Messen mit Axio Imager

  • Abb. 1: Axio Imager Z1m - im SystemAbb. 1: Axio Imager Z1m - im System
  • Abb. 1: Axio Imager Z1m - im System
  • Abb. 2: Das TFT-Display ist zentraler Bestandteil des neuen Bedienkonzepts beim Axio Imager
  • Abb. 3+4: Automatische Partikelauswertung an Filtern mit Restschmutz
  • Abb. 3+4: Automatische Partikelauswertung an Filtern mit Restschmutz
  • Abb. 5: Bonddraht an LED, Zielpräparation mit „TargetSystem", dem mikroprozessorgesteuerten Schleif- und Poliersystem (Bildnachweis: Struers GmbH, Frau Dr.-Ing. Gabriele Steffes)

Neue Anforderungen an Prozesssicherheit, Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle haben in den vergangenen Jahren das Bild der industriellen Fertigung immer weiter verändert. Das Lichtmikroskop hat diesen Wandel mit ermöglicht und gleichzeitig mit vollzogen. Heute erfüllt es neue und immer komplexere Aufgaben in diesen Bereichen. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, bestehen moderne Mikroskoparbeitsplätze aus einem Gesamtsystem wohl aufeinander abgestimmter Komponenten. Wie so oft ist auch hier das Ganze mehr als die Summe der Einzelteile. Bei der Entwicklung des neuen Mikroskopsystems Axio Imager hat sich Zeiss die Frage gestellt, welche Ansprüche an die einzelnen Elemente zu stellen sind, damit am Ende ein verlässliches (Mess-)System zur Verfügung steht.

Aus Prinzip

Die vom Mikroskop erzeugte vergrößerte Abbildung des Objekts ist ähnlich, wenn man von einer vernachlässigbar geringen Verzeichnung absieht. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, nicht nur die Gestalt des Objekts wahrzunehmen und zu beschreiben, sondern seine Abmessungen quantitativ zu bestimmen. Beispielsweise misst man hierzu die gesuchte Länge im vergrößerten Bild und dividiert die erhaltene Größe durch den Abbildungsmaßstab. Die meisten mikroskopischen Längen- und Flächenmessungen beruhen auf diesem Grundgedanken.

Ins rechte Licht rücken

Mit der richtigen Beleuchtung fängt alles an! Eine homogen gestaltete Beleuchtung ist Grundvoraussetzung, um verlässliche und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Zwar können per Software durch die sog. Shadingkorrektur etwaige Inhomogenitäten ausgeglichen werden, aber dadurch schränkt sich der zur Verfügung stehende Dynamikbereich von vorn herein ein.

In den neu konzipierten Beleuchtungssystemen im Auf- wie im Durchlicht des Axio Imager wurden neueste Erkenntnisse aus Optikdesign und Optikfertigung umgesetzt. Leuchtfeld- und vor allem Aperturblende können ausreichend fein abstufbar eingestellt werden, um jeweils ideale Bedingungen für die Objektive zu schaffen. Die Einstellungen der Blenden und – falls erfolgt – der Einsatz von Abschwächungs- und Interferenzfiltern ist dabei dokumentiert und reproduzierbar, so dass man zu einem späteren Zeitpunkt ein Ergebnis nachvollziehen kann.

Objektiv betrachtet

Die Objektive sind nach wie vor das entscheidende Glied in der Kette vom Objekt zum Messergebnis.

Am Ort des Zwischenbildes ist die Bildentstehung im Mikroskop abgeschlossen. Was hier als Information aus der Probe nicht vorliegt, kann später nicht mehr hinzugewonnen werden. Die Wahl der richtigen Glassorten, entsprechende Vergütungen der Linsenoberflächen, die Korrektion der bekannten Abbildungsfehler, Vermeidung von Vignettierung sowie die Ebnung des Bildfeldes sind die Kriterien, an denen Mikroskopobjektive gemessen werden. Während im Allgemeinen hinreichend gute Planität bei Objektiven für den industriellen Einsatz als Standard angenommen werden kann, werden bei den anderen Parametern oftmals Kompromisse eingegangen. Je nach Anwendungsfall können solche Kompromisse durchaus auch zugunsten der Wirtschaftlichkeit angebracht sein. Entscheidend ist das Ergebnis!

Die EC (Enhanced Contrast) Objektive aus der Epiplan-Neofluar Reihe und der Epiplan-Apochromat Reihe von Carl Zeiss gehen solche Kompromisse nicht ein. Sie sind die wahren Leistungsträger des Systems - ohne dabei den Aspekt der Wirtschaftlichkeit außer Acht zu lassen.

Stabile Verhältnisse schaffen

Präzision verlangt immer auch nach stabilen Verhältnissen. Gerade bei Anwendungen mit hohem Probendurchsatz werden das Stativ und die mechanischen Baugruppen hohen Belastungen ausgesetzt. Das gesamte mechanisch-optische Grundkonzept des Mikroskops Axio Imager baut sich daher um die „Stabile Zelle“ herum auf. Dieses Kernstück jeden Stativs trägt die Objektive und die Probe – isoliert vom Rest des Mikroskops. Dadurch wird sichergestellt, dass mechanische und thermische Einflüsse, soweit sie die Messung beeinflussen können, vorher aufgefangen werden.

Das Digitale Auge

Lange Zeit schien es für Digitalkameras angestrebtes, aber unerreichbares Ziel zu sein, die Auflösungsleistung hochwertiger Mikroskopoptiken auszuschöpfen. Die Kameras der AxioCam Familie wurden daher speziell für die Bedürfnisse der Mikrofotografie entwickelt und stellen heute das ausgewogene Bindeglied zwischen Hardware und Software dar. Die Anzahl der Pixel auf dem Sensor – mittlerweile im zweistelligen Millionenbereich gezählt – ist dabei keinesfalls als einziges Leistungsmerkmal für die Beurteilung einer digitalen Mikroskopkamera geeignet. Ebenso wichtig sind unter vielen anderen Aspekten ein ausreichend großer Dynamikbereich, eine objekttreue Farbwiedergabe und die sinnvolle Einbindung in die Softwareumgebung.

Mit System zum Ziel

Die meisten Anwendungen sind heute durch Regelwerke sehr genau spezifiziert. Im Einzelfall kann das dazu führen, dass eine Systemlösung zu einer Speziallösung wird, die genau eine Aufgabenstellung löst. Carl Zeiss hat es sich zum Prinzip gemacht, Speziallösungen anzubieten, ohne die Qualitäten eines Generalisten einbüßen zu müssen. Am Beispiel der mikroskopischen Partikelanalyse zur Kontaminationsbestimmung wird dies deutlich.

Innerhalb des vorgegebenen Rahmens, wie der ISO 4406 und ISO 4407, entstand ein Mikroskopsystem, das einerseits die Forderungen der Norm umsetzt, andererseits modular und flexibel an andere Aufgabenstellungen angepasst werden kann. Dies gilt sowohl für das Mikroskop selbst, wie auch für die Bildanalyse-Software AxioVision. Aufbauend auf einer Basisfunktionalität werden in diesem Beispiel weitere Softwaremodule aufgesetzt. So werden Axio Imager, AxioCam und AxioVision mit den Modulen MosaiX, AutMess und dem Applikationskit „Partikelanalyse“ zu einer Einheit.

Der Faktor Mensch

Leistungsdruck, Zeitdruck und Tagesform werden gern außer Acht gelassen und nehmen doch ständig an Bedeutung zu. Liefertermine müssen eingehalten werden – d. h., dass sorgfältige Prüfungen effizient und schnell durchgeführt werden müssen, ohne Abstriche an der Qualität zu machen.

Besonders in diesem Bereich zeigen sich die Stärken der neuen Zeiss Lösung. Sinnvolle Motorisierung und ein anwenderfreundliches Bedienkonzept erleichtern und vereinfachen den Workflow, indem Arbeitschritte logisch strukturiert aufgezeichnet werden und später reproduzierbar und automatisch ablaufen können. Die ergonomisch richtige Ausgestaltung von Mikroskop und Peripherie macht dabei das tägliche Arbeitsleben nicht nur leichter, sondern wirkt auch ermüdungsbedingten Fehlbedienungen entgegen.

Heinrich Bünger Produktmanager Carl Zeiss AG Geschäftsbereich Lichtmikroskopie Tel. 0551/5060-0 info@zeiss.de www.zeiss.de

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