Interferometria a laser:uma tecnologia capacitadora para fabricação automatizada otimizada

Por Tyler Steele, gerente de produto – interferômetros a laser, Zygo

Neste artigo, o fabricante de espelhos de berílio de precisão Cambridge Technology explica como o uso de soluções de hardware e software de interferometria simplificou seus processos de fabricação e aumentou a eficiência, bem como economia de tempo e custos em toda a empresa.

Os avanços tecnológicos nos últimos anos elevaram a metrologia de um "mal necessário" em cenários de fabricação para tecnologias facilitadoras, permitindo a medição de características de peças anteriormente impossíveis e, portanto, impulsionando a inovação em vários setores da indústria.

É discutível que as melhores soluções de metrologia da categoria são o catalisador que impulsiona a tendência de miniaturização, maior precisão, rendimento mais rápido e menos rejeições.

Como diz o velho ditado, “Se você não pode medir, você não pode fazer”, mas se você pode medir repetidamente com a precisão necessária, então o céu é o limite em termos de produção de peças e componentes de ponta .



Uma empresa que opera na vanguarda da precisão é a Cambridge Technology, com sede em Taunton, no Reino Unido.

A Cambridge Technology possui um pedigree de mais de 50 anos de fabricação de espelhos revestidos de berílio ultraleve para suas instalações-mãe em Bedford, Massachusetts, EUA.

Esses espelhos que são integrados em conjuntos de direção de feixe de laser são usados ​​em várias aplicações, desde perfuração de PCB até cirurgia ocular a laser.

A Cambridge Technology tinha o objetivo de aprimorar seus recursos de design e fabricação com foco na integração e aproveitamento da metrologia de processo para otimizar o controle de qualidade e os rendimentos de fabricação.

A natureza exata dos espelhos fabricados pela Cambridge Technology fez com que, ao longo do tempo, ela aprendesse a fazer parcerias com fornecedores de tecnologia inovadores para permitir processos de fabricação ideais.

A empresa escolhida para ajudar a aprimorar seus recursos de metrologia foi a Zygo, que forneceu à Cambridge Technology novos sistemas de interferômetro a laser de última geração operando no software de metrologia Mx da Zygo.

Este artigo analisa o papel da interferometria a laser como parte integrante de um processo de fabricação automatizado otimizado, destacando os principais problemas na seleção de fornecedores e fornecendo testemunho em primeira mão da Cambridge Technology sobre como ela usou as soluções avançadas de metrologia óptica da Zygo para promover a inovação no design de produtos e desenvolvimento de processos de fabricação.

Avaliando o cenário de metrologia avançada

A Zygo elevou o status da metrologia a uma tecnologia disruptiva e capacitadora, com seus perfis ópticos 3D sem contato e não destrutivos e interferômetros a laser.

A metrologia óptica é extremamente versátil e tem um papel importante na verificação da qualidade e na intenção do projeto.

Hoje, em muitos cenários, tornou-se a solução preferida, beneficiando-se do fato de ser sem contato (ou seja, pode ser usado para medir componentes deformáveis ​​​​delicados), não destrutivo, rápido, altamente sensível e exibe resolução e características de precisão.

Para a Zygo, no entanto, o uso de seus instrumentos de metrologia óptica vai muito além do controle de qualidade, pois seus benefícios estão sendo utilizados em pesquisa e desenvolvimento avançados, desenvolvimento de processos, controle de processos e otimização geral da fabricação.

A Cambridge Technology entende que a interferometria é a escolha lógica para a caracterização avançada de suas partes críticas e reconheceu que não há outras soluções de metrologia inovadoras que chegaram perto de igualar o nível de experiência e compreensão do Zygo.



Tecnologia Cambridge e Interferometria a Laser da Zygo

A Cambridge Technology usa interferometria a laser para medir a forma da superfície de quase todos os espelhos de berílio de precisão de seus fabricantes e em vários estágios do ciclo de vida da produção para uma compreensão clara das características de desempenho.

A solução de interferometria a laser original da empresa foi vista como deficiente em duas áreas principais. Em primeiro lugar, era propenso a vibrações ambientais e os dados de segunda medição eram armazenados como arquivos de texto individuais (ou relatórios de texto), o que significava que era extremamente difícil de analisar.

Cada espelho exclusivo da linha da Cambridge Technology exigia uma aplicação diferente que, por sua vez, exigia uma configuração específica do interferômetro a laser.

Isso tornou o operador de metrologia intensivo e exigiu que os técnicos carregassem manualmente diferentes máscaras para cada tipo de espelho e para cada medição realizada, às vezes três vezes por espelho.

Para superar essas deficiências, a empresa exigia uma solução de metrologia que promovesse a automação do processo e aliviasse a pressão da carga de trabalho manual, ao mesmo tempo em que minimizasse a sensibilidade à vibração ambiental, que levou alguns espelhos a exigirem uma nova medição.

A solução escolhida foi substituir os interferômetros a laser existentes por instrumentos de geração atual operando no software Mx da Zygo, o que permitiu imediatamente à empresa obter melhorias nos tempos de processamento e redução de erros do operador.

Greg Salter, engenheiro de qualidade da Cambridge Technology, continua:“A redução nos tempos de processamento é resultado de nossa capacidade de personalizar o Mx usando scripts.

“Os tempos de processamento reduzidos para peças com várias máscaras (aberturas) foram uma grande melhoria, juntamente com a remoção da necessidade de os operadores terem que carregar manualmente cada máscara ou selecionar diferentes partes de uma máscara para reanalisar diferentes aberturas de um espelho”.

Usando o software Mx da Zygo e scripts Python, a Cambridge Technology agora possui um banco de dados de todas as suas peças, com tolerâncias, configurações e máscaras correspondentes, facilmente selecionáveis ​​pelo operador.

As tolerâncias podem ser ajustadas remotamente em um banco de dados localizado centralmente pelo engenheiro de produção sem interromper o fluxo de trabalho de produção.

Salter diz:“O MX carrega as máscaras e tolerâncias corretas para cada peça automaticamente selecionando o número da peça em um menu suspenso.

“O software de interferômetro a laser Zygo agora pode carregar e trocar automaticamente diferentes máscaras durante a medição sem a entrada do operador, o que significa que a medição é mais rápida, o rendimento dos espelhos é aumentado e os erros do operador foram reduzidos.

“Os dados de planicidade são enviados automaticamente para um banco de dados para facilitar a análise e o monitoramento de cada estágio de fabricação (SPC e assim por diante).

“Isso já nos permitiu usar limites de controle em várias etapas de fabricação para garantir que os espelhos estejam em conformidade ao final do processo de fabricação.

“À medida que melhoramos continuamente nossos métodos de fabricação, a análise que esse sistema fornece nos permitirá reduzir gradualmente quantos espelhos inspecionamos por lote de espelhos, enquanto ainda fornece conformidade com a planicidade.”

Salter continua:“Se um espelho não for adequado para a aplicação a que se destina, a Mx pode verificar tipos de espelho semelhantes e aconselhar se podemos usar esse espelho para uma aplicação alternativa, reduzindo assim o desperdício.

“Nossa matriz em Bedford, MA, EUA também usa nosso banco de dados para controlar seus interferômetros Zygo, ele é atualizado instantaneamente em ambos os locais simultaneamente, o que eliminou de uma vez por todas as discrepâncias entre nossos métodos de medição.

“Nossa matriz também armazena dados de medição para que possamos monitorar o desempenho do espelho à medida que avança na fabricação.

“Tudo isso é conseguido usando a capacidade do Mx para nos permitir personalizar como ele funciona usando scripts Python para se adaptar aos nossos métodos necessários.”

Era vital que qualquer solução de software escolhida pela Cambridge Technology pudesse ser implantada em vários instrumentos em instalações de fabricação em vários locais para dar suporte a uma operação de fabricação 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Minimizar o tempo de inatividade e os níveis de treinamento do operador eram uma obrigação, e isso foi alcançado por meio de uma boa parceria entre a Zygo e a Cambridge Technology.

Explica Salter. “Descobrimos que o MX é uma solução simples, eficiente e suportável que minimiza o impacto nos recursos e na capacidade do ambiente de fabricação.

O design intuitivo do Mx e sua simplicidade geral foram extremamente importantes, assim como a ajuda e assistência da Lambda Photometrics e Zygo com nossos problemas e requisitos específicos quando se tratava de problemas que não tínhamos certeza de como superar, especialmente com scripts python.

Lambda e Zygo forneceram uma compreensão de como atingir certos objetivos usando python (incluindo o envio de exemplos de código) e nos forneceram uma maneira de usar um catálogo de máscaras Mx existentes no novo interferômetro.”

Criação de um ambiente de software de aplicativo "definir e esquecer"

O uso da função de script dentro do software Mx da Zygo permitiu que a Cambridge Technology criasse um aplicativo “set-and-forget” orientado por receita.

Salter diz:“Isso foi alcançado utilizando um banco de dados que projetamos e construímos para funcionar no Mx, contendo todos os parâmetros necessários para permitir a medição de qualquer espelho. Isso inclui nomes de máscaras, número de máscaras e tolerâncias de planicidade.

“Tudo o que o operador precisa fazer é selecionar um número de peça de uma lista (ou digitalizar um código de barras em nosso pacote de dados de fabricação) e o Mx aplica as configurações predeterminadas para essa prescrição de espelho específica, registra seu número de série, adquire e analisa os dados e informa o operador se for uma aprovação ou reprovação em termos simples.”

“Com os instrumentos de metrologia baseados em Mx da Zygo, nosso controle de configuração é muito mais eficiente e agora temos a capacidade de embarcar em uma metodologia de controle de processo estatístico para monitorar nossas operações.

“As soluções da Zygo nos ajudaram a aumentar nossos rendimentos espelhados em até 99% com excelente correlação entre nossos dois sites.”

Remoção de gargalos

Usando o software de metrologia Mx da ZYGO, a Cambridge Technology agora atualizou os recursos de seus interferômetros, obtendo economias significativas.

Isso levou a empresa a obter economias de custo removendo gargalos na produção e no controle de qualidade e, por sua vez, proporcionou uma melhor utilização dos recursos da equipe e uma melhoria geral nas eficiências de fabricação.