1. ISTCGCAP
  2. Всі випуски
  3. Випуск 81, 2015
  4. Дослідження геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JSM-7100F (JEOL, Японія) та точність їхньої апроксимації

Дослідження геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JSM-7100F (JEOL, Японія) та точність їхньої апроксимації

ISTCGCAP.
2015;
Випуск 81, Номер 81
: стоp. 112-120
https://doi.org/10.23939/istcgcap2015.01.112
Надіслано: Квітень 20, 2015
Автори:
  1. О. М. Іванчук
1
Національний університет “Львівська політехніка”

Мета. Цифровим РЕМ-зображенням внаслідок різноманітних фізичних факторів роботи растрових електронних мікроскопів притаманні значні геометричні спотворення. Метою цього дослідження є їх встановлення та ефективне врахування для підвищення точності отримання просторових кількісних параметрів мікроповерхонь об’єктів, які досліджуються за допомогою РЕМ. Завдання це є вкрай важливим, особливо тепер, зокрема, за потреби контролю технологічних процесів виробництва на мікронному та субмікронному рівнях у машинобудуванні, мікроелектроніці та багатьох інших. Це, своєю чергою, дає змогу отримувати необхідні технологічні властивості різноманітних об’єктів, а отже, підвищувати їхню надійність та ефективність. Методика. Для встановлення і дослідження цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JSM 7100F використано спеціальний тест-об’єкт (голографічна тест-решітка) з роздільною здатністю
r = 1425 лін/мм. Цифрові РЕМ-зображення отримано на діапазоні збільшень від 2000х до 40000х. Опрацювання (вимірювання) цифрових РЕМ-знімків виконувалось за допомогою спеціальних підпрограм “Test-Measuring” і “Polycalc” програмного комплексу “Dimicros”. Результати. Отримані лінійні (масштабні) і нелінійні (дисторсійні) складові геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, зокрема, дійсні значення збільшень РЕМ-зображень тест-об’єктів показали, що їхні відхилення від встановлених значень за шкалою РЕМ становлять: уздовж осі х знімка – від приблизно -1 % (при Мх від 2000х до 5000х) до +2,5–4 % (при Мх від 7500х до 40000х), а вздовж осі у знімка – від 0–+1 % (при Мх від 2000х до 5000х) до +3–4 % (при Мх від 7500х до 40000х). Точність вимірів Мх становить приблизно ± 0,5 %. Так, лінійні (масштабні) спотворення РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JSM-7100F, порівняно незначні. Однак для високоточних досліджень кількісних параметрів мікроповерхонь твердих тіл їх необхідно враховувати. Нелінійні (дисторсійні) спотворення досягають на краях РЕМ-знімків за великих збільшень до ±2,5 мм (до 25 пікселів) з розміром зображення 120´90 мм. Поліноміальна апроксимація (врахування) спотворень дає змогу зменшувати їх від
3-х до 10 разів. Наукова новизна. Метричні дослідження цифрових зображень, отриманих на сучасному РЕМ JSM 7100F виконувалось вперше. Запропонована методика досліджень і використане авторське програмне забезпечення показали їхню ефективність і доцільність. Практична значущість. Застосування методики визначення та врахування геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень мікроповерхонь твердих тіл дає змогу суттєво підвищувати точність отримання їх просторових кількісних параметрів, що, своєю чергою, покращує надійність і ефективність виготовленої з них продукції.

растровий електронний мікроскоп (РЕМ)
тест-об’єкт
цифрові РЕМ-зображення
спотворення цифрових РЕМ-зображень
апроксимація
  1. Іванчук О. М. Структура та функції програмного комплексу “Dimicros” для опрацювання РЕМ-зображень на цифровій фотограмметричній станції / О. М. Іванчук, І. В. Хрупін // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. – Львів, 2012. – Вип. I (23). – С. 193–197.
  2. Іванчук О. М. Дослідження точності визначення дійсних величин збільшення (масштабу) циф­рових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JCM-5000 (NeoScope) фірми JEOL / О. М. Іванчук // Геодезія, картографія і аерознімання. – Львів, 2012. – Вип. 76. – С. 80–84.
  3. Іванчук О. М. Дослідження величин геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ DSM-960A (Carl Zeiss, Німеччина) та точності їх врахування / О. М. Іванчук, Т. Бар­фельс, Я. Гееґ, В. Геґєр // Геодезія, картографія і аерознімання. – Львів, 2013. – Вип. 78. – С. 120–126.
  4. Іванчук О. Дослідження геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JCM-5000 (NeoScope) та їх апроксимація / О. Іванчук // Наукові праці Донецького націо­нального технічного університету. Серія: гірничо-гео­логічна. – Донецьк, 2013. – Вип. 1(18). – С. 91–97.
  5. Іванчук О. Дослідження похибок збільшення (масштабу) цифрових РЕМ-зображень, отри­маних на РЕМ-106І (Суми, Україна) за допо­могою спеціальних тест-об’єктів / О. Іванчук, М. Чекайло // Геодезія, картографія і аерозні­мання. – Львів, 2014. – Вип. 79. – С. 82–88.
  6. Іванчук О. Дослідження геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ-106 І (Суми, Україна) / О. Іванчук // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. – Львів, 2014. – Вип. ІI(28). – С. 74–77.
  7. Іванчук О. Особливості калібрування геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на різних РЕМ / О. Іванчук // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. – Львів, 2015. – Вип. I(29). – С. 168–173.
  8. Костышин М. Т. Квантовая электроника / М. Т. Кос­тышин, К. С. Мустафин. – К., 1982. – Вып. 23. – С. 29–33.
  9. Калантаров Е. И. Фотограмметрическая калибровка электронных микроскопов / Е. И. Калантаров, М. Ж. Сагындыкова // Изв. вузов. Геодезия и аэро­фотосъемка. – M., 1983. – № 4.  С. 76–80.
  10. Мельник В. Н. Калибровка геометрических иска­жений РЭМ-снимков / В. Н. Мельник, В. Н. Со­колов, О. М. Иванчук, О. В. Тумская, М. П. Ше­батинов // Рук. деп. в ВИНИТИ. – M., 1984. – № 528. – 18 c.
  11. Мельник В. М. Растрово-електронна стереомікро­фракторафія : монографія / В. М. Мельник, А. В. Шостак – Луцьк : Вежа, 2009. – 469 с.
  12. Финковский В. Я. К теории фотограмметрической обработки РЭМ-снимков / В. Я. Финковский, В. Н. Мельник, О. М. Иванчук // Геодезия и картография. – 1984. – № 2. – С. 29–33.
  13. Шостак, А. В. Методи і моделі мікрофотограмметрії у прикладних наукових дослідженнях : автореф. дис… д-ра техн. наук : 05.24.01 / Шостак Анна Володимирівна; Луцький нац. техн. університет. – К., 2012. –28 с.
  14. Boyde A. Photogrammetry and Scanning electron mic­roscopy / A. Boyde, H. F. Ross // Photogram­metric Record. – 1975. – Vol. 8. – № 46. – P. 408–457.
  15. Burkhardt, R. Untersuchungen zur kalibrirung eines Elektronen mikroskopes // Mitt. geod. Inst. Techn. Univ. Graz. – 1980. – № 35.
  16. Ghosh, S. K. Photogrammetric calibration of a scanning electron microscope // Photogrammetria. – 1975. – Vol. 31. – № 31. – P. 91–114.
  17. Ghosh, S. K. Scanning Electron Micrography and Photogrammetry / S. K. Ghosh, H. Nagaraja // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. – 1976. – Vol. 42. – № 5.  – P. 649–657.
  18. Howell P. A practical method for the correction of distortions in SEM photogrammetry // Proc. Of the Annual Scanning Electron Microscope Symposium. Chicago, Illinois. – 1975. – P. 199–206.
  19. Maune D.F. SEM Photogrammetric Calibration. In Scanning Electron Microscopy: Proceedings of the 8th SEM Symposium. St. Louis. – 1975. – Vol. 1.  – P. 207–215.
  20. Ritter M. A landmark-based method for the geometrical 3D calibration of scanning microscopes. Dissertation Dr.-Ing. Berlin. – 2007. – 131 p.