2021 年 8 月 26 日,研究人员开发了一种轻型光学系统,用于以微米级精度对表面进行 3D 检测。新的测量工具可以大大加强对包括半导体芯片、太阳能电池板和平板电视等消费电子产品在内的高科技产品的质量控制检查。


由于振动使得难以在生产线上捕获精确的 3D 测量结果,因此会定期采集样本在实验室进行分析。但是,必须丢弃在等待结果期间制造的任何有缺陷的产品。

研究人员开发了一种轻型光学系统:可进行微米级的 3D 检测

为了创建一个可以在工业制造工厂易发生振动的环境中运行的系统,以奥地利维也纳技术大学的 Georg Schitter 为首的研究人员将紧凑型 2D 快速转向镜与高精度 1D 共焦色度传感器相结合。


“我们开发的基于机器人的在线检测和测量系统可以在工业生产中实现 100% 的质量控制,取代当前基于样本的方法,”与 Daniel Wertjanz 共同领导研究团队的 Ernst Csencsics 说:“这创造了一个更高效的生产过程,因为它节省了能源和资源。”


正如光学学会 (OSA) 期刊《 应用 光学》所述,新系统设计为安装在机械臂上的跟踪平台上,用于对任意形状和表面进行非接触式 3D 测量。它仅重 300 克,尺寸为 75 x 63 x 55 毫米的立方体,大约相当于一个浓缩咖啡杯的大小。


“我们的系统可以以前所未有的灵活性、精度和速度组合测量 3D 表面形貌,”正在攻读该研究课题博士学位的 Wertjanz 说:“这会减少浪费,因为可以实时识别制造问题,并且可以快速调整和优化流程。”


精密测量通常在实验室中使用笨重的仪器进行。为了将这种能力带入生产车间,研究人员开发了一个系统,该系统基于由该研究项目的合作伙伴 Micro-Epsilon 开发的一维共焦色度距离传感器。共焦彩色传感器可以使用与共焦显微镜相同的原理精确测量位移、距离和厚度,但体积要小得多。


他们将共焦传感器与之前开发的高度集成的快速转向镜相结合,该镜的直径仅为 32 毫米。他们还开发了一种重建过程,该过程使用测量数据来创建样本表面形貌的 3D 图像。3D 测量系统足够紧凑,可以安装在计量平台上,该平台用作与机械臂的连接,并通过主动反馈控制补偿样品和测量系统之间的振动。

研究人员开发了一种轻型光学系统:可进行微米级的 3D 检测

Wertjanz 说:“通过使用快速转向镜操纵传感器的光路,可以在感兴趣的表面区域上快速准确地扫描测量点。因为只需要移动小镜子,所以可以在不影响精度的情况下高速执行扫描。”


为了测试新系统,研究人员使用了各种校准标准,这些校准标准具有定义了横向尺寸和高度的结构。这些实验表明,该系统可以以 2.5 微米的横向分辨率和 76 纳米的轴向分辨率进行测量。


“这个系统最终可以为高科技制造带来各种好处, ”Wertjanz 说:“在线测量可以实现零故障生产过程,这对于小批量制造尤其有用。这些信息还可用于优化制造过程和机床设置,从而提高整体产量。”


研究人员现在正致力于在计量平台上实施该系统,并将其与机械臂结合。这将使他们能够在易受振动的环境(如工业生产线)中测试基于机器人的精确 3D 测量在自由曲面上的可行性。



免责声明

我来说几句

不吐不快,我来说两句
最新评论

还没有人评论哦,抢沙发吧~