نظام مدمج يقوم بفحص السطوح ثلاثي الأبعاد بدقة على مستوى المايكرون

قام باحثون في جمعية البصريات بتطوير نظام بصري خفيف الوزن يمكنه إجراء فحص ثلاثي الأبعاد للسطح بدقة على مستوى المايكرون.

نشرت الأبحاث في مجلة جمعية البصريات (OSA) الأبليكيد أوبتيكس.

التحكم في القياسات ثلاثية الأبعاد

أحد التحديات التي تواجه عملية قياس دقة ثلاثية الأبعاد على خط الإنتاج هي Vibrations، لذلك يجب أخذ عينات بشكل دوري للتحليل في المختبر.

للتغلب على هذا، قام الفريق بتطوير نظام يمكنه العمل في مثل هذا البيئة، مثل مصنع تصنيع صناعي.

قاد فريق البحث جورج شيتير من جامعة Technische Universität Wien في النمسا، وقام بدمج مرآة توجيه سريعة ثنائية الأبعاد مع حساس كروماتي كونفوكال دقيق.

شارك إرنست سينسيكس في قيادة فريق البحث مع دانيال ويرتجانز.

“نظم الفحص والمعايرة القائمة على الروبوت مثل النظام الذي طوّرناه يمكن أن تمكّن من التحكم الكامل في الجودة في الإنتاج الصناعي، مما يُغني عن الطرق القائمة على العينات الحالية”، قال سينسيكس.

تم تصميم النظام الجديد لتثبيته على منصة تتبع موضوعة على ذراع روبوتي، مما يُمكّن من قياسات ثلاثية الأبعاد غير متلامسة للسطوح والشكلات المختلفة.

يبلغ وزن النظام 300 غرام، وقياسه 75 × 63 × 55 ملم مكعب، وهو نظام صغير للغاية.

“نظامنا يمكنه قياس طوبولوجيا السطوح ثلاثية الأبعاد بتركيبة غير مسبوقة من المرونة والدقة والسرعة”، قال ويرتجانز.

“هذا يخلق moins من الهدر لأن مشاكل التصنيع يمكن تحديدها في الوقت الفعلي، ويمكن تعديل العمليات وتحسينها بسرعة”.

النظم الحالية غالبًا ما تعتمد على أدوات ثقيلة لتنفيذ القياسات الدقيقة.

لتمكين ذلك على أرضية الإنتاج، قام الفريق بإنشاء النظام على أساس حساس كروماتي كونفوكال ثنائي الأبعاد طورته Micro-Epsilon، وهو يمكن قياس الانحراف والمسافة والسمك بدقة عالية باستخدام نفس المبادئ مثل المجاهر الكونفوكالية.

قام الفريق بدمج حساس الكونفوكال مع مرآة توجيه سريعة، ويبلغ قطر المرآة 32 ملم.

كما طوروا عملية إعادة بناء يمكنها إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد لطوبولوجيا سطح العينة باستخدام بيانات القياس.

يمكن تركيب النظام على منصة metrology، والتي تعمل كاتصال بذراع روبوتي.

“من خلال تحريك المسار البصري للحساس مع المرآة السريعة، يتم مسح نقطة القياس بسرعة ودقة عبر مساحة السطح المعنية”، قال ويرتجانز.

اختبار النظام الجديد

قام الباحثون باختبار النظام الجديد باستخدام معايير معيارية مختلفة مصممة بقياسات جانبية وارتفاع محددة.

أظهرت التجارب أنه يمكن قياسها بدقة جانبية تبلغ 2.5 مايكرون وبدقة محورية تبلغ 76 نانومتر.

“يمكن أن يحقق هذا النظام في النهاية مجموعة من الفوائد لتصنيع التكنولوجيا العالية”، قال ويرتجانز.

سيحاول الفريق الآن تنفيذ النظام على منصة الميتروولوجي، بالإضافة إلى دمجه مع الأذرع الروبوتية.

إذا تمكنوا من تحقيق ذلك، سيكونون قادرين على اختبار القياسات ثلاثية الأبعاد بدقة على السطوح الحرة في بيئات مثل خطوط الإنتاج الصناعي، والتي غالبًا ما تكون مليئة بالاهتزازات.