Laserinterferometrie:een technologie voor geoptimaliseerde geautomatiseerde productie

Door Tyler Steele, productmanager – laserinterferometers, Zygo

In dit artikel legt Cambridge Technology, fabrikant van precisie-berylliumspiegels, uit hoe het gebruik van hardware- en softwareoplossingen voor interferometrie de productieprocessen heeft gestroomlijnd en efficiëntie heeft toegevoegd, evenals tijd- en kostenbesparingen in het hele bedrijf.

Technologische ontwikkelingen van de afgelopen jaren hebben metrologie van een "noodzakelijk kwaad" in productiescenario's verheven tot ondersteunende technologieën, waardoor voorheen onmogelijke onderdeelkenmerken kunnen worden gemeten en daardoor innovatie in tal van industriële sectoren wordt gestimuleerd.

Het is aannemelijk dat de beste meetoplossingen in hun klasse de katalysator zijn die de trend naar miniaturisatie, hogere precisie, snellere doorvoer en minder uitval stimuleert.

Zoals het oude gezegde luidt:"Als je het niet kunt meten, kun je het niet maken", maar als je herhaaldelijk tot de vereiste nauwkeurigheid kunt meten, dan is de lucht de limiet in termen van het produceren van geavanceerde onderdelen en componenten .

Een bedrijf dat op het gebied van precisie werkt, is Cambridge Technology, gevestigd in Taunton in het Verenigd Koninkrijk.

Cambridge Technology kan bogen op een geschiedenis van meer dan 50 jaar in de productie van ultralichtgewicht gecoate berylliumspiegels voor haar moederbedrijf in Bedford, Massachusetts, VS.

Deze spiegels die zijn geïntegreerd in laserstraalstuurinrichtingen worden gebruikt in verschillende toepassingen, van PCB-boren tot ooglaserchirurgie.

Cambridge Technology had als doel om zijn ontwerp- en productiecapaciteiten te verbeteren met een focus op het integreren en benutten van procesmetrologie om kwaliteitscontrole en productieopbrengsten te optimaliseren.

De veeleisende aard van de spiegels die door Cambridge Technology worden vervaardigd, heeft ertoe geleid dat het in de loop van de tijd heeft geleerd samen te werken met innovatieve technologieleveranciers om optimale productieprocessen mogelijk te maken.

Het bedrijf dat werd gekozen om zijn metrologische capaciteiten te helpen verbeteren, was Zygo, dat Cambridge Technology leverde met nieuwe ultramoderne laserinterferometersystemen die werken op Zygo's Mx-meetsoftware.

Dit artikel analyseert de rol van laserinterferometrie als integraal onderdeel van een geoptimaliseerd geautomatiseerd productieproces, belicht de belangrijkste problemen bij de selectie van leveranciers en geeft getuigenissen uit de eerste hand van Cambridge Technology over hoe het de geavanceerde optische metrologieoplossingen van Zygo heeft gebruikt om innovatie in productontwerp te bevorderen en ontwikkeling van het productieproces.

Het geavanceerde metrologielandschap beoordelen

Zygo heeft de status van metrologie verheven tot een ontwrichtende, ondersteunende technologie, met zijn contactloze, niet-destructieve 3D optische profilers en laserinterferometers.

Optische metrologie is extreem veelzijdig en speelt een belangrijke rol bij de verificatie van kwaliteit en ontwerpintentie.

Tegenwoordig is het in veel scenario's de voorkeursoplossing geworden, profiterend van het feit dat het contactloos is (wat betekent dat het kan worden gebruikt om delicate vervormbare componenten te meten), niet-destructief, snel, zeer gevoelig en een uitzonderlijke resolutie en nauwkeurigheidskenmerken.

Voor Zygo gaat het gebruik van zijn optische meetinstrumenten echter veel verder dan kwaliteitscontrole, aangezien de voordelen ervan worden benut in geavanceerde R&D, procesontwikkeling, procescontrole en algehele productie-optimalisatie.

Cambridge Technology begrijpt dat interferometrie de logische keuze is voor de geavanceerde karakterisering van de kritieke onderdelen en erkende dat er geen andere innovators van metrologische oplossingen zijn die het niveau van ervaring en begrip van Zygo evenaren.

Cambridge-technologie en Zygo's laserinterferometrie

Cambridge Technology gebruikt laserinterferometrie om de oppervlaktevorm te meten van bijna elke precisie-berylliumspiegel die het produceert, en in verschillende stadia van de productielevenscyclus voor een duidelijk begrip van prestatiekenmerken.

De oorspronkelijke laserinterferometrie-oplossing van het bedrijf werd op twee belangrijke gebieden als gebrekkig beschouwd. Ten eerste was het gevoelig voor omgevingstrillingen en de tweede meetgegevens werden opgeslagen als individuele tekstbestanden (of tekstrapporten), wat betekende dat het buitengewoon moeilijk te analyseren was.

Elke unieke spiegel in het Cambridge Technology-assortiment vereiste een andere toepassing die op zijn beurt een specifieke configuratie van de laserinterferometer vereiste.

Hierdoor was de metrologie-operator intensief en moesten technici handmatig verschillende maskers laden voor elk spiegeltype en voor elke uitgevoerde meting, soms drie keer per spiegel.

Om deze tekortkomingen te verhelpen, had het bedrijf een metrologische oplossing nodig die procesautomatisering zou bevorderen en de handmatige werkdruk zou verlichten, terwijl de gevoeligheid voor omgevingstrillingen, die ertoe hadden geleid dat sommige spiegels opnieuw moesten worden gemeten, zou worden geminimaliseerd.

De gekozen oplossing was om bestaande laserinterferometers te vervangen door instrumenten van de huidige generatie die werken op Zygo's Mx-software, waardoor het bedrijf onmiddellijk verbeteringen in verwerkingstijden en een vermindering van operatorfouten kon realiseren.

Greg Salter, Quality Engineer bij Cambridge Technology vervolgt:"De kortere verwerkingstijden zijn het resultaat van ons vermogen om Mx aan te passen met behulp van scripting.

“De kortere verwerkingstijden voor onderdelen met meerdere maskers (openingen) is een enorme verbetering, samen met het wegnemen van de noodzaak voor operators om elk masker handmatig te laden of verschillende delen van een masker te selecteren om verschillende openingen van een spiegel.”

Met behulp van Zygo's Mx-software en Python-scripts heeft Cambridge Technology nu een database met al zijn onderdelen, met bijbehorende toleranties, instellingen en maskers die gemakkelijk door de operator kan worden geselecteerd.

Toleranties kunnen op afstand worden aangepast in een centraal gelegen database door de productie-engineer zonder de productieworkflow te verstoren.

Salter zegt:"MX laadt automatisch de juiste maskers en toleranties voor elk onderdeel door het onderdeelnummer te selecteren in een vervolgkeuzemenu.

"De Zygo laser-interferometersoftware kan nu automatisch verschillende maskers laden en verwisselen tijdens de meting zonder tussenkomst van de operator, wat betekent dat de meting sneller gaat, de doorvoer van spiegels wordt verhoogd en operatorfouten zijn verminderd.

"De vlakheidsgegevens worden automatisch uitgevoerd naar een database voor eenvoudige analyse en monitoring van elke productiefase (SPC enzovoort).

"Dit heeft ons al in staat gesteld om controlelimieten in verschillende productiefasen te gebruiken om ervoor te zorgen dat de spiegels aan het einde van het productieproces voldoen.

"Omdat we onze fabricagemethoden voortdurend verbeteren, zullen we met de analyse die dit systeem biedt ons in staat stellen om het aantal spiegels dat we per batch spiegels inspecteren geleidelijk te verminderen, terwijl we toch voldoen aan de vlakheid."

Salter vervolgt:“Als een spiegel niet geschikt is voor de toepassing waarvoor hij bedoeld is, kan Mx soortgelijke spiegeltypes controleren en adviseren of we die spiegel voor een alternatieve toepassing kunnen gebruiken, waardoor er minder afval wordt geproduceerd.

"Ons moederbedrijf in Bedford, MA, VS gebruikt onze database ook om hun Zygo-interferometers te controleren, deze wordt onmiddellijk op beide locaties tegelijk bijgewerkt, waardoor de verschillen tussen onze meetmethoden voor eens en voor altijd zijn weggewerkt.

"Ons moederbedrijf slaat ook meetgegevens op, zodat we spiegelprestaties kunnen volgen tijdens de productie.

"Dit alles wordt bereikt door het vermogen van Mx te gebruiken, zodat we kunnen aanpassen hoe het werkt door Python-scripts te gebruiken om ons aan te passen aan onze vereiste methoden."

Het was van vitaal belang dat de softwareoplossing die Cambridge Technology koos, kon worden ingezet over meerdere instrumenten in productiefaciliteiten op meerdere locaties om een ​​24/7 productieoperatie te ondersteunen.

Het minimaliseren van de hoeveelheid uitvaltijd en het niveau van training voor operators waren een must, en dit werd bereikt door een goede samenwerking tussen Zygo en Cambridge Technology.

Salter legt uit. "We vonden MX een eenvoudige, efficiënte en ondersteunende oplossing die de impact op de middelen en capaciteit binnen de productieomgeving minimaliseerde.

Het intuïtieve ontwerp van Mx en de algehele eenvoud waren enorm belangrijk, net als de hulp en assistentie van Lambda Photometrics en Zygo met onze specifieke problemen en vereisten als het ging om problemen waarvan we niet zeker wisten hoe we ze moesten oplossen, vooral met python-scripts.

Lambda en Zygo gaven inzicht in hoe we bepaalde doelen kunnen bereiken met behulp van python (waaronder het sturen van codevoorbeelden), en gaven ons een manier om een ​​catalogus van bestaande Mx-maskers op de nieuwe interferometer te gebruiken.”

Een 'set-and-forget' applicatiesoftware-omgeving creëren

Het gebruik van de scriptfunctie in de Mx-software van Zygo heeft Cambridge Technology in staat gesteld een receptgestuurde "set-and-forget"-toepassing te maken.

Salter zegt:"Dit werd bereikt door gebruik te maken van een database die we hebben ontworpen en gebouwd om binnen Mx te werken, met alle parameters die nodig zijn om de meting van elke spiegel mogelijk te maken. Deze omvatten maskernamen, aantal maskers en vlakheidstoleranties.

“De operator hoeft alleen maar een onderdeelnummer uit een lijst te selecteren (of een streepjescode te scannen op ons productiegegevenspakket) en Mx past de vooraf bepaalde instellingen toe voor dat specifieke spiegelvoorschrift, registreert het serienummer, verwerft en analyseert de gegevens en informeert de operator of het een pass of een fail is in eenvoudige bewoordingen.”

"Met de op Mx gebaseerde meetinstrumenten van Zygo is onze configuratiecontrole veel efficiënter en hebben we nu de mogelijkheid om te beginnen met een statistische procescontrolemethodologie voor het bewaken van onze activiteiten.

"De oplossingen van Zygo hebben ons geholpen onze spiegelopbrengsten tot 99 procent te verhogen met een uitstekende correlatie tussen onze twee locaties."

Knelpunten verwijderen

Met behulp van ZYGO's Mx-meetsoftware heeft Cambridge Technology nu de mogelijkheden van zijn interferometers geüpgraded, waardoor aanzienlijke besparingen zijn gerealiseerd.

Dit heeft ertoe geleid dat het bedrijf kostenbesparingen heeft kunnen realiseren door knelpunten in de productie en kwaliteitscontrole weg te nemen, en heeft op zijn beurt gezorgd voor een betere benutting van de personele middelen en een algehele verbetering van de productie-efficiëntie.