Inline-3D-Mikroskopie zur genauen und schnellen Inspektion kleinster Strukturen

Das AIT Austrian Institute of Technology aus Wien stellt mit »ici:microscopy« ein System zur simultanen mikroskopischen 2D- und 3D-Qualitätskontrolle vor. Das Inline-3D-Mikroskop liefert bis zu 40 Millionen 3D-Punkte pro Sekunde und ermöglicht so auch das schnelle Abscannen größerer Flächen. Es ist zur Inspektion kleinster Strukturen auch bei hohen Geschwindigkeiten geeignet und basiert auf der am AIT entwickelten »Inline Computational Imaging (ICI)«-Technologie. Diese kombiniert die Methoden Lichtfeld und Photometrie, indem sie die natürliche Transportbewegung des Objekts für die simultane Erfassung unter verschiedenen Betrachtungs- und Beleuchtungsrichtungen nutzt. Mögliche Anwendungsgebiete finden sich beispielsweise in der Elektronikfertigung, bei der Inspektion von metallischen Oberflächen und im Verpackungs- und Sicherheitsdruck.

Inline-3D-Verfahren sind immer öfter Bestandteil moderner Produktionsprozesse. Hochpräzise Fertigungsverfahren und die steigende Miniaturisierung von Bauteilen und Komponenten erfordern Auflösungen im µm-Bereich, wodurch auch der Bedarf an schnellen Inline-3D-Mikroskopie-Lösungen steigt.

Das vorgestellte System orientiert sich an den Anforderungen moderner Produktionsprozesse, indem die scannende Abtastrichtung mit der natürlichen Transportrichtung eines zu prüfenden Objekts übereinstimmt. Die eingesetzte ICI-Technologie ahmt die Vorgehensweise einer prüfenden Person nach, die beim Prüfen einer glänzenden Oberfläche durch Drehen und Kippen des Objekts die Betrachtungs- und Beleuchtungswinkel intuitiv variiert, um auch kleinste Defekte zu erkennen.

Die Aufnahme der Prüflinge erfolgt während einer kontinuierlichen non-stop Bewegung und enthält sowohl die 2D-Farbtexturbilder als auch die Oberflächengradienten der Objekte. Diese Daten werden dann algorithmisch zu einem hochaufgelösten 3D-Modell und zu optimierten Texturbildern wie z. B. All-in-focus Image, High-Dynamic-Range Image, Oberflächengradienten, Computational Bright und Dark Field verrechnet. So können selbst kleinste Defekte bereits während der Inline-Inspektion sichtbar gemacht werden.

Bis vor kurzem war die ICI-Technologie auf die Prüfung von makroskopischen Merkmalen mit einer Auflösung von mindestens 15 µm pro Pixel beschränkt. Durch Weiterentwicklungen ist es nun möglich, laterale Punkt-zu-Punkt Abstände von 700 nm (x/y) bei 1 µm Tiefenrauschen (z) zu erreichen. Kernelemente des Systems sind eine patentierte Mikroskop-Optik und die darauf abgestimmte Dome-Beleuchtung.

Das System ist hinsichtlich Auflösung und Schärfentiefenbereich an die jeweilige Inspektionsaufgabe anpassbar und kann für die unterschiedlichsten Prüfaufgaben eingesetzt werden. So können bei hoher Prüfgeschwindigkeit dreidimensionale Sicherheitsmerkmale in Banknoten und Sicherheitsdokumenten aber auch Leiterplatten, metallische Oberflächen mit Mikrostrukturen oder Ball Grid Arrays (BGAs), kontrolliert werden.