Fenêtres en saphir sont utilisés dans les instruments optiques, les équipements pour semi-conducteurs, les systèmes laser, les récipients sous pression, les capteurs aérospatiaux et d'autres applications où la transparence optique et la résistance mécanique sont toutes deux requises.
Avant l'expédition, une fenêtre en saphir doit être inspectée afin de vérifier que ses dimensions, l'état de sa surface, ses performances optiques et son conditionnement sont conformes au plan et au cahier des charges du client.
Cette inspection va au-delà d'une simple vérification de la transparence de la fenêtre ou de l'absence de fissures visibles. Une fenêtre en saphir peut paraître conforme à l'œil nu tout en présentant des variations d'épaisseur excessives, des défauts de forme de surface, un effet de coin, une non-uniformité du revêtement ou des impuretés microscopiques.
Un processus complet de contrôle qualité peut inclure :
- Vérification du matériau et de l'orientation cristalline
- Inspection visuelle
- Mesure dimensionnelle
- Mesure de l'épaisseur et de la variation totale d'épaisseur
- Contrôle de la qualité de surface
- Contrôle de la planéité et du front d'onde transmis
- Contrôle du parallélisme ou contrôle par cale
- Mesure de la rugosité de surface
- Essais de transmission optique
- Contrôle des revêtements
- Contrôle des arêtes et des chanfreins
- Vérification de la propreté
- Contrôle final de la documentation et de l'emballage
Le plan de contrôle précis dépend de la fonction de la fenêtre en saphir et des tolérances spécifiées par le client.
1. Pourquoi l'inspection avant expédition est-elle importante ?
Le saphir est réputé pour sa grande dureté, sa résistance chimique, sa stabilité thermique et sa résistance mécanique. Cependant, ces avantages intrinsèques du matériau ne garantissent pas automatiquement que la fenêtre finie fonctionnera correctement au sein d'un système optique.
Les procédés de fabrication tels que la découpe de cristal, le meulage, le rodage, le polissage, le nettoyage et le revêtement peuvent entraîner des écarts dimensionnels ou optiques.
Parmi les risques courants, on peut citer :
- Diamètre ou dimensions du contour incorrects
- Variation excessive de l'épaisseur
- Rayures ou piqûres superficielles
- Puces Edge
- Mauvaise planéité de la surface
- Cale excessive
- Rugosité de surface élevée
- Inclusions internes
- Défauts de revêtement
- Contamination par des particules
- Dommages à l'emballage
L'inspection avant expédition a pour but de détecter ces problèmes avant que le produit ne parvienne au client.
Pour les vitres industrielles standard, l'inspection peut se limiter à un examen visuel et à des mesures dimensionnelles de base. Pour les composants de qualité laser ou interférométriques, le processus peut nécessiter l'utilisation d'interféromètres étalonnés, de spectrophotomètres, de profileurs de surface et l'établissement de rapports d'inspection détaillés.
2. Examen des plans et des cahiers des charges
L'inspection doit commencer par l'examen du plan du client, du bon de commande et des spécifications techniques.
L'inspecteur doit vérifier :
- Nuance de matériau
- Orientation du saphir
- Forme de la fenêtre
- Diamètre, longueur et largeur
- Épaisseur et tolérance d'épaisseur
- Ouverture effective
- Exigence relative à la qualité de surface
- Exigence de planéité
- Parallélisme ou exigence de calage
- Rugosité de surface
- Traitement des bords
- Revêtement optique
- Longueur d'onde d'émission
- Norme d'inspection
- Rapports ou certificats requis
Cette étape est importante car certaines spécifications peuvent donner lieu à des interprétations différentes si la méthode de mesure n'est pas clairement définie.
Par exemple, un dessin technique peut spécifier une planéité de λ/4 sans préciser la longueur d'onde d'essai, l'ouverture effective ni si la valeur fait référence à un écart de surface ou à une erreur de front d'onde.
De même, la valeur « rayure-creuse » doit permettre d'identifier le système d'inspection applicable. La norme ISO 10110-7 précise comment les imperfections de surface acceptables sont indiquées au sein d'une zone d'essai définie, notamment les imperfections localisées, les longues rayures et les ébréchures sur les bords.
Les résultats des contrôles doivent toujours être évalués par rapport au plan convenu, et non par rapport à une idée générale de ce qui constitue une “ bonne ” fenêtre en saphir.
3. Inspection visuelle de surface
L'inspection visuelle constitue généralement l'une des premières étapes du contrôle qualité.
La fenêtre en saphir est examinée sous un éclairage contrôlé afin d'identifier les défauts visibles tels que :
- Rayures
- Digs
- Pits
- Fissures
- Chips
- Traces de polissage
- Taches
- Résidu
- Empreintes digitales
- Défauts de revêtement
- Particules étrangères
Les conditions d'inspection peuvent inclure un fond sombre, un éclairage directionnel, un grossissement et une distance d'observation définie.
L'inspecteur doit évaluer l'ensemble de l'ouverture optique, tout en vérifiant si des défauts sont présents à l'intérieur ou à l'extérieur de l'ouverture utile.
Un petit défaut situé près du bord extérieur peut ne pas affecter le trajet optique, tandis qu'un défaut identique situé au centre de l'ouverture effective peut s'avérer inacceptable.
L'inspection visuelle doit également permettre de distinguer la contamination superficielle des dommages irréversibles. Une marque due à des résidus de nettoyage peut disparaître après un nouveau nettoyage, tandis qu'une rayure de polissage reste incrustée dans la surface.
4. Inspection par raclage et creusement
L'inspection par rayure-creusage permet d'évaluer les imperfections superficielles localisées.
Dans la notation optique courante, une spécification telle que 60-40 ou 20-10 indique le niveau de qualité admissible en matière de rayures et d'entailles. Plus les valeurs sont faibles, plus les exigences en matière de qualité de surface sont généralement strictes.
Les niveaux d'application habituels peuvent inclure :
| Niveau « Scratch-Dig » | Application générale |
|---|---|
| 80-50 | Vitrages de protection pour locaux commerciaux |
| 60-40 | Optique industrielle générale |
| 40-20 | Systèmes d'imagerie de précision |
| 20-10 | Laser et optique scientifique |
| 10-5 | Systèmes optiques de haute précision |
Il ne faut pas confondre l'inspection par rayure-creusage avec la mesure de la rugosité de surface.
L'évaluation par rayure-creusage porte sur les imperfections visibles isolées, tandis que l'évaluation de la rugosité porte sur la texture microscopique d'une zone mesurée.
La norme ISO 10110-7 traite de la représentation des imperfections de surface sur les plans optiques, tandis que la norme ISO 14997 décrit des méthodes pratiques d'évaluation de ces imperfections.
Pour les fenêtres en saphir revêtues, le contrôle doit également porter sur les rayures du revêtement, les microperforations, les taches et les défauts d'adhérence localisés.
5. Contrôle dimensionnel
Le contrôle dimensionnel permet de vérifier que la géométrie physique de la fenêtre en saphir correspond au plan.
Parmi les mesures courantes, on peut citer :
- Diamètre extérieur
- Longueur et largeur
- Rayon de courbure
- Diamètre du trou
- Dimensions de la fente
- Dimensions des marches
- Largeur du chanfrein
- Angle de biseau
- Épaisseur
- Épaisseur du bord
- Position des éléments percés ou usinés
En fonction de la tolérance, les inspecteurs peuvent utiliser :
- Pieds à coulisse numériques
- Micromètres externes
- Jauges de hauteur
- Microscopes d'outillage
- Comparateurs optiques
- Machines à mesurer tridimensionnelles
- Systèmes de mesure optique sans contact
La mesure par contact doit être effectuée avec précaution. Bien que le saphir soit très résistant aux rayures, la pression localisée exercée par un outil de mesure peut endommager les bords fins ou les surfaces revêtues.
Pour les composants de précision, les équipements de mesure doivent être étalonnés et adaptés au niveau d'incertitude requis.
6. Mesure de l'épaisseur
L'épaisseur est un paramètre essentiel, car elle influe sur la résistance mécanique, la longueur du chemin optique, l'ajustement lors de l'assemblage et la résistance à la pression.
L'épaisseur peut être mesurée à l'aide :
- Micromètres mécaniques
- Jauges d'épaisseur numériques
- Jauges optiques sans contact
- Systèmes d'épaisseur interférométriques
Les mesures doivent normalement être effectuées à plusieurs endroits plutôt qu'en un seul point.
Dans le cas d'une fenêtre circulaire en saphir, les points à contrôler peuvent inclure :
- Centre
- Quatre points ou plus autour du rayon médian
- Emplacements situés près du bord utile
Ce modèle de mesure permet de déterminer si la fenêtre présente une épaisseur uniforme ou un profil en forme de coin.
La force de mesure doit être contrôlée, en particulier pour les vitres fines. Une force excessive peut déformer la pièce et fausser la mesure.
7. Variation de l'épaisseur totale
La variation d'épaisseur totale, généralement abrégée en TTV, correspond à la différence entre l'épaisseur maximale et l'épaisseur minimale mesurées sur la zone spécifiée.
La TTV peut s'exprimer comme suit :
TTV = Épaisseur maximale − Épaisseur minimale
Un faible TTV est important dans des applications telles que :
- Imagerie optique
- Équipements semi-conducteurs
- Ensembles de capteurs de précision
- Assemblages optiques collés
- Systèmes interférométriques
- Fenêtres nécessitant un parallélisme strict
Une fenêtre en saphir peut respecter la tolérance d'épaisseur nominale tout en ne satisfaisant pas à l'exigence relative au TTV.
Par exemple, même si toutes les mesures se situent dans la plage d'épaisseur totale autorisée, la différence entre un côté et l'autre peut tout de même être trop importante.
La TTV peut être mesurée à l'aide de systèmes de cartographie mécanique, de jauges capacitives ou de méthodes interférométriques optiques, en fonction de la précision requise.
8. Contrôle du diamètre, de la forme et du contour
Pour les fenêtres rondes, l'inspecteur doit vérifier :
- Diamètre nominal
- Tolérance de diamètre
- Rondeur
- Condition aux bords
- Uniformité des chanfreins
Pour les fenêtres rectangulaires ou de forme personnalisée, l'inspection complémentaire peut inclure :
- Longueur et largeur
- Perpendicularité
- Dimensions des côtés parallèles
- Rayon de courbure
- Précision du profil
- Position du trou
Une fenêtre dont les dimensions nominales sont correctes peut néanmoins poser des problèmes de montage si sa circularité laisse à désirer ou si le profil de ses angles n'est pas précis.
Les systèmes de mesure par vision sont utiles pour les formes irrégulières, car ils permettent de comparer le contour mesuré aux données CAO.
9. Contrôle des arêtes et des chanfreins
Le bord d'une fenêtre en saphir revêt une importance mécanique, car les fissures apparaissent souvent au niveau des bords endommagés.
Le contrôle des bords doit permettre d'identifier :
- Chips
- Microfissures
- Angles vifs
- Chanfreins irréguliers
- Traces de meulage
- Fracture localisée
- Polissage des arêtes incomplet
Un chanfrein ou un biseau permet d'éliminer l'arête vive et fragile qui se forme lors de la découpe et du meulage.
L'inspecteur peut vérifier :
- Largeur du chanfrein
- Angle de chanfrein
- Uniformité sur tout le pourtour
- Taille maximale autorisée des copeaux de bord
- Que les copeaux pénètrent ou non dans l'ouverture libre
Les défauts au niveau des bords qui n'affectent pas de manière significative la transmission optique peuvent néanmoins réduire la résistance mécanique. Ce point est particulièrement important pour les fenêtres de pression, les hublots sous vide et les composants installés dans des supports de compression.
10. Contrôle de la planéité de la surface
La planéité décrit le degré de déviation d'une surface optique par rapport à un plan idéal.
Elle peut être exprimée en unités physiques ou en fractions de longueur d'onde, par exemple :
- 1λ
- λ/2
- λ/4
- λ/10
Il convient de préciser la longueur d'onde de référence et l'ouverture de mesure applicables.
La norme ISO 10110-5 définit les règles relatives à l'indication des tolérances de forme de surface sur les plans optiques.
La planéité est généralement mesurée à l'aide d'un interféromètre optique. La surface du saphir est comparée à une surface de référence étalonnée, puis le motif d'interférence obtenu est analysé.
Les interféromètres à déphasage modernes permettent de générer une carte complète de la surface indiquant :
- Écart entre le pic et le creux
- Erreur de surface RMS
- Puissance
- Irrégularité
- Astigmatisme
- Déformation locale de la surface
Le NIST décrit la comparaison interférométrique directe avec un étalon de référence et trois méthodes d'étalonnage par étalons pour la mesure de précision de la planéité.
Le mode de fixation revêt une importance particulière lors de la mesure de fenêtres en saphir de grande taille ou de faible épaisseur. La gravité, le serrage sur les bords ou la pression exercée par le dispositif de fixation peuvent déformer la pièce et altérer la forme de la surface mesurée. Des recherches menées par le NIST ont montré que la déformation induite par la fixation et l'affaissement dû à la gravité peuvent influencer de manière significative les résultats de planéité de précision.
11. Contrôle du parallélisme et des cales
Le parallélisme désigne la relation angulaire entre les surfaces optiques avant et arrière.
Si les deux surfaces ne sont pas parallèles, la fenêtre contient un coin.
Le parallélisme peut être spécifié dans :
- Minutes d'arc
- Secondes d'arc
- milliradians
- microradians
- Variation d'épaisseur
Un coin trop grand peut entraîner :
- Déviation du faisceau
- Décalage de l'image
- Doubles réflexions
- Erreur d'alignement optique
- Longueur de trajet optique inégale
Les méthodes d'inspection comprennent :
- Mesure d'épaisseur en plusieurs points
- Contrôle de l'autocollimateur
- Mesure interférométrique
- Essais de déviation du faisceau laser
Un autocollimateur permet d'observer les réflexions provenant des surfaces avant et arrière. L'écart angulaire entre les images réfléchies peut alors être utilisé pour déterminer la relation entre les surfaces.
Pour les fenêtres laser, il arrive parfois qu’un biseau soit spécifiquement prévu afin d’éviter toute interférence indésirable entre les réflexions. L’inspecteur ne doit donc pas partir du principe que des surfaces parfaitement parallèles sont toujours requises.
12. Inspection par front d'onde transmis
La planéité de surface permet de mesurer la forme d'une surface donnée, tandis que l'analyse des fronts d'onde transmis évalue l'effet optique global de l'ensemble de la fenêtre en saphir.
Une erreur de front d'onde transmis peut résulter :
- Déformation de la surface avant
- Déformation de la face arrière
- Variation d'épaisseur
- Hétérogénéité cristalline
- Cale
- Contrainte résiduelle
- Déformation due au montage
Lors de l'inspection, un faisceau de référence traverse la fenêtre en saphir, et le front d'onde transmis est comparé à un front d'onde de référence.
Ce test est particulièrement important pour :
- Imagerie haute résolution
- Interférométrie
- Transmission du faisceau laser
- Métrologie optique
- Détection de précision
Une fenêtre en saphir peut présenter une planéité de surface acceptable au niveau local, tout en produisant néanmoins une distorsion inacceptable du front d'onde transmis.
Par conséquent, les applications exigeantes peuvent spécifier à la fois la planéité de la surface et l'erreur de front d'onde transmis.
13. Mesure de la rugosité de surface
La rugosité de surface désigne les variations microscopiques qui subsistent après le polissage.
Parmi les paramètres courants, on peut citer :
- Ra
- Rq
- Rugosité RMS
- Hauteur entre le sommet et le creux
Les méthodes de mesure peuvent inclure :
- Profilométrie au stylet
- Microscopie à force atomique
- Interférométrie en lumière blanche
- Interférométrie à balayage de cohérence
- Profilométrie optique
Le NIST définit l'interférométrie à balayage cohérent comme une méthode de mesure de la topographie de surface qui permet de localiser les franges d'interférence au cours d'un balayage du chemin optique.
La rugosité de surface a une incidence sur :
- Diffusion optique
- Résistance aux dommages causés par le laser
- Adhérence du revêtement
- Transmission à courte longueur d'onde
- Contraste de l'image
- Comportement de nettoyage
Une surface qui satisfait aux critères d'inspection « rayures-creux » peut néanmoins présenter une rugosité microscopique excessive.
Pour les applications utilisant les rayons ultraviolets, le laser ou nécessitant une faible diffusion, il peut être nécessaire de mesurer la rugosité séparément, même lorsque la surface semble visuellement parfaite.
14. Essais de transmission optique
Les essais de transmission permettent de vérifier la quantité de lumière qui traverse la fenêtre en saphir sur toute la gamme de longueurs d'onde requise.
Un spectrophotomètre est généralement utilisé pour mesurer la transmission dans les longueurs d'onde allant de l'ultraviolet au visible ou à l'infrarouge, en fonction de la configuration de l'appareil et de la qualité du saphir.
Ce test permet de détecter :
- Réduction de la transmission
- Absorption inattendue
- Performances de revêtement non conformes
- Contamination des matériaux
- Perte optique liée à l'épaisseur
- Non-uniformité spectrale
La transmission doit être mesurée en fonction de la bande de fréquences réellement utilisée.
Une mesure dans le spectre de la lumière visible n'est pas suffisante pour une fenêtre destinée à fonctionner dans le domaine des ultraviolets ou de l'infrarouge.
Pour les vitrages traités, la transmission mesurée correspond à l'effet combiné des facteurs suivants :
- Absorption du saphir
- Réflexion sur la surface
- Performances du revêtement
- Épaisseur de la vitre
- Orientation cristalline
- Angle d'incidence
15. Contrôle du revêtement antireflet
De nombreuses fenêtres en saphir sont dotées de revêtements antireflets destinés à réduire les reflets et à améliorer la transmission.
Le contrôle des revêtements peut porter notamment sur :
- Examen visuel
- Mesure de la transmission spectrale
- Mesure de la réflexion spectrale
- Évaluation de l'uniformité du revêtement
- Essais d'adhérence
- Essais de résistance aux conditions environnementales
Les défauts visuels de revêtement peuvent inclure :
- Sténopés
- Taches
- Inuniformité de la couleur
- Défauts de bord
- Rayures
- Exfoliation
- Couverture nuageuse
- Contamination
La couleur apparente d'un revêtement AR peut varier en fonction de l'angle d'observation et des conditions d'éclairage. Une différence de couleur visible ne signifie pas nécessairement que le revêtement ne respecte pas les spécifications.
La mesure spectrale est plus fiable, car elle évalue directement les performances optiques sur toute la plage de longueurs d'onde spécifiée.
Pour les commandes critiques, le contrôle du revêtement peut être effectué à plusieurs endroits de l'ouverture libre afin de vérifier son uniformité.
16. Vérification de l'orientation cristalline
Le saphir est un matériau monocristallin dont les propriétés optiques et physiques dépendent de son orientation.
Parmi les orientations courantes, on peut citer :
- plan C
- plan A
- Plan R
- plan M
- Orientations hors axe personnalisées
L'orientation peut avoir une incidence sur :
- Birefringence
- Comportement mécanique
- Dilatation thermique
- Caractéristiques d'usinage
- Réponse de polarisation optique
L'orientation des cristaux peut être vérifiée à l'aide des méthodes suivantes :
- Diffraction des rayons X
- diffraction de Laue
- Repères d'orientation
- Dossiers relatifs à la croissance des cristaux des fournisseurs
Pour les vitres de protection d'usage général, l'orientation n'est pas toujours déterminante. En revanche, pour les systèmes optiques polarisés, les équipements à semi-conducteurs et les instruments scientifiques spécialisés, une orientation incorrecte peut nuire aux performances.
La vérification de l'orientation doit donc être effectuée chaque fois qu'elle est indiquée sur le dessin.
17. Contrôle des défauts internes
Bien que le saphir synthétique de haute qualité soit extrêmement transparent, il peut néanmoins présenter des défauts internes.
Parmi les fonctionnalités internes possibles, on peut citer :
- Bulles
- Éléments inclus
- Lignes de croissance
- Centres de couleur
- Brume localisée
- Contrainte interne
- Défauts cristallins
L'inspection peut être effectuée à l'aide :
- Examen à la lumière transmise
- Éclairage en champ sombre
- Inspection par lumière polarisée
- Microscopie optique
- Diffusion laser
- Systèmes d'imagerie
L'inspection par lumière polarisée permet de mettre en évidence des configurations de contraintes internes ou des effets optiques liés à la structure cristalline qui peuvent ne pas être visibles sous un éclairage ordinaire.
Les critères d'acceptation doivent permettre de distinguer les caractéristiques normales du cristal des défauts qui affectent la fonction optique prévue.
18. Biréfringence et contrôle des contraintes
Le saphir présente une biréfringence naturelle due à sa structure cristalline.
Outre sa biréfringence intrinsèque, les contraintes liées à l'usinage, au revêtement ou au montage peuvent entraîner un retard optique supplémentaire.
L'inspection des contraintes peut faire appel à des polariseurs croisés pour mettre en évidence des motifs non uniformes.
Cette inspection concerne tout particulièrement :
- Systèmes optiques sensibles à la polarisation
- Applications laser
- Imagerie de précision
- Assemblages de saphir collés
- Fenêtres soumises à des contraintes mécaniques élevées
Une configuration de contraintes n'indique pas automatiquement une défaillance, mais des contraintes localisées importantes à proximité d'un bord ou d'un point de fixation peuvent laisser présager un risque de fissuration ou de distorsion optique.
19. Propreté et contrôle des particules
Une vitre en saphir conforme aux spécifications techniques peut tout de même être rejetée si elle parvient au client en présentant des traces de poussière, d'huile, d'empreintes digitales ou des résidus d'emballage.
Le nettoyage de fin de séjour peut comprendre :
- Solvants filtrés
- Nettoyage par ultrasons
- Rinçage à l'eau déionisée
- Séchage sans contact
- Nettoyage par essuyage en salle blanche
- Air ionisé
Une fois le nettoyage terminé, il convient de vérifier les points suivants sur la fenêtre :
- Particules
- Fibres
- Filigranes
- Résidus de solvant
- Empreintes digitales
- Contamination par de la colle
- Déchets d'emballage
Le niveau de propreté approprié dépend de l'application.
Les composants semi-conducteurs, pour le vide et laser nécessitent généralement un contrôle des particules plus rigoureux que les housses de protection ordinaires.
Les vitres nettoyées ne doivent être manipulées qu’avec des gants adaptés ou des outils sans contact. Il convient d’éviter tout contact direct avec la surface optique.
20. Essais mécaniques et environnementaux
Certaines fenêtres en saphir nécessitent des essais supplémentaires, au-delà des contrôles dimensionnels et optiques de routine.
Parmi les examens possibles, on peut citer :
- Essais de pression
- Contrôle d'étanchéité sous vide
- Cycles thermiques
- Exposition à la température
- Essais d'humidité
- Choc mécanique
- Essais de vibration
- Essai d'adhérence du revêtement
- Essais de résistance aux produits chimiques
Ces essais sont généralement effectués lorsque la fenêtre en saphir fait partie d'un ensemble complet ou lorsque le client l'exige.
Une fenêtre en saphir montée dans un boîtier métallique peut passer avec succès tous les contrôles optiques, mais être néanmoins jugée non conforme si le joint présente des fuites sous pression ou si l'ensemble subit des contraintes lors des cycles thermiques.
21. Contrôle par échantillonnage et contrôle complet
Toutes les commandes de fabrication n'exigent pas que toutes les dimensions soient mesurées sur chaque pièce.
La stratégie d'inspection peut inclure :
Inspection complète
Chaque fenêtre en saphir est contrôlée afin de vérifier qu'elle respecte les paramètres spécifiés.
On l'utilise généralement pour :
- Petites quantités
- Composants à tolérances serrées
- Fenêtres de qualité laser
- Pièces aérospatiales
- Produits sur mesure haut de gamme
Contrôle par échantillonnage
Un pourcentage ou un nombre déterminé de pièces est contrôlé.
Cela pourrait convenir à :
- Grands lots de production
- Des procédés de fabrication stables
- Tolérances commerciales standard
- Produits récurrents
Certaines anomalies, telles que des fissures importantes ou une contamination due au transport, peuvent néanmoins nécessiter une inspection visuelle selon la norme 100%, même lorsque les dimensions sont contrôlées par échantillonnage.
Le niveau de contrôle convenu doit être consigné avant le début de la production.
22. Équipements d'inspection couramment utilisés
Une installation d'inspection des fenêtres en saphir peut utiliser les équipements suivants :
| Point d'inspection | Équipement type |
| Diamètre et dimensions | Pince de mesure, micromètre, machine à mesurer tridimensionnelle (MMT), système de vision |
| Épaisseur et TTV | Jauge d'épaisseur, micromètre, jauge optique |
| Creuser à la main | Lampe d'inspection, étalon de référence, microscope |
| Planéité | Interféromètre à décalage de phase à surface optique plane |
| Parallélisme | Autocollimateur, interféromètre, système de cartographie d'épaisseur |
| Rugosité de surface | Profilomètre optique, AFM, profilomètre à stylet |
| Transmission | Spectrophotomètre UV-VIS-NIR ou FTIR |
| Performances du revêtement | Spectrophotomètre ou réflectomètre |
| Orientation cristalline | Diffraction des rayons X ou système de Laue |
| Défauts internes | Microscope, système à lumière polarisée |
| Propreté | Lampe d'inspection, microscope, compteur de particules |
| Géométrie des arêtes | Microscope d'outillage, projecteur de profil, système de vision |
L'équipement choisi doit présenter une précision et une résolution suffisantes pour respecter la tolérance spécifiée.
23. Registres d'inspection et documents relatifs à la qualité
Les clients peuvent exiger différents niveaux de qualité pour la documentation.
Parmi les documents courants, on trouve :
Certificat de conformité
Un certificat de conformité atteste que le produit livré est conforme au bon de commande et au plan.
Certificat de conformité des matériaux
Ces informations peuvent permettre d'identifier le type de saphir, l'orientation cristalline, le lot de production et d'autres données pertinentes concernant la matière première.
Rapport d'inspection dimensionnelle
Ce rapport répertorie les valeurs mesurées concernant le diamètre, l'épaisseur, le TTV, le chanfrein et d'autres dimensions.
Rapport d'inspection optique
Cela peut notamment inclure :
- Résultat de l'excavation par grattage
- Carte de planéité
- Résultat du front d'onde transmis
- Parallélisme
- Rugosité de surface
- Courbe de transmission
Rapport sur les revêtements
Un rapport sur le revêtement peut indiquer les valeurs mesurées de transmission ou de réflexion sur la gamme de longueurs d'onde requise.
Registre de traçabilité
Pour les applications réglementées ou exigeant une fiabilité élevée, le fabricant peut consigner les relations entre :
- Lot de matières premières
- Lot de production
- Données d'inspection
- Lot de revêtement
- Étiquette d'emballage
Il convient de vérifier la documentation requise avant la production, car les rapports avancés peuvent entraîner un allongement des délais de test et une augmentation des coûts.
24. Inspection finale de l'emballage
Le contrôle ne s'achève pas lorsque la fenêtre en saphir a passé avec succès les tests optiques.
L'emballage doit protéger la fenêtre pendant le stockage et le transport.
Le contrôle final de l'emballage doit permettre de vérifier :
- Les surfaces optiques sont propres
- Les matériaux de protection n'entrent pas en contact avec les zones revêtues et ne les abrasent pas
- Les fenêtres sont séparées les unes des autres
- Les bords sont protégés
- L'emballage ne contient aucune particule
- Les étiquettes correspondent à l'ordre
- La quantité est correcte
- Les rapports d'inspection sont joints
- L'emballage extérieur est adapté au transport
Parmi les méthodes d'emballage courantes, on peut citer :
- Sacs individuels propres
- Tissu du cristallin
- Plateaux à compartiments en mousse
- Boîtes optiques en plastique
- Emballage propre sous vide
- Cartons de protection à double paroi
Les matériaux d'emballage ne doivent pas libérer de fibres, de plastifiants ou de résidus d'adhésif sur la surface optique.
Pour les fenêtres en saphir traitées ou polies, il convient de réduire au minimum les mouvements à l'intérieur de l'emballage.
25. Causes courantes de refus d'un envoi
Les fenêtres en saphir sont souvent rejetées pour des raisons telles que :
- Dimensions hors tolérance
- Rayures ou entailles excessives
- Puces situées en bordure qui pénètrent dans l'ouverture libre
- Chanfrein incorrect
- TTV élevé
- Mauvaise planéité
- Cale excessive
- Spectre de revêtement incorrect
- Rayures sur le revêtement
- Mauvaise orientation du cristal
- Contamination de surface
- Documentation d'inspection incomplète
- Dommages à l'emballage
Bon nombre de ces problèmes peuvent être évités en vérifiant le plan avant la fabrication et en définissant clairement la méthode d'inspection.
26. Ce que les acheteurs doivent vérifier avant de passer commande
Afin de limiter les litiges liés aux inspections, les acheteurs doivent fournir les informations suivantes :
- Orientation du saphir
- Dimensions hors tout et tolérances
- Épaisseur et TTV
- Ouverture effective
- Exigence relative au creusement par raclage
- Planéité et longueur d'onde de référence
- Parallélisme ou coin
- Rugosité de surface
- Longueur d'onde du revêtement et angle d'incidence
- Exigence en matière de transmission
- Spécifications relatives aux arêtes et aux chanfreins
- Limites relatives aux défauts internes
- Exigences en matière de propreté
- Contrôle par échantillonnage ou contrôle complet
- Certificats et rapports requis
- Exigences en matière d'emballage
Un cahier des charges complet aide le fabricant à choisir, dès le départ, les méthodes de fabrication et de contrôle adaptées.
Conclusion
L'inspection avant expédition des fenêtres en saphir est un processus de contrôle qualité en plusieurs étapes comprenant la vérification des matériaux, la mesure des dimensions, l'évaluation de la surface, les tests optiques, le contrôle de la propreté et l'inspection de l'emballage.
Aucun test ne permet à lui seul de caractériser pleinement la qualité d'une fenêtre en saphir.
L'inspection visuelle permet de détecter les défauts localisés, le contrôle dimensionnel confirme l'ajustement des pièces assemblées, l'interférométrie évalue la forme de la surface, la spectrophotométrie mesure les performances optiques et l'analyse de l'orientation cristalline vérifie l'alignement du matériau.
Le plan d'inspection approprié doit être établi en fonction de l'application concrète, plutôt que d'appliquer la tolérance la plus stricte disponible à chaque fenêtre.
En définissant l'ouverture effective, les normes applicables, les méthodes de mesure et les rapports requis avant la production, les acheteurs et les fabricants peuvent lever toute ambiguïté et s'assurer que les fenêtres en saphir sont livrées prêtes à être intégrées dans des systèmes optiques, à semi-conducteurs, laser, sous vide et à haute pression.