Sistem Compact 3D Inspectează Suprafețele Cu Precizie La Scară Micron

Cercetătorii de la The Optical Society au dezvoltat un sistem optic ușor care poate efectua inspecții 3D ale suprafețelor cu precizie la scară micron. Conform echipei, această tehnologie ar putea fi utilizată pentru a îmbunătăți controlul calității pentru produse high-tech, cum ar fi cipuri de semiconductor, panouri solare și electronice de consum.

Cercetarea a fost publicată în jurnalul The Optical Society (OSA) Applied Optics. 

Capturarea Măsurătorilor 3D

Una dintre provocările capturării măsurătorilor 3D de precizie pe linia de producție este cauzată de vibrații, astfel încât mostrele trebuie luate periodic pentru analiză în laborator. În timpul acestui proces, produsele defecte care sunt dezvoltate trebuie eliminate.

Pentru a ocoli acest lucru, echipa a încercat să dezvolte un sistem care ar putea funcționa într-un astfel de mediu, cum ar fi o fabrică de producție industrială. Echipa de cercetare a fost condusă de Georg Schitter de la Technische Universität Wien în Austria, și au combinat un sistem de oglinzi rapide 2D compact cu un senzor cromatic confocal 1D de înaltă precizie.

Ernst Csencsics a condus echipa de cercetare împreună cu Daniel Wertjanz.

“Sistemele de inspecție și măsurare bazate pe roboți, cum ar fi cea pe care am dezvoltat-o, pot permite un control al calității de 100% în producția industrială, înlocuind metodele actuale bazate pe mostre”, a spus Csensics.

Noul sistem dezvoltat este proiectat pentru a fi montat pe o platformă de urmărire care este plasată pe un braț robotic, și acest lucru permite măsurători 3D fără contact ale formelor și suprafețelor arbitrare. Cântărind 300 de grame și măsurând 75 x 63 x 55 milimetri cubi, sistemul este impresionant de mic.

“Sistemul nostru poate măsura topografiile suprafețelor 3D cu o combinație fără precedent de flexibilitate, precizie și viteză”, a spus Wertjanz. “Acest lucru creează mai puține deșeuri, deoarece problemele de fabricație pot fi identificate în timp real, și procesele pot fi adaptate și optimizate rapid.”

Sistemele existente se bazează adesea pe instrumente voluminoase pentru a efectua măsurători de precizie. Pentru a permite acest lucru pe linia de producție, echipa a creat sistemul pe baza unui senzor de distanță cromatic confocal 1D dezvoltat de Micro-Epsilon, și acestea pot măsura deplasarea, distanța și grosimea extrem de precis, utilizând aceleași principii ca microscoapele confocale. Cu toate acestea, ele sunt mult mai mici.

Echipa a combinat senzorul confocal cu o oglindă de direcționare rapidă, cu diametrul de 32 de milimetri. Pe lângă aceasta, au dezvoltat și un proces de reconstrucție care poate crea o imagine 3D a topografiei suprafeței mostrei, utilizând datele de măsurare.

Sistemul poate fi montat pe o platformă de metrologie, care servește ca o legătură cu un braț robotic. Acesta utilizează controlul activ de feedback pentru a compensa vibrațiile dintre mostre și sistemul de măsurare.

“Prin manipularea traiectoriei optice a senzorului cu oglinda de direcționare rapidă, punctul de măsurare este scansionat rapid și precis pe suprafața de interes”, a spus Wertjanz. “Deoarece numai oglinzile mici trebuie să fie mișcate, scansionarea poate fi efectuată la viteze mari fără a compromite precizia.”

Testarea Noului Sistem

Cercetătorii au testat noul sistem utilizând diverse standarde de calibrare structurate cu dimensiuni laterale și înălțimi definite. Experimentele au arătat că acesta poate măsura cu o rezoluție laterală de 2,5 microni și o rezoluție axială de 76 de nanometri.

“Acest sistem ar putea aduce în cele din urmă o varietate de beneficii pentru producția high-tech”, a spus Wertjanz. “Măsurătorile în linie ar putea permite procese de producție fără defecte, care sunt deosebit de utile pentru fabricația la scară mică. Informațiile ar putea fi utilizate, de asemenea, pentru a optimiza procesul de fabricație și setările mașinilor-unelte, ceea ce poate crește productivitatea generală.”

Echipa va încerca acum să implementeze sistemul pe platforma de metrologie, precum și să îl integreze cu brațe robotice. Dacă vor reuși, vor putea testa măsurătorile 3D de precizie bazate pe roboți pe suprafețe libere în medii precum linia de producție industrială, care este adesea plină de vibrații.