Medición del grosor de la capa con un microscopio

El brazo de metrología del gigante japonés de cámaras Nikon, que fabrica instrumentos ópticos, incluidos microscopios de medición industrial, ha agregado un nuevo módulo de software de espesor de capa a su plataforma de imágenes NIS-Elements para agilizar la inspección, el análisis y la generación de informes de las profundidades de las capas transversales y de la superficie. anchos de característica. La opción no solo acelera el control de calidad al semiautomatizar varias funciones, sino que también mejora la confiabilidad al reducir el riesgo de error humano en el reconocimiento de características, la interpretación de resultados y el cálculo numérico. Las aplicaciones para el software se pueden encontrar en la industria y la ciencia, desde la fabricación y la investigación de materiales hasta la medicina y la mineralogía.

Los ejemplos que tipifican la importancia de medir el espesor con precisión prevalecen en la producción en masa. En la industria automotriz, muy poca pintura en la carrocería de un automóvil podría generar costosos reclamos de garantía, mientras que demasiada pintura puede desperdiciar millones de dólares por año. El mismo principio se aplica en la industria alimentaria a la barrera de EVOH relativamente costosa aplicada a los envases de plástico para proporcionar impermeabilidad al oxígeno para extender la vida útil de los productos perecederos. De manera similar, el ancho de las pistas conductoras en las placas de circuito impreso debe controlarse con precisión para evitar el uso excesivo de cobre.

Otras aplicaciones en las que la medición del grosor de la capa es importante incluyen el análisis de descarburación en acero y otros metales, el análisis de deposición química o de pulverización térmica y la comprobación de la adherencia o el desgaste de la superficie.

NIS-Elements de Nikon Metrology es una plataforma de imágenes de software integrado que permite examinar imágenes digitales de un microscopio óptico vertical o invertido, u ocasionalmente de un microscopio electrónico de barrido, para que las características cruciales puedan analizarse con un alto grado de precisión. Las imágenes pueden ser en vivo o guardadas digitalmente usando una cámara de alta resolución.

Sin embargo, lo más importante de todo es la calidad de la óptica utilizada para capturar la imagen en primer lugar. Es una competencia central de Nikon, que en particular es el único fabricante de microscopios que fabrica su propio vidrio en lugar de depender de proveedores externos.

Cuatro modos de evaluación semiautomática

Anteriormente, dentro del software NIS-Elements, la medición de una capa en una imagen tenía que ser un proceso completamente manual y esa funcionalidad permanece. Implica que el operador defina los límites de la capa, seleccione puntos espaciados uniformemente en la muestra, tome medidas de espesor en esos lugares, registre los valores y calcule el espesor medio.

El software Layer Thickness consolida estas herramientas manuales en un módulo conveniente para brindar la opción de un flujo de trabajo semiautomático. Utiliza técnicas de procesamiento basadas en las características de la imagen, como el contraste, para automatizar muchas funciones de medición. Es ideal para analizar imágenes producidas por luz episcópica (reflejada) de un espécimen no transparente cortado transversalmente con un bisturí quirúrgico o quizás con una sierra o electroerosión por hilo. Es igualmente aplicable al análisis de una imagen producida por iluminación diascópica (transmitida) a través de un trozo de material translúcido extremadamente delgado de un micrótomo.

El software tiene diferentes modos para ayudar en la medición de capas (o pistas) lineales, circulares y amorfas, mientras que un cuarto modo es compatible con el Calotest, que mide el espesor del recubrimiento analizando las capas circulares expuestas por una bola abrasiva que gira contra la superficie que se está examinando.

Método de uso

Una vez capturada una imagen digital en NIS-Elements, se calibra automáticamente en el caso de microscopios con revólver motorizado o manualmente. Si la imagen es en vivo, se calibra haciendo clic en el objetivo del microscopio correspondiente en una lista desplegable. Al seleccionar 'Medir capas' en la barra de menú superior, se revelan los cuatro modos operativos.

Si se selecciona la opción 'Lineal', está disponible una herramienta de enderezamiento para alinear la capa horizontalmente. Se generan cinco vectores verticales equiespaciados donde las medidas se tomarán automáticamente, aunque el operador puede cambiar el número de intervalos, o la medida puede ser continua. En el área 'Editor binario' de la aplicación, una herramienta de 'Autodetección' permite al operador seleccionar una capa y definir sus límites. Se puede aplicar un comando de umbral para ayudar a distinguir una capa por color o intensidad de píxeles.

El operador puede optar por ignorar la presencia de inclusiones en la muestra y medir la capa de arriba a abajo, que es la mejor opción para la mayoría de las aplicaciones. Otras opciones permiten medir la distancia entre el límite y el primer orificio o espacio, o la distancia máxima entre orificios o espacios. El análisis procede del lado izquierdo al lado derecho de la imagen y de arriba hacia abajo.

Antes de que se realice la medición, a menudo es necesario aplicar límites para que el software solo mire entre dos líneas dibujadas verticalmente, lo que permite excluir áreas no representativas de la capa. Del mismo modo, las áreas de preocupación como las proyecciones significativas por encima o por debajo del límite de la capa se pueden eliminar de la imagen y, en consecuencia, suavizar las líneas, seleccionando varias herramientas binarias bajo el comando 'Dibujar' y rellenando las anomalías.

Los resultados en milímetros o micras que dan la longitud total de la capa medida sobre el ROI (región de interés) elegido, los espesores mínimo, máximo y medio y la desviación estándar se calculan automáticamente y los valores aparecen debajo de la imagen. Multiplicar la longitud medida por el ancho medio proporciona un valor de área. El proceso se repite para capas sucesivas, cada una de las cuales es nombrada por el operador y automáticamente asigna el color verde, azul, etc. en la imagen y en el campo de medidas de capa. El usuario puede reasignar todos los colores de capa predeterminados según lo desee.

Si la imagen digital contiene una capa circular, los vectores verticales no serían apropiados ya que estarían midiendo la capa en ángulos oblicuos. Al seleccionar la opción 'Circular', el operador puede dibujar fácilmente un arco alrededor de la característica, luego consolidar y colorear la capa. Un número preestablecido de líneas vectoriales radiales en incrementos angulares normales a la capa en cada punto aparece automáticamente en la pantalla que define dónde se realizarán las mediciones.

En los casos en que la imagen muestre una capa de forma amorfa e irregular, la opción 'General' está disponible. Se selecciona 'Definir polilínea' para permitir que se dibuje una ruta alrededor de la capa, después de lo cual se consolida y colorea, los vectores normales a la ruta se aplican automáticamente como para una capa circular y se toman medidas de manera similar.

La información sobre las medidas se puede exportar automáticamente como un informe de espesor de capa en forma de PDF que muestra las capas coloreadas y todos los datos. Alternativamente, el informe se puede exportar a Excel. Se puede completar con los resultados una plantilla predeterminada estándar o una plantilla personalizada definida por el cliente.

Conclusión

Con el módulo de software Layer Thickness de Nikon, la información completa sobre una muestra se obtiene más rápidamente que si un operador hiciera todas las mediciones a mano. Según la aplicación, el flujo de trabajo mejorado podría resultar en un aumento de la productividad de inspección de hasta cinco veces para una cantidad determinada de datos recopilados y analizados. Las mediciones se pueden promediar fácil y rápidamente en un grupo de imágenes asociadas con la misma muestra o un lote de muestras. Además, el proceso es más preciso y repetible, independientemente de cuántos operadores diferentes utilicen el equipo, y la reducción de la interpretación humana reduce el riesgo de errores que podrían comprometer el control de calidad.

Este artículo fue escrito por Meghan E. Meinert, subdirectora de marketing, Las Américas, Nikon Metrology, Inc. (Brighton, MI). Para obtener más información, comuníquese con la Sra. Meinert en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita habilitar JavaScript para verlo., o visite aquí .