Laserinterferometrie:Eine Schlüsseltechnologie für eine optimierte automatisierte Fertigung

Von Tyler Steele, Produktmanager – Laserinterferometer, Zygo

In diesem Artikel erklärt der Hersteller von Präzisions-Berylliumspiegeln, Cambridge Technology, wie der Einsatz von Interferometrie-Hardware- und -Softwarelösungen seine Herstellungsprozesse rationalisiert und die Effizienz sowie Zeit- und Kosteneinsparungen im gesamten Unternehmen erhöht hat.

Technologische Fortschritte in den letzten Jahren haben die Messtechnik von einem „notwendigen Übel“ in Fertigungsszenarien zu grundlegenden Technologien gemacht, die die Messung von zuvor unmöglichen Teileeigenschaften ermöglichen und somit Innovationen in zahlreichen Industriezweigen vorantreiben.

Es lässt sich argumentieren, dass erstklassige Messtechniklösungen der Katalysator sind, der den Trend zu Miniaturisierung, höherer Präzision, schnellerem Durchsatz und weniger Ausschuss vorantreibt.

Wie das alte Sprichwort sagt:„Was Sie nicht messen können, können Sie auch nicht herstellen“, aber wenn Sie wiederholbar mit der erforderlichen Genauigkeit messen können, dann sind der Herstellung von Teilen und Komponenten der Spitzenklasse keine Grenzen gesetzt .

Ein Unternehmen, das auf dem neuesten Stand der Präzision arbeitet, ist Cambridge Technology mit Sitz in Taunton im Vereinigten Königreich.

Cambridge Technology kann auf eine über 50-jährige Erfahrung in der Herstellung von ultraleichten beschichteten Berylliumspiegeln für sein Stammwerk in Bedford, Massachusetts, USA, zurückblicken.

Diese Spiegel, die in Laserstrahllenkbaugruppen integriert sind, werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, vom PCB-Bohren bis zur Laser-Augenchirurgie.

Cambridge Technology hatte sich zum Ziel gesetzt, seine Konstruktions- und Fertigungskapazitäten zu verbessern, wobei der Schwerpunkt auf der Integration und Nutzung von Prozessmesstechnik lag, um die Qualitätskontrolle und die Fertigungsausbeute zu optimieren.

Die anspruchsvolle Art der von Cambridge Technology hergestellten Spiegel hat dazu geführt, dass das Unternehmen im Laufe der Zeit gelernt hat, mit innovativen Technologielieferanten zusammenzuarbeiten, um optimale Herstellungsprozesse zu ermöglichen.

Das Unternehmen, das ausgewählt wurde, um seine messtechnischen Fähigkeiten auszubauen, war Zygo, das Cambridge Technology mit neuen, hochmodernen Laserinterferometersystemen belieferte, die auf Zygos Mx-Metrologiesoftware laufen.

Dieser Artikel analysiert die Rolle der Laserinterferometrie als integralen Bestandteil eines optimierten automatisierten Fertigungsprozesses, hebt Schlüsselprobleme bei der Lieferantenauswahl hervor und liefert Zeugnisse aus erster Hand von Cambridge Technology darüber, wie es die fortschrittlichen optischen Messlösungen von Zygo nutzte, um Innovationen im Produktdesign voranzutreiben und Herstellungsprozessentwicklung.

Bewertung der fortschrittlichen Metrologielandschaft

Zygo hat mit seinen berührungslosen, zerstörungsfreien optischen 3D-Profilern und Laserinterferometern den Status der Messtechnik zu einer bahnbrechenden, unterstützenden Technologie erhoben.

Optische Messtechnik ist äußerst vielseitig und spielt eine wichtige Rolle bei der Überprüfung von Qualität und Designabsicht.

Heute ist es in vielen Szenarien die bevorzugte Lösung, da es berührungslos (d. h. es kann zur Messung empfindlicher verformbarer Komponenten verwendet werden), zerstörungsfrei, schnell und hochempfindlich ist und eine außergewöhnliche Auflösung und Auflösung aufweist Genauigkeitseigenschaften.

Für Zygo geht der Einsatz seiner optischen Messinstrumente jedoch weit über die Qualitätskontrolle hinaus, da ihre Vorteile in fortschrittlicher Forschung und Entwicklung, Prozessentwicklung, Prozesskontrolle und allgemeiner Fertigungsoptimierung genutzt werden.

Cambridge Technology ist sich bewusst, dass die Interferometrie die logische Wahl für die fortgeschrittene Charakterisierung ihrer kritischen Teile ist, und hat erkannt, dass es keine anderen Innovatoren von Messlösungen gibt, die auch nur annähernd an das Erfahrungs- und Verständnisniveau von Zygo heranreichen.

Cambridge Technology und Zygos Laserinterferometrie

Cambridge Technology verwendet Laserinterferometrie, um die Oberflächenform fast aller Präzisions-Berylliumspiegel zu messen, die es herstellt, und in verschiedenen Phasen des Produktionslebenszyklus, um ein klares Verständnis der Leistungsmerkmale zu erhalten.

Die ursprüngliche Laser-Interferometrie-Lösung des Unternehmens wurde in zwei Schlüsselbereichen als mangelhaft angesehen. Erstens war es anfällig für Umgebungsvibrationen, und zweitens wurden Messdaten als einzelne Textdateien (oder Textberichte) gespeichert, was bedeutete, dass es äußerst schwierig war, sie zu analysieren.

Jeder einzigartige Spiegel im Sortiment von Cambridge Technology erforderte eine andere Anwendung, die wiederum eine spezifische Konfiguration des Laserinterferometers erforderte.

Dies machte die Messtechnik bedienerintensiv und erforderte, dass Techniker verschiedene Masken für jeden Spiegeltyp und für jede durchgeführte Messung manuell laden mussten, manchmal dreimal pro Spiegel.

Um diese Mängel zu überwinden, benötigte das Unternehmen eine Messtechniklösung, die die Prozessautomatisierung fördert und den manuellen Arbeitsdruck verringert, während die Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsvibrationen minimiert wird, was dazu geführt hatte, dass einige Spiegel neu vermessen werden mussten.

Die gewählte Lösung bestand darin, vorhandene Laserinterferometer durch Instrumente der aktuellen Generation zu ersetzen, die mit der Mx-Software von Zygo betrieben werden, wodurch das Unternehmen sofort Verbesserungen der Verarbeitungszeiten und eine Verringerung der Bedienerfehler realisieren konnte.

Greg Salter, Quality Engineer bei Cambridge Technology, fährt fort:„Die Reduzierung der Verarbeitungszeiten resultiert aus unserer Fähigkeit, Mx mithilfe von Skripten anzupassen.

„Die reduzierten Verarbeitungszeiten für Teile mit mehreren Masken (Öffnungen) waren eine massive Verbesserung, zusammen mit der Beseitigung der Notwendigkeit, dass Bediener jede Maske manuell laden oder verschiedene Teile einer Maske auswählen müssen, um sie erneut zu analysieren Öffnungen eines Spiegels.“

Unter Verwendung der Mx-Software von Zygo und Python-Skripten verfügt Cambridge Technology jetzt über eine Datenbank aller seiner Teile mit entsprechenden Toleranzen, Einstellungen und Masken, die vom Bediener leicht ausgewählt werden können.

Toleranzen können vom Produktionsingenieur aus der Ferne in einer zentral gelegenen Datenbank angepasst werden, ohne den Produktionsablauf zu stören.

Salter sagt:„MX lädt automatisch die richtigen Masken und Toleranzen für jedes Teil, indem die Teilenummer aus einem Dropdown-Menü ausgewählt wird.

„Die Laserinterferometer-Software von Zygo kann jetzt während der Messung ohne Bedienereingabe automatisch verschiedene Masken laden und austauschen, was bedeutet, dass die Messung schneller ist, der Spiegeldurchsatz erhöht und Bedienerfehler reduziert wurden.

„Die Ebenheitsdaten werden automatisch an eine Datenbank ausgegeben, um eine einfache Analyse und Überwachung jeder Fertigungsphase (SPC usw.) zu ermöglichen.

„Dies hat uns bereits ermöglicht, Kontrollgrenzen in verschiedenen Herstellungsphasen zu verwenden, um sicherzustellen, dass die Spiegel am Ende des Herstellungsprozesses konform sind.

„Während wir unsere Herstellungsmethoden kontinuierlich verbessern, wird uns die Analyse, die dieses System bietet, ermöglichen, die Anzahl der Spiegel, die wir pro Spiegelcharge prüfen, schrittweise zu reduzieren und gleichzeitig die Ebenheitskonformität zu gewährleisten.“

Salter fährt fort:„Wenn ein Spiegel für die beabsichtigte Anwendung nicht geeignet ist, kann Mx ähnliche Spiegeltypen prüfen und beraten, ob wir diesen Spiegel für eine alternative Anwendung verwenden können, wodurch Ausschuss reduziert wird.

„Unsere Muttergesellschaft in Bedford, MA, USA verwendet unsere Datenbank auch zur Steuerung ihrer Zygo-Interferometer, sie wird sofort an beiden Standorten gleichzeitig aktualisiert, wodurch Diskrepanzen zwischen unseren Messmethoden ein für alle Mal ausgebügelt wurden.

„Unsere Muttergesellschaft speichert auch Messdaten, damit wir die Spiegelleistung während der Fertigung überwachen können.

„All dies wird durch die Fähigkeit von Mx erreicht, mit der wir die Funktionsweise anpassen können, indem wir Python-Skripte verwenden, um sie an unsere erforderlichen Methoden anzupassen.“

Es war von entscheidender Bedeutung, dass die von Cambridge Technology gewählte Softwarelösung auf mehreren Instrumenten in Fertigungsstätten an mehreren Standorten eingesetzt werden konnte, um einen 24/7-Fertigungsbetrieb zu unterstützen.

Die Minimierung der Ausfallzeiten und das Niveau der Bedienerschulung waren ein Muss, und dies wurde durch eine gute Partnerschaft zwischen Zygo und Cambridge Technology erreicht.

erklärt Salzer. „Wir haben festgestellt, dass MX eine einfache, effiziente und unterstützbare Lösung ist, die die Auswirkungen auf Ressourcen und Kapazitäten in der Fertigungsumgebung minimiert.

Das intuitive Design von Mx und seine allgemeine Einfachheit waren enorm wichtig, ebenso wie die Hilfe und Unterstützung von Lambda Photometrics und Zygo bei unseren speziellen Problemen und Anforderungen, wenn es um Probleme ging, bei denen wir uns nicht sicher waren, wie wir sie lösen sollten, insbesondere mit Python-Skripten.

Lambda und Zygo vermittelten ein Verständnis dafür, wie bestimmte Ziele mit Python erreicht werden können (einschließlich des Sendens von Codebeispielen), und gaben uns eine Möglichkeit, einen Katalog bestehender Mx-Masken auf dem neuen Interferometer zu verwenden.“

Erstellen einer „Set-and-Forget“-Anwendungssoftwareumgebung

Die Verwendung der Skriptfunktion innerhalb der Mx-Software von Zygo hat es Cambridge Technology ermöglicht, eine rezeptgesteuerte „Set-and-Forget“-Anwendung zu erstellen.

Salter sagt:„Dies wurde durch die Verwendung einer Datenbank erreicht, die wir für die Arbeit mit Mx entworfen und aufgebaut haben und die alle Parameter enthält, die erforderlich sind, um die Messung eines beliebigen Spiegels zu ermöglichen. Dazu gehören Maskennamen, Maskenanzahl und Ebenheitstoleranzen.

„Alles, was der Bediener tun muss, ist, eine Teilenummer aus einer Liste auszuwählen (oder einen Barcode auf unserem Fertigungsdatenpaket zu scannen), und Mx wendet die vordefinierten Einstellungen für diese bestimmte Spiegelverordnung an, zeichnet eine Seriennummer auf, erfasst und analysiert die Daten und informiert der Operator, ob es in einfachen Worten bestanden oder nicht bestanden wurde.“

„Mit den Mx-basierten Messinstrumenten von Zygo ist unsere Konfigurationskontrolle viel effizienter und wir haben jetzt die Möglichkeit, eine statistische Prozesskontrollmethodik zur Überwachung unserer Betriebsabläufe einzusetzen.

„Die Lösungen von Zygo haben uns geholfen, unsere Mirror-Erträge auf bis zu 99 % zu steigern, mit einer hervorragenden Korrelation zwischen unseren beiden Standorten.“

Beseitigung von Engpässen

Mithilfe der Messsoftware Mx von ZYGO hat Cambridge Technology nun die Fähigkeiten seiner Interferometer verbessert und erhebliche Einsparungen erzielt.

Dies hat dazu geführt, dass das Unternehmen Kosteneinsparungen erzielen konnte, indem es Engpässe in der Produktion und Qualitätskontrolle beseitigte, was wiederum zu einer besseren Auslastung der Personalressourcen und einer allgemeinen Verbesserung der Produktionseffizienz führte.