Jste zde

Optické interferometrické a konfokální měřící senzory

Antonín Vojáček, 5. Prosinec 2021 - 8:04

Pro přesné měření tloušťky materiálů nebo skenování jejich povrchu pro přesnou kontrolu kvality se v moderní přesné výrobě využívá optické interferometrické a chromatické konfokální technologie. Ty například využívají i měřící a kontrolní senzory Precitec.

Interferometrické senzory

Interferometrie umožňuje realizovat ultra přesné měření tloušťky a vzdálenosti.

Interferometrie využívají efektů, ke kterým dochází, když jsou superponovány dva nebo více paprsků stejného světelného zdroje s mírně odlišnými délkami dráhy. Výsledné spektrum a jeho modulační frekvence obsahují údaje o vzdálenosti nebo tloušťce vrstvy v závislosti na úloze měření, na kterou je systém aplikován. Použitím digitálního výpočtem rychlé Fourierovy transformace spektra je možné určit měření rychlostí až 70 kHz. Interferometrie se ideálně hodí pro velkoplošná měření, protože přesnost měření nezávisí na vzdálenosti od objektu.

Interferometrie využívají superponování dvou nebo více paprsků stejného světelného zdroje s mírně odlišnými délkami dráhy. Výsledné spektrum a jeho modulační frekvence obsahují údaje o vzdálenosti nebo tloušťce vrstvy.

Výhody interferometrických senzorů:

Vysokorychlostní inline inspekce rychlostí až do 70 kHz.
Necitlivé na teplo, vlhkost nebo vibrace, a proto vhodné pro drsná průmyslová prostředí, dokonce i v kapalinách, jako je voda, olej nebo kyseliny.
Vhodné pro kontrolu kvality, měření povrchu a tloušťky.
Schopnost měřit vícevrstvé vrstvené sklo.
Ultra přesné měření tloušťky od 0,6 do 15 000 µm.
Měření tloušťky všech infračerveně transparentních materiálů, např. v procesech kontroly plátků.
Statické nebo i pohyblivé měřicí místo.
Pasivní optické sondy – kompaktní a pasivní, bez opotřebení.

Příkladem použití interferometrických senzorů je přesné měření hloubek / převýšení velmi malých a přesných součástí.

Společnost Precitec v této oblasti měření nabízí 3 řady měřících senzorů / zařízení:

CHRocodile 2 IT - senzory pro vysokorychlostní interferometrické bezkontaktní měření tloušťky všech infračerveně transparentních materiálů. Rozsah měření je od 4 µm až do 12600 µm se přesností 3x10^-6násobek horního měřícího limitu.
CHRocodile 2 K - senzory využívající infračervené světlo pro robustní, jednostranné, bezkontaktní měření tloušťky stěny neprůhledných nebo neprůhledných plastů. Rozsah měření je od 15 µm do 1500 µm se přesností 3x10^-6násobek horního měřícího limitu.
Flying Spot Scanner (FSS) - senzor pro bodové skenování a OCT zobrazování tloušťky, topografie a boční/vertikální zarovnání. Vyznačuje se technologií, která umožňuje vysokorychlostní bezkontaktní kontrolu oblastí ve výrobní lince (inline) i v laboratoři (offline) pro zajištění kvality a 3D měření na široké škále materiálů a povrchů. FSS lze také kombinovat s různými IT senzory CHRocodile 2 pro vytvoření inteligentního kontrolního systému. Skenovací oblast je 40 nebo 80 mm při maximální rychlosti pohybu měřícího bodu 5, resp. 10 m/s.

Chromatické konfokální senzory

Chromatická konfokální technologie umožňuje ultra rychlé měření vzdálenosti téměř všech materiálů.

Polychromatický světelný zdroj v této technologii osvětluje povrch daného předmětu. Toto světlo je zaostřeno na různé vzdálenosti v závislosti na vlnové délce a na měřený povrch je zaostřeno pouze světlo s velmi úzkým rozsahem vlnových délek, přičemž zbývající světlo je soustředně rozloženo kolem tohoto bodu zaostření na větší plochu. Určením vlnové délky zaostřeného světla, které se odráží zpět do optického systému, je možné velmi přesné měření vzdálenosti v nanometrovém rozlišení. Vzdálenost je v měřicím rozsahu chromaticky kódována a optická sonda, která je propojena se snímací jednotkou optickým vláknem, určuje měřicí rozsah nebo ohniskovou hloubku spektra.

Vysoká numerická apertura sond a dynamický rozsah senzoru zajišťují, že lze měřit téměř všechny materiály. Tato technologie měření je mnohem spolehlivější ve všech prostředích než běžné laserové triangulační metody.

U chromatických komfokálních senzorů se využívá zjišťování vlnové délky odraženého světla pro měření výškového profilu kontrolovaného předmětu.

Výhody chromatických konfokálních senzorů:

Vysokorychlostní inline inspekce rychlostí až do 70 kHz.
Pasivní optická sonda – kompaktní a pasivní, bez opotřebení.
Chromatické hloubkové skenování bez pohyblivých částí.
Možnost měření na jakémkoliv materiálu – savý nebo barevný, difuzní nebo reflexní, drsný nebo leštěný.
Zabránění stínovým efektům.
Velmi vysoká akceptace sklonu a vysoká numerická apertura: až 45° na reflexních površích a >80° na difuzních površích.
Extrémně vysoké vertikální rozlišení a přesnost (v ose Z).

Chromatické konfokální senzory / kamery slouží pro kontrolu velmi malých rozměrů a vad a dosahuje lepších výsledků než běžné mikroskopy.

Chromatickou konfokální technologii měření například používají následující senzory Precitec:

CHRocodile 2S | 2SE | 2S HS - senzory pro bezkontaktní kontrolu kvality pomocí senzoru měření vzdálenosti v různých průmyslových aplikacích, jako je měření optické tloušťky a optické vzdálenosti. Senzory obsahují vysoce intenzivní LED diody, citlivé detektory a vysokorychlostní elektroniku v kombinaci s rychlým ethernetovým připojením, čímž umožňují měření rychlostí až 66 kHz. Senzor je určen zejména pro laboratorní měření a kontrolu kvality.
CHRocodile CVC - senzor pro vysokorychlostní bezkontaktní kontrolu kvality díky 2D zobrazování s vysokým rozlišením. Kamera CHRocodile CVC line scan využívá chromatickou optiku pro 2D zobrazování, kde chromatická konfokální technologie umožňuje jak výrazně vyšší hloubku ostrosti než mikroskopické kamery, tak i mimořádně vysoké rozlišení bez nutnosti přeostřování, čímž šetří drahocenný čas. Senzor je možné použít jako pro nasazení ve výrobní lince (inline), tak pro laboratorní měření (offline).
CHRocodile CLS | CLS HS - průmyslové provedení chromatického konfokálního senzoru pro mimořádně přesné inline řízení kvality (tj. pro automatické měření v lince) při vysoké rychlosti díky až čtyřnásobně většího množstvím světla.

Příklady kontroly a měření částí nebo vad mobilního telefonu.

Závěr

Společnost Precitec letos také vystavuje na Mezinárodním strojírenském veletru MSV2021, takže se lze na její výrobky informovat na jejím stánku.

Mezinárodní strojírenský veletrh je nejvýznamnější průmyslový veletrh ve střední Evropě, s každoroční účastí více než 1 600 vystavovatelů a 80 000 návštěvníků. Ze zahraničí přijíždí přes 50% vystavovatelů a 10% návštěvníků. Hlavním tématem MSV je Průmysl 4.0 a digitální továrna, tedy digitalizace výroby a také cirkulární ekonomika. V roce 2021 se MSV zaměří také na investiční příležitosti, tedy Start up projekty, nové nápady, inovaci jako příležitost k investicím. Více na https://www.bvv.cz/msv/.