ロボティクスおよび工場オートメーションで使用される光学ガラスの冷間加工の故障は少数のパターンに収束する傾向があり、各パターンには特有の兆候がある。本稿では、一般的な故障モード、推測ではなく測定によってそれらを見分ける方法、および根本原因を実際に排除する工程や設計の変更を順に解説する。
ロボティクスおよび工場オートメーションにおける光学ガラスの冷間加工
ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。ロボットおよび自動化セルは、ガラスではなく金属のために作られた環境—冷却剤、切りくず、振動、および洗浄薬品—で光学部品を連続して使用する。センサおよびビジョン窓は、制御システムが前提とする再現性を維持しながら、拭かれ、ぶつけられ、水をかけられても生存しなければならない。
コストを下げる設計ルール
ガラスの挙動を尊重する図面は、より安価でより早く出荷される。穴をエッジから少なくとも1厚み、互いに少なくとも2厚み離す；ガラスは2つの穴間の薄いウェブを許容しない。鋭い内角を少なくとも0.5 mmの半径に置き換える。なぜなら鋭い角は割れの起点だからである。アスペクト比を尊重する—5 mmのガラスにおける1 mmの穴は実用的だが、20 mmのガラスにおける1 mmの穴は超音波またはレーザー穴あけなしでは実用的でない。面取りを指定し、工場に任せてはならない；指定されていないエッジは、操作者が通常と考えるものになる。ロボティクスおよび工場オートメーションについては、基準面も明記する：どの面が光学面であり、どの基準（データム）が外形を設定し、コーティングパターンが機械加工特徴に位置合わせされなければならないかどうか。すべての初回納品の問い合わせの半分は、不可能な公差ではなく曖昧なデータムに起因する。
一般的な故障モードとその発生形態
繰り返し発生する故障モードは予測可能である。粗研削による表面下損傷は、最終研磨中に伝播し、熱サイクル下でのみ開くすり傷と潜伏クラックを生じる。エッジ欠けは、攻撃的な送り速度、または部品を光学面でクランプすることから生じる。重研削による残留応力は、複屈折として現れ、偏光感受性のロボティクスおよび工場オートメーション光学系では致命的である。化学的染色は、リンスがスキップされたとき、または洗剤が基板と互換性がないときに現れる。くさびと厚み変動は、部品が片面のみでラップされたときに忍び込む。対策も同様に予測可能である：研磨前のより細かい研削ステップ、十分な面取り、平行度が重要な場合の両面ラップ、および検証された水質をもつ洗浄ライン。欠陥が現れたとき、有用な問いはどの工程ステップがそれを導入したかであり、断面または証明用サンプルは、別の検査ラウンドよりも通常早くそれに答える。
検査と測定
検査は、出荷と手直しクレームの違いである。信頼できる冷間加工ラインは、CMMまたは光学比較器で寸法を、制御された照明下のスクラッチ・ディグ基準に対して表面品質を、干渉計で平面度を、白色光プロフィロメータで粗さを測定する。分光光度法は、部品がコーティングを担う場合にループを閉じる。量産については、妥当な分割は統計的プロセス管理を伴う100%の寸法ゲージ測定と、外観特性のAQLサンプリングである—すべての部品を干渉計で検査することは可能だが、労力は通常部品よりも高くつく。出荷後にではなく、出荷時に検査記録を求める：寸法報告書、コーティング曲線、および基板ロット番号を含むトレーサビリティシートは、ロボティクスおよび工場オートメーションで自ら再試験することなくロットをリリースできるようにするものである。
コーティングと成膜の検討事項
冷間加工とコーティングは1つの連続した連鎖であり、その間の界面こそが大部分の歩留まりが失われる場所である。研磨された表面は、イオンアシスト成膜プロセスがまだ清浄な界面に到達できるほど薄い表面下損傷層をもってチャンバーに到達しなければならない；研磨を生き延びた研削痕は散乱として現れ、閉じ込められた研磨剤は最初のウォームアップサイクル後にピンホールとして現れる。面取りは見た目以上に重要である：鋭いエッジは影になった密着不良のゾーンを作り、コーティングが剥がれる場所を与える。ロボティクスおよび工場オートメーションについては、ガラスが切り出される前にコーティングを計画する。基板エッジに近接して走るコーティング、機械加工特徴に位置合わせされなければならないパターン、および選択領域コーティングはすべて、製造工程を生き延びなければならない位置決めマークまたはマスクを必要とする。
ロボティクスおよび工場オートメーションに特有の要件
ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。ロボットおよび自動化セルは、ガラスではなく金属のために作られた環境—冷却剤、切りくず、振動、および洗浄薬品—で光学部品を連続して使用する。センサおよびビジョン窓は、制御システムが前提とする再現性を維持しながら、拭かれ、ぶつけられ、水をかけられても生存しなければならない。
- 工場床用の衝撃および摩耗耐性
- 数百万サイクルにわたる再現性のある光学性能
- 溶剤および冷却剤耐性
- 単純な取付け幾何形状をもつコンパクトな外形
ロボット安全のISO 10218コンテキスト、ISO 10110図面、および顧客固有の環境試験プロトコル。
選定データ一覧
| パラメータ | 標準能力 | 備考 |
|---|---|---|
| 切断公差 | 標準±0.02 mm、CNCで±0.01 mm | ダイヤモンドブレードまたはスクライブ＆ブレイク |
| 厚み範囲 | 0.05 - 25 mm | 0.3 mm未満はキャリア治具が必要 |
| エッジ面取り | 0.1 - 0.3 mm x 45度 | エッジ欠けを0.05 mm以下に保持 |
| 平面度 | 633 nmでのλ/4からλ/10 | 溶融石英へのピッチポリシング |
| 平行度 | ≤ 10 arcsec | 両面研磨 |
| 表面粗さ | 研磨面でRa ≤ 1 nm | Ra 0.3 nmまで達成可能 |
| スクラッチ・ディグ | 40-20 から 60-40 | MIL-PRF-13830B / ISO 10110-7 |
| 最小穴 | 0.5 mm ダイヤモンド、0.1 mm 超音波またはレーザー | アスペクト比最大5:1 |
| 試作納期 | 5 - 10 営業日 | 量産は15 - 25日 |
よくある質問
取扱いが問題になるまでどの程度薄くできますか？
約0.5 mmを下回ると、部品は剛体のように振る舞わなくなる。それ以下では、当社はそれらをキャリアまたは犠牲板に実装し、これはコストを追加するが、そうでなければ歩留まりを支配する曲がり、欠け、およびエッジ損傷を防ぐ。
部品とともに材料証明書を提供しますか？
すべての出荷には基板ロット、寸法報告書、および該当する場合はコーティング曲線が同梱される。RoHSまたはREACH宣言、初回納品検査報告書、または完全なトレーサビリティパッケージなどの追加文書は、見積もり時に指定された場合に含めることができる。
試作から量産への最速のルートは何ですか？
図面とアプリケーションを送信し、初回納品をモールド品や鋳造品ではなく機械加工サンプルとして実行する。機械加工サンプルは低コストで公差とコーティングを証明し、同じCNCプログラムがその後、再設計なしで量産にスケールする。