ระบบตรวจสอบ 3 มิติแบบกะทัดรัด มีความแม่นยำระดับไมครอน

นักวิจัยที่ The Optical Society ได้พัฒนาระบบออปติคัลที่มีน้ำหนักเบา ซึ่งสามารถตรวจสอบพื้นผิว 3 มิติได้ด้วยความแม่นยำระดับไมครอน ตามทีมวิจัย เทคโนโลยีนี้สามารถใช้เพื่อเพิ่มการตรวจสอบคุณภาพสำหรับสินค้าไฮเทค เช่น ชิปเซมิคอนดักเตอร์ แผงโซลาร์เซลล์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร The Optical Society (OSA) Applied Optics

การวัด 3 มิติ

หนึ่งในความท้าทายในการวัด 3 มิติความแม่นยำบนเส้นการผลิตคือการเกิดการสั่นสะเทือน ดังนั้นตัวอย่างจึงต้องถูกนำไปวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการเป็นระยะๆ ในระหว่างกระบวนการนี้ สินค้าที่มีข้อบกพร่องที่พัฒนาขึ้นจะต้องถูกทิ้ง

เพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งนี้ ทีมงานได้พยายามพัฒนาระบบที่สามารถทำงานในสภาพแวดล้อมดังกล่าว เช่น โรงงานอุตสาหกรรม ทีมวิจัยนำโดย Georg Schitter จาก Technische Universität Wien ในออสเตรีย และพวกเขาได้รวมตัวกระจก 2 มิติแบบเร็วเข้ากับตัวตรวจจับโครเมติกคอนโฟคัล 1 มิติที่มีความแม่นยำสูง

Ernst Csencsics ร่วมนำทีมวิจัยกับ Daniel Wertjanz

“ระบบตรวจสอบและวัดแบบอิงรูปที่เราพัฒนาขึ้นสามารถช่วยให้การควบคุมคุณภาพ 100% ในการผลิตอุตสาหกรรมได้ โดยแทนที่วิธีการตัวอย่างปัจจุบัน” Csensics กล่าว

ระบบที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ได้รับการออกแบบให้ติดตั้งบนแพลตฟอร์มติดตามที่วางบนแขนกล และสิ่งนี้ทำให้สามารถวัด 3 มิติแบบไม่ต้องสัมผัสพื้นผิวที่มีรูปทรงและพื้นผิวที่แตกต่างกัน ระบบนี้มีน้ำหนัก 300 กรัม และมีขนาด 75 x 63 x 55 มิลลิเมตร ลูกบาศก์ ซึ่งเล็กมาก

“ระบบของเราสามารถวัดพื้นผิว 3 มิติด้วยความยืดหยุ่น ความแม่นยำ และความเร็วที่ไม่เคยเห็นมาก่อน” Wertjanz กล่าว “สิ่งนี้ช่วยลดของเสียเพราะปัญหาในการผลิตสามารถระบุได้แบบเรียลไทม์ และกระบวนการสามารถปรับและเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างรวดเร็ว”

ระบบที่มีอยู่มักจะพึ่งพาอุปกรณ์ขนาดใหญ่ในการวัดความแม่นยำ เพื่อให้สามารถทำได้บนพื้นการผลิต ทีมงานได้สร้างระบบขึ้นโดยใช้ตัวตรวจจับระยะทางโครเมติกคอนโฟคัล 1 มิติที่พัฒนาโดย Micro-Epsilon ซึ่งสามารถวัดการเปลี่ยนแปลง ระยะทาง และความหนาได้อย่างแม่นยำมาก โดยใช้หลักการเดียวกับตัวตรวจจับแบบโครเมติกคอนโฟคัล แต่มีขนาดเล็กกว่ามาก

ทีมงานได้รวมตัวตรวจจับโครเมติกเข้ากับตัวกระจก 2 มิติแบบเร็ว ซึ่งมีขนาด 32 มิลลิเมตรในเส้นผ่านศูนย์กลาง นอกจากนี้ พวกเขายังพัฒนากระบวนการสร้างภาพซึ่งสามารถสร้างภาพ 3 มิติของพื้นผิวตัวอย่างโดยใช้ข้อมูลการวัด

ระบบสามารถติดตั้งบนแพลตฟอร์มวัดระยะทาง โดยแพลตฟอร์มนี้ทำหน้าที่เป็นเชื่อมต่อกับแขนกล ซึ่งใช้การควบคุมแบบฟีดแบ็กเพื่อชดเชยการสั่นสะเทือนระหว่างตัวอย่างและระบบการวัด

“โดยการควบคุมเส้นทางแสง củaตัวตรวจจับด้วยตัวกระจก 2 มิติแบบเร็ว จุดวัดจะถูกสแกนอย่างรวดเร็วและแม่นยำข้ามพื้นที่ที่สนใจ” Wertjanz กล่าว “เนื่องจากต้องเคลื่อนตัวกระจกขนาดเล็กเท่านั้น การสแกนจึงสามารถทำได้ด้วยความเร็วสูงโดยไม่กระทบต่อความแม่นยำ”

การทดสอบระบบใหม่

นักวิจัยได้ทดสอบระบบใหม่โดยใช้มาตรฐานการปรับเทียบต่างๆ ที่มีขนาดและความสูงกำหนดไว้แล้ว การทดลองแสดงให้เห็นว่าระบบสามารถวัดได้ด้วยความละเอียด 2.5 ไมครอนในแนวตั้งฉากและความละเอียด 76 นาโนเมตรในแนวตั้ง

“ระบบนี้อาจนำมาซึ่งประโยชน์มากมายสำหรับการผลิตสินค้าไฮเทค” Wertjanz กล่าว “การวัดแบบอินไลน์สามารถช่วยให้การผลิตแบบไม่มีข้อผิดพลาด 100% ซึ่งมีประโยชน์มากสำหรับการผลิตขนาดเล็ก ข้อมูลนี้ยังสามารถใช้เพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิตและตั้งค่าเครื่องจักรได้ ซึ่งสามารถเพิ่มผลผลิตโดยรวมได้”

ทีมงานจะพยายามนำระบบไปใช้บนแพลตฟอร์มการวัดระยะทาง และรวมเข้ากับแขนกล หากพวกเขาประสบความสำเร็จ พวกเขาจะสามารถทดสอบการวัด 3 มิติแบบแม่นยำโดยใช้โรบอตบนพื้นผิวที่มีรูปทรง自由ใน môi trường เช่น เส้นการผลิตอุตสาหกรรม ซึ่งมักจะมีการสั่นสะเทือน