Key Elements For Good Visual Inspection

细致的视觉检查仍然是确保电子组装质量的主要手段，并且可以发现缺陷。实际上，大多数缺陷，例如组件未对齐、焊接桥接、同平面问题、焊接缺陷以及表面板损坏（还包括如塑料封装的“爆米花”现象）和焊球问题，都可以通过视觉检查来检测。

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当然，有一些缺陷类型只能通过质量更高的技术，如X射线成像，来发现。但视觉检查仍然是发现电路组装缺陷的首要手段，能够在测试的后期阶段之前发现并纠正它们，从而避免这些问题影响到最终产品的交付。

有效的视觉检查需要两个基本要素：一个受过训练、经验丰富的检查员，以及帮助检查员的适当设备。假设我们已经具备了前者，接下来就需要关注后者，因为仅凭肉眼进行当今微型化部件和装配的仔细检查是不够的。

放大与照明
人眼通过反射光来洞察细节。因此，不仅需要放大细节，还需要恰当的照明。这背后的理由不仅仅是为了辨别如焊接接头裂纹等难以发现的缺陷；操作员的舒适度也是良好的检查的重要因素。能否让疲惫的员工做好细致的工作？显然不能，而眼睛疲劳的检查员很可能会漏掉本应发现的缺陷。因此，制造主管的职责是确保他们的检查员使用的设备能够尽量减少眼睛疲劳的可能性。工作的适当放大倍率、正确的照明，以及设备的符合人体工程学的功能（如可调节性和可定位性）都是至关重要的。

显微镜与照明设备
显微镜提供了最高水平的光学检查放大倍率和清晰度。市场上有许多优质显微镜，不在此文讨论各种类型和选项的评估。显然，目前使用的几乎所有显微镜都是立体型，提供非常高质量的图像，并在某种程度上，为操作者提供了一定的深度感知。高倍率的CCD相机也用于光学检查，通过将图像投影到彩色显示屏上。虽然这种方法可能细节稍逊，但其优势在于多个个体可以同时查看同一图像，进行共识、分析或指导。同时也方便捕捉数字化图像进行网络传输或制作培训视频等。无论是哪种方式，适当的照明都是至关重要的。

显微镜/CCD相机照明有几种形式。其中一种是直接安装在显微镜本体上的，通常是一个包含圆形荧光灯的罩子。圆形设计旨在均匀分配光照。荧光灯因其提供“冷”光而被广泛青睐，然而，过去发出的绿色光谱以及会令人烦恼的闪烁、阴影和电感应器引起的嗡嗡声，常常让操作员感到烦恼并导致眼疲劳。固态技术的发展和荧光灯技术的进步如今使这些灯能够在整个光谱范围内提供更高强度的冷白光。没有闪烁或阴影，同时操作静音。此外，曾经是不可实现的一项新功能——调暗荧光灯，如今通过先进的微电子控制轻松实现。

另一种显微镜照明方法通过外部电源单元生成，并通过一条柔性金属外壳光纤电缆供应到显微镜的附件上。这个附件将在均匀的圆形区域内提供光照，可能配有可调节的虹膜光圈，以保持恒定的开尔文色温。在发电端，光强度可以调整，使操作员对照明区域的光量和强度有很高的控制度。

为了在照明点提供足够的光，需要在光源产生足够强度的光。过去，光纤存在被烧毁的问题，同时强度调节电位器也会加热而烧坏。如今的发电装置对光线进行红外过滤，以防止光纤受损，并保持光线“冷却”。固态强度控制已取代了可变电阻。纤细的环形光导使其与显微镜连接更加便捷，快接设计使其能够迅速适配CCD相机。

这些光纤系统同样配备可以代替环形灯的双点照明器，带有可聚焦的透镜。它们给操作员提供多种角度的照明调整能力，以便在狭小的PCB结构中灵活照明。透镜的聚焦能力增强了操作员根据实际需求调整光照妆点、方向与源的能力。根据设备类型，可能会配备迷你环形或8点环形（用于更长的工作距离）、虹膜光圈和色彩过滤器套件。

颜色的作用
在某些使用机器视觉检查的应用中，保持恒定的开尔文色温至关重要。通常，其他类型的彩色照明包括用于检查光刻胶的黄色灯泡，以及用于检测符合涂层、镀层缺陷等特定缺陷的紫外（黑光）。使用的紫外光波长并不在伤害性UV（如导致晒伤等）范围内。但总体而言，在检查中使用的特殊彩色照明比例较小，且仅限于某些特定应用。

静电放电（ESD）安全
在照明放大过程中确保ESD安全是一个重要问题。制造商常常辛苦去保护和接地与操作员及工作台接触的一切，反而忽略了悬挂在工作件上方的强大ESD潜在来源——照明放大镜！保护产品免受潜在ESD损坏的最佳方法是确保所使用的放大镜由高质量金属部件（罩、灯罩等）或新开发的ESD安全塑料制成。显然，操作员应同样关注悬挂在其工作上方的ESD潜在危害，就如它们关注其他来源一样。

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照明放大镜
基于显微镜的检查可能会让操作员感到疲惫。在较低放大倍率足够的应用中，照明放大镜比显微镜使用更为简单、容易。它们提供较宽的视野，且在使用、调整、聚焦等方面不如显微镜那么累。通常整个组件可以在单一视野内进行检查。照明放大镜基本上是安装在框架上的大放大镜，内部集成了照明设备，所有这些配合在一个可调臂上并夹在工作台上。简单来说，照明放大镜远不止于此。

首先，有不同等级的玻璃，这会影响镜头的清晰度和允许透过的反射光的质量。例如，许多照明放大镜使用B级绿色镜片，但这类型的玻璃限制了光的透过，并且与长期眼部疲劳相关。最佳的照明放大镜镜头是水晶透明的冠白镜片，具有最佳的光透过率。

不同的放大倍率以“屈光度”表示，屈光度是镜头折射力的单位，相当于焦距的倒数（以米为单位）。例如，典型的5英寸直径镜片可能被评为3屈光度，放大倍率为1.75倍。而相同5英寸镜片在5屈光度条件下则具有2.25倍的放大倍率。

照明放大镜的光源依旧为荧光灯，这些产品也从荧光灯技术的进步中获益。通常，灯具放置在镜片两侧，或者环绕镜片形成“U”形，以提供尽可能均匀无阴影的照明。固态微电子技术使荧光灯具可以调光，并如前所述，消除闪烁和嗡嗡声。此外，开发出了一种新型“无眩光”灯泡。眩光会导致操作者眼部疲劳，并掩盖本应清晰可见的缺陷。一种新的三重混合荧光粉与熟悉的冷白荧光粉有所不同，旨在产生白光，但存在反射性回弹和眩光的缺点。这种新的荧光粉混合物消除回弹，从而将眩光降低了60%。它允许操作员的眼睛更好地吸收并更有效地利用灯泡产生的光。结果是舒适度更高，操作员表现与效率改善，以及产品质量的提升。

不能强调荧光灯调光技术在照明放大检查中所带来的突破性影响。将荧光灯的亮度从100%调至25%的能力极为重要，因为这使得高反射表面变得更加清晰，而在过去，眩光是一个显著的问题。

结论
对目前可用视觉检查技术的深入了解，以及对特定检查应用需求的清晰认识，能够帮助制造商选择最合适的检查设备以完成任务。尽量减少操作员的疲劳——不论是眼睛疲劳还是其他——是维持良好检查程序、作业规范及操作员有效性的关键。光学检查设备并不是看起来那么简单，持续的技术创新致力于提高视觉检查设备的质量和功能性。

阅读：O.C. White公司的Otis C. White，董事长的《应用照明》
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