Analiza razvoja i statusa quo napredne tehnologije optičke obrade1

Sada nije teško naći da su gotovo svi sistemi vojnog naoružanja opremljeni raznim fotoelektričnim senzorima, a u tim fotoelektričnim senzorima se koriste manje-više razni stilovi optičke komponente. Iz materijala izvještaja istraživanja koje je napravila američka vojska znamo da je od 1980. do 1990. godine američka vojna laserska i infracrvena toplinska ispitivanja proizvoda zahtijevala 1.147.700 komada raznih optičkog dijela, od čega nije korišteno 635.900 komada sfernih optikih dijelova. Postoji 234.600 sfernih optiиnih dijelova, 181.000 ravnih optiиnih dijelova, i 96.200 ogledala za poliedralno skeniranje. Uzmi M1 tenk kao primjer. Koristi oko 90 leća, 30 prizamova, te razna ogledala, prozore i laserske komponente. Drugi primjer su male AN/AVS-6 pilotske naočale za noćno vizija koje koriste 9 asferičkog optičkog dijela i 2 sferna optička dijela.

Od 1970-ih, vojna optička tehnologija predstavljena infracrvenim termalnim osmatračkom i visoko-energetskim laserima se brzo razvila. Vojni optički sistemi zahtijevaju ne samo dobar kvalitet slike, već i malu veličinu, laganu težinu i jednostavnu strukturu. Ovo je težak test za industriju optičke obrade. Kako bi se pratio razvoj vremena i dizajna i proizveo visokokvalitetan optički sistem za obradu slike, industrija obrade optičkog dijela je 70-ih godina obavljala tehnološku revoluciju i inovacije velikih razmjera, te istraživala i razvila mnoge nove metode obrade optičkog dijela, kao što su asferne površine. Metoda obrade optičkog dijela. U proteklih 10 godina nova tehnologija obrade optičkog dijela je dodatno promovisana i popularizirana. Trenutno tehnologije za obradu optičkog dijela koje se obično koriste u inostranstvu uglavnom uključuju:

Kompjuterska numerička kontrola jednotočka tehnologija okretanja dijamanata, tehnologija za kalupanje optičkih staklenih leća, tehnologija optičkog plastičnog kalupa, kompjutersko numeričko kontrolno brusenje i tehnologija poliranje, tehnologija replikacije epoksi smole, tehnologija elektroforminga... i tradicionalnom tehnologijom brusenja i poliranje.

2. Kompjuterska numerička kontrola jednotočka tehnologija za okretanje dijamanata

Kompjuterska numerička kontrola tehnologija za jednostruko okretanje dijamanata je asferična tehnologija obrade optičkog dijela koju je prvi put razvio Institut za istraživanje nacionalne odbrane SAD-a 1960-ih godina, a promovisan i primijenjen 1980-ih godina. Koristi prirodne jednostruke kristalne dijamantne alate na ultra preciznim CNC tokama. Pod preciznom kontrolom alata mašine i okoline za obradu, direktno koristi dijamantne alate za jednotočko okretanje za obradu asferičkog optičkog dijela koji ugađaju zahtjevima optičkog kvaliteta. Ova tehnologija se uglavnom koristi za obradu malih i mađioničarskih infracrvenih kristala i optičkog dijela metalnih materijala. Njegove karakteristike su visoka efikasnost proizvodnje, visoka tačnost prerade, dobra poetibilnost, pogodan za masovnu proizvodnju, a troškovi prerade su znatno niži od tradicionalnih tehnologija prerade. Optički dijelovi promjera manjeg od 120mm obrađeni ovom tehnologijom prekretnice dijamanata imaju površinsku preciznost od 1/2~1l, a korijenska mean kvadratna vrijednost površinske grubosti je 0,02~0,06mm.

Trenutno, materijali koji se mogu obraditi tehnologijom za pretvaranje dijamanata su: neželični metali, germanij, plastika, infracrveni optički kristali (živa kadmij telluride, Kadmij antimonid, polisilikon, cinkov sulfid, cinkov selenid, natrijev hlorid, kalijam hlorid, hlorid Stroncij, magnezijum fluor, kalcij-fluor, litij-niobat, KDK kristal) elektroenerogeni nikla, beryllium bakra, čalkogenidno staklo na bazi germanija itd. Gorenaređeni materijali mogu direktno da ugase zahtjeve optičkog kvaliteta površine. Ova tehnologija može obraditi i staklo, titanij, volfram i druge materijale, ali trenutno ne može direktno da utiče na zahteve optičkog kvaliteta površine i zahteva dalje brusenje i poliranje.

Pored direktne obrade sfernih i asferičkih optičkih dijelova, kompjuterska numerička kontrola jednotočke tehnologije za pretvaranje dijamanata može se koristiti i za obradu različitih optičkih dijelova koji formiraju kalupe i tijela optičkih dijelova, kao što su obrada staklenih kalupa, kalupi za kopiranje i optička plastika. Kalup za ubrizgavanje kalup i tijelo mašine za obradu i umnožavanje epoksidnih optičkog dijela itd. Ova tehnologija je u kombinaciji sa tehnologijom poliranja iona snopova kako bi se obradili visoko precizni asferni optički dijelovi; u kombinaciji s procesom tvrdog premaza ugljika i tehnologijom replikacije epoksi smole, može proizvesti relativno jeftina precizna asferična ogledala i leće. Ako se doda pribor za mljenje u dijamantni tok ili keramički alati, instaliraju se precizna tijela, a rezanje dijamanata se vrši na niskoj temperaturi od -100°C, raspon primjene ove tehnologije će biti dodatno proširen. U ovom trenutku, Optički centar Univerziteta u Arizoni koristio je ovu tehnologiju da zamijeni tradicionalnu tehnologiju ručne obrade, ali pri obradi staklenih optičkih dijelova, ne može se direktno prizemljiti u optičko ogledalo koje zadovoljava zahtjeve kvalitete, a fleksibilno poliranje je i dalje potrebno.

Tehnički i ekonomski efekti jednotočkog dijamantnog okreta optičkog dijela su vrlo očigledni. Na primjer, kada se obrađuje parabolično ogledalo od 90° van osi promjera 100mm, ako se koristi tradicionalni proces mljenja i poliranja, tačnost površine može doseći do 3mm (5l), a vrijeme obrade traje 12 Mjesečno, troškovi obrade svakog parabolicnog ogledala su 50.000 američkih dolara.

Koristeći metodu zakretanje dijamanata, može se završiti za 3 sedmice, trošak obrade je samo 4 hiljade američkih dolara, a tačnost površine može dostići 0,6μm (1λ). Honeywell iz SAD-a je koristio ovu tehnologiju za obradu ogledala za skeniranje tetraedrala AN/AAD-5 infracrvenog izviđača. Veličina svake strane rotirajućeg ogledala je 88.9\''203.2mm, ravnina svake strane je potrebna da bude 1/2, a ugaona tačnost je 90°±42. Sa tokanjem, 124 rotirajuća ogledala su obrađena za 15 mjeseci, a kvalitet je ugađao tehničkim zahtjevima dizajna. Svako rotirajuće ogledalo štedi US $2,770 u odnosu na obradu tradicionalnim metodama obrade. Honeywell je koristio ovaj proces za proizvodnju 200 rotirajućih ogledala tetraedrala, uštedeći ukupno skoro 900.000 američkih dolara. Osim toga, 100.000 avionska ogledala su obrađena za AN/AAD-5 infracrveni izviđač, uštedeći više od 10 miliona američkih dolara. Tokom 10 godina od 1980. do 1990. godine, troškovi obrade su 4 vrste vojnih optičkog dijela, uključujući avion (50\''50mm), poliedrona (promjera 90mm), sferne površine (promjera 100mm), te asferske površine (promjera 125mm), zasnovane na konzervativnoj ekonomiji. Prema rezultatima računanja, ministarstvo odbrane SAD uštedjelo je ukupno oko 400 miliona američkih dolara.