Структурные особенности сенсора
Современные сенсоры можно классифицировать по функциональности на 5 основных категорий:
- Зрительные;
- Слуховые;
- Обонятельные;
- Вкусовые;
- Тактильные.
Светочувствительные сенсоры, которые можно отнести к первой категории, обладают невысокой стоимостью и просты в эксплуатации. Они позволяют проводить контроль за различными объектами, выявляя дефекты и другие внешние особенности. Кроме этого, в связи с развитием контрольно-измерительного оборудования и технологий, лежащих в их основе, пользователи предъявляют все больше требований к точности и эффективности подобных систем. К примеру, технология оптических 3D измерений позволяет контролировать качество прототипов и пресс-форм, а также ускоряет процесс запуска новых продуктов. Технологии, использующиеся в динамических сценах, требуют не только сверхвысокой точности, но и должны быстро подстраиваться под условия окружающей среды и исследуемые материалы. В сравнении с традиционными контактными устройствами для проведения измерений конфокальный сенсор обладает более высокой скоростью, точностью и адаптивностью.
Хроматический конфокальный сенсор
С помощью специального конфокального оптического устройства источник света генерирует излучение широкого спектрального диапазона. При этом спектральное рассеивание происходит через линзу, которая формирует единый пучок с разной длиной волны. Фокус каждой длины волны соответствует значению расстояния. Свет, падающий на поверхность объекта, отражается в обратную сторону и лишь одна составляющая света, удовлетворяющая условиям конфокальности, может быть обнаружена спектрометром. Значение расстояния выводится путем расчета длины волны фокуса, определяемого индукцией. Конфокальный метод дает гарантию, что даже при деформации или наклоне объекта точка измерения не изменится.
Интенсивность отраженного света зависит только от коэффициента отражения объекта. Таким образом, отраженный свет не влияет на результаты измерения, что делает работу хроматического конфокального сенсора точной даже в случае сильно поглощающего свет материала, включая черный каучук, а также жидкие и стеклянные объекты.
Среди основных преимуществ конфокального сенсора можно выделить следующие:
1. Высокое разрешение. Возможность разделения длины волны позволяет получить довольно высокое значение разрешения через специальную линзу.
2. Температурная стабильность. Продуманная внутренняя структура линзы не дает ей нагреваться, что позволяет добиться небольшого температурного дрейфа и проводить точные микронные измерения.
3. Автоматическая фокусировка. Высота положения измеряемого объекта изменяется при соответствующей длине волны света в пределах диапазона измерения.
4. Высокое боковое разрешение. Фиксация даже небольших изменений профиля объекта.
5. Модульная миниатюризация. Возможность уменьшения объектива при его соединении с контроллером через оптическое волокно позволяет значительно сократить размеры конечной системы.
6. Защита от помех. Длина волны является сигналом частотной модуляции и не чувствительна к изменениям интенсивности света.
7. Измерение толщины прозрачного материала. Получение точных данных в случае, когда измеряемый объект обладает двумя прозрачными поверхностями.
8. Голография. Так как длина волны любого луча света, возвращающегося в спектроскопический анализатор, несет в себе информацию о расстоянии, то часть света «блокируется» и не подвергается внешнему влиянию.
9. Безопасное использование. Долговечный светодиодный источник и низкая мощность белого света делает его более безопасным для глаз в сравнении с лазером.
10. Система защиты. Использование контролера с высокой степенью защиты и оптическое волокно делает работу сенсора еще более стабильной и надежной.
В большинстве случаев лазерные сенсоры смещения применяются для измерения плоских объектов, в то время как хроматические конфокальные сенсоры Hypersen используют коаксиальную структуру измерения с более широкой угловой характеристикой. Максимальный угол измерения сенсора спектрального конфокального смещения поверхности зеркала может достигать ±62°, а хроматические конфокальные датчики с диффузной поверхностью демонстрируют значения вплоть до ±88°. Кроме этого, сенсор позволяет проводить точные измерения, даже если объект находится под большим углом или размещен на наклонной поверхности.
Лазерные сенсоры смещения обычно используют принцип триангуляции для измерения дальности, в то время как хроматические конфокальные датчики Hypersen полагаются на конфокальный эффект, фокусируя отражение света через специальную линзу. Такой принцип позволяет добиться высокого разрешения и отличной точности 3D-измерений. В отличие от лазерного датчика смещения, который генерирует пучок большого диаметра, разрешение измерений хроматического конфокального сенсора Hypersen способно достигать 2,48 мкм, что делает его эффективным инструментом для решения множества задач, связанных с малой геометрией и объектами, изменяющими свой профиль.
Поскольку совместимость с традиционным лазерным сенсором смещения довольно слабая, то чувствительную головку и режим измерения необходимо постоянно обновлять при изменении материала поверхности. В то же время хроматические конфокальные сенсоры Hypersen совместимы с режимами измерения смещения и толщины, что делает возможным работу с различными поверхностями под разными углами. Кроме этого, сенсоры Hypersen позволяют проводить измерения с комбинацией нескольких материалов без замены чувствительной головки и фиксации положения точки. Подобные сенсоры имеет высокую точность сканирования и подходят для измерения шероховатостей поверхности в таких устройствах, как промышленные камеры, объективы, опорные кольца и др.
Измерения обычными лазерами смещения можно проводить только после их установки в статичное положение, что значительно затрудняет процесс передачи данных и сопровождается плохой синхронизацией и нестабильной работой. В противовес этому конфокальные сенсоры Hypersen могут быть установлены в различных положениях и поддерживают четырехканальное синхронное измерение. Максимальная частота дискретизации контроллера кодирования достигает 72 кГц/с, а минимальная погрешность составляет всего 0,3 мкм. Такие впечатляющие характеристики делают возможным измерения даже в узких стыках и зазорах. Предельная скорость измерения составляет 17000 линий/с, а возможность вывода данных в 2D- и 3D-форматах позволяют использовать сенсоры в промышленных проектах любой сложности.
Традиционные лазерные сканеры могут служить причиной смещения оптической оси из-за своего нагрева, что приводит к ошибкам в результатах измерений. Отсутствие электронных компонентов в конструкции хроматических конфокальных сенсоров Hypersen способствует уменьшению температурного дрейфа, который является ключевым фактором при проведении микронных измерений.
Использование хроматических конфокальных сенсоров в особо точных измерениях
Продукция Hypersen широко используется для анализа поверхности телефонов, проверке логотипов, выявлении дефектов покрытия и т.д.
Датчик HPS-LCF 1000 для анализа поверхности задней панели телефона
Разработка, производство и упаковка полупроводниковых устройств может сопровождаться сбоями, возникающими из-за дефектов поверхности. Такие сбои влекут за собой большие денежные потери – от пары долларов на уровне интегральной схемы до сотен или даже тысяч долларов при определении дефекта у собранной камеры или модуля. Высокое разрешение и минимальная погрешность позволяют сенсорам Hypersen определять малейшие дефекты на поверхности подложек и своевременно удалять с конвейера бракованные изделия.
Конфокальный датчик Hypersen для анализа поверхности подложки
Около 75% промышленных и 50% отделочных деталей изготавливаются с помощью многоразовых пресс-форм. По мере того как усложнялась форма и геометрия разрабатываемых деталей, росли требования к точности используемых пресс-форм. Предварительное сканирование поверхности пресс-форм снижает процент испорченных деталей и увеличивает ее рабочий ресурс.
Конфокальный датчик Hypersen для исследования профиля винта
Спектральные конфокальные сенсоры успешно применяются для измерения поверхностных дефектов и толщины медицинских рентгеновских пленок. Человеческий глаз не всегда может определить малейшие изменения на поверхности пленки, которые могут оказать существенное влияние на ее физические свойства. В отличие от стандартных методов анализа поверхности, обеспечивающих микронную точность, сенсоры Hypersen способны выявлять неоднородность пленки с точностью до 50 нм.
Конфокальный датчик Hypersen для измерения толщины медицинской пленки
Хроматические конфокальные сенсоры Hypersen способны работать с множеством материалов, включая стекло, керамику, полупроводниковые структуры, металлы и т.д. Высокая частота дискретизации, широкий рабочий диапазон и измерения под разными углами делают такие сенсоры универсальными инструментами для 2D- и 3D-измерений контура, выявления шероховатостей поверхности и решения задач автоматического управления.
Для получения дополнительной информации по условиям поставки продукции пишите нам на почту info@npk-photonica.ru или звоните по номеру +7 (812) 209-20-20.
