一键完成不良分析‐超越红外显微镜概念的革新性解决方案

本文回顾了岛津工程师为践行 “让所有人都能轻松分析不良品成因” 的理念，在实现不良分析 “观察”“测量”“判断” 三大核心工艺步骤自动化过程中的技术发展历程。

20 年的技术鸿沟

矶圭祐
分析测试事业部技术部分析仪器小组

“这真的有必要吗？”2011 年年初，这样的对话发生在岛津制作所三条工厂。土渕再三向技术部的矶圭祐追问，研发新型红外显微镜时，为提升分析精度，是否真的需要将摄像头分辨率提升至现有机型的 16 倍以上。在矶圭祐看来，土渕不仅比自己年长十余岁，在分析领域的知识与技能也远胜于己。即便如此，他仍有自己的坚持，在这件事上不愿妥协。

红外显微镜广泛应用于医药品片剂异物附着、电子基板污垢识别等不良分析场景，它通过红外线的吸收与反射特性，能在分子层面精准判定检测对象的构成物质。例如聚丙烯、丙烯酸这类透明塑料，在可见光下，即便观察其细小碎片，也难以分辨二者差异；而在红外显微镜下，二者会呈现出显著的区别。

岛津于 20 世纪 80 年代中期进军红外显微镜市场，1998 年推出的 AIM-8800 机型，凭借稳定的性能赢得了广大客户的认可与支持。在此后的 20 年间，该机型虽历经多次小幅版本升级来提升性能，却始终难以充分满足市场快速变化的需求。

上世纪 90 年代，该产品的核心客户是高校、科研机构的专业分析人员，这类用户大多会自主研发分析方法，因此对产品基础性能的提升成为当时的核心需求。后来，该产品逐渐应用于电子元件、食品等行业的生产质量管理与不良品成因判定，非专业的普通用户群体也随之不断扩大。市场因此迫切需要一款操作简便的设备，让非专业人员无需掌握专业分析知识，也能获取稳定、可靠的分析数据。

拒绝墨守成规，打造全新产品

2010 年，岛津正式组建新型红外显微镜研发小组。小组最初的核心议题是确定产品的市场定位：是延续以往思路，面向追求基础性能的专业人员研发产品，还是面向日益壮大、注重操作便捷性的普通客户群体，满足其使用需求？“既然要研发新产品，就绝不能墨守成规。正因如此，我们毅然选择了开拓新市场的道路。” 技术部的横田佳澄这样诉说当时团队的坚定决心。

从零开始的研发之路

横田佳澄
分析测试事业部技术部新事业开发推进小组

团队就此确定了产品的研发方向，却从一开始便遭遇了难题。“说出来像开玩笑，当时我们四人都从未接触过红外显微镜相关研发。” 横田佳澄回忆道。

现有机型研发于 20 年前，当时的核心研发人员大多已退休，可参考的技术资料也寥寥无几。研发小组成员此前各自负责不同设备的研发工作，因此这款新产品的研发，在各方面都只能从零起步。

就在此时，岛津全球应用开发中心（以下简称 GADC）为团队提供了关键支持。该中心汇聚了众多应对公司外部分析咨询需求的专家，他们在日常工作中会频繁使用红外显微镜。前文提到的土渕（时任该中心光谱仪 BU 长）正是其中一员。研发小组拍摄了土渕等专家操作红外显微镜分析样本的全过程，通过反复观看视频并亲手实操，逐步掌握了设备的使用方法。与此同时，土渕与 GADC 的专家们多次与矶圭祐及研发小组成员沟通，了解他们的产品研发构想。而矶圭祐始终格外关注高清摄像头的配置问题。

“资源本就有限，若不能合理分配，项目随时可能停滞。土渕十分了解客户需求，他提出的意见很有道理。但我们的初心是打造一款所有人都能轻松操作的红外显微镜，在这一核心目标上，我们不会让步。” 矶圭祐说。

青位祐辅
分析测试事业部技术部成像小组

另一方面，团队在反复实操分析流程的过程中，发现了一个亟待解决的关键问题。常规的红外显微镜分析流程为：先通过光学显微镜观察检测对象，用胶带、记号笔在杂质、不良部位做标记，再将检测对象移至红外显微镜下，对标记部位进行分析。

专业分析人员能轻松完成标记位置的精准对准，但对于操作不熟练的普通用户而言，寻找肉眼难以察觉的细微检测目标，无疑是一项繁琐又艰难的工作。为此，负责机械设计的马路健（光谱仪 BU）在设备上，除了配备倍率高但视野窄的显微镜专用摄像头，还额外搭载了与肉眼观察倍率一致的广角摄像头。同时，负责软件研发的青位祐辅（技术部）与公司基础技术研究所合作，研发出了可自动识别疑似不良部位并完成图像标记的专用软件。

“我们研发中遇到的难题，想必也是用户使用时会面临的困扰。因此，如何让普通人也能掌握专业人员的分析技能，是我们需要重点研究的课题。” 青位祐辅表示。

团队格外重视软件的操作体验。2012 年，也就是项目启动一年后，样机试制完成，研发小组随即召集了缺乏分析设备操作经验的员工，连日开展产品可用性测试，收集大家对操作体验的反馈意见。

“我们的目标是让设备拥有如手机应用软件般的操作便捷性，为此我们还深入研究了市面上各类应用软件的用户界面设计。” 青位祐辅说。

自动不良分析系统的完成

马路健
分析测试事业部光谱仪BU IR小组

2015 年年末，距离项目启动约五年，马路健正带领团队反复开展产品最终测试，彼时他的脑海中突然闪过一个想法：“这已经不只是一台红外显微镜了。”当然，它本质上仍是红外显微镜，只是为了能对不良部位实现更快速、更精准的分析，我们倾注了大量的心血与精力。也是在那时我意识到，我们实际研发的，是一套完整的自动不良分析系统。”

2016 年 5 月，岛津正式推出不良分析系统 AIM-9000。
该系统前所未有的操作便捷性迅速引发市场关注，此前将不良分析业务委托给专业机构的企业，纷纷向岛津发来咨询。

这也为品质管理中不可或缺的产品检测设备发展历程，翻开了全新的篇章。

注1：本文所刊载的被采访者所属部门、职务等信息，均为采访当时的情况。
注2：AIM-9000 荣获 2018 年德国红点设计奖产品设计类奖项，该奖项是具有国际权威性的工业设计大奖。