Все об оптических микроскопах

Иллюстрация, приведенная здесь, должна показаться знакомой всем тем, кто когда-либо был в лаборатории по контролю качества или в заводском цеху. Этот рисунок показывает оптический микроскоп, собственной персоной. Причина того, что мы поместили этот рисунок в самом начале, заключается в необходимости показать важный момент.

Этот рисунок взят из патента №1 903 933, зарегистрированного 21 мая 1925 года. Тот факт, что современный микроскоп мало отличается от запатентованного 85 лет назад, может вызвать несколько вопросов, таких как "почему они до сих пор здесь?", "почему мы до сих пор используем их?" и "неужели мы не придумали ничего получше?" Для начала, давайте рассмотрим саму технологию.

Причина того, что микроскопы не сильно изменились за 85 лет, заключается в том, что фундаментальные принципы, лежащие в основе оптического микроскопа, элегантны и просты и при этом вполне работоспособны. Поскольку оптика как раздел физики с тех пор не изменилась, единственно возможные улучшения технологии микроскопа вращаются вокруг качества самих оптических деталей, а также добавляемых микроскопу функций, делающих процесс измерения проще для пользователя.

Как это работает

Итак, как же работает микроскоп? Хорошей аналогией, объясняющей принцип, лежащий в основе оптического микроскопа, является старый проектор-эпидиаскоп -- помните такие знакомые со школьных лет проекторы, с помощью которых прозрачные слайды проектировались на экран?) На самом деле, элементарный микроскоп можно изготовить из такого эпидиаскопа.

Если вы найдете эпидиаскоп у себя в офисе, то можете попытаться немного поэкспериментировать с ним. Для начала, поместите двухмерную деталь на площадку эпидиаскопа и спроецируйте ее изображение на большой лист бумаги, прикрепленный к стене. Обведите ручкой тень, отбрасываемую деталью на лист бумаги. Этот контур будет основой для сравнения всех последующих деталей, помещаемых на площадку прибора. Если детали не совпадают с рисунком, значит, они не одинаковые. Таким образом, контур, нарисованный пером, представляет собой шаблон микроскопа.
С практической точки зрения, мы не можем в действительности использовать эпидиаскоп для проверки деталей. С одной стороны, эпидиаскопы редко бывают в фиксированном положении, неподвижными. Если расстояние проецирования незначительно изменится вследствие того, что проектор толкнут или сдвинут с места, размер контрольного изображения на стене изменится, и контур, нарисованный вами, перестанет быть точным.

Базовая концепция оптического микроскопа, используемого для контроля качества, состоит в том, чтобы взять идею проектора-эпидиаскопа и поместить его целиком внутрь кожуха так, чтобы оптическое расстояние между деталью и экраном было неизменным, известным и могло быть откалибровано.

Основной концепцией микроскопа состоит в том, что деталь крепится на площадке, источник света освещает эту деталь, и отбрасываемая тень в виде контура детали, увеличенная линзами и отражаемая зеркалами, проецируется на обратную сторону экрана, позволяя рассмотреть ее в увеличении, точно так же, как в случае нашего эпидиаскопа.

Основываясь на известном коэффициенте увеличения линз, измерения детали могут выполняться непосредственно с экрана с применением (традиционной) экранной панели или визирных перекрестий, дающих контрольную точку для проектируемых контуров детали. Оператор наводит на измеряемую деталь перекрестье визира, регистрирует точку, затем сдвигает изображение и регистрирует другую точку. Такой процесс получения множества точек позволяет математически сконструировать такие объекты, как окружности, щели, радиусы и кромки -- обычно это выполняется с помощью цифрового дисплея с микропроцессорным управлением.

Размер и увеличение проецируемого изображения на микроскопе зависит от оптических свойств и размера экрана самого микроскопа: обычно размер экрана составляет от 12 до 36 дюймов, но также имеются микроскопы с размером экрана до 60 дюймов. Тем не менее, чем больше размер экрана, тем больше становится закрытый измерительный отсек, поскольку для "отбрасывания" изображения требуется большее расстояние. Микроскоп с очень большим экраном будет, в целом, гигантским, практически, пустой коробкой, используемой для инспекции маленьких деталей.

Преимущество микроскопа заключается в том, что он может непосредственно использоваться для простых операций, не требуя при этом большой подготовки. В простейшем микроскопе оператор должен всего лишь закрепить деталь и, перемещая ее с помощью рукояток, наблюдать изображение на экране. Прогрессивные технологии, такие как компьютерные дисплеи, которые позволяют совмещать деталь автоматически и запоминать измеренные точки, автоматические технологии контактного измерения и усовершенствованные средства перемещения площадки, внесли свой вклад в конструкцию старого доброго микроскопа, повысив удобство его использования в лабораториях качества.

Если простота микроскопов -- это одна из причин их сохраняющейся популярности, то она же является их слабым местом. Поскольку изготавливаемые детали становятся все более сложными, с большим количеством параметров, которые должны контролироваться с возрастающей точностью, с более высокой частотой проверок, достигающей иногда 100%-й проверки, преимущества традиционных ручных микроскопов существенно уменьшаются. 

Optiv321 Развитие видеосистем контроля делает технологию ручных микроскопов, даже оснащенную современными функциями, весьма странными, чтобы сравнивать их друг с другом. Это особенно заметно, когда требуется измерять большое количество деталей за один раз, поскольку видеосистемы позволяют размещать множество проверяемых деталей на площадке одновременно. Добавьте к этому автоматические функции видеосистем, и вы ясно получите победителя в скорости и гибкости. Автоматически перемещаемые площадки измерения, функции программирования САПР, возможность использовать различные технологии освещения и функции трехмерного контроля значительно превосходят ограниченные в своих возможностях традиционные микроскопы. Представьте себе возможность разместить десятки мелких деталей на площадке прибора и уйти, в то время как программа будет работать автоматически и сообщит вам в конце цикла, какие детали хорошие, а какие плохие. В этом состоит преимущество современных видеосистем контроля.

Так почему же некоторые по-прежнему выбирают микроскопы? Для многих простых, не повторяющихся задач контроля двухмерных деталей с четко определенными краями, оптический микроскоп по-прежнему остается отличным инструментом, который нужно иметь под рукой. Как и в случае использования других технологий, важно знать, когда и где нужно применять тот или иной инструмент.

Если вы готовы выйти за рамки микроскопов, обратите внимание на оптическую систему Optiv Classic, которая сочетает возможности автоматического контроля с функциями САПР программы PC-DMIS, дающими возможность программировать станок непосредственно по 3D модели.