【儀表網 儀表研發】導讀：近日，維也納工業大學 (TU Wien) 的研究人員開發了一種輕型光學系統，可以微米級精度對表面進行 3D 檢測。該測量工具可以大大加強對高科技產品的質量控制檢驗，包括半導體芯片、太陽能電池板和平板電視等消費電子產品。
為了創建一個能夠在工業制造工廠易受振動的環境中運行的系統，以 Georg Schitter 為首的團隊結合了一個緊湊的 2D 快速轉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驗室中使用大型設備進行。為了將這種能力帶入生產車間，該團隊開發了一個系統，該系統基于由該研究項目的合作伙伴 Micro-Epsilon 開發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線上進行精確的 3D 測量，因此，需要定期取樣在實驗室進行分析。但是，必須丟棄在等待結果期間制造的任何缺陷產品。
可以獲取測量值的光點以及快速轉向鏡(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驗室。
校準過程中的新系統涉及 CMOS 相機。可以看到獲取測量值的光點以及快速轉向鏡 (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驗室
“我們開發的基于機器人的在線檢測和測量系統可以在工業生產中實現 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：“這創造了一個更高效的生產過程，因為它節省了能源和資源。”
該系統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。它重 300 克，尺寸為 75 × 63 × 55 毫米，設計研究人員稱其大小與濃縮咖啡杯差不多。
“我們的系統的靈活性、精度和速度來測量 3D 表面形貌，”Wertjanz 博士說。TU Wien的學生：“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向鏡相結合。他們還開發了一種重建過程，該過程使用測量數據來創建樣本表面形貌的 3D 圖像。3D 測量系統足夠緊湊，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之間的振動。
Wertjanz 說：“通過使用快速轉向鏡操縱傳感器的光路，可以在感興趣的表面區域快速準確地掃描測量點。因為只需要移動小鏡子，所以可以在不影響精度的情況下高速執行掃描。”
為了測試該系統，研究人員使用了各種校準標準，這些校準標準具有定義了橫向尺寸和高度的結構。這些實驗表明，該系統可以以 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：“在線測量可以實現零故障生產過程，這對于小批量制造尤其有用。這些信息還可用于優化制造過程和機床設置，從而提高整體產量。”
研究人員現在正致力于在計量平臺上實施該系統，并將其與機械臂結合。這將使他們能夠在易受振動的環境(如工業生產線)中測試基于機器人的精密 3D 測量在自由曲面上的可行性。該研究發表在《應用光學》 上。
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