Основные выводы
- Цена цифрового микроскопа в основном определяется оптикой, моторизацией, возможностями подсветки, камерой и программным обеспечением.
- В современных цифровых микроскопах используются CMOS-матрицы; производство CCD-матриц прекращается основными производителями.
- Большее количество мегапикселей не добавляет деталей, которые не может разрешить объектив. Оценивайте качество изображения на собственных образцах.
- Поскольку обзоры промышленных систем цифровых микроскопов редки, демонстрация на собственных образцах является наиболее надежным способом оценки.
В чем разница между USB-микроскопом и промышленным цифровым микроскопом?
Короткий ответ: USB-микроскоп представляет собой небольшую камеру с фиксированным объективом, которая подключается к компьютеру и предназначена для базовых визуальных проверок. Промышленный цифровой микроскоп объединяет систему с зумом или сменными объективами, управляемую подсветку, устойчивый штатив или предметный столик, а также программное обеспечение для измерений и создания отчетов, что позволяет получать воспроизводимые, документированные результаты.
Оптика
USB-микроскоп
Фиксированный небольшой объектив
Промышленный цифровой микроскоп
Зум и/или сменные объективы
Подсветка
USB-микроскоп
Встроенное светодиодное кольцо
Промышленный цифровой микроскоп
Выбираемая светодиодная подсветка (кольцевая, коаксиальная, поляризационная, проходящего света, угловая)
Фокус и глубина
USB-микроскоп
Ручной; малая глубина резкости
Промышленный цифровой микроскоп
Большая глубина резкости, моторизованный фокус; композиция глубины для получения полностью сфокусированных изображений
Измерения
USB-микроскоп
Базовые или отсутствуют
Промышленный цифровой микроскоп
2D- и 3D-измерения
Анализ
USB-микроскоп
Отсутствует
Промышленный цифровой микроскоп
Определение размера зерен, металлография, чугун, загрязнения, подсчет частиц, элементный анализ (идентификация материалов)
Стабильность
USB-микроскоп
Портативный или легкий штатив
Промышленный цифровой микроскоп
Жесткий штатив, XYZ-столик, часто моторизованный, наблюдение под разными углами
Результат
USB-микроскоп
Изображения на ПК
Промышленный цифровой микроскоп
Изображения в разрешении 4K, данные измерений, идентификация материалов и отчеты
Типичное применение
USB-микроскоп
Быстрый визуальный контроль
Промышленный цифровой микроскоп
НИОКР, контроль качества, анализ отказов
Если результаты необходимо измерять, сравнивать или включать в отчет для клиента, обычно правильным выбором является промышленная система.
Стоит ли добавлять камеру к существующему микроскопу или купить цифровой микроскоп?
Короткий ответ: добавление камеры к существующему микроскопу — это более дешевый способ получения изображений. Однако при добавлении камеры к стереомикроскопу глубина резкости остается малой. Цифровой микроскоп более целесообразен, когда вам нужны полностью сфокусированные изображения неровных деталей, измерения на экране, стабильные результаты у разных пользователей или быстрое составление отчетов, поскольку все это зависит от совместной разработки объектива, камеры, подсветки, программного обеспечения и предметного столика.
Камера, установленная на стереомикроскоп, фиксирует то, что микроскоп уже показывает, включая малую глубину резкости, а также выбранные пользователем настройки освещения и фокуса. Цифровой микроскоп автоматически регулирует фокус, освещение и захват изображения как единая система, что и делает возможными такие функции, как композиция глубины и автоматическое создание отчетов.
Рассмотрите вариант с адаптером для камеры, если съемка производится эпизодически, а текущий микроскоп уже удовлетворяет вашим потребностям. Рассмотрите цифровой микроскоп, когда в одном анализе задействовано несколько приборов. Например, цифровой микроскоп серии KEYENCE VHX объединяет возможности четырех микроскопов (стереоскопического, измерительного, металлографического, поляризационного и РЭМ) в одной системе, что позволяет пользователям получать изображения в формате 4K, выполнять точные 2D/3D-измерения, проводить анализ, например идентификацию материалов, и автоматически записывать результаты.
В чем разница между CCD- и CMOS-камерами в цифровых микроскопах?
Короткий ответ: CCD и CMOS — это два типа матриц изображения. Раньше CCD считался предпочтительным с точки зрения качества изображения, но технология CMOS улучшилась настолько, что теперь стала стандартом в промышленных и научных камерах, а основные производители матриц прекратили выпуск линеек CCD. Большинство современных цифровых микроскопов используют CMOS-матрицы, как, например, микроскоп серии VHX от KEYENCE.
Текущий статус
CCD
Снимается с производства
CMOS
Отраслевой стандарт в современных камерах и микроскопах
Скорость
CCD
Более медленное считывание
CMOS
Более быстрое считывание; подходит для просмотра в реальном времени в формате 4K и обработки в реальном времени
Энергопотребление и тепловыделение
CCD
Выше
CMOS
Ниже
Качество изображения
CCD
Исторически силен в условиях низкой освещенности
CMOS
Теперь сопоставимо или лучше в большинстве применений
Для покупателей тип матрицы больше не является полезным критерием для различения систем. Например, в серии KEYENCE VHX используется CMOS-матрица с разрешением 4K. Вместо сравнения характеристик камер сравнивайте результаты съемки ваших собственных образцов.
Означает ли большее количество мегапикселей лучшее изображение с цифрового микроскопа?
Короткий ответ: не обязательно. Цифровой микроскоп может зафиксировать только те детали, которые разрешает объектив, поэтому камера с высоким разрешением за посредственным объективом увеличивает размер файла, а не детализацию. Качество объектива, освещение и контрастность обычно важнее количества мегапикселей. Тем не менее, большее количество мегапикселей все же может привести к лучшего качества изображению, но это зависит от того, как микроскоп увеличивает число мегапикселей. Сравнивайте системы по качеству съемки ваших собственных образцов, а не по характеристикам камеры.
- Оптическое разрешение: определяется конструкцией и качеством объектива; является жестким пределом детализации.
- Разрешение матрицы и дисплея: они должны быть достаточно высокими, чтобы записывать и отображать то, что разрешает объектив. Промышленные системы, такие как цифровой микроскоп серии VHX от KEYENCE, выполняют съемку и вывод изображения в формате 4K.
- Освещение и контрастность: детали, которые нельзя отделить от фона, непригодны для использования, независимо от разрешения; освещение имеет решающее значение при получении качественного изображения.
О том, как увеличение и разрешение работают вместе, см. в разделе Увеличение микроскопа: все, что вам нужно знать.
Сколько стоит цифровой микроскоп?
Короткий ответ: цена цифрового микроскопа варьируется от потребительских USB-моделей стоимостью в несколько сотен долларов или меньше до сконфигурированных промышленных систем, стоимость которых рассчитывается индивидуально. Основными факторами стоимости являются оптика, моторизация, варианты подсветки и программное обеспечение для анализа. Сравнивайте общую стоимость владения, а не только цену покупки.
Бытовой / USB
Типичный покупатель
Хобби, базовые визуальные проверки
Что вы получаете
Фиксированный объектив, базовые светодиоды, простое программное обеспечение для захвата
Начальный промышленный
Типичный покупатель
Легкий контроль, документирование
Что вы получаете
Лучшая оптика и подсветка, базовые измерения
Продвинутый промышленный
Типичный покупатель
НИОКР, контроль качества, анализ отказов
Что вы получаете
Высококачественная зум-оптика, композиция глубины, 2D/3D измерения, моторизация, расширенная подсветка, создание отчетов
Когда вы сравниваете коммерческие предложения, учитывайте:
- Камеру, объективы, столики и подсветку, необходимые для всех ваших задач, а не только для первой
- Функции программного обеспечения и любые лицензии
- Обучение, техническую поддержку по применению и сервисное обслуживание
- Экономию времени на один анализ и один отчет, которая часто перевешивает разницу в цене
- Количество отдельных приборов, которые система может объединить
Какими характеристиками должен обладать цифровой микроскоп для контроля печатных плат и электроники?
Короткий ответ: цифровой микроскоп для контроля электроники должен обеспечивать большую глубину резкости для компонентов на разной высоте, многоракурсный обзор для осмотра боковых сторон паяных соединений и освещение, контролирующее блики на отражающем металле. Ему также требуется достатное рабочее расстояние для щупов и инструментов, предметный столик подходящего под ваши платы размера, а также программное обеспечение для измерений и создания отчетов.
- Глубина резкости: паяные соединения, BGA-компоненты и выводы находятся на разной высоте, поэтому композиция по глубине резкости удерживает их все в фокусе.
- Многоракурсное наблюдение: наклон или вращение поля зрения позволяет увидеть боковые стороны соединений и приподнятые выводы, которые остаются незаметны при взгляде сверху.
- Контроль бликов: коаксиальное освещение, поляризация, HDR-изображение и адаптеры объективов справляются с блестящими паяными и металлическими поверхностями.
- Рабочее расстояние и предметный столик: оставьте место для инструментов и оснастки; проверьте ход столика для работы с крупными платами или пластинами.
- Измерения: проверяйте шаг, зазоры, высоту галтели и размеры выводов на экране, а затем экспортируйте их в отчеты.
- Отчетность и документирование: улучшенная прослеживаемость благодаря автоматизированным отчетам, которые можно настраивать под любой формат.
Примеры применения см. в разделе «Контроль и измерение трещин и пустот в паяных соединениях».
Как проверить крупные детали или большие участки при большом увеличении?
Короткий ответ: чем выше увеличение, тем меньше поле зрения, поэтому крупные детали проверяются при высоком увеличении путем съемки множества полей и их сшивания в единое изображение высокого разрешения. Для этого требуются моторизованный XYZ-столик с достаточным перемещением, штатив с достаточным зазором и рабочим расстоянием для детали, а также программное обеспечение, которое выполняет сшивание, корректировку теней и сопоставление образов, сохраняя точность измерений по всему соединенному изображению.
- Ход и нагрузка столика: убедитесь, что столик покрывает вашу самую крупную деталь (платы, отливки, пластины) и выдерживает ее вес.
- Зазор и рабочее расстояние: проверьте высоту под объективом и пространство для оснастки и наблюдения под наклоном.
- Сшивание изображений: ищите функцию автоматического сшивания с сохранением фокуса по всей площади (сшивание в сочетании с композицией по глубине резкости или стекингом по оси Z).
- Навигация: обзорное изображение с малым увеличением, на которое можно щелкнуть для перехода к нужной точке, экономит время при работе с крупными образцами.
- Работа с файлами: сшитые изображения имеют большой размер; убедитесь, что программа может сохранять, экспортировать и передавать их.
Пример с полупроводниковой пластиной см. в разделе «Наблюдение и измерение полупроводниковых пластин».
Каковы функции программного обеспечения цифрового микроскопа для прослеживаемости и отчетности?
Короткий ответ: для обеспечения прослеживаемости программа цифрового микроскопа должна сохранять каждое изображение вместе с данными об увеличении, освещении, калибровке, дате и настройках оператора; связывать измерения с изображениями, к которым они относятся; и экспортировать отчеты в едином формате. Это позволяет группам контроля качества воспроизводить результаты, отвечать на вопросы клиентов или аудиторов и сравнивать детали с течением времени.
Сохраненные метаданные с каждым изображением
Почему это важно для прослеживаемости
Показывает, как было получено изображение, что позволяет воспроизвести результаты
Сохраненные настройки наблюдения (рецепты)
Почему это важно для прослеживаемости
Повторяет одинаковые настройки для одной и той же детали у разных операторов и в разные смены
Измерения, сохраненные вместе с изображениями
Почему это важно для прослеживаемости
Связывает каждое числовое значение с визуальным подтверждением
Шаблоны отчетов
Почему это важно для прослеживаемости
Обеспечивает единообразие документации для клиентов и проверок
Сравнение изображений
Почему это важно для прослеживаемости
Позволяет сравнить деталь с эталоном или предыдущей партией
Экспорт и управление файлами
Почему это важно для прослеживаемости
Интегрирует изображения и данные в вашу систему менеджмента качества (СМК) или общие сетевые папки
Как ухаживать за цифровым микроскопом?
Короткий ответ: для обслуживания цифрового микроскопа содержите линзы в чистоте, храните систему в чехле в сухом и чистом месте, регулярно проверяйте калибровку измерений с помощью сертифицированного эталона, своевременно обновляйте программное обеспечение и обращайтесь в сервисную службу производителя при механических или оптических проблемах.
- Линзы: сначала удалите пыль грушей для продувки, затем используйте салфетки для оптики и чистящее средство. Никогда не используйте бумажные полотенца или бытовые очистители.
- Калибровка: проверяйте точность измерений по известному эталону по установленному графику и после любого обслуживания. Повторная сертификация калибровочного эталона проводится 1 раз в год.
- Окружающая среда: избегайте влажности, пыли, перепадов температур и вибраций.
- Программное обеспечение: устанавливайте обновления, предварительно создав резервные копии настроек и данных калибровки.
- Обслуживание: обращайтесь к производителю по любым вопросам, выходящим за рамки обычной чистки; самостоятельный ремонт может привести к аннулированию гарантии.
Что искать в обзорах цифровых микроскопов?
Короткий ответ: общедоступные обзоры цифровых микроскопов в основном касаются потребительских моделей. Промышленные покупатели получают более надежные доказательства из описаний применений, тематических исследований для аналогичных деталей, отзывов пользователей в своей отрасли и практической демонстрации на собственных образцах. Сосредоточьтесь на качестве изображений, повторяемости измерений, простоте использования и поддержке.
- Результаты получения изображений на аналогичных образцах: запрашивайте изображения деталей, похожих на ваши, а не стандартные демонстрационные образцы.
- Повторяемость измерений: уточняйте, как соотносятся результаты разных операторов и повторных проходов.
- Простота использования: спросите, сколько времени требуется новым пользователям для получения пригодного изображения.
- Поддержка: узнайте об уровне поддержки приложений, обучения и оперативности сервисного обслуживания в вашем регионе.
- Демонстрация на ваших образцах: это самый надежный «обзор» при промышленной закупке. См. раздел «Бесплатные демонстрации на месте».
Краткие ответы на другие частые вопросы
Эти вопросы подробно рассмотрены в других руководствах KEYENCE.
Что такое цифровой микроскоп? Микроскоп, который выводит увеличенное изображение с матрицы камеры на монитор, а не проецирует его через окуляр. См. раздел «Цифровые микроскопы».
Для чего используются цифровые микроскопы? Для контроля, измерений и анализа в НИОКР, контроле качества и анализе отказов в электронике, автомобилестроении, производстве медицинских изделий, аэрокосмической отрасли, пищевой промышленности, фармацевтике, косметике и материаловедении. См. раздел «Лучшие промышленные микроскопы для контроля и управления качеством».
Хорошо ли подходят цифровые микроскопы для контроля качества? Да. Они ускоряют документирование, измерения и совместный просмотр по сравнению с системами на базе окуляров. См. раздел «Лучшие промышленные микроскопы для контроля и управления качеством».
Может ли цифровой микроскоп заменить оптический микроскоп? Для большинства промышленных задач контроля — да. См. раздел «Цифровые и оптические микроскопы: в чем разница?».
Каковы преимущества цифровых микроскопов? Полностью сфокусированные изображения, встроенные функции измерений и создания отчетов, совместный просмотр и более стабильные результаты у разных операторов. См. раздел «Цифровые и оптические микроскопы».
Какой цифровой микроскоп лучший? Тот, который подходит под ваши образцы, задачи и пользователей. См. раздел «Как выбрать правильный цифровой микроскоп».
Как выбрать цифровой микроскоп? Начните со своих задач контроля, затем сравните увеличение, глубину резкости, качество изображения и программное обеспечение. См. раздел «Как выбрать правильный цифровой микроскоп».
Какое увеличение мне нужно? Это зависит от минимального элемента, который вам нужно увидеть; большее увеличение также означает меньшее поле зрения и меньшую глубину резкости. См. раздел «Увеличение микроскопа: все, что вам нужно знать».
Основные термины цифровой микроскопии
Глубина резкости
Определение
Диапазон высот на образце, которые кажутся резкими одновременно
Композиция по глубине резкости
Определение
Объединение изображений, снятых на разной фокусной высоте, в одно полностью сфокусированное изображение
HDR (расширенный динамический диапазон)
Определение
Объединение нескольких экспозиций для прорисовки деталей как в светлых, так и в темных участках
Сшивка изображений
Определение
Объединение нескольких изображений в одно большое изображение высокого разрешения
Рабочее расстояние
Определение
Пространство между объективом и образцом
Поле зрения
Определение
Область образца, видимая на экране при заданном увеличении
Метаданные
Определение
Параметры съемки, сохраняемые вместе с изображением, такие как увеличение, освещение и дата
Узнайте, как цифровой микроскоп работает с вашими образцами
Технические характеристики, цены и отзывы сужают круг выбора. Тестирование собственных образцов помогает принять окончательное решение.
Посмотрите, как серия KEYENCE VHX работает с вашими образцами. [Request a free demo →]
Источники
- KEYENCE, "Digital Microscopes" (keyence.com/products/microscope/digital-microscope/): 4K CMOS-датчик изображения и 4K-монитор.
- Adimec, "Moving from CCD to CMOS cameras" (нояб. 2019 г.): прекращение выпуска ПЗС-датчиков ON Semiconductor.
- Цифровой микроскоп серии VHX-X1
Цифровой микроскоп
Серия VHX-X1
