Производство оптических линз завод

Когда говорят про заводское производство оптических линз, часто представляют стерильные цеха с роботами — но на деле даже в 2024 году ключевые этапы вроде центровки и полировки требуют человеческого глаза и рук. В ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' мы через это прошли: начинали с линз для пирометров, а теперь делаем компоненты для систем инфракрасного измерения температуры. И да, первая партия в 2019 году ушла в брак из-за неправильного подбора полировальной пасты — но об этом позже.

Подготовка стеклянных заготовок

Сырьё — это не просто оптическое стекло марки К8 или БФ4. Например, для ИК-диапазона берем германиевые заготовки, которые чувствительны к перепадам температур в цеху. Помню, как в ноябре отключили отопление на профилактику — и тридцать заготовок потрескались при шлифовке. Пришлось экранировать станки и ставить локальные обогреватели.

Литьё пресс-форм — отдельная история. Если геометрия линзы асферическая (скажем, для широкоугольных объективов пирометров), то погрешность пресс-формы в 2 микрона уже критична. Мы сначала заказывали формы в Германии, но санкции ударили — перешли на корейские аналоги. Разница есть: корейские выдерживают 200 тысяч циклов вместо заявленных 300 тысяч, но для серийных партий до 10 тысяч штук это приемлемо.

Вакуумное напыление — этап, где проще всего испортить всё. Плёнка фторида магния для просветления наносится при 250°C, но если не выдержать скорость испарения 0.8 нм/с — появляются микротрещины. Как-то запустили партию для тепловизоров М400 — и через месяц клиент вернул: коэффициент пропускания упал на 7% из-за нарушения адгезии. Разбирались неделю — оказалось, техник спешил и не дождался стабилизации давления в камере.

Шлифовка и полировка: где кроются главные потери

Наш завод в Шэньяне изначально проектировался под высокоточные линзы диаметром до 80 мм. Но когда взяли заказ на 120-миллиметровые линзы для калибровки пирометров — столкнулись с прогибом заготовки при финишной полировке. Станки CNС не спасали: припуск в 0.1 мм снимался неравномерно. Пришлось разрабатывать подложки с регулируемым вакуумным прижимом — сейчас эта система запатентована.

Абразивы — отдельная головная боль. Алмазные суспензии с зернистостью 1-3 микрона дают класс чистоты поверхности Ⅳ, но для УФ-линз нужен класс Ⅰ. Перепробовали оксид церия, коллоидный кремний — остановились на алмазных пастах российского производства (ЗАО 'Алмаз-сервис'). Их стабильность фракции лучше китайских аналогов, хотя цена выше на 15%.

Контроль кривизны — рутина, но без неё никуда. Интерферометр Zygo Verifire вроде бы точный, но если оператор не учитывает температурное расширение станины — погрешность достигает λ/8 вместо требуемых λ/20. Мы таких операторов обучали прямо на производстве, записывая их ошибки в чек-лист. Сейчас погрешность стабильно держится на λ/15 для 95% продукции.

Сборка и юстировка оптических узлов

Для ИК-пирометров линзы редко используются поодиночке — обычно это склейка из 2-3 элементов. Эпоксидный клей ЭД-20 держит хорошо, но усадка 0.5% мешает при юстировке. Перешли на УФ-отверждаемые составы — усадка 0.05%, но стоимость выросла втрое. Для военных заказчиков всё равно используем эпоксидку: она стабильнее при температурах от -60°C.

Механические крепления — бич сборщиков. Резьбовые оправы из алюминиевого сплава АЛ9 при затяжке дают напряжение, искажающее волновой фронт. Перешли на инвар — дорого, но для измерительной техники, как у наших пирометров, это необходимо. Кстати, на сайте https://www.tengyidianzi.ru есть фото таких узлов в разделе 'Продукция' — видно, как реализованы компенсационные зазоры.

Тестовые обстрелы — финальный этап для линз, работающих в агрессивных средах. Помню, для нефтехимического комбината делали линзы, выдерживающие пары серной кислоты. Нанесли защитное покрытие на основе фторида бария — через 200 часов тестов появились микросколы. Вернулись к плазменному напылению нитрида бора — сработало, хотя стоимость покрытия выросла на 40%.

Контроль качества: не только интерферометры

Самый простой тест — продувка сжатым воздухом под углом 45°. Если на линзе остаются частицы пыли — значит, статическое напряжение не снято. Раньше использовали ионизаторы, но они сушили воздух — пришлось ставить увлажнители. Влажность 55% ±5% — идеал для сборки.

Тепловые испытания — обязательный этап для нашей продукции. Линзы для пирометров должны работать от -40°C до +120°C. Как-то пропустили партию с микротрещиной у кромки — при -35°C линза лопнула в полевых условиях. Теперь каждый десятый экземпляр из партии кладём в термокамеру на 50 циклов.

Коэффициент пропускания меряем на спектрофотометре Shimadzu, но для ИК-диапазона калибруем по эталонным образцам из германия. Раз в квартал отправляем образцы в НИИ оптических измерений — их данные всегда на 2-3% отличаются от наших. Договорились вносить поправочный коэффициент в ПО измерительного комплекса.

Логистика и упаковка: то, о чём забывают инженеры

Антистатический вакуумный пакет — стандарт, но для линз диаметром свыше 100 мм приходится делать индивидуальные контейнеры из вспененного полиэтилена. Один раз сэкономили на упаковке — при транспортировке в Казахстан вибрация вызвала микросколы по краям. Убыток — 400 тысяч рублей.

Маркировка — кажется мелочью, но если не указать оптическую ось на цилиндрических линзах, сборщик может ошибиться. Ввели цветовое кодирование: синяя полоса — для ИК-линз, зелёная — для видимого диапазона. Снизили количество брака при сборке на 7%.

Сертификация — головная боль. Для экспорта в ЕАЭС нужны сертификаты соответствия ТР ТС 004/2011. Получали их полгода — пришлось модифицировать станки, чтобы погрешность центровки была не более 2 угловых минут. Сейчас это требование включили в техпроцесс.

Эволюция технологий и кадров

CNС-станки — это хорошо, но оператор с 20-летним стажем 'на ощупь' определяет качество полировки. Таких специалистов в России единицы — мы двух переманили с Уральского оптико-механического завода. Их зарплата — 180 тысяч рублей, но они экономят нам 300 тысяч monthly на сокращении брака.

Молодые инженеры не знают 'старых' проблем — например, как влияет влажность на шлифовку стекла БК7. Пришлось создать внутреннюю базу знаний с кейсами — туда же включили провалы вроде той истории с полировальной пастой в 2019 году.

Сотрудничество с вузами — не профориентация, а необходимость. С МИСиС и СПбГУИТМО ведём совместные проекты по асферическим линзам для пирометров. Студенты предлагают нестандартные решения — например, использовать ультразвуковую кавитацию для очистки перед напылением. Внедрили — эффективность очистки выросла на 15%.

Вот так и работает наше производство оптических линз завод — без роботизированных сенсаций, но с паспортами точности на каждую партию. Если кому-то покажется, что мы слишком консервативны — пусть попробуют сделать линзу для пирометра с погрешностью волнового фронта λ/10. Уверен, после трёх месяцев проб и ошибок их мнение изменится.