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您是否還在耗費大量時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？您是否還在擔心人為檢測的準確性？自動化等級的初、中、高級水平，適合您的是哪個？

為什么選擇掃描電鏡自動化？

自掃描電鏡（SEM）普及以來，人們一直渴望實現(xiàn) SEM 自動化。研究人員通過在微觀層面研究樣品需要人工重復的步驟，可以尋找替代方案來努力提高這些過程的效率。隨著 SEM 技術的不斷成熟，人們對掃描電鏡（SEM）的要求也越來越復雜，比如增加更復雜的圖像處理算法，提高分析大量數(shù)據(jù)的能力等。經(jīng)過調查發(fā)現(xiàn)，人們對于 SEM 自動化的期待主要有 3 個：消除人為誤差，節(jié)省時間和成本，在海量數(shù)據(jù)中快速找到目標。

用戶也許會手動拍攝數(shù)百張樣品的圖片，然后將它們拼接在一起，以獲取單個樣品的大面積圖像；也許會手動結合二次電子（SE）和背散射電子（BSE）像，來觀察形貌和成分分布信息；也可能正在手動搜索樣品中的微小污染物。

研究人員通過分析哪些重復的步驟耗費時間最久，且存在較大的人為誤差風險，就能確定哪一個流程可以通過自動化來替代。根據(jù)具體的工作流程，可以選擇不同的自動化程度。

自動化水平的不同等級

一般來說，根據(jù)在工作流程中操作人員干預的不同程度，自動化水平可以分為初級、中級、高級。

1. 自動化水平 —— 初級

初級的自動化水平，仍然需要操作人員的干預。以石棉檢測為例，「石棉」一種常用于建筑的天然硅酸鹽礦物，但石棉是危險材料，必須遵循相應的規(guī)范來評估其風險。

ISO 14966 規(guī)范中所述石棉分析的工作流程

在這個過程中，可以通過設置一個簡單的腳本來幫助操作人員實現(xiàn)初級的石棉自動化分析。在手動檢查石棉纖維之前，操作人員可以制作腳本來設置獲取的圖像數(shù)量，圖像自動保存，然后操作人員將可疑的纖維繼續(xù)通過 EDS 能譜進行成分分析。當所有的樣品分析結束，對整體的石棉含量進行評估，并與規(guī)范中定義的標準值進行對比。如果石棉含量超過一定值，則有必要進行人工干預篩選過程。

2. 自動化水平 —— 中級

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到中級自動化水平。以材料保護涂層的質量檢測為例。在汽車行業(yè)，磷酸鹽轉化涂層可以防止鋼部件腐蝕，同時也可以提高潤滑度。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、錳或磷酸鐵的結晶層會沉積在鋼部件上。為確保磷酸鹽轉化涂層工藝的有效性，汽車行業(yè)的供應商需要執(zhí)行嚴格的質量控制。掃描電鏡（SEM）對于評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，但當它被磷酸鹽層覆蓋時會變暗。但是，手動分析 SEM 圖像會非常費力，并且容易出現(xiàn)人為失誤。

磷酸鹽涂層質量檢測的自動化工藝流程

這個工藝流程屬于中級的自動化水平，通過使用自動化的編程，用戶可以定義缺陷樣本的標準，例如涂層含量低于 95% 的樣品。在自動分析圖像以確定磷酸鹽涂層的覆蓋率之前，可以自動掃描大面積樣品，并將結果轉化成報告供用戶稍后查看。操作員可以隨時運行自動化程序進行檢測，并隨時查看報告，節(jié)省了寶貴的時間并提高了結果的可靠性。

3. 自動化水平 —— 高級

在某些情況下，用戶需要達到高級的自動化水平，例如汽車零部件的清潔度檢測。汽車行業(yè)的自動變速器等部件是使用精密制造的電動液壓部件，即使是極少量的污垢或碎屑也會導致變速器性能下降。為確保其零部件的清潔度，汽車供應商必須嚴格遵守 VDA19 和 ISO16232 的清潔度標準。在過去，負責生產的工程師使用掃描電鏡（SEM）結合 X-Ray 能譜（EDS）來獲取汽車部件的清潔度數(shù)據(jù)，但是這個過程極其費力，通常需要對用戶進行專門的培訓，并且可能導致生產延遲。

現(xiàn)在，用戶可以使用先進的自動化技術—— SEM 和 EDS 結合的自動化分析系統(tǒng)，以確認零部件是否符合 VDA19 和 ISO16232 的清潔度標準。用戶可以設置特定參數(shù)，例如顆粒的粒度范圍、分類規(guī)則、感興趣的區(qū)域和終止標準，并將它們存儲為一個專屬的“個性化程序”。然后，只需單擊幾下，就可以啟動樣品測試——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)行其他工作時同時運行這些程序，從而節(jié)省大量時間。并且可以根據(jù)汽車行業(yè)標準或用戶的特定要求自動生成測試報告。分析完成后，用戶可以重新觀察感興趣的顆粒以進行進一步分析。

根據(jù) ISO16232 標準，生成專用的清潔度自動化分析軟件

Phenom ParticleX 全自動清潔度檢測系統(tǒng)自動輸出詳細的顆粒數(shù)據(jù)，并進行自動歸類

在鋼鐵的實際生產過程中，為了確定鋼鐵質量并將生產過程達到更高的水平，專用的自動化軟件可用于鋼鐵夾雜物的自動化分析，并結合三元圖顯示的結果，可以直觀看出夾雜物出現(xiàn)在不同的時間點，以進一步指導優(yōu)化煉鋼工藝。

自動化分析面臨的挑戰(zhàn)和解決方案

雖然實現(xiàn)自動化具有非常明顯的優(yōu)勢，但對于用戶來說，有時存在著一些挑戰(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

實現(xiàn)自動化，用戶首先面臨的問題便是：編寫自動化的程序。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 相對容易實現(xiàn)，但大部分用戶可能并沒有時間或精力投入到編程工作中。

解決方案

對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，簡稱 PPI），便可以控制掃描電鏡電鏡的任何部分（包括移動臺、導航相機、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)，支持包括從簡單的產量增強腳本，到復雜的全自主自動化流水腳本，具有多樣性。

對于不具有編程能力，且希望把電鏡集成到生產流程中或想創(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)專屬的自動化解決方案。

挑戰(zhàn)二：自動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在 100 小時后突然斷裂，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。這也就意味著自動化的工作流程可能會在無人監(jiān)控的過程中突然失效，需要花費額外的時間和金錢來重復自動化的工作流程。

解決方案

選擇六硼化鈰 (CeB6) 燈絲的飛納臺式掃描電鏡，便可以避免這個問題。鎢燈絲在成像過程中會揮發(fā)且會突然斷裂，有時甚至會污染 SEM 的其他部分。CeB6 燈絲的平均使用壽命至少為 1,500 小時，使用壽命可以預測，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間局限性

產線上的儀器設備需要晝夜不停，用戶非常擔心自動化的掃描電鏡（SEM）工作流程會限制其他研究人員使用 SEM 的情況。

解決方案

飛納電鏡的全自動化方案具有一個非常重要的好處：能夠在夜間、周末和其他無人在場的時間自動化運行工作流程。通過設置在低使用率期間進行自動化工作流程，用戶便可以將掃描電鏡（SEM）的利用率進行zui大化，確保他們獲得 SEM 的最大使用價值。

總而言之，通過掃描電鏡（SEM）自動化，用戶可以減少分析大量樣品所產生的人為誤差，及早發(fā)現(xiàn)故障，以便在付出更高代價之前快速調整生產流程，進一步減少由劣質原材料生產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間和精力來進行更有意義的工作。