维也纳工业大学开发了一种轻型光学系统
- 2021/9/6 14:53:48 18291
- 来源：维也纳工业大学
【仪表网 仪表研发】导读：近日，维也纳工业大学 (TU Wien) 的研究人员开发了一种轻型光学系统，可以微米级精度对表面进行 3D 检测。该测量工具可以大大加强对高科技产品的质量控制检验，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。
为了创建一个能够在工业制造工厂易受振动的环境中运行的系统，以 Georg Schitter 为首的团队结合了一个紧凑的 2D 快速转向镜采用高精度一维共焦色度传感器。精密测量通常必须在实验室中使用大型设备进行。为了将这种能力带入生产车间，该团队开发了一个系统，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，但封装更小。
振动使得很难在生产线上进行精确的 3D 测量，因此，需要定期取样在实验室进行分析。但是，必须丢弃在等待结果期间制造的任何缺陷产品。
可以获取测量值的光点以及快速转向镜(FSM)和共焦色度传感器(CCS)。由 Daniel Wertjanz 提供，Christian Doppler 自动化在线计量精密工程实验室。
校准过程中的新系统涉及 CMOS 相机。可以看到获取测量值的光点以及快速转向镜 (FSM) 和共焦色度传感器 (CCS)。由 Daniel Wertjanz 提供，Christian Doppler 自动化在线计量精密工程实验室
“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。”
该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。它重 300 克，尺寸为 75 × 63 × 55 毫米，设计研究人员称其大小与浓缩咖啡杯差不多。
“我们的系统的灵活性、精度和速度来测量 3D 表面形貌，”Wertjanz 博士说。TU Wien的学生：“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。”
研究人员将共焦传感器与直径仅为 32 毫米的高度集成的快速转向镜相结合。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。
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。”
为了测试该系统，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 µm 的横向分辨率和 76 nm 的轴向分辨率获取测量值。
“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密 3D 测量在自由曲面上的可行性。该研究发表在《应用光学》 上。
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