CN106568402A - 一种测试微小孔洞深度的方法 - Google Patents

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张令
高玉来
张全良
丁凯
孙臣玉
翟启杰
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons

Abstract

本发明提供了一种利用扫描电镜所带有的三维表面重构功能测试微小孔洞深度的方法。该方法的特点是适用于机械测试和光学测试无法实现的微小孔洞深度的测试。截取最大直径<25mm带有微小孔洞的金属材料，表面打磨光净并干燥，利用导电胶将试样粘在样品台上，将带有试样的样品台放置于载物台上抽真空，设置好扫描电镜参数，调试清楚并拍摄孔洞的电子图像，利用其带有的三维表面重构功能获得清晰的孔洞三维立体图片，根据三维表面重构图片上的孔洞表面和底部位置的高度差即可得到孔洞的深度值。该发明实现了对微小孔洞三维立体的清晰显示，提供了一种测量微小孔洞深度的方法。

Description

一种测试微小孔洞深度的方法
技术领域
本发明涉及一种测试微小孔洞深度的方法，即为一种利用扫描电镜所带有的三维表面重构功能测试微小孔洞深度的方法，属于金属材料及测量领域。
背景技术
在材料和机械加工领域，孔洞的深度主要借助光学或机械测试手段进行确定。但是对于尺寸极小（尺寸小于1mm）的微型孔洞，机械测试手段和光学手段均受到很大的局限，难以获得微小孔洞的深度数据。
金相显微镜是将光学显微镜技术、光电转换技术、计算机图像处理技术完美结合在一起而开发研制成的高科技产品，可以在计算机上很方便地观察金相图像，从而对金相图谱进行分析、评级以及对图片进行输出、打印。金相学主要指借助光学（金相）显微镜和体视显微镜等对材料显微组织、低倍组织和断口组织等进行分析研究和表征的材料学科分支，既包含材料显微组织的成像及其定性、定量表征，亦包含必要的样品制备、准备和取样方法。其主要反映和表征构成材料的相和组织组成物、晶粒（亦包括可能存在的亚晶）、非金属夹杂物乃至某些晶体缺陷（例如位错）的数量、形貌、大小、分布、取向、空间排布状态等。
扫描电子显微镜（Scanning electron microscope），简称SEM，是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。由于它具有制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大等特点，故被广泛地应用于化学、生物、医学、冶金、材料、半导体制造、微电路检查等各个研究领域和工业部门。扫描电镜在追求高分辨率、高图像质量发展的同时，也向复合型发展，即成为把扫描、透射及微区成分分析、电子背散射衍射等结合为一体的复合型电镜，实现了表面形貌、微区成分和晶体结构等多信息同位分析。近几年随着计算机、信息数字化技术的发展和在扫描电镜上的应用，使得扫描电镜的各种性能发生了新的飞跃，操作更加快捷，使用更加方便，是科学研究及至工业生产等许多领域应用最为广泛的显微分析仪器之一。
一般的金相显微镜的景深都比较浅，都是观察比较平整的样品，当然也有高景深的金相显微镜，不过图像的放大倍数受到局限，也无法实现对微小孔洞的深度测量。另外，扫描电镜的二次电子像适宜观察试样表面形貌，也不适合进行微小孔洞深度的测量。
三维表面重构技术（3D roughness reconstruction）是根据扫描电镜得到的一个视图所获得的电子像图像重建三维模型。此方法的特征是基于图像的三维重建，它是从扫描图片计算提取出物体的三维深度信息，根据获取的三维深度信息，重构出具备很强真实感的三维模型物体。利用此技术，可以将对孔洞的三维立体感清晰地显示出来，并且可以测得孔洞的宽度和深度，从而可提供一种有效的测试微小孔洞的新方法。
本发明申请人采用微小孔洞+三维表面重构（3D Roughness Reconstruction）
作为关键词在美国的《工程文摘索引》（EI）、Sciencedirect科技论文数据库、ISI Webof Science等国外科技数据库、我国的《中国期刊网》和《维普中文期刊数据库》等科技文献索引，均没有查到完全相关文献。申请人还检索了美国专利商标局（USPTO）、欧洲专利局（EPO）、世界知识产权组织（WIPO）、《中国专利信息网》以及《中华人民共和国国家知识产权局专利检索》，也没有发现同类专利。
发明内容
本发明提出了一种测试微小孔洞深度的方法，即为一种利用扫描电镜所带有的三维表面重构功能测试微小孔洞深度的方法。其具体的操作步骤如下：
1. 截取适合于拍扫描电镜大小的金属试样，并将金属试样表面打磨光净干燥；
2. 利用导电胶将试样粘在扫描电镜的样品台上，再将带有试样的样品台放到载物台上；
3. 利用扫描电镜的电子像拍摄出来孔洞的表面形貌照片，然后用三维表面重构功能获得清晰的三维表面重构图片；
4. 根据三维表面重构图片上的孔洞表面和底部位置的高度差即可得到孔洞的深度值。
所述的测试微小孔洞深度的方法，金属材料表面需光净干燥，且试样最大直径不超过25mm，测试的最小孔洞的直径为1μm-1mm，微小孔洞的深度为1μm-1mm。
该发明的有益效果是，实现了对微小孔洞三维立体的清晰显示，并可测得孔洞的宽度和深度，从而提供了一种测量微小孔洞深度的新方法。可以将孔洞的深度和宽度测量出来，并显示出其三维形貌，利用孔洞口位置和孔洞底部的高度差来计算微小孔洞的深度。
附图说明
图1为获得的孔洞的表面形貌扫描照片，孔洞宽度为82.25μm。
图2为获得的孔洞的三维表面重构图片，将孔洞的三维立体感清晰地显示出来。图片右上角的坐标系为深度与孔洞处拉线长度曲线，横坐标为孔洞拉线长度143.58 μm；纵坐标为孔洞的深度，正值表示凸起部分的高度，负值表示孔洞的深度，由图可知此孔洞的深度为110.2 μm。
具体实施方式
下面以测量激光烧蚀斑点深度为例对本发明进行详细说明。
实施例
1. 截取适合于拍扫描电镜大小的激光烧蚀斑点钢板，并将钢板表面打磨光净干燥；
2. 利用导电胶将试样粘在扫描电镜的样品台上，再将带有试样的样品台放到载物台上；
3. 调试好扫描电镜参数，利用扫描电镜的电子像拍摄出来孔洞的表面形貌照片如附图1所示，然后用三维表面重构功能获得如附图2所示清晰的三维表面重构图片；
4. 根据三维表面重构图片上的孔洞表面和底部位置的高度差即可得到孔洞的深度值。

Claims (2)

1.一种测试微小孔洞深度的方法，其特征在于该方法具有以下步骤：
a. 截取适合于拍扫描电镜大小的金属试样，金属试样表面打磨光净并保持干燥；
b. 利用导电胶将金属试样粘在扫描电镜的样品台上，再将带有金属试样的样品台放到载物台上；
c. 利用扫描电镜的电子像拍摄出来金属试样上孔洞的表面照片，用三维表面重构扫描获得拍得的照片进而得到相应的三维表面重构图片，在三维表面重构照片上利用孔洞的高度差可计算得到微小孔洞的深度。
2.根据权利要求1所述的测试微小孔洞深度的方法，其特征在于金属材料表面需光净干燥，且试样最大直径不超过25mm，测试的最小孔洞的直径为1μm-1mm，微小孔洞的深度为1μm-1mm。
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