Nikon lance un logiciel de mesure d'épaisseur de couches précis pour microscopes

Un nouveau module pour la plateforme NIS-Elements

La division métrologie du géant japonais de l'optique Nikon, qui fabrique des instruments optiques dont des microscopes de mesure industriels, a ajouté un nouveau module logiciel « Épaisseur de couches » à sa plateforme d'imagerie NIS-Elements pour rationaliser l'inspection, l'analyse et le reporting des profondeurs de couches en coupe transversale ainsi que des largeurs de caractéristiques de surface. Cette option accélère non seulement le contrôle qualité en semi-automatisant diverses fonctions, elle améliore aussi la fiabilité en réduisant le risque d'erreur humaine dans la reconnaissance des caractéristiques, l'interprétation des résultats et le calcul numérique. Les applications se trouvent dans l'industrie et la science, de la fabrication et la recherche matériaux à la médecine et la minéralogie.

L'importance critique de la mesure d'épaisseur

Des exemples illustrant l'importance d'une mesure d'épaisseur précise abondent dans la production de masse. Dans l'industrie automobile, une couche de peinture trop fine sur une carrosserie peut entraîner de coûteuses réclamations au titre de la garantie, tandis qu'une couche trop épaisse 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 plastiques pour assurer l'imperméabilité à l'oxygène et prolonger la durée de conservation des produits périssables. De même, la largeur des pistes conductrices sur les circuits imprimés doit être contrôlée avec précision pour éviter la surconsommation de cuivre.

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

La plateforme NIS-Elements

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

Mais le plus important reste la qualité de l'optique utilisée pour capturer l'image initialement. C'est une compétence clé de Nikon, qui est notamment le seul fabricant de microscopes à fabriquer son propre verre au lieu 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. Elle implique que l'opérateur définisse les limites de la couche, sélectionne des points équidistants sur l'échantillon, effectue des mesures d'épaisseur à ces emplacements, enregistre les valeurs, et calcule l'épaisseur moyenne.

Le logiciel Layer Thickness consolide ces outils manuels en un module pratique offrant l'option d'un flux de travail semi-automatisé. Il utilise des techniques de traitement basées sur les caractéristiques d'image telles que le contraste pour automatiser de nombreuses fonctions de mesure. Il est idéal pour analyser des images produites par lumière épisopique (réfléchie) sur un échantillon non transparent mis en coupe transversale à l'aide d'un scalpel chirurgical, ou peut-être par une scie ou une électro-érosion filaire. Il s'applique tout aussi bien à l'analyse d'une image produite par illumination diascopique (transmise) à travers une tranche extrêmement fine et translucide de matériau provenant d'un microtome.

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

Méthode d'utilisation

Après la capture d'une image numérique dans NIS-Elements, elle est étalonnée soit automatiquement pour les microscopes à tourelle motorisée, soit manuellement. Si l'image est en direct, elle est étalonnée 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 opérationnels.

Si l'option « Linéaire » est sélectionnée, un outil de redressement est disponible pour aligner la couche horizontalement. Cinq vecteurs verticaux équidistants sont générés où les mesures seront effectuées automatiquement, bien que le nombre d'intervalles puisse être modifié par l'opérateur, ou la mesure peut être continue. Dans la zone « Éditeur binaire » de l'application, un outil « Autodétecter » permet à l'opérateur de sélectionner une couche et d'en définir les limites. Une commande de seuillage peut être appliquée pour aider à distinguer une couche par intensité de pixel ou couleur.

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 ou l'autre limite et le premier trou ou espace, ou la distance maximale entre trous ou espaces. L'analyse se poursuit du côté gauche vers le droit de l'image et de haut en bas.

Avant la mesure, il est souvent nécessaire d'appliquer des limites pour que le logiciel ne regarde qu'entre deux lignes tracées verticalement, permettant d'exclure des zones non représentatives de la couche. De même, des zones préoccupantes comme des projections significatives au-dessus ou au-dessous de la limite de couche peuvent être éliminées de l'image, et les lignes par conséquent lissées, en sélectionnant divers outils binaires sous la commande « Dessiner » et en comblant les anomalies.

Les résultats en millimètres ou microns donnant la longueur totale de 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 les couches successives, chacune étant nommée par l'opérateur et automatiquement attribuée une couleur (vert, bleu, etc.) sur l'image et dans le champ des mesures de couches. L'utilisateur peut réassigner toutes les couleurs par défaut des couches comme souhaité.

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

Dans les cas où l'image montre une couche de forme amorphe, irrégulière, l'option « Général » est disponible. « Définir la polyligne » est sélectionné pour permettre de tracer un chemin autour de la couche, après quoi elle est consolidée et colorisée, des vecteurs normaux au chemin sont appliqués automatiquement comme pour une couche circulaire, et les mesures sont effectuées de manière similaire.

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

Conclusion

Avec le module logiciel Layer Thickness de Nikon, des informations complètes sur un échantillon sont obtenues plus rapidement que si un opérateur effectue toutes les mesures manuellement. Selon l'application, le flux de travail amélioré pourrait entraîner une augmentation de la productivité d'inspection 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 un lot d'échantillons. De plus, le processus est plus précis et reproductible, indépendamment du nombre d'opérateurs différents utilisant l'équipement, et la réduction de l'interprétation humaine réduit le risque d'erreurs pouvant compromettre le contrôle qualité.

Cet article a été rédigé par Meghan E. Meinert, Assistante Marketing Manager, Amériques, Nikon Metrology, Inc. (Brighton, MI). Pour plus d'informations, contacter Mme Meinert à l'adresse email protégée, ou visitez le site indiqué.