您是否還在耗費(fèi)大量時(shí)間獲取掃描電鏡圖像？您是否還在和海量的數(shù)據(jù)收集和分析做斗爭(zhēng)？您是否還在擔(dān)心人為檢測(cè)的準(zhǔn)確性？自動(dòng)化等級(jí)的初、中、高級(jí)水平，適合您的是哪個(gè)？
為什么選擇掃描電鏡自動(dòng)化？
自?huà)呙桦婄R（SEM）普及以來(lái)，人們一直渴望實(shí)現(xiàn) SEM 自動(dòng)化。研究人員通過(guò)在微觀層面研究樣品需要人工重復(fù)的步驟，可以尋找替代方案來(lái)努力提高這些過(guò)程的效率。隨著 SEM 技術(shù)的不斷成熟，人們對(duì)掃描電鏡（SEM）的要求也越來(lái)越復(fù)雜，比如增加更復(fù)雜的圖像處理算法，提高分析大量數(shù)據(jù)的能力等。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)于 SEM 自動(dòng)化的期待主要有 3 個(gè)：消除人為誤差，節(jié)省時(shí)間和成本，在海量數(shù)據(jù)中快速找到目標(biāo)。
用戶(hù)也許會(huì)手動(dòng)拍攝數(shù)百?gòu)垬悠返膱D片，然后將它們拼接在一起，以獲取單個(gè)樣品的大面積圖像；也許會(huì)手動(dòng)結(jié)合二次電子（SE）和背散射電子（BSE）像，來(lái)觀察形貌和成分分布信息；也可能正在手動(dòng)搜索樣品中的微小污染物。
研究人員通過(guò)分析哪些重復(fù)的步驟耗費(fèi)時(shí)間最久，且存在較大的人為誤差風(fēng)險(xiǎn)，就能確定哪一個(gè)流程可以通過(guò)自動(dòng)化來(lái)替代。根據(jù)具體的工作流程，可以選擇不同的自動(dòng)化程度。
自動(dòng)化水平的不同等級(jí)
一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)在工作流程中操作人員干預(yù)的不同程度，自動(dòng)化水平可以分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)。
1. 自動(dòng)化水平 —— 初級(jí)
初級(jí)的自動(dòng)化水平，仍然需要操作人員的干預(yù)。以石棉檢測(cè)為例，「石棉」一種常用于建筑的天然硅酸鹽礦物，但石棉是危險(xiǎn)材料，必須遵循相應(yīng)的規(guī)范來(lái)評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)。
ISO 14966 規(guī)范中所述石棉分析的工作流程
在這個(gè)過(guò)程中，可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的腳本來(lái)幫助操作人員實(shí)現(xiàn)初級(jí)的石棉自動(dòng)化分析。在手動(dòng)檢查石棉纖維之前，操作人員可以制作腳本來(lái)設(shè)置獲取的圖像數(shù)量，圖像自動(dòng)保存，然后操作人員將可疑的纖維繼續(xù)通過(guò) EDS 能譜進(jìn)行成分分析。當(dāng)所有的樣品分析結(jié)束，對(duì)整體的石棉含量進(jìn)行評(píng)估，并與規(guī)范中定義的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比。如果石棉含量超過(guò)一定值，則有必要進(jìn)行人工干預(yù)篩選過(guò)程。
2. 自動(dòng)化水平 —— 中級(jí)
有些情況下，用戶(hù)希望能通過(guò)掃描電鏡（SEM）多種功能的組合來(lái)達(dá)到中級(jí)自動(dòng)化水平。以材料保護(hù)涂層的質(zhì)量檢測(cè)為例。在汽車(chē)行業(yè)，磷酸鹽轉(zhuǎn)化涂層可以防止鋼部件腐蝕，同時(shí)也可以提高潤(rùn)滑度。該涂層是通過(guò)將該部件浸入含有磷酸和金屬磷酸鹽的溶液中得到的，因此，鋅、錳或磷酸鐵的結(jié)晶層會(huì)沉積在鋼部件上。為確保磷酸鹽轉(zhuǎn)化涂層工藝的有效性，汽車(chē)行業(yè)的供應(yīng)商需要執(zhí)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。掃描電鏡（SEM）對(duì)于評(píng)估磷酸鹽涂層的覆蓋情況非常有幫助：背散射電子（BSD）圖像可以明顯區(qū)分不同的元素。鋼在 BSD 圖像上看起來(lái)很亮，但當(dāng)它被磷酸鹽層覆蓋時(shí)會(huì)變暗。但是，手動(dòng)分析 SEM 圖像會(huì)非常費(fèi)力，并且容易出現(xiàn)人為失誤。
磷酸鹽涂層質(zhì)量檢測(cè)的自動(dòng)化工藝流程
這個(gè)工藝流程屬于中級(jí)的自動(dòng)化水平，通過(guò)使用自動(dòng)化的編程，用戶(hù)可以定義缺陷樣本的標(biāo)準(zhǔn)，例如涂層含量低于 95% 的樣品。在自動(dòng)分析圖像以確定磷酸鹽涂層的覆蓋率之前，可以自動(dòng)掃描大面積樣品，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化成報(bào)告供用戶(hù)稍后查看。操作員可以隨時(shí)運(yùn)行自動(dòng)化程序進(jìn)行檢測(cè)，并隨時(shí)查看報(bào)告，節(jié)省了寶貴的時(shí)間并提高了結(jié)果的可靠性。
3. 自動(dòng)化水平 —— 高級(jí)
在某些情況下，用戶(hù)需要達(dá)到高級(jí)的自動(dòng)化水平，例如汽車(chē)零部件的清潔度檢測(cè)。汽車(chē)行業(yè)的自動(dòng)變速器等部件是使用精密制造的電動(dòng)液壓部件，即使是極少量的污垢或碎屑也會(huì)導(dǎo)致變速器性能下降。為確保其零部件的清潔度，汽車(chē)供應(yīng)商必須嚴(yán)格遵守 VDA19 和 ISO16232 的清潔度標(biāo)準(zhǔn)。在過(guò)去，負(fù)責(zé)生產(chǎn)的工程師使用掃描電鏡（SEM）結(jié)合 X-Ray 能譜（EDS）來(lái)獲取汽車(chē)部件的清潔度數(shù)據(jù)，但是這個(gè)過(guò)程極其費(fèi)力，通常需要對(duì)用戶(hù)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的培訓(xùn)，并且可能導(dǎo)致生產(chǎn)延遲。
現(xiàn)在，用戶(hù)可以使用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)—— SEM 和 EDS 結(jié)合的自動(dòng)化分析系統(tǒng)，以確認(rèn)零部件是否符合 VDA19 和 ISO16232 的清潔度標(biāo)準(zhǔn)。用戶(hù)可以設(shè)置特定參數(shù)，例如顆粒的粒度范圍、分類(lèi)規(guī)則、感興趣的區(qū)域和終止標(biāo)準(zhǔn)，并將它們存儲(chǔ)為一個(gè)專(zhuān)屬的“個(gè)性化程序"。然后，只需單擊幾下，就可以啟動(dòng)樣品測(cè)試——在分析完成之前無(wú)需人工監(jiān)控。用戶(hù)可以在夜間或在執(zhí)行其他工作時(shí)同時(shí)運(yùn)行這些程序，從而節(jié)省大量時(shí)間。并且可以根據(jù)汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或用戶(hù)的特定要求自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。分析完成后，用戶(hù)可以重新觀察感興趣的顆粒以進(jìn)行進(jìn)一步分析。
根據(jù) ISO16232 標(biāo)準(zhǔn)，生成專(zhuān)用的清潔度自動(dòng)化分析軟件
Phenom ParticleX 全自動(dòng)清潔度檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)輸出詳細(xì)的顆粒數(shù)據(jù)，并進(jìn)行自動(dòng)歸類(lèi)
在鋼鐵的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了確定鋼鐵質(zhì)量并將生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到更高的水平，專(zhuān)用的自動(dòng)化軟件可用于鋼鐵夾雜物的自動(dòng)化分析，并結(jié)合三元圖顯示的結(jié)果，可以直觀看出夾雜物出現(xiàn)在不同的時(shí)間點(diǎn)，以進(jìn)一步指導(dǎo)優(yōu)化煉鋼工藝。
自動(dòng)化分析面臨的挑戰(zhàn)和解決方案
雖然實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，有時(shí)存在著一些挑戰(zhàn)和問(wèn)題。如何克服這些問(wèn)題，很多用戶(hù)也迫切地想要找到答案。
挑戰(zhàn)一：缺乏編程的能力
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，用戶(hù)首先面臨的問(wèn)題便是：編寫(xiě)自動(dòng)化的程序。雖然現(xiàn)在掃描電鏡（SEM）可以通過(guò)編程來(lái)獲取高質(zhì)量的 SEM 數(shù)據(jù)，但用戶(hù)必須具備使用編程語(yǔ)言（如 Python）的能力。Python 相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，但大部分用戶(hù)可能并沒(méi)有時(shí)間或精力投入到編程工作中。
解決方案
對(duì)于具有一定編程能力的用戶(hù)，可以使用飛納編程界面（Phenom Programming Interface，簡(jiǎn)稱(chēng) PPI），便可以控制掃描電鏡電鏡的任何部分（包括移動(dòng)臺(tái)、導(dǎo)航相機(jī)、電鏡控制等）。PPI 廣泛支持 C++、Python、NET 等語(yǔ)言，支持 Windows、Linux、macOS 等操作系統(tǒng)，支持包括從簡(jiǎn)單的產(chǎn)量增強(qiáng)腳本，到復(fù)雜的全自主自動(dòng)化流水腳本，具有多樣性。
對(duì)于不具有編程能力，且希望把電鏡集成到生產(chǎn)流程中或想創(chuàng)建定制化解決方案的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，可以把制作定制化解決方案的過(guò)程交給飛納電鏡?；谀墓ぷ髁鞒碳靶袠I(yè)需求，來(lái)開(kāi)發(fā)專(zhuān)屬的自動(dòng)化解決方案。
挑戰(zhàn)二：自動(dòng)化工作流程中存在突發(fā)故障的可能性
傳統(tǒng)鎢燈絲掃描電鏡的燈絲會(huì)在 100 小時(shí)后突然斷裂，如果經(jīng)常使用傳統(tǒng)鎢燈絲掃描電鏡，通常需要每周更換一次燈絲。這也就意味著自動(dòng)化的工作流程可能會(huì)在無(wú)人監(jiān)控的過(guò)程中突然失效，需要花費(fèi)額外的時(shí)間和金錢(qián)來(lái)重復(fù)自動(dòng)化的工作流程。
解決方案
選擇六硼化鈰 (CeB6) 燈絲的飛納臺(tái)式掃描電鏡，便可以避免這個(gè)問(wèn)題。鎢燈絲在成像過(guò)程中會(huì)揮發(fā)且會(huì)突然斷裂，有時(shí)甚至?xí)廴?SEM 的其他部分。CeB6 燈絲的平均使用壽命至少為 1,500 小時(shí)，使用壽命可以預(yù)測(cè)，且需要更換的次數(shù)要少得多。
挑戰(zhàn)三：SEM 的使用具有一定的時(shí)間局限性
產(chǎn)線(xiàn)上的儀器設(shè)備需要晝夜不停，用戶(hù)非常擔(dān)心自動(dòng)化的掃描電鏡（SEM）工作流程會(huì)限制其他研究人員使用 SEM 的情況。
解決方案
飛納電鏡的全自動(dòng)化方案具有一個(gè)非常重要的好處：能夠在夜間、周末和其他無(wú)人在場(chǎng)的時(shí)間自動(dòng)化運(yùn)行工作流程。通過(guò)設(shè)置在低使用率期間進(jìn)行自動(dòng)化工作流程，用戶(hù)便可以將掃描電鏡（SEM）的利用率進(jìn)行zui大化，確保他們獲得 SEM 的最大使用價(jià)值。
總而言之，通過(guò)掃描電鏡（SEM）自動(dòng)化，用戶(hù)可以減少分析大量樣品所產(chǎn)生的人為誤差，及早發(fā)現(xiàn)故障，以便在付出更高代價(jià)之前快速調(diào)整生產(chǎn)流程，進(jìn)一步減少由劣質(zhì)原材料生產(chǎn)出缺陷成品造成的不必要損失，工作人員也可以騰出更多的時(shí)間和精力來(lái)進(jìn)行更有意義的工作。
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