Evident LogoOlympus Logo
洞见博客

9 точек проверки для безоговорочного доверия вашему лазерному микроскопу

作者  -
Метрологические задачи в рамках исследований и производства

Достоверны ли результаты измерений, выполняемых с помощью вашего лазерного конфокального микроскопа? Самостоятельная проверка методом контроля измерений по 9 точкам

Сканирующая лазерная конфокальная микроскопия (SLCM) стала признанным инструментом контроля как в исследовательских лабораториях, так и на производственных линиях. В рамках SLCM используется лазерный источник света с длиной волны 405 нм и выполняется объединение высокоточных данных, полученных по горизонтальным (XY ~200 нм) и вертикальной (Z ~10 нм) осям, для формирования трехмерного (3D) изображения за считанные секунды. Шкала измерений, используемая в SLCM, перекликается с таковой, используемой в оптической микроскопии (OLM), сканирующей электронной микроскопии (SEM) и атомно-силовой микроскопии (AFM). Кроме того, этот метод микроскопии требует минимальной подготовки образца, а микроскопы могут быть настроены для исследования образцов самых разнообразных форм и размеров, в том числе крупных образцов. Для метода SLCM не нужны расходные материалы, а система требует минимального технического обслуживания.С учетом всех этих преимуществ метод SLCM можно назвать высокоэффективным инструментом контроля.В таблице ниже приведены общие различия между четырьмя методами микроскопии.

Сравнение сканирующей лазерной конфокальной микроскопии, сканирующей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии и оптической микроскопии

SLCM SEM AFM OLM
Подготовка образца Нет Да Да Нет
3D-изображение Да Нет Да Нет
Расходные материалы Нет Нет Да Нет
Разрешение по осям XY ~100 нм 10 нм 0,1 нм ~300 нм
Разрешение по оси Z ~10 нм Н/П 0,1 нм Н/П
Вакуум Нет Да Нет Нет
Скорость визуализации Высокая Высокая Низкая Высокая

Являясь методом измерений с высокой разрешающей способностью, SLCM обеспечивает высокую точность и воспроизводимость результатов во всем поле зрения. Один из способов подтверждения точности и воспроизводимости результатов, предоставляемых вашей системой — регулярно получать сертификат калибровки (как правило, это делается раз в год). Обычно для этого необходимо приглашать сервисного инженера, имеющего сертификат A2LA, который выполнит проверку прибора по калибровочным стандартам NIST. Однако вы можете самостоятельно проверять состояние вашей системы каждую неделю или месяц с помощью простого контроля измерений по 9 точкам (Рис. 1).

Образец с 9 обозначенными точками.

Рис. 1: Измерение параметра в 9 точках заданного поля зрения для подтверждения достоверности измерений Синими точками обозначены положения для выполнения измерений.

Этот метод предельно прост. Для начала необходимо выбрать характерный параметр или образец с известными характеристиками. Измерьте параметр в 9 разных точках поля зрения, показанных на Рис. 1. Запишите полученные данные и повторите измерения в тех же самых точках. Если сферическое искажение в системе должным образом откалибровано на всем поле зрения, данные измерений должны быть единообразными с минимальными различиями.

Давайте рассмотрим пример с использованием сканирующего лазерного конфокального микроскопа LEXT OLS5000. Мы взяли стальную пластину с вмятиной на поверхности (Рис. 2а), но рекомендуем по возможности использовать стандартный калибровочный образец. Мы измерили глубину вмятины в самой ее глубокой точке (Рис. 2b). Затем мы переместили вмятину в 9 разных положений в рамках поля зрения микроскопа и повторно выполнили измерение в каждом из них. Средний показатель глубины составил 6,976 мкм, а разница между минимальным и максимальным значениями — 0,267 мкм. Стандартное отклонение составило 9,6 %, обозначая, что система предоставляет точные и воспроизводимые результаты.

Вмятина на стальном образце.

(a)

График измерений вмятины.

(b)

Рис. 2: (a) Вмятина на стальном образце и (b) график, показывающий измерение расстояния между самой высокой точкой на краю вмятины и ее самой глубокой точкой.

Чтобы продемонстрировать важность использования высококачественной оптики, мы заменили объектив 50X LEXT, предназначенный специально для проведения измерений, который входит в комплектацию микроскопа OLS5000, на стандартный объектив другого бренда (не Olympus). Диапазон расхождения результатов измерений составил от 0,267 мкм до 0,911 мкм, а показатель стандартного отклонения вырос до 34,7 %! Такие значительные расхождения в результатах измерений одного и того же показателя демонстрируют, что стандартный объектив не позволяет получать достоверные данные. Такие результаты неприемлемы для большинства метрологических лабораторий и подтверждают важность проведения описанного выше быстрого теста для проверки рабочих характеристик вашей системы.

Данные о высоте, полученные с помощью специального объектива Olympus LEXT

(a)

Данные о высоте, полученные с помощью стандартного универсального объектива

(b)

Рис. 3: Данные о высоте, полученные с помощью (a) специального объектива Olympus LEXT и (b) стандартного универсального объектива другого бренда (не Olympus)

Для решения метрологических задач в рамках исследований и производства точность и воспроизводимость результатов измерений имеют критическую важность. Вполне разумно проводить профессиональную валидацию вашей системы раз в год, но делать это еженедельно или ежемесячно крайне непрактично. К счастью, описанный здесь метод измерения по 9 точкам является быстрым и простым способом удостовериться в том, что ваша система по прежнему предоставляет надежные данные. Может быть полезно внедрить этот метод в стандартный процесс самостоятельной верификации системы для профилактики значительных расхождений в получаемых данных. Кроме того, этот метод проверки также демонстрирует важность использования с вашим лазерным конфокальным сканирующим микроскопом объективов максимально высокого качества.

См. также

Баллистическая экспертиза: лазерный конфокальный сканирующий микроскоп для идентификации отметок от оружейного затвора

Технический документ: Основные принципы лазерных сканирующих микроскопов

Измерение высоты микроскопических выступов на интегральной схеме

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
Sorry, this page is not available in your country
InSight Blog Sign-up
Sorry, this page is not available in your country
Let us know what you're looking for by filling out the form below.
Sorry, this page is not available in your country