Saffier ramen worden gebruikt in optische instrumenten, halfgeleiderapparatuur, lasersystemen, drukvaten, sensoren voor de lucht- en ruimtevaart en andere toepassingen waarbij zowel optische transparantie als mechanische duurzaamheid vereist zijn.
Vóór verzending moet een saffiervenster worden gecontroleerd om na te gaan of de afmetingen, de toestand van het oppervlak, de optische prestaties en de verpakking voldoen aan de tekening en de inkoopspecificatie van de klant.
Deze inspectie is complexer dan alleen maar controleren of het venster transparant is of geen zichtbare scheuren vertoont. Een saffiervenster kan er met het blote oog in orde uitzien, terwijl het toch te maken heeft met te grote diktevariaties, afwijkingen in de oppervlaktevorm, wigvorming, ongelijkmatige coating of microscopische verontreiniging.
Een volledig kwaliteitscontroleproces kan het volgende omvatten:
- Controle van het materiaal en de kristaloriëntatie
- Visuele inspectie
- Afmetingen meten
- Meting van de dikte en de totale diktevariatie
- Controle van de oppervlaktekwaliteit
- Controle van de vlakheid en van het doorgelaten golffront
- Parallelisme- of wigcontrole
- Meting van de oppervlakteruwheid
- Testen van optische transmissie
- Inspectie van de coating
- Inspectie van randen en afschuiningen
- Controle op de netheid
- Eindcontrole van de documentatie en de verpakking
Het precieze inspectieplan hangt af van de functie van het saffiervenster en de door de klant opgegeven toleranties.
1. Waarom inspectie vóór verzending belangrijk is
Saffier staat bekend om zijn hoge hardheid, chemische bestendigheid, thermische stabiliteit en mechanische sterkte. Deze materiaaleigenschappen garanderen echter niet automatisch dat een afgewerkt venster naar behoren zal functioneren in een optisch systeem.
Productieprocessen zoals het snijden van kristal, slijpen, lappen, polijsten, reinigen en coaten kunnen leiden tot afwijkingen in afmetingen of optische eigenschappen.
Typische risico’s zijn onder meer:
- Onjuiste diameter of omtrekafmetingen
- Te grote variatie in dikte
- Krasjes of putjes op het oppervlak
- Edge-chips
- Slechte vlakheid van het oppervlak
- Te grote wig
- Hoge oppervlakteruwheid
- Interne insluitsels
- Afwerkingsfouten
- Deeltjesverontreiniging
- Schade aan de verpakking
De inspectie vóór verzending is bedoeld om deze problemen op te sporen voordat het product bij de klant aankomt.
Bij standaard industriële ramen kan de inspectie bestaan uit een visueel onderzoek en eenvoudige maatmetingen. Voor componenten van laserkwaliteit of interferometrische componenten kan het proces gekalibreerde interferometers, spectrofotometers, oppervlakteprofilometers en gedetailleerde inspectierapporten vereisen.
2. Beoordeling van tekeningen en specificaties
De inspectie moet beginnen met een beoordeling van de tekening, de inkooporder en de technische specificaties van de klant.
De inspecteur dient het volgende te controleren:
- Materiaalkwaliteit
- Saffieroriëntatie
- Vorm van het raam
- Diameter, lengte en breedte
- Dikte en diktetolerantie
- Vrije opening
- Eis inzake oppervlaktekwaliteit
- Eis inzake vlakheid
- Parallelisme of wigvereiste
- Oppervlakteruwheid
- Randafwerking
- Optische coating
- Zendgolflengte
- Inspectienorm
- Vereiste rapporten of certificaten
Deze stap is belangrijk omdat bepaalde specificaties op verschillende manieren kunnen worden geïnterpreteerd, tenzij de meetmethode duidelijk is vastgelegd.
Zo kan in een tekening bijvoorbeeld een vlakheid van λ/4 worden gespecificeerd zonder dat de testgolflengte, de vrije opening of de vraag of de waarde betrekking heeft op oppervlakteafwijking of golffrontfout wordt vermeld.
Evenzo moet een kras- en groefwaarde het toepasselijke inspectiesysteem aangeven. ISO 10110-7 beschrijft hoe aanvaardbare oppervlakteafwijkingen binnen een gedefinieerd testgebied worden aangegeven, waaronder plaatselijke afwijkingen, lange krassen en afgebroken randen.
Inspectieresultaten moeten altijd worden beoordeeld aan de hand van de overeengekomen tekening, en niet op basis van een algemeen idee van wat een “goed” saffiervenster is.
3. Visuele inspectie van het oppervlak
Een visuele inspectie is doorgaans een van de eerste stappen in het kwaliteitscontroleproces.
Het saffiervenster wordt onder gecontroleerde lichtomstandigheden onderzocht om zichtbare gebreken op te sporen, zoals:
- Krassen
- Vindplaatsen
- Pits
- Scheuren
- Chips
- Polijstsporen
- Vlekken
- Residu
- Vingerafdrukken
- Afwerkingsfoutjes
- Vreemde deeltjes
Inspectieomstandigheden kunnen onder meer bestaan uit een donkere achtergrond, gerichte verlichting, vergroting en een vastgestelde kijkafstand.
De inspecteur dient de gehele optische opening te beoordelen en daarbij ook te controleren of er zich defecten binnen of buiten de functionele vrije opening bevinden.
Een klein defect aan de buitenrand hoeft het optische pad niet te beïnvloeden, terwijl hetzelfde defect in het midden van de vrije opening onaanvaardbaar kan zijn.
Bij een visuele inspectie moet ook onderscheid worden gemaakt tussen oppervlakteverontreiniging en blijvende schade. Een vlek die is veroorzaakt door reinigingsresten kan na een nieuwe reinigingsbeurt verdwijnen, terwijl een polijstkras een blijvend onderdeel van het oppervlak blijft.
4. Inspectie door middel van krassen en graven
Bij een kras- en graafinspectie worden plaatselijke oppervlakteafwijkingen beoordeeld.
In de gangbare optische notatie geeft een specificatie zoals 60-40 of 20-10 het toegestane kwaliteitsniveau voor krassen en groeven aan. Lagere waarden duiden over het algemeen op strengere eisen aan de oppervlaktekwaliteit.
Typische toepassingsgebieden zijn onder meer:
| Kras-graafniveau | Algemene toepassing |
|---|---|
| 80-50 | Commerciële veiligheidsramen |
| 60-40 | Algemene industriële optica |
| 40-20 | Precisiebeeldvormingssystemen |
| 20-10 | Laser- en wetenschappelijke optica |
| 10-5 | Zeer nauwkeurige optische systemen |
Inspectie door middel van krasproeven mag niet worden verward met het meten van de oppervlakteruwheid.
Bij ‘kras-graaf’ worden afzonderlijke zichtbare onvolkomenheden beoordeeld, terwijl bij ‘ruwheid’ de microscopische textuur over een gemeten oppervlakte wordt beoordeeld.
ISO 10110-7 heeft betrekking op de aanduiding van oppervlakteafwijkingen op optische tekeningen, terwijl ISO 14997 praktische methoden beschrijft voor het beoordelen van dergelijke afwijkingen.
Bij gecoate saffiervensters moet de inspectie ook betrekking hebben op krassen in de coating, gaatjes, vlekken en plaatselijke hechtingsfouten.
5. Maatcontrole
Bij de maatcontrole wordt gecontroleerd of de fysieke vorm van het saffiervenster overeenkomt met de tekening.
Veelgebruikte afmetingen zijn onder meer:
- Buitendiameter
- Lengte en breedte
- Hoekradius
- Diameter van het gat
- Afmetingen van de sleuf
- Afmetingen van de treden
- Afschuiningbreedte
- Afschuiningshoek
- Dikte
- Randdikte
- Positie van geboorde of bewerkte elementen
Afhankelijk van de tolerantie kunnen inspecteurs gebruikmaken van:
- Digitale schuifmaten
- Externe micrometers
- Hoogtemeters
- Gereedschapsmicroscopen
- Optische vergelijkingsinstrumenten
- Coördinatenmeetmachines
- Contactloze visuele meetsystemen
Contactmetingen moeten zorgvuldig worden uitgevoerd. Hoewel saffier zeer krasbestendig is, kan plaatselijke druk van een meetinstrument dunne randen of gecoate oppervlakken beschadigen.
Voor precisiecomponenten moet de meetapparatuur gekalibreerd zijn en geschikt zijn voor de vereiste onzekerheid.
6. Diktemeting
De dikte is een cruciale parameter, omdat deze van invloed is op de mechanische sterkte, de optische weglengte, de pasvorm bij de montage en de drukbestendigheid.
De dikte kan worden gemeten met behulp van:
- Mechanische micrometers
- Digitale diktemeters
- Optische meetinstrumenten zonder contact
- Interferometrische diktemeters
Metingen moeten normaal gesproken op verschillende plaatsen worden uitgevoerd, in plaats van op slechts één punt.
Bij een rond saffiervenster kunnen de inspectiepunten onder meer het volgende omvatten:
- Midden
- Vier of meer punten rond de middelste straal
- Plaatsen in de buurt van de bruikbare rand
Aan de hand van dit meetpatroon kan worden vastgesteld of het raam een gelijkmatige dikte heeft of een wigvormig profiel.
De meetkracht moet worden geregeld, met name bij dunne ruiten. Te veel kracht kan het onderdeel vervormen en tot een onnauwkeurige meting leiden.
7. Totale diktevariatie
De totale dikteschommeling, gewoonlijk afgekort als TTV, is het verschil tussen de maximale en minimale gemeten dikte binnen het gespecificeerde gebied.
TTV kan als volgt worden uitgedrukt:
TTV = maximale dikte − minimale dikte
Een lage TTV is belangrijk bij toepassingen zoals:
- Optische beeldvorming
- Halfgeleiderapparatuur
- Precisie-sensorassemblages
- Verlijmde optische stapels
- Interferometrische systemen
- Windows-toepassingen die strikte parallelliteit vereisen
Een saffiervenster kan weliswaar aan de nominale diktetolerantie voldoen, maar toch niet aan de TTV-eis voldoen.
Zo kan het bijvoorbeeld zijn dat alle metingen binnen het toegestane totale diktebereik vallen, maar dat het verschil tussen de ene en de andere kant toch te groot is.
De TTV kan worden gemeten met behulp van mechanische karteringssystemen, capacitieve meetinstrumenten of optische interferometrische methoden, afhankelijk van de vereiste nauwkeurigheid.
8. Controle van diameter, vorm en omtrek
Bij ronde ramen moet de inspecteur het volgende controleren:
- Nominale diameter
- Diametertolerantie
- Rondheid
- Randvoorwaarde
- Consistentie van de afschuining
Bij rechthoekige of op maat gemaakte ramen kan de aanvullende inspectie het volgende omvatten:
- Lengte en breedte
- Rechthoekigheid
- Afmetingen van de parallelle zijden
- Hoekradius
- Nauwkeurigheid van het profiel
- Positie van het gat
Een raam met de juiste nominale afmetingen kan toch montageproblemen opleveren als het een slechte rondheid of een onnauwkeurig hoekprofiel heeft.
Beeldverwerkingssystemen zijn handig bij onregelmatige vormen, omdat ze de gemeten omtrek kunnen vergelijken met CAD-gegevens.
9. Controle van randen en afschuiningen
De rand van een saffiervenster is van mechanisch belang, omdat scheuren vaak ontstaan aan beschadigde randen.
Bij randinspectie moet het volgende worden vastgesteld:
- Chips
- Microscheurtjes
- Scherpe hoeken
- Ongelijkmatige afschuiningen
- Slijpsporen
- Gelokaliseerde breuk
- Onvolledige randafwerking
Een afschuining of schuine kant helpt bij het verwijderen van de kwetsbare scherpe rand die tijdens het snijden en slijpen ontstaat.
De inspecteur kan het volgende controleren:
- Afschuiningbreedte
- Afschuiningshoek
- Uniformiteit langs de omtrek
- Maximaal toegestane grootte van randafbraak
- Of de chips de vrije opening binnengaan
Randdefecten die de optische doorlaatbaarheid niet noemenswaardig beïnvloeden, kunnen toch de mechanische sterkte verminderen. Dit is met name van belang voor drukvensters, vacuümkijkvensters en onderdelen die in drukbevestigingen zijn gemonteerd.
10. Controle van de vlakheid van het oppervlak
Vlakheid geeft aan in hoeverre een optisch oppervlak afwijkt van een ideaal vlak.
Dit kan worden uitgedrukt in fysieke eenheden of in fracties van een golflengte, zoals:
- 1λ
- λ/2
- λ/4
- λ/10
De toepasselijke referentiegolflengte en meetopening moeten worden vermeld.
ISO 10110-5 bevat voorschriften voor het aangeven van toleranties voor oppervlaktevormen op optische tekeningen.
De vlakheid wordt doorgaans gemeten met een optische interferometer. Het saffieroppervlak wordt vergeleken met een gekalibreerd referentieoppervlak, waarna het resulterende interferentiepatroon wordt geanalyseerd.
Moderne faseverschuivingsinterferometers kunnen een volledige oppervlaktekaart genereren waarop het volgende te zien is:
- Afwijking tussen piek en dal
- RMS-oppervlaktefout
- Vermogen
- Onregelmatigheid
- Astigmatisme
- Lokale vervorming van het oppervlak
Het NIST beschrijft een directe interferometrische vergelijking met een referentieplaat en drie kalibratiemethoden met vlakke platen voor het nauwkeurig meten van vlakheid.
De bevestigingsmethode is met name van belang bij het meten van grote of dunne saffiervensters. Zwaartekracht, randklemmen of druk van de opspanning kunnen het onderdeel vervormen en de gemeten oppervlaktevorm beïnvloeden. Uit onderzoek van het NIST is gebleken dat door de bevestiging veroorzaakte vervorming en door zwaartekracht veroorzaakte doorbuiging de meetresultaten voor vlakheid aanzienlijk kunnen beïnvloeden.
11. Controle van de parallelliteit en de wig
Parallelisme beschrijft de hoekverhouding tussen de voorste en achterste optische oppervlakken.
Als de twee vlakken niet evenwijdig zijn, bevat het venster een wig.
Parallelisme kan worden gespecificeerd in:
- Boogminuten
- Boogseconden
- milliradianen
- Microradialen
- Dikteschommelingen
Een te grote wig kan leiden tot:
- Balkafwijking
- Beeldverschuiving
- Dubbele reflecties
- Optische uitlijningsfout
- Ongelijke optische weglengte
Tot de inspectiemethoden behoren:
- Diktemeting op meerdere punten
- Testen met een autocollimator
- Interferometrische meting
- Testen van de afwijking van de laserstraal
Met een autocollimator kunnen reflecties van het voor- en achteroppervlak worden waargenomen. Aan de hand van de hoekafstand tussen de gereflecteerde beelden kan vervolgens de onderlinge positie van de oppervlakken worden bepaald.
Bij laservensters kan soms bewust een wigvormige afwijking worden voorgeschreven om ongewenste interferentie tussen reflecties te voorkomen. De inspecteur mag er daarom niet van uitgaan dat volkomen parallelle oppervlakken altijd vereist zijn.
12. Inspectie van doorgelaten golffronten
De vlakheid van het oppervlak geeft de vorm van een afzonderlijk oppervlak weer, maar bij het testen van doorgelaten golffronten wordt het gecombineerde optische effect van het gehele saffiervenster beoordeeld.
Een fout in het doorgestuurde golffront kan het gevolg zijn van:
- Vervorming van het voorvlak
- Vervorming van het achteroppervlak
- Dikteschommelingen
- Kristalinhomogeniteit
- Wig
- Restspanning
- Toenemende vervorming
Tijdens de inspectie gaat een referentiestraal door het saffiervenster, waarna het doorgelaten golffront wordt vergeleken met een referentiegolffront.
Deze test is met name belangrijk voor:
- Beeldvorming met hoge resolutie
- Interferometrie
- Laserstraaloverdracht
- Optische metrologie
- Nauwkeurige detectie
Een saffiervenster kan een aanvaardbare vlakheid van het oppervlak hebben, maar toch een onaanvaardbare vervorming van het doorgelaten golffront veroorzaken.
Daarom kan in veeleisende toepassingen zowel de vlakheid van het oppervlak als de fout in het doorgelaten golffront worden gespecificeerd.
13. Meting van de oppervlakteruwheid
Oppervlakteruwheid beschrijft de microscopische variaties die na het polijsten overblijven.
Veelvoorkomende parameters zijn onder meer:
- Ra
- Rq
- RMS-ruwheid
- Hoogteverschil tussen piek en dal
Meetmethoden kunnen onder meer het volgende omvatten:
- Stylusprofilometrie
- Atoomkrachtmicroscopie
- Interferometrie met wit licht
- Coherentiescan-interferometrie
- Optische profilometrie
Het NIST definieert coherentiescan-interferometrie als een meetmethode voor oppervlaktetopografie waarbij interferentieranden worden gelokaliseerd tijdens een scan van het optische pad.
Oppervlakteruwheid heeft invloed op:
- Optische verstrooiing
- Weerstand tegen laserschade
- Hechting van de coating
- Transmissie bij korte golflengten
- Beeldcontrast
- Reinigingsgedrag
Een oppervlak dat de kras- en groefinspectie doorstaat, kan nog steeds een te grote microscopische ruwheid vertonen.
Bij toepassingen met ultravioletlicht, laserstraling of waarbij een lage verstrooiing vereist is, kan het nodig zijn de ruwheid apart te meten, zelfs als het oppervlak er visueel perfect uitziet.
14. Testen van optische transmissie
Bij transmissietests wordt nagegaan hoeveel licht er door het saffiervenster heen gaat binnen het vereiste golflengtebereik.
Een spectrofotometer wordt doorgaans gebruikt om de doorlaatbaarheid te meten van ultraviolette tot zichtbare of infrarode golflengten, afhankelijk van de configuratie van de apparatuur en de kwaliteit van het saffier.
De test kan het volgende vaststellen:
- Verminderde overdracht
- Onverwachte absorptie
- Onjuiste prestaties van de coating
- Verontreiniging van het materiaal
- Optisch verlies als gevolg van de dikte
- Spectrale ongelijkmatigheid
De transmissie moet worden gemeten op basis van de daadwerkelijke toepassingsbandbreedte.
Een meting bij zichtbaar licht volstaat niet voor een venster dat bedoeld is voor gebruik bij ultraviolette of infrarode straling.
Bij ramen met een coating geeft de gemeten doorlaatbaarheid het gecombineerde effect weer van:
- Absorptie door saffier
- Oppervlakte reflectie
- Prestaties van de coating
- Dikte van het raam
- Kristaloriëntatie
- Invalhoek
15. Controle van de antireflectiecoating
Veel saffiervensters worden geleverd met antireflectiecoatings om reflectie te verminderen en de lichtdoorlatendheid te verbeteren.
Een coatinginspectie kan het volgende omvatten:
- Visuele inspectie
- Spectrale transmissiemeting
- Spectrale reflectiemeting
- Beoordeling van de uniformiteit van de coating
- Hechtheidstesten
- Tests op milieuduurzaamheid
Zichtbare afwerkingsfouten kunnen onder meer zijn:
- Pinholes
- Vlekken
- Kleurvariaties
- Randafwijkingen
- Krassen
- Peeling
- Bewolking
- Verontreiniging
De waargenomen kleur van een AR-coating kan variëren afhankelijk van de kijkhoek en de lichtomstandigheden. Een zichtbaar kleurverschil betekent niet altijd dat de coating buiten de specificaties valt.
Spectrale metingen zijn betrouwbaarder omdat ze de optische prestaties over het opgegeven golflengtebereik rechtstreeks beoordelen.
Bij kritische bestellingen kan de coating op verschillende plaatsen binnen de vrije opening worden gecontroleerd om de uniformiteit te waarborgen.
16. Controle van de kristaloriëntatie
Saffier is een materiaal dat uit één kristal bestaat en waarvan de optische en fysische eigenschappen afhankelijk zijn van de oriëntatie.
Veelvoorkomende oriëntaties zijn onder meer:
- C-vlak
- A-vlak
- R-vlak
- M-vlak
- Aangepaste oriëntaties buiten de as
De oriëntatie kan van invloed zijn op:
- Birefringentie
- Mechanisch gedrag
- Thermische uitzetting
- Bewerkingseigenschappen
- Optische polarisatierespons
De kristaloriëntatie kan worden gecontroleerd met behulp van:
- Röntgendiffractie
- Laue-diffractie
- Oriëntatiemarkeringen
- Gegevens over kristalgroei van leveranciers
Bij gewone beschermingsruiten is de oriëntatie niet altijd van cruciaal belang. Bij gepolariseerde optische systemen, halfgeleiderapparatuur en gespecialiseerde wetenschappelijke instrumenten kan een onjuiste oriëntatie de prestaties beïnvloeden.
De controle van de uitlijning moet daarom worden uitgevoerd telkens wanneer dit op de tekening is aangegeven.
17. Inspectie op interne gebreken
Hoewel synthetisch saffier van hoge kwaliteit zeer transparant is, kunnen er toch interne onvolkomenheden voorkomen.
Mogelijke interne functies zijn onder meer:
- Bubbels
- Toevoegingen
- Groeilijnen
- Kleurcentra
- Plaatselijke nevel
- Interne spanning
- Kristaldefecten
De inspectie kan worden uitgevoerd met behulp van:
- Onderzoek bij doorvallend licht
- Donkerveldverlichting
- Inspectie met gepolariseerd licht
- Optische microscopie
- Laserverstrooiing
- Beeldvormingssystemen
Met behulp van inspectie met gepolariseerd licht kunnen interne spanningspatronen of kristalgerelateerde optische effecten aan het licht worden gebracht die onder gewone verlichting mogelijk niet zichtbaar zijn.
De acceptatiecriteria moeten onderscheid maken tussen normale kristalkenmerken en defecten die de beoogde optische functie beïnvloeden.
18. Dubbele breking en spanningsinspectie
Saffier is van nature dubbelbrekend vanwege zijn kristalstructuur.
Naast de inherente dubbele breking kunnen bewerkings-, coating- of montagespanningen voor extra optische vertraging zorgen.
Bij spanningsinspectie kunnen gekruiste polarisatiefilters worden gebruikt om ongelijkmatige patronen zichtbaar te maken.
Deze inspectie is met name van belang voor:
- Polarisatiegevoelige optische systemen
- Lasertoepassingen
- Precisiebeeldvorming
- Saffierassemblages met hechtverbindingen
- Ramen die aan een hoge mechanische belasting worden blootgesteld
Een spanningspatroon duidt niet automatisch op een defect, maar sterke plaatselijke spanning in de buurt van een rand of bevestigingspunt kan wijzen op een risico op scheurvorming of optische vervorming.
19. Reinheid en deeltjesinspectie
Een saffiervenster dat aan de technische eisen voldoet, kan toch worden afgekeurd als het bij de klant aankomt met stof, olie, vingerafdrukken of verpakkingsresten.
De eindschoonmaak kan het volgende omvatten:
- Gefilterde oplosmiddelen
- Ultrasoon reinigen
- Spoelen met gedeïoniseerd water
- Contactloos drogen
- Reiniging van cleanrooms
- Geïoniseerde lucht
Na het schoonmaken moet het raam worden gecontroleerd op:
- Deeltjes
- Vezels
- Watermerken
- Oplosmiddelresten
- Vingerafdrukken
- Verontreiniging door kleefmiddel
- Verpakkingsafval
Het vereiste reinheidsniveau hangt af van de toepassing.
Halfgeleider-, vacuüm- en lasercomponenten vereisen doorgaans een strengere deeltjesbeheersing dan gewone beschermkappen.
Gereinigde ramen mogen alleen met geschikte handschoenen of contactloze hulpmiddelen worden aangeraakt. Direct contact met het optische oppervlak moet worden vermeden.
20. Mechanische en milieutests
Voor sommige saffierruiten zijn aanvullende tests nodig, naast de gebruikelijke maat- en optische inspectie.
Mogelijke onderzoeken zijn onder meer:
- Druktesten
- Vacuümlektesten
- Thermische cycli
- Blootstelling aan temperatuur
- Vochtigheidsmetingen
- Mechanische schok
- Trillingstests
- Hechtingstesten van coatings
- Testen op chemische bestendigheid
Deze tests worden doorgaans uitgevoerd wanneer het saffiervenster deel uitmaakt van een voltooide assemblage of wanneer de klant hierom vraagt.
Een saffierkijkvenster dat in een metalen behuizing is gemonteerd, kan weliswaar alle optische controles doorstaan, maar toch afkeuring krijgen als de afdichting onder druk gaat lekken of als er tijdens thermische cycli spanning in het geheel ontstaat.
21. Steekproefcontrole en volledige controle
Niet bij elke productieopdracht hoeven alle afmetingen van elk onderdeel te worden gemeten.
De inspectiestrategie kan het volgende omvatten:
Volledige inspectie
Elk saffiervenster wordt gecontroleerd op de opgegeven parameter.
Dit wordt vaak gebruikt voor:
- Kleine hoeveelheden
- Onderdelen met nauwe toleranties
- Ramen van laserkwaliteit
- Lucht- en ruimtevaartonderdelen
- Hoogwaardige producten op maat
Steekproefcontrole
Er wordt een vastgesteld percentage of aantal onderdelen gecontroleerd.
Dit is wellicht geschikt voor:
- Grote productiebatches
- Stabiele productieprocessen
- Standaardtoleranties voor commerciële toepassingen
- Producten die steeds weer terugkomen
Bij bepaalde kenmerken, zoals ernstige scheuren of verontreiniging tijdens het transport, kan een visuele inspectie volgens 100% toch nog nodig zijn, zelfs wanneer de afmetingen steekproefsgewijs worden gecontroleerd.
Het overeengekomen inspectieniveau moet vóór de productie worden vastgelegd.
22. Veelgebruikte inspectieapparatuur
Een inspectiefaciliteit met saffiervenster kan gebruikmaken van de volgende apparatuur:
| Inspectiepunt | Standaarduitrusting |
| Diameter en afmetingen | Schuifmaat, micrometer, CMM, beeldverwerkingssysteem |
| Dikte en TTV | Diktemeter, micrometer, optische meter |
| Kras-graaf | Inspectielamp, referentiestandaard, microscoop |
| Vlakheid | Optische vlakke, faseverschuivende interferometer |
| Parallellisme | Autocollimator, interferometer, systeem voor het in kaart brengen van de dikte |
| Oppervlakteruwheid | Optische profielmeter, AFM, stylusprofilometer |
| Overbrenging | UV-VIS-NIR- of FTIR-spectrofotometer |
| Prestaties van de coating | Spectrofotometer of reflectometer |
| Kristaloriëntatie | Röntgendiffractie of het Laue-systeem |
| Interne gebreken | Microscoop, gepolariseerd-lichtsysteem |
| Netheid | Inspectielamp, microscoop, deeltjesteller |
| Randgeometrie | Instrumentmicroscoop, profielprojector, beeldverwerkingssysteem |
De gekozen apparatuur moet voldoende nauwkeurigheid en resolutie hebben voor de opgegeven tolerantie.
23. Inspectieverslagen en kwaliteitsdocumenten
Klanten kunnen verschillende niveaus van kwaliteitsdocumentatie vereisen.
Veelvoorkomende documenten zijn onder meer:
Conformiteitsverklaring
Een conformiteitscertificaat bevestigt dat het geleverde product voldoet aan de inkooporder en de tekening.
Materiaalcertificaat
Hieruit kunnen het saffiermateriaal, de kristaloriëntatie, de productiebatch en relevante informatie over de grondstoffen worden afgeleid.
Maatinspectierapport
In dit rapport worden de gemeten waarden voor diameter, dikte, TTV, afschuining en andere afmetingen vastgelegd.
Rapport over de optische inspectie
Dit kan het volgende omvatten:
- Resultaat van het krabben en graven
- Vlakheidskaart
- Resultaat van de doorgestuurde golffrontanalyse
- Parallellisme
- Oppervlakteruwheid
- Overdrachtscurve
Coatingrapport
In een coatingrapport kunnen de gemeten transmissie- of reflectiewaarden over het vereiste golflengtebereik worden weergegeven.
Traceerbaarheidsrapport
Voor gereguleerde toepassingen of toepassingen die een hoge betrouwbaarheid vereisen, kan de fabrikant de onderlinge relatie vastleggen tussen:
- Partij grondstoffen
- Productiebatch
- Inspectiegegevens
- Coatingpartij
- Verpakkingsetiket
De benodigde documentatie dient vóór de productie te worden bevestigd, aangezien geavanceerde rapportages extra testtijd en -kosten met zich mee kunnen brengen.
24. Eindcontrole van de verpakking
De inspectie is nog niet afgerond zodra het saffiervenster de optische tests heeft doorstaan.
De verpakking moet het raam tijdens opslag en transport beschermen.
Bij de laatste verpakkingscontrole moet worden gecontroleerd of:
- De optische oppervlakken zijn schoon
- Beschermende materialen komen niet in contact met gecoate oppervlakken en veroorzaken daar geen schuurplekken
- De afzonderlijke vensters zijn van elkaar gescheiden
- De randen zijn beschermd
- De verpakking bevat geen deeltjes
- De labels komen overeen met de volgorde
- De hoeveelheid klopt
- Inspectierapporten zijn bijgevoegd
- De buitenverpakking is bestand tegen transport
Typische verpakkingsmethoden zijn onder meer:
- Losse vuilniszakken
- Lensweefsel
- Bakjes met schuimverdeling
- Optische kunststof behuizingen
- Vacuümverpakking in schone verpakking
- Dubbellaagse beschermende kartonnen dozen
Verpakkingsmateriaal mag geen vezels, weekmakers of lijmresten op het optische oppervlak achterlaten.
Bij gecoate of gepolijste saffiervensters moet beweging binnen de verpakking tot een minimum worden beperkt.
25. Veelvoorkomende redenen voor afwijzing van zendingen
Saffierramen worden vaak afgekeurd om redenen zoals:
- Afmetingen buiten de tolerantie
- Overmatige krassen of groeven
- Randchips die de vrije opening binnenkomen
- Onjuiste afschuining
- Hoge TTV
- Slechte vlakheid
- Te grote wig
- Onjuist coatingspectrum
- Krassen op de coating
- Verkeerde kristaloriëntatie
- Oppervlakteverontreiniging
- Onvolledige inspectiedocumentatie
- Schade aan de verpakking
Veel van deze problemen kunnen worden voorkomen door de tekening vóór de productie te controleren en de inspectiemethode duidelijk vast te leggen.
26. Wat kopers moeten controleren voordat ze een bestelling plaatsen
Om geschillen over inspecties te voorkomen, dienen kopers de volgende informatie te verstrekken:
- Saffieroriëntatie
- Totale afmetingen en toleranties
- Dikte en TTV
- Vrije opening
- Vereiste inzake kras- en graafwerkzaamheden
- Vlakheid en referentiegolflengte
- Parallelisme of wig
- Oppervlakteruwheid
- Golflengte van de coating en invalshoek
- Overdrachtsvereiste
- Specificaties voor randen en afschuiningen
- Grenswaarden voor interne defecten
- Naleving van de hygiënevoorschriften
- Steekproef of volledige controle
- Vereiste certificaten en rapporten
- Verpakkingsvoorschriften
Een volledige specificatie helpt de fabrikant om vanaf het begin de juiste verwerkings- en inspectiemethoden te kiezen.
Conclusie
De inspectie van saffiervensters vóór verzending is een meerfasig kwaliteitscontroleproces dat bestaat uit materiaalcontrole, maatmetingen, oppervlaktebeoordeling, optische tests, controle van de reinheid en inspectie van de verpakking.
Er is geen enkele test die de kwaliteit van een saffiervenster volledig kan weergeven.
Door middel van visuele inspectie worden plaatselijke defecten opgespoord, door middel van maatinspectie wordt de pasvorm van de assemblage gecontroleerd, door middel van interferometrie wordt de vorm van het oppervlak beoordeeld, door middel van spectrofotometrie worden de optische prestaties gemeten en door middel van kristaloriëntatietests wordt de uitlijning van het materiaal gecontroleerd.
Het juiste inspectieplan moet worden afgestemd op de daadwerkelijke toepassing, in plaats van voor elk raam de strengste beschikbare tolerantie toe te passen.
Door vóór de productie de vrije opening, de geldende normen, de meetmethoden en de vereiste rapportages vast te leggen, kunnen afnemers en fabrikanten onduidelijkheden voorkomen en ervoor zorgen dat de saffiervensters bij levering direct klaar zijn voor integratie in optische, halfgeleider-, laser-, vacuüm- en hogedruksystemen.