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ガラスのレーザー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ガラスのレーザー加工
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
レーザー加工はプロセスに適した図面に報いる。切断エッジは、切断エッジが研磨面の表面品質を決してもたないため、光学面から遠ざける。エッジから少なくとも1材料厚みの穴を設計し、取扱い中に反りまたは割れる狭いウェブを避ける。内角は半径をもつべきである。なぜならレーザーでさえ鋭い頂点に応力集中を残すからである。部品がコーティングされる場合、コーティングを有効口径に制限し、エッジをむき出しに残す。欠けサイズとテーパを明示的に指定する；どちらも記載されていない場合、工場はアプリケーションではなく価格を満たすプロセスを選ぶ。ロボティクスおよび工場オートメーションについては、切断後の熱的または機械的暴露に関する図面の短い注記は、いかなる公差よりも価値がある。なぜならそれによりプロセスを最初から正しく選択できるからである。
一般的な故障モードとその発生形態
レーザー加工の故障はエッジ故障である。熱加工は、部品が熱サイクルまたは機械的に荷重されたときにのみその後に伝播する微小クラックを残し得る—検査ではなく現場で現れる問題。熱影響層は局所強度を低下させ、切断に沿った可視の変色を生じ得る。仕様を超えるテーパはスロットまたはフレームでのフィット問題を引き起こす。切断プロセスからの汚染はコーティングのピンホールまたは接合線欠陥を引き起こす。ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、寸法検査に合格し実使用で失敗する部品は、ほぼ常に熱的に切断され、微小クラックの検査を受けなかった部品であり、これがプロセスを価格表だけでなくサービス環境から選ぶべき理由である。
検査と測定
レーザー加工後の検査はエッジに集中する。なぜならそこがプロセスがその署名を残す場所だからである。欠け、クラック、および変色のための拡大下の目視チェックが最初のステップである；断面または顕微鏡写真は、熱影響層および表面下損傷の不在を確認する。寸法検証は、外形および穴位置に対する光学比較器またはビジョンシステム、およびエッジ粗さとテーパに対するプロフィロメータまたは白色光干渉計を使用する。光学コーティング向けの部品については、清浄度とアウトガスもチェックされる。ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、有用な入荷試験はバッチからのサンプルの曲げまたは熱サイクルである。なぜなら視覚チェックを生き延びたエッジ損傷は通常、応力下でそれ自体を明らかにするからである。
コーティングと成膜の検討事項
切断とコーティングは2つの方向で相互作用する。第一に、レーザー切断エッジはコーティング前に清浄で汚染がない必要がある。なぜなら割れたまたは熱損傷したエッジはチャンバー内でアウトガスし、周囲にコーティング欠陥を生成するからである。第二に、部品が切断前にコーティングされている場合、ほとんどのレーザープロセスは切断線近くのコーティングを損傷させるため、コーティング後切断は一般に、コーティングが切断ゾーンから除去され、その後エッジが洗浄されるプロセスに限定される。ロボティクスおよび工場オートメーションについては、信頼できる順序は、最初に切断し、エッジを仕上げ、洗浄し、その後コーティングすることである—そして図面に、コーティングが光学有効口径のみを覆い、エッジ準備が損なわれないよう切断エッジをむき出しに残すことを明記する。
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 |
|---|---|---|
| 切断方法 | CO2熱加工、超短パルスフィラメンテーション、スクライブ＆ブレイク | 厚みとエッジ仕様で選択 |
| カーフ幅 | 20 - 100マイクロメートル（超短パルス） | CO2は広く、水支援は狭い |
| エッジ品質 | 超短パルスでは微小クラックなし、Ra < 1マイクロメートル | 熱加工法は熱影響層を残す |
| 厚み範囲 | 0.05 - 20 mm | 1 mm未満は超短パルスが推奨 |
| 外形公差 | ±0.05 mm標準、小部品で±0.02 mm | 工具なしの複雑輪郭 |
| エッジ欠け | 超短パルスで≤ 0.02 mm | CO2は後処理が必要 |
| テーパ | 深さ100マイクロメートルあたり< 5マイクロメートル | 超短パルス、低テーパ |
| セットアップコスト | なし - ハード工具不要 | 1個から経済的 |
| 最適な用途 | 薄板ガラス、強化ガラス、複雑輪郭、ウェハ | 穴とスロットの穴あけも可 |
よくある質問
レーザー加工は外形だけでなく穴あけもできますか？
はい。穴、スロット、および内部有効口径はすべて同じパスで生成され、最小実用直径は厚みと選択されたプロセスによって決定される。複雑な内部形状はレーザーを使用する主な理由の1つである。
どの厚み範囲を切断できますか？
約0.05 mmの極薄ガラスから20 mmまでであるが、プロセスは厚みとともに変化する。超短パルス加工は約1 mm未満で推奨され、熱またはハイブリッド方法はより厚い材料でより経済的である。
切断方法を指定する必要がありますか？
結果—欠けサイズ、テーパ、エッジ粗さ、および切断後のサービス条件—を指定し、プロセスをそれから導かせるべきである。要件を記載せずに方法を名指しすることは、多くの場合、正しく測定され現場で失敗するエッジを生成する。