Mikroskop cyfrowy do elektroniki
Postępująca miniaturyzacja elektroniki wymusza stosowanie coraz bardziej zaawansowanych narzędzi umożliwiających dokładną inspekcję montowanych bądź serwisowanych urządzeń. W czasach zdominowanych przez technologię THT obejrzenie płytki - w celu wykrycia zwarć lub nieprawidłowo zamontowanych komponentów - nie wymagało niemal żadnych przyrządów optycznych, z wyjątkiem zwykłej lampy z lupą. Dziś inspekcja optyczna wiąże się z koniecznością znacznego powiększenia obrazu, a w niektórych przypadkach znaczenie zyskuje nawet kąt padania światła na obrazowaną powierzchnię PCB. Odpowiednio dobrany mikroskop stał się zatem niezbędnym wyposażeniem montażowni, stanowiska kontrolera jakości, czy też serwisu.
Mikroskop cyfrowy czy optyczny?
Mikroskopy stosowane w elektronice można podzielić na dwie zasadnicze grupy: optyczne oraz cyfrowe. Klasyczne mikroskopy stereoskopowe mają tę zaletę, że obraz pola roboczego przekazują dwutorowo (tj. poprzez dwa, całkowicie niezależne tory optyczne), co daje możliwość oglądania obiektów w trójwymiarze. W wersji podstawowej urządzenia te nie oferują zazwyczaj żadnych możliwości archiwizacji obrazu, choć niektóre modele (wyposażone w dodatkowy, trzeci tor wizyjny) pozwalają na podłączenie zewnętrznej kamery cyfrowej za pomocą specjalnego adaptera.
W przypadku nowocześniejszych mikroskopów bezokularowych obraz (także stereoskopowy) jest rzutowany bezpośrednio na oczy użytkownika – rozwiązanie takie, stosowane m.in. w kultowych już mikroskopach marki MANTIS, zapewnia znacznie lepszą ergonomię podczas wielogodzinnych prac precyzyjnych. Nic więc dziwnego, że profesjonalni użytkownicy ceniący sobie jakość obrazu, wygodę pracy oraz pełną swobodę manipulacji (co ma znaczenie zarówno podczas lutowania, jak i oglądania PCB pod różnymi kątami), bardzo często decydują się na zakup jednego z modeli mikroskopów MANTIS.
Mikroskopy cyfrowe, różnią się od swoich optycznych odpowiedników dosłownie pod każdym względem – inna jest tutaj metoda przekazywania obrazu do oczu użytkownika, zupełnie inne są również zastosowane rozwiązania konstrukcyjne oraz dostępne funkcjonalności.
Jak działa mikroskop cyfrowy?
W największym uproszczeniu można stwierdzić, że każdy mikroskop cyfrowy jest w istocie…kamerą cyfrową, wyposażoną w obiektyw makrofotograficzny oraz odpowiednie mocowanie, zazwyczaj w postaci statywu stołowego bądź wysięgnikowego. Obraz nie trafia zatem bezpośrednio do okularów, ale jest wyświetlany (zwykle po programowej obróbce) na ekranie. W przypadku mikroskopów amatorskich często spotykanym (choć przeważnie bardzo nieergonomicznym) rozwiązaniem jest ekran wbudowany w konstrukcję mikroskopu. Urządzenia profesjonalne niemal zawsze współpracują natomiast z monitorem zewnętrznym, co nie tylko daje większą uniwersalność i elastyczność w doborze rozmiaru oraz położenia ekranu, ale przede wszystkim pozwala w pełni wykorzystać jakość wbudowanej kamery - jej rozdzielczość i odwzorowanie kolorów.
Jaki mikroskop cyfrowy do lutowania?
Odległość robocza jest jednym z najważniejszych parametrów mikroskopu, na który zwracają uwagę osoby wykorzystujące to urządzenie do lutowania precyzyjnego. Przestrzeń pomiędzy obiektywem a obrazowaną płytką drukowaną powinna być na tyle obszerna, by użytkownik mógł swobodnie manipulować lutownicą i pęsetą, bez obawy o przypadkową kolizję, prowadzącą w najgorszym przypadku do uszkodzenia mikroskopu. Spora odległość robocza pozwala ponadto na delikatne obracanie montowanej płytki, co znakomicie ułatwia wzrokową inspekcję kształtu połączeń lutowanych i wykrywanie ewentualnych zwarć lub innych defektów montażowych.
O tym, czy dany model mikroskopu sprawdzi się w pracach lutowniczych, decyduje oczywiście także oferowane przezeń powiększenie obrazu. W większości przypadków podczas montażu manualnego wykorzystywane są relatywnie niewielkie stopnie przybliżenia, choć w trakcie operowania z płytkami HDI, zawierającymi komponenty w rozmiarach 0402, 0201 lub mniejsze, niezbędne okazują się znacznie silniejsze powiększenia, pozwalające zobrazować wszystkie najmniejsze detale obwodu drukowanego. Wtedy także do głosu dochodzi znaczenie głębi ostrości (im większa, tym lepiej) oraz sposobu ogniskowania – najbardziej zaawansowane mikroskopy cyfrowe (np. TAGARNO MAGNUS PRESTIGE FHD) oferują funkcję autofocus, która samoczynnie dba o idealne wyostrzenie obrazu, bez konieczności ręcznego obracania pokrętła (co stanowi bolączkę w przypadku zdecydowanej większości konwencjonalnych mikroskopów optycznych).
Profesjonalny mikroskop cyfrowy
O jakości mikroskopu cyfrowego świadczy przede wszystkim prezentowany przez niego obraz. Wysokiej klasy mikroskopy oferują nie tylko doskonałą ostrość (co wynika zarówno z zastosowanej optyki, jak i samej matrycy) – znaczenie ma wszak także odwzorowanie kolorów, zakres dynamiki oraz oczywiście natywna rozdzielczość przetwornika, niezwykle istotna dla użytkowników wykonujących dokumentacje fotograficzne obserwowanych przedmiotów. Przykładowo - mikroskop cyfrowy TAGARNO MAGNUS ZIP FHD ma wbudowaną kamerę o rozdzielczości Full HD 1080p (1920 x 1080 px), pracującą z częstotliwością odświeżania 60 Hz. Choć ostatni z wymienionych parametrów może z pozoru wydawać się mało istotny w czasie statycznych obserwacji, to w rzeczywistości ma on potężny wpływ na ergonomię pracy. Szybkie odświeżanie pozwala bowiem wygodnie pozycjonować obserwowaną płytkę, bez ryzyka rozmazywania obrazu podczas dynamicznego przesuwania w poszukiwaniu interesującego nas obszaru PCB.
Kolejnym aspektem jest jakość współpracującego z mikroskopem oprogramowania oraz oferowane przez nie funkcje dodatkowe. O ile bowiem w prostszych zastosowaniach w zupełności wystarczające są np. opcje zmiany jasności i kontrastu obrazu, to w aplikacjach laboratoryjnych bądź pracach badawczo-rozwojowych bardzo ważna okaże się dostępność funkcji pomiarowych. Szczególnymi osiągnięciami na tym polu może pochwalić się wielokrotnie już wspomniana marka TAGARNO, która do swoich flagowych modeli mikroskopów cyfrowych przygotowała obszerny wybór opcjonalnych aplikacji, znacząco rozszerzających bazową funkcjonalność urządzeń. Warto opisać w tym miejscu kilka interesujących przykładów takich aplikacji.
Oprogramowanie do mikroskopów
- IMAGE ANALYSIS - COLOR ANALYZER – aplikacja służąca do obliczeń kolorymetrycznych. Pozwala na obliczanie wartości średniej koloru w określonej przez użytkownika próbce obrazu; automatycznie identyfikuje wszystkie wartości w danym obszarze, umożliwia też porównywanie wyników analizy z wcześniej zapisanymi danymi.
- IMAGE COMPARISON – oprogramowanie służy do automatycznego porównywania zapisanego wcześniej obrazu referencyjnego z aktualnym obrazem przechwytywanym przez kamerę mikroskopu. Do dyspozycji użytkownika jest kilka trybów wyświetlania informacji, co znakomicie przyspiesza wzrokową inspekcję optyczną, nawet w przypadku rozbudowanych płyt PCB o dużej gęstości upakowania elementów.
- IMAGE ANALYSIS - PARTICLE ANALYZER – aplikacja dokonuje zautomatyzowanej walidacji rozmiarów oraz kształtu drobnych obiektów, obecnych w polu obrazowania mikroskopu, co znajduje zastosowanie głównie w zadaniach związanych z kontrolą jakości.
- VERIFICATION LINES – proste w obsłudze rozszerzenie programowe, umożliwiające nakładanie na zarejestrowany obraz zestawów linii poziomych, pionowych i ukośnych, a także siatek o określonym rozmiarze oczek. W ten sposób użytkownicy mogą wygodnie i intuicyjnie weryfikować poprawność geometrii dowolnych obiektów oraz ich zestawień, np. elementów SMD montowanych w powtarzalnych ciągach 1- i 2-wymiarowych.
- MEASUREMENT – bodaj najważniejsza spośród aplikacji opracowanych przez markę TAGARNO, pozwalająca na dokonywanie rozmaitych pomiarów na obrazach mikroskopowych. Obsługiwane są m.in. pomiary odległości (w trybie punkt-punkt), średnicy okręgów, kątów pomiędzy półprostymi, a także pól powierzchni. Oprogramowanie oferuje wsparcie dla zaawansowanych funkcji kalibracji, umożliwia także korygowanie dodatkowych soczewek, dodawanie komentarzy tekstowych itp.
Omawiając tematykę profesjonalnych mikroskopów cyfrowych należy wspomnieć ponadto o alternatywnych metodach sterowania pracą tych urządzeń. W przypadku sprzętu marki TAGARNO do wyboru jest kilka możliwości – od prostych, 5-przyciskowych pilotów o nazwie XKEY, po rozbudowane kontrolery XPLUS FHD, dedykowane sterowniki oświetlenia, a nawet… przełączniki nożne, umożliwiające wygodną i intuicyjną kontrolę powiększenia obrazu, bez konieczności użycia rąk. Tak szeroki wachlarz możliwości daje użytkownikom szansę na wybór rozwiązania idealnie dopasowanego do rodzaju wykonywanych prac oraz… indywidualnych preferencji.
Jaki wybrać mikroskop cyfrowy?
Na podstawie przedstawionych do tej pory informacji można już wskazać kryteria selekcji mikroskopu cyfrowego dla określonego rodzaju prac. W przypadku lutowania zdecydowanie najważniejszymi parametrami będą duża odległość robocza oraz relatywnie szeroki zakres powiększeń, stąd dobrym wyborem dla montażystów SMT będzie mikroskop cyfrowy TAGARNO MAGNUS ZIP FHD, oferujący przestrzeń roboczą na poziomie 250 mm oraz doskonałą jakość obrazu 1080p @ 60 Hz.
Użytkownikom poszukującym szerokich możliwości rozbudowy mikroskopu o dodatkowe akcesoria oraz użyteczne oprogramowanie pomiarowe i wspomagające polecamy najwyższej klasy mikroskopy z serii TAGARNO MAGNUS TREND FHD PLUS oraz TAGARNO MAGNUS PRESTIDGE FHD. Pierwszy z omawianych modeli oferuje odległość roboczą dochodzącą do 333 mm oraz zakres powiększeń (dla ekranu 19”) do x297, zaś dla drugiego z nich parametry te wynoszą odpowiednio: 335 mm i x592. Co ważne, w obydwu przypadkach sprzęt umożliwia współpracę z aplikacjami DXF OVERLAY, IMAGE COMPARISON, PNG REFERENCE, VERIFICATION LINES, MEASUREMENT, a także oprogramowaniem z serii IMAGE ANALYSIS: COLOR ANALYZER, SPECK COUNTER oraz PARTICLE ANALYZER.
Podsumowanie
W artykule zaprezentowaliśmy szerokie spektrum zagadnień związanych z parametrami użytkowymi oraz konstrukcją mikroskopów cyfrowych. Warto pamiętać, że właściwy dobór systemu obrazowania nie tylko znakomicie poprawia ergonomię pracy, ale bezpośrednio wpływa także na jej jakość, mierzoną efektywnością wychwytywania błędów podczas inspekcji optycznej, zmniejszeniem odrzutów produkcyjnych podczas montażu manualnego, czy też zwiększeniem dokładności pomiarów. Nic zatem dziwnego, że nowoczesne, świetnie wyposażone mikroskopy cyfrowe o fenomenalnej jakości obrazowania znajdują zastosowania w przemyśle elektronicznym, mechanice precyzyjnej, badaniach materiałowych, poligrafii, serwisie maszyn i urządzeń, przetwórstwie tworzyw sztucznych, a nawet w niektórych obszarach nauk przyrodniczych i medycznych.