使用显微镜测量层厚

生产包括工业测量显微镜在内的光学仪器的日本相机巨头尼康的计量部门在其 NIS-Elements 成像平台中添加了一个新的层厚软件模块，以简化截面层深度和表面的检测、分析和报告特征宽度。该选项不仅通过半自动化各种功能来加速质量控制，还通过降低特征识别、结果解释和数值计算中的人为错误风险来提高可靠性。该软件的应用遍及工业和科学领域，从制造和材料研究到医学和矿物学。

代表准确测量厚度重要性的示例在大规模生产中很普遍。在汽车行业，车身上的油漆过少可能会导致昂贵的保修索赔，而过多则每年会浪费数百万美元。在食品工业中，同样的原理也适用于塑料包装上相对昂贵的 EVOH 阻隔层，以提供不透氧性，从而延长易腐烂产品的保质期。同样，印刷电路板上的导线宽度也必须精确控制，以避免过度使用铜。

层厚测量很重要的其他应用包括钢和其他金属的脱碳分析、热喷涂或化学沉积分析，以及检查粘附或表面磨损。

Nikon Metrology 的 NIS-Elements 是一个集成的软件成像平台，可以检查来自正置或倒置光学显微镜的数字图像 - 或者偶尔来自扫描电子显微镜 - 以便能够以高精度分析关键特征。图像可以是实时的，也可以使用高分辨率相机以数字方式保存。

然而，最重要的是首先用于捕获图像的光学器件的质量。这是尼康的核心竞争力，尼康是唯一一家自己制造玻璃而不依赖第三方供应商的显微镜制造商。

半自动评估的四种模式

以前在 NIS-Elements 软件中，图像中层的测量必须完全是手动过程，并且该功能仍然存在。它涉及操作员定义层边界、在样品上选择均匀间隔的点、在这些位置进行厚度测量、记录值并计算出平均厚度。

层厚软件将这些手动工具整合到一个方便的模块中，以提供半自动化工作流程的选项。它利用基于图像特征（例如对比度）的处理技术来自动化许多测量功能。它非常适合分析由使用外科手术刀或锯或电火花线切割的非透明样品横截面的反射（反射）光产生的图像。它同样适用于通过切片机的极薄、半透明材料切片分析透射（透射）照明产生的图像。

该软件有不同的模式来帮助测量线性、圆形和无定形层（或轨道），而第四种模式支持 Calotest，它通过分析由研磨球在被检查表面上旋转暴露的圆形层来测量涂层厚度。

使用方法

在 NIS-Elements 中捕获数字图像后，在带有电动物镜转换器的显微镜的情况下，它会自动校准，或者手动校准。如果图像是实时的，则通过单击下拉列表中的相关显微镜物镜对其进行校准。选择顶部菜单栏上的“测量图层”会显示四种操作模式。

如果选择了“线性”选项，则可以使用拉直工具水平对齐图层。生成五个等间距的垂直矢量，其中将自动进行测量，尽管操作员可以更改间隔的数量，或者测量可能是连续的。在应用程序的“二进制编辑器”区域中，“自动检测”工具使操作员能够选择图层并定义其边界。可以应用阈值命令来帮助按像素强度或颜色区分图层。

操作者可以选择忽略样品中夹杂物的存在，从上到下测量层数，这是大多数应用的最佳选择。其他选项允许测量任一边界与第一个孔或间隙之间的距离，或孔或间隙之间的最大距离。分析从图像的左手边到右手边，从上到下。

在进行测量之前，通常需要应用限制，以便软件仅查看垂直绘制的两条线之间，这允许排除图层的非代表性区域。类似地，通过在“绘制”命令下选择各种二进制工具并填充异常，可以从图像中消除层边界上方或下方的显着投影等关注区域，从而平滑线条。

以毫米或微米为单位的结果给出了在所选 ROI（感兴趣区域）上测量的总层长度、最小、最大和平均厚度以及标准偏差，这些结果都是自动计算的，并且值显示在图像下方。将测量的长度乘以平均宽度提供了一个面积值。连续层重复该过程，每个层由操作员命名，并在图像和层测量字段中自动赋予绿色、蓝色等颜色。用户可以根据需要重新分配所有默认图层颜色。

如果数字图像包含圆形图层，则垂直矢量将不合适，因为它们将以倾斜角度测量图层。选择“圆形”选项使操作员可以轻松地围绕特征绘制弧线，然后合并图层并为图层着色。预设数量的径向矢量线以垂直于层的每个点的角度增量自动出现在屏幕上，定义将进行测量的位置。

如果图像显示一层无定形、不规则形状，则可以使用“常规”选项。选择“Define Polyline”可以在图层周围绘制路径，然后对其进行合并和着色，自动应用与路径垂直的矢量，就像圆形图层一样，并进行类似的测量。

测量信息可以自动导出为 PDF 格式的层厚报告，显示彩色层和所有数据。或者，可以将报告导出到 Excel。可以使用结果填充标准默认模板或客户定义的自定义模板。

结论

使用尼康的层厚软件模块，可以比操作员手动进行所有测量更快地获得有关样品的全面信息。根据该应用程序，改进的工作流程可以将收集和分析的一定数量的数据的检测效率提高多达五倍。测量值可以轻松快速地在与同一样本或一批样本相关联的一组图像中进行平均。此外，无论有多少不同的操作员使用该设备，该过程都更加准确和可重复，并且减少人工解释降低了可能影响质量控制的错误风险。

本文由 Nikon Metrology, Inc.（密歇根州布莱顿）美洲助理营销经理 Meghan E. Meinert 撰写。欲了解更多信息，请联系 Ms. Meinert 在此电子邮件地址已受到防止垃圾邮件机器人的保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。或访问这里 .