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？

自掃描電鏡（SEM）普及以來，人們一直渴望實(shí)現(xiàn) SEM 自動(dòng)化,。研究人員通過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努力提高這些過程的效率。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)流程可以通過自動(dòng)化來替代,。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)

一般來說,，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)過程中,，可以通過設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的腳本來幫助操作人員實(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 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,。如果石棉含量超過一定值，則有必要進(jìn)行人工干預(yù)篩選過程,。

2. 自動(dòng)化水平 —— 中級(jí)

有些情況下,，用戶希望能通過掃描電鏡（SEM）多種功能的組合來達(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，通過使用自動(dòng)化的編程,，用戶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,，用戶需要達(dá)到高級(jí)的自動(dòng)化水平,，例如汽車零部件的清潔度檢測(cè)。汽車行業(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，汽車供應(yīng)商必須嚴(yán)格遵守 VDA19 和 ISO16232 的清潔度標(biāo)準(zhǔn)。在過去,，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）來獲取汽車部件的清潔度數(shù)據(jù),，但是這個(gè)過程極其費(fèi)力，通常需要對(duì)用戶進(jìn)行專門的培訓(xùn),，并且可能導(dǎo)致生產(chǎn)延遲,。

現(xiàn)在，用戶可以使用先進(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),。用戶可以設(shè)置特定參數(shù)，例如顆粒的粒度范圍,、分類規(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——在分析完成之前無需人工監(jiān)控,。用戶可以在夜間或在執(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)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或用戶的特定要求自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告,。分析完成后,，用戶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

在鋼鐵的實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了確定鋼鐵質(zhì)量并將生產(chǎn)過程達(dá)到更高的水平,，專用的自動(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)于用戶來說,，有時(shí)存在著一些挑戰(zhàn)和問題,。如何克服這些問題，很多用戶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,，用戶首先面臨的問題便是：編寫自動(dòng)化的程序。雖然現(xiàn)在掃描電鏡（SEM）可以通過編程來獲取高質(zhì)量的 SEM 數(shù)據(jù),，但用戶必須具備使用編程語言（如 Python）的能力,。Python 相對(duì)容易實(shí)現(xiàn),，但大部分用戶可能并沒有時(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,，可以使用飛納編程界面（Phenom Programming Interface,，簡(jiǎn)稱 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來說,，可以把制作定制化解決方案的過程交給飛納電鏡?；谀墓ぷ髁鞒碳靶袠I(yè)需求,，來開發(fā)專屬的自動(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)在無人監(jiān)控的過程中突然失效,，需要花費(fèi)額外的時(shí)間和金錢來重復(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)問題,。鎢燈絲在成像過程中會(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)線上的儀器設(shè)備需要晝夜不停,，用戶非常擔(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,、周末和其他無人在場(chǎng)的時(shí)間自動(dòng)化運(yùn)行工作流程,。通過設(shè)置在低使用率期間進(jìn)行自動(dòng)化工作流程,，用戶便可以將掃描電鏡（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,，通過掃描電鏡（SEM）自動(dòng)化，用戶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)間和精力來進(jìn)行更有意義的工作,。