Elements оно калибруется либо автоматически в случае микроскопов с моторизованным револьверным наконечником, либо вручную. Если изображение живое, оно калибруется щелчком по соответствующему объективу микроскопа в раскрывающемся списке. При выборе «Измерить слои» в верхней строке меню отображаются четыре режима работы.

Если выбран параметр «Линейный», доступен инструмент «Выпрямление» для выравнивания слоя по горизонтали. Генерируются пять равноудаленных вертикальных векторов, в которых измерения будут выполняться автоматически, хотя количество интервалов может быть изменено оператором, или же измерения могут быть непрерывными. В области приложения «Двоичный редактор» инструмент «Автоопределение» позволяет оператору выбрать слой и определить его границы. Можно применить команду порога, чтобы различать слои по интенсивности пикселей или цвету.

Оператор может игнорировать наличие включений в образце и измерять слой сверху вниз, что является лучшим выбором для большинства применений. Другие параметры позволяют измерить расстояние между любой границей и первым отверстием или зазором или максимальное расстояние между отверстиями или зазорами. Анализ продолжается от левой стороны изображения к правой и сверху вниз.

Прежде чем приступить к измерению, часто необходимо применить ограничения, чтобы программное обеспечение смотрело только между двумя линиями, проведенными вертикально, что позволяет исключить нерепрезентативные области слоя. Точно так же такие проблемные области, как значительные выступы выше или ниже границы слоя, могут быть удалены из изображения, а линии, следовательно, сглажены, путем выбора различных бинарных инструментов в команде «Рисование» и заполнения аномалий.

Результаты в миллиметрах или микронах, дающие общую длину слоя, измеренную в выбранной ROI (области интереса), минимальную, максимальную и среднюю толщину, а также стандартное отклонение, рассчитываются автоматически, и значения отображаются под изображением. Умножение измеренной длины на среднюю ширину дает значение площади. Процесс повторяется для последовательных слоев, каждому из которых оператор присваивает имя и автоматически присваивает зеленый, синий и т. д. цвет на изображении и в поле измерений слоя. Пользователь может переназначить все цвета слоя по умолчанию по желанию.

Если цифровое изображение содержит круговой слой, вертикальные векторы не подходят, поскольку они будут измерять слой под косыми углами. Выбор параметра «Круговой» позволяет оператору легко нарисовать дугу вокруг объекта, а затем объединить и раскрасить слой. Предустановленное количество радиальных векторных линий с угловым шагом по нормали к слою в каждой точке автоматически появляется на экране, определяя, где будут проводиться измерения.

В случаях, когда на изображении виден слой аморфной неправильной формы, доступна опция «Общие». Параметр «Определить полилинию» позволяет начертить контур вокруг слоя, после чего он объединяется и раскрашивается, автоматически применяются векторы, перпендикулярные контуру, как для кругового слоя, и аналогичным образом выполняются измерения.

Информация об измерениях может автоматически экспортироваться в виде отчета о толщине слоя в виде PDF-файла, показывающего цветные слои и все данные. Кроме того, отчет можно экспортировать в Excel. Результаты могут быть заполнены либо стандартным шаблоном по умолчанию, либо пользовательским шаблоном, определенным клиентом.

Заключение

С программным модулем Layer Thickness от Nikon исчерпывающая информация об образце получается быстрее, чем если бы оператор выполнял все измерения вручную. Согласно заявке, улучшенный рабочий процесс может привести к увеличению производительности инспекции в пять раз для заданного объема собранных и проанализированных данных. Измерения можно легко и быстро усреднить по группе изображений, связанных с одним и тем же образцом, или пакетом образцов. Кроме того, процесс становится более точным и воспроизводимым, независимо от того, сколько разных операторов используют оборудование, а сокращение человеческого вмешательства снижает риск ошибок, которые могут поставить под угрозу контроль качества.

Эта статья была написана Меган Э. Мейнерт, помощником менеджера по маркетингу, Америка, Nikon Metrology, Inc. (Брайтон, Мичиган). Для получения дополнительной информации свяжитесь с г-жой Мейнерт по адресу Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра или посетите здесь .