Изготовить линзу из оптического стекла завод

Когда видишь запрос 'изготовить линзу из оптического стекла завод', кажется, что всё просто — взяли стекло, отшлифовали, получили готовое изделие. Но на практике даже выбор марки стекла может заставить вспотеть. К примеру, часто путают оптическое стекло с обычным силикатным — а ведь разница в коэффициенте преломления и дисперсии сводит на нет всю точность измерений. Особенно критично для предприятий вроде нашей ООО Шэньян Тэнъи Электроникс, где линзы работают в инфракрасных датчиках температуры — тут каждый микрон кривизны влияет на погрешность.

Почему заводской процесс — это не просто станки

Многие думают, что современные ЧПУ-станки решают все проблемы. Да, они вытачивают заготовку с точностью до микрона, но если оператор не учтёт внутренние напряжения в стекле — при термообработке линза покроется сеткой трещин. Помню, как на заводе в 2018 году мы потеряли партию линз для пирометров именно из-за спешки с отжигом. Пришлось пересматривать весь цикл охлаждения.

Отдельная история — полировка. Для ИК-оборудования, которое производит наша компания, требуется не просто гладкая поверхность, а строго выдержанная форма. Используем алмазные пасты с градацией до 0.1 мкм, но даже тогда возможны 'завалы' кромки. Инженеры ООО Шэньян Тэнъи Электроникс разработали методику контроля на интерферометре — но это уже финишный этап, а ведь брак часто возникает раньше.

Кстати, о контроле. В цеху висит график зависимости качества от влажности — кажется мелочью, но при повышенной влажности на поверхности линзы образуется плёнка конденсата во время шлифовки. Потом её не увидишь, но в ИК-диапазоне она даёт искажения. Пришлось устанавливать локальные осушители над рабочими столами.

Выбор стекла: от К8 до германия

Для массового производства часто берут отечественное стекло К8 — недорогое, стабильное. Но для наших задач в области непрерывного измерения температуры иногда требуется германий. Проблема в том, что он темнеет при нагреве выше 40°C, а ведь датчики работают в цехах с высокой температурой. Пришлось разрабатывать защитные покрытия — напыление карбида кремния показало лучшие результаты.

Однажды пробовали использовать импортное стекло Ohara — отличные оптические свойства, но стоимость в 3 раза выше. Для серийного производства невыгодно, хотя для экспериментальных моделей пирометров иногда берём. Кстати, на сайте tengyidianzi.ru есть технические требования к стеклу для наших заказчиков — там всё расписано с учётом реального опыта.

Заметил, что молодые технологи часто игнорируют температурный коэффициент расширения. А ведь если линза из стекла с высоким ТКР установлена в алюминиевый корпус — при перепадах температур появляются зазоры. Для инфракрасного излучения это катастрофа — луч рассеивается. Поэтому сейчас всегда проверяем пары 'стекло-металл' на совместимость.

Технологические ловушки при формовке

Прессовка заготовок — кажется простейшей операцией, но здесь кроется главный риск — газовые включения. Если вакуум в печи неидеален, внутри линзы остаются пузырьки размером до 5 мкм. В видимом спектре они незаметны, но в ИК-диапазоне создают помехи. После нескольких случаев брака ввели дополнительный контроль на ультразвуковом дефектоскопе.

Скорость охлаждения — отдельная наука. Быстро охладишь — стекло покрывается микротрещинами, медленно — кристаллическая решётка деформируется. Для стекла БК7, например, оптимальный градиент 2°C/мин в диапазоне 300-200°C. Вывели это опытным путём после того, как потеряли 30% продукции в 2019 году.

Интересный момент: при шлифовке асферических линз для пирометров высокого класса точности иногда приходится делать поправку на износ инструмента. Разработали эмпирическую формулу — каждые 50 заготовок увеличиваем радиус на 0.2%. Не по ГОСТу, зато работает.

Контроль качества: между теорией и практикой

По ГОСТу достаточно проверить линзу на просвет — но для технологий контроля и измерения этого мало. Мы добавили тест в рабочем спектре — пропускаем ИК-излучение через линзу и анализируем распределение на матрице. Так выявляем микронеровности, невидимые глазу.

Частая проблема — неравномерность покрытия. Антибликовые покрытия для ИК-диапазона наносят методом напыления, но если заготовка недостаточно чистая — появляются 'облака'. Разработали многоступенчатую очистку в ультразвуковой ванне с ионной обработкой — снизили брак на 15%.

Калибровка по эталону — звучит просто, но эталон тоже имеет погрешность. Мы используем линзы от Zeiss как референсные, но периодически отправляем их на поверку в НИИ оптики. Дорого, но без этого нельзя гарантировать точность наших пирометров.

Организационные моменты, которые влияют на результат

Логистика сырья — отдельная головная боль. Оптическое стекло требует особых условий транспортировки — вибрации вызывают необратимые изменения в структуре. После случая, когда партия LK7 пришла с внутренними напряжениями, теперь принимаем стекло только в амортизирующих контейнерах.

Подготовка операторов — казалось бы, элементарно. Но технолог, привыкший работать с видимым спектром, может не учесть специфику ИК-оптики. Проводим отдельное обучение для сотрудников, которые будут работать с продукцией для непрерывного измерения температуры — объясняем физические особенности.

Взаимодействие с отделом разработки — критически важно. Иногда конструкторы рисуют линзу с идеальными параметрами, но технологически её невозможно изготовить без астрономической стоимости. Нашли компромисс — проводим совместные совещания перед запуском в производство. Кстати, на tengyidianzi.ru в разделе для технологов есть рекомендации по проектированию — на основе наших наработок.

Перспективы и тупиковые ветви

Пробовали внедрить роботизированную полировку — точность выше, но для мелких серий невыгодно. Оказалось, что опытный оператор на простом станке даёт сопоставимое качество, если соблюдает режимы. Роботы оправданы только для партий от 1000 штук.

Экспериментировали с альтернативными материалами — поликарбонат, к примеру. Легче обрабатывается, но для ИК-диапазона непрозрачен. Для видимого спектра подошёл бы, но мы специализируемся на инфракрасном излучении — пришлось отказаться.

Сейчас рассматриваем метод литья оптических деталей — потенциально дешевле механообработки. Но пока стабильность геометрии неудовлетворительная. Возможно, через пару лет технологии позволят использовать его для серийного производства.