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了不起的3D视觉技术
没错,各位朋友,今儿咱们从“苹果”和“橙子”开始唠。。。
英文中 “Apple and orange”, 是一个习惯用语;说的是事物之间没有可比性,有点像中文的“风马牛不相及”。但我们用光学3D轮廓仪来看看它们,见下图:
在同样的测试区域,同样的高度标尺,同样的色谱变化范围设置下,可以一目了然地从形貌起伏,颜色变化,看出哪个更光滑,那个更粗糙了!现在可以看出它两的可比性了吧?
总结一下:
虽然3D形貌地图配合色谱图,非常直观;但横向测试范围,纵向高度尺度也很关键,否则可能会指鹿为马哦!
什么是3D光学轮廓仪
“见一叶而知深秋,窥一斑而见全豹” 这句话用来形容光学3D轮廓仪在合适不过了,在如今的电子制造业中AOI(自动光学检测)设备如同其他工艺站位一样有着重要的作用,传统AOI(自动光学检测)由于2D成像原理上的一些缺陷,无法做到“既准又快”的检出所有不良点同时又能兼顾设备产能,但是如何改进设备的性能以满足各大电子厂对质量和产能的双重要求呢?各大厂家开始在检测方法上下功夫了,于是3D AOI(自动光学检测)设备就应运而生了。在超精密加工显微测量场景中发挥的作用恰如其分。
超精密加工,是在传统精密加工上的升级,代表着先进制造业的发展方向,也代表着一个国家制造业的最高水准,超精密的加工水准必须匹配超高性能的检测仪器,以白光干涉为原理研制而成的光学3D表面轮廓仪,就像一双能够明察秋毫的眼镜,帮助我们在超精密加工的微观世界。
下面小编会通过今日介绍的品牌来介绍下什么是3D轮廓仪走进精密加工的微观世界。ZYGO白光干涉轮廓仪,基于光学干涉原理,能以非接触的方式,无损检测精密机械加工表面;检测结果以3D数据地图的方式显示,直观地展示了表面纹理特征。
在精密机械制造领域,以下典型 “关键面” 表面纹理,就是用 ZYGO白光干涉轮廓仪测量。
静音齿轮接触面
发动机的齿轮传动系统,是座舱噪声的主要来源之一。传动齿轮接触面上,微小的中频波纹度面形误差,对于控制噪声很重要。
气门导管 “关键面” 纹理
气门管是发动机气门的导向装置,保证气门做往复直线运动时,气门与气门座圈能正确贴合,并将气门杆的热量传给气缸盖。
气门导管的工作温度较高,约200℃。气门杆在导管中往复运动也会产生磨损。它关键接触面的表面纹理比较特殊,即需要保持一定孔隙度,以保持适当的润滑;同时又要保证与气门杆可靠接触。
白光干涉轮廓仪,可用于气门导管“特殊关键”接触面的表面纹理测量。
发动机缸孔 珩磨网纹
都在缸孔内壁上,采用了平台珩磨工艺,可以在缸孔表面形成一种独特的微观结构,这种结构既具有传统的储油沟痕,还能形成有一定面积的"微小支撑平台"。
在往活塞复运动中,润滑油可以进入这些细小沟痕,形成良好的微观储油空间, 帮助在缸孔表面形成良好的油膜,降低缸孔表面与活塞的摩擦。
人工关节
数据统计显示,40岁以上的成年人,患有骨质退化的比例接近90% ,主要表现为髋关节和肩关节等部位的关节损伤。关节软骨损伤在必要时,需要接受人工关节置换。
人工关节作为相对人体的植入物,需要用独特的材料和工艺,以允许适当的骨融合。人工关节某些表面,需要保持一定的粗糙度和纹理,与适应与人体自然骨连接;某些表面,要完成关节的滑动,则需要保持光滑的表面。
原理
白光干涉光学轮廓仪基于白光干涉原理,以非接触方式,亚纳米分辨率,测量分析样品表面形貌。
光学涉轮廓仪的光学系统基于无限远显微镜系统。通过干涉物镜产生干涉条纹,使基本的光学显微镜系统变为白光干涉轮廓仪。
在测量过程中,光学轮廓仪在垂直光轴方向,最快1秒内,做一次纵向扫描;在扫描过程中,摄像头和计算机系统对干涉条纹变化进行采样和分析,从而以埃级纵向分辨率,构建出视场范围内,包括几百万像素的数据3D形貌地图。
基于干涉原理的白光轮廓仪,纵向分辨率与放大倍率无关,在低倍率大视场范围内,也可以实现埃级分辨率。光学轮廓仪以非接触3D方式检测和表征样品表面,不会有损伤样品表面的风险,其3D检测模式效率也很高。
助力“点石成金”行业案例
半导体行业
半导体行业是一个点石成金的行业,将从普通的石英砂中提取的硅原料制成拥有现代工业系统“心脏”之称的IC芯片,中间须历经数十上百道工序,从硅晶圆的制备到晶圆IC的制造,每一步都对工艺流程的质量有着严格的管控要求,由各式各样的检测仪器共同组成了产品质量监控的守门员,而在这之中,作为产品表面质量检测仪器的光学3D表面轮廓仪,以其超高的检测精度和重复性,发挥着重要的作用。
硅晶圆的粗糙度检测在半导体产业中,硅晶圆的制备质量直接关系着晶圆IC芯片的制造质量,而硅晶圆的制备,要经过十数道工序,才能将一根硅棒制成一片片光滑如镜面的抛光硅晶圆,如下图所示,提取表面一区域进行扫描成像。
通过下图我们看到,制备好的抛光硅晶圆表面轮廓起伏已在数纳米以内,其表面粗糙度在0.5nm左右,由于其粗糙度精度已到亚纳米量级,而在此量级上,接触式轮廓仪和一般的非接触式仪器均无法满足检测要求,只有结合了光学干涉原理和精密扫描模块的光学3D表面轮廓仪才适用。
新能源行业
引导新能源汽车电池涂胶检测系统:
采用点成线、线成面的原理,利用3D激光轮廓仪,以根本解决由于工件加工问题为目的,对工件进行多点平面拟合,配合工业机器人的点运动算法,对点轨迹进行修正。3D轮廓仪成像原理根据被检测工件的三维信息建立起三维模型,利用该模型提取的信息进行图像处理,将获取到的三维信息发送给机器人执行动作。
品牌推荐 ZYGO
翟柯(简称:ZYGO)是阿美特克集团超精密测量部门成员,专业设计与制造精密测量仪器和光学系统,基于光学干涉原理的计量检测系统能够在纳米甚至亚纳米范围内测量部件形貌和光学波面,产品广泛用于半导体、光学制造通讯、航天、汽车制造和消费电子等生产及科研领域。
阿美特克是电子仪器和机电设备的全球领导者,年销售额约为50亿美金。为材料分析、超精密测量、过程分析、测试测量与通讯、电力系统与仪器、仪表与专用控制、精密运动控制、电子元器件与封装、特种金属产品等领域提供技术解决方案。全球共有18,000多名员工,150多家工厂,在美国及其它30多个国家设立了100多个销售及服务中心。
经典产品
ZYGO的3D光学轮廓仪可实现精确,定量,符合ISO要求的非接触式表面测量,以及微尺度和纳米尺度表面特征的表征,可在短短几秒钟内捕获多达200万个数据点。应用范围从形貌和波纹到样品的粗糙度和微观结构表征,从超光滑的亚埃光学表面到极其粗糙和漫反射的3D打印表面,一应俱全。
选择合适的光学轮廓仪系统取决于您的应用程序要求,包括速度,精度,垂直范围,自动化和灵活性。
Nexview™ LS650
Nexview™LS650 大样品台白光干涉仪非常适合测量 尺寸大,重量大 的样品,例如注塑透镜的模具、大尺寸线路板、光学器件,以及机械零件等等。
LS650 样品台尺寸及平移范围,可达 650mm*650mm , 可以在这一范围内实现拼接及脚本编程自动测量,具有亚纳米级垂直分辨率。
NewView™ 9000
NewView™9000 3D光学表面轮廓仪在非接触式光学表面轮廓分析中提供了强大的多功能性。使用该系统,可以轻松,快速地测量各种表面类型,包括光滑,粗糙,平坦,倾斜和阶梯状。所有测量均为无损,快速且无需样品制备。
该系统的核心是ZYGO的相干扫描干涉术(CSI)技术,该技术可在所有放大倍数下提供亚纳米级的精度,并且比其他市售技术更快速,更精确地测量更大范围的表面,从而优化您的投资回报率。
Nexview™ NX2
NX2 3D光学轮廓仪集卓越的精度、先进的算法、应用灵活性和自动化于一体,代表了ZYGO最先进的相干扫描干涉仪(CSI)轮廓仪。
这种完全非接触的技术通过在所有放大倍率下提供亚纳米级的精度,并比其他可比的商用技术更快、更精确地测量更广泛的表面,从而优化了投资回报。Nexview NX2在几乎任何表面和材料上都有各种各样的应用,如平整度、粗糙度和波纹度、薄膜、台阶高度等,是一款不折不扣的轮廓仪。
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