Analiza razvoja i statusa quo napredne tehnologije optičke obrade1

Sada nije teško pronaći da su gotovo svi vojni oružani sustavi opremljeni raznim fotoelektričnim senzorskim uređajima, a u tim fotoelektričnim senzorskim uređajima koriste se manje-više razni stilovi optičkih komponenti. Iz materijala anketnog izvješća američke vojske znamo da je od 1980. do 1990. američki vojni laser i infracrveni termovizijski proizvodi zahtijevali 1.147.700 komada raznih optičkih dijelova, od čega 635.900 komada sfernih optičkih dijelova nije korišteno. Postoji 234.600 sfernih optičkih dijelova, 181.000 ravnih optičkih dijelova i 96.200 poliedralnih zrcala za skeniranje. Uzmite M1 tenk kao primjer. Koristi oko 90 leća, 30 priza i razne ogledala, prozore i laserske komponente. Drugi primjer su male AN/AVS-6 pilot naočale za noćno gledanje koje koriste 9 asferičnih optičkih dijelova i 2 sferna optička dijela.

Od 1970-ih, vojna optička tehnologija predstavljena infracrvenim termalnim snimanjem i visokoenergetskim laserima brzo se razvila. Vojni optički sustavi zahtijevaju ne samo dobru kvalitetu slike, već i malu veličinu, malu težinu i jednostavnu strukturu. Ovo je ozbiljan test za industriju optičke prerade. Kako bi bila u korak s razvojem vremena te dizajnirala i proizvela visokokvalitetne optičke slikovne sustave, industrija obrade optičkih dijelova provela je velike tehnološke revolucije i inovacijske aktivnosti 1970-ih, te istraživala i razvila mnoge nove metode obrade optičkih dijelova, kao što su asferne površine. Metoda obrade optičkih dijelova. U proteklih 10 godina dodatno je promovirana i popularizirana nova tehnologija obrade optičkih dijelova. Trenutačno tehnologije obrade optičkih dijelova koje se obično koriste u inozemstvu uglavnom uključuju:

Računalna numerička kontrola tehnologije okretanja dijamanata s jednom točkom, optička tehnologija oblikovanja staklenih leća, optička tehnologija plastičnog oblikovanja, tehnologija računalnog numeričke kontrole brušenja i poliranja, epoksidna tehnologija replikacije smole, tehnologija elektroformiranja... i tradicionalna tehnologija brušenja i poliranja.

2. Računalna numerička kontrola tehnologija okretanja dijamanata s jednom točkom

Računalna numerička kontrola tehnologije okretanja dijamanata s jednom točkom je asferna tehnologija obrade optičkih dioa koju je prvi razvio američki Nacionalni institut za obrambena istraživanja 1960-ih i promovirao i primijenio 1980-ih. Koristi prirodne pojedinačne kristalne dijamantne alate na ultra-preciznim CNC tokarima. Pod preciznom kontrolom alata stroja i okruženja za obradu, izravno koristi dijamantne alate za okretanje u jednoj točki za obradu asfernih optičkih dijelova koji zadovoljavaju zahtjeve optičke kvalitete. Ova tehnologija se uglavnom koristi za obradu malih i srednjih infracrvenih kristala i optičkih dijelova metalnih materijala. Karakteristike su mu visoka učinkovitost proizvodnje, visoka točnost obrade, dobra ponovljivost, pogodna za masovnu proizvodnju, a troškovi prerade znatno su niži od tradicionalnih tehnologija prerade. Optički dijelovi promjera manjeg od 120 mm obrađeni ovom tehnologijom okretanja dijamanata imaju točnost površine od 1/2~ 1l, a korijen znači kvadratnu vrijednost grubosti površine je 0,02 ~ 0,06 mm.

Trenutno, materijali koji se mogu obraditi tehnologijom okretanja dijamanata su: ne-ferorozni metali, germanij, plastika, infracrveni optički kristali (merkumijev telurid, kadmijev antimonid, polisilikon, cinkov sulfid, cinkov selen, natrijev klorid, kalijev klorid, klorid Stroncium, magnezijev fluorid, kalcijev fluorid, litij niobat, KDK kristal) nikal bez struje, berizlij bakar, chalkogenidno staklo na bazi germanija itd. Gore navedeni materijali mogu izravno zadovoljiti zahtjeve optičke kvalitete površine. Ova tehnologija također može obraditi staklo, titan, volfram i druge materijale, ali trenutno ne može izravno zadovoljiti zahtjeve optičke kvalitete površine i zahtijeva daljnje brušenje i poliranje.

Osim izravne obrade sfernih i asfernih optičkih dijelova, računalna numerička tehnologija za upravljanje dijamantima u jednoj točki može se koristiti i za obradu različitih optičkih dijelova koji tvore kalupe i tijela optičkih dijelova, kao što su obrada kalupa za oblikovanje stakla, kalupa za kopiranje i optičke plastike. Kalup za injekciju i strojno tijelo za obradu i repliciranje epoksidnih optičkih dijelova itd. Ova tehnologija je u kombinaciji s tehnologijom poliranja ionskih zraka za obradu visoko preciznih asfernih optičkih dijelova; u kombinaciji s procesom premazivanja tvrdog ugljika i tehnologijom replikacije epoksidne smole, može proizvesti relativno jeftinu preciznost asfernih zrcala i leća. Ako se dijamantnom tokaru ili keramičkom alatu dodaju pribor za mljevenje, ugrađuju precizna tijela, a dijamantno rezanje izvodi se na niskoj temperaturi od -100°C, raspon primjene ove tehnologije dodatno će se proširiti. Trenutno je Optički centar Sveučilišta u Arizoni koristio ovu tehnologiju kako bi zamijenio tradicionalnu tehnologiju ručne obrade, ali prilikom obrade staklenih optičkih dijelova ne može se izravno umostiti u optičko ogledalo koje zadovoljava zahtjeve kvalitete, a fleksibilno poliranje još uvijek je potrebno.

Tehnički i ekonomski učinci okretanja optičkih dijelova dijamantima u jednoj točki vrlo su očiti. Na primjer, prilikom obrade paraboličnog zrcala od 90° izvan osi promjera 100 mm, ako se koristi tradicionalni proces brušenja i poliranja, točnost površine može doseći i do 3 mm (5l), a vrijeme obrade traje 12 mjesečno, trošak obrade svakog paraboličnog zrcala je 50.000 američkih dolara.

Metodom okretanja dijamanata može se dovršiti za 3 tjedna, trošak obrade je samo 4 tisuće američkih dolara, a točnost površine može doseći 0,6μm (1λλ). Honeywell iz Sjedinjenih Država koristio je ovu tehnologiju za obradu tetraedralnog zrcala za skeniranje AN / AAD-5 infracrvenog izviđačkog uređaja. Veličina svake strane rotirajućeg ogledala je 88,9\''203,2 mm, ravnina svake strane mora biti 1/2, a kutna točnost 90°±42. S tokarenjem su u 15 mjeseci obrađena 124 rotirajuća zrcala za skeniranje, a kvaliteta je ispunila tehničke zahtjeve dizajna. Svako rotirajuće ogledalo štedi 2.770 USD u usporedbi s obradom s tradicionalnim metodama obrade. Honeywell je koristio ovaj proces za proizvodnju 200 tetraedralnih rotirajućih ogledala, štedeći ukupno gotovo 900.000 američkih dolara. Osim toga, obrađeno je 100.000 avionskih ogledala za infracrveni izviđački uređaj AN/AAD-5, uštedjevši više od 10 milijuna američkih dolara. Tijekom 10 godina od 1980 do 1990, trošak obrade 4 vrste vojnih optičkih dijelova, uključujući avion (50\''50mm), poliedron (promjer 90mm), sferna površina (promjer 100mm), i asferična površina (promjer 125mm), temelji se na konzervativnoj ekonomiji. Prema rezultatima izračuna, američko ministarstvo obrane uštedjelo je ukupno oko 400 milijuna američkih dolara.