制造業是現代工業體系的核心產業，根據國家工信部相關數據公布，我國已連續第十一年成為世界最大的制造業國家。然而，我國的制造業面臨著“大而不強”的局面，與世界制造業強國相比有較大差距，其中最突出的表現之一就是作為整機產品核心的配套零部件加工能力滯后，因而精密零部件在質量、一致性、耐用性等方面的要求非常高，而我們要解決裝備制造質量問題，其核心關鍵是解決超精密測量能力問題。
精密測量技術涉及領域廣，難度大
精密測量技術是一門集光學、傳感器、電子、圖像、制造以及計算機技術等多種學科于一體的交叉性學科，是理論性和實踐性都非常強的前沿科學。
光學精密測量的設備被廣泛應用于工業制造業的檢測場景中，比如機械零件輪廓尺寸與外觀缺陷的檢測、產品幾何特征的高精度測量和高分辨率立體3D成像等等。能適應多場景應用的精密測量設備投入到工業生產線中，也很大程度上提升了工業制造業的生產效率和產品質量。
工業零部件的精密測量需求
一般在設計機器零件及規定零件加工精度時，要注意尺寸精度、形狀精度、位置精度和相互間關系幾個方面，而精密零件或零件重要表面，其形狀精度要求應高于位置精度要求，位置精度要求應高于尺寸精度要求。就如何提升加工件的精度，通常采用的方法是改進生產端，包括優化工藝環節、提升系統剛度、減小設備的誤差和磨損這幾方面。然而，在高端工業整機制造過程中，需要生產更精密的配套零部件，因此往往需要更高精度的產品測量方式，非接觸式的光學精密測量可以滿足這一市場需求。比如可以利用白光共焦法的光譜共焦傳感器在工業檢測中實現主動測量。
海伯森光譜共焦傳感器在不同場景下的工業精密零件檢測應用
我們從市場調研了解到，成立于2015年的海伯森就是一家助力工業制造業提升精密測量能力的國家高新技術企業。截至目前，海伯森已經研發出中國首臺3D線光譜共焦傳感器，還有點光譜共焦位移傳感器、超高速工業相機、六維力傳感器、激光對針傳感器、面陣固態激光雷達、激光三角位移傳感器、單點ToF測距傳感器等多種產品，能夠滿足工業自動化、物聯網、AGV、機器人、智能交通、消費電子和無人機等不同行業領域的多樣化檢測需求。下面就從海伯森光譜共焦傳感器系列產品的實際應用場景出發，來了解工業零件的精密測量需求。
一、檢測汽車零件
汽車制造業被譽為“工業中的工業”，零配件多，產業鏈長，隨著我國的汽車行業規模日益壯大，汽車零部件產業也實現持續穩步增長。而對于汽車生產制造商來說，汽車制造最核心的問題便是安全，因此，嚴格檢測汽車的每一個零部件至關重要。海伯森點光譜共焦位移傳感器不受角度、光照、平整度等影響，可實現對各種材質物品的精密測量，比如零件表面粗糙度以及輪廓倒角的應用檢測，除此之外，海伯森3D線光譜共焦傳感器還可以實現對汽車精密零部件的3D形貌、體積尺寸、高度值和缺陷等更加豐富的應用檢測，助力汽車制造行業發展。
3D線光譜共焦傳感器檢測汽車零部件
二、檢測精密陶瓷
新型陶瓷在耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、超硬性、超導性，遠比傳統陶瓷、現存的金屬或非金屬材料優越；新型陶瓷還具有光敏、氣敏、熱敏、濕敏、壓電等性能，在人工智能領域材料制作上具備獨特的優勢，被廣泛應用于半導體封裝行業中。
以陶瓷劈刀為例，作為IC封裝行業的消耗品，其被譽為“精密陶瓷行業的寶藏”，主要應用是安裝在鍵合機上用引線鍵合的方式鍵合焊點。陶瓷劈刀以其低成本優勢獨占了芯片和基板電路連接90%以上的市場！未來銅線勢必替代金線成為主要鍵合線，因此，陶瓷材料的改進和表面粗糙度制作方法將成為其中的關鍵。一般選擇陶瓷劈刀的最佳內孔徑是金線直徑的1.4倍，而市面上很多微電子鍵合金線，直徑小到1um—3um。因此，在生產制造環節上就需要極其精密的在線測量，通常企業會選擇使用精密光學傳感器完成檢測工作。海伯森點光譜共焦位移傳感器單通道模式下能夠實現最快72000次/秒的超高速測量，最多支持四通道同步測量，提高速度，降低成本。另外，陶瓷劈刀此款傳感器的光點最小僅有2.48μm，適合測量精密陶瓷等微小幾何結構和輪廓變化。
點光譜共焦位移傳感器檢測陶瓷表面
三、檢測其他零部件
精密加工件批量加工的情況比較多，所以，零件的精度幾乎決定了產品的質量，越精密的零件其精度要求也會越高。海伯森3D線光譜共焦傳感器具備35000線/秒的超高掃描速率，能夠出色的完成各種精密零件的在線準確測量，同時實現物體表面多方位的3D成像分析，實現對零件尺寸、表面粗糙度、間隙等特征的全貌了解。與此同時，此款傳感器采用的2048點/線、最小2μm的間隔設計，完全可以實現對工業零件的精準測量。
3D線光譜共焦傳感器檢測手表機芯
海伯森光譜共焦傳感器在工業制造業其他行業領域的應用
據悉，海伯森技術已和國內諸多工業制造標桿企業建立深度合作，其中包括華為、比亞迪、富士康等等，其精密測量設備在電子3C領域中應用相當廣泛。就以對手機進行多方位3D測量為例，采用白光共焦法的設備可以實現對高反光鏡面、強吸光材料及多層透明體的高效檢測，比如玻璃平面度、透明薄膜厚度、涂膠缺陷等測量應用，這恰恰是使用紅色激光進行三角反射的傳統激光傳感器的最大短板。海伯森光譜共焦測量使用特殊色散透鏡發生光譜色散，通過測量反射光的波長距離值獲取被測物測量信息，從而有效避免因光線折射造成過大檢測誤差的弊端。因此，對比傳統激光位移傳感器，海伯森光譜共焦傳感器系列擁有其無法比擬的優勢。
3D線光譜共焦傳感器檢測膠水高度和直徑
在芯片半導體領域，海伯森光譜共焦傳感器系列也同樣能夠出色完成對晶圓、芯片的檢測。由于集成電路內各元件及連線相當微細，因此制造過程中，如果遭到塵粒、金屬的污染，很容易造成晶片內電路功能的損壞，形成短路或斷路等，導致集成電路的失效以及影響幾何特征的形成，所以在半導體封裝前就需要對晶圓表面進行各類缺陷的排查，一般而言，灰塵中懸浮粒子的直徑通常小于10um，而人裸眼的最高分辨率是200um，這意味著如果晶圓表面存在塵粒污染或者是極為細小的劃痕等問題，肉眼是無法察覺的，因此產品檢測需借助光學檢測設備識別晶圓表面缺陷并分類、標記，輔助晶片分揀。海伯森3D線光譜共焦傳感器可實現高速亞微米級檢測，X軸分辨率可達2.9um，可以實現對晶圓不良品的篩查檢測。除此之外，在芯片檢測領域海伯森光譜共焦傳感器還可以應用在芯片二極管/三極管檢測、導線線路測量、球形BGA檢測、焊點檢測和芯片覆膠檢測等場景。
3D線光譜共焦傳感器檢測錫球金線
近些年，國家在大力發展新能源產業，尤其是鋰電作為新能源的中堅力量，推動著動力電池全價值鏈發展。鋰電池的生產工序多而復雜，在鋰電池大規模、批量生產模式下，鋰電池產品容易在電池材料、電芯及PACK封裝等各個環節產生劃痕、露箔、氣泡、褶皺、暗斑、亮斑、掉料等各種缺陷，這些缺陷將嚴重影響鋰電池產品的性能和品質，因此需要對各生產工序進行層層的缺陷檢測，提高電池良率。在海伯森3D線光譜共焦傳感器具備最快35000線/秒的超高掃描速率，一次掃描即可生成3D點云數據，可高效檢測出電池正負極材料外觀、電池殼體尺寸和焊接點缺陷等；海伯森點光譜共焦位移傳感器擁有優異角度特性和納米級別分辨率，能夠完成鏡面表面±62°、漫反射表面±88°的超大角度測量，且具備多種尺寸傳感頭，適應不同安裝方式和測量環境，可實現對電極涂層厚度和透明絕緣膜焊接前是否夾入等檢測應用。
3D線光譜共焦傳感器檢測高反光電池外殼斷焊
除了上述工業零補件的精密測量應用場景，我們還了解到海伯森光譜共焦傳感器系列還可以應用于包裝材料、醫療衛生和科研教學等各個領域。
小結
近幾年國內傳感器市場年復合增長率超過11%，預計到2023年，市場總量將超過2500億元。董事長王國安指出：“工業傳感器是重要的工業精密檢測和安全防護的核心零部件，而從目前的傳感器市場來看，國內高端智能傳感器領域80%的應用還在依賴于進口，因此，國內傳感器企業的當務之急是打破外國技術的壟斷，實現獨立自主創新研發。”
據了解，海伯森技術研發投入大，團隊實力強悍，目前計劃每年打造出一到兩款高性能的傳感器！通過采訪，我們感受到國產傳感器品牌走向高端智能之路的堅定決心；我們相信，海伯森技術將順應時代發展趨向，繼續深耕高端傳感器的研發與制造，不斷推陳出新。海伯森致力于國產傳感器技術升級和高端產品進口替代，助力我國工業制造業由中低端轉向高端，進而實現更高質量的中國制造。
