如何選擇合適的顯微鏡，幫助用戶實(shí)現(xiàn)高效的工作流程

本文討論了在選擇用于顯微分析和質(zhì)量控制（QC）以及故障分析（FA）和研發(fā)（R&D）的數(shù)碼顯微鏡之前，用戶應(yīng)當(dāng)考慮的因素。關(guān)鍵在于需要事先充分了解汽車、電子、機(jī)械工程和醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)的應(yīng)用要求和用戶需求。顯微鏡解決方案不僅應(yīng)當(dāng)幫助用戶實(shí)現(xiàn)高效、可靠的顯微分析、QC、FA以及研發(fā)工作，還應(yīng)當(dāng)易于操作、滿足用戶需求，同時(shí)方便報(bào)告并分享結(jié)果。

為何使用數(shù)碼檢測(cè)顯微鏡？

 如今，許多行業(yè)，如汽車、運(yùn)輸、電子、機(jī)械工程和醫(yī)療設(shè)備，越來越多地采用以工作流程為中心的生產(chǎn)流程。此舉是為了制造性能更佳、壽命更長(zhǎng)的產(chǎn)品，同時(shí)在滿足日益嚴(yán)苛的質(zhì)量規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)的前提下，依然保持制造流程的經(jīng)濟(jì)性。

工業(yè)制造和生產(chǎn)、流程技術(shù)、質(zhì)量控制和保證（QC/QA）、故障分析（FA）、產(chǎn)品創(chuàng)新，或研發(fā)（R&D）的零部件檢查通常需要借助顯微鏡完成。所用顯微鏡的功能在檢測(cè)效率方面可以產(chǎn)生巨大的差異[1,2]。有關(guān)選擇常規(guī)檢測(cè)顯微鏡考慮事項(xiàng)的更多信息，讀者可以查閱參考文件1。

使用數(shù)碼顯微鏡能夠以高效、可靠且符合人體工程學(xué)的方式對(duì)零組件進(jìn)行檢查、記錄和深入分析，以確定是否符合產(chǎn)品規(guī)格[2,3]。數(shù)碼顯微鏡無需目鏡，而是直接在顯示器上顯示圖像。

如果決定使用數(shù)碼顯微鏡進(jìn)行顯微分析，用戶應(yīng)當(dāng)確認(rèn)顯微鏡的光學(xué)性能和定制性能可以滿足顯微分析、QC、FA和研發(fā)的需求。為幫助用戶選擇顯微分析所需的數(shù)碼顯微鏡，以下部分討論了用戶需要考慮的主要因素。

需要考慮的因素

放大倍率和分辨率

有些零部件需要從宏觀整體到微觀細(xì)節(jié)進(jìn)行顯微分析：從宏觀（>2毫米）到細(xì)觀（<2毫米到50微米），再到微觀（<50微米到1微米）[參考圖1]。

圖1：此圖顯示了使用顯微鏡進(jìn)行顯微分析時(shí)定義的長(zhǎng)度比例。

鑒于數(shù)碼顯微鏡的性能，以下是在這些尺寸比例進(jìn)行顯微分析時(shí)需要考慮的重要因素[1]：

• 足夠高的放大倍率和分辨率，以展現(xiàn)細(xì)觀或微觀比例的微小細(xì)節(jié)。

• 放大范圍，方便用戶能夠迅速?gòu)牧悴考疽鈭D轉(zhuǎn)到觀察微小細(xì)節(jié)（參考以下示例）

顯微鏡的性能還取決于光學(xué)器件對(duì)于色差和圖像平面度的校正能力，例如復(fù)消色差校正和平面偏差校正[1]。

主要應(yīng)用領(lǐng)域

確定使用數(shù)碼顯微鏡的主要應(yīng)用領(lǐng)域同樣至關(guān)重要。以下列舉了這些涉及顯微分析和質(zhì)量控制（QC）、故障分析（FA）和研發(fā)（R&D）的領(lǐng)域。

在線，隨機(jī)，或離線質(zhì)量控制（QC）

大多數(shù)情況下，生產(chǎn)過程中的顯微分析以及在線和隨機(jī)QC會(huì)直接在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，以檢測(cè)產(chǎn)品是否存在任何缺陷或異常。在生產(chǎn)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行快速檢查或篩選有助于確保產(chǎn)品符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。離線QC通常在生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)階段進(jìn)行，但遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，其目的是進(jìn)一步減少，甚至消除不符合特定規(guī)格的檢測(cè)產(chǎn)品。離線QC的頻率低于在線或隨機(jī)QC，而且通常需要對(duì)零部件進(jìn)行更為詳細(xì)的調(diào)查。

快速檢查或深入分析（FA或R&D）

對(duì)于源自生產(chǎn)或服務(wù)階段的FA，以及原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)（R&D），有時(shí)可能需要對(duì)零部件進(jìn)行快速檢查或深入分析。快速檢查或深入分析均可用于對(duì)故障進(jìn)行根本原因分析，或者在研發(fā)階段開展原型研究。根本原因分析通常需要對(duì)一個(gè)或多個(gè)零部件或者連接進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，以清楚了解導(dǎo)致產(chǎn)品故障的原因。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，原型設(shè)計(jì)通常可以借助對(duì)零部件和連接進(jìn)行快速檢查或深入分析，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，從而驗(yàn)證產(chǎn)品性能，并且能以高效率的方式投入生產(chǎn)。

徠卡數(shù)碼顯微鏡提升顯微分析效率

合適的應(yīng)用領(lǐng)域

通過選擇合適的徠卡數(shù)碼顯微鏡（參見下方的圖2和表1），可以滿足用戶對(duì)于顯微分析、QC、FA以及研發(fā)的不同需求。

• Emspira 3數(shù)碼顯微鏡有助于在線或隨機(jī)QC實(shí)現(xiàn)高效率的顯微分析、基礎(chǔ)分析和記錄，同時(shí)在宏觀到細(xì)觀（>2毫米到50微米）比例上實(shí)現(xiàn)FA和研發(fā)的快速檢查。

• DVM6數(shù)碼顯微鏡可實(shí)現(xiàn)高效的顯微分析、詳細(xì)分析和記錄，以便在細(xì)觀到微觀（2毫米到1微米）比例上對(duì)FA和研發(fā)工作進(jìn)行離線QC和深入分析。

圖2：本圖表顯示了使用Emspira 3或DVM6數(shù)碼顯微鏡時(shí)的相應(yīng)比例范圍。對(duì)于每款顯微鏡，在選擇Z合適的解決方案以幫助優(yōu)化工作流程時(shí)，需要考慮每款顯微鏡的特定優(yōu)勢(shì)。

徠卡數(shù)碼顯微鏡的應(yīng)用領(lǐng)域

表1：適合使用Emspira 3和DVM6數(shù)碼顯微鏡進(jìn)行顯微分析和質(zhì)量控制（QC）、故障分析（FA）和研發(fā)（R&D）的應(yīng)用領(lǐng)域。

徠卡數(shù)碼顯微鏡的優(yōu)勢(shì)

下方表2顯示了Emspira 3或DVM6數(shù)碼顯微鏡帶給使用者的不同優(yōu)勢(shì)。

表2：Emspira 3和DVM6數(shù)碼顯微鏡在顯微分析、質(zhì)量控制、FA和研發(fā)方面的優(yōu)勢(shì)。

在線、隨機(jī)或離線QC的示例：

電子設(shè)備的顯微分析

在線或隨機(jī)QC

利用在線QC檢查缺陷或錯(cuò)誤時(shí)，顯微鏡通?？梢杂糜冢?/p>

• 在較低放大倍率下獲取零部件的整體示意圖。

• 快速放大零部件的感興趣區(qū)域，后者需要在更高的放大倍率下進(jìn)行更為詳細(xì)的檢查，以查看微小細(xì)節(jié)。

作為一個(gè)在線或隨機(jī)QC的潛在案例，圖3顯示了使用徠卡數(shù)碼顯微鏡（如Emspira 3）記錄的硬盤部件圖像。此例中，我們可以看到硬盤磁碟或盤片讀寫頭和驅(qū)動(dòng)臂（圖3a）的示意圖。接著，通過輕松、快捷地增加變焦系數(shù)，可以記錄讀寫頭和驅(qū)動(dòng)臂的圖像（圖3b），從而在較高放大倍率下呈現(xiàn)劃痕（缺陷）以供記錄。

圖3a：較低放大倍率下硬盤讀寫頭和驅(qū)動(dòng)臂的圖像。

圖3b：放大圖3a中的指定區(qū)域，以呈現(xiàn)同一硬盤讀寫頭和驅(qū)動(dòng)臂的更多細(xì)節(jié)。驅(qū)動(dòng)臂靠近頭部區(qū)域的金屬表面有劃痕（箭頭位置）。

離線QC

對(duì)于離線QC期間的顯微分析，顯微鏡通常用于對(duì)零部件進(jìn)行更為詳細(xì)的檢查，這對(duì)于在線QC來說不切實(shí)際或者沒有可能。作為離線QC的潛在案例之一，圖4顯示了硬盤底部的局部圖像，即PCB電路板的底面。使用DVM6顯微鏡拍攝的圖像，該顯微鏡配備一體式環(huán)形燈（圖4a）以及采用四分之一波片和浮雕對(duì)比法（圖4b）的同軸照明裝置。我們可以看到焊盤、跡線、通孔以及基板表面。硬盤PCB電路板底面的不同細(xì)節(jié)，例如劃痕、缺陷和污染，在其中一張圖像上有著更加清晰的顯示。正如硬盤PCB電路板所示，DVM6的一體式照明裝置和多種光學(xué)對(duì)比法確保用戶能夠觀察并記錄難以看到的零部件細(xì)節(jié)，而且更加高效，因?yàn)闊o需更改顯微鏡設(shè)置。

圖4a：DVM6拍攝的硬盤底部PCB電路板的局部圖像，該顯微鏡配備一體式LED環(huán)形燈和漫射器。將圈出區(qū)域以及箭頭標(biāo)記位置同圖4b進(jìn)行比較，后者呈現(xiàn)了配備同軸照明裝置的顯微鏡對(duì)相同區(qū)域拍攝的圖像。

圖4b：圖4a中所示相同PCB區(qū)域的圖像。使用DVM6拍攝的圖像，該顯微鏡配備一體式同軸傾斜照明裝置和采用浮雕對(duì)比法的四分之一波片。請(qǐng)注意，相比環(huán)形燈照明圖像（圖4a），焊盤上的劃痕和缺陷（箭頭所示區(qū)域）以及基板上的缺陷和變化（圈出區(qū)域）變得更為明顯。

總 結(jié)

許多行業(yè)要求以更高的效率和更低成本，生產(chǎn)數(shù)量更多的零部件，同時(shí)必須滿足日益嚴(yán)苛的產(chǎn)品規(guī)格。因此，制造商需要不斷提高工作流程的效率，不論是顯微分析和生產(chǎn)、質(zhì)量控制和保證（QC/QA）、故障分析（FA），還是研發(fā)（R&D）。通常，工作流程從宏觀比例擴(kuò)展到細(xì)觀比例，再到微觀比例。

徠卡數(shù)碼顯微鏡無需目鏡即可工作，可以在顯示器上直接觀察零部件的實(shí)時(shí)圖像，確保用戶能夠以高效且符合人體工程學(xué)的方式開展工作。它們可以用于不同行業(yè)的顯微分析、QC/QA、FA和研發(fā)，以優(yōu)化整個(gè)工作流程。本文介紹了根據(jù)用戶需求選擇合適的數(shù)碼顯微鏡時(shí)需要考慮的因素。

參考文獻(xiàn)：

1.J. DeRose, D. Barbero, How to select the right solution for visual inspection: Factors to consider when looking for a routine inspection microscope, Science Lab (2021) Leica Microsystems.

2.J. DeRose, G. Schlaffer, What You Always Wanted to Know About Digital Microscopy, but Never Got Around to Asking, Science Lab (2015) Leica Microsystems.

3.J. DeRose, G. Schlaffer, Digital Microscopy with Versatile Illumination and Various Contrast Methods for More Efficient Inspection and Quality Control: Example applications using the Leica DVM6 with integrated ring light or coaxial illumination system, Science Lab (2017) Leica Microsystems.