המונחים: Laser Based Surface Profiling

ציפוי פני השטח מבוסס לייזר הפך אבן הפינה של הנדסה מדויקת, מתן יצרנים וחוקרים עם היכולת למדוד את הטופוגרפיה פני השטח עם דיוק תת-מיקרונית.בניגוד לפרומטרים מגע מסורתיים שגרור סטייללוס על פני פני פני השטח, שיטות לייזר להשתמש קרן אור ממוקדת כדי לאסוף נתונים ללא מגע פיזי.זה לא מגע מבטל את הסיכון של משטחים עדינים, מהירויות מדידה, ומאפשר ניתוח מפורט של חומרים פשוטים ורמת יעילות גבוהה יותר - במקום זה מספק פתרון יעיל.

העיקרון הבסיסי כולל הפניית לייזר על פני השטח של מטרה וגילוי האור המתבטא או מפוזר.הפצה המרחבית, אינטנסיביות, שלב או קיטוב של קרן החזרה מקודמת מידע על גובה פני השטח, גסות, ומיקרו-ההישגים. מהנדסים ו metrologist מעבדים את הנתונים האלה לפרופילי קו 2D או 3D מפות.

כיצד פועל הלייזר Surface Profiling

בליבתו, פרופיל לייזר מבוסס על אחד מכמה עקרונות מדידה אופטיים.טכניקה הספציפית שנבחרה תלויה בטווח המדידה הנדרשת, ברזולוציה, מהירות, ואת רפידות של פני השטח. גישות נפוצות כוללות משולש לייזר, סריקת לייזר מוקד, בין-פרומטריה, והקרנה אור מובנה.כל אחד מציע פערים נפרדים בין שדה הראייה, החלטה אנכית, וודאות.

היתרונות של פרופיל לייזר

מערכת לייזר טיפוסית פרופיל לייזר כוללת מקור לייזר (בדרך כלל לייזר He-Ne או חצי מוליכים לייזר), beam אופטיקה (lens and filters), יחידת זיהוי (CCD או CMOS מצלמה, מערך photodiode, או גלאי נקודה), ומנגנון סריקה מדויק.ה לייזר הוא ממוקד על הדגימה, ואת הגלאים משתקף אור בזווית ידועה או לעומק.

עקרונות

המפתח לסינון מדויק שקרים בהמירת אותות אופטיים לנתונים מרחקיים.במשולש, השינוי המאוחר של הנקודה המחודשת על החיישן תואם לשינויים בגובה פני השטח.ב סריקת מוקד, רק אור מהמטוס המוקד עובר דרך הפרצה, ומאפשר אפליה עומק מדויקת. אינטרפרומטריה מודדת את ההבדל בין אמבט לבין הדבורה, התשואות גבוהות מאוד של פתרון אנכי (ממדורג') על תבנית אור.

שיטות שימוש לייזר נפוצות בטכניקה מפורטת

לייזר טריגוו

טריגוציית לייזר היא אחת השיטות הנפוצות ביותר בבדיקה תעשייתית. a לייזר diode פרויקטים נקודה או קו על פני השטח, חיישן מצלמה הממוקם בזווית קבועה רואה את האור השתקף. כמו גובה פני השטח משתנה, הנקודה או קו נראה נע בשדה הראייה של המצלמה.המערכת מחשב גובה משינוי זה באמצעות משולשת קלה.

(ב) ,0) קבלות: רכישת נתונים מהירים (FLT:1), מרחק עבודה גדול, תצורה אופטית פשוטה.FLT:2Limitations: ⁇ FLT 3: 3, Susceptible to Error on high-specular (דמיון) או מדרונות תלולים; דיוק מופחת כאשר פני השטח חשוך מאוד או שקוף.

מיקרוסקופית לייזר ריכוזית (CLSM)

מיקרוסקופית לייזר ריכוזית מספקת הדמיה 3D גבוהה על ידי דחיית אור מחוץ ל-Foccus. a לייזר ממוקד beam תאורה נקודה על הדגימה, ואת האור המשקף עובר דרך aperture לפני ההגעה לגלאי.רק אור מן ה- רזולוציה המדויק עובר דרך; אור מלמעלה או מתחת למכונה חסום.

(ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]], [ה], [ה], [ה]]]], [ה]], [ה], [ה], [ה]], [ה] ל] ל"ה'[ה'] [ה']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']'[ה'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה']']']']']']'[ה'[ה'[ה']']']']']']'[ה'[ה']']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'['['[ה'

לייזר אינטרפרומטריה

אינטרפרומטריה לייזר משתמשת בטבע הגל של אור כדי למדוד שינויים בגובה פני השטח עם רגישות קיצונית.הדבורה לייזר מחולקת לנתיב ההתייחסות ונתיב מדידה המשקף את פני השטח. כאשר שתי השדות recombine, הם להפריע, לייצר דפוס של רכיבי דיוק כהה ומדוייק של נוגדנים.

(ב) מדרש: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אור סורק

סריקה אור מובנה פרויקטים דפוס ידוע - לעתים קרובות רשת, פסים, או תבנית פסאודו-random dot - על פני השטח באמצעות לייזר או מקרן דיגיטלי. מצלמה מתעדת את התבנית, ואת עיוות של התבנית ביחס ההתייחסות הידועה משמש כדי לדרג את 3D לתאם במהירות (10D) בעוד שיטה זו שכיחה יותר ביישומים מקרו-scale (למשל, הנדסה לאחור של חלקי רכב), מערכות לייזר בנויות גבוהה יותר מ רזולוציה של 3D).

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

יישומים ב Precision Engineering

טכניקות סינון פני לייזר הן הכרחיות על פני תעשיות מרובות שבו סובלנות ממדית הן חזק ומשטח משפיעות ישירות על הביצועים.ממנועי אוויר למיקרו-אלקטרוניקה, היכולת לכמת טופוגרפיה פני השטח מאפשרת למהנדסים לייעל פרמטרים של ייצור, לזהות פגמים מוקדם, ולאמת מוצרים סופיים.

אוויר והגנת

בחלל, רכיבים כגון להבים טורבינות, משטחים, ודלק חייבים לפעול תחת טמפרטורה קיצונית ומתחים.חוספסים על פני השטח ו waviness להשפיע על יעילות אווירודינמיקה, חיי עייפות, ואימות יעילות. לייזר profiling משמש כדי לבדוק עובי, למדוד את הגיאומטריה של חורים קירור, ולוודא את סיום ממשקים קריטיים ללא מגע נמנעים מנזקים לציפוי לייזר רכים ו-micromensics, לדוגמה, כדי למנוע קימפנזיום של מיקרו-מדומים.

ייצור רכב

הנדסה מוקדמת בייצור הרכב דורש עקביות על פני מיליוני חלקים. חיישני לייזר triangulation פרוסים על קווי הרכב לבדיקה בזמן אמת של גלינדר, משטחים פיסטון, רכיבי שידור, ודיסקים בלמים. חיישנים אלה מודדים עגולות, ציליקות, ומשטח לסיים במהירויות מעל 100 חלקים לדקה.

ייצור אלקטרוניקה ו Semiconductor

תעשיית המוליכים למחצה דורשת שליטה בקנה מידה בינוני של פני השטח על צירים, photomasks, ומערכות מיקרו-אלקטרוניקה-electromechanical (MEMS) לייזר אינטרפרומטריה משמשת באופן שגרתי כדי לפקח על שטוחות גלידות גלידות גלידות גלידות במהלך לוטש כימי (CMP). סריקת קוקוס מוחלת למדידת עומק וזווית של microcaps נדחה לסיליקון עבור מעגלים מודפסים, לייזרים, 000 מרכזי של ריכוזים אלה חייב להיות מגובה חיתוך גבוה.

מכשיר רפואי

שתלים רפואיים, מכשירים כירורגיים וציוד אבחון דורשים איכות פני השטח גבוהה מאוד כדי להבטיח ביו-קופטיות ותפקוד תקין. לייזר פרופיל אמצעים גססות על ההחלפה, נטיות כליות, ושתלים שיניים. עבור סטנטים, מיקרוסקופי מיקוד יכולים לאפיין את המרקם לאחר חיתוך לייזר ואלקטרושינג, להבטיח כי לא ניתן לפגוע רקמות.

כלי וסופר עושה

מלדס ומת דורשים גיאומטריה מדויקת ומשטח להשלים כדי לייצר חלקים עקביים. לייזר profiling משמש כדי לבדוק את חללי עובש עבור ללבוש, לאמת את הנכונות של משטחים חינם, ולמידת יעילות של משטח ללוטש. סריקה אור מובנה מספק דיגיטציה מהירה של משטחים עובש גדולים עבור השוואה נגד מודלים של CAD. ... טכניקות אינטרפרומטרי משמשים כדי לכמת את הסיום של תבניות אופטיות המייצרות עדשות אור ו-ערכים מוקדמים למטה.

יתרונות ומגבלות של ייעוץ מבוסס לייזר

יתרונות מפתח

  • (FLT:0) לא-מגע מדידהFLT:1 - מבטלים נזק על פני השטח, אפילו על חומרים רכים או שבריריים כמו פולימרים, סרטים דקים, ומתכות מלוטשות.
  • (FLT:0) מהירות גבוהה מהירות גבוהה של LT:1) - טריגונציה לייזר ומערכות אור בנוי יכול ללכוד אלפי נקודות נתונים לשנייה, המאפשר בדיקה ללא להאטה של ייצור.
  • (FLT:0) רזולוציה מיקרונית של רזולוציה 1 - אינטרפרומטריה וסריקה confocal להשיג החלטות אנכיות למטה לרמת ננומטר, מתאים ליישומים המדויקים התובעניים ביותר.
  • (FLT:0)VersatilityFLT:1 - עובד על מגוון רחב של חומרים כולל מתכות, קרמיקה, זכוכית, פלסטיק, ומורכבים. אופטיקה מתקדמת יכול להתמודד עם שכבות שקופות ותכונות סבוכות גבוהות.
  • (FLT:0) אישור תאימות להתאמה: 1) – משולבים בקלות בתחנות הרובוטיות, CMMs וקווי ייצור עם תוכנה לניתוח נתונים אוטומטיים ודיווח.
  • (FLT:0)3D יכולות veFLT:1 - טכניקות כמו סריקה ממוקדת אור מובנה לייצר טופוגרף מלא 3D, תכונות חושפות כמו בורות, שריטות, ונפיחות שניתן להחמיץ בפרופילים 2D.

הגבלות לשקול

  • (FLT:0) רפלקטיבות רפלקטיבית (FLT:1) - משטחים מבריקים או דמויי מראה יכולים לגרום להשתקפות ספקטרוםית כי ישבת הגלאי או ליצור כתמים רוחיים.
  • (FLT:0)Measurement טווח לעומת רזולוציה מסחר-offigal-1) - טריגווציית לייזר מציעה טווח אנכי גדול, אך נמוך יותר, בעוד אינטרפרומטריה עולה ברזולוציה אבל יש לו טווח מוגבל.
  • (FLT:0) רגישות סביבתית (Environmentalרגישות) 1 (בעיקר עבור אינטרפרומטריה, רטטים, תנודות טמפרטורה, וזרמים אוויריים יכולים להציג רעש.
  • (FLT:0) Cost ומורכבות FLT:1 - מערכות קוקוס גבוה או אינטרפרומטריות יכול להיות יקר משמעותית יותר מאשר מגע profilometers או חיישני triangulation פשוטים.
  • (ב) ⁇ :0 (Opacity) ומורדות תלולים 1 (FLT:1) - Steep Sideקירות על תכונות כמו תעלות עמוקות או תחת חתכים יכולים להטיל צלים או למנוע אור משתקף מלהגיע לגלאי, מה שגורם לירידה בנתונים או שילובים של טכניקות.

שיטות יעילות ביותר ליישום לייזר פרופ'ילינג בסביבת הייצור

כדי למקסם את היתרונות של פני השטח מבוססי לייזר profiling, מהנדסים צריכים לעקוב אחר שיטות הטובות ביותר שנקבעו במהלך ההתקנה, calibration וניתוח נתונים.

מערכת טיהור ומיזוג

קלברציה רגילה באמצעות תקני התייחסות עוקבים (כגון תקני שלב-height או דירות אופטיות) היא חיונית.קליברציה צריכה לכסות הן מאוחר יותר (x-y) ו anxes (z) עבור חיישנים triangulation, בלוק מד calibrated ניתן להשתמש כדי לאמת את קווי ההפניה על פני טווח המדידה.

בחירת הטכניקה הנכונה ליישום

בחירת שיטת סינון לייזר מתאימה תלויה בדרישות המדידה הספציפיות:

  • (ב) בדרגה גבוהה של מאקרו-היפוצים (למשל, נוכחות חלקית, עובי, דף מלחמה): FLT:0Laser triangulationFLT:1 הוא עלות יעילה וחזקה.
  • עבור רזולוציה גבוהה 3D טופוגרפיה של micro-features על מתכות או קרמיקה:0 (Confocal לייזר סריקה סריקהFLT:1) מציע פתרון עומק מעולה ועובד על מדרונות תלולים.
  • ל[[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]
  • לחידושים מהירים, גדולים-המידה של צורות חופשיות עם דיוק מתון:0Structured LightveFLT:1 (laser or white-light) הוא אידיאלי.

כאשר מודדים שכבות שקוף או סמי- ⁇ , מיקרוסקופיות confocal לעתים קרובות החוצהפורפורציות טריאנגול כי זה יכול לבודד השתקפות ממעמקים שונים. עבור משטחים כהים מאוד, באמצעות לייזר בעוצמה גבוהה יותר או יישום ציפוי רפלקטיבי עשוי לשפר את יחס אותות-ל-אין.

עיבוד נתונים וניתוח

(הופנה מהדף "הקודים" (ב) הם לעתים קרובות מכילים רעש, חריגים, וטעימים נטייה סטנדרטיים כוללים סינון (למשל, מסנן גאוסיאני להפרדה גסה), הסרת מופרזת וצורה (באמצעות הספקים של פייתון צורה נומינאלית כדי לחשוף את תכונותיו של Saviness ו-Spsk) כלי תוכנה כגון FLT:0ainsMapFLT1, F2:2:2i)

מגמות עתידיות ב-Pal לייזר Surface Profiling

התחום ממשיך להתפתח עם התקדמות מקורות לייזר, טכנולוגיית הגלאי ואלגוריתמים חישוביים.Swipt-source ו-תדירות-domain interferometry מאפשרים מדידה מהירה יותר, חזקה יותר על חלקים נעים. Machine Learning מוחלת באופן אוטומטי לזהות ולסווג פגמים משטח בנתונים פרופטומטריה.שילוב של עקרונות מדידה מרובים - כגון שילוב של ערוצי מיקוד והפרעה בראש יחיד - פרופורמציה למגוון רחב של כלי לייזר קומפקטיים ופתרון ישיר של כלי קומפקטי של טיפול תרופתי.

כמו ייצור תוספים (3D הדפסה) בוגרים, לייזר פרופיל יהיה לשחק תפקיד קריטי בהתעדת קצה פני השטח של חלקים מודפסים - במיוחד עבור ערוצים פנימיים ומבנים ליטיצ'ים שאינם נגישים לשיטות מגע.המגמה לכיוון תעשייה 4.0 ותאומים דיגיטליים עוד יותר מאשרת את הצורך בנתונים מהירים ואמינים שניתן להאכיל אותם לתוך מודלים סימולציה.

מסקנה

טכניקות סינון פני השטח מבוססות לייזר הפכו את ההנדסה הדיוק על ידי מתן מהיר, לא מגע, ומדידות מדויקות מאוד של טופוגרפיה פני השטח.מחדש לייזר מאומץ נרחב לרזולוציה של nanometer של אינטרפרומטריה, כל שיטה מציעה נקודות חוזק ייחודיות שמתאימות יישומים שונים על פני שטח, כלי רכב, אלקטרוניקה, מכשירים רפואיים, והבנה של העקרונות, היתרונות, ומגבלות של כל טכניקה חיונית עבור מהנדסים המתאימים ביותר עבור פתרונות לייזרים אופטיקה אישית, כמו גם על ידי טיפול יעיל יותר, כמו גם על ידי טיפול יעיל יותר של מערכת לייזר, כמו גם על ידי טיפול יעיל יותר, כמו גם טיפול, טיפול יעיל של מערכת לייזר, טיפול, כמו גם טיפולית אבטחה, כמו גם טיפול יעיל יותר, טיפול, טיפולית טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפולית אבטחה, טיפולית אבטחה, טיפולית טיפול יעיל יותר, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, טיפול, טיפולית טיפול, טיפול יעיל יותר, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול יעיל יותר, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול יעיל יותר, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול יעיל יותר, טיפול, טיפול