ในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูง ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไปจนถึงเซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์ทางการแพทย์ การผลิตขั้นสูงต้องอาศัยการวัดขนาดที่แม่นยำอย่างยิ่งยวด เพื่อให้มั่นใจถึงคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่เหนือกว่าและเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการให้สูงสุด เนื่องจากผู้ผลิตต่างพึ่งพาความแม่นยำจากผู้ให้บริการโซลูชันด้านมาตรวิทยามากขึ้น จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่อุตสาหกรรมจะต้องสร้างห่วงโซ่การตรวจสอบย้อนกลับที่เชื่อมโยงการสอบเทียบอุปกรณ์กับมาตรฐานวัสดุที่เชื่อถือได้.
เพื่อให้เป็นไปตามเกณฑ์นี้ วิศวกรของ VIEW Micro Metrology จะปรับเทียบระบบที่ติดตั้งภาคสนามโดยใช้เครื่องชั่งแบบเส้นที่ได้รับการรับรองจากห้องปฏิบัติการสอบเทียบเครื่องชั่งแบบเส้นที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 17025.
มาตราส่วนเส้นคืออะไร?
นักมาตรวิทยาและผู้เชี่ยวชาญด้านการสอบเทียบใช้มาตรฐานวัสดุหรือ “สิ่งประดิษฐ์” ที่หลากหลายเพื่อตรวจสอบและสอบเทียบอุปกรณ์การวัด รวมถึงกล้องจุลทรรศน์และระบบมาตรวิทยาเชิงมิติ วัตถุอ้างอิงเหล่านี้สร้างขึ้นจากวัสดุเฉพาะที่มีลักษณะทางเรขาคณิต ได้แก่ แท่งทรงกลม เส้นกริด บล็อกเกจ เกจวัดแบบขั้นบันได และวัตถุสามมิติอื่นๆ ที่ปรับแต่งให้เหมาะกับระบบการวัดเฉพาะ อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว นักมาตรวิทยาถือว่ามาตราส่วนเส้น หรือที่รู้จักกันในชื่อมาตราส่วนเชิงเส้น หรือมาตราส่วนกราฟิก เป็นมาตรฐานหลักสำหรับการสอบเทียบเครื่องมือวัดแบบออปติคัล.
มาตราส่วนเส้นโดยทั่วไปประกอบด้วยวัสดุพื้นผิวเรียบ เช่น แก้ว ควอตซ์ หรือเหล็ก ที่มีเส้นขนานหรือเส้นบอกระยะที่เว้นระยะห่างอย่างแม่นยำสลักหรือประทับลงบนพื้นผิว มาตราส่วนแต่ละมาตราส่วนจะระบุระยะห่างเฉพาะบนวัตถุ.
มาตราส่วนเส้นมีลักษณะเฉพาะคือมีความไม่แน่นอนต่ำมาก ซึ่งนิยามว่าเป็นความไม่แม่นยำในการวัด การวัดทุกครั้งจะมีความไม่แน่นอนในระดับหนึ่ง ซึ่งเกิดจากตัววัตถุ เครื่องมือวัด ผู้ปฏิบัติงาน และปัจจัยแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและความชื้น ความแปรปรวนจากการวัดจริงจะแสดงโดยใช้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานในกราฟระฆังทางสถิติ ยิ่งความไม่แน่นอนในวัตถุมีค่าต่ำเท่าใด การสอบเทียบอุปกรณ์ที่ได้ก็จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น.
ใครเป็นผู้สอบเทียบมาตราส่วนเส้น?
โดยทั่วไปแล้ว เครื่องชั่งแบบเส้นและสิ่งประดิษฐ์การสอบเทียบอื่นๆ จะได้รับการตรวจสอบโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติที่ดำเนินการโดยรัฐบาลทั่วโลก สถาบันเหล่านี้ให้บริการทางวิทยาศาสตร์และเทคนิคแก่ผู้ที่สนใจ ตัวอย่างเช่น ในสหรัฐอเมริกา สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (National Institute of Standards and Technology) (เอ็นไอเอสที) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระทรวงพาณิชย์ ให้บริการด้านการวัดและมาตรฐานที่ครอบคลุม บริการเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับของการวัด อำนวยความสะดวกในการประกันคุณภาพ และสนับสนุนการปฏิบัติตามกฎระเบียบของผู้ผลิต บริษัทที่ต้องการสอบเทียบอุปกรณ์สามารถส่งเครื่องชั่งไลน์ไปยัง NIST เพื่อทำการวัด และได้รับใบรับรองความไม่แน่นอนกลับคืน.
นอกเหนือจาก NIST แล้ว เยอรมนียังสนับสนุนผู้ผลิตผ่านทาง Physikalisch-Technische Bundesanstalt (พีทีบี) ในขณะที่ประเทศญี่ปุ่นมีสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติของญี่ปุ่น (เอ็นเอ็มไอเจ) และสวีเดนมีสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติให้บริการ (เอ็นเอ็มไอ) กลุ่มองค์กรชั้นนำอื่นๆ ดังกล่าวดำเนินการทั่วโลก โดยประเทศต่างๆ มุ่งมั่นที่จะส่งเสริมแนวทางปฏิบัติด้านการผลิตที่ดีภายในเศรษฐกิจของตน.
แท่นสอบเทียบเครื่องชั่งแบบไลน์คืออะไร?
โดยทั่วไปห้องปฏิบัติการแห่งชาติจะใช้แท่นชั่งแบบเส้นตรงสำหรับการสอบเทียบแท่นชั่งแบบเส้นตรง แท่นชั่งเหล่านี้มีการออกแบบที่หลากหลาย โดยพื้นฐานที่สุดคือเครื่องวัดพิกัดแบบหนึ่งมิติ (แกนเดี่ยว) (CMM) ยกตัวอย่างเช่น สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ใช้เครื่องวัดอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบเส้นตรง (LSI) ของ NIST เพื่อจุดประสงค์นี้ ดังรายละเอียดใน เอ็นไอเอสที เว็บไซต์, “เครื่องมือนี้ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับเส้นอิเล็กโทรออปติกแบบสแกน ระบบการเคลื่อนที่แกนเดียวที่มีความแม่นยำสูง และอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เฮเทอโรไดน์ความแม่นยำสูงสำหรับการระบุการเคลื่อนที่ของวัตถุทดสอบใต้เครื่องตรวจจับเส้น” การติดตั้งทั้งหมดได้รับการบำรุงรักษาภายในห้องควบคุมอุณหภูมิ โดยมีการตรวจสอบสภาพแวดล้อมอย่างละเอียดถี่ถ้วนเพื่อให้มั่นใจว่ามีความไม่แน่นอนน้อยที่สุด.
เหตุใด QVI จึงสร้างแท่นสอบเทียบมาตราส่วนแบบเส้น?
ในอดีต ต้นทุนที่สูงลิ่วของเครื่องจักรเหล่านี้และข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดทำให้การจ้างบุคคลภายนอกเพื่อสอบเทียบเครื่องชั่งแบบไลน์ไลน์ประหยัดกว่าสำหรับผู้ผลิต อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความต้องการความแม่นยำในการวัดที่เพิ่มขึ้นมีมากขึ้น ภาคเอกชนจึงเริ่มจัดตั้งห้องปฏิบัติการของตนเองมากขึ้น.
ในปี 2020 Quality Vision International (คิววีไอ) บริษัทแม่ของ ดูไมโครมาตรวิทยา, ได้สร้างห้องปฏิบัติการสอบเทียบมาตราส่วนไลน์ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 17025 อย่างเต็มรูปแบบ ณ ที่ตั้งในเมืองโรเชสเตอร์ รัฐนิวยอร์ก QVI ก่อตั้งห้องปฏิบัติการสอบเทียบมาตราส่วนไลน์ขึ้นด้วยเหตุผลสามประการ:
- ความแม่นยำ:ในปัจจุบันผู้ผลิตกำลังมองหาการวัดที่มีความไม่แน่นอนถึง 250 นาโนเมตร (1/4 ไมครอน) ทีมงานควบคุมคุณภาพจึงมีความต้องการระบบที่สามารถลดระดับความไม่แน่นอนลงได้อย่างมากเพิ่มมากขึ้น.
- ความสะดวกในฐานะผู้ผลิตระบบมาตรวิทยาที่มุ่งมั่นรักษามาตรฐานคุณภาพที่เข้มงวด QVI จึงกำหนดให้มีการสอบเทียบมาตรฐานของเราอย่างสม่ำเสมอ การมีห้องปฏิบัติการภายในองค์กรให้ข้อได้เปรียบในการสอบเทียบเหล่านี้ ณ สถานที่ปฏิบัติงาน.
- การบูรณาการแนวตั้งในที่สุด ด้วยการสะท้อนศักยภาพของห้องปฏิบัติการแห่งชาติ QVI จึงได้บรรลุเป้าหมายที่สำคัญในด้านการบูรณาการแนวตั้งพร้อมทั้งเสนอบริการที่โดดเด่นให้กับลูกค้าของเรา.
เกี่ยวกับแท่นสอบเทียบเครื่องชั่ง QVI Line
แท่นสอบเทียบมาตราส่วนเส้น QVI ตั้งอยู่ภายในห้องปฏิบัติการสอบเทียบ ณ อาคาร North Street ในวิทยาเขต QVI ในเมืองโรเชสเตอร์ รัฐนิวยอร์ก เป็นเครื่องวัดพิกัดแกนเดียว (1D CMM) ที่ออกแบบและสร้างโดย QVI แท่นนี้ประกอบด้วยแท่นเคลื่อนที่แบบสะพานเคลื่อนที่ที่เคลื่อนที่ได้ 2.5 เมตรบนตลับลูกปืนอากาศบนพื้นผิวเรียบด้านบนของคานหินแกรนิตขนาดใหญ่ แท่นสอบเทียบนี้ติดตั้งมอเตอร์ขับเคลื่อนเพื่อกำหนดตำแหน่งแท่นได้อย่างแม่นยำ และใช้กล้องวิดีโอออปติคัลเป็นเซ็นเซอร์หลักสำหรับจับภาพตามมาตราส่วนเส้นโดยอัตโนมัติ ขนาดสูงสุดของมาตราส่วนคือ 2200 มม. (ยาว) x 140 มม. (กว้าง) x 100 มม. (สูง).
ในระหว่างกระบวนการสอบเทียบ ช่างเทคนิคจะวางสเกลวัดเส้นไว้บนโต๊ะและปล่อยให้สเกลปรับสภาพให้เข้ากับอุณหภูมิและความชื้นของห้อง เมื่อเริ่มทำการวัด แท่นชั่งจะเคลื่อนผ่านสเกลวัดเส้น และเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์จะรวบรวมข้อมูลเพื่อวัดการเคลื่อนตัว ซึ่งก็คือระยะทางที่แท่นชั่งเคลื่อนที่ผ่านโต๊ะ ขณะเดียวกัน กล้องที่ติดตั้งบนแท่นชั่งจะจับภาพสเกลวัดเส้นโดยอัตโนมัติ และใช้อัลกอริทึมการตรวจจับขอบ QVI เพื่อระบุเส้น.
แม้ว่ากระบวนการนี้อาจดูตรงไปตรงมา แต่ข้อผิดพลาดสองประเภทสามารถส่งผลเชิงลบต่อผลการวัดได้: ข้อผิดพลาด Abbé และสภาพแวดล้อม.
Abbé Error คืออะไร?
อับเบ ข้อผิดพลาด หมายถึงความคลาดเคลื่อนเชิงมุมในระบบการเคลื่อนที่ ซึ่งเป็นความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยจากการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงอย่างสมบูรณ์ ซึ่งอาจทำให้จุดสนใจเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ไม่ตรงกับเส้นทางที่ตั้งใจไว้ ความไม่ตรงแนวนี้ยิ่งทวีความรุนแรงขึ้นเนื่องจากระยะห่าง (ออฟเซ็ต) ระหว่างจุดสนใจและจุดกำเนิดของความคลาดเคลื่อน.
เพื่อลดความคลาดเคลื่อนของ Abbé แท่นสอบเทียบสเกลไลน์ QVI ได้รวมเอาคุณสมบัติการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์ไว้ด้วยกัน นั่นคือ แผ่นสะท้อนแสงแบบลูกบาศก์มุมเปิด (OCC) ซึ่งติดตั้งอยู่บนแคร่ ซึ่งช่วยให้แคร่สามารถคร่อมและเคลื่อนผ่านชิ้นงานสเกลไลน์ได้ ทำให้มั่นใจได้ว่าจุดวัดของระบบเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์จะตรงกับจุดวัดของระบบกล้องจุลทรรศน์ตรวจจับไลน์ (ภายในระยะน้อยกว่าหนึ่งมิลลิเมตร) ด้วยเหตุนี้ ความคลาดเคลื่อนของ Abbé อันเนื่องมาจากความคลาดเคลื่อนของการเคลื่อนที่แบบพิทช์ของแคร่และแบบหันเห จึงลดลงเหลือระดับที่ไม่สำคัญ (เพียงไม่กี่นาโนเมตร).
ข้อผิดพลาดด้านสิ่งแวดล้อมและสมการเอดเลน
สถาบันห้องปฏิบัติการแห่งชาติทุกแห่งดำเนินการสอบเทียบภายในห้องที่ควบคุมอุณหภูมิ ความดัน และความชื้นอย่างพิถีพิถัน ระบบขั้นสูงที่มีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งจำเป็นในการรักษาสภาพแวดล้อมที่เข้มงวดเหล่านี้.
แท่นสอบเทียบสเกลเส้น QVI ตั้งอยู่ในห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุมอย่างแม่นยำ ติดตั้งอุปกรณ์ที่บันทึกอุณหภูมิ ความดัน และความชื้น (ปริมาณไอน้ำ) ในช่วงเวลาที่กำหนด ซิงโครไนซ์กับภาพที่บันทึกโดยกล้องมาตรวิทยา ซอฟต์แวร์เฉพาะทางใช้ประโยชน์จากสภาพแวดล้อมเหล่านี้เพื่อปรับการวัดโดยใช้สมการ Edlén ซึ่งเป็นสูตรที่คำนวณดัชนีหักเหของอากาศ ซึ่งเป็นการวัดการหักเหของแสงเมื่อผ่านอากาศ เนื่องจากความยาวคลื่นของแสงมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเมื่อเดินทางผ่านอากาศ การหาดัชนีหักเหจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวัดความยาวที่แม่นยำในสเกลเส้น สรุปคือ แท่นสอบเทียบสเกลเส้น QVI ใช้สมการ Edlén เพื่อพิจารณาอิทธิพลของอุณหภูมิ ความดัน และความชื้น เพื่อให้มั่นใจว่าการวัดแสงแต่ละครั้งบนสเกลเส้นได้รับการปรับให้มีความแม่นยำสูงสุด
ความแม่นยำของแท่นสอบเทียบเครื่องชั่ง QVI Line
ด้วยเหตุนี้ แท่นสอบเทียบ QVI Line Scale Calibration Bench จึงมีความไม่แน่นอนของความสามารถในการสอบเทียบและการวัด (CMC) ต่ำถึง 22 นาโนเมตร ซึ่งได้รับการยืนยันจากการตรวจสอบอิสระ (Q[22, .072L] โดยมีค่า L เป็นมิลลิเมตร ความยาวรวม 2,400 มิลลิเมตร) แท่นสอบเทียบนี้มีความสามารถเทียบเท่าห้องปฏิบัติการแห่งชาติ ผู้แทนจำหน่ายที่ได้รับอนุญาตของ VIEW และลูกค้าสามารถใช้บริการได้ เพื่อการวัดสิ่งแปลกปลอมในการสอบเทียบทางแสงอย่างแม่นยำ.
ระบบมาตรวิทยาไมโคร VIEW – ปรับเทียบเพื่อความแม่นยำสูง
ด้วยความสามารถอันเหนือชั้นของแท่นสอบเทียบไลน์สเกลของ QVI โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับไลน์สเกลความยาวมากกว่า 314 มม. ตัวแทนจำหน่าย VIEW Micro Metrology และผู้เชี่ยวชาญด้านบริการภาคสนามจึงเลือกใช้เครื่องชั่งไลน์ที่สอบเทียบแล้วบนแท่นสอบเทียบ การสอบเทียบระบบ VIEW ด้วยเครื่องชั่งไลน์ที่ได้รับการรับรองจากห้องปฏิบัติการ QVI ทำให้เรามั่นใจได้ว่าเครื่อง VIEW จะให้ความแม่นยำที่เหนือชั้นในการใช้งานจริง.