Kompakt Sistem 3D Yüzeyleri Mikron Ölçeğinde Ölçer

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 Yakalamak

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

Bunu aşmak için, ekip bir endüstriyel üretim tesisinde gibi bir ortamda çalışabilen bir sistem geliştirmeye çalıştı. Araştırma ekibini Avusturya’daki Technische Universität Wien’den Georg Schitter yönetti ve bir kompakt 2D hızlı yönlendirme ayna ile bir 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, 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, bu da keyfi şekillerin ve yüzeylerin temasız 3D ölçümlerini sağlar. 300 gram ağırlığında ve 75 x 63 x 55 milimetre küp boyutlarında olan sistem, etkileyici bir şekilde küçüktür.

“Sistemimiz, daha önce görülmemiş bir esneklik, hassasiyet ve hız kombinasyonuyla 3D yüzey topografyalarını ölçebilir” dedi Wertjanz. “Bu, daha az atık oluşturur, çünkü üretim sorunları gerçek zamanlı olarak belirlenebilir ve süreçler nhanh bir şekilde uyarlanabilir ve optimize edilebilir.”

Mevcut sistemler genellikle hassas ölçümler için hantal araçlara dayanır. Bunu üretim alanına getirebilmek için, ekip Micro-Epsilon tarafından geliştirilen bir 1D konfokal kromatik mesafe sensörüne dayanan bir sistem oluşturdu ve bunlar, konfokal mikroskoplardaki aynı prensipleri kullanarak, yer değiştirme, mesafe ve kalınlığı cực hassas bir şekilde ölçebilir, ancak çok daha küçüktür.

Ekip, konfokal sensörle birlikte, yalnızca 32 milimetre çapında olan hızlı yönlendirme aynamı birleştirdi. Bunun yanı sıra, örnek yüzeyinin topografyasının 3D bir görüntüsünü oluşturmak için ölçüm verilerini kullanan bir yeniden yapılandırma süreci geliştirdiler.

Sistem, bir metroloji platformuna sığabilir, bu da 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 bir şekilde tarama alanının üzerinden taranır” dedi Wertjanz. “Sadece küçük ayna hareket ettirilmesi gerektiği için, tarama yüksek hızlarda precisenessi bozmadan gerçekleştirilebilir.”

Yeni Sistemin Test Edilmesi

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

“Bu sistem, sonunda yüksek teknoloji üretimine çeşitli faydalar getirebilir” dedi Wertjanz. “İline ölçüm, sıfır hata üretim süreçlerini sağlayabilir, bu özellikle düşük hacimli imalat için faydalıdır. 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 robotik kollara entegre edecek. Bunu başarmaları halinde, endüstriyel üretim hatları gibi titreşimlerin sık görüldüğü ortamlarda, serbest yüzeylerin 3D ölçümünü robot tabanlı olarak test edebilecekler.