研究室では正しく測定されながら実使用で故障する部品は、ほぼ例外なく製造上の欠陥ではなく認定の不備である。本稿では、ロボティクスおよび工場オートメーション向けにIRフィルタがどのように検査・認定されるか、適用される規格、実際の弱点を明らかにする試験、および出荷時に同梱すべき文書を解説する。
ロボティクスおよび工場オートメーションにおけるIRフィルタ
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。
取扱い・洗浄・包装
二色性表面は、光学機能であると同時に構成部品の最も脆弱な部分である。エッジで取扱い、決して乾拭きせず、承認されたプロセスでのみ洗浄する：中性洗剤、カスケード式脱イオン水リンス、その後アルコールまたは窒素乾燥。指紋は時間の経過とともに硬質酸化物層を蝕き、研磨で除去できない永続的な局所的な透過低下を生じる。保管は粒子のない挿入紙を使用し、2つのコーティング面を決して積み重ねない。コーティングは薄層のスタックであるため、エッジでの機械的衝撃にも敏感であり、そのため面取りが標準である。ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、組立プロセスも同等の注意に値する：アウトガスする接着剤、または収縮して硬化する封止化合物は、どちらも適切に作られた部品のスペクトルをシフトさせ得る。
検査と測定
分光測定はIRフィルタの主要な検査である。350〜1100 nmをカバーする分光光度計は、立ち上がり波長、平均可視透過率、および遮断深さを確認し、指定された角度で測定されるべきである—垂直入射のみで測定された部品は、実使用で失敗しているにもかかわらず合格し得る。スペクトル以外に、カラーフィルタはあらゆる窓と同じ物理的受入基準に直面する：スクラッチ・ディグでの表面品質、エッジ欠け、面取り状態、および清浄度。部品が接合または封止される場合、平面度または透過波面の確認も重要である。ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、初回納品時に測定曲線と密着試験結果を求めることは、コーティング化学の問題が6ヶ月後に現場返品へと発展するのを防ぐものである。
規格・文書・トレーサビリティ
IRフィルタは、光学的、環境的、およびコンプライアンス仕様の混合によって認定される。図面は表面形状と欠陥についてISO 10110に従い、機械的受入れは一般的にMIL-PRF-13830Bスクラッチ・ディグを引用する。環境耐久性は通常、湿潤浸漬、塩水噴霧試験、摩耗試験、および密着テープ試験によって実証され、しばしばMIL-C-48497に対して行われる。材料コンプライアンスはRoHSおよびREACH宣言を通じて文書化される。ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、追加要件は顧客独自の規格—自動車の温度範囲、医療の洗浄体制、または屋外UV暴露—から頻繁にもたらされ、それらを見積もり時に確立する価値がある。なぜなら湿度試験に合格するコーティングでも、特定の洗浄薬品では失敗し得るからである。
一般的な故障モードとその発生形態
ほとんどのIRフィルタ故障は、分光ドリフト、エッジ損傷、または剥離である。湿潤暴露後の分光ドリフトは、コーティングが十分なイオンアシストなしで成膜されたことを意味する；温度サイクル後のドリフトは、基板の膨張を無視した設計を示唆する。剥離はほぼ常に面取りまたは未コーティングのマージンで始まり内側へ広がる。ゴーストやフレア（顧客がしばしば欠陥として報告する）は、通常、未コーティングの第2面がセンサへ反射することによって引き起こされる光学設計の問題である。ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、再現性のある故障は、環境ストレスの後にのみではなく前後に部品を測定することで診断されるべきである。なぜならその単一の比較が、コーティング問題と組立問題を1ステップで分離するからである。
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 | 標準値 | 備考 |
|---|---|---|
| IRカット立ち上がり | 630 - 700 nm | センサ応答にチューニング |
| 可視透過率 | T ≥ 90 %、R ≤ 1 % | 420 - 620 nm平均 |
| NIR遮断 | OD2 - OD4（1 % - 0.01 %） | 700 - 1100 nm |
| エッジ急峻さ | 10 - 30 nmの遷移 | 二色性設計 |
| 入射角 | 0 - 30度指定 | 通過帯域は角度とともに青方シフト |
| 波長公差 | 標準±5 nm、精密±2 nm | 指定AOIで測定 |
| 基板 | B270、D263T、ブルーガラス、サファイア | 吸収型は角度シフトなしでNIRを除去 |
| 厚み | 0.3 - 3 mm | カメラ窓では0.55 - 1.1 mmが標準 |
| 環境 | 湿度、塩水噴霧、摩耗を試験 | MIL-C-48497 / MIL-PRF-13830B |
よくある質問
フィルタは湿度と塩水噴霧試験に合格しますか？
イオンアシスト硬質酸化物コーティングは合格する。すべての出荷には湿度、密着性、摩耗、および塩水噴霧の結果を含めることができ、アプリケーションが要求する場合、部品は定期的にMIL方式の試験方法に対して認定される。
センサ窓またはカバーガラスにラミネートされたフィルタを提供できますか？
はい、0.3 mmまでの薄い基板へのコーティングにより直接ラミネートまたは接合が可能である。コーティング応力と組立の熱サイクルをともに考慮できるよう、接着剤または接合方法を見積もり時に明示する。
波長公差はどの程度厳しくできますか？
±5 nmは日常的なものであり、±2 nmは精密結像部品で達成可能である。それより厳しくすると、通常、測定による部品の選別が必要となり、コストが急増する。