¿Sus mediciones con microscopios láser confocales son fiables? Realice autoverificaciones mediante el ensayo de medición de nueve puntos
La microscopía confocal de escaneo láser (SLCM) ha pasado a ser la herramienta de inspección más usada en los laboratorios de investigación y en las líneas de producción de fabricación. Con su fuente de luz láser de 405 nm, la SLCM combina información horizontal (XY ~200 nm) y vertical (Z ~10 nm) en alta resolución para crear imágenes tridimensionales (3D) en cuestión de segundos. La escala de medición de SLCM se superpone con la microscopía de luz óptica (OLM), la microscopía de electrones de escaneo (SEM) y la microscopía de fuerza atómica (AFM). Otra de las ventajas es que los requisitos de preparación de muestras son mínimos y los microscopios pueden alojar muestras con un amplio rango de formas, incluyendo tamaños grandes. No se necesitan piezas fungibles con la SLCM y el mantenimiento del sistema es mínimo.Todas estas ventajas hacen que la SLCM sea una herramienta de inspección muy útil.En la tabla a continuación pueden verse las diferencias entre estas cuatro técnicas.
Comparación de microscopía de luz óptica, fuerza atómica, electrones de escaneo y escaneo láser confocal
| SLCM | SEM | AFM | OLM | |
|---|---|---|---|---|
| Preparación de las muestras | No | Sí | Sí | No |
| Imagen 3D | Sí | No | Sí | No |
| Piezas fungibles | No | No | Sí | No |
| Resolución XY | ~100 nm | 10 nm | 0,1 nm | ~300 nm |
| Resolución Z | ~10 nm | A. N. | 0,1 nm | A. N. |
| Espacio al vacío | No | Sí | No | No |
| Velocidad de procesamiento de imágenes | Rápida | Rápida | Lenta | Rápida |
La SLCM es una técnica de metrología de alta resolución que ofrece altos niveles de precisión y repetibilidad en todo el campo de visión. Una forma de confirmar la precisión y la repetibilidad de su sistema es mediante la obtención de un certificado de calibración en una base de tiempo regular, que suele llevarse a cabo una vez al año. Normalmente, para ello tendría que contratar los servicios de un ingeniero de servicio con la certificación A2LA para probar el instrumento usando un estándar de calibración de trazabilidad NIST. Sin embargo, existe una forma sencilla de verificar el estado de su sistema semanal o mensualmente: un ensayo de medición sencillo de 9 puntos (Figura 1).
Figura 1. Mida una característica en 9 puntos de su campo de visión para garantizar mediciones más fiables. Los puntos de color azul muestran la posición de cada medición.
El método es sencillo. Primero, escoja una característica o una muestra conocida que pueda reconocer fácilmente. Mida la característica en 9 ubicaciones distintas dentro del campo de visión, como se muestra en la Figura 1. Anote los datos y realice las mediciones una vez más en las mismas posiciones exactas. Si la distorsión esférica del sistema se calibra correctamente en todo el campo de visión, los datos deberían coincidir con una ligera variación.
A continuación, le mostramos un ejemplo de utilización del microscopio confocal de escaneo láser LEXT™ OLS5000. Se usó una placa de acero con una picadura (Figura 2a), pero se recomienda usar una muestra de calibración estándar, en la medida de lo posible. Se midió la profundidad de la picadura en la posición más profunda (Figura 2b). Después se movió la picadura a 9 posiciones diferentes dentro del campo de visión del microscopio y se efectúo la medición en cada una de ellas. La profundidad media era de 6,976 µm y la diferencia entre la profundidad mínima y la profundidad máxima era de 0,267 µm. La desviación estándar era de 9,6%, lo que indica que el sistema estaba proporcionando mediciones precisas y reproducibles.
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Figura 2. (a) Picadura en la muestra de acero y (b) gráfico que muestra la medición entre el punto más elevado en el borde y el punto más profundo en la picadura
Para demostrar la importancia de usar los dispositivos ópticos adecuados, hemos cambiado el objetivo LEXT 50X especial para mediciones que incorpora el microscopio OLS5000 con un objetivo disponible en el mercado que no es de Olympus. ¡La variación en la medición pasó de 0,267 µm a 0,911 µm, y la desviación estándar aumentó hasta el 34,7%! Esta variación tan grande en los resultados de medición de la misma característica demuestra que el objetivo general de otros fabricantes proporcionaba datos poco fiables. Estos resultados serían inaceptables para la mayoría de laboratorios de metrología y demuestran la importancia de realizar esta prueba tan rápida para garantizar el rendimiento del sistema.
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Figura 3. Datos de altura (a) usando el objetivo LEXT especial de Olympus (b) y objetivo general disponible en el mercado de otros fabricantes.
En las aplicaciones de metrología destinadas a la investigación y fabricación, la repetibilidad y la precisión de las mediciones son fundamentales. Si bien es prudente validar su sistema profesionalmente una vez al año, no resulta práctico hacerlo todas las semanas o todos los meses. Por suerte, la técnica de medición de 9 puntos demostró que existe una forma rápida y sencilla de confirmar que su sistema está proporcionando información coherente. Sería útil añadir este proceso como parte de su procedimiento estándar para la autoverificación del sistema con el objetivo de prevenir variaciones significativas en los datos. Además, este ensayo también demuestra la importancia de escoger los objetivos de la mejor calidad posible para usarlos con su microscopio confocal de escaneo láser.
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