技術文章
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使用掃描聲學顯微鏡 (SAM) 系統(tǒng)，檢測物體缺陷
高速、無損超聲波掃描使用先進的相控陣掃描聲學顯微鏡 (SAM) 來識別特種金屬和合金中的微小缺陷。
作者：Hari Polu，OKOS總裁
鋁、鋅、鈷、銅、鈦、鋯、鉬、鎂和不銹鋼等高純度金屬和合金是許多不同行業(yè)的核心，包括電子、航空航天和醫(yī)療設備等。
由于由這些材料制成的許多部件具有關鍵性，高純度合金需要高度一致，雜質和污染物含量極低。因此，在使用這些材料時，質量水平必須非常高。這反過來又推動了使用掃描聲學顯微鏡 (SAM) 進行無損檢測，以識別小至 50 微米的細小夾雜物和其他缺陷。
SAM 是半導體行業(yè)廣泛接受的故障分析和可靠性檢測計量技術。現(xiàn)在，該技術正應用于高純度金屬和合金，只是儀器配置和適應性有所不同。
然而，挑戰(zhàn)在于以足夠的吞吐速度進行 100% 檢測，以去除不符合嚴格質量要求的缺陷材料。與其他檢測系統(tǒng)一樣，提高掃描速度傳統(tǒng)上意味著犧牲掃描圖像分辨率。幸運的是，SAM 技術的最新進展顯著提高了吞吐速度和缺陷檢測能力。
掃描聲學顯微鏡 (SAM) 系統(tǒng)（例如 OKOS 的 CF-300 型號）可以識別小至 50 微米的細小夾雜物和其他缺陷。
傳統(tǒng)的 5 MHz 傳感器可能需要長達 45 分鐘才能檢查 8 到 10 英寸的方形或圓盤合金，而具有 64 到 128 個傳感器的先進相控陣和用于渲染圖像的創(chuàng)新軟件可以將檢查時間縮短至五分鐘，并且能夠更細致地檢測小雜質或缺陷。
通過大幅提高檢測速度，特種金屬行業(yè)不再局限于在工藝過程中進行質量控制時進行選擇性樣品檢測。盡管 SAM 長期以來一直用于此類檢測，但檢測涉及手持設備或多點檢測。現(xiàn)在，對整個表面或界面進行 100% 檢測更為可行。
此外，這些進步還有利于檢測不僅僅是明顯的缺陷，還有更小的缺陷，從而推動高度一致、高產(chǎn)量的產(chǎn)品。
先進的相控陣 SAM 系統(tǒng)使特種金屬部門能夠進入更高水平的故障分析，因為其檢測水平和精度都很高。過去，檢測 500 微米的缺陷是目標；現(xiàn)在則是 50 微米的缺陷，這是一個數(shù)量級的變化。對于高純度金屬，期望是檢查每一個項目，而不僅僅是幾個樣品。
掃描聲學顯微鏡的工作原理是將傳感器發(fā)出的聚焦聲音導向目標物體上的一個小點。擊中物體的聲音會被散射、吸收、反射或傳輸。通過檢測散射脈沖的方向以及飛行時間，可以確定邊界或物體的存在及其距離。
為了生成圖像，需要逐點逐行掃描樣品。掃描模式包括單層視圖、托盤掃描和橫截面。多層掃描最多可包含 50 個獨立層。可以提取深度特定信息并將其應用于創(chuàng)建二維和三維圖像，而無需耗時的斷層掃描程序和更昂貴的 X 射線。然后對圖像進行分析，以檢測和表征裂紋、夾雜物和空隙等缺陷。
下一代 SAM 系統(tǒng)（例如 OKOS 的 MACROVUE 系統(tǒng)）可以檢測特種金屬和合金中的微小瑕疵，從而對所有材料進行 100% 檢查。
當需要高吞吐量進行 100% 檢查時，可使用超高速單或雙龍門掃描系統(tǒng)以及 128 個傳感器進行相控陣掃描。也可使用多個傳感器同時掃描以提高吞吐量。
在與一些公司合作對鋁和鋼樣品進行的測試中，該設備能夠在三分鐘內掃描完材料。之前，僅掃描一個部件就需要 40 分鐘。
具體來說，SAM 使用一個傳感器來產(chǎn)生聲波，并將這些聲波聚焦在被測物體上的一個點上。為了檢測物體中的瑕疵，需要檢測散射的聲波并計算聲波的飛行時間，從而確定距離，從而確定物體中檢測到的瑕疵。
這個過程需要重復多次才能獲得被測材料的精確圖像。掃描模式包括單層視圖和更復雜的橫截面視圖。涉及多層的掃描也可用于提取信息以創(chuàng)建詳細的 2D 或 3D 圖像。
軟件的重要性
掃描的物理和機械方面非常重要，軟件對于提高分辨率和分析信息以生成詳細掃描同樣重要。多軸掃描選項支持 A、B 和 C 掃描、輪廓跟蹤、離線分析和復合材料、金屬和合金的虛擬重新掃描，從而通過檢測軟件實現(xiàn)高度精確的內部和外部缺陷檢測和厚度測量。
OKOS 很早就決定提供軟件驅動的、基于生態(tài)系統(tǒng)的解決方案。該公司的 ODIS 聲學顯微鏡軟件支持從 2.25 到 230 MHz 的各種傳感器頻率。據(jù)估計，該公司的軟件驅動模型使他們能夠降低 SAM 測試的成本，同時以更快的速度提供更高質量的檢查結果。
在電子、航空航天、醫(yī)療設備和其他行業(yè)中，對能夠進行無損成像和材料分析的檢測設備的需求日益增加。借助更多傳感器和先進軟件以極高的分辨率解釋信息，特種金屬制造商可以以高出一到兩個數(shù)量級的水平對 100% 的材料進行檢測，以發(fā)現(xiàn)以前未檢測到的缺陷。
作者：Hari Polu，OKOS總裁
鋁、鋅、鈷、銅、鈦、鋯、鉬、鎂和不銹鋼等高純度金屬和合金是許多不同行業(yè)的核心，包括電子、航空航天和醫(yī)療設備等。
由于由這些材料制成的許多部件具有關鍵性，高純度合金需要高度一致，雜質和污染物含量極低。因此，在使用這些材料時，質量水平必須非常高。這反過來又推動了使用掃描聲學顯微鏡 (SAM) 進行無損檢測，以識別小至 50 微米的細小夾雜物和其他缺陷。
SAM 是半導體行業(yè)廣泛接受的故障分析和可靠性檢測計量技術。現(xiàn)在，該技術正應用于高純度金屬和合金，只是儀器配置和適應性有所不同。
然而，挑戰(zhàn)在于以足夠的吞吐速度進行 100% 檢測，以去除不符合嚴格質量要求的缺陷材料。與其他檢測系統(tǒng)一樣，提高掃描速度傳統(tǒng)上意味著犧牲掃描圖像分辨率。幸運的是，SAM 技術的最新進展顯著提高了吞吐速度和缺陷檢測能力。
掃描聲學顯微鏡 (SAM) 系統(tǒng)（例如 OKOS 的 CF-300 型號）可以識別小至 50 微米的細小夾雜物和其他缺陷。
傳統(tǒng)的 5 MHz 傳感器可能需要長達 45 分鐘才能檢查 8 到 10 英寸的方形或圓盤合金，而具有 64 到 128 個傳感器的先進相控陣和用于渲染圖像的創(chuàng)新軟件可以將檢查時間縮短至五分鐘，并且能夠更細致地檢測小雜質或缺陷。
通過大幅提高檢測速度，特種金屬行業(yè)不再局限于在工藝過程中進行質量控制時進行選擇性樣品檢測。盡管 SAM 長期以來一直用于此類檢測，但檢測涉及手持設備或多點檢測。現(xiàn)在，對整個表面或界面進行 100% 檢測更為可行。
此外，這些進步還有利于檢測不僅僅是明顯的缺陷，還有更小的缺陷，從而推動高度一致、高產(chǎn)量的產(chǎn)品。
先進的相控陣 SAM 系統(tǒng)使特種金屬部門能夠進入更高水平的故障分析，因為其檢測水平和精度都很高。過去，檢測 500 微米的缺陷是目標；現(xiàn)在則是 50 微米的缺陷，這是一個數(shù)量級的變化。對于高純度金屬，期望是檢查每一個項目，而不僅僅是幾個樣品。
掃描聲學顯微鏡
掃描聲學顯微鏡的工作原理是將傳感器發(fā)出的聚焦聲音導向目標物體上的一個小點。擊中物體的聲音會被散射、吸收、反射或傳輸。通過檢測散射脈沖的方向以及飛行時間，可以確定邊界或物體的存在及其距離。
為了生成圖像，需要逐點逐行掃描樣品。掃描模式包括單層視圖、托盤掃描和橫截面。多層掃描最多可包含 50 個獨立層。可以提取深度特定信息并將其應用于創(chuàng)建二維和三維圖像，而無需耗時的斷層掃描程序和更昂貴的 X 射線。然后對圖像進行分析，以檢測和表征裂紋、夾雜物和空隙等缺陷。
下一代 SAM 系統(tǒng)（例如 OKOS 的 MACROVUE 系統(tǒng)）可以檢測特種金屬和合金中的微小瑕疵，從而對所有材料進行 100% 檢查。
當需要高吞吐量進行 100% 檢查時，可使用超高速單或雙龍門掃描系統(tǒng)以及 128 個傳感器進行相控陣掃描。也可使用多個傳感器同時掃描以提高吞吐量。
在與一些公司合作對鋁和鋼樣品進行的測試中，該設備能夠在三分鐘內掃描完材料。之前，僅掃描一個部件就需要 40 分鐘。
一些 SAM 基礎知識
具體來說，SAM 使用一個傳感器來產(chǎn)生聲波，并將這些聲波聚焦在被測物體上的一個點上。為了檢測物體中的瑕疵，需要檢測散射的聲波并計算聲波的飛行時間，從而確定距離，從而確定物體中檢測到的瑕疵。
這個過程需要重復多次才能獲得被測材料的精確圖像。掃描模式包括單層視圖和更復雜的橫截面視圖。涉及多層的掃描也可用于提取信息以創(chuàng)建詳細的 2D 或 3D 圖像。
軟件的重要性
掃描的物理和機械方面非常重要，軟件對于提高分辨率和分析信息以生成詳細掃描同樣重要。多軸掃描選項支持 A、B 和 C 掃描、輪廓跟蹤、離線分析和復合材料、金屬和合金的虛擬重新掃描，從而通過檢測軟件實現(xiàn)高度精確的內部和外部缺陷檢測和厚度測量。
OKOS 很早就決定提供軟件驅動的、基于生態(tài)系統(tǒng)的解決方案。該公司的 ODIS 聲學顯微鏡軟件支持從 2.25 到 230 MHz 的各種傳感器頻率。據(jù)估計，該公司的軟件驅動模型使他們能夠降低 SAM 測試的成本，同時以更快的速度提供更高質量的檢查結果。
在電子、航空航天、醫(yī)療設備和其他行業(yè)中，對能夠進行無損成像和材料分析的檢測設備的需求日益增加。借助更多傳感器和先進軟件以極高的分辨率解釋信息，特種金屬制造商可以以高出一到兩個數(shù)量級的水平對 100% 的材料進行檢測，以發(fā)現(xiàn)以前未檢測到的缺陷。
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