【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】導(dǎo)讀：近日，維也納工業(yè)大學(xué) (TU Wien) 的研究人員開發(fā)了一種輕型光學(xué)系統(tǒng)，可以微米級精度對表面進(jìn)行 3D 檢測。該測量工具可以大大加強(qiáng)對高科技產(chǎn)品的質(zhì)量控制檢驗(yàn)，包括半導(dǎo)體芯片、太陽能電池板和平板電視等消費(fèi)電子產(chǎn)品。
 

　　為了創(chuàng)建一個能夠在工業(yè)制造工廠易受振動的環(huán)境中運(yùn)行的系統(tǒng)，以 Georg Schitter 為首的團(tuán)隊(duì)結(jié)合了一個緊湊的 2D 快速轉(zhuǎn)向鏡采用高精度一維共焦色度傳感器。精密測量通常必須在實(shí)驗(yàn)室中使用大型設(shè)備進(jìn)行。為了將這種能力帶入生產(chǎn)車間，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于由該研究項(xiàng)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，但封裝更小。
 

　　振動使得很難在生產(chǎn)線上進(jìn)行精確的 3D 測量，因此，需要定期取樣在實(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。
 

　　可以獲取測量值的光點(diǎn)以及快速轉(zhuǎn)向鏡(FSM)和共焦色度傳感器(CCS)。由 Daniel Wertjanz 提供，Christian Doppler 自動化在線計量精密工程實(shí)驗(yàn)室。
 

　　校準(zhǔn)過程中的新系統(tǒng)涉及 CMOS 相機(jī)。可以看到獲取測量值的光點(diǎn)以及快速轉(zhuǎn)向鏡 (FSM) 和共焦色度傳感器 (CCS)。由 Daniel Wertjanz 提供，Christian Doppler 自動化在線計量精密工程實(shí)驗(yàn)室
 

　　“我們開發(fā)的基于機(jī)器人的在線檢測和測量系統(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：“這創(chuàng)造了一個更高效的生產(chǎn)過程，因?yàn)樗?jié)省了能源和資源。”
 

　　該系統(tǒng)設(shè)計為安裝在機(jī)械臂上的跟蹤平臺上，用于對任意形狀和表面進(jìn)行非接觸式 3D 測量。它重 300 克，尺寸為 75 × 63 × 55 毫米，設(shè)計研究人員稱其大小與濃縮咖啡杯差不多。
 

　　“我們的系統(tǒng)的靈活性、精度和速度來測量 3D 表面形貌，”Wertjanz 博士說。TU Wien的學(xué)生：“這會減少浪費(fèi)，因?yàn)榭梢詫?shí)時識別制造問題，并且可以快速調(diào)整和優(yōu)化流程。”
 

　　研究人員將共焦傳感器與直徑僅為 32 毫米的高度集成的快速轉(zhuǎn)向鏡相結(jié)合。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(jī)械臂的連接，并通過主動反饋控制補(bǔ)償樣品和測量系統(tǒng)之間的振動。
 

　　Wertjanz 說：“通過使用快速轉(zhuǎn)向鏡操縱傳感器的光路，可以在感興趣的表面區(qū)域快速準(zhǔn)確地掃描測量點(diǎn)。因?yàn)橹恍枰苿有＄R子，所以可以在不影響精度的情況下高速執(zhí)行掃描。”
 

　　為了測試該系統(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 µm 的橫向分辨率和 76 nm 的軸向分辨率獲取測量值。
 

　　“這個系統(tǒng)最終可以為高科技制造帶來各種好處，”Wertjanz 說：“在線測量可以實(shí)現(xiàn)零故障生產(chǎn)過程，這對于小批量制造尤其有用。這些信息還可用于優(yōu)化制造過程和機(jī)床設(shè)置，從而提高整體產(chǎn)量。”
 

　　研究人員現(xiàn)在正致力于在計量平臺上實(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的環(huán)境(如工業(yè)生產(chǎn)線)中測試基于機(jī)器人的精密 3D 測量在自由曲面上的可行性。該研究發(fā)表在《應(yīng)用光學(xué)》 上。