Messmikroskope
Messmikroskope sind hilfreich für die Bestimmung der Abmessungen von Probenmerkmalen. Sie sind wichtig für eine effiziente Qualitätskontrolle (QC), Fehleranalysen, sowie Anwendungen in Forschung und Entwicklung (R&D).
Die Leistung der Optik, der Probentisch, die Beleuchtung und das Zubehör bestimmen die Fähigkeit des Mikroskops, genaue Messungen im Makroskalenbereich (>0,2 mm), Mesoskalenbereich (~10 µm bis 0,2 mm) oder Mikroskalenbereich (~0,3 µm bis 50 µm) durchzuführen.
Messungen können auf traditionelle Weise mithilfe eines Fadenkreuzes im Okular durchgeführt werden. Viele Anwender messen heute aber oft digital mit einer Mikroskopkamera, einem Monitor und entsprechender Software. Erfahren Sie im Folgenden mehr über Leica Messmikroskope.
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Warum sollten Messungen mithilfe von Mikroskopen durchgeführt werden?
Messungen an Probenmerkmalen und -strukturen können mit einem Mikroskop schnell und genau durchgeführt werden. Diese Fähigkeit ist für eine Vielzahl von Bereichen nützlich, wie z. B. Bio- und Materialwissenschaften, Qualitätskontrolle, Fehleranalyse, Forschung und Entwicklung usw. Außerdem können mithilfe der Digitalmikroskopie Messdaten effizient aufgezeichnet und weitergegeben werden.
Wie werden die Größen von Probenmerkmalen mithilfe von Mikroskopen gemessen?
In der Vergangenheit wurde die Größe der Probenmerkmale manuell über die Okulare mithilfe eines Fadenkreuzes und mit einem Lineal gemessen. Heute erfolgen die Messungen oft digital mit einer Mikroskopkamera, einem Monitor und entsprechender Software.
Was ist der Unterschied zwischen Auflösung und Vergrößerung?
Bei der Mikroskopie ist die Auflösung die Fähigkeit, Probenmerkmale oder Strukturen zu unterscheiden, die nahe beieinander liegen. Eine höhere Auflösung bietet mehr Auflösungsvermögen und eine klare Darstellung feiner Details. Vergrößerung ist die vergrößerte Darstellung der Probenstrukturen, wie sie in einem Mikroskopbild zu sehen sind. Sie ist das Verhältnis der Größe einer Probenstruktur im Bild zu ihrer tatsächlichen Größe.
Schwierigkeiten bei Mikroskopmessungen
Beim Messen mit Mikroskopen treten bestimmte Schwierigkeiten zutage:
- Optische Mikroskopie bietet hauptsächlich 2D-Messungen
- Messungen, die mit einem Okular-Fadenkreuz (nicht digital) durchgeführt werden, sind sehr zeitaufwendig, und es ist schwierig, damit eine hohe Genauigkeit zu erreichen
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Um genaue Messungen zu gewährleisten, muss eine korrekte Kalibrierung nach einem passenden Messstandard vorgenommen werden
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Verlässliche und reproduzierbare Messungen hängen von der Mikroskopleistung, der Erfahrung des Anwenders und den definierten Messmethoden ab
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Je nach benötigtem Maßstab müssen Anwender für die Messungen die passende Optik mit ausreichender Auflösung, die Mikroskopkamera, Software und das Mikroskopzubehör wählen
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3D-Messungen sind möglich, aber zeitaufwendiger, und die Genauigkeit hängt stark von der Vergrößerung ab
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Die Mikroskopvergrößerung ist bei Festbrennweiten (z. B. Lichtmikroskope) genau bekannt, bei Zoomoptiken (z. B. Stereo- und Digitalmikroskope) muss sie aber ermittelt werden, sofern die Optiken nicht kodiert sind.
Wichtige Faktoren beim Messen mit Mikroskopen
Um genaue Messungen mit einem Mikroskop durchzuführen, müssen einige wichtige Faktoren berücksichtigt werden:
- Kalibrierung: Wurde die Kalibrierung des Mikroskops korrekt durchgeführt?
- Auflösung: Ist die Auflösung bzw. das Auflösungsvermögen hoch genug, um die relevanten Details zu erfassen?
- Mikroskop-Optik: Sind die Optiken hinsichtlich chromatischer und sphärischer Aberrationen sowie Bildebenheit korrigiert?
- Auflösungsvermögen (bzgl. Pixel) der Kamera: Verfügt die Mikroskopkamera über die passende Pixelgröße und -anzahl?
Grundlegende 2D-Messungen
Bei Verwendung eines Mikroskops können grundlegende 2D-Messungen entweder an einem Live-Bild oder einem statischen Bild vorgenommen werden.
- Abstände zwischen beliebigen Punkten, Linien oder den Rändern geometrischer Formen.
- Bereiche mit Quadraten, Rechtecken, Kreisen und Ellipsen.
- Winkel sich kreuzender Linien.
Erweiterte 3D-Messungen
Mithilfe der Digitalmikroskopie können auch erweiterte 3D-Messungen durchgeführt werden.
- Höhen von Probenmerkmalen, z. B. eine Komponente auf einem industriellen Bauteil.
- Höhenmessungen mit optischer Mikroskopie erfordern einen Z-Stack aus Bildern.
- Ein Z-Stack lässt sich mit einer motorisierten Mikroskoplösung präziser und leichter erfassen.
Automatisierte Messungen
Mithilfe der passenden Software können Anwender von den Vorteilen automatisierter Messungen wie Effizienz und Zuverlässigkeit profitieren.
Automatisierte Messungen können an die Bedürfnisse der Anwender angepasst werden, um die geometrischen und morphologischen Eigenschaften von Proben, d. h. Merkmale wie Partikel, Fasern, Poren usw., schnell zu analysieren.
Im Falle von Metalllegierungen hilft die automatisierte Analyse der Mikrostruktur hinsichtlich Körnern und Phasen den Anwendern Zeit zu sparen.
Weitere Beispiele, wie metallografische Anwendungen von automatisierten Analysen profitieren.
Häufig gestellte Fragen zu Messmikroskopen
Um ein Mikroskop mit Digitalkamera und Software zu kalibrieren, verwenden Sie ein Objektmikrometer oder eine andere Messreferenz mit einer präzisen Skala. Befolgen Sie dann diese Schritte:
- Fokussierung auf die Skala des Mikrometers oder der Referenz
- Durchführen einer Abstandsmessung entlang der Skala
- Eingabe der exakten Längenentsprechung mit den richtigen Einheiten.
Für genaue Mikroskopmessungen sind folgende Punkte wichtig:
- Sicherstellen einer ordnungsgemäßen Kalibrierung des Mikroskops
- Verwendung hochwertiger Optiken mit Aberrationskorrektur
- Scharfe Fokussierung auf den relevanten Probenbereich
- Wahl der richtigen Ausleuchtung für eine klare Darstellung
- Überprüfung, dass Messungen im Einklang mit anerkannten Normen oder Standards durchgeführt werden.
Bei der Digitalmikroskopie gibt es keine Okulare und das Bild wird auf einem Monitor dargestellt. Bei Messungen stellt das Objektiv einen zentralen Faktor in Bezug auf Auflösung und Vergrößerung dar. Bei geringer Vergrößerung sind telezentrische Optiken sehr wichtig. Für ein Mikroskop, das statt einer Festbrennweite über eine Zoomoptik verfügt, spielt auch der Zoomfaktor eine Rolle.
Die Einheit hängt von der Größe der zu messenden Probenmerkmale oder -strukturen ab. Häufig genutzte Einheiten für Abstandsmessungen sind Millimeter (mm), Mikrometer (µm) oder sogar Nanometer (nm). Für Flächen werden häufig Quadratmillimeter oder -mikrometer (mm2 oder µm2) genutzt. Winkelangaben erfolgen normalerweise in Grad (°).
Häufige Fehlerquellen beim Messen mit Mikroskopen sind:
- Ungenügende Mikroskopkalibrierung
- Sphärische oder chromatische Aberrationen der Optik
- Falsche Fokussierung
- Unzureichende Beleuchtung
- Probe mit unebener Oberfläche
- Inkonsistente Vorgehensweise bei der Durchführung von Messungen
- Anwenderfehler.
Zuerst sollte das Mikroskop sorgfältig kalibriert werden. Dann sollte ein scharf fokussiertes Bild der Probenregion mit dem relevanten Merkmal bzw. der relevanten Struktur mithilfe passender Vergrößerung gewonnen werden. Verschiedene Standardmessungen wie Längen von Strukturen oder Abstände zwischen ihnen, Flächen und Winkel können gemessen werden.
Abhängig vom Größenmaßstab werden unterschiedliche Mikroskope eingesetzt. Für Messungen, die eine hohe Genauigkeit im makroskopischen Maßstab (mm oder cm) erfordern, kann ein Stereo- oder Digitalmikroskop mit einem Objekttisch verwendet werden, der präzise horizontale und vertikale Bewegungen ermöglicht. Für Messungen im mikroskopischen Maßstab (µm oder Sub-µm) ist ein Licht- oder Konfokalmikroskop eine mögliche Lösung.
