Interferometría láser:una tecnología habilitadora para la fabricación automatizada optimizada

Por Tyler Steele, gerente de producto:interferómetros láser, Zygo

En este artículo, el fabricante de espejos de berilio de precisión Cambridge Technology explica cómo el uso de soluciones de hardware y software de interferometría ha simplificado sus procesos de fabricación y ha agregado eficiencias, así como ahorros de tiempo y costos en toda la empresa.

Los avances tecnológicos de los últimos años han elevado la metrología de ser un "mal necesario" en los escenarios de fabricación a tecnologías habilitadoras que permiten la medición de características de piezas que antes eran imposibles y, por lo tanto, impulsan la innovación en numerosos sectores industriales.

Es discutible que las mejores soluciones de metrología de su clase sean el catalizador que impulsa la tendencia hacia la miniaturización, una mayor precisión, un rendimiento más rápido y menos rechazos.

Como dice el viejo adagio:"Si no puede medirlo, no puede hacerlo", pero si puede medir con la precisión requerida repetidamente, entonces el cielo es el límite en términos de producción de piezas y componentes de vanguardia. .

Una empresa que opera a la vanguardia de la precisión es Cambridge Technology, con sede en Taunton, Reino Unido.

Cambridge Technology cuenta con un pedigrí de más de 50 años en la fabricación de espejos de berilio revestidos ultraligeros para sus instalaciones matrices en Bedford, Massachusetts, EE. UU.

Estos espejos, que están integrados en los conjuntos de dirección del rayo láser, se utilizan en diversas aplicaciones, desde la perforación de PCB hasta la cirugía ocular con láser.

Cambridge Technology tenía el objetivo de mejorar sus capacidades de diseño y fabricación centrándose en integrar y aprovechar la metrología de procesos para optimizar el control de calidad y los rendimientos de fabricación.

La naturaleza exigente de los espejos fabricados por Cambridge Technology ha significado que, con el tiempo, ha aprendido a asociarse con proveedores de tecnología innovadora para permitir procesos de fabricación óptimos.

La empresa elegida para ayudar a mejorar sus capacidades de metrología fue Zygo, que suministró a Cambridge Technology nuevos sistemas de interferómetro láser de última generación que funcionan con el software de metrología Mx de Zygo.

Este artículo analiza el papel de la interferometría láser como parte integral de un proceso de fabricación automatizado optimizado, destacando los problemas clave en la selección de proveedores y brindando un testimonio de primera mano de Cambridge Technology sobre cómo utilizó las soluciones de metrología óptica avanzada de Zygo para promover la innovación en el diseño de productos. y desarrollo de procesos de fabricación.

Evaluación del panorama de la metrología avanzada

Zygo ha elevado el estatus de la metrología a una tecnología disruptiva y habilitadora, con sus perfiladores ópticos 3D sin contacto y no destructivos e interferómetros láser.

La metrología óptica es extremadamente versátil y tiene un papel importante en la verificación de la calidad y la intención del diseño.

Hoy en día, en muchos escenarios, se ha convertido en la solución preferida, beneficiándose del hecho de que es sin contacto (lo que significa que puede usarse para medir componentes deformables delicados), no destructivo, rápido, altamente sensible y exhibe una resolución y características de precisión.

Para Zygo, sin embargo, el uso de sus instrumentos de metrología óptica va mucho más allá del control de calidad, ya que sus beneficios se utilizan en investigación y desarrollo avanzados, desarrollo de procesos, control de procesos y optimización general de la fabricación.

Cambridge Technology entiende que la interferometría es la opción lógica para la caracterización avanzada de sus partes críticas y reconoce que no hay otros innovadores de soluciones de metrología que se acerquen al nivel de experiencia y comprensión de Zygo.

Tecnología de Cambridge y la interferometría láser de Zygo

Cambridge Technology utiliza interferometría láser para medir la forma de la superficie de casi todos los espejos de berilio de precisión que fabrica, y en varias etapas del ciclo de vida de producción para una comprensión clara de las características de rendimiento.

Se consideró que la solución de interferometría láser original de la empresa presentaba deficiencias en dos áreas clave. En primer lugar, era propenso a las vibraciones ambientales y, en segundo lugar, los datos de medición se almacenaban como archivos de texto individuales (o informes de texto), lo que significaba que era extremadamente difícil de analizar.

Cada espejo exclusivo de la gama Cambridge Technology requería una aplicación diferente que, a su vez, requería una configuración específica del interferómetro láser.

Esto hizo que el operador de metrología fuera intensivo y requiriera que los técnicos cargaran manualmente diferentes máscaras para cada tipo de espejo y para cada medición realizada, a veces tres veces por espejo.

Para superar estas deficiencias, la empresa requería una solución de metrología que promoviera la automatización de procesos y aliviara la presión de la carga de trabajo manual al mismo tiempo que minimizaba la sensibilidad a la vibración ambiental que había llevado a que algunos espejos requirieran una nueva medición.

La solución elegida fue reemplazar los interferómetros láser existentes con instrumentos de la generación actual que funcionan con el software Mx de Zygo, lo que permitió a la empresa mejorar inmediatamente los tiempos de procesamiento y reducir los errores del operador.

Greg Salter, ingeniero de calidad de Cambridge Technology continúa:“La reducción de los tiempos de procesamiento se debe a nuestra capacidad para personalizar Mx mediante secuencias de comandos.

“Los tiempos de procesamiento reducidos para piezas con múltiples máscaras (aperturas) han sido una mejora enorme, junto con la eliminación de la necesidad de que los operadores tengan que cargar manualmente cada máscara, o tener que seleccionar diferentes partes de una máscara para volver a analizar diferentes aberturas de un espejo.”

Utilizando el software Mx de Zygo y los scripts de Python, Cambridge Technology ahora tiene una base de datos de todas sus partes, con las tolerancias, configuraciones y máscaras correspondientes que el operador puede seleccionar fácilmente.

El ingeniero de producción puede ajustar las tolerancias de forma remota en una base de datos centralizada sin interrumpir el flujo de trabajo de producción.

Salter dice:“MX carga las máscaras y tolerancias correctas para cada pieza automáticamente seleccionando el número de pieza en un menú desplegable.

“El software del interferómetro láser Zygo ahora puede cargar e intercambiar automáticamente diferentes máscaras durante la medición sin intervención del operador, lo que significa que la medición es más rápida, aumenta el rendimiento de los espejos y se reducen los errores del operador.

“Los datos de planitud se envían automáticamente a una base de datos para facilitar el análisis y la supervisión de cada etapa de la fabricación (SPC, etc.).

“Esto ya nos ha permitido usar límites de control en varias etapas de fabricación para garantizar que los espejos cumplan con los requisitos al final del proceso de fabricación.

"A medida que mejoramos continuamente nuestros métodos de fabricación, el análisis que proporciona este sistema nos permitirá reducir gradualmente la cantidad de espejos que inspeccionamos por lote de espejos, sin dejar de cumplir con la planitud".

Salter continúa:“Si un espejo no es adecuado para la aplicación para la que fue diseñado, Mx puede verificar tipos de espejos similares y aconsejar si podemos usar ese espejo para una aplicación alternativa, reduciendo así el desperdicio.

“Nuestra empresa matriz en Bedford, MA, EE. UU. también usa nuestra base de datos para controlar sus interferómetros Zygo, se actualiza instantáneamente en ambos sitios simultáneamente, lo que ha solucionado de una vez por todas las discrepancias entre nuestros métodos de medición.

“Nuestra empresa matriz también almacena datos de medición para que podamos controlar el rendimiento del espejo a medida que avanza en la fabricación.

"Todo esto se logra utilizando la capacidad de Mx para permitirnos personalizar su funcionamiento mediante el uso de secuencias de comandos de Python para adaptarnos a nuestros métodos requeridos".

Era vital que cualquier solución de software que Cambridge Technology eligiera pudiera implementarse en múltiples instrumentos en las instalaciones de fabricación en múltiples ubicaciones para respaldar una operación de fabricación las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

Minimizar la cantidad de tiempo de inactividad y los niveles de capacitación del operador eran imprescindibles, y esto se logró a través de una buena asociación entre Zygo y Cambridge Technology.

Salter explica. “Descubrimos que MX es una solución simple, eficiente y compatible que minimiza el impacto en los recursos y la capacidad dentro del entorno de fabricación.

El diseño intuitivo de Mx y su simplicidad general fueron muy importantes, al igual que la ayuda y la asistencia de Lambda Photometrics y Zygo con nuestros problemas y requisitos particulares cuando se trataba de problemas que no sabíamos cómo superar, especialmente con scripts de python.

Lambda y Zygo brindaron una comprensión de cómo lograr ciertos objetivos usando python (incluido el envío de ejemplos de código) y nos brindaron una forma de usar un catálogo de máscaras Mx existentes en el nuevo interferómetro".

Creación de un entorno de software de aplicación de 'establecer y olvidar'

El uso de la función de secuencias de comandos dentro del software Mx de Zygo ha permitido a Cambridge Technology crear una aplicación de "establecer y olvidar" basada en recetas.

Salter dice:“Esto se logró utilizando una base de datos que diseñamos y construimos para trabajar dentro de Mx, que contiene todos los parámetros necesarios para permitir la medición de cualquier espejo. Estos incluyen nombres de máscaras, número de máscaras y tolerancias de planitud.

“Todo lo que el operador tiene que hacer es seleccionar un número de pieza de una lista (o escanear un código de barras en nuestro paquete de datos de fabricación) y Mx aplica la configuración predeterminada para esa receta de espejo en particular, registra su número de serie, adquiere y analiza los datos e informa el operador si es un aprobado o un fracaso en términos simples.”

“Con los instrumentos de metrología basados ​​en Mx de Zygo, nuestro control de configuración es mucho más eficiente y ahora tenemos la capacidad de embarcarnos en una metodología de control de procesos estadísticos para monitorear nuestras operaciones.

"Las soluciones de Zygo nos han ayudado a impulsar nuestros rendimientos espejo hasta en un 99 % con una excelente correlación entre nuestros dos sitios".

Eliminación de cuellos de botella

Usando el software de metrología Mx de ZYGO, Cambridge Technology ahora ha actualizado las capacidades de sus interferómetros, logrando ahorros significativos.

Esto ha llevado a la empresa a lograr ahorros de costos al eliminar los cuellos de botella en la producción y el control de calidad y, a su vez, ha proporcionado una mejor utilización de los recursos del personal y una mejora general en la eficiencia de fabricación.