Kompakti järjestelmä 3D tarkastaa pintoja mikromittakaavan tarkkuudella

Tutkijat The Optical Society -järjestössä ovat kehittäneet kevyen optisen järjestelmän, joka voi suorittaa 3D-tarkastuksen pintoja mikromittakaavan tarkkuudella. Tutkijaryhmän mukaan tämä teknologia voisi olla käytössä parantamaan laadunvalvontatarkastuksia korkeateknologisille tuotteille, kuten puolijohdepiireille, aurinkopaneeleille ja kuluttajaelektroniikalle.

Tutkimus julkaistiin The Optical Society (OSA) -julkaisussa Applied Optics. 

3D-mittauksen tallennus

Yksi haasteista tarkkaa 3D-mittauksen tallennuksessa tuotantolinjalla johtuu tärinästä, joten näytteitä on otettava ajoittain laboratoriossa analyysiä varten. Tämän prosessin aikana vialliset tuotteet, jotka kehittyvät, on hävittävä.

Tutkijaryhmä pyrki kehittämään järjestelmän, joka voisi toimia sellaisessa ympäristössä, kuten teollisessa valmistuslaitoksessa. Tutkimusryhmää johti Georg Schitter Technische Universität Wienistä Itävallassa, ja he yhdistivät kompaktin 2D nopean ohjauspeilin korkean tarkkuuden 1D konfokaalisen kromatiivisen anturin kanssa.

Ernst Csencsics toimi tutkimusryhmän johtajana yhdessä Daniel Wertjanzin kanssa.

“Robotti-pohjaiset tarkastus- ja mittausjärjestelmät, kuten kehittämämme, voivat mahdollistaa 100 %:n laadunvalvonnan teollisessa tuotannossa, korvaamalla nykyiset otosperusteiset menetelmät”, Csensics sanoi.

Uusi järjestelmä on suunniteltu asennettavaksi seurantaplatfoormille, joka on asennettu robottiin, ja tämä mahdollistaa kosketusvapaa 3D-mittauksen mielivaltaisille muodoille ja pinnoille. Painoa 300 grammaa ja mitat 75 x 63 x 55 millimetriä kuutioina, järjestelmä on vaikuttavan pieni.

“Järjestelmämme voi mitata 3D-pintamuodot ennennäkemättömällä yhdistelmällä joustavuutta, tarkkuutta ja nopeutta”, Wertjanz sanoi. “Tämä luo vähemmän jätettä, koska valmistusongelmia voidaan tunnistaa reaaliajassa, ja prosesseja voidaan nopeasti sopeuttaa ja optimoida.”

Olemassa olevat järjestelmät usein luottavat massiivisiin instrumentteihin tarkkaa mittauksia varten. Järjestelmän mahdollistamiseksi tuotantolaitoksella tutkijaryhmä loi järjestelmän, joka perustuu 1D konfokaaliseen kromatiiviseen etäisyyden anturiin, jonka kehitti Micro-Epsilon, ja nämä voivat mitata siirtymää, etäisyyttä ja paksuutta erittäin tarkasti käyttäen samoja periaatteita kuin konfokaalikaukoputket. Ne ovat kuitenkin paljon pienempiä.

Tutkijaryhmä yhdisti konfokaalianturin nopeaan ohjauspeiliin, jonka halkaisija on vain 32 millimetriä. Lisäksi he kehittivät rekonstruktio-prosessin, joka voi luoda 3D-kuvan näytteen pinnan topografiasta käyttäen mittausdataa.

Järjestelmä voidaan asentaa metrologiaplatfoormalle, joka toimii yhteydenä robottiin. Tämä käyttää aktiivista palauteohjausta kompensoimaan tärinää näyte- ja mittausjärjestelmän välillä.

“Ohjaamalla optista polkua anturilla nopealla ohjauspeilillä, mittauspiste skannataan nopeasti ja tarkasti pinnan alueen yli”, Wertjanz sanoi. “Koska vain pieni peili tarvitsee liikkua, skannaus voidaan suorittaa korkeilla nopeuksilla ilman tarkkuuden heikentymistä.”

Uuden järjestelmän testaus

Tutkijat testasivat uutta järjestelmää käyttäen erilaisia kalibrointivakiota, jotka on rakennettu määritellyillä lateraalisilla kokoilla ja korkeuksilla. Kokeet osoittivat, että se voi mitata lateraaliresoluutiolla 2,5 mikrometriä ja aksiaalisella resoluutiolla 76 nanometriä.

“Tämä järjestelmä voi lopulta tuoda monia hyötyjä korkeateknologiselle valmistukselle”, Wertjanz sanoi. “Linjassa olevat mittaukset voivat mahdollistaa virhetöntä tuotantoprosessia, mikä on erityisen hyödyllistä matalan volumen valmistuksessa. Tiedot voidaan myös käyttää valmistusprosessin ja koneiden asetusten optimoimiseen, mikä voi lisätä kokonaistuotannon määrää.”

Tutkijaryhmä yrittää nyt toteuttaa järjestelmää metrologiaplatfoormalla sekä integroida sen robottiin. Jos he pystyvät saavuttamaan tämän, he voivat testata robotti-pohjaista tarkkaa 3D-mittauksen vapaamuotoisilla pinnoilla ympäristöissä, kuten teollisessa tuotantolinjalla, joka on usein täynnä tärinää.