Composants en verre de précision pour les systèmes de métrologie : guide d'achat

Les systèmes de métrologie de précision ne reposent pas uniquement sur des caméras et des lasers de pointe,
capteurs et logiciels de mesure. Les composants en verre installés dans le
le trajet optique et mécanique peut influencer directement la qualité de l'image,
stabilité des mesures, précision de l'étalonnage et répétabilité à long terme.

Fenêtres optiques, plaques de référence, substrats pour codeurs, cibles d'étalonnage
et les capots de capteurs peuvent sembler simples sur le plan mécanique. Cependant, de légères variations
en termes de planéité, de parallélisme, d'épaisseur, d'état de surface ou de stabilité du matériau
peut entraîner des erreurs de mesure ou compliquer l'étalonnage du système.

À l'intention des ingénieurs en achats chargés de l'approvisionnement

composants en verre de précision pour équipements de métrologie
,
L'évaluation des fournisseurs ne doit pas se limiter aux dimensions et au prix unitaire. Matériel
la sélection, l'usinage, le polissage, le revêtement, le contrôle et le conditionnement doivent tous
être examiné en fonction de la fonction du composant fini.

Pourquoi utilise-t-on du verre de précision dans les équipements de métrologie ?

Le verre est largement utilisé dans les appareils de mesure car il permet d'allier les propriétés optiques
transparence, géométrie de surface contrôlée, résistance chimique, propriétés électriques
isolation et compatibilité avec les surfaces structurées ou revêtues.

Selon le système, un composant en verre de précision peut :

• Émettre un faisceau de mesure ou d'éclairage
• Fournir une surface de référence optique stable
• Protéger les caméras, les détecteurs et les capteurs internes
• Grilles d'étalonnage ou motifs de référence
• Comporter des lignes de codage ou des éléments conducteurs
• Placez les pièces inspectées au-dessus d’une source de lumière transmise
• Maintenir l'alignement entre les ensembles optiques et mécaniques

Le choix du matériau et du procédé de fabrication du verre dépend de l'usage auquel il est destiné
du composant. Une fenêtre de protection et une plaque de référence optique peuvent
Ils se ressemblent, mais leurs caractéristiques techniques essentielles peuvent être très différentes.

Applications courantes de la métrologie pour les composants en verre de précision

Les pièces en verre sur mesure sont utilisées dans un large éventail d'applications industrielles et de laboratoire
systèmes de mesure, notamment :

• Interféromètres laser
• Machines de mesure par vision
• Machines de mesure par coordonnées
• Comparateurs optiques
• Appareils de profilage de surface
• Codeurs optiques
• Autocollimateurs
• Dispositifs d'étalonnage
• Systèmes d'inspection au microscope
• Équipements d'inspection des semi-conducteurs

1. Fenêtres optiques pour systèmes de mesure

Les fenêtres optiques sont généralement installées devant les caméras, les récepteurs laser,
capteurs et modules de mesure. Ils protègent les composants internes sensibles
contre la poussière, les brouillards d’huile, les liquides de refroidissement, l’humidité et tout contact accidentel, tout en permettant
la lumière puisse traverser le système.

Comme la fenêtre fait partie du trajet optique, elle ne doit pas être considérée comme
comme simple revêtement de protection. Irrégularités de surface, coin, contraintes internes,
Les salissures et la pression exercée lors du montage peuvent altérer la direction du faisceau ou la qualité de l'image.

Les spécifications d'achat importantes peuvent inclure :

• Matériau et qualité du verre
• Dimensions hors tout et épaisseur
• Ouverture effective
• Qualité de surface
• Planéité de la surface
• Parallélisme ou coin
• Exigence relative au front d'onde transmis
• Longueur d'onde de fonctionnement
• Exposition environnementale
• Conditions de montage et d'étanchéité

Lorsque les reflets provenant de la fenêtre réduisent le contraste de l'image ou gênent
mesure au laser, spécifique à une longueur d'onde

revêtement antireflet

peut être ajoutée. L'appel d'offres doit préciser la longueur d'onde de fonctionnement, l'angle de
l'incidence et les performances requises en matière de transmission ou de réflectance, au lieu de
en demandant simplement une “ vitre à revêtement AR ”.”

2. Plaques optiques planes et plaques de référence

Les plaques optiques planes et les plaques de référence offrent des surfaces contrôlées permettant de vérifier
planéité, alignement et forme de la surface. Ils peuvent être utilisés dans le cadre du contrôle de production,
vérification du polissage, étalonnage en laboratoire et réglage des machines.

Pour ces composants, la précision dimensionnelle ne suffit pas à elle seule. La finition de surface
la forme et la stabilité à long terme peuvent être plus importantes que le diamètre extérieur
ou la longueur totale.

Les plans d'appel d'offres doivent définir clairement :

• La surface de travail
• Planéité requise
• Qualité de surface
• Rugosité de surface, le cas échéant
• Longueur d'onde de référence
• Avec ou sans revêtement
• Finition des arêtes et chanfrein
• Exigences en matière d'inspection et de déclaration

Les exigences strictes en matière de surface dépendent généralement d'un contrôle

rectification et polissage double face
.
Ce procédé peut être utilisé pour contrôler l'épaisseur, les variations d'épaisseur,
le parallélisme et l'état des surfaces de verre opposées.

3. Disques de codeurs en verre et substrats de règles linéaires

Les codeurs optiques mesurent les mouvements rotatifs ou linéaires à l'aide de verre à motifs.
disques ou supports gradués. Ces éléments peuvent comporter des lignes, des repères,
grilles, pistes réfléchissantes, éléments transmissifs ou repères d'alignement.

La précision du composant de codeur fini dépend à la fois du motif
et le substrat en verre sous-jacent. Un motif précis ne peut pas compenser
une déformation excessive du substrat, des variations d'épaisseur ou un contrôle insuffisant des repères.

En ce qui concerne les disques de codeurs rotatifs, les acheteurs doivent prêter une attention particulière aux éléments suivants :

• Diamètre extérieur
• Diamètre du trou central
• Concentricité entre le trou et la piste structurée
• Épaisseur et variation d'épaisseur
• Planéité et parallélisme
• Position et orientation du motif
• Épaisseur et espacement des lignes
• Éclats sur les bords autour du trou central
• Propreté des surfaces

Il est possible de réaliser des contours sur mesure, des trous centraux, des fentes et des éléments de fixation
par le biais de

usinage CNC de précision du verre
Les motifs ou les rainures peuvent également nécessiter un usinage au laser ou un revêtement.
ou

gravure de précision sur verre
en fonction de la taille des éléments, de leur géométrie et du niveau de précision requis.

4. Cibles d'étalonnage et plaques de verre à motifs

Systèmes de mesure par vision, microscopes et équipements d'inspection par caméra
utiliser des cibles d'étalonnage pour vérifier le grossissement, la distorsion, l'alignement et
relations de coordonnées.

Parmi les schémas courants, on peut citer :

• Matrices en grille
• Motifs à pois
• Réticule
• Échelles de ligne
• Cercles concentriques
• Repères d'alignement
• Références géométriques personnalisées

L'appel d'offres doit préciser si le motif se trouve à l'avant ou à l'arrière.
surface. Cette distinction est importante car un motif sur la surface arrière crée
distance entre le plan du motif et l'objet inspecté, ce qui peut avoir une incidence sur
la mise au point ou la parallaxe dans certains systèmes.

Les acheteurs doivent également préciser :

• Dimensions et tolérances des gabarits
• Position du motif par rapport aux repères de la plaque
• Densité optique ou réflectance
• Sens de visionnage
• Zones transparentes et opaques
• Qualité de surface
• Exigences relatives aux revêtements de protection
• Documentation relative à l'étalonnage ou à l'inspection

5. Plateaux transparents et plaques de serrage

Certains systèmes d'inspection utilisent des plaques de verre transparentes pour maintenir les pièces en place pendant que
les caméras ou les systèmes d'éclairage fonctionnent depuis le dessous.

Parmi les exemples typiques, on peut citer :

• Étapes de l'inspection visuelle
• Platines de microscope
• Plaques transparentes sous vide
• Tableaux d'alignement
• Porte-échantillons
• Dispositifs d'inspection optique

Ces composants combinent souvent des exigences optiques et mécaniques. Une plaque
il faudra peut-être prévoir une surface d'observation polie, ainsi que des trous percés, des canaux de vide,
fentes, rainures ou éléments de fixation.

Une pièce peut respecter les tolérances globales de longueur et de largeur tout en provoquant néanmoins
problèmes de mesure si la pièce oscille sur son support ou se déforme sous l'effet de la force de serrage
ou provoque de forts reflets dans la zone d'imagerie. La planéité, le support
Il convient donc d’examiner conjointement l’état et le mode de montage.

6. Verre de protection pour capteurs et détecteurs

Les caméras, les photodiodes, les récepteurs laser et autres modules de détection peuvent nécessiter
un verre de protection pour les isoler de toute contamination et de tout dommage mécanique.

Bien que ces éléments aient une fonction protectrice, leur influence sur la qualité optique peut néanmoins être
important. Les ingénieurs chargés des achats devraient tenir compte des éléments suivants :

• Transmission à la longueur d'onde de fonctionnement
• Réflexion de surface
• Planéité et coin
• Qualité de surface
• Durabilité du revêtement
• Surfaces à étanchéifier et à coller
• Résistance aux produits chimiques de nettoyage
• Exigences en matière d'emballage propre

Choix des matériaux en verre pour les composants métrologiques

Le choix des matériaux doit tenir compte des propriétés optiques et thermiques du composant,
exigences mécaniques et environnementales. Il n'existe pas de matériau unique
adapté à toutes les applications de métrologie.

Verre optique

Verre optique

est couramment utilisé pour les fenêtres, les capots de capteurs, les composants d'imagerie et
d'autres pièces nécessitant des propriétés optiques contrôlées.

Le type de verre doit être choisi en fonction de la longueur d'onde d'utilisation,
indice de réfraction, dispersion, qualité interne et conditions environnementales.
Le dessin doit indiquer une qualité précise ou préciser clairement les exigences requises
propriétés optiques.

Silice fondue et verre de quartz

Silice fondue et verre de quartz

peuvent être envisagées pour les fenêtres d'interféromètres, les composants de mesure laser,
les composants destinés à l'inspection des semi-conducteurs et autres systèmes nécessitant une stabilité thermique,
une large bande passante optique ou une grande pureté du matériau.

Les différentes qualités peuvent présenter des caractéristiques spectrales, thermiques et matérielles différentes
caractéristiques. Les acheteurs devraient éviter de se contenter de préciser “ quartz ” lorsque le
L'application dépend d'une plage de transmission spécifique ou d'une propriété particulière du matériau.

Verre borosilicaté

Verre borosilicaté

offre une combinaison pratique de stabilité dimensionnelle et de résistance chimique
durabilité et coût. Il peut convenir aux hublots d'inspection industriels,
substrats d'étalonnage, dispositifs de laboratoire et platines transparentes lorsque
aucune performance optique spécifique n'est requise.

Vitrocéramique à faible dilatation

Matériaux vitrocéramiques

peuvent être choisis pour servir de plaques de référence, de supports stables et de structures métrologiques
lorsque les variations dimensionnelles dues aux variations de température doivent être maîtrisées.

Certains matériaux vitrocéramiques sont choisis principalement pour leur stabilité thermique
plutôt que par transmission optique, de sorte que la fonction du matériau doit être clairement
définis avant l'établissement du devis.

Spécifications essentielles relatives aux pièces en verre destinées à la métrologie

Ne pas appliquer la tolérance la plus stricte à chaque caractéristique

L'un des problèmes les plus courants en matière d'approvisionnement réside dans l'application de tolérances très strictes
à toutes les dimensions, sans distinguer les caractéristiques critiques des caractéristiques non critiques.

Cela peut entraîner une augmentation :

• Difficulté d'usinage
• Durée de l'inspection
• Coût de production
• Délai de livraison
• Risque de rejet injustifié

Le dessin doit mettre en évidence les éléments qui influent directement sur la mesure,
alignement, montage ou étalonnage. Les cotes moins critiques peuvent généralement
utiliser des tolérances de fabrication réalistes.

Une analyse de la conception en vue de la fabrication, réalisée avant l'établissement du devis, peut permettre de déterminer quels
quelles spécifications doivent rester strictes et lesquelles peuvent être adaptées sans
qui affectent les performances du système.

Processus de fabrication type

Un composant en verre de métrologie sur mesure peut passer par plusieurs étapes de fabrication
étapes :

1. Examen des plans et des demandes
2. Choix du matériau en verre
3. Découpe de pièces brutes
4. Fraisage, perçage ou profilage CNC
5. Meulage et rodage
6. Polissage simple face ou double face
7. Finition des arêtes et des chanfreins
8. Gravure, structuration ou traitement au laser
9. Nettoyage de précision
10. Revêtement optique ou fonctionnel
11. Contrôle dimensionnel et optique
12. Emballage de protection propre

Le parcours approprié dépend du matériau, de la géométrie et de la surface optique.
les exigences, la quantité et l'environnement d'exploitation final.

Méthodes de contrôle qualité

Le matériel d'inspection doit être choisi en fonction de la caractéristique à contrôler.
mesurées. L'utilisation d'une seule méthode de mesure générale pour chaque caractéristique peut donner lieu à
des résultats incomplets ou trompeurs.

Contrôle dimensionnel

Équipements de mesure par coordonnées, systèmes de mesure optique et autres équipements adaptés
Les jauges peuvent servir à vérifier :

• Dimensions hors tout
• Emplacements des trous et des fentes
• Dimensions des marches
• Relations entre les entités
• Tolérances géométriques

Contrôle interférométrique

Les méthodes interférométriques peuvent être utilisées pour évaluer la planéité de surface, la surface
la forme et les caractéristiques des fronts d'onde transmis ou réfléchis.

Microscopie optique

La microscopie permet d'examiner les rayures, les éclats, les motifs et les bords
conditions, particules et défauts de revêtement.

Inspection spectrale

Une mesure spectrale peut s'avérer nécessaire pour vérifier la transmission, la réflexion,
densité optique ou performances du revêtement sur une plage de longueurs d'onde spécifiée.

Contrôle de la rugosité de surface

La rugosité de surface peut être évaluée à l'aide d'un appareil de mesure à contact ou sans contact adapté
méthode de mesure fondée sur l'état de surface prévu et les exigences
plage de mesure.

Erreurs courantes en matière d'achats

Spécification de la longueur, de la largeur et de l'épaisseur uniquement

Une pièce peut s'adapter à l'ensemble mais présenter tout de même un dysfonctionnement en service en raison de sa planéité,
ni la forme en coin, ni la qualité de surface, ni les performances de transmission n'ont été définies.

Utilisation du “ verre transparent ” comme spécification de matériau

La transparence visuelle ne détermine pas l'indice de réfraction, la plage de transmission,
comportement thermique, qualité interne ou stabilité dimensionnelle.

Confondre la planéité et les performances optiques de transmission

La planéité d'une surface caractérise une surface donnée. Un faisceau transmis peut également
être influencé par la deuxième surface, l'homogénéité du matériau, les variations d'épaisseur,
contrainte de coincement et contrainte de fixation.

Ne pas tenir compte de la méthode de montage

Les serre-joints, les supports irréguliers et les adhésifs en phase de durcissement peuvent déformer la pièce après
installation. Il convient de vérifier le schéma des composants et le plan de montage
ensemble.

Impossibilité de s'entendre sur une méthode d'inspection

Une tolérance sans méthode de mesure convenue peut être source de désaccord
entre l'acheteur et le fournisseur. Les caractéristiques essentielles devraient inclure une
méthode d'inspection et obligation de déclaration.

Valider un prototype sans vérifier le contrôle des lots

Un prototype réussi ne garantit pas automatiquement une production régulière.
Avant de passer une commande par lots, vérifiez la traçabilité des matières, le contrôle des processus,
plans d'échantillonnage, registres d'inspection et conditionnement.

Éléments à inclure dans un appel d'offres pour du verre de métrologie

Un appel d'offres complet aide le fournisseur à évaluer la faisabilité de la fabrication et à sélectionner le
suivre la procédure appropriée et établir un devis pertinent.

Lorsque le matériau ou la tolérance n'ont pas encore été définis, indiquer le
principe de mesure, conditions de fonctionnement et performances au niveau du système
objectif. Cela permet au fournisseur de proposer un cahier des charges concret
au lieu de se référer à un dessin incomplet.

Comment évaluer un fournisseur de verre de précision

Les ingénieurs chargés des achats doivent vérifier si le fournisseur est en mesure de :

• Traiter le verre nécessaire
• Passer en revue ensemble les exigences optiques et mécaniques
• Accompagner le développement de prototypes avant la production en série
• Contrôle de l'épaisseur, de la planéité et du parallélisme
• Trous, fentes et géométries irrégulières usinés
• Réaliser ou coordonner des éléments à motifs
• Appliquer des revêtements optiques ou fonctionnels adaptés
• Contrôler les dimensions et les surfaces critiques
• Fournir les relevés de mesure
• Assurer la traçabilité des matériaux et des processus
• Emballer correctement les surfaces polies et revêtues
• Examiner les composants non conformes

Le meilleur fournisseur n'est pas forcément celui qui propose les prix les plus bas.
tolérance. Un fournisseur plus fiable est en mesure d'expliquer quels paramètres influent sur la
l'application, les modalités de fabrication du composant et la manière dont la conformité sera
être vérifié.