Mesurer l'épaisseur d'une couche à l'aide d'un microscope

La branche métrologie du géant japonais de l'appareil photo Nikon, qui fabrique des instruments optiques, notamment des microscopes de mesure industriels, a ajouté un nouveau module logiciel d'épaisseur de couche à sa plate-forme d'imagerie NIS-Elements pour rationaliser l'inspection, l'analyse et la création de rapports sur les profondeurs de couche transversale ainsi que sur la surface. largeurs des fonctionnalités. L'option accélère non seulement le contrôle qualité en automatisant diverses fonctions, mais améliore également la fiabilité en réduisant le risque d'erreur humaine dans la reconnaissance des caractéristiques, l'interprétation des résultats et le calcul numérique. Les applications du logiciel peuvent être trouvées dans l'industrie et la science, de la fabrication et de la recherche sur les matériaux à la médecine et à la minéralogie.

Les exemples qui illustrent l'importance de mesurer l'épaisseur avec précision sont répandus dans la production de masse. Dans l'industrie automobile, trop peu de peinture sur une carrosserie peut entraîner des réclamations de garantie coûteuses, tandis qu'une trop grande quantité peut gaspiller des millions de dollars par an. Le même principe s'applique dans l'industrie alimentaire à la barrière EVOH relativement coûteuse appliquée aux emballages en plastique pour fournir une imperméabilité à l'oxygène pour prolonger la durée de conservation des produits périssables. De même, la largeur des pistes conductrices sur les cartes de circuits imprimés doit être contrôlée avec précision pour éviter une surutilisation du cuivre.

D'autres applications où la mesure de l'épaisseur de couche est importante incluent l'analyse de décarburation dans l'acier et d'autres métaux, l'analyse par pulvérisation thermique ou dépôt chimique, et la vérification de l'adhérence ou de l'usure de surface.

NIS-Elements de Nikon Metrology est une plate-forme logicielle d'imagerie intégrée qui permet d'examiner les images numériques d'un microscope optique droit ou inversé - ou occasionnellement d'un microscope électronique à balayage - afin que les caractéristiques cruciales puissent être analysées avec un degré élevé de précision. Les images peuvent être en direct ou enregistrées numériquement à l'aide d'une caméra haute résolution.

Le plus important de tous, cependant, est la qualité de l'optique utilisée pour capturer l'image en premier lieu. Il s'agit d'une compétence essentielle de Nikon, qui est notamment le seul fabricant de microscopes à fabriquer son propre verre plutôt que de s'appuyer sur des fournisseurs tiers.

Quatre modes d'évaluation semi-automatisée

Auparavant, dans le logiciel NIS-Elements, la mesure d'une couche dans une image devait être un processus entièrement manuel et cette fonctionnalité demeure. Cela implique que l'opérateur définisse les limites de la couche, sélectionne des points régulièrement espacés sur l'échantillon, prenne des mesures d'épaisseur à ces emplacements, enregistre les valeurs et calcule l'épaisseur moyenne.

Le logiciel Layer Thickness consolide ces outils manuels dans un module pratique pour offrir l'option d'un flux de travail semi-automatisé. Il utilise des techniques de traitement basées sur les caractéristiques de l'image telles que le contraste pour automatiser de nombreuses fonctions de mesure. Il est idéal pour analyser les images produites par la lumière épiscopique (réfléchie) à partir d'un échantillon non transparent coupé à l'aide d'un scalpel chirurgical ou peut-être par une scie ou un fil EDM. Il s'applique également à l'analyse d'une image produite par un éclairage diascopique (transmis) à travers une tranche extrêmement fine et translucide de matériau provenant d'un microtome.

Le logiciel dispose de différents modes pour aider à mesurer les couches (ou pistes) linéaires, circulaires et amorphes, tandis qu'un quatrième mode prend en charge le Calotest, qui mesure l'épaisseur du revêtement en analysant les couches circulaires exposées par une bille abrasive tournant contre la surface examinée.

Méthode d'utilisation

Une fois qu'une image numérique a été capturée dans NIS-Elements, elle est calibrée soit automatiquement dans le cas des microscopes avec porte-objectif motorisé, soit manuellement. Si l'image est en direct, elle est calibrée en cliquant sur l'objectif de microscope pertinent dans une liste déroulante. La sélection de "Mesurer les couches" dans la barre de menu supérieure révèle les quatre modes de fonctionnement.

Si l'option "Linéaire" est sélectionnée, un outil de redressement est disponible pour aligner le calque horizontalement. Cinq vecteurs verticaux équidistants sont générés où les mesures seront prises automatiquement, bien que le nombre d'intervalles puisse être modifié par l'opérateur, ou que la mesure puisse être continue. Dans la zone 'Binary Editor' de l'application, un outil 'Autodetect' permet à l'opérateur de sélectionner une couche et de définir ses limites. Une commande de seuil peut être appliquée pour aider à distinguer un calque par intensité ou couleur de pixel.

L'opérateur peut choisir d'ignorer la présence d'inclusions dans l'échantillon et de mesurer la couche de haut en bas, ce qui est le meilleur choix pour la plupart des applications. D'autres options permettent de mesurer la distance entre l'une des limites et le premier trou ou espace à mesurer, ou la distance maximale entre les trous ou espaces. L'analyse s'effectue de gauche à droite de l'image et de haut en bas.

Avant d'effectuer la mesure, il est souvent nécessaire d'appliquer des limites pour que le logiciel ne regarde qu'entre deux lignes tracées verticalement, ce qui permet d'exclure les zones non représentatives du calque. De même, des zones de préoccupation telles que des projections importantes au-dessus ou au-dessous de la limite de la couche peuvent être éliminées de l'image, et les lignes par conséquent lissées, en sélectionnant divers outils binaires sous la commande "Dessiner" et en remplissant les anomalies.

Les résultats en millimètres ou en microns donnant la longueur totale de la couche mesurée sur la ROI (région d'intérêt) choisie, les épaisseurs minimale, maximale et moyenne et l'écart type sont tous calculés automatiquement et les valeurs apparaissent sous l'image. La multiplication de la longueur mesurée par la largeur moyenne fournit une valeur de surface. Le processus est répété pour des couches successives, dont chacune est nommée par l'opérateur et se voit attribuer automatiquement la couleur verte, bleue, etc. sur l'image et dans le champ de mesures des couches. L'utilisateur peut réaffecter toutes les couleurs de calque par défaut comme il le souhaite.

Si l'image numérique contient une couche circulaire, les vecteurs verticaux ne seraient pas appropriés car ils mesureraient la couche à des angles obliques. La sélection de l'option "Circulaire" permet à l'opérateur de dessiner facilement un arc autour de l'entité, puis de consolider et colorer la couche. Un nombre prédéfini de lignes vectorielles radiales à des incréments angulaires normaux au calque à chaque point apparaît automatiquement sur l'écran définissant où les mesures auront lieu.

Dans les cas où l'image montre une couche de forme amorphe et irrégulière, l'option "Général" est disponible. 'Définir la polyligne' est sélectionné pour permettre de tracer un chemin autour du calque, après quoi il est consolidé et colorisé, les vecteurs normaux au chemin sont appliqués automatiquement comme pour un calque circulaire, et les mesures sont prises de la même manière.

Les informations sur les mesures peuvent être exportées automatiquement sous la forme d'un rapport d'épaisseur de couche sous la forme d'un PDF montrant les couches colorées et toutes les données. Alternativement, le rapport peut être exporté vers Excel. Un modèle par défaut standard ou un modèle personnalisé défini par le client peut être rempli avec des résultats.

Conclusion

Avec le module logiciel d'épaisseur de couche de Nikon, des informations complètes sur un échantillon sont obtenues plus rapidement que si un opérateur effectuait toutes les mesures à la main. Selon l'application, le flux de travail amélioré pourrait entraîner une augmentation de la productivité de l'inspection pouvant aller jusqu'à cinq fois pour une quantité donnée de données collectées et analysées. Les mesures peuvent être moyennées facilement et rapidement sur un groupe d'images associées au même échantillon ou sur un lot d'échantillons. De plus, le processus est plus précis et reproductible, quel que soit le nombre d'opérateurs différents utilisant l'équipement, et la réduction de l'interprétation humaine réduit le risque d'erreurs susceptibles de compromettre le contrôle qualité.

Cet article a été écrit par Meghan E. Meinert, Assistant Marketing Manager, The Americas, Nikon Metrology, Inc. (Brighton, MI). Pour plus d'informations, contactez Mme Meinert à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la voir., ou visitez ici .