放大鏡倍率、鏡面傾斜角度與作業面高度對於女性人員偵檢績效、視覺與肌肉疲勞之效應

放大鏡倍率、鏡面傾斜角度與作業面高度對於女性人員 偵檢績效、視覺與肌肉疲勞之效應

吳水丕 林岳勳

華梵大學工業工程與經營資訊學系

摘 要

本研究旨在探討放大鏡鏡面傾斜角度 (0°、30°與 60°)、放大鏡倍率 (3 倍 與 5 倍) 及作業面高度 (坐肘高、坐肘高上 5 cm 和 10 cm) 對於放大鏡偵檢作 業員之閃光融合閾值 (CFF)、近點調節閾值 (NPA)、作業績效、視覺疲勞主觀 評量和肌肉骨骼疲勞主觀評量等影響，本研究共募集 12 位女性參與實驗，每 位受試者以隨機化的順序進行 18 次的實驗組合，每次進行 30 分鐘的鋰電池模 擬偵檢作業。資料經收集分析討論發現：(1) 放大鏡鏡面傾斜角度對於偵檢的 元件數量、視覺疲勞主觀評量及肌肉疲勞主觀評量有顯著效應，最佳的放大鏡 鏡面傾斜角度為 60°，其次為 30°，最差的為 0°。(2) 放大鏡倍率對於閃光融合 閾值、偵檢的元件數量和視覺疲勞主觀評量有顯著效應，3 倍放大鏡顯著優於

5

10

60

關鍵詞：鋰電池，放大鏡，偵檢作業，視覺疲勞，肌肉骨骼傷害。

THE EFFECT OF MAGNIFICATION TIMES AND TILTING ANGLES OF MAGNIFYING GLASSES AND THE HEIGHTS OF WORK-SURFACE ON

FEMALE INSPECTORS’ PERFORMANCE, VISUAL AND MUSCLE FATIGUE

Swei-Pi Wu Yueh-Hsun Lin

Department of Industrial Engineering and Management Information HuaFan University

Taiwan, Taipei 223, R.O.C.

Key Words: Li-ion battery, magnifying glasses, inspection tasks, visual fatigue, musculoskeletal discomfort.

ABSTRACT

The purpose of this study was to evaluate the effects of tilting angles

(tilt 0

magnifying glasses and the heights of work surface (elbow-level, +5 cm,

+10 cm) on the critical fusion frequency (CFF), near point of accommoda-

tion (NPA), inspection performance, subjective visual strain rating (SVS)

and subjective musculoskeletal strain rating (SMS) for visual inspection

were instructed to perform a visual inspection task on a simulated Li-ion battery circuit board over a 30-min period. The results showed that: (1) the tilting angle of magnifying glasses significantly affected CFF, inspec- tion performance, SVS and SMS, and that 30

the second best, and 60° tilt was the worst; (2) magnification power had significant effects on CFF, inspection performance and SVS, the 3 times magnification was better than 5 times; (3) work surface height also significantly affected SVS and SMS, 5 cm above elbow-level was the best, 10 cm above elbow-level was next, and elbow-level was the worst; (4) Overall, the optimum combination is 3 times magnification magnifying glasses with 30° tilt angle on a work surface set 10 cm above elbow-level.

一、導 論

由於現今電子產業在製程科技上的進步，大多使用自 動化品質偵檢系統，來避免人為檢驗錯誤並增加整體流程 效率[1]。然而，由於電子產品多樣化及特殊作業限制，大 多數的作業必需使用人工來進行偵檢，仍屬於勞力密集的 作業。在大部分的產業中，依然有相當多的零組件需要依 賴人力或人工與機器的配合，來保障產品在製造或裝配時 的品質[2]而電子元件的偵檢便是一個常見的例子。在電子 產品日益輕薄短小的市場導向下，反而提高了人工偵檢時 的困難度。一般於實務上為了減少偵檢微小缺陷的困難度 和幫助偵檢人員作更精確的判斷，使用放大鏡或顯微鏡將 偵檢目標予以放大俾改善作業的能見度不失為一種可行 的方法。但由於工作站的設計不良，人、偵檢設備與環境 因素無法協調，造成偵檢人員視覺及肌肉骨骼的傷害。根 據實地的觀察，一般鋰電池偵檢工作站的設置，大多以固 定的放大鏡角度和固定的作業面高度讓偵檢人員進行放 大鏡的偵檢工作，偵檢人員長期下來極易造成與工作有關 的累積性傷害。Aissaoui 等人[3]所提出不良的工作站配 置，包含扭轉軀幹的姿勢、長時間靜態的工作姿勢、背靠 使用不足和造成坐面極大的壓力，而偵檢工作亦屬於長時 間靜態的工作姿勢。Hung[4]針對國內半導體封裝廠目檢 作業員肌肉骨骼傷害的研究指出，高達 78%的從業人員有 肌肉骨骼酸痛的情形，其中頸肩部不適為最大宗，佔

37.1%

輔助偵檢工作的助具不外乎顯微鏡、放大鏡或以視 覺顯示裝置呈現的放大影像。視覺顯示裝置方面在 VDT 相關研究領域有豐富的研究，如 Jebaraj 等人[5]研究指 出，人員涉及某些精密作業時，多達 96%的人員有視覺 疲勞的經驗。Gallimore 與 Brown [6]調查驗光師的病歷發 現，14.25%的患者將視覺疲勞歸咎於使用 VDT 工作站。

Megaw [7]

發現調節異常的人員佔實驗組的 34.6%，且為控制組的

1.8

閾值下降 10%。Iwasaki 與 Akiya [9]指出閃光融合閾值的 下降可反應視網膜或視神經的功能衰退，Chi 與 Lin [10]

的研究指出閃光融合閾值的變化是衡量視覺疲勞的重要 指標。

而顯微鏡工作站方面在研究皆指出，顯微鏡操作人員 有頸肩部不適的問題[11-13]。Chaffin 與 Andersson [14]指 出，為了滿足目檢需求，顯微鏡使用者不可避免的彎曲頸 部，而從生物力學角度來看，背部彎曲 30°會產生肌肉收 縮疲勞與疼痛。Sillanpaa 等人[15]的研究依照人因原則，

設計新型的顯微鏡工作站，以 EMG 衡量後發現可有效改 善芬蘭某研究中心研究人員上肢不適的情況，該研究指出 作業面高度、接目鏡角度為新型顯微鏡工作站設計之重要 特徵之一，此外，實務上放大鏡倍率亦為現場工作站設置 的重要考量。

有關放大鏡偵檢方面，Chan 與 Ma [16]以及 Ma 等人

[17]

有鑑於國內放大鏡偵檢作業之相關研究極為缺乏，本 研究乃針對放大鏡偵檢作業工作站配置予以探討，俾作為 人員偵檢作業之改善依據。整體而言，本研究之主要目的 為檢定放大鏡角度、放大倍數和作業面高度對於視覺疲 勞、肌肉疲勞、偵檢績效及主觀知覺評量的效應。

二、研究方法

1.

本研究共招募 12 位介於 18~22 歲之間的女性為受試 者，平均年齡為 20 歲，所有受試者均沒有色盲或其他眼 疾，矯正後視力在 0.8 以上，方能參與實驗。並要求受試 者填寫一份個人基本資料和實驗同意書，且告知受試者在

0

30

60

圖1 放大鏡鏡面傾斜角度示意圖

10 cm 5 cm0 cm

圖2 作業面高度示意圖

實驗前一晚不得有熬夜行為，實驗前一個半小時不得有過 分使用視力之情況，如果實驗前有視力疲勞現象則停止當 次實驗，以確保實驗的可靠性。

2.

本研究採三因子隨機化集區設計，以每位受試者為一 集區，自變項為放大鏡倍率，採 3 倍放大 (3X) 和 5 倍放 大 (5X) 兩種水準；放大鏡的傾斜角度，定義放大鏡鏡面 水平為 0°，鏡面向前與水平面夾角 30°和鏡面向前與水平 面夾角 60°，如圖 1 所示。作業面高度，因為偵檢作業屬 較精密作業，採受試者坐肘高 (0 cm)，坐肘高上 5 公分 (5

cm)

300~400 lux

3.

實驗用放大鏡偵檢工作站佈置於一間約 2 坪的實驗室 中。工作站是以一個長條型的辦公桌，桌上放置兩座偵檢 鋰電池缺點用桌上型放大鏡，可同時進行兩組實驗，使模 擬實驗更接近現場的生產線作業。本實驗使用可調整高度 的辦公椅，以調整作業面高度，並使用巧拼板作為受試者 腳踏墊，如圖 3 所示。

實驗中，受試者依照主試者所設定的實驗條件進行實 驗，因放大鏡倍率不同，其焦點位置也不同，因此採受試 者可以在自然且輕鬆的看的清楚偵檢元件為準，調整桌上 型放大鏡高度。

圖3 實驗偵檢作業狀況

4.

本研究使用 PhotoImpact 10 繪製模擬偵檢元件，元件 長 5.2 cm，寬 0.5 cm，焊點與焊點之間以細線連結，模擬 錫渣造成的短路，讓受試者手持紅筆進行錫渣圈選作 業，受試者圈選完畢後需將其分類 (良品與不良品)，模 擬元件的缺點率為 70%，不良品中缺點個數為 1~5 個隨 機出現，主試者於實驗前準備數量充足的偵檢元件，並 以隨機次序排列，實驗中受試者依序由盒中拿取偵檢元 件至於放大鏡下進行偵檢。每次偵檢時間為 30 分鐘，共 需進行 18 次實驗組合，完成一次實驗後需間隔一天方能 進行下一實驗組合。

5.

本實驗程序分為實驗前之事前準備、實驗中及實驗後 之後續相關作業三個階段：

(

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(

(1)

並置於放大鏡下進行偵檢。

(2)

(3)

(

(1)

(2)

(3)

作業面高度

0 cm 5 cm 10 cm

衡量效標 角度 倍率

平均值 標準差 平均值 標準差 平均值 標準差

3X -1.38 (1.14) -1.15 (0.59) -1.24 (0.90) 0

5X -0.58 (1.21) -0.95 (1.30) -0.58 (0.64) 3X -1.68 (0.95) -1.65 (0.96) -1.21 (0.86) 30

5X -0.35 (0.44) -0.59 (0.71) -1.28 (1.93) 3X -1.40 (0.96) -1.52 (0.87) -1.42 (0.95) CFF

60

5X -1.36 (1.60) -0.41 (1.11) -0.78 (1.10) 3X 0.92 (0.56) 0.83 (0.64) 0.84 (0.39) 0

5X 0.98 (0.74) 1.83 (1.69) 1.01 (0.59) 3X 0.86 (0.49) 1.02 (0.59) 1.14 (1.44) 30

5X 0.72 (0.61) 1.41 (1.12) 1.42 (0.92) 3X 1.18 (0.70) 1.04 (0.43) 1.03 (1.54) NPA

60

5X 0.92 (0.60) 1.18 (0.62) 1.14 (0.94)

表二 以閃光融合閾值作為依變項的變異數分析

變異來源 自由度 平方和 均方

F

P

受試者

11 48.28 4.39 4.76 < .0001**

放大鏡角度

2 1.53 0.77 0.83 0.4374

1 20.78 20.78 22.56 < .0001**

作業面高度

2 0.10 0.05 0.06 0.9462

2 0.65 0.32 0.35 0.7036

4 2.27 0.57 0.62 0.6521

2 1.15 0.58 0.63 0.5363

4 9.05 2.26 2.46 0.0472

誤差

187 172.27 0.92

**

6.

本研究共蒐集六項依變項，包括閃光融合閾值、近點 調節閾值、偵檢元件數量、偵檢準確度、主觀肌肉疲勞以 及主觀視覺疲勞；而分析方法包含敘述統計、變異數分析

(ANOVA)

⁾

0.05

三、結 果

1.

(Critical Flicker Fusion Frequency, CFF)

後與實驗前之差，即作業後測量之 CFF 值減去作業前測量 之 CFF 值，其值為負，代表視網膜敏銳度於作業後下降，

且變化越大代表視網膜敏銳度下降越大，亦代表視覺疲勞 程度越大。

由表二之變異數分析表中可得知，受試者之間與不 同的放大鏡倍率對閃光融合閾值有顯著效應，放大鏡鏡 面的角度和作業面的高度對於閃光融合閾值則沒有顯著 效應，放大鏡倍率、鏡面角度和作業面高度之間也無交 互作用。

更近一步的分析發現三倍放大鏡對於閃光融合閾值 的變化量顯著小於五倍放大鏡。此外，在受試者方面，由 於本研究未嚴格控制受試者作業姿勢，僅要求受試者在實 驗中採自然且輕鬆的姿勢，且未嚴格定義搜索策略，可能 為受試者間出現顯著差異的主要原因。

表三 偵檢數量、偵檢錯誤率和偵檢準確度資料總彙 (n = 12)

自變項

角度 倍率 桌面高 偵檢數量 偵檢準確度

0

3 X 0 cm 108.33 (21.39) 90.80% (0.03) 0

3 X 5 cm 106.92 (16.65) 92.21% (0.02) 0

3 X 10 cm 107.42 (17.72) 92.02% (0.03) 0

5 X 0 cm 96.25 (21.40) 91.47% (0.03) 0

5 X 5 cm 101.75 (18.83) 92.88% (0.03) 0

5 X 10 cm 100.42 (15.74) 92.13% (0.03) 30

3 X 0 cm 109.17 (17.18) 93.36% (0.02) 30

3 X 5 cm 110.83 (19.71) 92.04% (0.02) 30

3 X 10 cm 113.42 (24.33) 89.94% (0.02) 30

5 X 0 cm 102.25 (13.35) 91.05% (0.01) 30

5 X 5 cm 107.08 (13.26) 91.15% (0.02) 30

5 X 10 cm 106.42 (17.23) 91.91% (0.02) 60

3 X 0 cm 107.83 (19.68) 92.63% (0.02) 60

3 X 5 cm 113.17 (19.81) 91.61% (0.03) 60

3 X 10 cm 107.75 (15.83) 90.77% (0.03) 60

5 X 0 cm 101.58 (26.06) 93.12% (0.03) 60

5 X 5 cm 101.75 (19.79) 91.45% (0.02) 60

5 X 10 cm 103.83 (17.51) 92.23% (0.02)

2.

(Near Point Accommodation, NPA)

且變化越大代表近點調節值上升越大，亦代表視覺疲勞 程度越大。

由近點調節閾值變化量為依變項的變異數分析得 知，所有實驗中所設定的自變項對其近點調節閾值變化量 皆無顯著效應，自變項之間也無交互作用。

3.

偵檢績效包含偵檢數量與準確度，彙總如表三所示。

在偵檢數量方面，發現放大鏡倍率有顯著效應。進一步進 行 Duncan 多重比較檢定，發現放大鏡倍數一樣是以 3 倍 放大鏡優於 5 倍放大鏡。此外在偵檢準確度方面發現，放 大鏡角度、倍率和作業面高度之間對於偵檢準確度皆無顯 著效應，但放大鏡角度與作業面高度兩者之間具有顯著的 交互作用。

4.

視覺主觀評量六項問題分別為：1. 我看東西有點困

表四 以各細項和整體主觀視覺疲勞評量作為依變項的 變異數分析

自覺評量題目 變異來源

1 2 3 4 5 6

放大鏡角度(A) * n.s. * n.s. * * **

放大鏡倍率(M) n.s. n.s. * * n.s. * * 作業面高度(H) n.s. n.s. n.s. n.s. * * n.s.

A

n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s.

A

n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s.

M

n.s. n.s. * n.s. n.s. n.s. n.s.

**

表五 以各細項和整體主觀肌肉疲勞評量作為依變項的 變異數分析

自覺評量題目 變異來源

頸部 肩膀 背部 腰部 手部 整體 放大鏡角度 (A) * * n.s.

n.s. n.s. *

n.s. n.s. n.s. n.s. n.s.

作業面高度 (H) * * * * * *

A

n.s. n.s. * n.s. n.s. n.s.

A

n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s.

M

n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s.

*

難、2. 我眼睛周圍有種奇怪的感覺、3. 我感到眼睛疲勞、

4.

受試者實驗後依主觀感覺勾選，並假設其為等距資料。

如表四變異數分析彙總表所示，放大鏡角度對第 1、

3

接著進行 Duncan 多重比較檢定，分別以每個視覺疲 勞主觀評量的問題和自變項進行 Duncan 多重比較檢定發 現，在放大鏡角度方面，以問題 1 和 3 (「我看東西有點困 難」和「我感到眼睛疲勞」) 中以 60°為最佳，其次是 30°

及 0°，以問題 5 和 6 (「我感到麻木」和「我注視放大鏡 時會感到暈眩」) 中以 30°為最佳，其次是 0°及 60°。在放 大鏡倍數方面，以問題 3、4 和 6 (「我感到眼睛疲勞」、

「我感到麻木」、「我注視放大鏡時會感到暈眩」) 中皆以

3

肌肉疲勞主觀知覺評量六項問題分別為受試者頸 部、肩膀、背部、腰部、手臂、整體，每個題項尺度由 1 (一 點也不) 到 10 (非常嚴重)，受試者於實驗後依主觀的知覺 勾選，並假設其為等距資料，表五為肌肉疲勞主觀知覺評 量六項問題的變異數分析彙總表，其中放大鏡角度對頸部 與肩膀有顯著效應，而作業面高度對頸部、肩膀、背部、

腰部及手部均有顯著效應。此外，在背部疲勞的部份，發 現放大鏡角度與放大鏡倍率有顯著的交互作用。

進一步進行 Duncan 多重比較檢定，分別以每個肌肉疲 勞主觀評量的問題和自變項進行 Duncan 多重比較檢定發 現，放大鏡的角度就頸部的部分，最佳的角度為 30°，其次 為 0° 和 60°，但就肩膀部份，最佳的角度為 0°，其次為 30°

和 60°。而在作業面高度方面，在頸部的部份以 10 公分為 最佳，在肩膀的部份以 0 公分為最佳，而在背部、腰部和手 部的部分，則是以 5 公分為最佳。在整體的肌肉疲勞部份，

最佳的放大鏡角度為 30°，其次為 0° 和 60°，而最佳的作業 面高度為坐肘高上 5 公分，其次為 0 公分和 10 公分。

四、討 論

經變異數分析後發現放大鏡角度與作業面高度兩者 之間對於偵檢準確度具有顯著的交互作用，交互作用效應 如圖 4 所示，進一步的將產生交互作用的組合進行變異數 分析與 Duncan 多重比較檢定發現，在九種組合中，放大 鏡傾斜 60°-坐肘高 0 公分的偵檢準確率顯著優於傾斜 30°- 坐肘高 10 公分與傾斜 0°-坐肘高 0 公分，而其餘組合之間 皆無顯著差異。放大鏡倍率及作業面高度對於視覺主觀評 量第 3 題有顯著的交互作用，如圖 5 所示，進一步檢定後 卻發現六種組合之間並無顯著差異。在肌肉疲勞主觀評量 中的背部疲勞部份，發現放大鏡角度與放大鏡倍率有顯著 的交互作用，如圖 6 所示，但隨後的比較檢定卻發現六種 組合之間並無顯著差異。

在偵檢用放大鏡的放大倍率方面，分成 3 倍放大和 5 倍放大，共兩個水準。統計分析發現該變項與作業面高度 交互作用對於視覺主觀評量有顯著效應以及與放大鏡角度 交互作用對於肌肉疲勞主觀評量之效應，3 倍放大鏡僅在 放大鏡傾斜角度為0° 時對於背部肌肉疲勞評量遜於5倍放 大倍率，原因為放大鏡傾斜 0° 時，受試者眼睛較接近放大 鏡鏡面，為維持視距，受試者背部較其他實驗組合直立，

此一結果是否因為在 3 倍的視距下因頸部前傾減少而造成 下背後凸的減少，有待進一步證實。就整體而言，以 3 倍 放大最佳，顯著優於 5 倍放大。在 CFF 變化量方面，Chan 與 Ma [16]的研究結果發現，視距會影響偵檢作業員的視覺 疲勞和作業績效，當元件放大後，由於偵檢人員搜索缺點 的時間也長，而造成視覺疲勞的問題，所以本研究在 5 倍 放大鏡上會產生較不利的效應，也因此本研究亦發現與

0.93 0.92 0.92 0.91 0.91 0.90 0.90

a A, B AB Duncan

0° 30° 60°

0 cm 5 cm 10 cm AB

AB

B

AB AB

AB AB

B

圖4 放大鏡角度和作業面高度交互作用對於準確率之 效應

3× 5×

0 cm 5 cm 10 cm

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

圖5 放大鏡倍率和作業面高度交互作用對於視覺主觀 評量之效應

2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50

0° 30° 60°

3×

5×

圖6 放大鏡倍率和放大鏡角度交互作用對於肌肉疲勞 主觀評量之效應

Chan

注視放大鏡時會感到暈眩」) 中皆以 3 倍放大鏡優於 5 倍 放大鏡。此外，先前的研究顯示，近點融合閾值的敏感 度不佳，無法適切的反應出視覺的疲勞[18]。本實驗屬於 精密偵檢作業，偵檢範圍較小，不易造成眼球內旋肌疲 勞，導致所有自變項對近點融合閾值皆無顯著效應，與 先前的研究一致。

放大鏡角度方面，本研究之水準包括水平面 0°、與水 平面傾斜 30°和與水平面傾斜 60°，結果證實放大鏡角度對 於視覺疲勞主觀量表和肌肉疲勞主觀量表有顯著的效應，

經過 Duncan 檢定後，發現最佳的鏡面傾斜角度為 60°，其 次為 30°和 0°。

就作業員姿勢來觀察，放大鏡鏡面傾斜角度為 0° 時，

受試者的頸部前傾超過 30°，長時間維持此姿勢易造成頸 部的傷害，而放大鏡鏡面傾斜 60° 時，受試者需配合放大 鏡視距放置偵檢物，以透過放大鏡將偵檢物放大，而在坐 肘高上 5 cm 與 10 cm 時反而無法達到最佳的放大倍率，造 成視覺疲勞並使準確度下降 (圖 4)。

在作業面高度的部份，經實驗後發現，作業面高度與 視覺疲勞主觀評量題項 5 與 6 (我感到頭痛、我注視放大鏡 時會感到暈眩) 和肌肉疲勞主觀評量所有題項均有顯著的 效應，經過 Duncan 檢定後，發現最佳的作業面高度為坐 肘高上 5 公分，其次為坐肘高上 10 公分及坐肘高。但由放 大鏡和作業面高度對準確率的交互作用來看，放大鏡傾斜

60

五、結 論

本研究根據實驗結果，經過分析與討論後可以獲得以 下結論：

1.

2.

3.

整體來說，本研究證實最佳的放大倍率為 3 倍放大，放 大鏡鏡面傾斜角度為60°，作業面高度為坐肘高上0公分。

誌 謝

本 研 究 得 以 順 利 完 成 ， 必 須 感 謝 國 科 會 的 贊 助

(NSC96-2221-E-211-010)

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2009年 03 月 24 日 收稿 2009年 05 月 04 日 初審 2009年 06 月 24 日 複審 2009年 11 月 03 日 接受