2.0MP HD 3 in 1 Digital Industry Microscope for PCB Lab — Промышленный цифровой микроскоп | mysku

2.0MP HD 3 in 1 Digital Industry Microscope for PCB Lab — Промышленный цифровой микроскоп

  • Цена: $99.90 ($94.91 на момент покупки)

Вероятно каждый столкнувшись с пайкой SMD, BGA или просто ремонтом современной электроники задумывется о приобретении микроскопа для своих нужд. Но из-за высокой стоимости подобных устройств в большинстве случаев выбор падает на недорогой вариант usb камеры с оптикой типа «перевернутая вебка». Информации и обзоров для новичка по таким микроскопам можно найти великое множество, однако по более профессиональным устройствам ее практически нет. Попробую это исправить.
Данный обзор про относительно бюджетную промышленную камеру-микроскоп, пригодную как для проверки качества пайки и плат, так и для проведения различных работ (пайки, прозвонки и т.п.). Также любителям DIY я расскажу о том, как можно почти самостоятельно изготовить для этого микроскопа штатив. Всех заинтересовавшихся приглашаю под кат. Ну и краткий вывод — рекомендую!

О магазине
Микроскоп был заказан еще зимой этого года в одном из магазинов алиэкспресса CNSCOPE, специализирующемся на продаже всевозможных оптических приборов.

На момент написания обзора ссылка на лот по какой-то причине не работала, поэтому перед написанием обзора у продавца пришлось попросить новую. У нового лота счетчик заказов пока нулевой, поэтому во избежание различных претензий на п.18 скрин заказа:

В целом продавец несмотря на небольшое рейтинг, о себе оставил положительное впечатление: товар упаковал хорошо, отправил быстро, да и цена на момент покупки была ниже чем у других.

Данная модель микроскопа отличается от аналогичных наличием как цифрового, так и аналоговых видеовыходов. Выбор ее был обусловлен двумя простыми требованиями: микроскоп должен позволять работать с обозреваемым объектом (т.е. расстояние от линзы до объекта должно быть большим, а задержки отображения картинки минимальными) и иметь возможность записи фото и видео.
Покупался только сам микроскоп без штатива и блока подсветки. С ними ценник почти в два раза выше.

Итак, микроскоп был заказан и пришел в следующей комплектации: камера с универсальным креплением типа C-Mount, объектив и блок питания со всеми необходимыми кабелями.

Также присутствовал диск с ПО и драйверами под винду, но он уже успел куда-то затеряться.

Камера
Камера универсальная и имеет на борту аналоговые выходы (VGA, CVBS) и USB порт. Корпус весь из металла. В качестве светочувствительного элемента установлен 2-х мегапиксельный CMOS сенсор с диагональю 1/3 дюйма.

Полная спецификация от продавца:

  • Model: Camera with VGA AV USB2.0 three output
  • Sensor: 2.0mp,1/3 inch
  • Full Resolution: 1600X1200 (UXGA)
  • 800 lines Definition
  • Frame rate: 10-15(USB2.0)
  • 720P/1024×768/1280×1024/1366×768@60HZ
  • White Balance: Auto
  • Light: Auto
  • Color: Color/B&W
  • Negative: Support
  • Morror: Left/right,Up/Down
  • Freeze: Support
  • OSD: English/Chinese
  • Picture compare: Captured picture dynamic video 1/2 screen compare
  • Contrast: Support
  • Saturation: Support
  • Cross cursor: Support,different color
  • Line: different color,2 horizontal line
  • 2 vertical line,any positions
  • Digital Noise reducer: Support
  • VGA(RGB): 720P/1024×768/1280×1024/1366×768@60HZ
  • USB2.0

Для работы под микроскопом лучше использовать аналоговый выход, т.к. отставание картинки минимально и практически не ощущается глазом. USB порт как вы уже догадались, служит для подключения к ПК и позводяет сохранять фото и видео с максимальным разрешением 1600х1200. При подключении к USB аналоговый выход продолжает работать.
Также в камере присутствует On-Screen Display (OSD) меню, доступное через аналоговый выход (о нем чуть позже).
Все разъемы и элементы управления выведены на тыльную сторону. Фото камеры со стороны разъемов, а также блока питания, идущего в комплекте:

Наблюдательный глаз сразу заметит несоответствие: для питания камеры требуется 5в, а у блока питания на выходе 12в! Сначала меня это тоже немного озадачило, и пришлось даже найти 5-вольтовый блок. Также я спросил об этом продавца и вскоре он заверил меня, что все должно без проблем работать и что они все тестируют перед отправкой.
Так как получение посылки к тому времени еще не было подтверждено, я решил попробовать запитать камеру от 12в через лабораторный блок питания, а заодно и проверить потребляемый ток при одновременной работе аналогового и цифрового выхода:

Как видно, при увеличении напряжения потребляемый ток уменьшается, а значит внутри по питанию стоит импульсный DC-DC преобразователь и камера теоретически способна работать от 12в.

Про ПО:
В качестве основной операционки на домашнем ПК я использую Ubuntu. В ней при подключении микроскоп определяется как веб-камера YW MS2300D и может работать с любым соответсвующим ПО для веб-камер. Для работы с ним я использую программу Cheese (все фото и видео с микроскопа сделаны в ней).
Детали
В системе камера определяется как устройство /dev/videoX

crw-rw----+ 1 root video 81, 0 апр.  14 23:51 /dev/video0

В системный лог при подключении выводится следующее:

Apr 14 23:51:19 desktop kernel: [267376.293323] usb 1-5.4.1: new high-speed USB device number 81 using xhci_hcd
Apr 14 23:51:19 desktop kernel: [267376.435014] usb 1-5.4.1: New USB device found, idVendor=eb1a, idProduct=bc38
Apr 14 23:51:19 desktop kernel: [267376.435016] usb 1-5.4.1: New USB device strings: Mfr=2, Product=1, SerialNumber=3
Apr 14 23:51:19 desktop kernel: [267376.435017] usb 1-5.4.1: Product: YW MS2300D
Apr 14 23:51:19 desktop kernel: [267376.435018] usb 1-5.4.1: Manufacturer: YW2300
Apr 14 23:51:19 desktop kernel: [267376.435019] usb 1-5.4.1: SerialNumber: 2.0M Camera
Apr 14 23:51:19 desktop kernel: [267376.435627] uvcvideo: Found UVC 1.00 device YW MS2300D (eb1a:bc38)
Apr 14 23:51:19 desktop kernel: [267376.436656] input: YW MS2300D as /devices/pci0000:00/0000:00:14.0/usb1/1-5/1-5.4/1-5.4.1/1-5.4.1:1.0/input/input72
Apr 14 23:51:19 desktop mtp-probe: checking bus 1, device 81: "/sys/devices/pci0000:00/0000:00:14.0/usb1/1-5/1-5.4/1-5.4.1"
Apr 14 23:51:19 desktop mtp-probe: bus: 1, device: 81 was not an MTP device

Через /dev/videoX камера шлет в систему MJPEG поток с максимальным разрешением 1600х1200 и частотой 15fps:

sasha@desktop:~$ luvcview -d /dev/video0 -L
luvcview 0.2.6
SDL information:
Video driver: x11
A window manager is available
Device information:
Device path:  /dev/video0
{ pixelformat =  MJPG , description =  MJPEG  }
{ discrete: width = 640, height = 480 }
Time interval between frame: 1/30,
{ discrete: width = 800, height = 600 }
Time interval between frame: 1/15,
{ discrete: width = 1280, height = 720 }
Time interval between frame: 1/30,
{ discrete: width = 1024, height = 768 }
Time interval between frame: 1/15,
{ discrete: width = 1280, height = 1024 }
Time interval between frame: 1/8,
{ discrete: width = 1600, height = 1200 }
Time interval between frame: 1/15,
{ discrete: width = 640, height = 480 }
Time interval between frame: 1/30,

Дальше прикладное ПО, поступает с этим потоком на свое усмотрение. Напрмер Cheese при записи видео пережимает его кодеком VP8 и сохраняет в формате webm.

VIDEO:  [VP80]  1600x1200  0bpp  37.667 fps    0.0 kbps ( 0.0 kbyte/s)
Load subtitles in ./
ID_FILENAME=2016-04-01-212036.webm
ID_DEMUXER=lavfpref
ID_VIDEO_FORMAT=VP80
ID_VIDEO_BITRATE=0
ID_VIDEO_WIDTH=1600
ID_VIDEO_HEIGHT=1200
ID_VIDEO_FPS=37.667
ID_VIDEO_ASPECT=1.3333
ID_AUDIO_FORMAT=22127
ID_AUDIO_BITRATE=0
ID_AUDIO_RATE=44100
ID_AUDIO_NCH=1
ID_START_TIME=0.00
ID_LENGTH=28.19
ID_SEEKABLE=1
ID_CHAPTERS=0

В Windows также думаю проблем возникнуть не должно. В комплекте идет диск со всем необходимым для работы ПО.

OSD меню камеры
Камера имеет встроенное OSD меню, позвдяющее менять настройки изображения и накладывать на него различные эффекты. Меню отображается только на аналоговых выходах, но часть настроек применяется и к оцифрованному изображению. Вызов меню происходит по нажатию клавиши MENU, навигация по соответствующим кнопкам. Все интуитивно понятно, и разобраться не составит труда. Единственное, при первом включении вместо надписей были иероглифы и пришлось методом научного тыка искать как переключается язык.
Все настройки сгруппированы в нескольких разделах:

1. DISPLAY — настройки изображения

2. CAMERA
Именно тут находится пункт переключения языка. Вариантов всего 2: английский и китай.

3. COLOR — настройки цвета (влияют и на оцифрованное изображение)

Кроме настроек цвета тут можно выбрать один из 3-х режимов картинки: цветной, черно-белый и негатив.

4. LINE

Тут можно включить «прицел» в центре экрана

А также для измерения или позиционирования вывести от одной до 6 линий в заданных координатах.

5. SPECIAL

Freeze — заморозка картинки
Compare — помещает эталонное изображение в левую или правую половину, позволяя делать сравнения объекта

Denoise — устраняет дрожание картинки при большом увеличении за счет дополнительной задержки
Mirror/Inverse — зеркалирование/инверсия изображения
6. CALIBRATION

Данные настройки позволяют сделать калибровку для различных измерений. После калибровки между линиями отображается расстояние:

Объектив

Заявлены следующие характеристики:

  • zoom c-mount Lens
  • Magnification Power by 0.12 — 2X (about 8 — 100X on the display)
  • Work distance:55mm-200mm
  • Visual field :2.4mm-32mm
  • Size: 115mm(L) * 40mm(DIA)
  • Weight: 210g

Поясню в кратце. Размеры объектива: длина 155мм, диаметр 40мм. Рабочая дистанция до обозреваемого объекта в зависимости от увеличения: 55мм-200мм. Само оптическое увеличение находится в диапазоне от 0.12 до 2Х. Это дает примерное 8-100 кратное увеличение обозреваемого объекта на мониторе. Если кому-то этого мало — существуют объективы с аналогичным креплением, дающие большее увеличение.
На самом деле, как я не пытался посчитать какая должна быть диагональ монитора для того, чтобы эти цифры походили на правду — у меня ни чего не получилось. То-ли я не так считал, то-ли цифры притянуты откуда-то с потолка.
Чтобы хоть как-то проверить заявленные характеристики, распечатал миллиметровую сетку и сделал ее снимки с минимальным и максимальным зумом:
Фото миллиметровки

В минимальном увеличении получился квадрат 24х18мм, а в максимальном 4х3мм. При проецировании картинки на сенсор с диагональю 8.466мм получаем увеличение около 0.28 и 1.7Х соответственно. При этом на мониторе с диагональю 21" и таким же соотношением сторон как у сенсора диапазон увеличений будет примерно 17.5-106.5Х. Наверное это более правильные цифры, но утверждать не буду, если что знающие люди поправят. Даже если это так, лично меня такое несоответствие характеристик нисколько не расстраивает. Все давно уже привыкли и относятся с пониманием к тому, что китайцы иногда любят немного слукавить.

Камера в сборе с объективом (общий вес около 470г):

Итак, микроскоп собран и проверен. Осталось сделать штатив для удобной фиксации над рабочей поверхностью и подсветку обозреваемого объекта. Всего-ничего! ))
Еще до покупки, глядя на те конструкции, что предлагает нам китайская промышленность, а также цены на них, я твердо решил сделать все самостоятельно под себя, с минимальным количеством проводов, коробочек и занимаемого места.
Порывшись в старом хламе, была найдена сломанная палка от палатки из стекловолокна диаметром 8мм и длинной около 55см. Ее использовал для оси Z штатива (вертикального перемещения), разрезав на две части для увеличения жесткости конструкции. В качестве основания штатива был взят подходящий кусок доски.
Блок питания решено было использовать один для всех потребителей (камера, подстветка и возможно в будующем обдув рабочей зоны) и «интегрировать» его в конструкцию. Так как в хозяйстве имеется 3д-принтер, остальные детали корпуса и креплений сделаны из пластика. Для этого сначала была построена 3д-модель будующего штатива в программе FreeCAD:


И распечатаны детали. Печатал АБС-пластиком соплом 0.4.
Вот что получилось в итоге после сборки основных узлов:

В собранном состоянии:


Стрелками показал плоскости, в которых штатив позволяет перемещать камеру.
Конструкция получилось модульной и при необходимости ее за несколько минут можно разобрать и собрать.
Для желающих повторить в конце обзора есть ссылка на архив с исходниками для FreeCAD-а, а также отдельные детали штатива, экспортированные для печати в формат stl.

Рассмотрим подробней устройство штатива.

1. Ось Z (вертикального перемещения) и крепление микроскопа:

Для сборки дополнительно понадобились пара винтов М3х15 с гайками для изготовления ручек, болт М6х25 с гайкой и две трубки диаметром 8мм и 25-30см в длинну для направляющих. В моем варианте трубки из стекловолокна оказались довольно хлипкими, поэтому кто захочет повторить — лучше поискать стальные.
Маленькие ручки сделал так: в пластиковое основание закрутил шуруповертом винт М3х15, а затем отрезал головку винта дремелем. Остальные металлические детали и трубки просто запрессованы в пластик.

Стоит также обратить внимание на эту деталь:

Изначально ручку планировал закручивать прямо в пластик, но усилие на резьбу оказалось слишком большим и пришлось паяльником вплавить туда гайку. Если в будующем придется переделать эту деталь, обязательно это учту.
И еще один момент: маленькая квадратная деталька в правом верхнем углу. Она позволяет предотвратить повреждение направляющей при фиксации крепления камеры. Для этого под гайкой внутри отверстия под вертикальную ось для нее предусмотрено посадочное место.

Конструкция в сборе:

2. Блок питания
В качестве источника питания я взял AC-DC преобразователь с выходными характеристиками 5в 2а и размерами (ДхШхВ) 64,5х32,5х20мм.

И сделал под него корпус:

А всю коммутацию и низковольтную часть спрятал в дополнительной «крышке»

С этой крышкой кстати случился небольшой облом: когда уже сделал 3д модель и поставил печататься, внезапно пропало электричество, а вместе с ним и результат работы. Так что для нее исходника в архиве нет, только stl-ка.
Более детально внутренности крышки:

Входное напряжение с блока питания через разъем подается на «шину питания» 1, к которой подключены светодиод 2 для индикации питания (через резистор 1к на ноге светодиода под термоусадкой) и остальные потребители. Камера подключена напрямую, а питание подсветки сделано через step-down преобразователь 3.
Для регулировки яркости служит переменный резистор 4, а для уменьшения пульсаций на всякий случай поставил подходящий по размеру электролит 7.
Также на будующее через выключатель 5 предусмотрел подключение вентилятора обдува рабочей зоны.
Камера, подсветка (и в будующем обдув) подключаются через один 6-пиновый разъем (6) JST EH. Разъем припаян к плате-переходнику, которая в свою очередь вставляется в пазы корпуса. Остальные элементы зафиксированы в корпусе на термоклей. Плата-переходник крупным планом:

Один из контактов как видно оказался непропаян. Пользуясь случаем, записал небольшое видео устранения этого дефекта:

Очень долго пытался поймать фокусное расстояние из-за того что крышку держал в руке практически на весу.

Насчет дополнительного обдува рабочей зоны пока точно не решил буду ли делать. Теоретически он нужен для пайки паяльником, т.к. пары флюса поднимаются вверх, сильно ухудшают видимость и могут запачкать линзу. На практике же крепление камеры позволяет расположить ее не перпендикулярно столу, а под небольшим углом, что в какой-то степени решает эти проблемы. К тому же 5-вольтового вентилятора подходящих размеров у меня не нашлось, а заказывать в китае — это еще месяц ожиданий.

3. Ответная часть разъема с проводами

Два пустые контакта оставлены как раз для подключения вентилятора.
Чтобы провода не болтались, сделал для их укладки такие держаки:

4. Подсветка
Блок подсветки сделан на пяти светодиодах 5050, включенных в параллель:

Сначала для светодиодов я сделал 5 небольших платок, затем припаял к ним сами светодиоды, собрал все в «гирлянду» проводами, после чего народным методом закрепил в корпусе. Отдельного зажимающего механизма крепления придумывать не стал, поэтому получившийся блок подсветки просто внатяг одевается на объектив.
Также стоит рассказать про схему питания подсветки. Так как подсветка в максимуме потребляет около 0.3А, сначала я хотел обойтись линейным стабилизатором и даже сделал для эксперимента небольшую платку.
Фотоотчет по сборке линейника
Плата делалась полностью вручную, по-быстрому, без всяких лутов: разложил детали, маркером разметил «дорожки», затем вырезал ножом лишнюю медь.

Плата с детальками (линейник AMS1117 в SOT223 и три резистора 0805):

Залудил плату:

И припаял детальки:

Опытным путем остановился на таких номиналах резисторов и потенциометре в 1кОм:

Но в результате экспериментов оказаолсь, что линейник в закрытом корпусе и без теплоотвода на максимуме довольно сильно грелся и плавил термоклей, на котором сидел. Поэтому я решил заменить его на вот такой импульсный преобразователь.

Для правильной регулировки яркости преобразователь был немного доработан:

Вместо штатного подстроечного резистора в цепи обратной связи установил резисторы и потенциометр таким образом, чтобы выходное напряжение обеспечивало требуемый диапазон яркости подсветки. Также для уменьшения негативного влияния дребезга контактов потенциометра дополнительно добавил небольшую емкость (около 0.1мкФ) в обратную связь. Конечно правильней было бы сделать стабилизацию по току, но я решил остановиться на этом варианте, т.к. светодиоды работают далеко не на полную мощность, а яркость подсветки все равно приходится постоянно регулировать под конкретные условия.

Все, с устройством штатива разобрались. Теперь для демонстрации возможности микроскопа приведу еще несколько фоток общего плана.
1. Вид на плату с максимально возможного для штатива расстояния. Увеличение в этом случае почти минимально, около 20-25Х.

2. Кучка резисторов типоразмера 0603 на близком к максимальному увеличении:

3. И пара фоток известной многим сборки ESP8266 ES01.
Плата с максимальной высоты:

Область светодиодов (типоразмер 0402) в максимальном увеличении:

Для сравнения — та же картинка с самого микроскопа:

Левый резистор уже менялся ранее (плату прислали с браком), поэтому выглядит не очень.

В заключение еще несколько примеров фоток, сделанных микроскопом

Денежные знаки
Фото наиболее интересных мест на купюрах 500 и 1000р. Где именно они находятся не скажу, попробуйте отыскать самостоятельно ;)





Еще нескольк фоток ESP8266
Фокус на корпусе микросхемы:

А тут — на плате:

А тут плата с самым минимальным увеличением, какое получилось сделать. Плата при этом лежала на столе, а микроскоп поднял максимально вверх и наклонил, направив на стол.

Не менее популярная Arduino Pro Mini (или ее клон)
Общий вид:

Покрупнее светодиод:

На максимуме:

Немного под углом чтобы получше разглядеть кристалл:

И с фокусом на плату. Тут хорошо видна толщина дорожек и маски:

Пара фоток IPS матриц с двух разных телефонов

Шлейф дисплея телефона
Общий вид:

Стык шлейфа и стекляшки крупнее:


И с обратной стороны, где установлен контроллер:


SMD элементы различных типоразмеров

Сначала самые маленькие. Резистор 0201 на первом фото и индуктивность с конденсатором на втором. Вторая фотка сделана на максимуме:

Чуть побольше, 0402. Вверу у микросхемы шаг выводов 0.65мм:

Резистор 0603

Резистор и светодиод 0805

Очень подозрительный резистор 1206. Именно ему выпала честь сняться в следующем видео.

Ну и совсем гигантский размер, светодиод 5730:

Вскрытие AMS1117
Ради науки разобрал линейный регулятор AMS1117 в корпусе SOT223 чтобы посмотреть как выглядит кристалл микросхемы.
Общий вид кристалла на металлическом основании, выполняющем роль теплоотвода:

И несколько фоток самого кристалла в максимуме. При вскрытии кристалл немного пострадал, но общую картину увидеть можно.

Под разными углами освещения можно даже разглядеть различные слои металлов и диэлектриков микросхемы:



На сайте Zeptobars есть фото LM1117. Как вино, AMS1117 от него отличается.

И пара примеров видео:
Видео с микроскопа
1. Замена резистора 1206
Резистор менялся в драйвере такой светодиодной лампы:

Лампу разобрал для ремонта, т.к. в какой-то момент она стала слишком долго включаться. Резистор как раз был установлен в питании ШИМ контроллера и выглядел как будто с трещиной.

После замены выяснилось, что резистор исправен, а трещиной оказался несмытый флюс. Причиной же неправильной работы лампы был подсохший конденсатор.

2. Замена светодиода 5730
Также на столе валялась лампа-кукуруза с очередным сгоревшим светодиодом. Заодним и ее отремонтировал:

Заключение
В целом микроскоп мне понравился, так что с уверенностью могу рекомендовать его к приобретению. В отличие от более дешевых usb-микроскопов, являющихся по сути игрушками, герой обзора — вполне годный инструмент, способный сильно облегчить выполнения мелких работ и повысить их качество. Считаю, что данная покупка полностью оправдывает свои вложения.

На этом все. Спасибо всем, кто дочитал до этого места! Если вдруг про что-то забыл написать или допустил какие-то неточности — пишите в комментариях, добавлю/исправлю.

Ссылка на архив 3д-модели штатива: https://drive.google.com/open?id=0B4AelA5W230mZXVPQ0k2djRlTmM

UPD
Сделал небольшое видео, по которому можно оценить примерное время отклика по аналоговому и цифровому сигналу с микроскопа:
https://drive.google.com/open?id=0B4AelA5W230mUkNGakxWUnNPdWc
Справа вверху монитор подключен к vga выходу, слева — ноут по usb. Если покадрово листать видно, что через vga выход задержка отображения картинки около 100мс, а через usb добавляется еще около 33мс. Плюс через usb на большом увеличении резкие перемещения получаются более смазанными (не понял правда из-за чего), что создает дополнительные неудобства в работе.
Время отклика по vga и usb
1. Начало движения реального объекта (312 кадр, время 10.410)

2. vga — начало движения (315 кадр, время 10.510)

3. usb (316 кадр, время 10.543)

Повторюсь, обозреваемый микроскоп покупался преимущественно для пайки, а для нее гораздо важнее большое фокусное расстояние и минимальное время отклика. Увеличение в 100500Х при этом не требуется.

UPD2
Сделал фото внутренностей камеры:
Дополнительная информация






Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх