《電子技術(shù)應(yīng)用》
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滿足檢測要求的視頻顯微鏡

2008-12-30
作者:西努光學(xué)

目前,視頻放大器不再僅僅依靠光源和光學(xué)器件" title="光學(xué)器件">光學(xué)器件系統(tǒng)來放大物體,而是利用了一種集成了光學(xué)器件、光源、電子電路和計算機軟件的小型圖像傳感器來生成放大后的圖像。?

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視頻顯微鏡vs.傳統(tǒng)的顯微鏡?

方法?

第一次通過傳統(tǒng)顯微鏡的目鏡來觀測物體并不是一件容易的事。因為圖像的清晰度和景深感,只有熟練的使用者才能獲得,而一個新手在調(diào)整視覺路徑時可能會遇到麻煩。?

盡管人的眼睛會適應(yīng)透過目鏡觀測,卻仍需要不斷地去校準(zhǔn)并整合各種圖像信息。時間長了,這種一成不變的工作很容易使人身心疲憊。長時間使用顯微鏡的工作對人體有負(fù)面影響,早被人們大書特書,已有廣泛研究。結(jié)果表明,大部分由此產(chǎn)生的健康問題都會對勞動生產(chǎn)率產(chǎn)生不良影響,相應(yīng)地也會增加對工人的補償費用。?

視頻顯微鏡可以將放大了的圖像投射到監(jiān)視器上,這就意味著有更多的人能夠看到放大后的圖像。于是,工藝步驟和檢測技術(shù)就可以演示給同步觀看監(jiān)視器給出圖像的一群人。?

視頻顯微鏡采用可以保存為影片或者靜態(tài)圖片的電子化處理圖像,將其用于質(zhì)量控制過程中的文檔記錄。典型的視頻顯微鏡配置包括一部攝像機,用導(dǎo)線連接到監(jiān)視器上。攝像機安裝在立式/臂式支架上(如圖1),或者附屬于傳統(tǒng)的顯微鏡 (如圖2)。監(jiān)視器尺寸不斷增大,使放大后的圖像看起來更大些,但并不能提高由光學(xué)系統(tǒng)和攝像機產(chǎn)生的圖像分辨率。一個采用大監(jiān)視器的視頻顯微鏡系統(tǒng),可能會因為屏幕尺寸變大而獲得高的放大能力,但實際上卻可能只有很低的分辨率和可憐的清晰度。攝像機和光學(xué)系統(tǒng)決定了在更高放大倍數(shù)情況下的圖像質(zhì)量和分辨率。 ?


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1.立式顯微鏡目鏡上加載" title="加載">加載的攝像機,帶獨立監(jiān)視器???? 2.帶獨立監(jiān)視器和圖像分析軟件的顯微鏡及的攝像機?

·? 為視線直達(dá)而集成。將攝像機和監(jiān)視器集成為一個整體,有助于達(dá)到“視線直達(dá)”的視覺效果。這是多數(shù)玻璃放大鏡固有的原理,因為它們可以保持眼和手之間簡單自然的視線。緊湊、集成的視頻顯微鏡系統(tǒng)能夠同時看到原始目標(biāo)和放大后的圖像,從而接近了“視線直達(dá)”的要求。這樣的安排提高了透視性能、舒適度和手眼之間的協(xié)作能力 (見圖3)。目標(biāo) ?

和圖像之間的距離越大,未對準(zhǔn)程度越明顯,使用者協(xié)調(diào)其眼、手就越困難。

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3、4.加載到體視顯微鏡上的攝像機(兩種接法),使用者可同時觀察到樣本和顯微圖像?

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·? 屏幕尺寸。l5或者l7英寸的大監(jiān)視器可能會使圖像看起來更大一些,卻不能提高圖像的分辨率,反而需要占用寶貴的工作站空間。理想的尺寸是68英寸的顯示屏,其分辨率很高,而且顯示的視域在12l8英寸的距離上可以舒適地進行操作。眼睛到屏幕的距離則由使用者的臂長決定。?

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·? 工作距離。從設(shè)備底部到工作面的距離必須足以應(yīng)付工作要求。檢測任務(wù)所需要的工作距離可能比生產(chǎn)和修理時要小得多;使用者一般傾向于89英寸。?

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·? 圖像控制。為了在特定的檢測任務(wù)中獲得最佳的圖像效果,可以調(diào)整圖像的一些特性,如亮度、銳度、白平衡" title="白平衡">白平衡和負(fù)片效果等。視頻顯微鏡應(yīng)該能夠連續(xù)縮放,于是不再需要更換透鏡,只要觸摸按鈕就可將圖像縮小或放大。?

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·? 照明。質(zhì)量上乘的視頻顯微鏡所采用的攝像機,能夠根據(jù)照明等級的不同自動調(diào)節(jié)畫面總體的亮度增益。自動白平衡和自動增益調(diào)整合起來就能夠?qū)崿F(xiàn)大量的照明控制功能。可根據(jù)檢測任務(wù)的不同事先設(shè)計多種照明方案,而視頻顯微鏡能夠?qū)⑦@些方案集成到一起。?

視頻顯微鏡還應(yīng)該能適應(yīng)工作中多種放大任務(wù)的需要。與擁有沉重底座和獨立標(biāo)準(zhǔn)尺寸監(jiān)視器的系統(tǒng)相比,安裝在堅固而可調(diào)整的支架上的視頻顯微鏡具有顯而易見的優(yōu)勢。將可調(diào)整的機械臂" title="機械臂">機械臂夾在桌子的邊緣,占用的工作空間很小;而如果將支持臂固定于墻上或者直接固定在工作站的縱向軌道上,則完全不占用工作臺空間。如果把顯微鏡安裝在兩臺相鄰的工作站之間,調(diào)整機械臂的展寬就可以應(yīng)用于任意位置的工作站。?

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視頻顯微鏡的SMT應(yīng)用?

與自動光學(xué)檢測系統(tǒng)相比較,設(shè)計視頻顯微鏡的目的就是為了取代傳統(tǒng)的顯微鏡。其典型應(yīng)用包括離線" title="離線">離線檢測和印刷電路板(PCB)的返工等。操作人員可以用來檢測橋接、焊料流動,以及元件貼放、定位和損壞等。由于由操作人員進行離線檢測和返工的成本遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的自動系統(tǒng)的在線檢測,所以將PCB板停留在操作員工作站上的時間減至最少就顯得非常重要。處理一塊PCB板的速度越快,進行檢測和返工的每單元成本就越低。此外,由于視頻顯微鏡是根據(jù)人體工程學(xué)原理設(shè)計的,使用視頻顯微鏡延遲了操作人員體力和精神疲勞出現(xiàn)的時間,操作人員能在一個班次中處理更多的電路板。疲勞延遲并緩解,準(zhǔn)確度和工作效率就有了保證。?

由于視頻顯微鏡一般都在PCB板和透鏡之間留有更大的工作間隔,人們就可以更輕松地將焊接設(shè)備放置到位,在修理時也更容易操作。更大的工作間隔,和更大的可調(diào)整高度,讓操作者能夠操縱PCB板,從各個不同的角度檢測元器件和焊料流動。



?????????? 圖56、7. 視頻顯微鏡在紡織及電子方面的應(yīng)用

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除了因操作員生產(chǎn)率和靈活性提高而獲益之外,視頻顯微鏡還由于縮短了培訓(xùn)時間而降低了成本。更多人可以觀看經(jīng)過放大的培訓(xùn)師的具體操作技術(shù)。每個人可以實時觀看一個復(fù)雜的焊接修理過程,而不必變換視角或者交換位置,也無需培訓(xùn)師再次重復(fù)同樣的操作。其次,新的操作人員不再需要“習(xí)慣”通過顯微鏡觀察了。他們可以馬上開始獲取必要的知識和技術(shù),而不必經(jīng)歷使眼睛和顯微鏡光學(xué)成像路徑相互協(xié)調(diào)的學(xué)習(xí)曲線。 ?

視頻顯微鏡的圖像捕捉功能使文檔記錄的建立、PCB板缺陷的信息交流和維修變成一個無縫過程。所需要的圖像不斷顯示在顯示器上,同時相應(yīng)文檔就建立起來,即刻傳送到企業(yè)內(nèi)部的各個部門,或者世界各地的供應(yīng)商和消費客戶手中。?

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結(jié)論 ?

視頻顯微鏡減輕了由操作員的疲勞引起的效率和準(zhǔn)確度降低的許多因素的影響。采用視頻顯微鏡使得培訓(xùn)周期變短,意味著操作者在更短的時間內(nèi)生產(chǎn)效率更高。圖像捕捉、文檔記錄變得容易,可加快與供應(yīng)商、公司同仁及客戶間的信息交流和反饋?

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