Áp dụng rộng rãi hơn các cảm biến quang học để kiểm soát các bề mặt và hình học của bộ phận đã được lên kế hoạch

Địa hình bề mặt ảnh hưởng đáng kể đến chức năng của các thành phần được sản xuất; khoảng 10 % các bộ phận được sản xuất bị hỏng do hiệu ứng bề mặt, trong khi độ nhám bề mặt ảnh hưởng đến hiệu suất đo trong in thạch bản, quy trình sản xuất bồi đắp và mẫu sinh học. Các hệ thống đo lường không tiếp xúc, có độ phân giải cao, chẳng hạn như kính hiển vi quang học và cảm biến khoảng cách quang học, có thể tăng tốc các quy trình kiểm soát chất lượng và hỗ trợ các khái niệm số hóa như công nghiệp 4.0, nhưng ít được sử dụng trong công nghiệp do sự tương tác phức tạp giữa các thiết bị và bề mặt.

Dự  án EURAMET về nghiên cứu phép đo so sánh #1242 về phép đo độ nhám khu vực bằng kính hiển vi quang học  cho thấy phép đo độ nhám phụ thuộc vào các lựa chọn nguyên tắc đo được áp dụng và thông số đo được phụ thuộc vào thiết lập thiết bị. Tuy nhiên, người dùng cuối được cung cấp rất ít hướng dẫn về việc lựa chọn thiết bị, nghĩa là các phép đo xúc giác thường được thực hiện nhiều hơn. Các phương pháp phi quang học này, mặc dù chính xác, nhưng có thể phá hoại, chậm, tốn kém và khó tích hợp vào dây chuyền sản xuất.

Dự án EUROMET sẽ cho phép đo độ nhám và kích thước 3D chính xác bằng cách sử dụng kính hiển vi 3D quang học và cảm biến khoảng cách, đồng thời đưa ra hướng dẫn về lựa chọn thiết bị.

Các phương pháp đánh giá dữ liệu và ước tính độ không đảm bảo sẽ được phát triển và các quy trình được đưa ra để hướng dẫn lựa chọn thiết bị. Việc tiếp thu công nghiệp các công nghệ đã phát triển và tư vấn sẽ được thúc đẩy cho các chuỗi cung ứng đo lường, các tổ chức tiêu chuẩn và người dùng cuối thông qua các hướng dẫn thực hành tốt, các ấn phẩm và các khóa đào tạo.

Hệ thống đo lường được phát triển sẽ khuyến khích áp dụng rộng rãi hơn các cảm biến quang học để kiểm soát không phá hủy các bề mặt và hình học của các bộ phận được sản xuất nhanh hơn, chính xác hơn. Khi đó, lợi thế về chi phí và hiệu quả về thời gian vốn có có thể đẩy nhanh các quy trình sản xuất và phát triển sản phẩm, nhờ đó giúp cải thiện khả năng cạnh tranh công nghiệp của châu Âu.

Mục tiêu tổng quát

Mục tiêu tổng thể của dự án là cho phép đo độ nhám và kích thước khu vực có thể theo dõi bằng cách sử dụng kính hiển vi 3D quang học và cảm biến khoảng cách quang học, đặc biệt chú trọng vào việc đưa ra hướng dẫn lựa chọn thiết bị phù hợp nhất cho một mục đích cụ thể. Các mục tiêu cụ thể là:

Để xác định các thông số nhám bề mặt phù hợp và, trong một số trường hợp, các đặc tính kích thước của các loại mẫu khác nhau: (i) các tiêu chuẩn độ nhám nổi tiếng có sẵn (biên dạng và diện tích, độ nhám thô đến siêu mịn (Sa từ vài µm đến vài nm) (ii ) các bề mặt kỹ thuật điển hình được tạo ra bằng cách tiện, phay, mài, đánh bóng, mài hoặc ăn mòn bằng tia lửa và các mẫu độ nhám được tạo ra bởi các công nghệ sản xuất mới (ví dụ: FIB, in thạch bản và sản xuất phụ gia); (iii) các khối cầu với các đặc điểm bề mặt khác nhau và (iv) mẫu độ nhám rắn từ sinh học và y học.

Để mô tả khả năng đo lường của kính hiển vi quang học 3D, phương pháp đo nano giao thoa kế AMI và cảm biến khoảng cách quang học, bao gồm (i) phân bố độ dốc cục bộ có thể đo được, (ii) băng thông theo mật độ phổ công suất (PSD) (iii) nhiễu đo lường, (iv) ảnh hưởng của chức năng phân phối phản xạ hai chiều (v) độ trung thực của địa hình và độ phân giải cấu trúc và (vi) sai số độ dài đối với các phép đo khoảng cách. Ngoài ra, để nghiên cứu ảnh hưởng của (i) nguyên tắc đo lường, (ii) thiết lập phần cứng, (iii) hình học đặc trưng (ví dụ: biên độ, tần số không gian, phân bố độ dốc, độ cong) và (iv) phần mềm đối với các phép đo kích thước và độ nhám của khu vực.

Để phát triển các mô hình số nhằm dự đoán phản ứng của cảm biến đối với bất kỳ dạng hình học bề mặt phức tạp nào và cho phép sử dụng các mô hình đó để phân tích lỗi hệ thống dựa trên các mô hình phân tích hoặc mô hình tính toán sử dụng các bộ giải 3D Maxwell nghiêm ngặt để giải tương tác vật chất ánh sáng (ví dụ: các phương pháp phương thức Fourier , Phương pháp phân tích sóng ghép đôi nghiêm ngặt (RCWA), phương pháp phần tử hữu hạn (FE) hoặc phần tử biên (BE)). Điều này sẽ bao gồm việc phát triển các phương pháp tiếp cận mối tương quan giữa các tham số độ nhám và kích thước với PSD, độ trung thực của địa hình và phân bố độ dốc. Ngoài ra, để đánh giá hiệu suất của phân tích lỗi hệ thống và sửa lỗi.

Để phát triển và xác nhận các thủ tục để lựa chọn thiết bị phù hợp cho một phép đo nhất định. Độ không đảm bảo của mục tiêu là 5 nm (độ lệch 10 % đối với 50 nm < Sq < 100 nm) đối với phép đo độ nhám quang học và 100 nm đối với phép đo kích thước quang học. Điều này sẽ bao gồm việc phát triển các phương pháp đánh giá dữ liệu và ước lượng độ không đảm bảo đơn giản hóa.

Để tạo điều kiện tiếp thu công nghệ, cơ sở hạ tầng đo lường và hướng dẫn thực hành tốt được chuỗi cung ứng đo lường, các tổ chức phát triển tiêu chuẩn (ví dụ: ISO TC 213 WG10 và WG16) và người dùng cuối (trong lĩnh vực quang học, bán dẫn, ô tô) phát triển trong dự án. và kỹ thuật cơ khí).

Để biết thêm thông tin: www.ptb.de