高解析显微镜 Hirox全新一代的镜头模组如何对复合材质的精密铸件缺陷分析?
複合材質的精密鑄件主結構除金屬外，增加非金屬材質加工一體成形的零組件，本文以Hirox 3D數位顯微鏡全新一代的鏡頭模組進行觀察任務，透過內建多重照明機構切換光源形式、角度與濾鏡，不受來自相異材質之間的表面反射光影響，可清楚找出缺陷發生的形貌與位置。
一、Hirox 全新一代鏡頭模組的實機操作特點：
二、範例實測-複合材質的精密鑄件
(1)圖(一)低倍率觀察到精密鑄件由兩種材質(鋁合金與橡膠)組成，精密鑄件的外側被橡膠墊圈O-ring包覆，可觀察樣品Ａ的墊圈外觀表面平整無缺陷，但樣品Ｂ的墊圈外觀表面為破裂缺陷。
(2)進一步對墊圈表面缺陷的精密鑄件樣品B進行觀察，在缺陷位置以鑲埋研磨方式進行，如圖(二)所示，圖中央為螺孔，兩側紅色框選處為非金屬材質的O-ring墊圈。
一、Hirox 全新一代鏡頭模組的實機操作特點：
- 全新設計將相機與鏡頭整合在一個裝置，隨附鏡頭的倍率10倍至500倍，可選配鏡頭組合可達10,000倍的倍率範圍。
- 即時HDR與即時自動影像最佳化，達到使用者對成像色彩的精準要求。
- 大視野3D輪廓的自動拼接功能：在執行3D合成與自動拼接之下，同時保持高光學解析度與寬廣視野的成像。
二、範例實測-複合材質的精密鑄件
(1)圖(一)低倍率觀察到精密鑄件由兩種材質(鋁合金與橡膠)組成，精密鑄件的外側被橡膠墊圈O-ring包覆，可觀察樣品Ａ的墊圈外觀表面平整無缺陷，但樣品Ｂ的墊圈外觀表面為破裂缺陷。
▲圖一 低倍率觀察下，分別從兩個樣品的墊圈O-ring外觀表面找出破裂缺陷
(2)進一步對墊圈表面缺陷的精密鑄件樣品B進行觀察，在缺陷位置以鑲埋研磨方式進行，如圖(二)所示，圖中央為螺孔，兩側紅色框選處為非金屬材質的O-ring墊圈。
▲圖二 墊圈表面缺陷的精密鑄件在缺陷位置以鑲埋研磨方式進行
先從B處點觀察：
由圖(三)左方，使用傳統光學顯微鏡在高倍率觀察下，不同材質的表面反光直接影響顯微鏡對焦段與光影的成像判斷，成像無法清晰呈現，只能大概判定紅框內的圈選處可能是缺陷。
從圖(三)右方，使用Hirox全新一代鏡頭模組在相同倍率，從系統操作介面調整多重照明機構的光源形式、角度與濾鏡，所拍攝的成像可清楚分辨出三種不同材質，並且明顯分辨墊圈的中央有一凹陷處，這是產生氣泡所造成的缺陷。
▲圖三 不同材質的表面反光直接影響顯微鏡對焦段與光影的成像判斷
再以相同觀察條件對A處點觀察：
從圖(四)中，並未觀察到O-ring墊圈有氣泡缺陷，但從紅色框卻看到疑似長條凹陷形貌位在墊圈與金屬之間，須建立3D輪廓進行確認。
從圖(四)中，並未觀察到O-ring墊圈有氣泡缺陷，但從紅色框卻看到疑似長條凹陷形貌位在墊圈與金屬之間，須建立3D輪廓進行確認。
▲圖四 墊圈無氣泡缺陷，但紅色框選處看得到長條凹陷形貌在墊圈與金屬之間
(3)圖(五)是自動3D拼接功能所建立3D輪廓成像，左邊深色區域是墊圈包覆著右邊淺色區域的金屬材質，觀察到兩區域之間明顯有長條凹陷形貌。
取五條剖線(線號1~5)進行量測，圖(五)右邊紅框是量測每一剖線的數據表，可觀察出線號(２)與線號(3)寬度相對明顯，而線號(２)量得寬度28.13μm為最大；再從數據表中線號(1)~(5)的最大高低差數值來看，線號(３)數值12.15μm為最大深度。
因此確認長條凹陷形貌的最大寬度與深度，判定這位置也是氣泡產生的區域，同樣屬於墊圈與金屬之間的密合度缺陷。
取五條剖線(線號1~5)進行量測，圖(五)右邊紅框是量測每一剖線的數據表，可觀察出線號(２)與線號(3)寬度相對明顯，而線號(２)量得寬度28.13μm為最大；再從數據表中線號(1)~(5)的最大高低差數值來看，線號(３)數值12.15μm為最大深度。
因此確認長條凹陷形貌的最大寬度與深度，判定這位置也是氣泡產生的區域，同樣屬於墊圈與金屬之間的密合度缺陷。
▲圖五 自動3D拼接功能建立3D輪廓成像，對長條凹陷形貌進行量測
三、結語
精密鑄件以鋁合金組合O-ring墊圈，在一體成形的加工過程中因為材料屬性差異，可能產生氣泡造成密合度缺陷，本文以傳統光學顯微鏡與Hirox 3D數位顯微鏡分別進行觀察，全新一代的鏡頭模組可透過內建的多重照明機構切換光源形式、角度與濾鏡，不受到相異材質表面反射光的影響，所拍攝的清晰成像可清楚分辨O-ring墊圈的氣泡缺陷，更能進一步以自動3D拼接功能建立大視野的3D輪廓成像，並對其缺陷進行測量。
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