满足检测要求的视频显微镜
2008-12-30
作者：西努光学
目前，视频放大器不再仅仅依靠光源和光学器件" title="光学器件">光学器件系统来放大物体，而是利用了一种集成了光学器件、光源、电子电路和计算机软件的小型图像传感器来生成放大后的图像。
视频显微镜vs．传统的显微镜
方法
第一次通过传统显微镜的目镜来观测物体并不是一件容易的事。因为图像的清晰度和景深感，只有熟练的使用者才能获得，而一个新手在调整视觉路径时可能会遇到麻烦。
尽管人的眼睛会适应透过目镜观测，却仍需要不断地去校准并整合各种图像信息。时间长了，这种一成不变的工作很容易使人身心疲惫。长时间使用显微镜的工作对人体有负面影响，早被人们大书特书，已有广泛研究。结果表明，大部分由此产生的健康问题都会对劳动生产率产生不良影响，相应地也会增加对工人的补偿费用。
视频显微镜可以将放大了的图像投射到监视器上，这就意味着有更多的人能够看到放大后的图像。于是，工艺步骤和检测技术就可以演示给同步观看监视器给出图像的一群人。
视频显微镜采用可以保存为影片或者静态图片的电子化处理图像，将其用于质量控制过程中的文档记录。典型的视频显微镜配置包括一部摄像机，用导线连接到监视器上。摄像机安装在立式／臂式支架上(如图1)，或者附属于传统的显微镜 (如图2)。监视器尺寸不断增大，使放大后的图像看起来更大些，但并不能提高由光学系统和摄像机产生的图像分辨率。一个采用大监视器的视频显微镜系统，可能会因为屏幕尺寸变大而获得高的放大能力，但实际上却可能只有很低的分辨率和可怜的清晰度。摄像机和光学系统决定了在更高放大倍数情况下的图像质量和分辨率。
图1.立式显微镜目镜上加载" title="加载">加载的摄像机，带独立监视器 图2.带独立监视器和图像分析软件的显微镜及的摄像机
· 为视线直达而集成。将摄像机和监视器集成为一个整体，有助于达到“视线直达”的视觉效果。这是多数玻璃放大镜固有的原理，因为它们可以保持眼和手之间简单自然的视线。紧凑、集成的视频显微镜系统能够同时看到原始目标和放大后的图像，从而接近了“视线直达”的要求。这样的安排提高了透视性能、舒适度和手眼之间的协作能力 (见图3)。目标
和图像之间的距离越大，未对准程度越明显，使用者协调其眼、手就越困难。
图3、4.加载到体视显微镜上的摄像机（两种接法），使用者可同时观察到样本和显微图像
· 屏幕尺寸。l5或者l
· 工作距离。从设备底部到工作面的距离必须足以应付工作要求。检测任务所需要的工作距离可能比生产和修理时要小得多；使用者一般倾向于8～9英寸。
· 图像控制。为了在特定的检测任务中获得最佳的图像效果，可以调整图像的一些特性，如亮度、锐度、白平衡" title="白平衡">白平衡和负片效果等。视频显微镜应该能够连续缩放，于是不再需要更换透镜，只要触摸按钮就可将图像缩小或放大。
· 照明。质量上乘的视频显微镜所采用的摄像机，能够根据照明等级的不同自动调节画面总体的亮度增益。自动白平衡和自动增益调整合起来就能够实现大量的照明控制功能。可根据检测任务的不同事先设计多种照明方案，而视频显微镜能够将这些方案集成到一起。
视频显微镜还应该能适应工作中多种放大任务的需要。与拥有沉重底座和独立标准尺寸监视器的系统相比，安装在坚固而可调整的支架上的视频显微镜具有显而易见的优势。将可调整的机械臂" title="机械臂">机械臂夹在桌子的边缘，占用的工作空间很小；而如果将支持臂固定于墙上或者直接固定在工作站的纵向轨道上，则完全不占用工作台空间。如果把显微镜安装在两台相邻的工作站之间，调整机械臂的展宽就可以应用于任意位置的工作站。
视频显微镜的SMT应用
与自动光学检测系统相比较，设计视频显微镜的目的就是为了取代传统的显微镜。其典型应用包括离线" title="离线">离线检测和印刷电路板(PCB)的返工等。操作人员可以用来检测桥接、焊料流动，以及元件贴放、定位和损坏等。由于由操作人员进行离线检测和返工的成本远高于现有的自动系统的在线检测，所以将PCB板停留在操作员工作站上的时间减至最少就显得非常重要。处理一块PCB板的速度越快，进行检测和返工的每单元成本就越低。此外，由于视频显微镜是根据人体工程学原理设计的，使用视频显微镜延迟了操作人员体力和精神疲劳出现的时间，操作人员能在一个班次中处理更多的电路板。疲劳延迟并缓解，准确度和工作效率就有了保证。
由于视频显微镜一般都在PCB板和透镜之间留有更大的工作间隔，人们就可以更轻松地将焊接设备放置到位，在修理时也更容易操作。更大的工作间隔，和更大的可调整高度，让操作者能够操纵PCB板，从各个不同的角度检测元器件和焊料流动。
图5、6、7. 视频显微镜在纺织及电子方面的应用
除了因操作员生产率和灵活性提高而获益之外，视频显微镜还由于缩短了培训时间而降低了成本。更多人可以观看经过放大的培训师的具体操作技术。每个人可以实时观看一个复杂的焊接修理过程，而不必变换视角或者交换位置，也无需培训师再次重复同样的操作。其次，新的操作人员不再需要“习惯”通过显微镜观察了。他们可以马上开始获取必要的知识和技术，而不必经历使眼睛和显微镜光学成像路径相互协调的学习曲线。
视频显微镜的图像捕捉功能使文档记录的建立、PCB板缺陷的信息交流和维修变成一个无缝过程。所需要的图像不断显示在显示器上，同时相应文档就建立起来，即刻传送到企业内部的各个部门，或者世界各地的供应商和消费客户手中。
结论
视频显微镜减轻了由操作员的疲劳引起的效率和准确度降低的许多因素的影响。采用视频显微镜使得培训周期变短，意味着操作者在更短的时间内生产效率更高。图像捕捉、文档记录变得容易，可加快与供应商、公司同仁及客户间的信息交流和反馈