Kompakt Sistem 3D Mikron Ölçeğinde Yüzeyleri İnceliyor

The Optical Society’deki araştırmacılar, yüzeyleri mikron ölçeğinde hassasiyetle 3D olarak inceleyebilen hafif bir optik sistem geliştirdiler. Ekibe göre, bu teknoloji, yarı iletken çipler, güneş panelleri ve tüketici elektroniği gibi yüksek teknoloji ürünleri için kalite kontrol muayenesini iyileştirmek için kullanılabilir.

Araştırma, The Optical Society (OSA) dergisinde yayımlandı Applied Optics. 

3D Ölçümleri Yakalama

Üretim hattında hassas 3D ölçümleri yakalamanın bir zorluğu, titreşimlerden kaynaklanmaktadır, bu nedenle örnekler periyodik olarak laboratuvarda analiz için alınmalıdır. Bu süreçte, geliştirilen kusurlu ürünler atılmalıdır. 

Buna çözüm olarak, ekip böyle bir ortamda, örneğin endüstriyel bir imalat tesisinde çalışabilen bir sistem geliştirmeye çalıştı. Araştırma ekibine Technische Universität Wien’den Georg Schitter liderlik etti ve bir kompakt 2D hızlı yönlendirme ayna ile yüksek hassasiyetli 1D konfokal kromatik sensör birleştirdiler. 

Ernst Csencsics, araştırma ekibini Daniel Wertjanz ile birlikte yönetti. 

“Robot tabanlı inline muayene ve ölçüm sistemleri, geliştirdiğimiz gibi, endüstriyel üretimde %100 kalite kontrolü sağlayabilir ve mevcut örnek tabanlı yöntemlerin yerini alabilir” dedi Csensics. 

Yeni geliştirilen sistem, bir izleme platformuna monte edilmek üzere tasarlanmıştır ve bu, bir robot koluna yerleştirilmesini sağlar ve bu da keyfi şekillerin ve yüzeylerin temassız 3D ölçümlerini sağlar. 300 gram ağırlığında ve 75 x 63 x 55 milimetre küp ölçülerinde olan sistem, etkileyici derecede küçüktür.

“Sistemimiz, esneklik, hassasiyet ve hızın önceden görülmemiş bir kombinasyonuyla 3D yüzey topografyalarını ölçebilir” dedi Wertjanz. “Bu, daha az atık oluşturur çünkü üretim sorunları gerçek zamanlı olarak tespit edilebilir ve süreçler hızla uyarlanabilir ve optimize edilebilir.”

Mevcut sistemler genellikle hassas ölçümler yapmak için hantal araçlara güvenmektedir. Bunu üretim katında mümkün kılmak için, ekip Micro-Epsilon tarafından geliştirilen bir 1D konfokal kromatik mesafe sensörüne dayanan bir sistem oluşturdu ve bunlar, konfokal mikroskoplardaki aynı ilkeleri kullanarak yer değiştirme, mesafe ve kalınlığı son derece doğru bir şekilde ölçebilir, ancak çok daha küçüktür.

Ekip, konfokal sensörle birlikte 32 milimetre çapında olan hızlı yönlendirme ayna ile birleştirdi. Ayrıca, ölçüm verilerini kullanarak örneğin yüzey topografyasının 3D görüntüsünü oluşturabilen bir yeniden yapılandırma süreci geliştirdiler.

Sistem, bir metroloji platformuna sığabilir, latter bir robot koluna bağlantıyı sağlar. Bu, örnek ve ölçüm sistemi arasındaki titreşimleri telafi etmek için aktif geri bildirim kontrolü kullanır.

“Hızlı yönlendirme ayna ile sensörün optik yolunu manipüle ederek, ölçüm noktası hızlı ve precisa yüzey alanının üzerinde tarama yapılır” dedi Wertjanz. “Sadece küçük ayna hareket ettirilmesi gerektiği için, tarama yüksek hızlarda precisa olmadan yapılabilir.”

Yeni Sistemi Test Etme

Araştırmacılar, yeni sistemi, tanımlı lateral boyutlara ve yüksekliklere sahip çeşitli kalibrasyon standartları kullanarak test etti. Deneyler, sistemin 2,5 mikron lateral ve 76 nanometrelik aksiyal çözünürlükle ölçüm yapabileceğini gösterdi.

“Bu sistem, sonunda yüksek teknoloji üretimi için bir dizi fayda getirebilir” dedi Wertjanz. “İline ölçüm, hata sıfır üretim süreçlerini sağlayabilir, bu özellikle düşük hacimli imalat için yararlıdır. Bilgiler ayrıca üretim sürecini ve makine ayarlarını optimize etmek için kullanılabilir, bu da genel verimi artırabilir.”

Ekip, şimdi sistemi metroloji platformuna uygulamaya çalışacak ve ayrıca robot kollarla birleştirecek. Bunu başardıkları takdirde, titreşimlerin olduğu ortamlarda, örneğin endüstriyel üretim hattında, serbest forma yüzeylerde robot tabanlı hassas 3D ölçümü test edebilecekler.