零件振動(dòng)的時(shí)候也能精準(zhǔn)測(cè)量，這個(gè)3D檢測(cè)有點(diǎn)“料”
導(dǎo)讀：近日，小編了解到，相關(guān)研究人員開(kāi)發(fā)了一種輕型光學(xué)系統(tǒng)，用于以微米級(jí)精度對(duì)表面進(jìn)行 3D 檢測(cè)。新的測(cè)量工具可以大大加強(qiáng)對(duì)包括半導(dǎo)體芯片、太陽(yáng)能電池板和平板電視等消費(fèi)電子產(chǎn)品在內(nèi)的高科技產(chǎn)品的質(zhì)量控制檢查。
由于振動(dòng)使得難以在生產(chǎn)線上捕獲精確的 3D 測(cè)量結(jié)果，因此會(huì)定期采集樣本在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。但是，必須丟棄在等待結(jié)果期間制造的任何缺陷產(chǎn)品。
為了創(chuàng)建一個(gè)可以在工業(yè)制造工廠易發(fā)生振動(dòng)的環(huán)境中運(yùn)行的系統(tǒng)，以?shī)W地利維也納技術(shù)大學(xué)的 Georg Schitter 為首的研究人員將緊湊型 2D 快速轉(zhuǎn)向鏡與高精度 1D 共焦色度傳感器相結(jié)合。
“我們開(kāi)發(fā)的基于機(jī)器人的在線檢測(cè)和測(cè)量系統(tǒng)可以在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn) 100% 的質(zhì)量控制，取代當(dāng)前基于樣本的方法，”與 Daniel Wertjanz 共同領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)的 Ernst Csencsics 說(shuō)。“這創(chuàng)造了一個(gè)更高效的生產(chǎn)過(guò)程，因?yàn)樗?jié)省了能源和資源。”
正如光學(xué)學(xué)會(huì) (OSA) 期刊《 應(yīng)用 光學(xué)》所述，新系統(tǒng)設(shè)計(jì)為安裝在機(jī)械臂上的跟蹤平臺(tái)上，用于對(duì)任意形狀和表面進(jìn)行非接觸式 3D 測(cè)量。它僅重 300 克，尺寸為 75 x 63 x 55 毫米的立方體，大約相當(dāng)于一個(gè)濃縮咖啡杯的大小。
“我們的系統(tǒng)可以以靈活性、精度和速度組合測(cè)量 3D 表面形貌，”正在攻讀該研究課題博士學(xué)位的 Wertjanz 說(shuō)。“這會(huì)減少浪費(fèi)，因?yàn)榭梢詫?shí)時(shí)識(shí)別制造問(wèn)題，并且可以快速調(diào)整和優(yōu)化流程。”
精密測(cè)量通常在實(shí)驗(yàn)室中使用笨重的儀器進(jìn)行。為了將這種能力帶入生產(chǎn)車(chē)間，研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于由該研究項(xiàng)目的合作伙伴 Micro-Epsilon 開(kāi)發(fā)的一維共焦色度距離傳感器。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(cè)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(kāi)發(fā)的高度集成的快速轉(zhuǎn)向鏡相結(jié)合，該鏡的直徑僅為 32 毫米。他們還開(kāi)發(fā)了一種重建過(guò)程，該過(guò)程使用測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建樣本表面形貌的 3D 圖像。3D 測(cè)量系統(tǒng)足夠緊湊，可以安裝在計(jì)量平臺(tái)上，該平臺(tái)用作與機(jī)械臂的連接，并通過(guò)主動(dòng)反饋控制補(bǔ)償樣品和測(cè)量系統(tǒng)之間的振動(dòng)。
Wertjanz 說(shuō)：“通過(guò)使用快速轉(zhuǎn)向鏡操縱傳感器的光路，可以在感興趣的表面區(qū)域上快速準(zhǔn)確地掃描測(cè)量點(diǎn)。” “因?yàn)橹恍枰苿?dòng)小鏡子，所以可以在不影響精度的情況下高速執(zhí)行掃描。”
為了測(cè)試新系統(tǒng)，研究人員使用了各種校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，這些校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)具有定義了橫向尺寸和高度的結(jié)構(gòu)。這些實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)可以以 2.5 微米的橫向分辨率和 76 納米的軸向分辨率進(jìn)行測(cè)量。
“這個(gè)系統(tǒng)最終可以為高科技制造帶來(lái)各種好處， ”Wertjanz 說(shuō)。“在線測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)零故障生產(chǎn)過(guò)程，這對(duì)于小批量制造尤其有用。這些信息還可用于優(yōu)化制造過(guò)程和機(jī)床設(shè)置，從而提高整體產(chǎn)量。”
研究人員現(xiàn)在正致力于在計(jì)量平臺(tái)上實(shí)施該系統(tǒng)，并將其與機(jī)械臂結(jié)合。這將使他們能夠在易受振動(dòng)的環(huán)境(如工業(yè)生產(chǎn)線)中測(cè)試基于機(jī)器人的精密 3D 測(cè)量在自由曲面上的可行性。
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