I sistemi di ispezione ottica e laser possono risolvere difetti, condizioni dei bordi, caratteristiche della superficie ed errori di posizione che le apparecchiature di produzione convenzionali potrebbero non rilevare. Le loro prestazioni, tuttavia, non sono determinate soltanto da fotocamere, laser, ottiche, codificatori o software. La piattaforma strutturale sotto questi componenti deve preservare l'allineamento mentre il sistema si muove, si riscalda, si raffredda e funziona in un ambiente di produzione reale.
I componenti personalizzati in granito di precisione sono ampiamente utilizzati nell'ispezione ottica automatizzata (AOI), nella metrologia laser, nell'ispezione dei semiconduttori, nell'imaging industriale, nella gestione dei wafer e nei sistemi di movimento ad alta-risoluzione. Un design adeguatobase in granito, ponte, guida o dispositivo forniscono un riferimento geometrico stabile per l'intera catena di misurazione. Il granito è particolarmente utile quando sono necessarie vibrazioni ridotte, risposta termica controllata, geometria a lungo-termine e resistenza alla corrosione. Il granito è comunemente selezionato nell'industria ottica per stabilità dimensionale, smorzamento delle vibrazioni e resistenza termica. reitz-natursteintechnik
La chiave non è semplicemente ordinare un blocco di granito. Il componente deve essere progettato in base al percorso ottico del sistema di ispezione, all'architettura del movimento, ai carichi, al budget di precisione, ai controlli ambientali e alla sequenza di assemblaggio.
Iniziamo con i requisiti di misurazione
La prima domanda di progettazione dovrebbe essere: cosa deve misurare o ispezionare il sistema e quale errore strutturale è accettabile nel punto di misurazione?
In un sistema di spostamento laser, pochi micron di movimento relativo tra sensore, target e asse di movimento possono influenzare i risultati. In una piattaforma AOI di grande-formato, la planarità locale, la rettilineità del binario, l'allineamento della fotocamera-al-palcoscenico e le condizioni del supporto possono tutti influenzare la coerenza dell'immagine. Per la misurazione interferometrica, la stabilità del percorso della trave-può essere più importante della semplice capacità di carico statico.
Gli ingegneri dovrebbero definire il volume di lavoro richiesto, la precisione di posizionamento, la ripetibilità, la deriva ammissibile, il tempo di ciclo, la massa in movimento e l'intervallo di temperatura ambientale. La componente strutturale può quindi essere progettata per supportare tali obiettivi.
Un errore comune è specificare il granito solo in base alle dimensioni complessive e alla planarità. Ciò lascia importanti domande senza risposta: quale superficie è il dato principale? Dove verranno installate le guide e le righe dell'encoder? Quali aree necessitano di precisione lappata? Quali carichi verranno applicati agli inserti? Come verrà supportata, spedita, sollevata e calibrata la base?
Questi dettagli dovrebbero essere stabiliti prima dell'inizio della lavorazione finale. Le modifiche alle posizioni degli inserti filettati o ai riferimenti delle guide dopo la finitura di precisione possono creare costi inutili e rischi di pianificazione.
La stabilità termica è un problema di sistema
I sistemi di ispezione ottica e laser sono sensibili all'espansione differenziale. La preoccupazione non è solo la temperatura media della stanza. Il flusso d'aria irregolare, il calore proveniente dai moduli di illuminazione, dai motori lineari, dall'elettronica e dalle apparecchiature di processo vicine possono creare gradienti locali che piegano o distorcono lentamente una struttura.
Il granito ha un'espansione termica relativamente bassa e una bassa conduttività termica. Ciò significa che tende a rispondere più lentamente ai cambiamenti di temperatura locali rispetto a molte strutture metalliche. Il suo comportamento termico è uno dei motivi per cui il granito di precisione rimane un materiale pratico per apparecchiature metrologiche, piattaforme ottiche e basi di macchine ad alta-precisione. Le linee guida del settore per le strutture di supporto ottico sottolineano inoltre che i cambiamenti di temperatura non-uniformi possono piegare una struttura per lunghi periodi di tempo e consigliano di controllare l'ambiente durante la progettazione della struttura in modo che sia meno sensibile alla temperatura-. Newport
Questo vantaggio non elimina la gestione termica. I componenti di granito di grandi dimensioni possono ancora sviluppare pendenze, in particolare laddove su un lato sono concentrati binari metallici, supporti di motori, binari di cavi o apparecchiature laser ad alta-potenza. Una buona progettazione colloca, ove possibile, le principali fonti di calore lontano dai punti critici, consente un instradamento sensato dei cavi e fa spazio ai sensori di temperatura e alle strategie di compensazione.
Anche l'abbinamento dei materiali è importante. Gli inserti in acciaio inossidabile-, le staffe in alluminio, le guide in acciaio e il granito si espandono in modo diverso. Il design dei loro giunti dovrebbe evitare di forzare stress termico nel granito o di spostare un'interfaccia di precisione quando la temperatura operativa cambia.
Controlla le vibrazioni prima che raggiungano l'ottica
Le ottiche ad alta-risoluzione possono reagire a vibrazioni appena percettibili dagli operatori. Il traffico pedonale, le macchine utensili adiacenti, le pompe, i ventilatori, i sistemi di aria compressa-, i cavi in movimento e la rapida accelerazione delle fasi del sistema possono disturbare l'acquisizione delle immagini o le letture laser.
Il granito di precisione offre massa, rigidità e smorzamento naturale che aiutano a ridurre la trasmissione delle vibrazioni nei componenti sensibili. Viene spesso utilizzato come base stabile per strutture metrologiche perché può essere lavorato fino ad ottenere un'elevata planarità pur rimanendo resistente alla ruggine e agli attacchi chimici.starrett
Tuttavia, il granito non sostituisce un piano di controllo-delle vibrazioni completo. Il telaio di supporto, i punti di livellamento, gli isolatori, le condizioni del pavimento, il baricentro della macchina, la massa in movimento e il profilo del servo contribuiscono tutti al comportamento dinamico finale. Per un sistema di ispezione laser sensibile alle vibrazioni-, è opportuno misurare le vibrazioni del sito e identificare le gamme di frequenza rilevanti prima di selezionare l'isolamento passivo o attivo.
Anche la progettazione integrata può aiutare. Quando le guide di precisione vengono montate direttamente sul granito, il sistema può rimuovere le piastre di base intermedie, abbassare l'altezza di lavoro, migliorare la rigidità strutturale e ridurre alcuni contributi di errore di Abbe-. Questa configurazione viene utilizzata nei sistemi di ispezione multi-di wafer e substrati.pi-usa
Specifica chiaramente riferimenti, inserti e interfacce
Un componente in granito personalizzato diventa prezioso quando fornisce interfacce utilizzabili, non semplicemente una superficie stabile. I requisiti tipici includono:
Piani di montaggio sovrapposti per guide lineari, cuscinetti ad aria, colonne ottiche o telai per telecamere.
Inserti filettati in acciaio inossidabile-per staffe, coperture, catene portacavi e dispositivi.
Fori di precisione, boccole, posizioni di tasselli, fessure o cuscinetti metallici incollati per assemblaggi ripetibili.
Facce di riferimento parallele o perpendicolari per l'allineamento e la calibrazione del sistema.
Vani, passaggi cavi, canali di aspirazione e aree protette per le utenze.
Fori di sollevamento, disposizioni per la movimentazione e punti di supporto definiti per un'installazione sicura.
Il disegno dovrebbe distinguere tra superfici funzionali e aree non-critiche. L'applicazione della tolleranza più stretta a ogni faccia aumenta i costi senza necessariamente migliorare le prestazioni del sistema. Un approccio migliore consiste nell'identificare uno schema di riferimento chiaro e specificare la planarità, la rettilineità, il parallelismo, l'ortogonalità, la precisione della posizione e la finitura superficiale solo dove influenzano il sistema ottico.
Per le piastre di superficie in granito e le relative strutture di precisione, è essenziale anche un supporto adeguato. Le linee guida del settore consigliano comunemente di supportare tali prodotti in posizioni specificate di tre- o quattro-punti per preservarne la geometria calibrata. Le basi in granito di grandi dimensioni potrebbero richiedere un telaio di supporto-e un piano di livellamento personalizzati anziché piedini generici.starrett
Verifica dell'accuratezza e preparazione per le camere bianche
I responsabili della qualità dovrebbero concordare con il fornitore il metodo di ispezione prima dell'acquisto. Per la base di un apparecchio può essere sufficiente un'ispezione di base della planarità. Una piattaforma di ispezione laser può richiedere un report più completo che comprenda la rettilineità della guida, il parallelismo-della guida, le coordinate di inserimento, la perpendicolarità tra le facce e la verifica dell'assemblaggio con l'hardware-fornito dal cliente.
Le apparecchiature di ispezione possono includere livelli elettronici, autocollimatori, interferometri laser, sistemi di misurazione delle coordinate, indicatori a quadrante e artefatti di riferimento calibrati. Il metodo, le condizioni ambientali, i punti di accettazione e il formato di reporting devono essere specificati nell'ordine di acquisto.
L'uso delle camere bianche introduce ulteriori requisiti pratici. Il granito in sé non-arrugginisce e può essere pulito facilmente, ma l'assemblaggio completo richiede attenzione: i materiali dell'inserto, i composti sigillanti, le interfacce incollate, la strategia di lubrificazione, le coperture dei cavi e l'imballaggio devono essere tutti compatibili con il livello di pulizia richiesto dall'installazione.
Presso UNPARALLELED®, i componenti personalizzati in granito di precisione vengono generalmente sviluppati a partire dai disegni del cliente o da una revisione congiunta del layout della macchina. Per i sistemi ottici e laser, la revisione normalmente si concentra sulla struttura di riferimento, sulle interfacce delle guide e degli inserti, sulla movimentazione, sui criteri di ispezione e sull'ambiente di installazione reale. Questo è più utile che trattare il granito come un componente standard.
Una struttura in granito ben-specificata fornisce alle apparecchiature di ispezione ottica e laser una piattaforma stabile da cui operare. Non sostituisce la progettazione ottica, il controllo ambientale o la calibrazione. Rende più facile proteggere tali investimenti durante la vita operativa del sistema.