Interférométrie laser :une technologie habilitante pour une fabrication automatisée optimisée

Par Tyler Steele, chef de produit – interféromètres laser, Zygo

Dans cet article, le fabricant de miroirs de précision en béryllium Cambridge Technology explique comment l'utilisation de solutions matérielles et logicielles d'interférométrie a rationalisé ses processus de fabrication et ajouté des gains d'efficacité ainsi que des économies de temps et d'argent dans l'ensemble de l'entreprise.

Les avancées technologiques de ces dernières années ont fait passer la métrologie du statut de « mal nécessaire » dans les scénarios de fabrication à celui de technologies habilitantes, permettant de mesurer des caractéristiques de pièces auparavant impossibles et, par conséquent, de stimuler l'innovation dans de nombreux secteurs industriels.

On peut soutenir que les meilleures solutions de métrologie de leur catégorie sont le catalyseur de la tendance à la miniaturisation, à une plus grande précision, à un débit plus rapide et à moins de rejets.

Comme le dit le vieil adage, "Si vous ne pouvez pas le mesurer, vous ne pouvez pas le fabriquer", mais si vous pouvez mesurer avec la précision requise de manière répétée, alors le ciel est la limite en termes de production de pièces et de composants de pointe .

Une entreprise opérant à la pointe de la précision est Cambridge Technology, basée à Taunton au Royaume-Uni.

Cambridge Technology bénéficie d'un pedigree de plus de 50 ans dans la fabrication de miroirs en béryllium ultra-légers à revêtement pour son usine mère à Bedford, Massachusetts, États-Unis.

Ces miroirs qui sont intégrés dans les ensembles de direction de faisceau laser sont utilisés dans diverses applications, du perçage de PCB à la chirurgie oculaire au laser.

Cambridge Technology avait pour objectif de faire progresser ses capacités de conception et de fabrication en mettant l'accent sur l'intégration et l'exploitation de la métrologie des processus pour optimiser le contrôle qualité et les rendements de fabrication.

La nature exigeante des miroirs fabriqués par Cambridge Technology signifie qu'au fil du temps, elle a appris à s'associer à des fournisseurs de technologies innovantes pour permettre des processus de fabrication optimaux.

L'entreprise choisie pour faire progresser ses capacités de métrologie a été Zygo, qui a fourni à Cambridge Technology de nouveaux systèmes d'interféromètre laser de pointe fonctionnant sur le logiciel de métrologie Mx de Zygo.

Cet article analyse le rôle de l'interférométrie laser en tant que partie intégrante d'un processus de fabrication automatisé optimisé, mettant en évidence les problèmes clés dans la sélection des fournisseurs et fournissant un témoignage de première main de Cambridge Technology sur la façon dont il a utilisé les solutions avancées de métrologie optique de Zygo pour faire progresser l'innovation dans la conception de produits. et développement de processus de fabrication.

Évaluer le paysage de la métrologie avancée

Zygo a élevé le statut de la métrologie au rang de technologie perturbatrice et habilitante, avec ses profileurs optiques 3D sans contact et non destructifs et ses interféromètres laser.

La métrologie optique est extrêmement polyvalente et joue un rôle important dans la vérification de la qualité et de l'intention de conception.

Aujourd'hui, dans de nombreux scénarios, il est devenu la solution préférée, bénéficiant du fait qu'il est sans contact (ce qui signifie qu'il peut être utilisé pour mesurer des composants déformables délicats), non destructif, rapide, très sensible et présente une résolution et une résolution exceptionnelles. caractéristiques de précision.

Pour Zygo, cependant, l'utilisation de ses instruments de métrologie optique va bien au-delà du contrôle qualité car ses avantages sont utilisés dans la R &D avancée, le développement de processus, le contrôle de processus et l'optimisation globale de la fabrication.

Cambridge Technology comprend que l'interférométrie est le choix logique pour la caractérisation avancée de ses parties critiques et a reconnu qu'il n'y a pas d'autres innovateurs de solutions de métrologie qui se sont approchés du niveau d'expérience et de compréhension de Zygo.

Cambridge Technology et l'interférométrie laser de Zygo

Cambridge Technology utilise l'interférométrie laser pour mesurer la forme de surface de presque tous les miroirs de précision en béryllium qu'elle fabrique, et à différentes étapes du cycle de vie de la production pour une compréhension claire des caractéristiques de performance.

La solution originale d'interférométrie laser de la société était considérée comme déficiente dans deux domaines clés. Premièrement, il était sujet aux vibrations environnementales, et deuxièmement, les données de mesure étaient stockées sous forme de fichiers texte individuels (ou de rapports texte), ce qui signifiait qu'il était extrêmement difficile à analyser.

Chaque miroir unique de la gamme Cambridge Technology nécessitait une application différente qui, à son tour, nécessitait une configuration spécifique de l'interféromètre laser.

Cela rendait l'opérateur de métrologie intensif et obligeait les techniciens à charger manuellement différents masques pour chaque type de miroir et pour chaque mesure effectuée, parfois trois fois par miroir.

Pour surmonter ces lacunes, l'entreprise avait besoin d'une solution de métrologie qui favoriserait l'automatisation des processus et soulagerait la pression de la charge de travail manuelle tout en minimisant la sensibilité aux vibrations environnementales, ce qui avait conduit certains miroirs à remesurer.

La solution choisie a été de remplacer les interféromètres laser existants par des instruments de la génération actuelle fonctionnant sur le logiciel Mx de Zygo, ce qui a immédiatement permis à l'entreprise d'améliorer les temps de traitement et de réduire les erreurs de l'opérateur.

Greg Salter, ingénieur qualité chez Cambridge Technology, poursuit :"La réduction des délais de traitement résulte de notre capacité à personnaliser Mx à l'aide de scripts.

"Les temps de traitement réduits pour les pièces avec plusieurs masques (ouvertures) ont été une amélioration massive, ainsi que la suppression de la nécessité pour les opérateurs d'avoir à charger manuellement chaque masque, ou d'avoir à sélectionner différentes parties d'un masque pour réanalyser différents ouvertures d'un miroir."

Grâce au logiciel Mx de Zygo et aux scripts Python, Cambridge Technology dispose désormais d'une base de données de toutes ses pièces, avec les tolérances, les paramètres et les masques correspondants, facilement sélectionnables par l'opérateur.

Les tolérances peuvent être ajustées à distance dans une base de données centralisée par l'ingénieur de production sans perturber le flux de production.

Salter déclare :"MX charge automatiquement les masques et les tolérances corrects pour chaque pièce en sélectionnant le numéro de pièce dans un menu déroulant.

"Le logiciel d'interféromètre laser Zygo peut désormais charger et échanger automatiquement différents masques pendant la mesure sans intervention de l'opérateur, ce qui signifie que la mesure est plus rapide, que le débit des miroirs est augmenté et que les erreurs de l'opérateur ont été réduites.

"Les données de planéité sont automatiquement transmises à une base de données pour faciliter l'analyse et le suivi de chaque étape de la fabrication (SPC, etc.).

"Cela nous a déjà permis d'utiliser des limites de contrôle à différentes étapes de fabrication pour garantir que les miroirs seront conformes à la fin du processus de fabrication.

"Alors que nous améliorons continuellement nos méthodes de fabrication, l'analyse fournie par ce système nous permettra de réduire progressivement le nombre de miroirs que nous inspectons par lot de miroirs, tout en assurant la conformité de la planéité."

Salter poursuit :"Si un miroir ne convient pas à l'application pour laquelle il était destiné, Mx peut vérifier des types de miroirs similaires et indiquer si nous pouvons utiliser ce miroir pour une autre application, réduisant ainsi les rebuts.

"Notre société mère à Bedford, MA, USA utilise également notre base de données pour contrôler ses interféromètres Zygo, elle est instantanément mise à jour simultanément sur les deux sites, ce qui a une fois pour toutes aplani les écarts entre nos méthodes de mesure.

"Notre société mère stocke également les données de mesure afin que nous puissions surveiller les performances du miroir au fur et à mesure de sa progression dans la fabrication.

"Tout cela est réalisé en utilisant la capacité de Mx à nous permettre de personnaliser son fonctionnement en utilisant des scripts Python pour s'adapter à nos méthodes requises."

Il était essentiel que la solution logicielle choisie par Cambridge Technology puisse être déployée sur plusieurs instruments dans des installations de fabrication situées sur plusieurs sites pour prendre en charge une opération de fabrication 24h/24 et 7j/7.

Minimiser le temps d'arrêt et les niveaux de formation des opérateurs étaient indispensables, et cela a été réalisé grâce à un bon partenariat entre Zygo et Cambridge Technology.

Salter explique. "Nous avons trouvé que MX était une solution simple, efficace et supportable qui minimisait l'impact sur les ressources et la capacité dans l'environnement de fabrication.

La conception intuitive de Mx et sa simplicité globale étaient extrêmement importantes, tout comme l'aide et l'assistance de Lambda Photometrics et Zygo pour nos problèmes et exigences particuliers en ce qui concerne les problèmes que nous ne savions pas comment résoudre, en particulier avec les scripts python.

Lambda et Zygo nous ont expliqué comment atteindre certains objectifs en utilisant Python (y compris en nous envoyant des exemples de code) et nous ont fourni un moyen d'utiliser un catalogue de masques Mx existants sur le nouvel interféromètre. »

Création d'un environnement logiciel d'application "réglé et oublié"

L'utilisation de la fonction de script dans le logiciel Mx de Zygo a permis à Cambridge Technology de créer une application "réglée et oubliée" basée sur des recettes.

Salter déclare :« Ceci a été réalisé en utilisant une base de données que nous avons conçue et construite pour fonctionner dans Mx, contenant tous les paramètres requis pour permettre la mesure de n'importe quel miroir. Ceux-ci incluent les noms de masques, le nombre de masques et les tolérances de planéité.

"Tout ce que l'opérateur a à faire est de sélectionner un numéro de pièce dans une liste (ou de scanner un code-barres sur notre pack de données de fabrication) et Mx applique les paramètres prédéterminés pour cette prescription de miroir particulière, enregistre son numéro de série, acquiert et analyse les données et informe l'opérateur s'il s'agit d'une réussite ou d'un échec en termes simples. »

"Avec les instruments de métrologie basés sur Mx de Zygo, notre contrôle de la configuration est beaucoup plus efficace et nous avons maintenant la possibilité de nous lancer dans une méthodologie de contrôle statistique des processus pour surveiller nos opérations.

"Les solutions de Zygo nous ont aidés à augmenter les rendements de nos miroirs jusqu'à 99 % avec une excellente corrélation entre nos deux sites."

Suppression des goulots d'étranglement

En utilisant le logiciel de métrologie Mx de ZYGO, Cambridge Technology a maintenant amélioré les capacités de ses interféromètres, réalisant ainsi des économies importantes.

Cela a permis à l'entreprise de réaliser des économies en supprimant les goulots d'étranglement dans la production et le contrôle de la qualité, ce qui a permis une meilleure utilisation des ressources humaines et une amélioration globale de l'efficacité de la fabrication.