Máy đo bề mặt quang học 3D Zygo là thiết bị hiện đại có khả năng bảo toàn bề mặt tuyệt đối, kéo dài tuổi thọ mẫu chuẩn, sản phẩm thử nghiệm, giữ đúng hiệu suất theo thời gian dài, tiết kiệm chi phí. Mời bạn đọc tìm hiểu dòng máy này trong bài viết sau của OES.
Cơ chế hoạt động của máy đo bề mặt quang học 3D của Zygo
Dựa trên cơ chế giao thoa ánh sáng trắng, hệ thống sẽ bao gồm 1 nguồn sáng LED phát ra chùm tia mang ánh sáng trắng, đi qua Dichroic mirror để phân tách thành 2 chùm sáng: 1 chùm sẽ đi tới mặt phẳng tham chiếu nằm trên objective, 1 chùm sẽ đi xuống bề mặt mẫu vật. Hai chùm tia này sau khi phản xạ lại sẽ giao thoa lẫn nhau, camera sẽ nhận tín hiệu giao thoa của chúng (tại bề mặt cảm biến) và phân tích các vân sáng tối trên bề mặt để đo lường và mô phỏng ra hình ảnh thực tế của bề mặt mẫu so với bề mặt tham chiếu.
Công nghệ CSI (Coherence Scanning interferometry) là công nghệ phân tích dữ liệu dựa vào tín hiệu của giao thoa ánh sáng nhằm đưa ra đánh giá chính xác về vị trí và độ cao của vùng bề mặt đang được focus, công nghệ này có thể phân biệt được độ sai bề mặt tới cấp nanomet. CSI hoạt động theo cách sử dụng tín hiệu giao thoa ánh sáng khác nhau thu được nhờ vào việc di chuyển độ cao của hệ thống so với bề mặt sản phẩm, theo đó các điểm tập trung trên bề mặt sản phẩm sẽ liên tục được thay đổi tùy thuộc vào chiều cao của từng vùng, điểm trên mặt mẫu vật. Các tín hiệu giao thoa này liên tục được phân tích và hình thành lên mề mặt sau khi quét. Do vậy vị trí nào có vân sáng, tại đó có dữ liệu về bề mặt.
Dựa vào đó, không khó khăn để hệ thống có thể đo được chiều cao bậc, bề mặt dốc và những bề mặt siêu mịn cũng như màng mỏng.
Bước sóng ánh sáng được lấy làm tham chiếu là bước sóng 550nm thuộc vùng ánh sáng xanh, do đo màu sắc mà đèn laser chiếu xuống bề mặt mẫu có ánh sáng xanh lá. Các bộ lọc của hệ thống sẽ lọc ra các tín hiệu focus yếu và chọn tín hiệu focus mạnh nhất trong dải ánh sáng phản xạ về, nhờ đó hệ thống sẽ không bị ảnh hưởng bởi độ nhiễu do các bước sóng khác tác động. Hệ thống có 1 Nguồn dữ liệu rất lớn sử dụng để làm tham chiếu, khi hệ thống tiền hành đo đạc và nhận diện tín hiệu, chúng sẽ được so sánh với các tín hiệu tham chiếu này, nếu độ trùng lặp lớn, hệ thống sẽ tự động nhận diện và lọc các vùng tín hiệu nhiễu. tường tư, với từng độ cao, khoảng cách, sẽ đều có dữ liệu tham chiếu.
Cơ chế nhận diện kết quả và hiểu về tần số không gian trong phép đo bề mặt
Thông thường khi chúng ta lựa chọn một hệ thống phân tích bề mặt như cầu thiết yêu thường là đo độ gồ ghề , lồi lõm hay độ nhẵn của bề mặt nhằm ứng dụng cho các mục đích khác nhau. Tuy nhiên đa số người dùng thường rất dễ nhầm lẫn những kết quả mà một máy đo có thể đưa ra.
Độ phẳng hay hình dạng bề mặt (Form, Flatness) là vùng dễ phân biệt nhất trong một kế quả đo, thông thường chúng ta có thể nhận ra ngay lập tức mẫu vật đang cong hay méo hay phẳng đối với các mẫu lớn, tuy nhiên với các mẫu nhỏ và vùng đo nhỏ, rất khó để nhận diện được form của chúng, tường tự chúng ta có độ gợn (Waviness) của bề mặt được tính là độ nhấp nhô, gồ ghề lớn và cuối cùng mới xuất hiện độ nhám (Roughness) hay được coi là độ nhấp nhô gồ ghề nhỏ.
Một ví dụ đơn giản nhưng thực tế của tần số không gian đo là hình ảnh một quả núi: Khi chúng ta nhìn vào 1 quả núi tương tự như cách hệ thống nhìn vào 1 bề mặt mẫu, Cái chúng ta thấy đầu tiên đó là form của quả núi (vùng màu đỏ) vùng này đã được cây cối che phủ toàn bộ do vậy các tán cây hình thành lên form của núi , trên thực tế quả núi không hề có màu xanh và hình dáng như vậy. Và phần form này tương đương với vùng tần số không gian lowpass.
Nếu ta cắt bỏ toàn bộ cây xanh đi thì thứ chúng ta có là độ mấp mô của núi (Độ gợn sóng – waviness)
Đây chính là hình dạng thật của quả núi khi không có cây xanh che phủ nó hiện lên độ mấp mô và gợn sóng, do đo theo tần số không gian, đây là độ gợn bề mặt (Waviness).
Và cuối cùng là độ nhám (Roughness) tượng trưng cho đất đá, cây cỏ nằm trên từng sườn dốc của núi, chúng chạy dọc theo từng độ gợn sóng của dãy núi và tạo lên sự không bằng phẳng trên vùng gợn đó.
Do vậy để nhận diện được đúng kết quả mà chúng ta cần, thì kết quả đưa ra phải tách biệt 3 hệ số này, Zegage là hệ thống có thể làm được điều đó, bằng cách sử dụng filter, người dùng có thể tách biệt ra vùng mà mình cần lấy kết quả (loại bỏ độ nhám và gợn để lấy form, trải phẳng bề mặt để xuất ra kết quả nhám…) chỉ bằng 1 thao tác rất đơn giản.
Các ứng dụng thực tế của hệ thống 3D optical profiler Zygo
Do là dòng máy đo không tiếp xúc, các hệ thống của Zygo có thể bảo toàn bề mặt của các mẫu vật một cách tuyệt đối, kéo dài tuổi thọ các mẫu chuẩn cũng như sản phẩm thử nghiệm, giữ đúng hiệu suất theo thời gian dài mà không cần mất thêm chi phí thay thế hay bảo dưỡng.
Với dòng thiết bị này, Zygo sở hữu cho mình đa dạng khách hàng thuộc các ngành công nghiệp nặng như automotive, các ngành ứng dụng vũ trụ và không gian, các ngành công nghiệp bán dẫn, sản xuất vi mạch điện tử, công nghiệp sản xuất khuôn mẫu… Đối với các ứng dụng trong ngành quang học, Zygo có các tệp khách hàng lớn như Sumitomo, Luxshare, Sharp, Tosik…
Ngày càng có nhiều phát minh mới của nhân loại hướng đến độ chính xác siêu cao , để đạt được những thành tự mới, Zygo sẵn sàng là người bạn đồng hành cùng khách hàng cùng nghiên cứu, cùng phát triển.
Cơ cấu và quy trình hoạt động của máy đo bề mặt quang học 3D Zygo
Cơ cấu máy 3D Optical Profiler Zygo
- Hệ thống bao gồm 1 máy đo thích hợp sẵn đèn LED, Trục di chuyển X-Y-Z và đầu gắn thấu kính, Có thể coi Zegage như một hệ thống máy ảnh, trong khi cảm biến nằm trong thân máy giữ vai trò đọc tín hiệu thì phần ống kính (Objective ) lại là phần linh hồn của hệ thống, góp phần thu lại những tín hiệu chính xác nhất để phân tích.
- Objective được Zygo cung cấp từ 1-100X với nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau, trong ống kính đã thích hợp sẵn gương tham chiếu và hệ thống tách ánh sáng cũng như thu sáng về cảm biến máy ảnh.
- Các object từ 1-5.5X đa số sử dùng cho các mục đích đo form bề mặt do ở độ mức zoom này, trường nhìn lớn, độ phân giải quang học (Lateral resolution) cao, do đo tín hiệu thu về sẽ là dữ liệu của form , không phù hợp để nhận diện độ nhám cũng như độ gợn sóng bề mặt.
- Các objective từ 10X trở lên đều có khả năng phân tích cả 3 yếu tố Form,Waviness and roughness do ở độ phòng đại này, tường nhìn và độ phân giải của thấu kính được thu nhỏ lại, do đo đảm bảo tính chính xác của 2 thông số Waviness and roughness.
- Máy đi kèm 1 bàn chống rung có khả năng đảm bảo ổn định của toàn hệ thống trong quá trình đo đạc để đưa ra kết quả chính xác nhất ngay cả khi môi trường xung quanh rung động.
- Hệ thống bàn để mẫu có thể đặt được mẫu có trọng lượng đến 10kg phù hợp mọi nhu cầu đo lường.
Quy trình hoạt động máy 3D Optical Profiler Zygo
Phần mềm đi kèm máy là “Mx” một phần mềm đã tích hợp vô số các tính năng phân tích và đọc kết quả cũng như xuất báo cáo. Với “Mx” Chúng ta có thể đo lượng tự động, phân tích kết quả 1 cách khách quan và tạo báo cáo chi tiết.
Để đo mẫu, việc duy nhất cần quan tâm đó là đặt vị trí an toàn thấp nhất cho objective (thông thương cách bề mặt mẫu khoảng 3-5 mm). Do objective là linh hồn của hệ thống, mọi thiệt hại của nó sẽ đều làm cho máy mất độ chính xác và hỏng. Do vậy việc đảm bảo an toán là luôn cần thiết. các bước đo chỉ gồm di chuyển đến vùng cần đo trên mẫu, sét độ cao an toàn của trục Z, và cuối cùng chọn smart setup. Hệ thống sẽ tự động điều chỉnh, tim vận giao thoa và đưa ra kết quả trong vòng dưới 30s.
Sau đó cơ chế “Analysis” sẽ hỗ trợ người dùng đọc kết quả và phân tích chúng theo hướng và ứng dụng phù hợp. (Các bước loại bỏ độ nghiêng mẫu, loại bỏ form, trải phẳng mẫu lấy độ nhám đều thực hiện được tại task này).
Cùng với định hướng chính xác hóa mọi ngành công nghiệp, Zygo cam kết là người bạn đồng hành đáng tin cậy trong lĩnh vực đo lường. Nếu như quý khách quan tâm đến dòng thiết bị này của Zygo, vui lòng liên hệ theo hotline, email bên dưới hoặc truy cập website để xem thêm các giải pháp và thiết bị khác. Chuyên viên của OES sẽ nhanh chóng tư vấn cho quý vị.
Pingback: CSI (Coherence Scanning Interferometry) 3D là công nghệ gì?