Tương lai của kiểm soát chất lượng công nghiệp bằng kính hiển vi olympus Evident

Tóm tắt: Nhiệm vụ đánh giá chất lượng công nghiệp

Chức năng thường liên quan đến hình thức, và điều này giữ chân lý đặc biệt trong thế giới sản xuất. Trải qua các quy trình đánh giá chất lượng nghiêm ngặt đảm bảo rằng các thành phần được sản xuất theo thông số kỹ thuật chính xác của chúng, trước khi được lắp ráp thành toàn bộ chức năng đầy đủ. Những đánh giá này có thể bao gồm nhiều nhiệm vụ như thông số kỹ thuật sản phẩm hình học (GPS), phân tích vết nứt và kiểm tra độ nhám bề mặt và tạo thành cốt lõi của kiểm soát chất lượng trong nhiều quy trình sản xuất. Như vậy, các nhiệm vụ giống hệt nhau có thể được thực hiện trên các lĩnh vực công nghiệp đa dạng như kỹ thuật y tế, điện tử và ngành công nghiệp ô tô.

Các kỹ thuật thường được sử dụng để hoàn thành các nhiệm vụ trong đánh giá chất lượng bao gồm đo biên dạng tiếp xúc và kính hiển vi ánh sáng truyền thống, và những kỹ thuật này đòi hỏi mức độ chính xác cao trong cả kiểm tra và đo lường. Mặc dù những cách tiếp cận thành công này phụ thuộc rất nhiều vào đánh giá chất lượng công nghiệp, cách tiếp cận mới của kính hiển vi quang kỹ thuật số đang trở thành một giải pháp ngày càng phổ biến, đưa kiểm soát chất lượng công nghiệp vào kỷ nguyên kỹ thuật số.

Trang trắng này khám phá những hạn chế của các phương pháp tiếp cận hiện có để đánh giá chất lượng trong ngành và nêu chi tiết cách công nghệ quang kỹ thuật số có thể được sử dụng như một giải pháp thay thế hiệu quả hơn. Để phác thảo cách bất kỳ loại sản phẩm nào bao gồm các bộ phận chuyển động phụ thuộc vào một bộ thông số kỹ thuật đa dạng, chúng tôi sử dụng ví dụ lý thuyết về hộp nhạc thu nhỏ khiêm tốn. Điều này tập hợp nhiều nhiệm vụ khác nhau thường được sử dụng để đánh giá chất lượng trong ngành và chúng tôi sử dụng nó để minh họa nơi lợi ích cụ thể được cung cấp bởi các công nghệ quang kỹ thuật số mới. Thiết bị y tế trợ thính cung cấp một ví dụ thứ hai về điều này, trong bối cảnh ứng dụng kỹ thuật thực tế. Hai ví dụ này cho thấy, khi được bổ sung bởi các phương pháp truyền thống, công nghệ quang kỹ thuật số có thể cải thiện sự thành công của các nhiệm vụ đánh giá chất lượng trong hầu hết mọi môi trường sản xuất.

Phương pháp đánh giá chất lượng thông thường

Một số phương pháp được xem là “tiêu chuẩn vàng”, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để thực hiện các nhiệm vụ đánh giá chất lượng. Đối với các nhiệm vụ đo lường chiều, GPS chính xác có thể được điều tra bằng các công cụ đo thư pháp hoặc thay vào đó bằng máy đo tọa độ (CMM), dựa vào đầu dò cơ học hoặc quang học để đo theo ba chiều và hiển thị thông tin này dưới dạng toán học.

Đối với đo lường bề mặt, cách tiếp cận phổ biến nhất trong kiểm soát chất lượng công nghiệp là đo hồ sơ tiếp xúc bằng cách sử dụng máy đo độ nhám bề mặt dựa trên bút stylus. Tuy nhiên, cách tiếp cận này phải chịu một số hạn chế, chẳng hạn như thiệt hại vật lý đối với mẫu và những điều này sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong bối cảnh các ví dụ cụ thể của chúng tôi. Một công nghệ thay thế là giao thoa kế, thay vào đó sử dụng sóng để đo các bất thường bề mặt. Phương pháp này hoàn toàn có thể truy nguyên nhưng phức tạp, và đòi hỏi nhiều đào tạo và chuyên môn về quang học và pha ánh sáng. Nó cũng rất thích hợp, giới hạn trong đo lường bề mặt của một số loại mẫu nhất định như bề mặt được nhân đôi. Các ứng dụng chuyên ngành khác sử dụng các kỹ thuật kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) và kính hiển vi điện tử quét (SEM), để đo lường ở quy mô nanomet. AFM là một loại kính hiển vi đầu dò quét bề mặt mẫu bằng đầu dò vật lý, trong khi SEM quét mẫu bằng chùm electron tập trung. Tuy nhiên, các phương pháp này có tính thực tiễn hạn chế trong nhiều ứng dụng công nghiệp, tốn kém và tốn thời gian. Chỉ những ứng dụng chuyên môn nhất mới yêu cầu độ phân giải quy mô nguyên tử và phần lớn các nhiệm vụ trong kiểm soát chất lượng công nghiệp được hưởng lợi từ các phương pháp linh hoạt hơn.

Kính hiển vi quang học  là một trong những phương pháp linh hoạt như vậy, được sử dụng để phân tích nhanh trong nhiều nhiệm vụ. Đây là trụ cột từ đầu những năm 1900, tạo điều kiện cho làn sóng kỹ thuật chính xác đầu tiên và là một công nghệ thực sự tiến bộ bắt nguồn từ cuộc cách mạng công nghiệp. Thành công của nó được phản ánh trong sự bền bỉ của nó như một kỹ thuật cốt lõi và các công nghệ quang kỹ thuật số hiện đang xây dựng dựa trên thành công này.

Đánh đúng nốt – hộp nhạc thu nhỏ

Hình 1: Hộp nhạc thu nhỏ, trong đó chức năng phụ thuộc vào hình thức, có nguồn gốc từ một số khía cạnh khác nhau của quá trình sản xuất.

Như với bất kỳ sản phẩm nào được tạo thành từ các bộ phận chuyển động, hiệu suất của đồ trang sức hộp nhạc thu nhỏ này, được thể hiện trong Hình 1, phụ thuộc vào nhiều thông số kỹ thuật sản xuất khác nhau. Ví dụ này nêu chi tiết cách kính hiển vi quang kỹ thuật số có thể được sử dụng theo nhiều cách để đánh giá các thông số kỹ thuật này. GPS mô tả hình thức cần thiết của thành phần. Trong ví dụ này, vị trí và đường kính của các lỗ khoan xác định việc lắp ráp các thành phần riêng lẻ, trong khi chiều cao và vị trí của các chân xác định biên độ và trình tự của giai điệu. Theo truyền thống, GPS sẽ được đo bằng CMM. Tuy nhiên, kính hiển vi quang kỹ thuật số trình bày một cách tiếp cận nhanh hơn với lợi ích bổ sung là cung cấp tài liệu đầy đủ và khả năng đo lường, với cả phép đo calliper 2D và 3D.

Kính hiển vi quang kỹ thuật số – một giải pháp dễ tiếp cận để kiểm tra và đo lường công nghiệp tiên tiến

Công nghệ kỹ thuật số đang trở thành chuẩn mực trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống của chúng ta. Theo xu hướng này, loại kính hiển vi mới tận dụng tốt nhất cả hai thế giới từ công nghệ quang học và kỹ thuật số, để quản lý hiệu quả quy trình kiểm soát chất lượng công nghiệp.

Kính hiển vi quang kỹ thuật số dựa trên các kỹ thuật kính hiển vi hiện đại, được điều khiển và hiển thị thông qua giao diện hình ảnh kỹ thuật số để đạt được sự đơn giản trực quan cho bất kỳ người vận hành nào, bất kể kinh nghiệm. Việc kiểm tra và đo lường chính xác không còn phụ thuộc vào kiến thức kính hiển vi chuyên sâu, do một số tính năng sáng tạo trong cả hệ thống và thiết kế phần mềm của kính hiển vi quang kỹ thuật số.

Phân tích nhanh cho phép ra quyết định nhanh hơn nhiều so với các kỹ thuật truyền thống và các hệ thống quang kỹ thuật số cung cấp một nền tảng điều tra, đo lường và báo cáo hoàn chỉnh. Nếu tình huống đặc biệt phức tạp, người dùng cũng có thể bổ sung phương pháp này bằng cách phân tích thêm, ví dụ bằng AFM hoặc SEM, nếu cần.

Khái niệm quang kỹ thuật số đang được tiên phong bởi Olympus, và hiện bao gồm hai loại hệ thống kính hiển vi. Để kiểm tra và đo lường độ phân giải cao, dòng Olympus DSX cung cấp các giải pháp đo lường và kiểm tra quang kỹ thuật số cho một loạt các loại mẫu. Để thay thế cho phép đo hồ sơ tiếp xúc, Olympus LEXT là kính hiển vi quét laser đồng tiêu (CLSM) được tối ưu hóa cho hình ảnh bề mặt, đo biên dạng quang học và đo độ nhám bề mặt.

Với cả chụp và hiển thị kỹ thuật số, thị kính đã trở thành quá khứ. Làm việc với kính hiển vi trong thời gian dài luôn không thoải mái và kính hiển vi quang kỹ thuật số thay vào đó chỉ hiển thị hình ảnh trên màn hình để hoạt động thoải mái. Xem trên màn hình cũng phù hợp hơn nhiều cho nhiều người dùng, để thảo luận hoặc đào tạo.

Đối với các nhà khai thác có thể thiếu kinh nghiệm để biết chính xác khi nào họ nên sử dụng một kỹ thuật hoặc cài đặt nhất định, Olympus đã kết hợp chức năng “hình ảnh tốt nhất” độc đáo vào dòng DSX, cung cấp màn hình hiển thị trên màn hình nhiều cài đặt chụp, cho phép người dùng chọn kỹ thuật hình ảnh sâu sắc nhất, như thể hiện trong Hình 2. Điều này cũng trình bày một nguồn lực lý tưởng cho đào tạo người vận hành. Vì các mẫu được hiển thị được chụp bằng cách sử dụng một loạt các kỹ thuật quang học, một người vận hành mới có thể tìm hiểu bằng ví dụ khi sử dụng một phương pháp quan sát cụ thể. Ngoài các phương pháp quan sát tiêu chuẩn này, chức năng đánh dấu chỉ ra các đặc điểm cụ thể cần quan tâm đến một màu đã chọn, trong khi mẫu còn lại được hiển thị bằng màu đen và trắng. Trong ví dụ về đĩa mài kim cương được hiển thị trong Hình 2, áp dụng chức năng đánh dấu với quan sát DIC giúp hình dung sự phân bố của bề mặt kim cương ở một góc cụ thể trên đĩa.

Chức năng báo cáo cũng được quản lý hiệu quả trên nền tảng quang số. Tài liệu bao gồm các cài đặt quan sát được trình bày cùng với kết quả, vì vậy thông tin phân tích và đo lường có thể nhanh chóng được đưa trở lại R &D hoặc sản xuất hoặc chia sẻ cho mục đích đào tạo.

Vậy những lợi ích mà công nghệ quang kỹ thuật số mang lại sẽ chuyển đổi tương lai của đánh giá chất lượng công nghiệp như thế nào? Các phần sau đây tập hợp một loạt các nhiệm vụ phản ánh các nhiệm vụ đánh giá chất lượng tiêu chuẩn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, nêu bật cách kính hiển vi quang kỹ thuật số có thể cải thiện cả hiệu suất và hiệu quả.

BF	DF
TRỘN (BF + DF)
DIC	DIC VỚI ĐIỂM NHẤN

Hình 2: Chức năng hình ảnh tốt nhất cho phép thu thập nhanh chóng kỹ thuật hình ảnh tốt nhất cần thiết để kiểm tra và / hoặc đo lường. Với kính hiển vi quang kỹ thuật số Olympus DSX, đĩa mài kim cương này được xem bằng cách sử dụng: trường sáng (BF), trường tối (DF), MIX (kết hợp trường sáng và trường tối), độ tương phản nhiễu vi sai (DIC) và ánh sáng phân cực. Chức năng đánh dấu trực quan hóa sự phân bố của các hạt kim cương cụ thể.

1. Kiểm tra chi tiết

Dựa trên những lợi ích của chức năng kỹ thuật số, các mẫu lớn hơn như bánh răng trong hộp nhạc có thể được kiểm tra bằng kính hiển vi quang kỹ thuật số, thay vì kính hiển vi âm thanh nổi truyền thống. Trường nhìn được mở rộng rất nhiều với chức năng ghép để tự động lắp ráp hàng trăm vùng chụp riêng lẻ thành một hình ảnh duy nhất, sau đó có thể được quan sát trên màn hình. Hình 3 cho thấy một ví dụ về điều này bằng cách sử dụng kính hiển vi quang kỹ thuật số DSX. Ngoài ra, ảnh 2D hoàn toàn đúng nét nhờ chức năng ảnh tiêu cự mở rộng (EFI), chức năng này sử dụng điều chỉnh lấy nét tinh tế để kết hợp nhiều ảnh đúng nét từ dọc theo trục Z. Chức năng bố cục hình ảnh 3D cũng có thể được kết hợp với chế độ xem ghép toàn cảnh để xây dựng hình ảnh 3D trường rộng có thể xoay, mở rộng và thu nhỏ trên chế độ xem màn hình kỹ thuật số.

Một

B

Hình 3: Chức năng ghép ảnh toàn cảnh với kính hiển vi quang kỹ thuật số Olympus DSX cho phép chụp độ phân giải cao của các mẫu lớn hơn. Điều này là có thể cho cả hình ảnh trực quan hóa 2D (A) với hình ảnh hoàn toàn đúng nét bằng chức năng EFI. Điều này cũng có thể được xem trong 3D để kiểm tra ở mọi góc độ (B).

2. Độ nhám bề mặt

Đo lường bề mặt rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, vì các bất thường bề mặt có khả năng hình thành các vị trí tạo mầm cho các vết nứt hoặc ăn mòn. Độ nhám bề mặt cũng cung cấp cái nhìn sâu sắc về lực ma sát giữa hai bề mặt, giúp thúc đẩy độ bám dính. Thuộc tính thứ hai này có tầm quan trọng đặc biệt trong ví dụ về hộp nhạc, vì nó ảnh hưởng đến cơ chế tiếp xúc như bánh răng, và lần lượt xác định tốc độ và nhịp điệu của giai điệu hộp nhạc. Tiếp xúc profilometry được sử dụng phổ biến nhất để xác định độ nhám bề mặt. Tuy nhiên, đo độ nhám bề mặt là một chức năng trong đó CLSM thực sự đi vào riêng của nó như một profilometer quang học. Thứ nhất, CLSM chỉ phát hiện phản xạ đúng nét từ một mặt phẳng tiêu cự được chỉ định duy nhất và điều này có thể được sử dụng để tạo ra thông tin chiều cao. Sử dụng CLSM như một profilometer quang học, nó là laser quét bề mặt, trái ngược với bút stylus trong profilometry tiếp xúc truyền thống, và điều này mang lại một số lợi ích lớn. Đầu kim cương của bút stylus kéo trên bề mặt có thể làm trầy xước và làm hỏng các vật liệu mềm hơn. Hơn nữa, với các mẫu dính, bút stylus có thể bị hỏng khi kéo lỏng, khiến nó không thể đạt được kết quả chính xác. Đồng hồ đo độ nhám bề mặt tiếp xúc cũng không thể đo đường viền nhỏ hơn đường kính đầu bút stylus (bán kính 2 μm), trong khi laser của LEXT có thể đo xuống bán kính chỉ 0,2 μm. Phân tích chỉ mất vài giây, nhanh hơn nhiều so với các hệ thống dựa trên bút stylus.

Hồ sơ quang học đang trở nên được sử dụng rộng rãi hơn bao giờ hết trong ngành công nghiệp, đặc biệt là bây giờ Olympus LEXT phù hợp với tiêu chuẩn GPS đầu tiên cho đo lường bề mặt 3D, ISO25178. Tiêu chuẩn mới này xác định các thông số kết cấu bề mặt 3D và cũng mô tả các thông số kỹ thuật liên quan như công nghệ đo, phương pháp hiệu chuẩn và phần mềm.

3. Kiểm tra khuyết tật

Việc kiểm tra đầu dò được tạo điều kiện thuận lợi bởi chức năng nghiêng góc tự do độc đáo của DSX, cho phép dễ dàng kiểm tra mẫu các khía cạnh khác nhau ở các góc độ khác nhau mà không cần chạm vào mẫu. Hiệu suất của máy trợ thính, ví dụ: bản lề trên bảng mạch in thu nhỏ (PCB), các khuyết tật trong đó sẽ cản trở chức năng. Hình 4 cho thấy chức năng nghiêng này hỗ trợ kiểm tra PCB như thế nào, chẳng hạn như trong máy trợ thính. Các phương pháp kiểm tra trước đây, ví dụ như với kính hiển vi âm thanh nổi truyền thống, có thể sẽ bỏ qua các khuyết tật trước đây khó nhìn thấy hoặc thậm chí bị ẩn, nhưng bây giờ có thể dễ dàng quan sát với một quan điểm khác.

TRỰC TIẾP Ở TRÊN
TRÁI 45°	PHẢI 45 °

Hình 4: Mẫu có thể được kiểm tra từ nhiều góc độ với khả năng nghiêng góc tự do của kính hiển vi quang kỹ thuật số Olympus DSX, do đó các khuyết tật không còn bị che giấu.

4. Phân tích thông qua các lớp trong suốt

Kiểm tra PCB cũng có thể bị cản trở bởi sự hiện diện của các lớp trong suốt bao phủ bề mặt. Lớp laminate che khuất bề mặt bên dưới và không thể thu được hình ảnh sắc nét bằng kính hiển vi quang học tiêu chuẩn. Các công nghệ quang kỹ thuật số kết hợp các kỹ thuật kính hiển vi như chiếu sáng ánh sáng phân cực, giảm phản xạ từ lớp laminate trên cùng này và cho phép kiểm tra chính xác PCB, như thể hiện trong Hình 5.

A

B

Hình 5: Bảng mạch in linh hoạt, trong đó lớp laminate phía trên che khuất kiểm tra khi sử dụng chiếu sáng trường sáng (A). Ánh sáng phân cực làm giảm phản xạ từ lớp laminate, đạt được hình ảnh sắc nét của bề mặt bên dưới (B).

Kết luận

Trong những năm gần đây, kỹ thuật kính hiển vi đã tiến bộ nhanh chóng cả về hiệu suất và độ phức tạp. Công nghệ kính hiển vi quang kỹ thuật số được hưởng lợi từ những phát triển này và giúp người vận hành ở mọi cấp độ chuyên môn có thể tiếp cận được, cho phép họ tập trung hoàn toàn vào nhiệm vụ kiểm tra. Do đó, các công nghệ quang kỹ thuật số rất lý tưởng cho việc quản lý quy trình kiểm soát chất lượng công nghiệp hoàn chỉnh, hợp lý hóa các giai đoạn hình ảnh, đo lường và báo cáo của nhiều nhiệm vụ thông qua hoạt động nhanh chóng và trực quan.

Phân tích nhanh hơn cho phép ra quyết định nhanh hơn và quang kỹ thuật số trình bày một phương tiện kiểm soát chất lượng hiệu quả hơn so với các kỹ thuật truyền thống. Trong các tình huống phức tạp hơn, kính hiển vi quang kỹ thuật số cũng trình bày một điểm khởi đầu nhanh chóng và hiệu quả về chi phí, cho biết liệu các phân tích chuyên sâu khác như AFM hoặc SEM có cần thiết hay không, đảm bảo đầu tư thời gian và nguồn lực này là hoàn toàn hợp lý.

Công nghệ quang kỹ thuật số đang thực sự nắm giữ trong kiểm soát chất lượng công nghiệp, đặc biệt là bây giờ đối với các ứng dụng đo biên dạng, LEXT phù hợp với tiêu chuẩn đầu tiên cho đo lường bề mặt 3D, ISO25178. Do đó, có thể hình dung rằng trong vài năm tới, các công nghệ quang kỹ thuật số sẽ trở thành công cụ kiểm soát chất lượng tiêu chuẩn trong nhiều ngành công nghiệp, đưa kiểm soát chất lượng công nghiệp vào kỷ nguyên kỹ thuật số.