Hệ Thống Compact 3D Kiểm Tra Bề Mặt Với Độ Chính Xác Micron

Các nhà nghiên cứu tại The Optical Society đã phát triển một hệ thống quang học nhẹ có thể thực hiện kiểm tra 3D của bề mặt với độ chính xác micron. Theo nhóm, công nghệ này có thể được sử dụng để nâng cao kiểm tra chất lượng cho các sản phẩm công nghệ cao như chip bán dẫn, tấm pin mặt trời và thiết bị điện tử tiêu dùng.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Applied Optics của The Optical Society (OSA)  

Thu Thập Đo Lường 3D

Một trong những thách thức của việc thu thập đo lường 3D chính xác trên dây chuyền sản xuất là do rung động, vì vậy mẫu phải được lấy định kỳ để phân tích trong phòng thí nghiệm. Trong quá trình này, sản phẩm bị lỗi phải được loại bỏ. 

Để vượt qua điều này, nhóm đã phát triển một hệ thống có thể hoạt động trong môi trường như nhà máy sản xuất công nghiệp. Nhóm nghiên cứu được dẫn đầu bởi Georg Schitter từ Technische Universität Wien ở Áo, và họ kết hợp một gương định hướng nhanh 2D compact với một cảm biến màu sắc confocal 1D có độ chính xác cao. 

Ernst Csencsics cùng dẫn đầu nhóm nghiên cứu với Daniel Wertjanz. 

“Hệ thống kiểm tra và đo lường dựa trên robot như chúng tôi đã phát triển có thể cho phép kiểm tra chất lượng 100% trong sản xuất công nghiệp, thay thế phương pháp lấy mẫu hiện tại,” Csensics nói. 

Hệ thống mới được phát triển này được thiết kế để gắn trên một nền tảng theo dõi được đặt trên một cánh tay robot, và điều này cho phép đo lường 3D không tiếp xúc của các hình dạng và bề mặt tùy ý. Với trọng lượng 300 gram và kích thước 75 X 63 X 55 milimét khối, hệ thống này nhỏ gọn đáng kể.

“Hệ thống của chúng tôi có thể đo lường hình dạng bề mặt 3D với sự kết hợp chưa từng có của tính linh hoạt, độ chính xác và tốc độ,” said Wertjanz. “Điều này tạo ra ít lãng phí hơn vì các vấn đề sản xuất có thể được xác định trong thời gian thực, và các quy trình có thể được điều chỉnh và tối ưu hóa nhanh chóng.”

Các hệ thống hiện có thường dựa vào các công cụ cồng kềnh để thực hiện đo lường chính xác. Để cho phép điều này trên sàn sản xuất, nhóm đã tạo ra hệ thống dựa trên cảm biến khoảng cách màu sắc confocal 1D được phát triển bởi Micro-Epsilon, và những cảm biến này có thể đo lường sự dịch chuyển, khoảng cách và độ dày cực kỳ chính xác trong khi sử dụng cùng nguyên tắc như kính hiển vi confocal. Tuy nhiên, chúng nhỏ hơn nhiều.

Nhóm đã kết hợp cảm biến confocal với một gương định hướng nhanh, với gương sau có đường kính chỉ 32 milimét. Ngoài ra, họ cũng đã phát triển một quá trình tái tạo có thể tạo ra một hình ảnh 3D của hình dạng bề mặt mẫu bằng cách sử dụng dữ liệu đo lường.

Hệ thống có thể phù hợp với một nền tảng đo lường, với nền tảng sau đóng vai trò là kết nối đến một cánh tay robot. Đây là điều sử dụng kiểm soát phản hồi chủ động để bù cho rung động giữa mẫu và hệ thống đo lường.

“Bằng cách điều khiển đường quang của cảm biến với gương định hướng nhanh, điểm đo lường được quét nhanh và chính xác trên diện tích bề mặt quan tâm,” said Wertjanz. “Vì chỉ cần di chuyển gương nhỏ, quá trình quét có thể được thực hiện ở tốc độ cao mà không ảnh hưởng đến độ chính xác.”

Thử Nghiệm Hệ Thống Mới

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống mới bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn hiệu chỉnh khác nhau có kích thước ngang và cao được xác định. Các thí nghiệm cho thấy nó có thể đo lường với độ phân giải ngang 2,5 micron và độ phân giải trục 76 nanomet.

“Hệ thống này cuối cùng có thể mang lại nhiều lợi ích cho sản xuất công nghệ cao,” said Wertjanz. “Các đo lường trực tuyến có thể cho phép sản xuất không lỗi, đặc biệt hữu ích cho sản xuất với số lượng thấp. Thông tin cũng có thể được sử dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất và cài đặt máy công cụ, điều này có thể tăng tổng sản lượng.”

Nhóm sẽ hiện thực hóa hệ thống trên nền tảng đo lường, cũng như tích hợp nó với cánh tay robot. Nếu họ có thể đạt được điều này, họ sẽ có thể thử nghiệm đo lường 3D chính xác dựa trên robot trên bề mặt tự do trong môi trường như dây chuyền sản xuất công nghiệp, thường đầy rung động.