Laserinterferometrie: Präzision für automatisierte Fertigung

Cambridge Technology nutzt Zygo Interferometrie für Beryllium-Spiegel

Von Tyler Steele, Produktmanager – Laserinterferometer, Zygo

In diesem Artikel erklärt Präzisions-Beryllium-Spiegelhersteller Cambridge Technology, wie der Einsatz von Interferometrie-Hardware und -Software-Lösungen seine Fertigungsprozesse straffte und Effizienzen sowie Zeit- und Kosteneinsparungen im gesamten Unternehmen hinzufügte.

Metrologie: Vom notwendigen Übel zum Innovationstreiber

Technologische Fortschritte der letzten Jahre haben Metrologie vom „notwendigen Übel“ in Fertigungsszenarien zu einer Enabling-Technologie erhoben, die die Messung zuvor unmöglicher Bauteileigenschaften erlaubt und damit Innovation in zahlreichen Industriesektoren vorantreibt.

Man kann argumentieren, dass Best-in-Class-Metrologielösungen der Katalysator sind, der den Trend zu Miniaturisierung, höherer Präzision, höherem Durchsatz und weniger Ausschuss antreibt.

Wie das alte Sprichwort sagt: „Wenn du es nicht messen kannst, kannst du es nicht herstellen“, aber wenn du mit der erforderlichen Genauigkeit wiederholbar messen kannst, ist der Himmel die Grenze in Bezug auf die Produktion modernster Teile und Komponenten.

Cambridge Technology: 50 Jahre Präzisionsspiegel

Ein Unternehmen an der Präzisionsfront ist Cambridge Technology mit Sitz in Taunton, Vereinigtes Königreich.

Cambridge Technology blickt auf eine über 50-jährige Tradition in der Herstellung ultraleichter beschichteter Berylliumspiegel für seine Mutteranlage in Bedford, Massachusetts, USA zurück.

Diese Spiegel, die in Laserstrahl-Ablenkeinheiten integriert sind, finden in verschiedenen Anwendungen Verwendung, von PCB-Bohren bis hin zu Laser-Augenoperationen.

Ziel: Metrologie-Integration für Qualitätsoptimierung

Cambridge Technology hatte das Ziel, seine Design- und Fertigungsfähigkeiten voranzutreiben, mit Fokus auf Integration und Nutzung von Prozessmetrologie zur Optimierung von Qualitätskontrolle und Fertigungsausbeute.

Die exakte Natur der von Cambridge Technology hergestellten Spiegel bedeutete, dass das Unternehmen im Laufe der Zeit gelernt hat, mit innovativen Technologielieferanten zu kooperieren, um optimale Fertigungsprozesse zu ermöglichen.

Das gewählte Unternehmen zur Weiterentwicklung der Metrologiefähigkeiten war Zygo, das Cambridge Technology mit modernen Laserinterferometersystemen ausstattete, die auf Zygos Mx Metrologiesoftware basieren.

Artikelanalyse: Rolle der Laserinterferometrie in automatisierter Fertigung

Dieser Artikel analysiert die Rolle der Laserinterferometrie als integralen Teil eines optimierten automatisierten Fertigungsprozesses, beleuchtet Schlüsselfragen der Lieferantenauswahl und liefert erste Hand Zeugnis von Cambridge Technology, wie es Zygos fortschrittliche optische Metrologielösungen nutzte, um Innovation in Produktdesign und Fertigungsprozessentwicklung voranzutreiben.

Bewertung der fortgeschrittenen Metrologielandschaft

Zygo hat den Status der Metrologie zu einer disruptiven, befähigenden Technologie erhoben, mit seinen berührungslosen, nicht-destruktiven 3D-Optikprofilern und Laserinterferometern.

Optische Metrologie ist extrem vielseitig und spielt eine wichtige Rolle bei der Verifizierung von Qualität und Design-Absicht.

Heute ist sie in vielen Szenarien die bevorzugte Lösung, profitierend davon, dass sie berührungslos (empfindliche verformbare Komponenten messbar), nicht-destruktiv, schnell, hochempfindlich und mit außergewöhnlicher Auflösung und Genauigkeit ist.

Für Zygo geht der Einsatz seiner optischen Metrologieinstrumente jedoch weit über Qualitätskontrolle hinaus, da seine Vorteile in fortgeschrittener F&E, Prozessentwicklung, Prozesskontrolle und gesamter Fertigungsoptimierung genutzt werden.

Cambridge Technology versteht, dass Interferometrie die logische Wahl für die fortgeschrittene Charakterisierung seiner kritischen Teile ist und erkannte, dass es keine anderen Metrologielösungs-Innovatoren gibt, die annähernd das Level an Erfahrung und Verständnis von Zygo erreichen.

Cambridge Technology und Zygos Laserinterferometrie

Cambridge Technology nutzt Laserinterferometrie zur Messung der Oberflächenform fast jedes präzisen Berylliumspiegels, das es herstellt, und in verschiedenen Phasen des Produktionslebenszyklus für ein klares Verständnis der Leistungscharakteristika.

Die ursprüngliche Laserinterferometrielösung des Unternehmens wies in zwei Schlüsselbereichen Mängel auf. Erstens war sie anfällig für Umgebungsvibrationen, und zweitens wurden Messdaten als einzelne Textdateien (oder Textberichte) gespeichert, was die Analyse extrem erschwerte.

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

Das machte die Metrologie bedienerintensiv und erforderte, dass Techniker manuell verschiedene Masken für jeden Spiegeltyp und jede Messung laden, manchmal dreimal pro Spiegel.

Lösung: Zygo Mx Software mit Python-Scripting

Um diese Mängel zu überwinden, benötigte das Unternehmen eine Metrologielösung, die Prozessorautomatisierung fördert und manuellen Arbeitsdruck verringert, während Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsvibrationen minimiert wird, die zu Nachmessungen einiger Spiegel geführt hatten.

Die gewählte Lösung war der Austausch der bestehenden Laserinterferometer gegen Instrumente der aktuellen Generation, die auf Zygos Mx Software basieren, was dem Unternehmen sofort Verbesserungen bei Bearbeitungszeiten und Reduzierung von Bedienerfehlern ermöglichte.

Greg Salter, Quality Engineer bei Cambridge Technology, fährt fort: „Die Reduzierung der Bearbeitungszeiten resultiert aus unserer Fähigkeit, Mx mittels Scripting anzupassen.

Die reduzierten Bearbeitungszeiten für Teile mit mehreren Masken (Aperturen) waren eine massive Verbesserung, zusammen mit der Beseitigung der Notwendigkeit für Bediener, jede Maske manuell zu laden oder verschiedene Teile einer Maske auszuwählen, um verschiedene Aperturen eines Spiegels neu zu analysieren.“

Datenbankgestützte Automatisierung: „Set-and-Forget“

Mit Zygos Mx Software und Python-Skripten hat Cambridge Technology nun eine Datenbank aller Teile mit entsprechenden Toleranzen, Einstellungen und Masken, die vom Bediener leicht per Dropdown-Menü auswählbar ist.

Toleranzen können remote in einer zentral gelegenen Datenbank vom Produktionsingenieur angepasst werden, ohne den Produktionsworkflow zu stören.

Salter sagt: „MX lädt die korrekten Masken und Toleranzen für jedes Teil automatisch durch Auswahl der Teilenummer aus einem Dropdown-Menü.

Die Zygo Laserinterferometer-Software kann jetzt automatisch verschiedene Masken während der Messung laden und wechseln, ohne Bediener-Eingriff, was bedeutet, dass Messung schneller ist, der Spiegel-Durchsatz steigt und Bedienerfehler reduziert wurden.

Die Flachheitsdaten werden automatisch in eine Datenbank ausgegeben für einfache Analyse und Überwachung jeder Fertigungsstufe (SPC usw.).

Dies hat uns bereits ermöglicht, Kontrollgrenzen an verschiedenen Fertigungsstufen zu nutzen, um sicherzustellen, dass die Spiegel am Ende des Fertigungsprozesses konform sind.

Während wir unsere Fertigungsmethoden kontinuierlich verbessern, wird die Analyse, die dieses System liefert, es uns ermöglichen, schrittweise zu reduzieren, wie viele Spiegel wir pro Charge inspizieren, während wir weiterhin Flachheitskonformität gewährleisten.“

Alternative Anwendung statt Ausschuss

Salter fährt fort: „Wenn ein Spiegel nicht für die Anwendung geeignet ist, für die er vorgesehen war, kann Mx ähnliche Spiegeltypen prüfen und beraten, ob wir diesen Spiegel für eine alternative Anwendung nutzen können, was Ausschuss reduziert.

Unsere Muttergesellschaft in Bedford, MA, USA nutzt auch unsere Datenbank zur Steuerung ihrer Zygo Interferometer, sie wird an beiden Standorten simultan sofort aktualisiert, was Diskrepanzen zwischen unseren Messmethoden ein für alle Mal beseitigt hat.

Unsere Muttergesellschaft speichert auch Messdaten, sodass wir Spiegelperformance verfolgen können, während sie durch die Fertigung fortschreitet.

All dies wird durch die Fähigkeit von Mx erreicht, uns zu erlauben, anzupassen, wie es funktioniert, indem wir Python-Skripte nutzen, um uns an unsere erforderlichen Methoden anzupassen.“

Wichtig: Multi-Site-Deployment für 24/7-Betrieb

Es war entscheidend, dass die gewählte Softwarelösung über mehrere Instrumente an Fertigungsstandorten an mehreren Orten für 24/7-Betrieb eingesetzt werden konnte.

Minimierung von Ausfallzeiten und Bediener-Schulungsaufwand war ein Muss, und dies wurde durch eine gute Partnerschaft zwischen Zygo und Cambridge Technology erreicht.

Salter erklärt: „Wir fanden MX als einfache, effiziente und supportbare Lösung, die Auswirkungen auf Ressourcen und Kapazität in der Fertigungsumgebung minimierte.

Das intuitive Design von Mx und seine Gesamteinfachheit waren enorm wichtig, ebenso wie die Hilfe und Unterstützung von Lambda Photometrics und Zygo bei unseren speziellen Problemen und Anforderungen, besonders bei Python-Skripten.

Lambda und Zygo vermittelten ein Verständnis, wie bestimmte Ziele mit Python erreicht werden können (einschließlich Code-Beispielen), und boten einen Weg, einen Katalog bestehender Mx-Masken auf dem neuen Interferometer zu nutzen.“

„Set-and-Forget“ Applikationssoftware-Umgebung

Die Nutzung der Scripting-Funktion innerhalb von Zygos Mx Software hat Cambridge Technology ermöglicht, eine rezeptgesteuerte „Set-and-Forget“-Applikation zu erstellen.

Salter sagt: „Dies wurde erreicht durch Nutzung einer Datenbank, die wir designed und gebaut haben, um innerhalb von Mx zu arbeiten, die alle Parameter enthält, die erforderlich sind, um die Messung jedes Spiegels zu ermöglichen. Dazu gehören Maskennamen, Anzahl Masken und Flachheitstoleranzen.

Der Bediener muss nur eine Teilenummer aus einer Liste auswählen (oder einen Barcode auf unserem Fertigungs-Datapack scannen) und Mx wendet die vorbestimmten Einstellungen für dieses spezifische Spiegelrezept an, registriert seine Seriennummer, erfasst und analysiert die Daten und informiert den Bediener, ob es ein Pass oder Fail ist, in einfachen Begriffen.“

Ergebnis: 99 % Spiegelausbeute, exzellente Korrelation zwischen Standorten

„Mit Zygos Mx-basierten Metrologieinstrumenten ist unsere Konfigurationskontrolle viel effizienter und wir haben nun die Fähigkeit, eine Statistical Process Control Methodik für die Überwachung unserer Operationen einzuschlagen.

Zygos Lösungen haben uns geholfen, unsere Spiegelausbeute auf 99 Prozent zu treiben mit exzellenter Korrelation zwischen unseren beiden Standorten.“

Flaschenhälse beseitigt: Kosteneinsparungen und Effizienzsteigerung

Mit ZYGOs Mx Metrologiesoftware hat Cambridge Technology nun die Fähigkeiten seiner Interferometer aufgerüstet und signifikante Einsparungen realisiert.

Dies führte dazu, dass das Unternehmen Kosteneinsparungen durch Beseitigung von Flaschenhälsen in Produktion und Qualitätskontrolle realisieren konnte, was wiederum zu besserer Nutzung von Personalressourcen und einer generellen Verbesserung der Fertigungseffizienz führte.