Quantensprünge oder Atome lassen sich mit einem Lichtmikroskop nicht betrachten, doch das neue, kompakte und tragbare optische Digital- Mikroskop VHX von Keyence stellt mit Sicherheit einen großen Meilenstein zur Betrachtung und Messung kleinster räumlicher Objekte dar.
Dipl.-Ing. Robert Ruthenberg, PR-Referent der Fa. Keyence mit eigenem PR-Büro in Nürnberg.
Mit einer maximalen Auflösung von 18 Millionen Pixel vermag das optische Digital-Mikroskop VHX selbst winzigste Details klar, deutlich und räumlich, also dreidimensional darzustellen. Es bietet eine 1.000fache optische Vergrößerung, bei Darstellung auf dem eingebauten Flachbild eine 3.000fache und mit zweifach Digitalzoom sogar eine 6.000fache Vergrößerung.
Ein herkömmliches Mikroskop besitzt nur eine relativ geringe Tiefenschärfe. Wenn das Objekt größere Ausbuchtungen und Vertiefungen aufweist, kann daher meist nur ein kleiner Fokusbereich des Objekts scharf dargestellt werden. Das VHX weist eine hervorragende Tiefenschärfe auf. Es ist nämlich in der Lage, mehrere Bilder mit unterschiedlichen Fokuspositionen zusammenzusetzen und daraus ein einziges Bild zu erzeugen, das an allen Stellen die gleiche Tiefenschärfe besitzt. Das digitale Mikroskop VHX verfügt zudem über weitere digitale Fokussierfunktionen wie die sogenannte „Schnelle Tiefenschärfebildung“, mit der eine sofortige Bildzusammensetzung möglich ist, sowie die „Tiefenschärfebildung mit hoher Qualität“, welche hochauflösende Bilder bereitstellt, oder die „3D-Anzeige“, welche eine dreidimensionale Darstellung auf Basis der zusammengesetzten Daten ermöglicht.
Um räumliche Strukturen rasch und präzise abzubilden, haben die Ingenieure das Mikroskop mit einem Fokussiereinstellknopf ausgerüstet, mit dem sich die Tiefenschärfe durch einfaches Drehen an einem Einstellknopf sehr bequem und schnell vornehmen lässt. Während des Einstellvorgangs lässt sich das Echtzeitbild auf dem Monitor gleichzeitig betrachten, so dass die beste Einstellung schnell gefunden ist. Der Zeit- und Arbeitsaufwand für die Bilderstellung vermag der Anwender dadurch um bis zu 70% zu reduzieren.
Beim Fokussieren werden übrigens Kantenabweichungen und Vergrößerungsschwankungen, welche durch ein Verschieben der Brennpunktposition verursacht werden, vollautomatisch korrigiert. Damit ist eine detailgetreue, natürliche und räumliche Bilderzeugung ohne jegliche Unschärfen sehr einfach zu erzielen. Darüber hinaus wird eine automatische Korrektur von Kamera-Verwackelungen vorgenommen, so dass alle Bilder, selbst die bei schwierigen Aufnahmepositionen aufgenommenen, extrem scharf sind.
Die hohe Tiefenschärfequalität in Kombination mit dem neuentwickelten D.F.D.-Verfahren ermöglicht eine 3-dimensionale Bilddarstellung von höchster Qualität. Bei der D.F.D.- (depth from defocus) Technologie werden die 3-D-Daten durch Berechnung der Höhenunterschiede auf Grundlage von zwei oder mehreren 2-D-Bildern mit unterschiedlichen Fokuspunkten erzielt. Durch eine Verstellung der Beleuchtung, die sich mit nur einer einzigen Taste vornehmen lässt, sind Vorsprünge und Vertiefungen optimal auszuleuchten.
Wie hoch mögliche Kosteneinsparungen auf Grund des Einsatzes eines optischen Digital-Mikroskops in der Praxis sein können, belegen zwei Anwendungsbeispiele. In der Produktion eines Zulieferers von Elektronikteilen für Flachbildschirme wurden bisher stereoskopische Mikroskope für die Reparatur fehlerhafter Substrate verwendet. Mit diesem Verfahren war es jedoch sehr schwierig, dünne Brücken und Rippen in einem vertieften Bereich zu erkennen. Daher haben diese Kontrollen sehr viel Zeit gekostet. Die Folge davon war meist, dass einige Substrate ohne Reparatur sofort weggeworfen wurden. Nach Einsatz des optischen Digital-Mikroskops VHX konnte die Reparaturdauer für ein Substrat durchschnittlich um 20% reduziert werden. Die Ausfallkosten der Substrate ließen sich um durchschnittlich 1.500 Euro pro Monat senken. Insgesamt sparte dieser Elektronikteilzulieferer dadurch pro Jahr rund 50.000 Euro ein.
In der Fertigung eines Automobilherstellers wurde die Einsatzzeit aller Zerspanwerkzeuge über die errechnete Verschleißzeit gesteuert. Das hatte zur Folge, dass die Werkzeuge nicht bis zu ihrer tatsächlichen, maximalen Lebensdauer eingesetzt wurden. Schließlich bestand stets die Gefahr einer schlechten Werkstückbearbeitung oder die eines Werkzeugbruchs. Obwohl man unterschiedliche Werkzeuge verwendete, orientierte man sich aus Sicherheitsgründen an das Werkzeug mit der kürzesten Lebensdauer. Nach Einführung des digitalen Mikroskops VHX in der Fertigung konnten alle Werkzeuge gleich an Ort und Stelle begutachtet werden. Heute lässt sich jedes einzelne Werkzeug bis zu seiner maximalen Lebensdauer einsetzen. Dadurch ließen sich die Kosten um etwa 15.000 Euro pro Jahr und je Abteilung reduzieren. Das entspricht immerhin 10% der jährlichen Werkzeugkosten.
Selbstverständlich verfügt das optische Digital-Mikroskop VHX über eine Reihe von Funktionen, die dem Anwender die bestmögliche Abbildung des zu betrachtenden Objektes erheblich erleichtern. So lässt sich das Bild auf dem großen, 15-Zoll Farb-LCD (TFT)-Monitor horizontal oder vertikal teilen, um beispielsweise ein Objektausschnitt nochmals zu vergrößern. Trotzdem kann das Gesamtbild gleichzeitig angezeigt werden. Mittels der vierfachen Bildschirmteilung vermag der Betrachter ein Objekt sogar aus verschiedenen Blickwinkeln bestmöglich zu betrachten und alle vier Ansichten miteinander zu vergleichen. Die Zeitraffer-Funktion wiederum erlaubt Bilder in einem festgelegten zeitlichen Abstand automatisch aufzunehmen.
Weist ein Objekt sowohl extrem dunkle wie auch extrem helle Bereiche auf, dann ist meist keine optimale Darstellung mittels herkömmlicher Mikroskope möglich. Das Mikroskop VHX dagegen, verfügt über eine Regelfunktion, die selbst extrem kontrastreiche Objekte einwandfrei darstellen kann. Mit Hilfe von indirekter und direkter Beleuchtung lassen sich zudem Schatten auf den Bildern vermeiden. Die Kantenvergrößerungsfunktion wiederum erlaubt eine Objektvergrößerung in Echtzeit in einem bestimmten Betrachtungsbereich. Das ist speziell bei Kanten-Abbildungen, wie beispielsweise bei den erwähnten Zerspanwerkzeugen, sehr wichtig. Kantenfehler sind daher extrem schnell aufzufinden.
Umfangreiche Messfunktionen ermöglichen dem Anwender die Objekte nicht nur quantitativ zu betrachten, vielmehr erlauben diese auch eine exakte qualitative Messung. Ob Abstand, Mittenabstand, Radius oder automatische Flächenauswertungen von Farb- und Helligkeitsflächen sind möglich. Mittels dem Mikroskop VHX lassen sich selbst submikrometergenaue Messungen sehr einfach durchführen.
Das kompakte und mit nur 13 kg Gewicht (inklusive LCD-Monitor) leicht tragbare Digital-Mikroskop VHX ist mit einer handlichen Digital-Kamera ausgerüstet. Die Kamera verfügt über einen 2,11 Millionen Pixel CCD-Bildsensor. Ihre elektronische Verschlussblende lässt sich in Stufen bis hinab zu 1/5.000 Sekunde einstellen. Dank ihrer sehr kompakten Konstruktion ermöglicht die Kamera bewegliche Betrachtungen bei hoher Präzision selbst bei sehr beengten Verhältnissen.
Die Bilder können auf einen großen 15-Zoll Farb-LCD (TFT-) Monitor sofort ausgegeben werden. Der große Farbbildschirm ermöglicht auch die Betrachtung der Bilder von mehreren Personen gleichzeitig, so dass sich direkt vor Ort die Analysen vom Team vornehmen lassen. Bei Bedarf sind die Bilder auf einer 40 GB-Festplatte abzuspeichern (Kapazität etwa 200.000 Bilder bei Komprimierung eines 2 Millionen Pixel-Bildes) oder per LAN- (RJ-45; 10BASE-T/100 BASE-TX) bzw. USB 2.0-Schnittstelle auf andere Rechner sowie übers Internet zu übertragen. Ein 24-faches CD-R/RW-Laufwerk ist im Gerät zusätzlich eingebaut.
Eine Vielzahl an Objektiven vom Makro- über diverse Telezoomobjektive bis hin zu Boreskope-Objektiven sowie flexible Endoskope und verschiedene Zubehörartikel wie ein digitaler Farbdrucker runden das Bild dieses innovativen optischen Digital- Mikroskops ab.
QE 507
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