Mikroskopie im vernetzten Qualitätslabor

Umfassend digitalisiert

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Die Imaging-Software moderner Mikroskope fungiert als Schaltzentrale für eine Vielzahl von Vorgängen Bilder: Zeiss
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Imaging-Software in der Mikroskopie durchläuft gegenwärtig eine rasante Entwicklung vom „Betriebssystem“ für einzelne Mikroskope hin zur Infrastrukturlösung für vernetzte Laborumgebungen. Der konsistente Austausch wertvoller Analysedaten wird dadurch ebenso erleichtert wie die Zusammenarbeit über Labor- und Standortgrenzen hinweg.

Moderne Mikroskopie-Systeme sind heute umfassend digitalisiert. Die Imaging-Software des Mikroskops fungiert als Schaltzentrale für eine Vielzahl von Vorgängen: Nahezu alle Arbeitsschritte von der Bildaufnahme über die Analyse bis hin zum Reporting können automatisiert ausgeführt und in hoher Genauigkeit reproduziert werden. In Laborszenarien mit multimodalen Arbeitsabläufen lässt sich der Produktivitätsgewinn aber nur dann ausschöpfen, wenn die Möglichkeiten der Digitalisierung nicht auf einzelne Geräte und Anwendungen beschränkt bleiben. In der industriellen Qualitätssicherung wird die Vernetzung aller beteiligten Systeme und Daten zum Schlüsselfaktor für effiziente Prozessabläufe. Der Bedarf an Vernetzung ist dabei durchaus vielschichtig und tritt auf mehreren Ebenen zutage:

  • Mitarbeiter sollen auf Instrumenten unterschiedlichen Typs die stets gleichen Arbeitsbedingungen und eine vertraute Benutzeroberfläche vorfinden.
  • Die Arbeit in Teams erfordert ein anpassungsfähiges Benutzer- und Rechtemanagement, um Routineaufgaben und Expertenanalysen zu ermöglichen und miteinander zu verzahnen.
  • Die Grenzen zwischen verschiedenen Mikroskopie-Technologien sollen überwunden werden, um die komplementären Daten für bessere Entscheidungen nutzbar zu machen.
  • Mehrere beteiligte Instanzen sollen so reibungslos wie möglich zusammenarbeiten.
  • Unterschiedliche Unternehmensstandorte sollen nach einheitlichen Standards arbeiten und reproduzierbare Ergebnisse liefern.
  • Die an verschiedenen Orten gesammelten Analysedaten sollen für alle Beteiligten jederzeit konsistent verfügbar sein.

Zeiss Zen 2 Core steht für eine neue Generation von Imaging-Software, die diesen Anforderungen gerecht wird, indem sie alle Komponenten und Akteure miteinander vernetzt. Die einfachste Form der Vernetzung beginnt auf der Ebene von Mikroskopen in Einzelplatzanwendungen. Herkömmliche Lichtmikroskope erzeugen ein analoges, lediglich durch das Okular zu betrachtendes Bild. Durch das Einbinden einer Digitalkamera können Nutzer Bilder digital aufnehmen, die Bildanalyse erweitern und gewonnenes Datenmaterial im Netzwerk bereitstellen.

Die Software steuert den gesamten Prozess: Die Automatisierungsfunktionen des Mikroskops werden dabei vollständig ausgeschöpft, um beispielsweise zuvor definierte Beleuchtungsparameter einzustellen oder Job-Templates abzuarbeiten. Die Ansteuerung der Digitalkamera, die Wahl der Belichtungseinstellungen und die eigentliche Bildaufnahme werden ebenfalls direkt aus der Anwendung heraus gesteuert. Schließlich übernehmen die Mitarbeiter am Mikroskopie-Arbeitsplatz selbst oder – nach Bereitstellung der Probendaten im Netzwerk – weitere am Workflow beteiligte Mitarbeiter die Bildauswertung, etwa dimensionale Messung, Oberflächencharakterisierung oder Partikelanalyse.

Herausfordernder ist die Darstellung von Arbeitsabläufen, an denen unterschiedliche Systeme in aufeinanderfolgenden Prozessschritten beteiligt sind. Ein typisches Szenario beginnt in der Fertigungskontrolle unter Verwendung von Stereo- oder Digitalmikroskopen, die sich für eine zügige Inspektion und Dokumentation eignen. Werden Fehler und Abweichungen an den Werkstücken entdeckt, ist oft eine Proben-Übergabe an das Qualitäts- oder Materiallabor notwendig. Dort untersuchen die Mitarbeiter das Bauteil detaillierter mit Hochleistungs-Lichtmikroskopen oder Konfokal-Systemen.

Hier kommen die Vorteile einer einheitlichen Imaging-Software zur Geltung. Dank der Breite des von Zen 2 Core unterstützten Instrumentenportfolios lässt sich ein solch systemübergreifendes Arbeiten leicht realisieren. Während des gesamten Arbeitsablaufs – von der ersten Inspektion des Werkstücks bis zur Archivierung der Analyseresultate – nutzen alle Mitarbeiter eine einheitliche Benutzeroberfläche. Die gewonnenen Daten werden zügig bereitgestellt, zwischen den beteiligten Systemen ausgetauscht und schließlich an Analyse-Arbeitsplätzen ausgewertet.

Mit der Software gelingt zudem die Verbindung von Licht- und Elektronenmikroskopie. Beide Techniken weisen komplementäre Bildgebungs- und Analyseeigenschaften auf. Während (digitale) Lichtmikroskope dank der natürlichen Bildgebung vor allem Vorteile bei der zügigen Probeninspektion bieten, eröffnet die Elektronenmikroskopie weiterführende Analysemethoden – etwa die topographische Untersuchung im Nanometerbereich. Die Kombination der Daten beider Verfahren, die Korrelative Mikroskopie, birgt große Vorteile für eine aussagekräftige Probencharakterisierung.

In der Praxis scheitert das Ausschöpfen dieses Potenzials jedoch oft an der Inkompatibilität der Systeme. Mit dem kombinierten Hardware- und Software-Modul Shuttle & Find bietet Zeiss eine Lösung zum problemlosen Überbrücken der Systemgrenzen. Spezielle Probenhalter sorgen für einen unkomplizierten Transfer der zu untersuchenden Werkstücke vom Licht- auf das Elektronenmikroskop, während die Software sicherstellt, dass die gewonnenen Daten sinnvoll miteinander verknüpft werden. So lassen sich zum Beispiel die zu untersuchenden Regionen einer Probe zügig mit dem digitalen Lichtmikroskop markieren, um sie anschließend ohne weiteren Aufwand für Suche und Kalibrierung im Rasterelektronenmikroskop (REM) zu lokalisieren.

Damit Qualitätsingenieure in erweiterten Laborumgebungen standardkonform und mit reproduzierbaren Ergebnissen arbeiten können, ist ein zentrales Benutzermanagement unverzichtbar. Über Rechte- und Rollenzuweisung stellt die Software sicher, dass die Rollen definitionsgemäß abgebildet werden und in einer den jeweiligen Aufgaben gemäßen Benutzeroberfläche ihre Entsprechung finden. Mit Hilfe von Job-Templates wird der subjektive Einfluss von Anwendern auf Untersuchungsergebnisse auf ein Minimum reduziert. Gleichzeitig garantieren sie, dass auch bei wechselnder Belegschaft, unterschiedlichem Kenntnisstand der Anwender und in der standortübergreifenden Zusammenarbeit wiederholbare Ergebnisse erzielt werden. Schließlich sorgen Archiv- und Datenbankfunktionen dafür, dass alle Daten zu jeder Zeit und an jedem Ort konsistent verfügbar sind. ■


Der Autor

Dr. Robert Zarnetta

Leiter Business Sector Manufacturing &
Assembly

Zeiss Mikroskopie

www.zeiss.de/mikroskopie

Durch einen unkomplizierten Transfer von Proben und Analysedaten ermöglicht das kombinierte Hardware- und Software-Modul Shuttle & Find multimodale Workflows zwischen Licht-, Digital- und Elektronenmikroskopen mit zusätzlicher Anbindung separater Office-Workstations für Datenanalyse und Reporting


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