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洞见博客

9 pontos a serem verificados antes de confiar nos resultados do seu microscópio a laser

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Aplicações da metrologia para pesquisa e fabricação

Você confia nas medições do seu microscópio confocal a laser? Autoverificação usando o teste de medição por 9 pontos

A microscopia confocal de varredura a laser (MCVL) tornou-se uma ferramenta de inspeção popular tanto em laboratórios de pesquisa quanto em linhas de produção industrial. Com uma fonte de luz laser de 405 nm, a MCVL combina informações de alta resolução horizontal (XY ~200 nm) e vertical (Z ~10 nm) para criar uma imagem tridimensional (3D) em segundos. A escala de medida da MCVL se sobrepõe à microscopia de luz óptica (MLO), à microscopia eletrônica de varredura (MEV) e à microscopia de força atômica (MFA). Além disso, os requisitos de preparação da amostra são mínimos, e os microscópios podem acomodar amostras com uma grande variedade de formas, incluindo formatos grandes. Nenhum consumível é necessário com a MCVL e a manutenção do sistema é mínima. Todos esses benefícios tornam a MCVL uma ferramenta de inspeção eficaz. A tabela abaixo resume a diferença entre essas quatro técnicas.

Comparando as microscopias confocal de varredura a laser, eletrônica de varredura, de força atômica e de luz óptica

MCVL MEV MFA MLO
Preparação da amostra Não Sim Sim Não
Imagem 3D Sim Não Sim Não
Consumíveis Não Não Sim Não
Resolução XY ~100 nm 10 nm 0,1 nm ~300 nm
Resolução Z ~10 nm NA 0,1 nm NA
Vácuo Não Sim Não Não
Velocidade de formação de imagem Rápida Rápida Lenta Rápida

Por ser uma técnica de metrologia de alta resolução, a MCVL possui alta precisão e repetibilidade por todo o campo de visão. Uma das formas de confirmar a precisão e a repetibilidade do seu sistema é obtendo um certificado de calibração regularmente, em geral uma vez por ano. Normalmente, isso exige a presença de um assistente técnico com certificação A2LA para testar o instrumento usando um padrão de calibração rastreável pelo NIST. Contudo, existe uma maneira fácil de verificar a condição do seu sistema em uma base semanal ou mensal com um simples teste de medição por 9 pontos (Figura 1).

Amostra com 9 pontos conhecidos.

Figura 1. Meça uma característica em 9 pontos no seu campo de visão para ajudar a assegurar medições confiáveis. Os pontos azuis mostram a posição de cada medição.

O método é simples. Primeiro, escolha uma característica facilmente reconhecível ou uma amostra conhecida. Meça a característica em 9 localizações diferentes dentro do seu campo de visão, tal como ilustrado na Figura 1. Registre os dados e realize as medições novamente nas mesmas localizações. Se a distorção esférica do sistema estiver bem calibrada por todo o campo de visão, todos os dados deverão manter-se consistentes e apresentar pouca variação.

Este é um exemplo que usa o nosso microscópio confocal de varredura a laser LEXT OLS5000. Nós usamos uma chapa de metal com uma cavidade (Figura 2a), mas recomendamos que você use uma amostra de calibração padrão, se possível. Medimos a profundidade da cavidade na posição mais profunda (Figura 2b). Em seguida, movemos a cavidade para 9 localizações diferentes dentro do campo de visão do microscópio e realizamos a mesma medição em cada localização. A profundidade média foi 6,976 µm, e a diferença entre a profundidade mínima e máxima foi 0,267 µm. O desvio padrão foi de 9,6%, mostrando que o sistema forneceu medições precisas e reproduzíveis.

Cavidade em uma amostra de aço.

(a)

Gráfico exibindo a medição da cavidade.

(b)

Figura 2. (a) A cavidade em uma amostra de aço e (b) um gráfico exibindo a medição entre o ponto mais alto na borda e o ponto mais fundo na cavidade.

Para demonstrar a importância de usar a óptica correta, nós substituímos a objetiva dedicada LEXT 50X para medições, que é fornecida em conjunto com o microscópio OLS5000, por uma objetiva comum que não é da Olympus. A variação da medição subiu de 0,267 µm para 0,911 µm, e o desvio padrão foi de até 34,7%! Uma variação tão significativa nos resultados da medição da mesma característica demonstra que a objetiva comum gerou dados não confiáveis. Esses resultados seriam inaceitáveis para a maioria dos laboratórios de metrologia e demonstram a importância deste teste rápido para ajudar a garantir o desempenho do seu sistema.

Dados de altura com uma objetiva dedicada Olympus LEXT.

(a)

Dados de altura com uma objetiva comum de propósito geral.

(b)

Figura 3. Os dados de altura (a) usando uma objetiva dedicada Olympus LEXT e (b) uma objetiva comum de uso geral que não é da Olympus.

Nas aplicações de metrologia para pesquisa e fabricação, a precisão e a repetibilidade das medições são extremamente importantes. Embora seja prudente ter o seu sistema validado por um profissional uma vez por ano, não é possível fazer isso todas as semanas ou todos os meses. Felizmente, a técnica de medição por 9 pontos que demonstramos é uma maneira rápida e fácil de confirmar se o seu sistema ainda está fornecendo informações consistentes. Pode ser útil implementá-la como parte do seu procedimento padrão de autoverificação do sistema, a fim de prevenir variações significativas de dados. Além disso, este teste demonstra também a importância de escolher objetivas com a melhor qualidade possível para usar com o seu microscópio confocal de varredura a laser.

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Application Scientist, Industrial Microscopy

Dr. Mina Hong is an application scientist at Olympus, specializing in industrial microscopes. She holds a Ph.D. in chemistry and has worked in material science and surface characterization for more than 8 years. With technical knowledge and experience in atomic force microscopy, light microscopes, digital microscopes, laser confocal microscopes, and scanning electron microscopes, Mina actively works with material scientists and engineers in industry and academia.

八月 6, 2019
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