Mesure du diamètre intérieur des tubes capillaires en quartz de qualité fibre optique

La mesure du diamètre intérieur des tubes capillaires en quartz de qualité fibre optique est une tâche hautement spécialisée qui exige une précision exceptionnelle. Comme leur diamètre intérieur est extrêmement petit (souvent de quelques microns à plusieurs centaines de microns) et que les tubes sont relativement longs, il n'est pas possible d'utiliser des outils conventionnels tels que des pieds à coulisse. Les méthodes courantes actuelles se répartissent en deux grandes catégories : méthodes hors ligne (haute précision, utilisé pour l'inspection de la qualité) et méthodes en ligne (rapide, utilisé pour le contrôle de la production).

Vous trouverez ci-dessous plusieurs méthodes de mesure de base :

Méthodes de mesure hors ligne (haute précision, méthodes par contact ou destructives)

Ces méthodes sont généralement utilisées dans les laboratoires ou les services de contrôle de la qualité. Elles offrent la plus grande précision, bien qu'elles soient plus lentes et parfois destructives.

1. Méthode du microscope (mesure optique directe)

C'est la méthode la plus intuitive et la plus fondamentale.

Principe :
Une courte section du tube capillaire est coupée et son extrémité est polie avec précision. L'échantillon est placé sous un microscope de mesure ou un microscope d'outilleur. Le diamètre intérieur est mesuré directement à partir de l'image de la face frontale à l'aide du réticule ou du logiciel du microscope.

Procédure :

• Préparation de l'échantillon : Couper un court segment du tube capillaire et s'assurer que l'extrémité est plate, perpendiculaire et propre.
• Observation : Placez l'échantillon sur la platine du microscope et réglez la mise au point jusqu'à ce que la face frontale soit clairement représentée.
• Mesure : Utilisez un réticule d'oculaire ou un logiciel d'analyse pour lire le diamètre en pixels, puis convertissez-le en taille réelle en fonction du grossissement.

Avantages : Direct, simple et relativement peu coûteux.

Inconvénients :

• Destructeur : Nécessite de couper l'échantillon.
• Faible représentativité : Ne mesure que le diamètre du point final, et non l'uniformité dans l'ensemble du tube.
• En fonction de l'opérateur : La précision dépend fortement de la préparation et des compétences en matière de mesures manuelles.
• Ne convient pas pour les trous profonds : Impossible de mesurer le diamètre à des positions internes arbitraires.

2. Méthode du microscope électronique à balayage (MEB)

Principe : Similaire à la microscopie optique mais utilisant un faisceau d'électrons, elle permet d'obtenir une résolution extrêmement élevée, jusqu'à l'échelle du nanomètre.

Avantages : Très grande précision et visualisation claire de la morphologie de la face frontale.

Inconvénients : L'équipement est coûteux ; les échantillons doivent subir un traitement conducteur (tel qu'une couche d'or). Il est destructif et limité à la mesure de l'extrémité de la surface.

3. Méthode de remplissage et de sectionnement de la résine (technique métallographique)

Il s'agit de l'une des méthodes faisant autorité pour mesurer le diamètre intérieur et la circularité.

Principe :
Une résine époxy colorée ou un autre produit de remplissage est injecté dans le tube capillaire et on le laisse durcir. Le tube rempli est ensuite coupé en petits segments à intervalles fixes. La face polie de l'extrémité de chaque segment est mesurée au microscope pour déterminer le diamètre du produit de remplissage.

Avantages : Fournit une forme de section transversale réelle (rondeur) et des dimensions précises, offrant des résultats très fiables.

Inconvénients : Hautement destructif, complexe, chronophage et inadapté aux tests rapides par lots.

Méthodes de mesure hors ligne (haute précision, sans contact)

Il s'agit des méthodes d'inspection de la qualité industrielle les plus courantes actuellement - de haute précision et non destructives.

1. Mesure du diamètre par balayage laser

Principe :
Un faisceau laser parallèle est projeté verticalement sur un tube capillaire qui tourne à une vitesse uniforme. Le tube bloque une partie du faisceau ; le trou intérieur laisse passer une partie du laser. Le détecteur reçoit un signal "ombre" qui contient des informations sur les diamètres extérieur et intérieur.

Analyse des signaux :
En analysant le temps de passage du laser dans le trou intérieur et en le combinant avec la vitesse de rotation, le système calcule avec précision le diamètre intérieur à cet angle de rotation. Après une rotation complète, les diamètres intérieurs maximum, minimum et moyen sont obtenus, ce qui permet d'évaluer la circularité.

Avantages :

• Sans contact, haute précision (niveau submicronique).
• Capable de mesurer la rondeur.
• Rapide, adapté à l'inspection par lots.

Inconvénients : L'équipement est relativement coûteux ; le tube doit être tourné de manière stable pendant la mesure.

2. Tomographie par cohérence optique (OCT)

Principe :
Technologie d'interférence lumineuse à faible cohérence utilisée pour imager les microstructures de matériaux transparents ou semi-transparents. Elle génère des images transversales en 2D ou même en 3D de manière non destructive.

Avantages :

• Non-destructif.
• Fournit des informations complètes sur la section transversale, y compris le diamètre intérieur, le diamètre extérieur, l'épaisseur de la paroi et la concentricité.
• Très haute précision.

Inconvénients : Équipement très coûteux, traitement des données complexe et plus lent que le balayage laser.

Méthodes de mesure en ligne (contrôle en temps réel pendant la production)

Ces méthodes sont essentielles pour la surveillance en temps réel du diamètre intérieur des tours d'étirage de fibres.

Mesure du diamètre par diffraction laser

Il s'agit de la technologie la plus centrale et la plus largement utilisée pour le contrôle en ligne des diamètres intérieurs des fibres ou des capillaires.

Principe :

• Un faisceau laser parallèle de diamètre connu irradie le tube capillaire qui se déplace vers le bas.
• Lorsque le faisceau passe par le trou intérieur, diffraction à fente unique se produit.
• Une figure de diffraction apparaît sur un écran distant, avec une alternance de bandes claires et sombres.
• L'espacement de ces bandes est de inversement proportionnel au diamètre intérieur.
• Une caméra CCD à balayage linéaire à grande vitesse capture et analyse les franges de diffraction en temps réel.
• Après traitement informatique, le système détermine instantanément le diamètre intérieur à tout moment.

Avantages :

• Totalement sans contact, extrêmement rapide (des milliers de mesures par seconde), idéal pour la surveillance en temps réel.
• Haute précision, adaptée aux mesures à l'échelle du micron.
• Le retour d'information en temps réel vers le système de contrôle de la tour d'étirage permet d'ajuster automatiquement la pression ou la vitesse d'étirage, formant ainsi un système de contrôle en boucle fermée qui garantit l'uniformité.

Résumé

Pour le contrôle des processus de productionLa diffraction laser est une technologie de base irremplaçable.
Pour l'inspection finale de la qualitéLe balayage laser et l'OCT sont les méthodes hors ligne de haute précision les plus couramment utilisées.
Les techniques du microscope et de la coupe de résine servent de méthodes complémentaires ou d'arbitrage.