激光干涉测量：以精度赋能自动化制造新高度

作者：Tyler Steele，Zygo激光干涉仪产品经理

本文中，精密铍镜制造商Cambridge Technology阐述干涉测量硬软件解决方案如何精简制造流程、增效并节约时间成本。

近年技术进步将计量从制造场景中的“必要之恶”提升为赋能技术，使先前不可能的零件特性测量成为可能，从而推动众多行业创新。

可论证，最佳计量解决方案是推动小型化、高精度、高吞吐、低废品率趋势的催化剂。俗话说“测不准就造不好”，但若能可重复地达到要求精度测量，则在生产尖端零部件上天空才是极限。

在精密前沿运营的企业之一是位于英国陶顿的Cambridge Technology。公司拥有50余年历史，为美国马萨诸塞州贝德福德母厂制造超轻涂层铍镜。这些镜片集成于激光束转向组件，应用于PCB钻孔至激光眼科手术等多领域。Cambridge Technology目标是聚焦集成利用过程计量推进设计制造能力、优化质控与制造良率。镜片制造的严苛性使其随时间学会与创新技术供应商合作以实现最优制造流程。助力其计量能力跃升的公司是Zygo，为其提供运行Zygo Mx计量软件的新一代激光干涉仪系统。本文分析激光干涉测量作为优化自动化制造过程组成部分的角色，突显供应商选择关键问题，并提供Cambridge Technology使用Zygo先进光学计量解决方案推进产品设计创新与制造流程开发的第一手见证。

评估先进计量版图

Zygo以非接触、无损3D光学轮廓仪与激光干涉仪将计量提升为颠覆性赋能技术。光学计量极通用，在验证质量与设计意图中扮演重要角色。如今在许多场景下成为首选方案，得益于非接触（可测精密可变形部件）、无损、快速、高灵敏度、卓越分辨率与精度特性。对Zygo而言，光学计量仪器用途远超质控，其效益延伸至先进研发、流程开发、过程控制、整体制造优化。Cambridge Technology认同干涉测量是其关键零部件先进表征的逻辑选择，并认识到无其他计量创新者能接近Zygo的经验深度与理解。

Cambridge Technology与Zygo激光干涉测量实践

Cambridge Technology用激光干涉测量几乎每个精密铍镜的表面形貌，并在生产生命周期多阶段测量以清晰掌握性能特征。原有激光干涉测量方案在两方面不足：易受环境振动干扰；测量数据存储为单独文本文件/报告，极难分析。每款独特镜片需不同应用，进而要求激光干涉仪特定配置。这使计量高度依赖操作员，技术人员每次测量（有时每镜片三次）需手动加载不同掩膜。为克服不足，公司需要促进流程自动化、减轻人工负担、最小化环境振动敏感性（曾导致部分镜片需重测）的计量方案。解决方案是用运行Zygo Mx软件的新一代仪器替换现有干涉仪，即刻实现处理时间改进与操作员错误减少。

Cambridge Technology质量工程师Greg Salter表示：“处理时间减少源于我们利用脚本定制Mx能力。多掩膜（孔径）零件处理时间大幅缩短，操作员无需手动加载每个掩膜或选择掩膜不同部分重新分析镜片不同孔径。”使用Zygo Mx软件与Python脚本，Cambridge Technology现拥有含所有零件对应公差、设置、掩膜的数据库，操作员轻松通过下拉菜单选择零件号。公差可由生产工程师远程在中央数据库调整不干扰生产流程。Salter说：“Mx按零件号自动加载正确掩膜与公差。Zygo激光干涉仪软件现可测量中自动加载切换不同掩膜无需操作员输入，测量更快、镜片吞吐量增加、操作员错误减少。平整度数据自动输出数据库便于各制造阶段分析监控（SPC等）。这已使我们能在各制造阶段用控制限确保镜片最终合规。随着制造方法持续改进，该系统提供的分析将让我们逐步减少每批镜片检查数量，同时仍提供平整度合规保障。”

Salter续称：“若镜片不适配预期应用，Mx可检查相似镜片类型建议替代应用，减少报废。美国马萨诸塞贝德福德母厂也用我司数据库控制其Zygo干涉仪，双厂数据即时同步，彻底消除测量方法差异。母厂也存储测量数据以监控镜片制造过程性能表现。所有这些通过Mx允许我们用Python脚本定制工作方式适应我司需求方法实现。”部署跨多地多仪器支持24/7制造运营至关重要。最小化停机与操作员培训为必需，通过Zygo与Cambridge Technology良好合作达成。Salter解释：“我们发现Mx简洁高效可维护，最小化制造环境资源容量影响。Mx直观设计与整体简洁性至关重要，Lambda Photometrics与Zygo对我们特定问题需求（特别是Python脚本）的帮助助力巨大，提供实现特定目标的Python理解（含代码示例），并提供在新干涉仪使用现有Mx掩膜目录的方法。”

打造“设置即忘”应用软件环境

利用Zygo Mx软件脚本功能，Cambridge Technology创建配方驱动“设置即忘”应用。Salter说：“通过设计在Mx中工作的数据库实现，含测量任意镜片所需所有参数：掩膜名称、掩膜数量、平整度公差。操作员仅需从列表选择零件号（或扫描制造数据包条码），Mx应用该镜片处方预设参数、记录序列号、采集分析数据、用简单通过/失败告知操作员。基于Zygo Mx计量仪器，我们配置控制更高效，现具备统计过程控制方法论监控运营能力。Zygo解决方案助力我们将镜片良率推至99%，两厂相关性极佳。”

消除瓶颈

使用ZYGO Mx计量软件，Cambridge Technology升级干涉仪能力，实现显著节约。消除生产与质控瓶颈带来成本节约，进而优化人力资源利用与整体制造效率提升。