Laserinterferometrie: geautomatiseerde productie versterken met precisie

Door Tyler Steele, productmanager – laserinterferometers, Zygo

In dit artikel legt precisie-berylliumspiegelfabrikant Cambridge Technology uit hoe het gebruik van interferometrie-hardware en -softwareoplossingen de productieprocessen heeft gestroomlijnd en efficiëntie alsook tijd- en kostenbesparingen door het hele bedrijf heeft toegevoegd.

Metrologie van 'noodzakelijk kwaad' naar enabler

Technologische vooruitgang in de laatste jaren heeft metrologie verheven van een "noodzakelijk kwaad" in productiescenario's tot enablende technologieën, die de meting van voorheen onmogelijke deelkenmerken mogelijk maken en daardoor innovatie over talloze industriësctoren drijven.

Het is wel discussieerbaar dat best-in-class metrologieoplossingen de katalysator zijn die de trend naar miniaturisatie, hogere precisie, snellere doorloop, en minder afkeur drijven.

Zoals het oude gezegde gaat: "Als je het niet kunt meten, kun je het niet maken", maar als je kunt meten tot de vereiste nauwkeurigheid herhaalbaar, dan is de hemel de limiet in termen van het produceren van cutting-edge onderdelen en componenten.

Cambridge Technology: ultra-lichte berylliumspiegels

Eén bedrijf dat op de bleeding-edge van precisie opereert, is Cambridge Technology, gevestigd in Taunton in het Verenigd Koninkrijk.

Cambridge Technology beschikt over een meer dan 50-jarig erfgoed in het fabriceren van ultra-lichte gecoate berylliumspiegels voor zijn moederfaciliteit in Bedford, Massachusetts, VS.

Deze spiegels, die geïntegreerd zijn in laserstraal-besturingsassemblages, worden gebruikt in diverse toepassingen van PCB-booren tot laser-oogchirurgie.

Doel: metrologie integreren voor kwaliteitscontrole en opbrengst

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

Partner met innovatieve technologieleveranciers

De exacte aard van de door Cambridge Technology geproduceerde spiegels heeft ervoor gezorgd dat het over de tijd heeft geleerd om te partneren met innovatieve technologieleveranciers om optimale productieprocessen mogelijk te maken.

Het gekozen bedrijf om de metrologiemogelijkheden te verbeteren was Zygo, dat Cambridge Technology voorzag van nieuwe state-of-the-art laserinterferometersystemen die werken op Zygo's Mx-metrologiesoftware.

Rol van laserinterferometrie in geautomatiseerde productie

Dit artikel analyseert de rol van laserinterferometrie als integraal onderdeel van een geoptimaliseerd geautomatiseerd productieproces, met belichting van sleutelvraagstukken in leveranciersselectie en eerstehands getuigenis van Cambridge Technology over hoe het Zygo's geavanceerde optische metrologieoplossingen gebruikte om innovatie in productontwerp en productieprocesontwikkeling te verbeteren.

Geavanceerd metrologielandschap beoordelen

Zygo heeft de status van metrologie verheven tot een disruptieve, enablerende technologie, met zijn contactloze, non-destructieve 3D-optische profilers en laserinterferometers.

Optische metrologie is extreem veelzijdig en heeft een belangrijke rol in de verificatie van kwaliteit en ontwerpintentie.

Vandaag de dag is het in veel scenario's de voorkeuroplossing geworden, wat profiteert van het feit dat het contactloos is (wat betekent dat het gebruikt kan worden om delicate deformeerbare componenten te meten), non-destructief, snel, hooggevoelig, en uitzonderlijke resolutie- en nauwkeurigheidskarakteristieken vertoont.

Voor Zygo gaat het gebruik van zijn optische metrologie-instrumenten ver verder dan kwaliteitscontrole, aangezien de voordelen benut worden in geavanceerde R&D, procesontwikkeling, procescontrole, en algehele productieoptimalisatie.

Cambridge Technology begrijpt dat interferometrie de logische keuze is voor de geavanceerde karakterisering van zijn kritieke onderdelen en erkende dat er geen andere metrologieoplossingsinnovatoren waren die ook maar in de buurt kwamen van het niveau van ervaring en begrip van Zygo.

Cambridge Technology en Zygo's Laserinterferometrie

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

Oorspronkelijke oplossing: trillinggevoelig en handmatige data-analyse

Het bedrijf's oorspronkelijke laserinterferometrie-oplossing werd gezien als tekortschietend in twee sleutelgebieden. Ten eerste was het gevoelig voor omgevingstrillingen, en ten tweede werd meetdata opgeslagen als individuele tekstbestanden (of tekstrapporten) wat betekende dat het extreem moeilijk was om te analyseren.

Elke unieke spiegels in de Cambridge Technology-reeks vereiste een andere applicatie wat op zijn beurt specifieke configuratie van de laserinterferometer vereiste.

Dit maakte de metrologie operator-intensief, en vereiste technici om handmatig verschillende maskers te laden voor elk spiegeltype en voor elke meting die werd uitgevoerd, soms drie keer per spiegels.

Oplossing: Zygo Mx-software met Python-scripting

Om deze tekortkomingen te overwinnen, had het bedrijf een metrologieoplossing nodig die procesautomatisering zou promoten en handmatige werklastdruk zou verlichten terwijl de gevoeligheid voor omgevingstrillingen geminimaliseerd werd, wat had geleid tot sommige spiegels die hermeten vereisten.

De gekozen oplossing was om de bestaande laserinterferometers te vervangen door huidige generatie instrumenten die werken op Zygo's Mx-software, wat het bedrijf direct in staat stelde verbeteringen in verwerkingstijden en een reductie in operatorfouten te realiseren.

Greg Salter, Quality Engineer bij Cambridge Technology

Greg Salter, Quality Engineer bij Cambridge Technology, vervolgt: "De reductie in verwerkingstijden komt als resultaat van onze mogelijkheid om Mx aan te passen met scripting.

De verminderde verwerkingstijden voor onderdelen met meerdere maskers (aperturen) is een massive verbetering, samen met de verwijdering van de noodzaak voor operators om elk masker handmatig te laden, of om verschillende delen van een masker te selecteren om verschillende aperturen van een spiegels opnieuw te analyseren."

Database met delen, toleranties, instellingen en maskers

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

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

Automatisch laden en wisselen van maskers

Salter zegt: "MX laadt de juiste maskers en toleranties voor elk onderdeel automatisch door het onderdeelnummer te selecteren uit een dropdown-menu.

De Zygo laserinterferometer-software kan nu automatisch laden en wisselen van verschillende maskers tijdens meting zonder operator-invoer, wat betekent dat meting sneller is, doorloop van spiegels is toegenomen, en operatorfouten zijn verminderd.

De vlakheidsdata wordt automatisch uitgevoerd naar een database voor gemakkelijke analyse en monitoring van elk stadium van productie (SPC enz.).

Dit heeft ons al in staat gesteld om controllimieten op verschillende productiestadia te gebruiken om ervoor te zorgen dat de spiegels aan het einde van het productieproces compliant zullen zijn.

Naarmate we continu onze productiemethoden verbeteren, zal de analyse die dit systeem biedt ons in staat stellen om geleidelijk te verminderen hoeveel spiegels we per batch inspecteren, terwijl we nog steeds vlakheidscompliance leveren."

Alternatieve toepassing voor afkeurspiegels

Salter vervolgt: "Als een spiegels niet geschikt is voor de toepassing waarvoor het bedoeld was, kan Mx vergelijkbare spiegeltypes controleren en adviseren of we die spiegels voor een alternatieve toepassing kunnen gebruiken, wat afkeur vermindert.

Onze moedermaatschappij in Bedford, MA, VS gebruikt ook onze database om hun Zygo-interferometers te controleren, het wordt direct bijgewerkt op beide sites tegelijkertijd, wat eenmaal en voorgoed discrepanties tussen onze meetmethoden heeft opgelost.

Onze moedermaatschappij bewaart ook meetdata zodat we spiegelsprestaties kunnen monitoren naarmate het door productie vordert.

Al dit wordt bereikt door de mogelijkheid van Mx om ons toe te staan hoe het werkt aan te passen door Python-scripts te gebruiken om aan te passen aan onze vereiste methoden."

Set-and-forget applicatie-softwareomgeving

Het gebruik van de scripting-functie binnen Zygo's Mx-software heeft Cambridge Technology in staat gesteld een recept-gedreven "set-and-forget" applicatie te creëren.

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

De operator hoeft alleen een onderdeelnummer te selecteren uit een lijst (of een barcode op ons productiedatapakket te scannen) en Mx past de vooraf bepaalde instellingen voor die specifieke spiegelsrecept toe, registreert het serienummer, verkrijgt en analyseert de data en informeert de operator of het een pass of fail is in eenvoudige termen."

Statistische procescontrole en 99% opbrengst

"Met Zygo's Mx-gebaseerde metrologie-instrumenten is ons configuratiebeheer veel efficiënter en hebben we nu de mogelijkheid om een statistische procescontrole-methodologie aan te gaan voor het monitoren van onze operaties.

Zygo's oplossingen hebben ons geholpen onze spiegelsopbrengsten op 99 procent te drijven met uitstekende correlatie tussen onze twee sites."

Knelpunten verwijderen

Met behulp van ZYGO's Mx-metrologiesoftware heeft Cambridge Technology nu de mogelijkheden van zijn interferometers geüpgraded, wat significante besparingen realiseert.

Dit heeft geleid tot het bedrijf in staat te zijn kostenbesparingen te realiseren door knelpunten in productie en kwaliteitscontrole te verwijderen, en omgekeerd heeft het een beter benutting van personeelsbronnen en een algehele verbetering in productie-efficiëntie opgeleverd.