컴팩트 시스템 3D 측정으로 마이크론급 정밀도로 표면 검사

Optical Society의 연구자들은 마이크론급 정밀도로 표면을 3D로 검사할 수 있는 가벼운 광학 시스템을 개발했습니다. 연구팀에 따르면 이 기술은 반도체 칩, 太陽能 패널, 소비자 전자 제품과 같은 고급 기술 제품의 품질 관리 검사를 강화하는 데 사용될 수 있습니다.

이 연구는 Optical Society (OSA) 저널 Applied Optics에 발표되었습니다.

3D 측정 캡처

생산 라인에서 정밀한 3D 측정을 캡처하는 데 있어 하나의 도전은 진동으로 인해 발생하며, 샘플을 정기적으로 분석하기 위해 실험실로 가져가야 합니다. 이 과정에서 개발된 불량 제품은 폐기해야 합니다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 산업용 제조 공장과 같은 환경에서 작동할 수 있는 시스템을 개발하기로 했습니다. 연구팀은 오스트리아 Technische Universität Wien의 Georg Schitter가 이끌었으며, 컴팩트한 2D 빠른 스티어링 미러와 고정밀 1D 공초점 색상 센서를 결합했습니다.

Ernst Csencsics는 Daniel Wertjanz와 함께 연구를 공동으로 이끌었습니다.

“로봇 기반 인라인 검사 및 측정 시스템은 100%의 품질 관리를 가능하게 할 수 있습니다. 이는 현재의 샘플 기반 방법을 대체할 수 있습니다”라고 Csensics는 말했습니다.

새로 개발된 시스템은 로봇 팔에 부착된 추적 플랫폼에 장착할 수 있으며, 이는 임의의 모양과 표면에 대한 무접촉 3D 측정을 가능하게 합니다. 시스템의 무게는 300그램이고, 크기는 75 X 63 X 55 밀리미터로 매우 작습니다.

“우리 시스템은 이전에 없는 유연성, 정밀도, 속도의 조합으로 3D 표면 토포그래피를 측정할 수 있습니다”라고 Wertjanz는 말했습니다. “이는 제조 문제를 실시간으로 식별하고 프로세스를 빠르게 적응 및 최적화할 수 있으므로 낭비가 줄어듭니다.”

기존 시스템은 정밀한 측정을 수행하기 위해 다소 큰 기기를 사용합니다. 이를 생산 라인에서 가능하게 하기 위해 연구팀은 Micro-Epsilon에서 개발한 1D 공초점 색상 거리 센서를 기반으로 시스템을 만들었습니다. 이는 매우 작지만 공초점 현미경과 같은 원리를 사용하여 변위, 거리, 두께를 매우 정확하게 측정할 수 있습니다.

연구팀은 공초점 센서와 빠른 스티어링 미러를 결합했습니다. 후者の 직경은 32밀리미터입니다. 또한 샘플의 표면 토포그래피를 측정 데이터를 사용하여 3D 이미지를 생성할 수 있는 재구성 프로세스를 개발했습니다.

시스템은 메트로로지 플랫폼에 부착할 수 있으며, 이는 로봇 팔에 연결됩니다. 이는 샘플과 측정 시스템 사이의 진동을 보상하기 위해 능동 피드백 제어를 사용합니다.

“센서의 광학 경로를 빠른 스티어링 미러로 조작하여 측정 점을 빠르고 정확하게 표면 영역에 스캔할 수 있습니다”라고 Wertjanz는 말했습니다. “오직 작은 미러만 이동하면 높고 빠른 속도로 스캔을 수행할 수 있으므로 정밀도가 손상되지 않습니다.”

새로운 시스템 테스트

연구자들은 정의된 측정 크기와 높이를 갖는 다양한 캘리브레이션 표준을 사용하여 새로운 시스템을 테스트했습니다. 실험 결과는 2.5 마이크론의 측면 분해능과 76 나노미터의 축 방향 분해능으로 측정할 수 있음을 보여주었습니다.

“이 시스템은 궁극적으로 고급 기술 제조에 다양한 이점을 제공할 수 있습니다”라고 Wertjanz는 말했습니다. “인라인 측정은 제로 결함 생산 프로세스를 가능하게 할 수 있으며, 특히 저량 생산에 유용합니다. 또한 제조 프로세스와 기계 설정을 최적화하는 데 사용할 수 있으며, 이는 전체 처리량을 증가시킬 수 있습니다.”

연구팀은 이제 시스템을 메트로로지 플랫폼에 구현하고 로봇 팔과 통합하려고 합니다. 이를 달성할 수 있다면, 진동이 많은 산업용 생산 라인과 같은 환경에서 자유형 표면에 대한 로봇 기반 정밀 3D 측정을 테스트할 수 있습니다.