Sistem Kompak 3D Menginspeksi Permukaan Dengan Presisi Skala Mikron

Peneliti di The Optical Society telah mengembangkan sistem optik ringan yang dapat melakukan inspeksi 3D permukaan dengan presisi skala mikron. Menurut tim, teknologi ini dapat digunakan untuk meningkatkan inspeksi kontrol kualitas untuk produk teknologi tinggi seperti chip semikonduktor, panel surya, dan elektronik konsumen.

Penelitian ini dipublikasikan di jurnal The Optical Society (OSA) Applied Optics. 

Mengambil Pengukuran 3D

Salah satu tantangan dalam mengambil pengukuran 3D presisi pada lini produksi adalah getaran, sehingga sampel harus diambil secara berkala untuk dianalisis di laboratorium. Selama proses ini, produk yang rusak harus dibuang.

Untuk mengatasi hal ini, tim memutuskan untuk mengembangkan sistem yang dapat beroperasi di lingkungan seperti pabrik manufaktur industri. Tim penelitian dipimpin oleh Georg Schitter dari Technische Universität Wien di Austria, dan mereka menggabungkan cermin pengarah cepat 2D kompak dengan sensor kromatik konfokal 1D presisi tinggi.

Ernst Csencsics memimpin tim penelitian bersama dengan Daniel Wertjanz.

“Sistem inspeksi dan pengukuran berbasis robot seperti yang kita kembangkan dapat memungkinkan kontrol kualitas 100% dalam produksi industri, menggantikan metode berbasis sampel saat ini,” kata Csensics.

Sistem yang baru dikembangkan dirancang untuk dipasang pada platform pelacakan yang ditempatkan pada lengan robot, dan ini memungkinkan pengukuran 3D tanpa kontak pada bentuk dan permukaan yang sewenang-wenang. Dengan berat 300 gram dan ukuran 75 X 63 X 55 milimeter kubik, sistem ini sangat kecil.

“Sistem kami dapat mengukur topografi permukaan 3D dengan kombinasi fleksibilitas, presisi, dan kecepatan yang belum pernah ada sebelumnya,” kata Wertjanz. “Ini menciptakan lebih sedikit limbah karena masalah manufaktur dapat diidentifikasi secara real-time, dan proses dapat disesuaikan dan dioptimalkan dengan cepat.”

Sistem yang ada sering mengandalkan instrumen besar untuk melakukan pengukuran presisi. Untuk memungkinkan hal ini di lantai produksi, tim menciptakan sistem berdasarkan sensor jarak kromatik konfokal 1D yang dikembangkan oleh Micro-Epsilon, dan ini dapat mengukur perpindahan, jarak, dan ketebalan dengan sangat akurat sambil menggunakan prinsip yang sama dengan mikroskop konfokal. Namun, mereka jauh lebih kecil.

Tim menggabungkan sensor konfokal dengan cermin pengarah cepat, dengan yang terakhir memiliki diameter 32 milimeter. Selain itu, mereka juga mengembangkan proses rekonstruksi yang dapat membuat gambar 3D topografi permukaan sampel dengan menggunakan data pengukuran.

Sistem ini dapat dipasang pada platform metrologi, dengan yang terakhir berfungsi sebagai koneksi ke lengan robot. Ini menggunakan kontrol umpan balik aktif untuk mengkompensasi getaran antara sampel dan sistem pengukuran.

“Dengan memanipulasi jalur optik sensor dengan cermin pengarah cepat, titik pengukuran dipindai dengan cepat dan presisi di seluruh area permukaan yang diinginkan,” kata Wertjanz. “Karena hanya cermin kecil yang perlu dipindahkan, pemindaian dapat dilakukan dengan kecepatan tinggi tanpa mengorbankan presisi.”

Menguji Sistem Baru

Para peneliti menguji sistem baru dengan menggunakan berbagai standar kalibrasi yang terstruktur dengan ukuran lateral dan ketinggian yang ditentukan. Eksperimen menunjukkan bahwa sistem dapat mengukur dengan resolusi lateral 2,5 mikron dan resolusi aksial 76 nanometer.

“Sistem ini pada akhirnya dapat membawa berbagai manfaat untuk manufaktur teknologi tinggi,” kata Wertjanz. “Pengukuran inline dapat memungkinkan proses produksi tanpa kegagalan, yang sangat berguna untuk fabrikasi volume rendah. Informasi ini juga dapat digunakan untuk mengoptimalkan proses manufaktur dan pengaturan mesin, yang dapat meningkatkan throughput secara keseluruhan.”

Tim sekarang akan mencoba mengimplementasikan sistem pada platform metrologi, serta mengintegrasikannya dengan lengan robot. Jika mereka dapat mencapai hal ini, mereka akan dapat menguji pengukuran 3D presisi berbasis robot pada permukaan bebas bentuk di lingkungan seperti lini produksi industri, yang sering dipenuhi getaran.