Medindo a espessura da camada usando um microscópio

O braço de metrologia da gigante japonesa de câmeras Nikon, que fabrica instrumentos ópticos, incluindo microscópios de medição industriais, adicionou um novo módulo de software Layer Thickness à sua plataforma de imagem NIS-Elements para agilizar a inspeção, análise e relatório de profundidades de camadas transversais, bem como superfícies larguras de recursos. A opção não apenas acelera o controle de qualidade semiautomatizando várias funções, mas também melhora a confiabilidade ao reduzir o risco de erro humano no reconhecimento de recursos, interpretação de resultados e cálculo numérico. Os aplicativos para o software podem ser encontrados em toda a indústria e ciência, desde manufatura e pesquisa de materiais até medicina e mineralogia.

Exemplos que tipificam a importância de medir a espessura com precisão são predominantes na produção em massa. Na indústria automotiva, pouca tinta na carroceria de um carro pode levar a dispendiosas reclamações de garantia, enquanto o excesso pode desperdiçar milhões de dólares por ano. O mesmo princípio se aplica na indústria alimentícia à relativamente cara barreira EVOH aplicada a embalagens plásticas para fornecer impermeabilidade ao oxigênio para prolongar a vida útil de produtos perecíveis. Da mesma forma, a largura das trilhas condutoras nas placas de circuito impresso deve ser controlada com precisão para evitar o uso excessivo de cobre.

Outras aplicações em que a medição da espessura da camada é importante incluem análise de descarbonetação em aço e outros metais, análise de spray térmico ou deposição química e verificação de adesão ou desgaste da superfície.

O NIS-Elements da Nikon Metrology é uma plataforma de imagem de software integrada que permite que imagens digitais de um microscópio óptico vertical ou invertido – ou ocasionalmente de um microscópio eletrônico de varredura – sejam examinadas para que características cruciais possam ser analisadas com um alto grau de precisão. As imagens podem ser ao vivo ou salvas digitalmente usando uma câmera de alta resolução.

O mais importante de tudo, no entanto, é a qualidade da ótica usada para capturar a imagem em primeiro lugar. É uma competência central da Nikon, que é o único fabricante de microscópios que fabrica seu próprio vidro em vez de depender de fornecedores terceirizados.

Quatro Modos de Avaliação Semiautomática

Anteriormente, no software NIS-Elements, a medição de uma camada em uma imagem tinha que ser um processo totalmente manual e essa funcionalidade permanece. Envolve o operador definindo os limites da camada, selecionando pontos uniformemente espaçados na amostra, fazendo medições de espessura nesses locais, registrando os valores e calculando a espessura média.

O software Layer Thickness consolida essas ferramentas manuais em um módulo conveniente para fornecer a opção de fluxo de trabalho semiautomatizado. Ele utiliza técnicas de processamento baseadas em características de imagem, como contraste, para automatizar muitas funções de medição. É ideal para analisar imagens produzidas por luz episcópica (refletida) de uma amostra não transparente seccionada usando um bisturi cirúrgico ou talvez por uma serra ou fio EDM. É igualmente aplicável à análise de uma imagem produzida por iluminação diascópica (transmitida) através de uma fatia extremamente fina e translúcida de material de um micrótomo.

O software possui diferentes modos para auxiliar na medição de camadas (ou trilhas) lineares, circulares e amorfas, enquanto um quarto modo suporta o Calotest, que mede a espessura do revestimento analisando camadas circulares expostas por uma esfera abrasiva girando contra a superfície examinada.

Método de uso

Após a captura de uma imagem digital no NIS-Elements, ela é calibrada automaticamente no caso de microscópios com revólver motorizado ou manualmente. Se a imagem estiver ao vivo, ela é calibrada clicando na objetiva do microscópio relevante em uma lista suspensa. Selecionar 'Measure Layers' na barra de menu superior revela os quatro modos operacionais.

Se a opção 'Linear' estiver selecionada, uma ferramenta de endireitar estará disponível para alinhar a camada horizontalmente. Cinco vetores verticais equidistantes são gerados onde as medições serão feitas automaticamente, embora o número de intervalos possa ser alterado pelo operador ou a medição possa ser contínua. Na área 'Binary Editor' do aplicativo, uma ferramenta 'Autodetect' permite que o operador selecione uma camada e defina seus limites. Um comando de limite pode ser aplicado para ajudar a distinguir uma camada por intensidade de pixel ou cor.

O operador pode optar por ignorar a presença de inclusões na amostra e medir a camada de cima para baixo, que é a melhor escolha para a maioria das aplicações. Outras opções permitem a medição da distância entre o limite e o primeiro furo ou intervalo, ou a distância máxima entre furos ou intervalos. A análise prossegue do lado esquerdo para o lado direito da imagem e de cima para baixo.

Antes da medição, muitas vezes é necessário aplicar limites para que o software olhe apenas entre duas linhas desenhadas verticalmente, o que permite excluir áreas não representativas da camada. Da mesma forma, áreas de preocupação como projeções significativas acima ou abaixo do limite da camada podem ser eliminadas da imagem e as linhas consequentemente suavizadas, selecionando várias ferramentas binárias sob o comando 'Desenhar' e preenchendo as anomalias.

Os resultados em milímetros ou mícrons que fornecem o comprimento total da camada medido sobre a ROI escolhida (região de interesse), espessuras mínima, máxima e média e desvio padrão são todos calculados automaticamente e os valores aparecem abaixo da imagem. A multiplicação do comprimento medido pela largura média fornece um valor de área. O processo é repetido para camadas sucessivas, cada uma das quais é nomeada pelo operador e automaticamente atribuída a cor verde, azul, etc. na imagem e no campo de medidas da camada. O usuário pode reatribuir todas as cores de camada padrão conforme desejado.

Se a imagem digital contiver uma camada circular, os vetores verticais não seriam apropriados, pois estariam medindo a camada em ângulos oblíquos. A seleção da opção 'Circular' permite que o operador desenhe facilmente um arco ao redor da feição, depois consolide e colora a camada. Um número predefinido de linhas vetoriais radiais em incrementos angulares normais à camada em cada ponto aparece automaticamente na tela definindo onde as medições serão realizadas.

Nos casos em que a imagem mostra uma camada de forma amorfa e irregular, a opção 'Geral' está disponível. 'Define Polyline' é selecionado para permitir que um caminho seja desenhado ao redor da camada, após o qual ele é consolidado e colorido, vetores normais ao caminho são aplicados automaticamente como para uma camada circular e as medições são feitas da mesma forma.

As informações sobre as medições podem ser exportadas automaticamente como um relatório de espessura de camada na forma de um PDF mostrando as camadas coloridas e todos os dados. Alternativamente, o relatório pode ser exportado para o Excel. Um modelo padrão padrão ou um modelo personalizado definido pelo cliente pode ser preenchido com resultados.

Conclusão

Com o módulo de software Layer Thickness da Nikon, informações abrangentes sobre uma amostra são obtidas mais rapidamente do que se um operador estivesse fazendo todas as medições manualmente. De acordo com o aplicativo, o fluxo de trabalho aprimorado pode resultar em um aumento de produtividade de inspeção de até cinco vezes para uma determinada quantidade de dados coletados e analisados. As medições podem ser calculadas com facilidade e rapidez em um grupo de imagens associadas à mesma amostra ou a um lote de amostras. Além disso, o processo é mais preciso e repetível, independentemente de quantos operadores diferentes usam o equipamento, e a redução na interpretação humana reduz o risco de erros que podem comprometer o controle de qualidade.

Este artigo foi escrito por Meghan E. Meinert, Gerente Assistente de Marketing, Américas, Nikon Metrology, Inc. (Brighton, MI). Para mais informações, entre em contato com a Sra. Meinert em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa habilitar o JavaScript para visualizá-lo. ou visite aqui .