制造業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)體系的核心產(chǎn)業(yè)，根據(jù)國家工信部相關(guān)數(shù)據(jù)公布，我國已連續(xù)第十一年成為世界最大的制造業(yè)國家。然而，我國的制造業(yè)面臨著“大而不強(qiáng)”的局面，與世界制造業(yè)強(qiáng)國相比有較大差距，其中最突出的表現(xiàn)之一就是作為整機(jī)產(chǎn)品核心的配套零部件加工能力滯后，因而精密零部件在質(zhì)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(zhì)量問題，其核心關(guān)鍵是解決超精密測(cè)量能力問題。
精密測(cè)量技術(shù)涉及領(lǐng)域廣，難度大
精密測(cè)量技術(shù)是一門集光學(xué)、傳感器、電子、圖像、制造以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種學(xué)科于一體的交叉性學(xué)科，是理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)的前沿科學(xué)。
光學(xué)精密測(cè)量的設(shè)備被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造業(yè)的檢測(cè)場景中，比如機(jī)械零件輪廓尺寸與外觀缺陷的檢測(cè)、產(chǎn)品幾何特征的高精度測(cè)量和高分辨率立體3D成像等等。能適應(yīng)多場景應(yīng)用的精密測(cè)量設(shè)備投入到工業(yè)生產(chǎn)線中，也很大程度上提升了工業(yè)制造業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
工業(yè)零部件的精密測(cè)量需求
一般在設(shè)計(jì)機(jī)器零件及規(guī)定零件加工精度時(shí)，要注意尺寸精度、形狀精度、位置精度和相互間關(guān)系幾個(gè)方面，而精密零件或零件重要表面，其形狀精度要求應(yīng)高于位置精度要求，位置精度要求應(yīng)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(jìn)生產(chǎn)端，包括優(yōu)化工藝環(huán)節(jié)、提升系統(tǒng)剛度、減小設(shè)備的誤差和磨損這幾方面。然而，在高端工業(yè)整機(jī)制造過程中，需要生產(chǎn)更精密的配套零部件，因此往往需要更高精度的產(chǎn)品測(cè)量方式，非接觸式的光學(xué)精密測(cè)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(yè)檢測(cè)中實(shí)現(xiàn)主動(dòng)測(cè)量。
海伯森光譜共焦傳感器在不同場景下的工業(yè)精密零件檢測(cè)應(yīng)用
我們從市場調(diào)研了解到，成立于2015年的海伯森就是一家助力工業(yè)制造業(yè)提升精密測(cè)量能力的國家高新技術(shù)企業(yè)。截至目前，海伯森已經(jīng)研發(fā)出中國首臺(tái)3D線光譜共焦傳感器，還有點(diǎn)光譜共焦位移傳感器、超高速工業(yè)相機(jī)、六維力傳感器、激光對(duì)針傳感器、面陣固態(tài)激光雷達(dá)、激光三角位移傳感器、單點(diǎn)ToF測(cè)距傳感器等多種產(chǎn)品，能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、AGV、機(jī)器人、智能交通、消費(fèi)電子和無人機(jī)等不同行業(yè)領(lǐng)域的多樣化檢測(cè)需求。下面就從海伯森光譜共焦傳感器系列產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用場景出發(fā)，來了解工業(yè)零件的精密測(cè)量需求。
一、檢測(cè)汽車零件
汽車制造業(yè)被譽(yù)為“工業(yè)中的工業(yè)”，零配件多，產(chǎn)業(yè)鏈長，隨著我國的汽車行業(yè)規(guī)模日益壯大，汽車零部件產(chǎn)業(yè)也實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)步增長。而對(duì)于汽車生產(chǎn)制造商來說，汽車制造最核心的問題便是安全，因此，嚴(yán)格檢測(cè)汽車的每一個(gè)零部件至關(guān)重要。海伯森點(diǎn)光譜共焦位移傳感器不受角度、光照、平整度等影響，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材質(zhì)物品的精密測(cè)量，比如零件表面粗糙度以及輪廓倒角的應(yīng)用檢測(cè)，除此之外，海伯森3D線光譜共焦傳感器還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yīng)用檢測(cè)，助力汽車制造行業(yè)發(fā)展。
3D線光譜共焦傳感器檢測(cè)汽車零部件
二、檢測(cè)精密陶瓷
新型陶瓷在耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、超硬性、超導(dǎo)性，遠(yuǎn)比傳統(tǒng)陶瓷、現(xiàn)存的金屬或非金屬材料優(yōu)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(lǐng)域材料制作上具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體封裝行業(yè)中。
以陶瓷劈刀為例，作為IC封裝行業(yè)的消耗品，其被譽(yù)為“精密陶瓷行業(yè)的寶藏”，主要應(yīng)用是安裝在鍵合機(jī)上用引線鍵合的方式鍵合焊點(diǎn)。陶瓷劈刀以其低成本優(yōu)勢(shì)獨(dú)占了芯片和基板電路連接90%以上的市場！未來銅線勢(shì)必替代金線成為主要鍵合線，因此，陶瓷材料的改進(jìn)和表面粗糙度制作方法將成為其中的關(guān)鍵。一般選擇陶瓷劈刀的最佳內(nèi)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(chǎn)制造環(huán)節(jié)上就需要極其精密的在線測(cè)量，通常企業(yè)會(huì)選擇使用精密光學(xué)傳感器完成檢測(cè)工作。海伯森點(diǎn)光譜共焦位移傳感器單通道模式下能夠?qū)崿F(xiàn)最快72000次/秒的超高速測(cè)量，最多支持四通道同步測(cè)量，提高速度，降低成本。另外，陶瓷劈刀此款傳感器的光點(diǎn)最小僅有2.48μm，適合測(cè)量精密陶瓷等微小幾何結(jié)構(gòu)和輪廓變化。
點(diǎn)光譜共焦位移傳感器檢測(cè)陶瓷表面
三、檢測(cè)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(chǎn)品的質(zhì)量，越精密的零件其精度要求也會(huì)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(zhǔn)確測(cè)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)物體表面多方位的3D成像分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件尺寸、表面粗糙度、間隙等特征的全貌了解。與此同時(shí)，此款傳感器采用的2048點(diǎn)/線、最小2μm的間隔設(shè)計(jì)，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)零件的精準(zhǔn)測(cè)量。
3D線光譜共焦傳感器檢測(cè)手表機(jī)芯
海伯森光譜共焦傳感器在工業(yè)制造業(yè)其他行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
據(jù)悉，海伯森技術(shù)已和國內(nèi)諸多工業(yè)制造標(biāo)桿企業(yè)建立深度合作，其中包括華為、比亞迪、富士康等等，其精密測(cè)量設(shè)備在電子3C領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。就以對(duì)手機(jī)進(jìn)行多方位3D測(cè)量為例，采用白光共焦法的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高反光鏡面、強(qiáng)吸光材料及多層透明體的高效檢測(cè)，比如玻璃平面度、透明薄膜厚度、涂膠缺陷等測(cè)量應(yīng)用，這恰恰是使用紅色激光進(jìn)行三角反射的傳統(tǒng)激光傳感器的最大短板。海伯森光譜共焦測(cè)量使用特殊色散透鏡發(fā)生光譜色散，通過測(cè)量反射光的波長距離值獲取被測(cè)物測(cè)量信息，從而有效避免因光線折射造成過大檢測(cè)誤差的弊端。因此，對(duì)比傳統(tǒng)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(yōu)勢(shì)。
3D線光譜共焦傳感器檢測(cè)膠水高度和直徑
在芯片半導(dǎo)體領(lǐng)域，海伯森光譜共焦傳感器系列也同樣能夠出色完成對(duì)晶圓、芯片的檢測(cè)。由于集成電路內(nèi)各元件及連線相當(dāng)微細(xì)，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(nèi)電路功能的損壞，形成短路或斷路等，導(dǎo)致集成電路的失效以及影響幾何特征的形成，所以在半導(dǎo)體封裝前就需要對(duì)晶圓表面進(jìn)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(xì)小的劃痕等問題，肉眼是無法察覺的，因此產(chǎn)品檢測(cè)需借助光學(xué)檢測(cè)設(shè)備識(shí)別晶圓表面缺陷并分類、標(biāo)記，輔助晶片分揀。海伯森3D線光譜共焦傳感器可實(shí)現(xiàn)高速亞微米級(jí)檢測(cè)，X軸分辨率可達(dá)2.9um，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓不良品的篩查檢測(cè)。除此之外，在芯片檢測(cè)領(lǐng)域海伯森光譜共焦傳感器還可以應(yīng)用在芯片二極管/三極管檢測(cè)、導(dǎo)線線路測(cè)量、球形BGA檢測(cè)、焊點(diǎn)檢測(cè)和芯片覆膠檢測(cè)等場景。
3D線光譜共焦傳感器檢測(cè)錫球金線
近些年，國家在大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，尤其是鋰電作為新能源的中堅(jiān)力量，推動(dòng)著動(dòng)力電池全價(jià)值鏈發(fā)展。鋰電池的生產(chǎn)工序多而復(fù)雜，在鋰電池大規(guī)模、批量生產(chǎn)模式下，鋰電池產(chǎn)品容易在電池材料、電芯及PACK封裝等各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)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(yán)重影響鋰電池產(chǎn)品的性能和品質(zhì)，因此需要對(duì)各生產(chǎn)工序進(jìn)行層層的缺陷檢測(cè)，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(diǎn)云數(shù)據(jù)，可高效檢測(cè)出電池正負(fù)極材料外觀、電池殼體尺寸和焊接點(diǎn)缺陷等；海伯森點(diǎn)光譜共焦位移傳感器擁有優(yōu)異角度特性和納米級(jí)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(cè)量，且具備多種尺寸傳感頭，適應(yīng)不同安裝方式和測(cè)量環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電極涂層厚度和透明絕緣膜焊接前是否夾入等檢測(cè)應(yīng)用。
3D線光譜共焦傳感器檢測(cè)高反光電池外殼斷焊
除了上述工業(yè)零補(bǔ)件的精密測(cè)量應(yīng)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(yīng)用于包裝材料、醫(yī)療衛(wèi)生和科研教學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。
小結(jié)
近幾年國內(nèi)傳感器市場年復(fù)合增長率超過11%，預(yù)計(jì)到2023年，市場總量將超過2500億元。董事長王國安指出：“工業(yè)傳感器是重要的工業(yè)精密檢測(cè)和安全防護(hù)的核心零部件，而從目前的傳感器市場來看，國內(nèi)高端智能傳感器領(lǐng)域80%的應(yīng)用還在依賴于進(jìn)口，因此，國內(nèi)傳感器企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是打破外國技術(shù)的壟斷，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自主創(chuàng)新研發(fā)。”
據(jù)了解，海伯森技術(shù)研發(fā)投入大，團(tuán)隊(duì)實(shí)力強(qiáng)悍，目前計(jì)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(chǎn)傳感器品牌走向高端智能之路的堅(jiān)定決心；我們相信，海伯森技術(shù)將順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨向，繼續(xù)深耕高端傳感器的研發(fā)與制造，不斷推陳出新。海伯森致力于國產(chǎn)傳感器技術(shù)升級(jí)和高端產(chǎn)品進(jìn)口替代，助力我國工業(yè)制造業(yè)由中低端轉(zhuǎn)向高端，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的中國制造。
