Συμπαγές Σύστημα 3D Επιθεωρεί Επιφάνειες Με Προσαρμογή Σε Κλίμακα Micron

Ερευνητές στο The Optical Society έχουν αναπτύξει ένα ελαφρύ οπτικό σύστημα που μπορεί να thựcσει 3D επιθεώρηση επιφανειών με προσαρμογή σε κλίμακα micron. Σύμφωνα με την ομάδα, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ενίσχυση της επιθεώρησης ελέγχου ποιότητας για προϊόντα υψηλής τεχνολογίας όπως ολοκληρωμένα κυκλώματα, φωτοβολταϊκά πάνελ και καταναλωτική ηλεκτρονική.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Applied Optics

Καταγραφή 3D Μετρήσεων

Μια από τις προκλήσεις της καταγραφής μετρήσεων 3D με ακρίβεια στην γραμμή παραγωγής οφείλεται στις δονήσεις, έτσι τα δείγματα πρέπει να λαμβάνονται περιοδικά για ανάλυση σε εργαστήριο. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, τα ελαττωματικά προϊόντα που αναπτύσσονται πρέπει να απορρίπτονται.

Για να ξεπεραστούν αυτά, η ομάδα έθεσε ως στόχο να αναπτύξει ένα σύστημα που θα μπορούσε να λειτουργήσει σε τέτοιο περιβάλλον, όπως ένα βιομηχανικό εργοστάσιο παραγωγής. Η ερευνητική ομάδα ηγήθηκε από τον Georg Schitter από το Technische Universität Wien στην Αυστρία, και συνδύασε ένα συμπαγές 2D γρήγορο καθρέφτη με einen υψηλής ακρίβειας 1D confocal χρωματικό αισθητήρα.

Ο Ernst Csencsics συνήγε την ερευνητική ομάδα με τον Daniel Wertjanz.

“Ρομποτικά συστήματα επιθεώρησης και μέτρησης σε γραμμή όπως αυτό που αναπτύξαμε μπορούν να ενεργοποιήσουν τον έλεγχο ποιότητας 100% στη βιομηχανική παραγωγή, αντικαθιστώντας τις τρέχουσες μεθόδους δειγμάτων”, είπε ο Csensics.

Το νεοαναπτυγμένο σύστημα σχεδιάστηκε για να τοποθετηθεί σε μια πλατφόρμα παρακολούθησης που τοποθετείται σε einen ρομποτικό βραχίονα, και αυτό επιτρέπει την άπτητη 3D μέτρηση αυθαίρετων σχημάτων και επιφανειών. Ζυγίζοντας 300 γραμμάρια και μετρά 75 X 63 X 55 χιλιοστά κυβικά, το σύστημα είναι εντυπωσιακά μικρό.

“Το σύστημά μας μπορεί να μετρήσει 3D επιφανειακές τοπογραφίες με μια άνευ προηγουμένου συνδυασμό ευελιξίας, ακρίβειας και ταχύτητας”, είπε ο Wertjanz. “Αυτό δημιουργεί λιγότερα απόβλητα επειδή τα προβλήματα παραγωγής μπορούν να αναγνωριστούν σε πραγματικό χρόνο και οι διαδικασίες μπορούν να προσαρμοστούν και να βελτιστοποιηθούν γρήγορα.”

Τα υπάρχοντα συστήματα συχνά βασίζονται σε βαρέα όργανα για να πραγματοποιήσουν μετρήσεις ακρίβειας. Για να ενεργοποιήσουν αυτό στο πάτωμα παραγωγής, η ομάδα δημιούργησε το σύστημα με βάση einen 1D confocal χρωματικό αισθητήρα απόστασης που αναπτύχθηκε από την Micro-Epsilon, και αυτά μπορούν να μετρήσουν την μετατόπιση, την απόσταση και το πάχος εξαιρετικά ακριβώς χρησιμοποιώντας τις ίδιες αρχές όπως οι confocal μικροσκόπια. Ωστόσο, είναι πολύ μικρότερα.

Η ομάδα συνδύασε τον confocal αισθητήρα με einen γρήγορο καθρέφτη, με τον τελευταίο να μετρά 32 χιλιοστά σε διάμετρο. Εκτός από αυτό, αναπτύξαν επίσης μια διαδικασία ανακατασκευής που μπορεί να δημιουργήσει μια 3D εικόνα της τοπογραφίας της επιφάνειας του δείγματος χρησιμοποιώντας τα δεδομένα μέτρησης.

Το σύστημα μπορεί να τοποθετηθεί σε μια πλατφόρμα μετρήσεων, με την τελευταία να χρησιμεύει ως σύνδεσμος σε einen ρομποτικό βραχίονα. Αυτό είναι που χρησιμοποιεί την ενεργό ανατροφοδότηση ελέγχου για να компενσάρει τις δονήσεις μεταξύ δείγματος και συστήματος μέτρησης.

“Με την χειραγώγηση του οπτικού μονοπατιού του αισθητήρα με τον γρήγορο καθρέφτη, ο σημείο μέτρησης σαρώνεται γρήγορα και ακριβώς στην επιφάνεια του ενδιαφέροντος”, είπε ο Wertjanz. “Επειδή μόνο ο μικρός καθρέφτης πρέπει να κινηθεί, η σάρωση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε υψηλές ταχύτητες χωρίς να επηρεάσει την ακρίβεια.”

Δοκιμή του Νέου Συστήματος

Οι ερευνητές δοκιμάζουν το νέο σύστημα χρησιμοποιώντας διάφορα πρότυπα καλιμπράσεων που είναι δομημένα με καθορισμένα πλάτη και ύψη. Τα πειράματα έδειξαν ότι μπορεί να μετρήσει με μια πλάτος 2,5 micron και αξονική ανάλυση 76 νανομέτρων.

“Αυτό το σύστημα θα μπορούσε τελικά να φέρει eine ποικιλία οφελών στη βιομηχανική παραγωγή υψηλής τεχνολογίας”, είπε ο Wertjanz. “Οι μετρήσεις σε γραμμή θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν διαδικασίες παραγωγής χωρίς αποτυχίες, οι οποίες είναι ιδιαίτερα χρήσιμες για την παραγωγή χαμηλού όγκου. Οι πληροφορίες θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την βελτίωση της διαδικασίας παραγωγής και των ρυθμίσεων των μηχανών, που μπορούν να αυξήσουν την συνολική απόδοση.”

Η ομάδα θα προσπαθήσει τώρα να εφαρμόσει το σύστημα στην πλατφόρμα μετρήσεων, καθώς και να το ενσωματώσει με ρομποτικούς βραχίονες. Αν μπορέσουν να το επιτύχουν, θα είναι σε θέση να δοκιμάσουν ρομποτικά 3D μέτρηση σε ελεύθερες επιφάνειες σε περιβάλλοντα όπως η βιομηχανική γραμμή παραγωγής, που είναι συχνά γεμάτη με δονήσεις.