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洁净度自动分析:从 Aspex 到 ParticleX

 发布时间:2022-07-07 点击量:221

“We challenge ourselves to work together to advance innovation that makes a real difference in people’s lives.”

—— Dr. Richard
 

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Aspex 的起源可以追溯到 1992 年(前身为 RJ Lee Group, Inc. 的一个部门),当时开发人员意识到常规扫描电子显微镜(SEM)的局限性,并推出了“personal”的 SEM(PSEM)。此时正值美国 20 世纪 90 年代的“质量革命”,工业界越来越重视材料表征。从那时起,Aspex 被持续开发以用于工业中质量和过程控制的 SEM。
 

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与美国能源部合作的项目书

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1992 年 Aspex(钨灯丝)

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RJ Lee Group 通过结合扫描电子显微镜(SEM)、X 射线分析仪 (EDS) 和智能软件创建了 CCSEM(计算机控制的扫描电子显微镜)。与卡内基梅隆大学合作,并在美国能源部的资助下,开发了一种自动化钢铁清洁度分析工具 -- ASCAT。该显微镜能够在不到一小时的时间内采集金属样品并分析夹杂物达数百个。此外,此工具可以广泛应用于汽车清洁度分析、锂电清洁度分析以及枪击残留物分析。
 

 

时至今日,随着各行业对于产品的品质和质量的要求越来越高,钢铁、汽车、锂电的制造商必须能够将产品的清洁度控制到微米级别的范围。制造商定义污染物是比较简单的,和最终总成、零部件或流体等不是一体的颗粒或碎片都可以被视为污染物,但不幸的是,消除和控制污染物的过程不像定义那么简单,要实现微米范围清洁度的控制,主要困难在于如何监测该尺度下的颗粒或碎片。

 

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Aspex 可以解决这一困难,帮助制造商达到清洁度和质量控制的新标准。例如,制造业的领人物及其供应商,如福特、奔驰、博世以及康明斯等,都已在其工厂安装了 Aspex 系统,以提高产品的性能并降低保修成本。从起初为揭示部件失效的潜在原因,到成为长期改善产品质量检测不可分割的一部分,Aspex 已成为质量管理人员在监测粒子碎片和清洁度过程中*的工具。


2. 从 Aspex 到 ParticleX

如今,Aspex 已走过 30 年的发展历史,结合市场的实际需求,功能不断更新迭代,目前已升级至 ParticleX,从钨灯丝到长寿命、高亮度的单晶体 CeB6 灯丝,7×24 小时连续运行,测试结果更准确;体积也从之前的大型落地式升级为小巧的桌面型。

 

  • 超长使用寿命


钨灯丝的使用寿命在 100h 左右,随着钨大量挥发导致灯丝熔断,造成测试中止,需频繁拆卸腔体,更换灯丝,并清理光路。而钨灯丝断裂的不确定性和清理光路的过程,对于客户进行自动化分析产生了一定的困扰,测试的突然中止意味着需要重新进行新一轮的数据采集,相当于额外重复了工作量,并且数据无法按照预计的时间节点获取到。因此新的 ParticleX 更换为 CeB6 单晶体灯丝,其标定寿命为 1500 小时,在软件界面可以随时查看灯丝的使用时长,因此在使用过程中无需操作人员频繁更换灯丝,可 24 小时运行,提升了设备运行的连续性。
 

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[左] 未使用;[右] 使用时长约 100h

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[左] 未使用;[右] 使用时长超过 1500h

 

  • 更稳定的亮度确保测试结果的准确性


钨灯丝在使用过程中由于快速挥发,导致亮度波动性较大,从而会降低测试结果的准确性。而 CeB6 单晶体灯丝在使用过程中,灯丝挥发率极低,电子发射效率稳定,且灯丝亮度更高,因此其测试结果的准确性也得到了大幅提高。
 
 

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钨灯丝和 CeB6 灯丝亮度模拟对比

 

  • 从落地式到桌面式:Small is Bigger

不管是 Aspex 还是 ParticleX,其功能定位都是一台专业用于洁净度分析的全自动化设备。从庞大的 Aspex 到精巧的 ParticleX,这得益于电子工业的发展和 CeB6 晶体灯丝的优良性能。把设备设计得更为紧凑,具有如下优点:

· 不需要单独的房间,一张桌子就足够;

· 不需要外加防震装置,内置防震系统,可以放置于车间环境,也可以放置于高楼层;

· 不需要外加防磁装置,内置磁屏蔽,无需进行场地测试和场地改造;

· 不需要专业技术人员,简单培训即可操作;

· 方便搬运和移动,遇到实验室搬迁等,可以快速搬运,并经过简单组装即可使用。
 

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常规扫描电镜照片

从落地式的 Aspex 到桌面式的 ParticleX,得益于 CeB6 单晶体灯丝的优良性能,以及内置了一套常规电镜操作系统,可完全实现常规电镜功能的同时,又可以实现强大的自动化测试。

3. 从半自动到全自动,逐步走向智能化
 

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Aspex 初期,软件开发团队与硬件开发团队并不在同一家公司,由于软件团队并不能获得硬件设备的全部权限,因此其自动化程度以及系统流畅度并未达到最佳状态(例如设定系统亮度时,需要人为干预)。这一问题,在新的 ParticleX 系统中,得到了全面的改善。自动化程度越来越高,可以自动设定亮度值、实时动态调节灯丝状态等。ParticleX 可编辑的自动化流程,使得操作人员只需要简单培训,即可上手操作。

以往的 Aspex 的软件最高可更新至 Perception 3.x 版本,而新的 ParticleX 已经可更新至 Perception 6.4,并将持续更新。同时,ParticleX 软件算法中也引入越来越多的人工智能判定,逐步走向智能化。

4. 从分析仪器到解决方案
 

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ParticleX 可以取代传统低效的总体测重法和光学检测法。总体测重法只能提供有限的数据,光学检测法无法量化和测量太小的受损颗粒,ParticleX 则可将小到 0.2 微米的微粒按大小、形状和元素组成进行详细的分类。当您需要跟踪污染物并回溯其来源时,ParticleX 允许操作者用手工方式进行重定位以做进一步的检查。此外,其先进的报告工具可以对海量数据进行评估,迅速实现“大海捞针”或发现隐藏的问题。

ParticleX 是专为车间生产现场的质量控制人员设计的,为适应生产现场的复杂环境而做了特殊设计。ParticleX 提供的不仅仅是分析数据,更是解决方案,它可以向您提供作出决策所需的信息,助力您的研发与生产制造。

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