レンズ保護窓がカバーする選択肢は、多くの図面が想定するよりも広範囲に及び、その違いが性能と価格の双方を決める。本稿では、ロボティクスおよび工場オートメーションで利用可能な実用的な選択肢—基板、コーティング工程、厚み、公差—を比較し、各トレードオフが奏功する場合とそうでない場合を示す。
ロボティクスおよび工場オートメーションにおけるレンズ保護窓
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。
コストと納期を左右する要因
コストはガラス面積ではなく、コーティングと基板によって支配される。両面広帯域ARコーティングは、通常、それが載る基板よりも高価である。サファイアは材料ラインを倍増させ仕上げ時間を追加し、内面のIRカットなどの機能的コーティングは別の成膜パスを追加する。サイズは部品がチャンバーの均一ゾーンを超える場合に重要となる；複雑な外形はレーザー切断またはCNCプロファイリングを追加する。ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、実用的なトレードオフは、定期的に交換される安価なコーティングフロートガラスと、製品の寿命まで持続する高価なサファイア窓の間にある—正解は、窓がサービス可能なアイテムか密閉部品かに完全に依存する。
基板と材料の選定
基板の選択は暴露に従う。B270と超透明フロートガラスは、屋内機器および保護された屋外設置に十分である。ホウケイ酸ガラスは、日光または熱にさらされる部品に熱安定性を追加する。サファイアは、表面が触れられる、引きずられる、または摩耗する場合の選択であり、より遠くまで赤外を透過するが、数倍高価で仕上げが難しい。石英はスペクトル帯域が紫外線に達する場所に現れる。厚みは光学的结果を伴う機械的決定である：厚い窓は衝撃とシール圧力に優しく耐えるが、質量、コスト、および熱慣性を追加し、明るい光学系では焦点をシフトさせ得る。ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、最も一般的な仕様誤りは、部品が摩耗にさらされる場所でフロートガラスを使用することであり、最も一般的なコスト誤りは、何も触れない場所でサファイアを使用することである。
代替手段との比較
代替には、無コーティング窓、エッチングされた防眩表面、成形ポリマー窓、および単にレンズを機械的なカバーの後ろに露出させておくことが含まれる。無コーティングガラスは安価で光の約8%を失う；エッチングガラスは透過率を犠牲にしてグレアを散乱させる；ポリマー窓は軽く耐衝撃性があるが容易に傷つき、硬質酸化物コーティングを受けられない。レンズをむき出しにしておくことは、密閉され清潔で保護された筐体でのみ実行可能である。ロボティクスおよび工場オートメーションを支配する露出した結像システムについては、コーティングされたガラスまたはサファイア窓が、透過率を保持し、環境に耐え、同時に機能的コーティングを担える唯一の選択肢であり続ける。
コーティングと成膜の検討事項
標準的なコーティングは、可視のみではなくセンサ帯域にチューニングされた、両面の広帯域反射防止層である。その詳細は見た目以上に重要である：850 nm照明器の前の窓の可視専用ARコーティングは、照明をシステム内へ反射しフレアを生じる。ARに加えて、機能層が通常追加される—摩耗用の硬質外層、雨水と指紋がにじむのではなく流れる撥水・撥油性最外層、およびホコリの付着を減らすための帯電防止層（場合による）。多くの保護窓は内面にも機能的コーティング、最も一般的にはIRカットを担い、1つの部品で2つの役割を果たす。ロボティクスおよび工場オートメーションにおいて、最良の現場信頼性を与える組み合わせは通常、サファイアまたは硬質コーティングされたホウケイ酸ガラス基板での両面ARに撥水性トップコートを加えたものである。
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 |
|---|---|---|
| 透過率 | 両面ARでT ≥ 98 % | センサ帯域ごと |
| 基板 | B270、ホウケイ酸ガラス、サファイア、石英 | 磨耗環境にはサファイア |
| 厚み | 0.3 - 5 mm | カメラ窓では0.5 - 1.1 mmが標準 |
| ヘイズ | ≤ 0.2 %、通常≤ 0.05 % | 結像に重要 |
| 硬度 | 9H鉛筆、0000スチールウール合格 | 硬質酸化物またはサファイア |
| 水接触角 | >= 100度（撥水性層付き） | 雨水および指紋の除去 |
| 環境 | 塩水噴霧、85/85湿度、UV、-40から+105°C | 暴露に応じてグレード |
| 外形公差 | ±0.05 mm、レーザー切断形状可 | 面取り0.1 - 0.3 mm |
| オプション | IRカットまたはバンドパス機能を統合 | 1つの窓、2つの役割 |
よくある質問
水接触角はどの程度にすべきですか？
優れた撥水性層では100度以上であり、これにより雨や指紋がにじむのではなく流れる。その層は磨耗環境では消耗品であり、通常は耐摩耗性要件とともに指定される。
窓の曇りを止めるにはどうすればよいですか？
撥水・撥油性のトップコートは水の保持と指紋のにじみを減らす。密閉されたアセンブリについては、コーティング単独に頼るのではなく、空洞を乾燥窒素で満たし露点を制御することを考慮する。
機能的コーティングはどの面に付けるべきですか？
機能的コーティングは保護される内面に属する。表裏の逆転は一般的な初回納品エラーであるため、図面はどの面がセンサに向き、どの面が環境に向くかを明示的に記述すべきである。