清洁度检测系统，奥林巴斯显微镜总代理，倒置荧光显微镜

技术清洁度的基本知识是什么？

当今的技术产品日益复杂，特别是在航空航天、汽车、重型设备和电气工程行业中，因而人们对产品的可靠性和质量保证的要求也越来越高。成品的耐用性和使用寿命取决于产品的多种其他特性，而产品的所有特性都与其可以测量的技术清洁度息息相关：

• 产品材料的质量和特性

• 适当的公差

• 表面的总清洁度或颗粒负载

技术清洁度如何影响产品的可靠性？

产品污染现象通常发生在制造过程中，但是也可能发生在存储、清洁或处理的过程中。如果产品受到污染，会直接影响成品的可靠性和使用寿命。不干净的表面或生产液体对产品造成的危险包括功能失效、产品故障，甚至产品完全报废。

在制造和装配过程中使用的技术设备表面上残留的污物可能会导致设备性能不可靠和/或很差、生产停工、浪费材料和能源等问题。较大的残留颗粒可能会使产品的功能完全丧失。随着系统组件尺寸的不断减小，较小的残留颗粒也可能会导致灾难性故障的发生，并造成整个成品的报废。

技术清洁度在哪些应用领域最为重要？

部件和零件的清洁度检测是制造工艺的关键性环节。以下对某些特定行业技术清洁度的重要性进行几点基本说明：

• 重型机械：由于构成重型机械的部件很大，且可能难以接触到这些部件并直接进行检测，因此对这些产品的检测，可能会耗费很多成本。不过，我们可以选择不对机械产品本身进行检测，而是通过检测使用过机油中的颗粒含量而了解机械产品的清洁度，这是一个更具成本时间效益的方法。机油的状态可以准确地表明机械产品的清洁情况。

• 电气工程：如果在生产过程中电路的联结点上存有颗粒，则表明电路连线没有被正确地构建。探测到这些颗粒并随后清除颗粒，是避免印刷电路板（PCB）短路的好方法。

• 汽车行业：在汽车行业中，许多复杂的系统和部件都需要一尘不染。这些系统和部件包括ABS系统、燃油喷射器、制动卡钳以及液压油系统。

技术清洁度检测的过程是什么？

适当的技术清洁度检测要按照一种明确、完善的工艺完成，这种工艺首先要通过滤膜提取到颗粒，然后再对会直接影响成品性能、使用寿命和可靠性能的污染物进行定量分析。可以通过冲洗、喷洗、晃动冲洗或超声波清洗的方法将样品上的颗粒分离出来，然后再借助滤膜将这些颗粒收集起来。待滤膜干燥后，使用多步骤检测工艺对滤膜上的颗粒进行检测，以识别和分析前述对成品有害无益的污染物。对污染物的分析要按照国际标准完成，如：ISO 16232 (VDA 19.1)和ISO 4407。

当今的技术产品日益复杂，因此需要更高水平的污染控制

汽车、航空航天、重型机械和电气工程行业的技术产品日益复杂，因此对生产条件和生产部件的清洁要求也日益提高。技术设备和部件表面上残留的污物可能会导致设备性能不可靠和/或很差；在制造过程中，设备上残留的颗粒会造成停工、延误交货时间、浪费材料和能源以及退货等问题。

技术清洁度检测应用包括对ABS系统、柴油喷射器、制动卡钳、液压系统、管道、PCB、互连系统和较大重型机械部件的清洁情况进行检测。

清洁度检测过程

技术清洁度检测是一个包含了一系列准备步骤和检测步骤的较为复杂的过程。这篇博客对技术清洁度的检测过程进行概括介绍（后续博客将更深入地说明所涉及的准备和检测步骤）。

准备工作

检测之前对部件的准备工作分为如下步骤：

• 部件清洗：准备阶段始于从生产线上取下一个部件样本并进行清洗（在提取步骤之前）。

• 提取：在放置于无尘室的提取柜中去除被测部件上的颗粒。可以通过冲洗、喷洗、晃动冲洗或超声波清洗的方法去除颗粒。

• 过滤：对提取液进行过滤，并在滤膜上收集提取的颗粒（过滤材料包括纤维素、聚酯、玻璃纤维和尼龙网布）。

• 烘干并称重：滤膜被烘干，并准备接受进一步分析。滤膜烘干后，会留下所有杂质，然后，使用分析天平对其称重。

检测

检测过程包括以下步骤：

• 图像采集和载物台的移动：烘干的滤膜被放置在电动显微镜的载物台上，以采集检测所需的图像。

• 颗粒的探测：观察滤膜的图像，以找到表现为明亮背景中黑色区域的颗粒。

• 粒径的测量：根据不同参数对所探测到的颗粒进行测量，这些参数包括：大卡尺直径（与颗粒投影相切的两条平行线之间的距离）和等效圆直径。

• 粒径的分类：对颗粒进行了测量之后，将颗粒分成不同的粒径级别组。两个主要粒径等级为差值（由小和大粒径定义）和累积（仅由小粒径定义）。

• 颗粒计数外推法：在滤膜中定义一个区域进行扫查，并探测其中的颗粒。这些区域可以是滤膜尺寸（整个滤膜区域）、流经区域（颗粒所覆盖的滤膜区域）、大扫查区域（检测所能扫查的大区域），以及检查区域（由用户定义的实际扫查区域）。

• 颗粒计数归一化：由外推法获得的颗粒计数被归一为某种比较值，从而可以对多次测量获得的结果进行比较。归一化方法包括清洗区域（归一为1000平方厘米区域的颗粒计数）、清洗体积（归一为100立方厘米区域的颗粒计数）、清洗样件（归一为单一样件的颗粒计数），以及过滤流体（归一为1毫升或100毫升过滤流体的颗粒计数）。

• 污染水平的计算：这种分类水平不是由粒径决定的，而是由（大多数国际标准）所定义污染级别中的颗粒总体数量决定的。

• 清洁度代码的定义：某些标准将测量数据的表现方式简化为简要的说明。这种清洁度代码根据标准而定义，并由粒径的级别和污染水平构成。

• 大审核值：进行核查以获得大审核值是一个可选步骤。如果需要获得一个大审核值，则会在检测配置中确定，也可能会确定一个颗粒数量值或者一个大清洁度代码。

• 反光颗粒和非反光颗粒的区分：金属颗粒和非金属颗粒之间的区别是通过确定颗粒是否反光而完成的（这种区分极其重要，因为金属颗粒会造成比非金属颗粒大得多的伤害）。

• 纤维鉴别：在滤膜上探测到的纤维通常与滤膜上发现的其他颗粒来自于不同的地方（例如：纤维可能来自工作服或者抹布）。因此需要根据评估清洁度所使用的标准，识别、分析或忽略纤维。

• 结果的复核：在复核结果的过程中可能会执行以下操作：删除被错认为颗粒的项目；将靠得很近并被错认为是单个大颗粒的多个颗粒分开；将靠得很近并被错认为是不同颗粒的一个颗粒的组成部分融合在一起；修正错误的颗粒标签（例如：金属或非金属）。

• 报告的创建：技术清洁度检测报告可以包括某些颗粒采集参数的说明、颗粒分类表、颗粒区域覆盖的详细信息，以及大颗粒的图像。

OLYMPUS CIX系列：为技术清洁度的检测而设计

技术清洁度检测向检测人员提出了一系列挑战，其中包括在检测过程中核查检测结果，同时观察反光和非反光颗粒，每天检测多个样本，基于不同的标准修正并重新计算结果，以及制作合规性报告分享结果。OLYMPUS CIX系列，特别为技术清洁度检测而设计，不仅可以迎接上述挑战，而且使用方便，可以使用户在非常舒适的条件下完成检测。OLYMPUS CIX系列的高端光学部件，硬件和软件的无缝整合，以及无需维护的可靠设计，确保了图像条件的再现性，并使清洁度检测成为一项可以轻松完成的日常任务

应用：使用OLYMPUS CIX100技术清洁度检测系统进行钢厂液压设备污染分析

在钢厂，某些生产设备需要液压油压力进行驱动。在操作过程中，该设备中使用的液压油可能受到污染，从而改变其化学成分，影响设备的效率，最终缩短液压油和设备的使用寿命。颗粒污染物的可接受水平由国际标准和公司标准确定。钢厂操作人员依据符合这些标准的污染管理计划能够使液压油保持良好状态。此计划涉及通过定期技术清洁度检测来监测和分析液压油颗粒污染。不过，有些污染分析方法比如使用实验室天平的重量分析或颗粒计数器，存在固有缺陷，不那么精确：

1. 使用重量分析来分析污染时，可以确定污染物总质量，但单个颗粒的大小数据未知。

2. 颗粒计数器无法进行金属和非金属分类，或按形状分类。此外，根据液压油中污染物的取向，颗粒计数可能不准确。

奥林巴斯的解决方案

使用OLYMPUS CIX100技术清洁度检测系统进行分析

产品的特性

1. OLYMPUS CIX100系统具有高性能工业显微镜和多功能专用软件，可以获得每个颗粒污染物形状和大小的高精度数据。

2. 该系统利用其独特的光学系统，检测反光颗粒和非反光颗粒，因此可以通过一次扫描分类金属和非金属污染。

3. OLYMPUS CIX100系统符合NAS1638/ISO4406、4407/NFISO21018、NF E48-651和48-655工业标准。还允许用户创建自己的分类设置。

应用：汽车部件清洁度检测应用案例

1. 背景

一辆汽车的整体质量等同于其各个部件质量的总合，确保每个部件达到严苛标准的优质水平，是每个汽车制造商义不容辞的责任。汽车制造商还必须考虑减排、燃油效率、长期耐用性和监管标准等方面的要求。随着汽车零部件变得日益复杂，汽车制造商也更加着力强调零部件的材料特性、装配公差和技术清洁度一定要符合严格的要求，而使零部件达到规定的标准，在最终产品的长期耐用性、可靠性及预期寿命方面都发挥着举足轻重的作用。

颗粒污染物会直接影响部件的可靠性，特别是在部件是由多个供应商的组件装配而成的情况下。随着系统和组件越变越小，甚至极其微小的颗粒也会引起灾难性的故障，因此对部件和液体进行技术清洁度和完整性的评估成为质量控制过程的一个必不可少的环节。

2. 应用

在生产过程中，需要以切割、打磨和去毛刺等方式对所制造的金属部件进行加工处理。如果在切割、打磨和去毛刺的过程中没有将所产生的金属屑和其他异物从关键性的部件中适当地清理和清除，就可能产生涉及到整个系统的严重问题。这些部件如：曲轴轴承夹具、阀门堵塞装置、喷嘴、喷油器、过滤器或电子部件。如果燃油系统、制动系统、液压回路或电子设备的任何部件不符合清洁度的要求，则整个系统都可能会发生故障。

为了确保部件和系统符合清洁度的要求，首先要使用无尘室中的提取箱将污染颗粒从部件上分离出来。通过液体淋浴或超声波清洗的方式将部件上的污染物质去除。然后将含有污染物的清洗液体通过滤膜，以提取颗粒。滤膜被夹放在托架中晾干，以备进一步分析之用。滤膜晾干后，被放置在显微镜的载物台上，以进行图像采集和检测之用。

由于专用放大倍率可能会限制摄像头的视场，因此较大的颗粒可能会被分割成两个或多个图像。为了确保这些颗粒只被探测到一次，每个颗粒可使用不同的参数表述。其中最重要的参数是费雷特直径和等效圆直径，这两个参数都用于测量颗粒的长度。其他颗粒参数可用于测量颗粒的面积、形状和反射率。这些特性用于识别特殊的颗粒种类，如：纤维颗粒和反光颗粒。对金属颗粒和非金属颗粒的区分基于它们反射光的不同表现。

颗粒探测过程完成后，会生成一页结果信息，其中重点标出了每个颗粒的大小（一般是费雷特直径）。颗粒根据不同的大小被分成不同的组，以简化报告的制作，并使用户更方便地比较测量结果。必须根据一个参考值归一化颗粒的计数或外推计数。根据所使用的标准和被测滤膜，颗粒数量被归一为一个比较值。这样用户就可以比较多个测量值，即使在样品大小各有不同的情况下。各种国际标准都对分类参数和级别划分进行了定义说明。汽车行业颗粒大小的分类由小和大晶粒度定义。每个颗粒都只能被划分到一个类别中。VDA 19.1是一个对颗粒大小进行分类的典型标准：

• D类：超大费雷特直径大于25 μm，但小于50 μm的所有颗粒。

• E类：超大费雷特直径大于50 μm，但小于100 μm的所有颗粒。

• F类：超大费雷特直径大于100 μm，但小于150 μm的所有颗粒。

根据这个标准，直径为75 μm的颗粒将被归为E类。系统会生成一个包含所有测量结果和有关滤膜数据的报告。

图1. 提取用于检测的污染物颗粒

3. 奥林巴斯的金属和非金属解决方案

为了满足现代工业以及各种国内和国际标准（如：VDA 19.1和ISO 16232）对清洁度的要求，奥林巴斯设计研发了一种交钥匙系统：OLYMPUS CIX100，用于对低至2.5μm的微米级尺寸的污染物和异物进行计算、分析和分类。由于这个系统的多合一扫描解决方案可以同时探测到金属和非金属颗粒，因此其扫描速度比奥林巴斯的其它检测系统快一倍。所有已被计数和分类的颗粒都会实时显示在屏幕上，而用户使用一些功能强大的工具可以非常容易地对检测数据进行修改。系统的软件操作起来简便直观，其所提供的向导可以指导用户逐步完成检测过程，即使是初涉行业的操作人员也能快速、轻松地获得清洁度数据。金属颗粒的探测历来都要求用户通过将检偏镜旋转90°的方法捕获两幅单独的图像（相当耗时的过程），而我们的OLYMPUS CIX系统通过一次扫描就可以识别反光颗粒和非反光颗粒。

图2：滤膜和非金属颗粒上的入射光呈扩散形式散射。无论入射光如何，“反射”光都不会出现偏光现象。即使入射光出现了偏光现象，也不会影响对偏光的分析。滤膜总是比滤膜上的颗粒显得更明亮。

图3：当入射光接触到金属颗粒时，会发生真实的反射。从金属颗粒表面反射的光不会改变偏光情况。“经典的”清洁度检测方式正是利用了上述差异对金属和非金属颗粒进行区分。反射光的偏光情况可以通过摄像头和软件进行分析。在将起偏镜和检偏镜平行放置时，金属颗粒会显得非常明亮。

OLYMPUS CIX系统可以不同方式工作（图4）。入射光束也可以出现偏光情况。可以使用一个延迟板改变光谱中一个波段的偏光情况。因此，入射光的偏光情况对于不同的颜色各有不同（图5）。

图4a：非金属颗粒或滤膜的漫反射与经典的设置相同。反射光在所有颜色范围内都不会产生偏光，因此不需要进行分析。滤膜总是比滤膜上的颗粒显得更明亮。

图4b：金属颗粒的反射也同样遵循经典的原理，而且保留了偏光属性。但是由于每种颜色的偏光情况为已知信息，因此可以直接在彩色图像中探测到金属颗粒。金属颗粒只有在某种特殊的颜色中才会变亮。

图5：只需使用一幅彩色图像就可以区分反光（金属）颗粒和非反光（非金属）颗粒。无需进行第二次扫描，因此节省了时间。此外，无需旋转机械部件，从而减少了对检测仪器的磨损。

在检测过程中，所有相关的数据，包含正在采集的图像和概览图像，都会实时显示在单一的屏幕上，这样可使操作人员在发现滤膜上有过多的污染物时停止或中断检测（图6）。系统会对反光颗粒和非反光颗粒进行计数，并根据检测配置和所选标准中定义的大小限度将探测到的颗粒归类。OLYMPUS CIX100系统支持汽车行业中使用的主要国际标准，其中包括以下标准：

• ISO 16232-10 (A) (N) (V)

• VDA 19.1 (A) (N) (V)

• ISO 4406

• ISO 4407

• ISO 12345

• NAS 1638

• NF E48-651

• NF E48-655

• SAE AS4059

系统提供一个统计控制图表功能，可以图表方式直观地表明颗粒类别的合规水平，以提高检测结果的可靠性。系统探测到的每个污染物的缩微图都与相关的维度测量值一起显示在屏幕上，因此检测人员可以方便地查看数据。操作人员可以轻松地检索某个特定污染物的信息。

在整个检测过程中，OLYMPUS CIX100系统有助于提高检测性能和检测效率。直观的工作流程和分步用户指导有助于减少周期时间、每次检测的成本，以及在处理过程中产生的错误。智能报告工具使用符合行业标准的预定义模板。检测结果可以在Microsoft Word 2016中创建，并以PDF格式导出（图7）。经验不足的用户使用模板可以避免产生人为的错误，还可以方便地修改模板，以满足各种水平操作人员的需求。扫描过的滤膜会被自动保存，以备重新处理或重新计算之用。