מערכת קומפקטית 3D מבצעת בדיקות שטחים עם דיוק בקנה מידה של מיקרון

חוקרים ב-The Optical Society פיתחו מערכת אופטית קלת משקל שיכולה לבצע בדיקות 3D של שטחים עם דיוק בקנה מידה של מיקרון. על פי הצוות, טכנולוגיה זו יכולה לשמש לשיפור בדיקות ניהול איכות למוצרים בטכנולוגיה גבוהה כגון שבבים, לוחות סולאריים ואלקטרוניקה צרכנית.

המחקר פורסם בכתב העת Applied Opticsשל The Optical Society (OSA)

תיעוד מדידות 3D

אחד האתגרים בתיעוד מדידות 3D מדויקות בקו הייצור הוא הרעידות, ולכן דגימות חייבות להילקח לעיתים קרובות לניתוח במעבדה. במהלך התהליך, מוצרים פגומים שפותחו חייבים להיזנח.

כדי לעקוף זאת, הצוות יצא לפתח מערכת שיכולה לפעול בסביבה כזו, כגון מפעל ייצור תעשייתי. הצוות המחקרי הונהג על ידי גאורג שיטר מ-TU Wien באוסטריה, והם שילבו מראה כיוון מהירה קומפקטית 2D עם חיישן כרומטי קונפוקלי 1D בעל דיוק גבוה.

ארנסט צ’נסיקס הוביל את הצוות המחקרי יחד עם דניאל ורטיאנץ.

“מערכות מדידה ובדיקה מבוססות רובוטים, כגון מה שפיתחנו, יכולות לאפשר בקרת איכות 100% בייצור תעשייתי, ולהחליף את השיטות הנוכחיות המבוססות על דגימות”, אמר צ’נסיקס.

המערכת שפותחה לאחרונה תוכננה להיות מותקנת על פלטפורמת עקיבה, וזו מונחת על זרוע רובוטית, וזה מאפשר מדידות 3D ללא מגע של צורות ושטחים שרירותיים. המערכת שוקלת 300 גרם ומודדת 75 X 63 X 55 מילימטרים מעוקבים, והיא קטנה באופן מרשים.

“מערכתנו יכולה למדוד טופוגרפיות שטח 3D עם שילוב בלתי מוכר של גמישות, דיוק ומהירות”, אמר ורטיאנץ. “זה יוצר פחות בזבוז, כי בעיות ייצור יכולות להיזהה בזמן אמת, ותהליכים יכולים להתאים ולהתאות במהירות”.

מערכות קיימות רבות מסתמכות על כלים בולטים כדי לבצע מדידות מדויקות. כדי לאפשר זאת על קו הייצור, הצוות יצר את המערכת על בסיס חיישן כרומטי קונפוקלי 1D שפותח על ידי Micro-Epsilon, ואלה יכולים למדוד הזזה, מרחק ועובי בדיוק רב, תוך שימוש באותם עקרונות כמו מיקרוסקופים קונפוקליים. אך הם הרבה יותר קטנים.

הצוות שילב את החיישן הקונפוקלי עם מראה כיוון מהיר, כאשר האחרון מודד רק 32 מילימטרים בקוטר. בנוסף, הם פיתחו תהליך שחזור שיכול ליצור תמונה 3D של טופוגרפיית השטח של הדגימה על ידי שימוש בנתוני המדידה.

המערכת יכולה להתאים לפלטפורמת מטרולוגיה, כאשר האחרונה משמשת כחיבור לזרוע רובוטית. זה מה שמשתמש בבקרת משוב פעיל כדי לפצות על רעידות בין הדגימה למערכת המדידה.

“על ידי ניתוב המסלול האופטי של החיישן עם מראה הכיוון המהיר, נקודת המדידה מוסרטת במהירות ובדיוק על פני שטח העניין”, אמר ורטיאנץ. “כיוון שרק המראה הקטן צריך להיעבר, הסריקה יכולה להתבצע במהירות גבוהה ללא פשרות על הדיוק”.

בדיקת המערכת החדשה

החוקרים בדקו את המערכת החדשה על ידי שימוש בסטנדרטים של כיול שמובנים עם גדלים צדדיים וגבהים מוגדרים. הניסויים הראו שהיא יכולה למדוד עם רזולוציה מרחבית של 2.5 מיקרון ורזולוציה אקסיאלית של 76 נאנומטר.

“מערכת זו יכולה להביא לבסוף מגוון יתרונות לייצור תעשייתי בטכנולוגיה גבוהה”, אמר ורטיאנץ. “מדידות בקו יכולות לאפשר תהליכי ייצור ללא אפס כישלונות, שימושיים במיוחד לייצור בכמות נמוכה. המידע יכול גם לשמש לאופטימיזציה של תהליך הייצור והגדרות כלי המכונה, שיכול להגדיל את התפוקה הכוללת”.

הצוות ינסה עכשיו ליישם את המערכת על פלטפורמת המטרולוגיה, וכן לשלב אותה עם זרועות רובוטיות. אם הם יוכלו להשיג זאת, הם יוכלו לבדוק מדידות 3D מדויקות מבוססות רובוטים על שטחים חופשיים בסביבות כגון קו הייצור, שלרוב מלאות ברעידות.