Лазерная интерферометрия: расширение возможностей автоматизированного производства с точностью

Автор: Тайлер Стил, продукт-менеджер — лазерные интерферометры, Zygo

В этой статье производитель точных бериллиевых зеркал Cambridge Technology объясняет, как использование аппаратных и программных решений интерферометрии оптимизировало их производственные процессы и добавило эффективности, а также экономии времени и затрат по всей компании.

Технологические достижения за недавние годы возвели метрологию от «необходимого зла» в производственных сценариях к технологиям-исправителям, позволяя измерять ранее невозможные характеристики деталей и тем самым двигая инновации по многочисленным отраслям.

Можно утверждать, что лучшие в классе метрологические решения — катализатор, двигающий тренд к миниатюризации, более высокой точности, более быстрой пропускной способности и меньшему количеству брака.

Как гласит старая поговорка: «Если вы не можете измерить это, вы не можете это сделать», но если вы можете измерить до требуемой точности повторяемо, то небо — предел в терминах производства передовых деталей и компонентов.

Одна компания, работающая на острие точности — Cambridge Technology, базирующаяся в Таунтоне в Соединенном Королевстве.

Cambridge Technology гордится более чем 50-летним наследием производства ультралегких покрытых бериллиевых зеркал для своего родительского объекта в Бедфорде, Массачусетс, США.

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

Cambridge Technology имела цель продвинуть свои дизайнерские и производственные возможности с фокусом на интеграцию и использование процессной метрологии для оптимизации контроля качества и производственных выходов.

Точная природа зеркал, производимых Cambridge Technology, означала, что со временем компания научилась партнерствовать с инновационными технологическими поставщиками для обеспечения оптимальных производственных процессов.

Компанией, выбранной для продвижения своих метрологических возможностей, была Zygo, которая снабдила Cambridge Technology новыми современными системами лазерной интерферометрии, работающими на программном обеспечении Zygo's Mx метрологии.

Эта статья анализирует роль лазерной интерферометрии как неотъемлемой части оптимизированного автоматизированного производственного процесса, выделяя ключевые вопросы в выборе поставщика и предоставляя первоисточник свидетельства от Cambridge Technology о том, как она использовала передовые оптические метрологические решения Zygo для продвижения инноваций в дизайне продукта и развитии производственного процесса.

Оценка передовым ландшафтом метрологии

Zygo возвысил статус метрологии до разрушительной, технологией-исправителю, с его бесконтактными, неразрушающими 3D оптическими профилографами и лазерными интерферометрами.

Оптическая метрология крайне универсальна и имеет важную роль в верификации качества и дизайнерского намерения.

Сегодня во многих сценариях она стала предпочтительным решением, получая выгоду от того, что она бесконтактная (означает, что может использоваться для измерения нежных деформируемых компонентов), неразрушающая, быстрая, высокочувствительная и демонстрирует исключительные характеристики разрешения и точности.

Для Zygo, однако, использование его оптических метрологических инструментов идет далеко за пределы контроля качества, так как его выгоды используются в передовых НИОКР, разработке процесса, контроле процесса и общей производственной оптимизации.

Cambridge Technology понимает, что интерферометрия — логический выбор для передовой характеристики своих критических деталей и признала, что нет других инноваторов метрологических решений, которые приблизились бы к совпадению уровня опыта и понимания Zygo.

Cambridge Technology и лазерная интерферометрия Zygo

Cambridge Technology использует лазерную интерферометрию для измерения поверхностной формы почти каждого точного бериллиевого зеркала, которое она производит, и на различных стадиях производственного жизненного цикла для ясного понимания характеристик производительности.

Оригинальное решение лазерной интерферометрии компании считалось недостаточным в двух ключевых областях. Во-первых, оно было подвержено экологическим вибрациям, и во-вторых, измеренные данные хранились как отдельные текстовые файлы (или текстовые отчеты), что означало, что их было крайне трудно анализировать.

Каждое уникальное зеркало в диапазоне Cambridge Technology требовало разное приложение, которое в свою очередь требовало специфическую конфигурацию лазерного интерферометра.

Это делало метрологию операторно-интенсивной и требовало от техников вручную загружать разные маски для каждого типа зеркала и для каждого измерения, иногда три раза на зеркало.

Для преодоления этих недостатков компания требовала метрологическое решение, которое бы продвигало автоматизацию процесса и снимало ручную нагрузку, минимизируя чувствительность к экологическим вибрациям, которые привели к тому, что некоторые зеркала требовали переизмерения.

Выбранным решением была замена существующих лазерных интерферометров на инструменты текущего поколения, работающие на ПО Zygo's Mx, что немедленно позволило компании реализовать улучшения во времени обработки и снижение операторских ошибок.

Грег Салтер, инженер по качеству в Cambridge Technology, продолжает: «Снижение времени обработки происходит в результате нашей способности кастомизировать Mx с использованием скриптов.

«Сниженные времена обработки для деталей с множественными масками (апертурами) стали массовым улучшением, вместе с устранением необходимости операторов вручную загружать каждую маску или выбирать разные части маски для переанализа разных апертур зеркала».

Используя ПО Zygo's Mx и Python-скрипты, Cambridge Technology теперь имеет базу данных всех своих деталей, с соответствующими толерансами, настройками и масками, которая легко выбирается оператором.

Толерансы могут быть скорректированы удаленно в центрально расположенной базе данных производственным инженером без нарушения производственного воркфлоу.

Салтер говорит: «Mx загружает правильные маски и толерансы для каждой детали автоматически путем выбора номера детали из выпадающего меню.

«ПО лазерного интерферометра Zygo теперь может автоматически загружать и менять разные маски во время измерения без ввода оператора, что означает, что измерение быстрее, пропускная способность зеркал увеличена, и операторские ошибки снижены.

«Данные плоскости автоматически выводятся в базу данных для легкого анализа и мониторинга каждой стадии производства (SPC и так далее).

«Это уже позволило нам использовать контрольные пределы на различных производственных стадиях для обеспечения того, что зеркала будут соответствовать требованиям в конце производственного процесса.

«По мере того как мы непрерывно улучшаем наши методы производства, анализ, который эта система предоставляет, позволит нам постепенно снизить, сколько зеркал мы инспектируем на партию зеркал, сохраняя при этом соответствие плоскости».

Салтер продолжает: «Если зеркало не подходит для приложения, для которого оно предназначалось, Mx может проверить похожие типы зеркал и советовать, можем ли мы использовать то зеркало для альтернативного приложения, таким образом снижая брак.

«Наша родительская компания в Бедфорде, МА, США также использует нашу базу данных для контроля их интерферометров Zygo, она мгновенно обновляется на обоих сайтах одновременно, что раз и навсегда уладило расхождения между нашими методами измерения.

«Наша родительская компания также хранит данные измерений, так что мы можем мониторить производительность зеркала по мере его прогрессирования через производство.

«Все это достигнуто с использованием способности Mx позволять нам кастомизировать, как оно работает, используя Python-скрипты для адаптации к нашим требуемым методам».

Жизненно важно было, что любое ПО-решение, которое Cambridge Technology выбрала, могло быть развернуто на множественных инструментах по производственным объектам в множественных локациях для поддержки 24/7 производственной операции.

Минимизация количества простоя и уровней обучения операторов были обязательными, и это было достигнуто через хорошее партнерство между Zygo и Cambridge Technology.

Салтер объясняет. «Мы нашли Mx простым, эффективным и поддерживаемым решением, минимизирующим влияние на ресурсы и мощность в производственной среде.

Интуитивный дизайн Mx и его общая простота были огромной важностью, как и помощь и поддержка от Lambda Photometrics и Zygo с нашими особыми проблемами и требованиями, когда дело доходило до проблем, которые мы не знали, как преодолеть, особенно с python-скриптами.

Lambda и Zygo предоставили понимание того, как достичь определенных целей с использованием python (включая отправку нам примеров кода), и предоставили нам способ использования каталога существующих Mx масок на новом интерферометре».

Создание среды приложения «set-and-forget»

Использование функции скриптов в ПО Zygo's Mx позволило Cambridge Technology создать рецептурно-ориентированное приложение «set-and-forget».

Салтер говорит: «Это было достигнуто использованием базы данных, которую мы спроектировали и построили для работы внутри Mx, содержащей все параметры, необходимые для обеспечения измерения любого зеркала. Эти включают имена масок, количество масок и толерансы плоскости.

«Все, что оператору нужно сделать — выбрать номер детали из списка (или отсканировать штрих-код на нашем производственном датапаке) и Mx применяет предопределенные настройки для этого конкретного рецепта зеркала, записывает его серийный номер, приобретает и анализирует данные и информирует оператора, если это проход или провал в простых терминах».

«С Zygo's Mx-базированными метрологическими инструментами наш контроль конфигурации намного более эффективен и у нас теперь есть способность embarc на методологию статистического процессного контроля для мониторинга наших операций.

«Решения Zygo помогли нам поднять наши выходы зеркал до 99 процентов с отличной корреляцией между нашими двумя сайтами».

Устранение узких мест

Используя Mx метрологическое ПО ZYGO, Cambridge Technology теперь улучшила возможности своих интерферометров, реализуя значительную экономию.

Это привело к тому, что компания смогла реализовать экономию затрат за счет устранения узких мест в производстве и контроле качества, и в свою очередь обеспечило лучшее использование ресурсов персонала и общее улучшение производственных эффективностей.