Analys av utvecklingen och status quo för avancerad optisk bearbetningsteknik1

Nu är det inte svårt att hitta att nästan alla militära vapensystem är utrustade med olika fotoelektriska sensorenheter, och i dessa fotoelektriska sensorenheter används mer eller mindre olika typer av optiska komponenter. Från materialet i en undersökningsrapport som gjorts av den amerikanska armén vet vi att från 1980 till 1990 krävde de amerikanska militära laser- och infraröda värmekameraprodukterna 1 147 700 olika optiska delar, varav 635 900 delar sfäriska optiska delar inte användes. Det finns 234600 sfäriska optiska delar, 181.000 platta optiska delar och 96.200 polyhedrala avsökningsspeglar. Ta M1-tanken som ett exempel. Den använder cirka 90 linser, 30 prismer och olika speglar, fönster och laserkomponenter. Ett annat exempel är en liten AN / AVS-6 pilotnattglasögon som använder 9 asfäriska optiska delar och 2 sfäriska optiska delar.

Sedan 1970-talet har militär optisk teknik som representeras av infraröd värmekamera och högenergilaser utvecklats snabbt. Militära optiska system kräver inte bara bra bildkvalitet utan också liten storlek, lätt vikt och enkel struktur. Detta är ett allvarligt test för den optiska bearbetningsindustrin. För att hålla jämna steg med tidens utveckling och designa och producera högkvalitativa optiska bildsystem, utförde den optiska delbearbetningsindustrin storskalig teknisk revolution och innovationsaktiviteter på 1970-talet och forskade och utvecklade många nya optiska delar metoder, såsom asfäriska ytor. Bearbetningsmetod för optiska delar. Under de senaste tio åren har ny teknik för bearbetning av optiska delar främjats och populariserats ytterligare. För närvarande innefattar de tekniker för bearbetning av optiska delar som ofta används utomlands huvudsakligen:

Dator numerisk kontroll enpunkts diamantsvängningsteknik, optisk glaslinsgjutningsteknik, optisk plastgjutningsteknik, dator numerisk kontrollslipning och poleringsteknik, epoxihartsreplikeringsteknik, elektroformningsteknik ... och traditionell slip- och poleringsteknik.

2. Datornummerisk styrning enpunkts diamantsvängningsteknik

Datornummerisk styrning med enpunkts diamantvarvningsteknik är en asfärisk optisk delbearbetningsteknik som först utvecklades av US National Defense Research Institute på 1960-talet och främjades och tillämpades på 1980-talet. Den använder naturliga enkelkristall diamantverktyg på CNC-svarvar med ultraprecision. Under exakt kontroll av maskinverktyget och bearbetningsmiljön använder den direkt diamantverktyg för enpunktssvarvning för att bearbeta asfäriska optiska delar som uppfyller de optiska kvalitetskraven. Denna teknik används främst för att bearbeta små och medelstora infraröda kristaller och optiska delar av metallmaterial. Dess egenskaper är hög produktionseffektivitet, hög bearbetningsnoggrannhet, bra repeterbarhet, lämplig för massproduktion och bearbetningskostnader är betydligt lägre än traditionell behandlingsteknik. Optiska delar med en diameter på mindre än 120 mm som bearbetas med denna diamantvarvningsteknik har en ytnoggrannhet på 1/2 ～ 1l och rotens genomsnittliga kvadratvärde för ytjämnheten är 0,02 ～ 0,06 mm.

För närvarande är materialen som kan bearbetas med diamantvarvningsteknik: icke-järnmetaller, germanium, plast, infraröda optiska kristaller (kvicksilverkadmiumtellurid, kadmiumantimonid, polykisel, zinksulfid, zinkselenid, natriumklorid, kaliumklorid, klorid Strontium, magnesiumfluorid, kalciumfluorid, litiumniobat, KDK-kristall) elektriskt nickel, berylliumkoppar, germaniumbaserat kalkogenidglas etc. Ovanstående material kan direkt uppfylla kraven på optisk ytkvalitet. Denna teknik kan också bearbeta glas, titan, volfram och andra material, men för närvarande uppfyller den inte direkt kraven på optisk ytkvalitet och kräver ytterligare slipning och polering.

Förutom att direkt bearbeta sfäriska och asfäriska optiska delar, kan datorns numeriska styrning med enpunkts diamantsvängningsteknik också användas för att bearbeta olika optiska delar som formar formar och optiska delar, såsom bearbetning av glasformar, kopieringsformar och optisk plast. Formsprutform och maskinkropp för bearbetning och replikering av optiska epoxidelar etc. Denna teknik kombineras med jonstrålpoleringsteknik för att bearbeta högprecisions asfäriska optiska delar; i kombination med hård kolbeläggningsprocess och epoxihartsreplikeringsteknik, kan den producera relativt billiga precisionssfäriska speglar och linser. Om slipningstillbehör läggs till i diamantsvarven eller keramiska verktyg används installeras precisionsarmaturer och diamantskärning utförs vid en låg temperatur på -100 ° C, kommer tillämpningsområdet för denna teknik att utvidgas ytterligare. För närvarande har Optical Center vid University of Arizona använt denna teknik för att ersätta den traditionella manuella bearbetningstekniken, men vid bearbetning av glasoptiska delar kan den inte direkt slipas till en optisk spegel som uppfyller kvalitetskraven och flexibel polering är fortfarande nödvändig.

De tekniska och ekonomiska effekterna av enpunkts diamantsvängning av optiska delar är mycket uppenbara. Till exempel, vid bearbetning av en parabolspegel på 90 ° utanför axeln med en diameter på 100 mm, om den traditionella slipnings- och poleringsprocessen används, kan ytnoggrannheten nå upp till 3 mm (5 l), och bearbetningstiden tar 12 månader, bearbetningskostnaden för varje parabolspegel är 50 000 US-dollar.

Med diamantsvängningsmetoden kan den slutföras på tre veckor, bearbetningskostnaden är bara 4 tusen dollar och ytnoggrannheten kan nå 0,6 μm (1λ). Honeywell i USA använde denna teknik för att bearbeta den tetraedriska avsökningsspegeln för AN / AAD-5 infraröd rekognoseringsanordning. Storleken på varje sida av den roterande spegeln är 88,9 \ '' 203,2 mm, planhet på varje sida måste vara 1/2 och vinkelnoggrannheten är 90 ° ± 42. Med en svarv bearbetades 124 skannande roterande speglar på 15 månader och kvaliteten uppfyllde de tekniska designkraven. Varje roterande spegel sparar US $ 2770 jämfört med bearbetning med traditionella bearbetningsmetoder. Honeywell använde denna process för att producera 200 tetrahedrala roterande speglar, vilket sparar totalt nästan 900 000 dollar. Dessutom behandlades 100.000 plana speglar för AN / AAD-5 infraröd rekognoseringsanordning, vilket sparar mer än 10 miljoner US-dollar. Under de tio åren 1980 till 1990 har bearbetningskostnaden för fyra typer av militära optiska delar, inklusive plan (50 \'' 50 mm), polyeder (diameter 90 mm), sfärisk yta (diameter 100 mm) och asfärisk yta (diameter 125 mm), baserades på en konservativ ekonomi. Enligt beräkningsresultat har USA: s försvarsdepartement sparat totalt cirka 400 miljoner dollar.