Präzisionsglaskomponenten für Messtechnik-Systeme: Ein Leitfaden für die Beschaffung

Präzisionsmesssysteme basieren nicht nur auf hochmodernen Kameras, Lasern,
Sensoren und Messsoftware. Die im … eingebauten Glaskomponenten
Der optische und der mechanische Weg können die Bildqualität direkt beeinflussen,
Messstabilität, Kalibriergenauigkeit und Langzeitwiederholbarkeit.

Optische Fenster, Referenzplatten, Encoder-Substrate, Kalibrierungsziele
und Sensorabdeckungen mögen mechanisch einfach erscheinen. Allerdings können bereits kleine Abweichungen
hinsichtlich Ebenheit, Parallelität, Dicke, Oberflächenbeschaffenheit oder Materialstabilität
kann zu Messfehlern führen oder die Kalibrierung des Systems erschweren.

Für Beschaffungsingenieure bei der Beschaffung

Präzisionsglaskomponenten für messtechnische Geräte
,
Die Lieferantenbewertung sollte über die Dimensionen und den Stückpreis hinausgehen. Material
Auswahl, Bearbeitung, Polieren, Beschichtung, Prüfung und Verpackung müssen alle
entsprechend der Funktion des fertigen Bauteils geprüft werden.

Warum Präzisionsglas in messtechnischen Geräten zum Einsatz kommt

Glas findet in Messgeräten breite Anwendung, da es optische Eigenschaften vereinen kann
Transparenz, kontrollierte Oberflächengeometrie, chemische Beständigkeit, elektrische Eigenschaften
Isolierung und Verträglichkeit mit strukturierten oder beschichteten Oberflächen.

Je nach System kann ein Präzisionsglasbauteil:

• Einen Mess- oder Beleuchtungsstrahl aussenden
• Schaffung einer stabilen optischen Referenzfläche
• Schützen Sie Kameras, Melder und interne Sensoren
• Kalibrierungsraster oder Referenzmuster unterstützen
• Encoder-Leitungen oder leitfähige Strukturen führen
• Halten Sie die geprüften Teile über eine Durchlichtquelle.
• Die Ausrichtung zwischen optischen und mechanischen Baugruppen aufrechterhalten

Das richtige Glasmaterial und das richtige Herstellungsverfahren hängen vom Verwendungszweck ab
des Bauteils. Ein Schutzfenster und eine optische Referenzplatte können
Sie sehen zwar ähnlich aus, doch ihre entscheidenden Spezifikationen können sehr unterschiedlich sein.

Gängige messtechnische Anwendungen für Präzisionsglaskomponenten

Maßgefertigte Glasteile kommen in einer Vielzahl von Industrie- und Laboranwendungen zum Einsatz
Messsysteme, darunter:

• Laserinterferometer
• Bildverarbeitungsmessgeräte
• Koordinatenmessgeräte
• Optische Komparatoren
• Oberflächenprofilmessgeräte
• Optische Encoder
• Autokollimatoren
• Kalibriervorrichtungen
• Mikroskop-Prüfsysteme
• Halbleiter-Prüfgeräte

1. Optische Fenster für Messsysteme

Optische Fenster werden üblicherweise vor Kameras, Laserempfängern,
Sensoren und Messmodule. Sie schützen empfindliche interne Komponenten
vor Staub, Ölnebel, Kühlmittel, Feuchtigkeit und versehentlichem Kontakt, während gleichzeitig
Licht durch das System hindurchzulassen.

Da das Fenster Teil des Strahlengangs wird, sollte es nicht behandelt werden
als gewöhnliche Schutzhülle. Oberflächenunregelmäßigkeiten, Keilform, innere Spannungen,
Verschmutzungen und der Anpressdruck können die Strahlrichtung oder die Bildqualität beeinträchtigen.

Zu den wichtigen Kaufkriterien können gehören:

• Glasmaterial und -sorte
• Gesamtabmessungen und Dicke
• Lichtspalte
• Oberflächenqualität
• Oberflächenebenheit
• Parallelität oder Keil
• Anforderung an die übertragene Wellenfront
• Betriebswellenlänge
• Umwelteinflüsse
• Einbau- und Dichtungsbedingungen

Wenn Reflexionen am Fenster den Bildkontrast verringern oder stören
Lasermessung, eine wellenlängenspezifische

Antireflexbeschichtung

können hinzugefügt werden. In der Angebotsanfrage sollten die Betriebswellenlänge und der Winkel von
Einfallswinkel und erforderliche Durchlässigkeits- oder Reflexionswerte anstelle von
einfach ein “AR-beschichtetes Fenster” anzufordern.”

2. Optische Flächen und Referenzplatten

Optische Flächen und Referenzplatten bieten kontrollierte Oberflächen zur Überprüfung
Ebenheit, Ausrichtung und Oberflächenform. Sie können bei der Fertigungsprüfung eingesetzt werden,
Überprüfung der Polierqualität, Laborkalibrierung und Maschineneinrichtung.

Bei diesen Bauteilen reicht die Maßgenauigkeit allein nicht aus. Oberflächen
Form und Langzeitstabilität können wichtiger sein als der Außendurchmesser
oder Gesamtlänge.

In den Beschaffungszeichnungen sollte Folgendes eindeutig festgelegt sein:

• Die Arbeitsfläche
• Erforderliche Ebenheit
• Oberflächenqualität
• Oberflächenrauheit, sofern zutreffend
• Referenzwellenlänge
• Beschichtet oder unbeschichtet
• Kantenbearbeitung und Fase
• Prüf- und Meldepflichten

Strenge Anforderungen an die Oberflächenqualität hängen in der Regel von kontrollierten

beidseitiges Schleifen und Polieren
.
Mit diesem Verfahren lassen sich die Dicke und die Dickenschwankungen steuern,
Parallelität und der Zustand der gegenüberliegenden Glasflächen.

3. Glas-Encoder-Scheiben und Substrate für Linearmaßstäbe

Optische Encoder messen Dreh- oder Linearbewegungen mithilfe von strukturiertem Glas
Scheiben oder Skalensubstrate. Diese Bauteile können Linien, Indexmarkierungen,
Raster, reflektierende Spuren, lichtdurchlässige Elemente oder Ausrichtungsmarken.

Die Genauigkeit des fertigen Encoder-Bauteils hängt sowohl vom Muster ab
und das darunterliegende Glassubstrat. Ein präzises Muster kann dies nicht ausgleichen.
übermäßige Verformung des Substrats, Schwankungen in der Dicke oder unzureichende Kontrolle der Bezugsebene.

Bei einer Drehgeber-Scheibe sollten Käufer besonders auf Folgendes achten:

• Außendurchmesser
• Durchmesser der Mittellochbohrung
• Konzentrizität zwischen der Bohrung und der strukturierten Leiterbahn
• Dicke und Dickenschwankungen
• Ebenheit und Parallelität
• Position und Ausrichtung des Musters
• Zeilenbreite und Zeilenabstand
• Kantenabsplitterungen um das Mittelloch herum
• Sauberkeit der Oberfläche

Es können kundenspezifische Konturen, Mittellochbohrungen, Schlitze und Befestigungsvorrichtungen gefertigt werden
durch

CNC-Bearbeitung von Präzisionsglas
Auch bei strukturierten oder vertieften Elementen können Laserbearbeitung und Beschichtung zum Einsatz kommen
oder

Präzisionsglasätzung
abhängig von der Strukturgröße, der Geometrie und der geforderten Genauigkeit.

4. Kalibrierungsziele und strukturierte Glasplatten

Bildverarbeitungssysteme, Mikroskope und kameragestützte Prüfgeräte
Verwenden Sie Kalibrierungsmuster, um Vergrößerung, Verzerrung, Ausrichtung und
Koordinatenbeziehungen.

Zu den gängigen Mustern gehören:

• Rasteranordnungen
• Punktmuster
• Fadenkreuz
• Linienmaße
• Konzentrische Kreise
• Ausrichtungsmarkierungen
• Benutzerdefinierte geometrische Referenzen

In der Angebotsanfrage sollte festgelegt werden, ob sich das Muster auf der Vorder- oder Rückseite befindet
Oberfläche. Diese Unterscheidung ist wichtig, da ein Muster auf der Rückseite
Abstand zwischen der Musterebene und dem zu prüfenden Objekt, der sich auswirken kann auf
Fokussierung oder Parallaxe in manchen Systemen.

Käufer sollten außerdem Folgendes angeben:

• Maße und Toleranzen der Muster
• Position des Musters relativ zu den Bezugspunkten der Platte
• Optische Dichte oder Reflexionsgrad
• Blickrichtung
• Transparente und undurchsichtige Bereiche
• Oberflächenqualität
• Anforderungen an Schutzbeschichtungen
• Kalibrierungs- oder Prüfunterlagen

5. Transparente Tische und Spannplatten

Bei einigen Prüfsystemen werden transparente Glasplatten verwendet, um Teile zu stützen, während
Kameras oder Beleuchtungssysteme werden von unten betrieben.

Typische Beispiele hierfür sind:

• Schritte der optischen Prüfung
• Mikroskop-Objektträger
• Transparente Vakuumplatten
• Ausrichtungstabellen
• Probenhalter
• Vorrichtungen für die optische Prüfung

Diese Bauteile vereinen häufig optische und mechanische Anforderungen. Eine Platte
benötigt möglicherweise eine polierte Sichtfläche sowie Bohrlöcher, Vakuumkanäle,
Schlitze, Aussparungen oder Befestigungsvorrichtungen.

Ein Bauteil kann zwar die Toleranzen für Gesamtlänge und -breite einhalten, dennoch aber dazu führen, dass
Messprobleme, wenn es auf der Halterung wackelt oder sich unter der Klemmkraft verbiegt
oder starke Reflexionen im Abbildungsbereich verursacht. Die Ebenheit, die Auflage
Der Zustand und die Befestigungsart sollten daher gemeinsam überprüft werden.

6. Schutzglas für Sensoren und Detektoren

Kameras, Fotodioden, Laserempfänger und andere Detektormodule erfordern unter Umständen
Schutzglas, um sie vor Verunreinigungen und mechanischen Beschädigungen zu schützen.

Obwohl diese Teile eine Schutzfunktion haben, kann ihr optischer Einfluss dennoch
wichtig. Beschaffungsingenieure sollten Folgendes berücksichtigen:

• Durchlässigkeit bei der Betriebswellenlänge
• Oberflächenreflexion
• Ebenheit und Keil
• Oberflächenqualität
• Haltbarkeit der Beschichtung
• Abdichten und Verkleben von Oberflächen
• Beständigkeit gegenüber Reinigungschemikalien
• Anforderungen an saubere Verpackungen

Auswahl von Glaswerkstoffen für messtechnische Komponenten

Die Materialauswahl sollte sich nach den optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils richten,
mechanische und umweltbezogene Anforderungen. Es gibt kein einziges Material,
für jede messtechnische Anwendung geeignet.

Optisches Glas

Optisches Glas

wird häufig für Fenster, Sensorabdeckungen, Bildgebungskomponenten und
andere Bauteile, bei denen bestimmte optische Eigenschaften erforderlich sind.

Die genaue Güteklasse sollte entsprechend der Betriebswellenlänge gewählt werden,
Brechungsindex, Dispersion, interne Qualität und Umgebungsbedingungen.
In der Zeichnung sollte eine bestimmte Güteklasse angegeben oder die geforderte Anforderung eindeutig genannt werden
optische Eigenschaften.

Quarzglas und Quarzglas

Quarzglas und Quarzglas

können für Interferometerfenster, Komponenten für Lasermessungen,
Bauteile für die Halbleiterprüfung und andere Systeme, die thermische Stabilität erfordern,
breites optisches Durchlassspektrum oder hohe Materialreinheit.

Verschiedene Güteklassen können unterschiedliche spektrale, thermische und materialbezogene Eigenschaften aufweisen
Eigenschaften. Käufer sollten es vermeiden, lediglich “Quarz” anzugeben, wenn die
Die Anwendung hängt von einer bestimmten Übertragungsreichweite oder einer bestimmten Materialeigenschaft ab.

Borosilikatglas

Borosilikatglas

bietet eine praktische Kombination aus Dimensionsstabilität und chemischer
Haltbarkeit und Kosten. Es eignet sich möglicherweise für Inspektionsfenster in der Industrie,
Kalibriersubstrate, Laborvorrichtungen und transparente Objekttische, wenn
Es sind keine besonderen optischen Eigenschaften erforderlich.

Glaskeramik mit geringer Ausdehnung

Glaskeramik-Werkstoffe

kann für Referenzplatten, stabile Träger und messtechnische Strukturen ausgewählt werden
wo durch Temperaturschwankungen verursachte Maßänderungen kontrolliert werden müssen.

Manche Glaskeramikwerkstoffe werden in erster Linie aufgrund ihrer thermischen Stabilität ausgewählt
anstatt optischer Übertragung, daher sollte die Materialfunktion eindeutig
vor der Angebotserstellung festgelegt.

Wichtige Spezifikationen für Glasbauteile in der Messtechnik

Wenden Sie nicht bei jedem Merkmal die engste Toleranz an

Eines der häufigsten Probleme im Beschaffungswesen ist die Anwendung sehr enger Toleranzen
auf alle Dimensionen, ohne zwischen kritischen und nicht kritischen Merkmalen zu unterscheiden.

Dies kann zu einer Zunahme führen:

• Schwierigkeitsgrad der Bearbeitung
• Prüfzeit
• Produktionskosten
• Lieferzeit
• Risiko einer unnötigen Ablehnung

In der Zeichnung sollten die Merkmale gekennzeichnet werden, die sich unmittelbar auf die Messung auswirken,
Ausrichtung, Montage oder Kalibrierung. Weniger kritische Maße können in der Regel
Praktische Fertigungstoleranzen verwenden.

Eine Überprüfung der Fertigungstauglichkeit vor der Angebotserstellung kann dabei helfen, festzustellen, welche
Welche Spezifikationen müssen streng eingehalten werden und welche können angepasst werden, ohne dass
was sich auf die Systemleistung auswirkt.

Typischer Fertigungsprozess

Ein maßgefertigtes Messglasbauteil kann mehrere Fertigungsschritte durchlaufen
Phasen:

1. Prüfung der Zeichnung und des Antrags
2. Auswahl des Glasmaterials
3. Rohteilzuschnitt
4. CNC-Fräsen, Bohren oder Profilieren
5. Schleifen und Läppen
6. Einseitiges oder beidseitiges Polieren
7. Kanten- und Fasenbearbeitung
8. Ätzen, Strukturieren oder Laserbearbeitung
9. Präzisionsreinigung
10. Optische oder funktionale Beschichtung
11. Maß- und optische Prüfung
12. Saubere Schutzverpackung

Die richtige Vorgehensweise hängt vom Material, der Geometrie und der optischen Oberfläche ab.
Anforderungen, Menge und endgültige Betriebsumgebung.

Methoden der Qualitätsprüfung

Die Prüfgeräte sollten entsprechend dem zu ermittelnden Merkmal ausgewählt werden
gemessen. Die Verwendung einer einzigen allgemeinen Messmethode für jedes Merkmal kann dazu führen, dass
unvollständige oder irreführende Ergebnisse.

Maßprüfung

Koordinatenmessgeräte, optische Messsysteme und geeignete
Messgeräte können zur Überprüfung folgender Punkte verwendet werden:

• Gesamtabmessungen
• Loch- und Schlitzpositionen
• Stufenabmessungen
• Beziehungen zwischen Merkmalen
• Geometrische Toleranzen

Interferometrische Prüfung

Interferometrische Verfahren können zur Beurteilung der Oberflächenebenheit und der Oberfläche eingesetzt werden
Form sowie Eigenschaften der übertragenen oder reflektierten Wellenfront.

Optische Mikroskopie

Mithilfe der Mikroskopie lassen sich Kratzer, Absplitterungen, strukturierte Merkmale und Kanten untersuchen
Bedingungen, Partikel und Beschichtungsfehler.

Spektrale Prüfung

Zur Überprüfung der Transmission und Reflexion kann eine Spektralmessung erforderlich sein,
optische Dichte oder Beschichtungsleistung über einen bestimmten Wellenlängenbereich.

Prüfung der Oberflächenrauheit

Die Oberflächenrauheit lässt sich mit einem geeigneten berührenden oder berührungslosen Verfahren bestimmen.
Messverfahren auf der Grundlage des erwarteten Oberflächenzustands und der geforderten
Messbereich.

Häufige Fehler bei der Beschaffung

Nur Länge, Breite und Dicke angeben

Ein Bauteil kann zwar in die Baugruppe passen, im Betrieb jedoch versagen, weil die Ebenheit,
Keil, Oberflächenqualität oder Durchlassgrad wurden nicht definiert.

Verwendung von “Klarglas” als Materialangabe

Die optische Transparenz sagt nichts über den Brechungsindex, den Durchlässigkeitsbereich,
thermisches Verhalten, innere Qualität oder Maßhaltigkeit.

Verwechslung von Ebenheit mit optischer Durchlässigkeit

Die Oberflächenebenheit beschreibt eine einzelne Oberfläche. Ein durchgelassener Strahl kann ebenfalls
durch die zweite Oberfläche, die Materialhomogenität und Schwankungen in der Dicke beeinflusst werden,
Keil- und Befestigungsspannung.

Die Befestigungsart außer Acht lassen

Klemmen, ungleichmäßige Auflagen und aushärtende Klebstoffe können das Bauteil nach dem
Einbau. Die Bauteilzeichnung und die Befestigungskonstruktion sollten überprüft werden
zusammen.

Keine Einigung über eine Prüfmethode

Eine Toleranz ohne vereinbarte Messmethode kann zu Meinungsverschiedenheiten führen
zwischen dem Käufer und dem Lieferanten. Zu den entscheidenden Merkmalen sollte eine
Prüfverfahren und Berichtspflichten.

Freigabe eines Prototyps ohne Überprüfung der Chargenkontrolle

Ein erfolgreicher Prototyp ist noch keine Garantie für eine konsistente Serienfertigung.
Bevor Sie einen Serienauftrag erteilen, überprüfen Sie die Rückverfolgbarkeit der Materialien, die Prozesskontrolle,
Probenahmepläne, Prüfprotokolle und Verpackung.

Was sollte eine Angebotsanfrage für Messglas enthalten?

Eine vollständige Angebotsanfrage hilft dem Lieferanten dabei, die Herstellbarkeit zu bewerten und den
den richtigen Ablauf zu befolgen und ein aussagekräftiges Angebot zu erstellen.

Wenn das Material oder die Toleranz noch nicht endgültig festgelegt ist, geben Sie bitte die
Messprinzip, Betriebsbedingungen und Leistung auf Systemebene
Ziel. Dies ermöglicht es dem Lieferanten, eine praxisgerechte Spezifikation zu empfehlen
anstatt eine unvollständige Zeichnung zu zitieren.

So bewerten Sie einen Anbieter von Präzisionsglas

Beschaffungsingenieure sollten prüfen, ob der Lieferant in der Lage ist:

• Das benötigte Glasmaterial bearbeiten
• Die optischen und mechanischen Anforderungen gemeinsam prüfen
• Unterstützung bei der Prototypenentwicklung vor der Serienfertigung
• Prüfung von Dicke, Ebenheit und Parallelität
• Maschinenbohrungen, Schlitze und unregelmäßige Geometrien
• Gemusterte Elemente erstellen oder koordinieren
• Geeignete optische oder funktionale Beschichtungen auftragen
• Prüfen Sie kritische Maße und Oberflächen
• Messprotokolle vorlegen
• Rückverfolgbarkeit von Material und Prozessen gewährleisten
• Verpacken Sie polierte und beschichtete Oberflächen ordnungsgemäß
• Nicht konforme Komponenten untersuchen

Der stärkste Anbieter ist nicht unbedingt derjenige, der mit den knappsten Lieferfristen wirbt.
Toleranz. Ein zuverlässigerer Lieferant kann erläutern, welche Parameter die
Anwendung, wie die Komponente hergestellt wird und wie die Einhaltung der Vorschriften gewährleistet wird
überprüft werden.