Лазерная интерферометрия:технология оптимизации автоматизированного производства

Тайлер Стил, менеджер по продукции — лазерные интерферометры, Zygo

В этой статье производитель прецизионных бериллиевых зеркал Cambridge Technology объясняет, как использование аппаратных и программных решений для интерферометрии оптимизировало производственные процессы и повысило эффективность, а также экономию времени и средств в рамках всей компании.

Технологические достижения последних лет превратили метрологию из «неизбежного зла» в производственные сценарии в новые технологии, позволяющие измерять ранее невозможные характеристики деталей и тем самым стимулировать инновации во многих отраслях промышленности.

Можно утверждать, что лучшие в своем классе метрологические решения являются катализатором тенденции к миниатюризации, более высокой точности, более высокой пропускной способности и меньшему количеству брака.

Как гласит старая поговорка:«Если вы не можете это измерить, вы не можете это сделать», но если вы можете повторять измерения с требуемой точностью, то нет предела для производства передовых деталей и компонентов. .

Одной из самых передовых компаний в области точности является Cambridge Technology, базирующаяся в Тонтоне, Великобритания.

Компания Cambridge Technology имеет более чем 50-летний опыт производства сверхлегких бериллиевых зеркал с покрытием для своего головного предприятия в Бедфорде, штат Массачусетс, США.

Эти зеркала, интегрированные в узлы управления лазерным лучом, используются в различных приложениях, от сверления печатных плат до лазерной хирургии глаза.

Компания Cambridge Technology поставила перед собой цель расширить свои возможности проектирования и производства, сосредоточив внимание на интеграции и использовании метрологии процессов для оптимизации контроля качества и производительности.

Требовательный характер зеркал, производимых Cambridge Technology, означает, что со временем компания научилась сотрудничать с поставщиками инновационных технологий, чтобы обеспечить оптимальные производственные процессы.

Для расширения своих метрологических возможностей была выбрана компания Zygo, которая поставила Cambridge Technology новые современные лазерные интерферометрические системы, работающие на метрологическом программном обеспечении Zygo Mx.

В этой статье анализируется роль лазерной интерферометрии как неотъемлемой части оптимизированного автоматизированного производственного процесса, освещаются ключевые вопросы выбора поставщиков и приводятся свидетельства из первых рук компании Cambridge Technology о том, как она использовала передовые решения оптической метрологии Zygo для продвижения инноваций в дизайне продукции. и разработка производственных процессов.

Оценка современного метрологического ландшафта

Компания Zygo подняла статус метрологии до прорывной и перспективной технологии благодаря своим бесконтактным неразрушающим трехмерным оптическим профилировщикам и лазерным интерферометрам.

Оптическая метрология чрезвычайно универсальна и играет важную роль в проверке качества и проектных замыслов.

Сегодня во многих сценариях это решение стало предпочтительным благодаря тому факту, что оно является бесконтактным (это означает, что его можно использовать для измерения хрупких деформируемых компонентов), неразрушающим, быстрым, высокочувствительным и демонстрирует исключительное разрешение и точность. характеристики точности.

Однако для Zygo использование своих оптических метрологических приборов выходит далеко за рамки контроля качества, поскольку их преимущества используются в передовых исследованиях и разработках, разработке процессов, управлении процессами и общей оптимизации производства.

Компания Cambridge Technology понимает, что интерферометрия является логичным выбором для расширенной характеристики его критически важных частей, и признает, что нет других новаторов в области метрологических решений, которые приблизились бы к уровню опыта и понимания Zygo.

Cambridge Technology и лазерная интерферометрия Zygo

Компания Cambridge Technology использует лазерную интерферометрию для измерения формы поверхности почти всех прецизионных бериллиевых зеркал, которые она производит, а также на различных этапах производственного цикла для четкого понимания рабочих характеристик.

Первоначальное решение компании для лазерной интерферометрии было признано несовершенным в двух ключевых областях. Во-первых, он был подвержен вибрациям окружающей среды, а во-вторых, данные измерений хранились в виде отдельных текстовых файлов (или текстовых отчетов), что делало их крайне сложными для анализа.

Каждое уникальное зеркало из линейки Cambridge Technology требовало отдельного применения, что, в свою очередь, требовало особой конфигурации лазерного интерферометра.

Из-за этого в метрологии требовалось много оператора, и от технических специалистов требовалось вручную загружать разные маски для каждого типа зеркала и для каждого выполненного измерения, иногда по три раза для каждого зеркала.

Чтобы преодолеть эти недостатки, компании потребовалось метрологическое решение, которое способствовало бы автоматизации процессов и уменьшило нагрузку на ручную работу, а также свело бы к минимуму чувствительность к вибрации окружающей среды, из-за которой некоторые зеркала требовали повторного измерения.

Выбранное решение состояло в том, чтобы заменить существующие лазерные интерферометры приборами текущего поколения, работающими на программном обеспечении Zygo Mx, что сразу же позволило компании добиться сокращения времени обработки и сокращения ошибок оператора.

Грег Солтер, инженер по качеству компании Cambridge Technology, продолжает:«Сокращение времени обработки стало возможным благодаря нашей возможности настраивать Mx с помощью сценариев.

«Сокращение времени обработки деталей с несколькими масками (апертурами) стало значительным улучшением, наряду с устранением необходимости для операторов вручную загружать каждую маску или выбирать разные части маски для повторного анализа различных отверстия зеркала».

Используя программное обеспечение Zygo Mx и скрипты Python, Cambridge Technology теперь имеет базу данных всех своих деталей с соответствующими допусками, настройками и масками, которые легко выбираются оператором.

Допуски могут быть скорректированы инженером-технологом удаленно в центральной базе данных без прерывания производственного рабочего процесса.

Солтер говорит:«MX автоматически загружает правильные маски и допуски для каждой детали, выбирая номер детали из раскрывающегося меню.

«Программное обеспечение лазерного интерферометра Zygo теперь может автоматически загружать и менять местами различные маски во время измерения без участия оператора, что означает более быстрое измерение, увеличение пропускной способности зеркал и сокращение ошибок оператора.

«Данные о плоскостности автоматически передаются в базу данных для удобного анализа и мониторинга каждого этапа производства (SPC и т. д.).

«Это уже позволило нам использовать контрольные пределы на различных этапах производства, чтобы гарантировать, что зеркала будут соответствовать требованиям в конце производственного процесса.

«Поскольку мы постоянно совершенствуем наши методы производства, анализ, который обеспечивает эта система, позволит нам постепенно уменьшить количество зеркал, которые мы проверяем в партии зеркал, при этом обеспечивая соответствие плоскостности».

Солтер продолжает:«Если зеркало не подходит для того применения, для которого оно было предназначено, Mx может проверить аналогичные типы зеркал и посоветовать, можем ли мы использовать это зеркало для другого применения, тем самым сократив брак.

«Наша материнская компания в Бедфорде, штат Массачусетс, США, также использует нашу базу данных для управления своими интерферометрами Zygo. Она мгновенно обновляется на обоих объектах одновременно, что раз и навсегда устранило расхождения между нашими методами измерения.

«Наша материнская компания также хранит данные измерений, чтобы мы могли отслеживать производительность зеркал по мере их производства.

«Все это достигается за счет того, что Mx позволяет нам настраивать его работу, используя сценарии Python для адаптации к нашим требуемым методам».

Крайне важно, чтобы любое программное решение, выбранное Cambridge Technology, можно было развернуть на нескольких инструментах на производственных предприятиях в разных местах для поддержки круглосуточной производственной операции.

Необходимо было свести к минимуму время простоя и уровень обучения операторов, и это было достигнуто благодаря хорошему партнерству между Zygo и Cambridge Technology.

— объясняет Солтер. «Мы пришли к выводу, что MX — это простое, эффективное и поддерживаемое решение, которое сводит к минимуму воздействие на ресурсы и мощности в производственной среде.

Интуитивно понятный дизайн Mx и его общая простота были чрезвычайно важны, равно как и помощь и поддержка со стороны Lambda Photometrics и Zygo с нашими конкретными проблемами и требованиями, когда речь шла о проблемах, которые мы не знали, как решить, особенно со сценариями Python.

Lambda и Zygo дали понимание того, как достичь определенных целей с помощью Python (включая отправку нам примеров кода), и предоставили нам возможность использовать каталог существующих масок Mx на новом интерферометре».

Создание программной среды по принципу «установил и забыл»

Использование функции сценариев в программном обеспечении Zygo Mx позволило компании Cambridge Technology создать приложение «установил и забыл», основанное на рецептах.

Солтер говорит:«Это было достигнуто за счет использования базы данных, которую мы разработали и создали для работы с Mx и которая содержит все параметры, необходимые для измерения любого зеркала. К ним относятся имена масок, количество масок и допуски плоскостности.

«Все, что нужно сделать оператору, — это выбрать номер детали из списка (или отсканировать штрих-код в нашем производственном пакете данных), и Mx применит заранее определенные настройки для этого конкретного рецепта зеркала, запишет его серийный номер, получит и проанализирует данные и сообщит оператор, если это успешно или неудачно, говоря простыми словами».

«Благодаря метрологическим приборам Zygo на базе Mx управление конфигурацией стало намного эффективнее, и теперь у нас есть возможность приступить к методологии статистического управления процессами для мониторинга наших операций.

«Решения Zygo помогли нам повысить доходность зеркал до 99 % благодаря отличной корреляции между двумя нашими сайтами».

Устранение узких мест

Используя метрологическое программное обеспечение ZYGO Mx, компания Cambridge Technology расширила возможности своих интерферометров, добившись значительной экономии.

Это привело к тому, что компания смогла добиться экономии за счет устранения узких мест в производстве и контроле качества, что, в свою очередь, обеспечило более эффективное использование кадровых ресурсов и общее повышение эффективности производства.