多波長三角法形貌感測器技術

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多多多多波長三角法形貌感測器技術波長三角法形貌感測器技術波長三角法形貌感測器技術波長三角法形貌感測器技術
量測技術發展中心
報告人 : 戴鴻名
電話 : 03-5732295
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大綱大綱大綱大綱
• 工業檢測的技術選擇工業檢測的技術選擇工業檢測的技術選擇工業檢測的技術選擇
• 目前市面上的尺寸量測探頭目前市面上的尺寸量測探頭目前市面上的尺寸量測探頭目前市面上的尺寸量測探頭
• 三角法的特點和問題三角法的特點和問題三角法的特點和問題三角法的特點和問題
• 技術方案分享技術方案分享技術方案分享技術方案分享
• 測試案例測試案例測試案例測試案例
• 未來展望未來展望未來展望未來展望

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工業檢測的技術選擇
技術類別
Moiré
Interferometry
Spectral
Camera、sensors
Fluorescent
Imaging
Hi-contrast
Imaging
Diffraction
Metrology
Optical-coherent
Microscopy
Optical-profiling
Scatterometry
Thru-focus
Microscopy
White-light
Interferometry
Confocal
尺
寸
顏
色
成
分
X-ray 阻抗
CCD
超音波
Measuring
head
Air gauge
1D
2D
3D
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目前市面上的尺寸量測探頭
Arm-based probe Arm-based laser scanner
Handheld
laser scanner
CMM laser
scanner
Handheld structured
light scanner
Structured light
scanner
Handheld probe

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工具能力(一般情況)
Accuracy Resolution
Structured light 0.004~0.05mm 0.02mm
Laser/White-light 0.06mm 0.07mm
Handheld
structured light
0.1mm 0.5mm
Handheld
laser scanner
CMM laser
scanner
Handheld structured
light scanner
Structured light
scanner
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三角法的特點
(Ref: Debbie Sniderman, 2010)

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問題
• 三角法還有哪些問題呢 ?
• 如何進一步改善白光或雷射掃描器呢 ?
光斑問題 光路設計參數 工件位置偏置修正
與尋標
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技術方案分享
技術特點 :
• 在同一光學架構下，量測 2D 和 3D 不用換探頭
• 對許多工業中的金屬樣本，不會有雷射光斑雜訊的困擾
• 差動法提高解析度，達到 µm 等級
• 與機械手整合相當容易
光分佈差動法
，增高水平方
向解析度技術

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95% 信賴信賴信賴信賴 標準差標準差標準差標準差
1-2 5.30um 2.65 um
2-3 7.46 um 3.73 um
1
2
3
性能實測
• 深寬比 5:1、測深度穩定性 (塊規)
(重複取樣30次)
1 3
2
1mm
5mm
溝底條紋
上表面條紋
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Precision: 重複取樣 35 次
量測穩定度之分析(鏡面樣本)
Unit: pixel 95% 信賴信賴信賴信賴 標準差標準差標準差標準差
解析度量測解析度量測解析度量測解析度量測 4.12um 2.06 um
去離來回量測去離來回量測去離來回量測去離來回量測 6.82um 3.41um
• 解析度穩定性在 9 微米以下 (重複取樣30次)
性能實測

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實施案例
感測器和機器手結合，進行掃描檢測
Robot 夾持面
手臂(主軸)夾持面
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測試案例
投射線條(刀痕也可看見)
1
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45 6
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位置 3D量床 白光三角 MAE (um)
1-2 3.197625 3.19381 3.81
2-3 3.233111 3.23582 2.71
3-4 0.568968 0.56266 6.30
7-8 2.846913 2.83802 8.89
8-9 2.704455 2.70448 0.02
活塞細研磨加工: ~30um
活塞在製品
需求需求需求需求：：：：
• 活塞經過車削製程，深度尺寸的確認
• 以往檢測光斑雜訊的問題、工件治具定位不準 (成本和安裝時間限制)
，設法解決
註 :
1. 三次元量床受刀痕影響，檢測變異 3 sigma : 30um
2. 設計圖面(深度)公差帶為 200 um

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金屬射出工件樣本
樣本A
樣本B
樣本C
測試案例
需求需求需求需求：：：：
• 金屬射出製程，廣泛使用在 3C 接頭、扣件
• 金屬射出零件有 100% 全檢需求，目標包含 2D 和 3D 特徵檢測
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金屬射出工件的外觀尺寸
360 um 600 um
70 um
285 um
525 um
400 um 825 um
435 um

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樣本(編號A)影像線分析
線分析 ~100 um ~570 um
~400 um
1
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3
1
2
3
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1&3
** Pitch_X: 每0.01mm擷取影像
樣本分析案例
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樣本(編號B)影像線分析
1:~400 um
2
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4
1:
1:
5: 2:~800 um
3:
3:~320 um
4:
4:500um

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樣本(編號C)影像線分析
~430 um
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持續研發精進之方向 – 微小化
積體化光學感
測器設計
第二代 第三代

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持續研發精進之方向
通用夾持介面
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未來展望未來展望未來展望未來展望
彈性彈性彈性彈性檢測檢測檢測檢測
• 固定夾治具
• 純 2D 檢測
• 單站單視角檢測
• 大量精簡人力大量精簡人力大量精簡人力大量精簡人力
• “程式化程式化程式化程式化” 夾治具夾治具夾治具夾治具
• 單站多視角檢測單站多視角檢測單站多視角檢測單站多視角檢測
• 單站多感測器檢測單站多感測器檢測單站多感測器檢測單站多感測器檢測
• 檢測資料巨量運算檢測資料巨量運算檢測資料巨量運算檢測資料巨量運算
Conventional inspection
Next generation inspection
• 在夾治具切換、多重感測器、檢測參數或視角上，創造
顯著金錢與時間效益
3D
2D