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專為高精度機器人的表面測量而設計的緊湊型系統(tǒng)

導讀 華盛頓——研究人員開發(fā)了一種輕型光學系統(tǒng),用于以微米級精度對表面進行 3D 檢測。新的測量工具可以大大加強對包括半導體芯片、太陽能電

華盛頓——研究人員開發(fā)了一種輕型光學系統(tǒng),用于以微米級精度對表面進行 3D 檢測。新的測量工具可以大大加強對包括半導體芯片、太陽能電池板和平板電視等消費電子產(chǎn)品在內(nèi)的高科技產(chǎn)品的質量控制檢查。

由于振動使得難以在生產(chǎn)線上捕獲精確的 3D 測量結果,因此會定期采集樣本在實驗室進行分析。但是,必須丟棄在等待結果期間制造的任何缺陷產(chǎn)品。

為了創(chuàng)建一個可以在工業(yè)制造工廠容易發(fā)生振動的環(huán)境中運行的系統(tǒng),以奧地利維也納技術大學的 Georg Schitter 為首的研究人員將緊湊型 2D 快速轉向鏡與高精度 1D 共焦色度傳感器相結合。

“我們開發(fā)的基于機器人的在線檢測和測量系統(tǒng)可以在工業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn) 100% 的質量控制,取代當前基于樣本的方法,”與 Daniel Wertjanz 共同領導研究團隊的 Ernst Csencsics 說。“這創(chuàng)造了一個更高效的生產(chǎn)過程,因為它節(jié)省了能源和資源。”

正如光學學會 (OSA) 期刊《應用光學》所述,新系統(tǒng)設計為安裝在機械臂上的跟蹤平臺上,用于對任意形狀和表面進行非接觸式 3D 測量。它僅重 300 克,尺寸為 75 x 63 x 55 毫米的立方體,大約相當于一個濃縮咖啡杯的大小。

“我們的系統(tǒng)可以以前所未有的靈活性、精度和速度組合測量 3D 表面形貌,”正在攻讀該研究課題博士學位的 Wertjanz 說。“這會減少浪費,因為可以實時識別制造問題,并且可以快速調整和優(yōu)化流程。”

從實驗室到晶圓廠

精密測量通常在實驗室中使用笨重的儀器進行。為了將這種能力帶入生產(chǎn)車間,研究人員開發(fā)了一個系統(tǒng),該系統(tǒng)基于由該研究項目的合作伙伴 Micro-Epsilon 開發(fā)的一維共焦色距離傳感器。共焦彩色傳感器可以使用與共焦顯微鏡相同的原理精確測量位移、距離和厚度,但體積要小得多。

他們將共焦傳感器與之前開發(fā)的高度集成的快速轉向鏡相結合,該鏡的直徑僅為 32 毫米。他們還開發(fā)了一種重建過程,該過程使用測量數(shù)據(jù)來創(chuàng)建樣本表面形貌的 3D 圖像。3D 測量系統(tǒng)足夠緊湊,可以安裝在計量平臺上,該平臺用作與機械臂的連接,并通過主動反饋控制補償樣品和測量系統(tǒng)之間的振動。

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