Nikon представляет программное обеспечение для точного измерения толщины слоев для микроскопов

Метрологическое подразделение японского гиганта камер Nikon, производящего оптические приборы, включая промышленные измерительные микроскопы, добавило новый модуль программного обеспечения Layer Thickness (Толщина слоя) в свою платформу визуализации NIS-Elements для оптимизации контроля, анализа и отчетности о глубинах поперечных слоев, а также ширине поверхностных элементов. Опция не только ускоряет контроль качества за счет полуавтоматизации различных функций, но и повышает надежность за счет снижения риска человеческой ошибки при распознавании элементов, интерпретации результатов и численных вычислений. Применения программного обеспечения можно найти во всей промышленности и науке — от производства и материаловедения до медицины и минералогии.

Примеры, типизирующие важность точного измерения толщины, широко распространены в массовом производстве. В автомобильной промышленности недостаток краски на кузове может привести к дорогим гарантийным претензиям, а избыток — к потере миллионов долларов в год. Тот же принцип применяется в пищевой промышленности к относительно дорогому барьеру EVOH, наносимому на пластиковую упаковку для обеспечения непроницаемости для кислорода и продления срока годности скоропортящихся продуктов. Аналогично, ширина проводников на печатных платах должна контролироваться точно, чтобы избежать перерасхода меди.

Другие приложения, где важно измерение толщины слоев, включают анализ декарбуризации в стали и других металлах, анализ термического напыления или химического осаждения, а также проверку адгезии или поверхностного износа.

NIS-Elements от Nikon Metrology — это интегрированная программная платформа визуализации, позволяющая изучать цифровые изображения с вертикального или инвертированного оптического микроскопа — или иногда с растерного электронного микроскопа — для анализа ключевых элементов с высокой степенью точности. Изображения могут быть либо живыми, либо сохранены цифровым способом с использованием камеры высокого разрешения.

Наиболее важным, однако, является качество оптики, используемой для захвата изображения в первую очередь. Это ключевая компетенция Nikon, которая особенно является единственным производителем микроскопов, изготавливающим собственное стекло, а не полагающимся на сторонних поставщиков.

Четыре режима полуавтоматизированной оценки

Ранее в программном обеспечении NIS-Elements измерение слоя на изображении должно было быть полностью ручным процессом, и эта функциональность сохраняется. Оно предполагает, что оператор определяет границы слоя, выбирает равноудалённые точки по образцу, выполняет измерения толщины в этих местах, записывает значения и вычисляет среднюю толщину.

Программное обеспечение Layer Thickness объединяет эти ручные инструменты в удобный модуль для предоставления варианта полуавтоматизированного рабочего процесса. Оно использует методы обработки, основанные на характеристиках изображения, таких как контраст, для автоматизации многих измерительных функций. Оно идеально подходит для анализа изображений, полученных эпископическим (отраженным) светом от непрозрачного образца поперечного сечения, полученного с помощью хирургического скальпеля или, возможно, пилой или проволочной электроэрозией. Оно так же применимо к анализу изображения, полученного диаскопическим (проходным) освещением через чрезвычайно тонкий, полупрозрачный срез материала от микротома.

Программное обеспечение имеет различные режимы для помощи в измерении линейных, круговых и аморфных слоев (или дорожек), в то время как четвертый режим поддерживает тест Кало (Calotest), измеряющий толщину покрытия путем анализа круговых слоев, выставленных абразивным шариком, вращающимся против исследуемой поверхности.

Метод использования

После захвата цифрового изображения в NIS-Elements оно калибруется либо автоматически в случае микроскопов с моторизированным револьвером, либо вручную. Если изображение живое, оно калибруется нажатием на соответствующий объектив микроскопа в выпадающем списке. Выбор «Measure Layers» (Измерить слои) в верхней строке меню раскрывает четыре операционных режима.

Если выбран режим «Linear» (Линейный), доступен инструмент выпрямления для выравнивания слоя по горизонтали. Генерируется пять равноудалённых вертикальных векторов, в которых измерения будут выполняться автоматически, хотя количество интервалов может быть изменено оператором, или измерение может быть непрерывным. В области «Binary Editor» (Бинарный редактор) инструмент «Autodetect» (Автоопределение) позволяет оператору выбрать слой и определить его границы. Команду порога можно применить для помощи в различии слоя по интенсивности пикселей или цвету.

Оператор может выбрать игнорирование включений в образце и измерять слой сверху вниз, что является лучшим выбором для большинства приложений. Другие варианты позволяют измерить расстояние от любой границы до первой дыры или зазора, или максимальное расстояние между дырами или зазорами. Анализ проводится от левой к правой стороне изображения и сверху вниз.

Перед измерением часто необходимо применить пределы, чтобы программное обеспечение смотрело только между двумя вертикально нарисованными линиями, что позволяет исключить нерепрезентативные области слоя. Аналогично, такие проблемные области, как значительные выступы выше или ниже границы слоя, могут быть устранены из изображения, а линии сглажены путем выбора различных бинарных инструментов под командой «Draw» (Рисование) и заполнения аномалий.

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

Если цифровое изображение содержит круговый слой, вертикальные векторы не подойдут, так как они измеряли бы слой под косыми углами. Выбор варианта «Circular» (Круговой) позволяет оператору легко нарисовать дугу вокруг элемента, затем консолидировать и окрасить слой. Заранее заданное число радиальных векторов линий с угловыми приращениями, нормальными к слою в каждой точке, автоматически появляются на экране, определяя, где будут проводиться измерения.

В случаях, когда изображение показывает слой аморфной, неправильной формы, доступен вариант «General» (Общий). Выбирается «Define Polyline» (Определить полилинию) для возможности нарисовать контур вокруг слоя, после чего он консолидируется и окрашивается, векторы, нормальные к контуру, применяются автоматически как для кругового слоя, и измерения выполняются аналогично.

Информация об измерениях может быть автоматически экспортирована как отчет о толщине слоя в виде PDF, показывающего окрашенные слои и все данные. Альтернативно отчет можно экспортировать в Excel. Может быть заполнен либо стандартный шаблон по умолчанию, либо пользовательский шаблон, определенный клиентом.

Заключение

С модулем программного обеспечения Layer Thickness от Nikon исчерпывающая информация об образце получается быстрее, чем если оператор делает все измерения вручную. В зависимости от приложения, улучшенный рабочий процесс может привести к увеличению продуктивности контроля в 5 раз для данного объема собранных и проанализированных данных. Измерения можно легко и быстро усреднять по группе изображений, связанных с одним образцом, или партии образцов. Более того, процесс более точен и воспроизводим, независимо от того, сколько разных операторов используют оборудование, и снижение человеческой интерпретации уменьшает риск ошибок, которые могут поставить под угрозу контроль качества.

Эту статью написала Меган Э. Мейнерт, помощник маркетингового менеджера, Америки, Nikon Metrology, Inc. (Brighton, MI). Для получения дополнительной информации свяжитесь с г-жей Мейнерт по адресу This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., или посетите сайт .