Đề tài Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo, lắp ráp để sản xuất loạt nhỏ sản phẩm quang học

Đề tài Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo, lắp ráp để sản xuất loạt nhỏ sản phẩm quang học thuộc công trình nghiên cứu khoa học cấp bộ nội dung gồm có

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KH&CN VIỆT NAM

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.05 (HOẶC ĐỀ TÀI/DỰ ÁN ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC)

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ DỰ ÁN HOÀN THIỆN THIẾT KẾ, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO, LẮP RÁP ĐỂ

SẢN XUẤT LOẠT NHỎ SẢN PHẨM QUANG HỌC

(KC.05.DA01/06-10)

Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: Viện Vật lý

Chủ nhiệm đề tài/dự án: TS Hoàng Ngọc Minh

Hà Nội - 2010

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KH&CN VIỆT NAM

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.05 (HOẶC ĐỀ TÀI/DỰ ÁN ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC)

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ DỰ ÁN HOÀN THIỆN THIẾT KẾ, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO, LẮP RÁP ĐỂ

SẢN XUẤT LOẠT NHỎ SẢN PHẨM QUANG HỌC

(KC.05.DA01/06-10)

Chủ nhiệm đề tài/dự án: Cơ quan chủ trì đề tài/dự án:

(ký tên) (ký tên và đóng dấu)

Hoàng Ngọc Minh Nguyễn Đại Hưng

Ban chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ

(ký tên) (ký tên và đóng dấu khi gửi lưu trữ)

Trần Việt Hùng

Hà Nội - 2010

Mẫu Báo cáo thống kê (trang 3 Báo cáo tổng hợp kết quả đề tài/dự án)

_

VIỆN VẬT LÝ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà nội, ngày tháng năm 2010.

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI/DỰ ÁN SXTN

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài/dự án: Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo, lắp ráp để sản xuất loạt nhỏ sản phẩm quang học

Mã số dự án: KC.05.DA01/06-10

Thuộc: Chương trình Cơ khí chế tạo máy KC.05

2 Chủ nhiệm đề tài/dự án:

Họ và tên: Hoàng Ngọc Minh

Ngày, tháng, năm sinh: 13/1/1955 Nam

Học hàm, học vị: Tiến sỹ

Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên chính

Chức vụ: Trưởng phòng ……

Điện thoại: Tổ chức: 37564593 Nhà riêng: 37541987 Mobile: 0915512754 Fax: E-mail: hongktm@fpt.vn

Tên tổ chức đang công tác: Viện Vật lý

Địa chỉ tổ chức: 10, Đào tấn, Ngọc khánh, Ba đình, Hà nội

Địa chỉ nhà riêng: số 4A Đường Thành, Hà nội

3 Tổ chức chủ trì đề tài/dự án: Tên tổ chức chủ trì đề tài: Viện Vật lý

Điện thoại: 22123607 Fax: 37669050

E-mail: office@iop.vast.ac.vn

Website: www.iop.vast.ac.vn

Địa chỉ: số 10 Đào tấn, Ngọc khánh, Ba đình, Hà nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Nguyễn Đại Hưng

Số tài khoản: 931-01-071

Ngân hàng: Kho bạc nhà nước Quận Ba Đình, Hà nội

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN 1 Thời gian thực hiện đề tài/dự án: - Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 01 năm 2007 đến tháng 12 năm 2009 - Thực tế thực hiện: từ tháng 01 năm 2007 đến tháng 03 năm 2010 - Được gia hạn (nếu có): - Lần 1 từ tháng 01 năm 2010 đến tháng 03 năm 2010 2 Kinh phí và sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 12.000 tr.đ, trong đó: + Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 3.600 tr.đ + Kinh phí từ các nguồn khác: 8.400 tr.đ + Tỷ lệ và kinh phí thu hồi đối với dự án (nếu có): 70%

b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH:

Số

TT

(Số đề nghị quyết toán)

Thời gian

(Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:Đơn vị tính: Triệu đồng

Số

TT các khoản chi Nội dung

Theo kế hoạch Thực tế đạt được

Tổng SNK

H

Nguồn khác

Tổng SNKH Nguồn

khác

1 Thiết bị, máy móc

dựng mới, cải tạo

- Lý do thay đổi (nếu có):

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

2 2093/QĐ-BKHCN

ngày 22/9/2006 Quyết định về việc phê duyệt nội dung và kinh phí các Dự án đã trúng tuyển thuộc

Chương trình khoa học và công nghệ trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2006-2010,

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

tử nghiệp vụ, Viện Kỹ thuật Điện tử và Cơ khí nghiệp vụ, Tổng cục Kỹ thuật, Bộ Công an

- Thuê máy cắt thủy tinh

- Tư vấn sản xuất mạch điện

tử chất lượng cao

- Cắt tạo phôi thấu kính

2 Cty Cổ phần

Quang học

Việt

Cty Cổ phần Quang học Việt

- Gia công, chế tạo thấu kính

- Gia công chi tiết cơ khí

- Lắp ráp mạch điện tử

- Lắp ráp sản phẩm

- 60 ống kính nhìn đêm

- Lý do thay đổi (nếu có):

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:

Nội dung tham gia chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú

*

Ngọc Minh

TS Hoàng Ngọc Minh

Chế tạo mạch điện tử

- Gia công thấu kính

- 40 bộ thị kính

và vật kính kính đeo trán

6 Ngô Văn Hưng Ngô Văn Hưng - Tiện chi tiết

cơ khí

- Tiện 80 bộ chi tiết cơ khí

Tuấn - Phay chi tiết cơ khí - Phay 80 bộ chi tiết cơ khí

Minh

Trần Đình Minh

- Tư vấn quy trình sản xuất mạch điện tử

- Lý do thay đổi ( nếu có):

6 Tình hình hợp tác quốc tế:

Số

TT

Theo kế hoạch

(Nội dung, thời gian, kinh phí,

địa điểm, tên tổ chức hợp tác,

số đoàn, số lượng người tham

1 Đi Đức, Hà lan thực tập và tiếp

nhận quy trình kiểm tra, bảo

dưỡng, sửa chữa, 2 người

- Lý do thay đổi (nếu có):

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

(Nội dung, thời gian,

kinh phí, địa điểm ) Ghi chú*

1

2

3

4

- Lý do thay đổi (nếu có):

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

1 Hoàn thiện thiết kế 02 mẫu

kính nhìn đêm Từ 1/2007 Đến

12/2007

Từ 1/2007 Đến 12/2007

-Hoàng Ngọc Minh

2 Quy trình Gia công chế tạo chi

tiết quang học

Từ 1/2007 Đến 12/2007

Từ 1/2007 Đến 12/2008

-Lê Thăng -Đoàn Xuân Hùng

3 Quy trình Phủ màng mỏng Từ 1/2007

Đến 12/2007

Từ 1/2007 Đến 12/2008

-Hoàng Ngọc Minh

4 Gia công chế tạo các chi tiết cơ

khí chính xác Từ 1/2007 Đến

12/2007

Từ 1/2007 Đến 12/2007

- Ngô Văn Hưng

- Hoàng Văn

- Vũ Bá Huấn

6 Lắp ráp và hoàn thiện sản

phẩm

Từ 1/2009 Đến 12/2009

Từ 1/2009 Đến 3/2010

- Hoàng Ngọc Minh

- Lý do thay đổi (nếu có):

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

thể và chi tiết cơ quang

cho 2 mẫu kính nhìn đêm

12/2007 12/2007

2 Quy trình công nghệ chế

tạo chi tiết quang học

(thấu kính, gương, phin

lọc)

12/2007 12/2008

3 Quy trình bốc hơi các hệ

màng mỏng giao thoa

nhiều lớp trong chân

không bằng chùm tia điện

tử

12/2007 12/2008

công chế tạo chi tiết cơ khí

Theo kế hoạch Thực tế đạt

được

1 Thạc sỹ

2 Tiến sỹ

- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống cây trồng:

Số

TT Tên sản phẩm đăng ký

Kết quả Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

- Lý do thay đổi (nếu có):

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

Kết quả

sơ bộ

1

2

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

- Làm chủ hoàn toàn từ khâu nghiên cứu thiết kế chế thử cho đến các quy trình công nghệ gia công chế tạo hoàn chỉnh 1 thiết bị nhìn đêm hiện đại

- Chất lượng đạt tiêu chuẩn quốc tế

- Trên cơ sở đó đa dạng được chủng loại sản phẩm, đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu cảu khách hàng

- Mở ra triển vọng có thể nghiên cứu phát triển và sản xuất các thiết bị quang điện tử hiện đại có hàm lượng tri thức cao

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

- Giá thành rẻ hơn từ 25 đến 50% so với nhập ngoại

- Mở ra triển vọng gia công chế tạo 1 sản phẩm cong nghệ cao trong nước; qua đó kích thích nhiều ngành công nghiệp phụ trợ phát triển

- Bảo đảm tính tự chủ, nhất là những mặt hàng nước ngoài cấm xuất khẩu

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:

Số

TT Nội dung

Thời gian thực hiện

- Quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết quang học

- Quy trình công nghệ gia công chế tạo chi tiết cơ khí chính xác

- Quy trình công nghệ chế tạo các mạch điện tử

- Chế thử để hoàn thiện và ổn định các thông số kỹ thuật

để có thể bàn giao cho sản xuất loạt nhỏ

- Dự án đã triển khai tích cực, thực hiện nhiều nội dung công việc, nhưng chưa có sản phẩm hoàn thiện

- Tài liệu trình bày với đoàn kiểm tra chưa phải là tài liệu khoa học để báo cáo mà chỉ là tài liệu để tiến hành công việc trong xưởng sản xuất

- Người chủ trì: TS Trần Việt Hùng Lần 2 17/4/2008 - Chế thử 04 mẫu kính thử nghiệm

- Báo cáo tương đối đầy đủ

- Đạt tiến độ kế hoạch

- Người chủ trì: TS Trần Việt Hùng

Lần 3 30/10/2008 - Quy trình bốc bay các hệ màng mỏng giao thoa nhiều

lớp trong chân không bằng chùm tia điện tử

- Đăng ký bản quyền sở hữu

- Nhìn chung Dự án đã bám sát tiến độ đề tài và nội dung

đã đăng ký, nhưng cách báo cáo còn lúng túng

- Người chủ trì: TS Trần Việt Hùng Lần 4 22/4/2009 - Hoàn thiện quy trình lắp ráp và hoàn thiện sản phầm

- Các chuyên đề phải có nghiệm thu, trong đó ghi rõ người nào xây dựng quy trình người nào thiết kế, …

- Cân nhắc kéo dài thời gian

- Người chủ trì: TS Trần Việt Hùng Lần 5 02/12/2009 - Sản xuất loạt nhỏ 2 mẫu kính nhìn đêm: 40 kính quan

sát ghi hình và 20 kính đeo trán

- Những nội dung hoàn thiện công nghệ và sản lượng đã

đủ Đề nghị tiến hành nghiệm thu cơ sở

- Người chủ trì: TS Trần Việt Hùng III Nghiệm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các nguyên công gia công chế tạo hòan chỉnh 1 thấu kính 6

Bảng 1.2 Bảng tra chiều dày lớp nhựa 14

Bảng 1.3 Những biện pháp sửa hình dạng bề mặt sản phẩm (sửa vòng quang) 17

Bảng 1.4 Lỗi vòng quang và cấp nhẵn sáng cho phép đối với từng chủng loại thiết bị quanq học 18

Bảng 1.5 Yêu cầu độ chĩnh xác vòng quang và các kích thước tiêu chuẩn các bộ đôi dưỡng theo các cấp độ bán kính cong R khác nhau 19

Bảng 1.6 Chỉ tiêu chất lượng thấu kính gia công đạt được so với đăng ký 25

B¶ng 2.1 ThiÕt kÕ mµng gi¶m ph¶n x¹ 4 líp 35

Bảng 2.2 Độ dày màng gương bán mạ 6 lớp 39

Bảng 2.3 Các thông số công nghệ bốc màng bán mạ 6 lớp 40

Bảng 3.1 Các cặp bánh răng thay thế để chế tạo các bánh răng có số răng từ 6 đến 390 49

Bảng 3.2 Các cặp bánh răng thay thế cho tốc độ ăn dao bánh răng thẳng 49

Bảng 3.3 Các cặp bánh răng thay thế cho tốc độ ăn dao bánh răng xiên 50

Bảng 3.4 Các thành phần và chế độ làm việc của bể dung dịch 52

Bảng 3.5 Các thành phần và chế độ làm việccủa bể dung dịch 54

Bảng 4.1 Công suất của một số LED chiếu sáng 57

Bảng 5.1 Các kết quả đo đạc độ phân giải của các đầu thu do Nga và Hà lan sản xuất 67

Bảng 6.1 Mối liên quan giữa độ lớn góc trường quan sát và tiêu cự vật kính 73

Bảng 6.2 Danh sách các tia và các cặp quang sai cần được tính cho một bước sóng (màu xanh) và các trọng số tương ứng cho bước sóng màu xanh 587.562 nm 79

Bảng 7.1 Thông số kỹ thuật sản phẩm kính nhìn đêm được chế tạo so với đăng ký 104

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Bản vẽ thiết kế thấu kính chế tạo 5

Hình 1.2 Tỉ lệ các kích thước khi phay bằng dao phay hình xuyến 7

Hình 1.3 Máy cưa cắt thủy tinh quang học của hãng Loh (Đức) 8

Hình 1.4 Máy phay mặt cầu bằng dao kim cương của hãng Sidai (Hàn quốc) 8

Hình 1.5 Các bộ gá sản phẩm khác nhau a: gắn trên chuôi gỗ cho gia công đơn chiếc; b: gắn trên chuôi kim loại; c: gắn trên mâm vạn năng để gia công các mặt cầu lồi; d: gắn

trên mâm chuyên dụng; e: gắn trên mâm vạn năng cho các mặt phẳng; f: gắn điểm 9 Hình 1.6 Phương pháp gắn các sản phẩm có mặt lồi bằng bát định vị 1: Bát định vị; 2: quả cầu; 3: nấm gắn 10

Hình 1.7 Máy mài nghiền 4 trục cho mặt phẳng 11

Hình 1.8 Máy mài nghiền 2 trục cho thấu kính lớn 11

Hình 1.9 Tương quan giữa bán kính mặt cầu sản phẩm, bán kính bát mài và đường kính hạt mài Hình trái: bề mặt sản phẩm lồi rS = rL + hm; Hình phải: bề mặt lõm rS = rL -  hm 12

Hình 1.10 Hiệu chỉnh bát mài mịn bằng dao tiện 13

Hình 1.11 Quá trình mài nghiền với bộ bát mài đã được hiệu chỉnh 13

Hình 1.12 Nguyên lý chuyển động của máy đánh bóng đòn bẩy 1: Mâm gắn sản phẩm; 2: đĩa đánh bóng;3: Chốt đầu chỏm cầu truyền chuyển động lắc và tự xoay của đĩa đánh bóng; 4: Lớp nhựa đánh bóng 15

Hình 1.13 Máy đánh bóng CNC của hãng Loh (Đức) và nấm bát đánh bóng 15

Hình 1.14a Nguyên lý của máy đánh bóng dạng Osca cho bán kính nhỏ dưới 25 mm 16

Hình 1.14b Máy đánh bóng 4 trục HSPM 0.5 của hãng Sidai cho bán kính dưới 25mm 16

Hình 1.15 Các lỗi góc nêm cho các dạng thấu kính khác nhau 20

Hình 1.16 Phương pháp định tâm cơ học và mài gọt mặt rìa thấu 21

Hình 1.17 Phương pháp định tâm quang học dùng ánh sáng phản xạ 1: ụ quay, 2: chuôi côn; 3: thấu kính; 4: mặt bích và keo gắn kính; 6: đá mài riềm; O: trục quang học đồng thời là trục quay chính của máy định tâm; S: trục đối xứng thấu kính 22

Hình 1.18 Máy định tâm Sidai SMC2.0 22

Hình 1.19 Máy đo bán kính cầu UltraSpheronis của hãng Trioptics 24

Hình 1.20 Máy đo tiêu cự OptiAngle của hãng Trioptics 24

Hình 2.1 Hệ thống chân không SKK của hãng Shincron (Nhật) 31

Hình 2.2 Cấu tạo Bơm hút chân không khuếch tán 32

Hình 2.3 Sơ đồ hoạt động các van khi hút chân không 32

Hình 2.4 Súng bắn phá chùm tia điện tử 34

Hình 2.5 Phổ phản xạ của hệ màng giảm phản xạ 4 lớp 36

Hình 2.6 Phổ phản xạ hệ màng bán mạ 6 lớp điện môi 39

Hình 2.7 Phổ phản xạ hệ gương phản xạ nhôm có lớp bảo vệ 40

Hình 2.8 Hệ máy bốc hơi chân không của hãng Schincron (Nhật) dùng chế tạo các linh kiện màng mỏng giao thoa nhiều lớp; màng giảm phản xạ, gương, kính lọc màu, màng bán mạ 42

Hình 2.9 Máy đo phổ 2 chùm tia UVD-3200 của hãng LaboMed (Mỹ) 43

Hình 3.1 Quy trình đúc rót nhôm hợp kim trong khuôn cát ướt 45

Hình 3.2 Bản vẽ thiết kế cặp chi tiết ống gá kính lắp ghép bằng ren nhiều đầu mối 46

Hình 3.3 Máy phay lăn răng mo-dun nhỏ YH3600 48

Hình 3.4 Bản thiết kế bánh răng cần chế tạo 51

Hình 4.1 Sơ đồ phân bố điện áp trong đầu thu khuếch đại ảnh 55

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch đo proximity (a), và cách đo khoảng cách (b) 58

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch đo chiếu sáng của môi trường 58

Hình 4.4 Sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in PCB cho các mẫu kính nhìn đêm có chức năng thông minh 60

Hình 4.5 Sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in PCB cho kính quan sát đêm yêu cầu kích thước nhỏ 61

Hình 4.6 Sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in nhân điên áp cho laser chiếu sáng phụ 61

Hình 5.1 Sơ đồ hệ đo cường độ phát sáng màn hình phosphor của đầu thu 1: ống chuẩn trực; 2: khe tròn;3: kính lọc trung tính; 4: hệ vật kính; 5: màn hình phosphor; 6: thị kính; 7: thấu kính hội tụ; 8: mặt nhạy quang; 9: lux kế 65

Hỡnh 5.2 Sơ đồ hệ đo độ phõn giải của đầu thu 1: ống chuẩn trực, mia phõn giải USAF; 3:

kớnh lọc trung tớnh; 4: hệ vật kớnh; 5: kớnh hiển vi; 6: mắt 66

Hỡnh 5.3 Mia phõn giải USAF (US Airforce Resolving Target Power) 67

Hình 5.4 Sơ đồ thiết kế phòng lắp ráp đầu thu 68

Hỡnh 6.1 Sơ đồ cấu tạo một kớnh nhỡn đờm và cỏc kớch thước liờn quan Objectve: vật kớnh, Eletro-optical transducer: đầu thu; Eyepiece: thị kớnh; P1 và P'1: mặt phẳng chớnh vật kớnh; P2 và P'2 : mặt phẳng chớnh thị kớnh; D và D': đường kớnh khe chắn sỏng đầu vào và đầu ra 71

Hỡnh 6.2 Sơ đồ bố trớ cỏc tia cắt mặt khe chắn sỏng Trỏi: cho điểm trường 0 o nằm trờn trục quang (axial); Giữa: cho điểm trường zone (R= 0.7); Phải: cho điểm trường nằm ở biờn (R=1) 79

Hỡnh 6.3a Thiết kế ống kớnh telephoto f90 cho kớnh quan sỏt cầm tay và ghộp camera 83

Hỡnh 6.3b Chỉ tiờu chất lượng ống kớnh f90 cho kớnh quan sỏt cầm tay và ghộp camera 84

Hỡnh 6.4a Thiết kế ống kớnh double Gauss f35 cho kớnh quan sỏt cầm tay và đeo trỏn 85

Hỡnh 6.4b Chỉ tiờu chất lượng quang ống kớnh Double Gauss f35 86

Hỡnh 6.5a Thiết kế ống kớnh double Gauss f25 cho kớnh quan sỏt gắn mũ lỏi 87

Hỡnh 6.5b Chỉ tiờu chất lượng quang ống kớnh Double Gauss f25gắn mũ lỏi 88

Hỡnh 6.6a Thiết kế thị kớnh quan sỏt dạng Klener f22.5 89

Hỡnh 6.6b Tớnh chất quang hệ thị kớnh Klener f22.5 90

Hỡnh 6.7a Thiết kế thị kớnh quan sỏt dạng Klener f30 91

Hỡnh 6.7b Tớnh chất quang hệ thị kớnh quan sỏt dạng Klener f30 92

Hỡnh 6.8a Thiết kế thị kớnh quan sỏt dạng Klener f25 93

Hỡnh 6.8b Tớnh chất quang hệ thị kớnh quan sỏt dạng Klener f25 94

Hỡnh 6.9 Thiết kế quang hệ mở rộng và hội tụ chựm tia laser 95

Hỡnh 6.10 Thiết kế tổng thể kớnh nhỡn đờm cầm tay cho quan sỏt và ghi hỡnh HV02 97

Hỡnh 6.11 Thiết kế tổng thể kớnh nhỡn đờm cầm tay đeo trỏn HV03 98

Hỡnh 6.12 Thiết kế tổng thể kớnh nhỡn đờm đa năng HV04 99

Hỡnh 7.1 Sơ đồ dõy chuyền cụng nghệ chế tạo, lắp rỏp và hoàn thiện sản phẩm kớnh nhỡn đờm 89

Hỡnh 7.2 Kớnh quan sỏt ban đờm cầm tay HV02 105

Hỡnh 7.3 Kớnh quan sỏt ban đờm đeo trỏn HV03 106

Hỡnh 7.4 Kớnh nhỡn đờm đa năng HV04 107

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT THẤU KÍNH TỪ THỦY TINH QUANG HỌC 4

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CÔNG NGHỆ CẦN GIẢI QUYẾT 4

1.2 MÔ TẢ QUY TRÌNH VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 7

1.2.1 Công đoạn tạo phôi sản phẩm 7

1.2.1.1 Phay mặt cầu 7

1.2.1.2 Công đoạn gắn sản phẩm 9

1.2.2 Công đoạn mài nghiền tinh 10

1.2.3 Công đoạn đánh bóng 13

1.2.3.1 Chế tạo nấm bát đánh bóng 14

1.2.3.2 Đánh bóng 14

1.2.3.3 Kiểm tra độ chính xác bề mặt cầu bằng vân giao thoa 18

1.2.3.4 Nghiên cứu chế tạo dưỡng 18

1.2.4 Công đoạn định tâm và mài tròn rìa 20

1.2.4.1 Nguyên nhân xuất hiện lỗi lệch trục quang 20

1.2.4.2 Máy móc thiết bị và phương pháp định tâm 20

1.3 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 23

2 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC HỆ MÀNG MỎNG GIAO THOA TRONG CHÂN KHÔNG 26

2.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CÔNG NGHỆ CẦN GIẢI QUYẾT 26

2.1.1 Chỉ tiêu kỹ thuật và chất lượng với các loại màng mỏng giao thoa 26

2.1.2 Yêu cầu nghiên cứu vật liệu và phương pháp thiết kế hệ màng 27

2.1.2.1 Xác định chiết xuất vật liệu ở trạng thái màng mỏng 27

2.1.2.2 Phương pháp thiết kế hệ màng nhiều lớp 28

2.1.3 Những yêu cầu về máy móc thiết bị, nhà xưởng và quy trình 29

2.2 MÔ TẢ MÁY MÓC THIẾT BỊ 30

2.2.1 Máy bốc hơi chân không 30

2.2.1.1 Buồng chân không 30

2.2.1.2 Hệ thống hút chân không 30

2.2.1.3 Hệ thống các van 32

2.2.1.4 Hệ thống làm mát bằng lạnh tuần hoàn 32

2.2.1.5 Các đầu đo chân không 33

2.2.2 Súng phóng chùm tia điện tử 33

2.2.3 Máy đo đạc và điều chỉnh độ dày màng mỏng 35

2.2.3.1 Máy đo đạc khống chế độ dày màng mỏng trong chân không 35

2.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 35

2.3.1 Quy trình chế tạo màng giảm phản xạ 4 lớp 35

2.3.1.1 Thiết kế màng giảm phản xạ 35

2.3.1.2 Chuẩn bị vật liệu bay hơi 36

2.3.1.3 Quy trình chế tạo màng giảm phản xạ trong chân không 37

2.3.2 Quy trình chế tạo Màng bán mạ điện môi 6 lớp 39

2.3.2.1 Thiết kế hệ màng bán mạ nhiều lớp từ vật liệu điện môi SiO2 và TiO 2 39

2.3.2.2 Bay hơi chế tạo màng bán mạ điện môi 39

2.3.3 Quy trình chế tạo Gương phản xạ có lớp bảo vệ 40

2.4 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 41

3 QUY TRÌNH GIA CÔNG CHẾ TẠO CHI TIẾT CƠ KHÍ CHÍNH XÁC 44

3.1 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐÚC CHI TIẾT NHÔM BẰNG KHUÔN CÁT 44

3.2 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT GỌT MỘT SỐ CHI TIẾT CƠ KHÍ CHÍNH XÁC CHO QUANG HäC 45

3.2.1 Quy tr×nh Tiện các ren nhiều mối có độ đồng trục cao 45

3.2.2 Quy trình phay doa tạo hình các chi tiết phức tạp 47

3.2.3 Quy trình gia công chế tạo các bánh răng modun nhỏ 48

3.2.3.1 Quy trình chế tạo bánh răng thẳng 49

3.2.3.2 Quy trình chế tạo bánh răng xiên 50

3.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH ANODE HÓA VÀ NHUỘM NHÔM 52

3.3.1 Máy móc thiết bị và chế độ làm việc 52

3.3.2 Vai trò của các thành phần trong quá trình anode hóa 52

3.3.3 Những sự cố và phương pháp khắc phục 54

4 THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN SỐ 55

4.1 VẤN ĐỀ THIẾT KẾ VÀ CÔNG NGHỆ CẦN GIẢI QUYẾT 55

4.2 ĐO ĐẠC KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ 56

4.2.1 Đo các thông số của Laser diode, LED chiếu sáng 57

4.2.2 Đo đạc phạm vi làm việc của cảm biến proximity, photodiode 57

4.3 QUY TRÌNH CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP CÁC BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ 59

4.3.1 Thiết kế 59

4.3.2 Quy trình chế tạo 59

4.3.3 LËp tr×nh ®iÒu khiÓn 62

4.4 KẾT LUẬN 64

5 X©y dùng quy tr×nh l¾p r¸p c¨n chØnh 65

5.1 X©y dùng quy tr×nh l¾p r¸p ®Çu thu 65

5.1.1 Đo đạc đầu thu khuếch đại ảnh 65

5.1.1.1 Đo so sánh độ phát sáng màn huỳnh quang 65

5.1.1.2 Đo đạc độ phân giải của đầu thu 66

5.1.2 Quy trình lắp ráp bảo ôn các đầu thu và thiết kế cabin khử tĩnh điện67 5.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LẮP RÁP TỔNG THỂ CƠ QUANG 68

5.2.1 Yêu cầu và Phương pháp thực hiện chung 68

5.2.2 Quy trình Lắp ráp các ống kính 69

5.2.2.1 Lắp ráp các ống kính có đường kính nhỏ hơn 10 mm 69

5.2.2.2 Lắp ráp các ống kính có đường kính lớn từ 10 mm đến 80 mm 70

6 THIẾT KẾ CHẾ TẠO KÍNH QUAN SÁT BAN ĐÊM 71

6.1 NHỮNG YÊU CẦU VÀ VẤN ĐỀ CÔNG NGHỆ CẦN GIẢI QUYẾT 71

6.1.1 Những yêu cầu về hệ thống ống kính quang học 71

6.1.1.1 Các thông số quang học đặc trưng 71

6.1.2 Những yêu cầu về hệ thống cơ khí 74

6.2 QUY TRÌNH THIẾT KẾ TỔNG THỂ KÍNH NHÌN ĐÊM 75

6.2.1 Quy trình thiết kế tối ưu hệ ống kính tạo ảnh quang học 75

6.2.1.1 Mô hình hóa các hàm mục tiêu cho tính toán tối ưu hệ quang 75

6.2.1.2 Tìm nghiệm cực tiểu cho hàm mục tiêu 76

6.2.1.3 Thiết lập hàm mục tiêu 78

6.2.2 Thiết kế các cụm chức năng ống kính tạo ảnh quang học 80

6.2.2.1 Vật kính telephoto f90 80

6.2.2.2 Vật kính double Gauss 81

6.2.2.3 Thị kính quan sát 81

6.2.2.4 Hệ telescope chiếu chùm tia sáng laser 82

6.2.3 Thiết kế chế tạo các cụm chức năng cơ khí chính xác 96

6.2.3.1 Các vấn đề thiết kế 96

6.2.3.2 Các vấn đề công nghệ 96

6.2.3.3 Các phương pháp kiểm tra độ bảo ôn kính nhìn đêm 101

7 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

MỞ ĐẦU

Mục tiêu Dự án là “Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo, lắp ráp để sản xuất loạt nhỏ sản phẩm quang điện tử (kính quan sát ghi hình ban đêm) Liên kết đơn vị sử dụng để thương mại hóa sản phẩm”

Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Dự án Kính nhìn đêm ngày

càng đóng 1 vai trò không thể thay thế được quốc phòng an ninh, bảo vệ pháp luật

và nhiều lĩnh vực khác Tuy nhiên những loại kính đạt tiêu chuẩn sử dụng trong quân sự có giá thành rất cao, nhiều loại kính ngắm và kính quan sát sử dụng đầu thu thế hệ 2++ trở lên bị cấm xuất khẩu sang ta Vì vậy, nếu chủ động được khâu thiết

kế chế tạo trong nước thì sẽ không chỉ giảm giá thành đáng kể mà còn đa dạng hoá được chủng loại sản phẩm kính nhìn đêm, nâng cao được nội lực nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu.Việc thiết kế và chế tạo một sản phẩm kính nhìn đêm hoàn

chỉnh bao gồm 2 lĩnh vực chuyên môn lớn có nền tảng khác nhau như sau:

1/- Công nghệ chế tạo các đầu thu khuếch đại ánh sáng (image intensifier Tubes)

cho nhìn đêm Đây là 1 linh kiện quang điện tử công nghệ cao, trên thế giới chỉ có

4 hãng sản xuất được là ITT và Litton của Mỹ, Photonis-DEP của Hà lan và Pháp, Kathode (Nga) Do đó chúng tôi chỉ nghiên cứu khảo sát để nhập được những loại thích hợp

2/- Công nghệ thiết kế chế tạo các chủng loại kính nhìn đêm khác nhau Có đến

hàng trăm chủng loại kính nhìn đêm cho nhiều nhu cầu ứng dụng: kính quan sát, kính đeo trán, kính gắn mũ cho lái xe, ống nhòm 2 mắt; kính ngắm cho các loại súng; camera giám sát và điều khiển hỏa lực Đây chính là những vấn đề mà Dự

án sẽ tập trung giải quyết Rõ ràng, ở đây cần sự phối hợp liên kết của nhiều lĩnh vực chuyên môn sâu khác nhau: quang học, màng mỏng, vi điện tử, laser, cơ khí chính xác, điều khiển tự động, xử lý ảnh

Tổng quan về tình hình nghiên cứu ngoài nước Trên thế giới cũng chỉ có ít hãng

có khả năng nghiên cứu phát triển và sản xuất các chủng loại kính nhìn đêm Đó là:

1 ITT (Mỹ): cung cấp cho quân đội Mỹ và các nước NATO, Nhật, úc, Israel

2 Litton (Mỹ): cung cấp kính gắn mũ cho lực lượng không quân Mỹ, NATO

3 ATN (Mỹ, xuất xứ Nga): cung cấp kính cho ngành bảo vệ pháp luật, dân sự

4 Newcon (Canada, xuất xứ Nga): cung cấp kính cho ngành bảo vệ pháp luật

5 Zeiss (Đức): cung cấp cho quân đội Đức

6 Cathode (Nga): cung cấp cho quân đội Nga, bảo vệ pháp luật, dân sự

Các hãng này nghiên cứu sản xuất trước hết là phục vụ nhu cầu quốc phòng

an ninh nội địa Họ không được phép xuất khẩu các chủng loại kính nhìn đêm đạt

tiêu chuẩn quân sự (MilSpec) và đầu thu thế hệ 3 Trên thế giới, xu hướng nghiên cứu phát triển kính nhìn đêm tập trung vào các lĩnh vực sau:

- Nâng cao chất lượng đầu thu: tăng hệ số khuếch đại ánh sáng, nâng cao độ phân giải, kéo dài tuổi thọ đầu thu, phát triển các loại vật liệu mới

- Nghiên cứu thiết kế ra các mẫu kính nhìn đêm đa năng, gọn nhẹ, chịu được điều kiện sử dụng khắc nghiệt (trong quân sự, khí hậu nhiệt đới)

Tình hình nghiên cứu chế tạo trong nước Cho đến nay chỉ có một số cơ sở thuộc

Bộ Quốc phòng là được đầu tư 1 dây chuyền sản xuất lắp ráp một số ít loại kính nhìn đêm Tuy nhiên để triển khai đầy đủ khoảng trên dưới 30 mẫu kính nhìn đêm khác thì chắc chắn còn cần phải đầu tư lớn tiếp và đồng bộ cho các khâu sau: nghiên cứu phát triển sản phẩm, dây chuyền công nghệ sản xuất quang học, cơ khí chính xác và điện tử và đào tạo chuyên gia và kỹ thuật viên

Địa chỉ thứ hai trong nước có khả năng tự nghiên cứu phát triển các loại kính nhìn đêm là Viện Vật lý, Viện Khoa học Công nghệ Việt nam trên cơ sở liên kết với Công ty Cổ phần Quang Điện tử Việt và Viện Kỹ thuật Công an, Tổng cục Hậu cần Kỹ thuật, Bộ Công an Kết quả đã chế tạo thành công được một số chủng loại kính nhìn đêm thế hệ hiện đại Các kính này đạt chất lượng tương đương với những mẫu cùng loại của nước ngoài và đã được thử nghiệm trong các đơn vị quân đội và công an từ gần 10 năm nay

Nhìn chung, do xuất phát từ một nền tảng rất thấp, thêm vào đó là nhiều khó khăn do cơ chế mà đến nay lĩnh vực chế tạo kính nhìn đêm nói riêng và quang điện

tử ở nước ta nói chúng vẫn chưa có thể bứt phá để tạo ra được những sản phẩm có tính thương mại

Những vấn đề và công việc mà Dự án này cần giải quyết

Trước hết cần phải thay đổi tư duy quan điểm trong việc nghiên cứu phát triển một thiết bị công nghệ cao đạt tiêu chuẩn thương mại Để đạt được chúng tôi bắt buộc phải lần lượt đi theo một lộ trình gồm những giai đoạn sau:

- Nghiên cứu chế thử: tìm hiểu và nắm vững phương pháp nguyên lý thiết kế và

công nghệ chế tạo Khâu này thuộc phạm vi các đề tài cấp Bộ và cấp Nhà nước

- Nghiên cứu sản xuất loạt 0 và đưa vào sử dụng thử sẽ hoàn thiện dần thiết kế và

công nghệ chế tạo sản phẩm Khâu này thuộc phạm vi các Dự án sản xuất thử nghiệm

- Đầu tư xây dựng dây chuyền sản xuất sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng và số

lượng yêu cầu Khâu này do các nhà máy đảm nhận

- Quảng cáo tiếp thị và thương mại hóa sản phẩm Khâu này do các công ty thương

mại đảm nhận

- Xây dựng thương hiệu uy tín sản phẩm Trên cơ sở đã có thời gian sử dụng trong

thực tế

Xuất xứ Dự án là sự kế thừa của đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước KC.05.04

“Nghiên cứu công nghệ chế tạo và lắp ráp các linh kiện quang học của thiết bị nhìn

đêm dựa trên nguyên lý khuếch đại ánh sáng mờ” Thời gian thực hiện: 36 tháng từ

2001 đến 2003 Đề tài đã được nghiệm thu loại xuất sắc tháng 12 năm 2004

Mục tiêu hoàn thiện công nghệ của dự án Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo

và lắp ráp 02 chủng loại sản phẩm: kính quan sát ghi hình cầm tay và kính đeo trán lái xe ban đêm hoàn toàn tương đương mẫu cùng loại của nước ngoài

Quy mô của Dự án

- Xây dựng hệ thống thiết bị và đồ gá cho sản xuất chi tiết quang học và dây chuyền lắp ráp sản xuất loạt nhỏ thiết bị quang học với công suất 400 chiếc/1 năm

- Sản xuất chế tạo loạt 0 gồm 60 sản phẩm

- Đào tạo, nâng cao trình độ KHCN và phát triển đội ngũ cán bộ nghiên cứu, thiết

kế và công nghệ trong lĩnh vực quang điện tử

Dự án này hoàn toàn do chúng ta làm chủ từ khâu nghiên cứu lý thuyết, tính

toán thiết kế cho đến nghiên cứu xây dựng các quy trình công nghệ chế tạo và lắp ráp hoàn thiện sản phẩm

Hiệu quả kinh tế:

- Không phải đi mua bản quyền thiết kế và bí quyết công nghệ

- Giá thành 01 đơn vị sản phẩm chế tạo trong nước rẻ hơn nhiều so với nhập ngoại (từ 25% đến 50%)

- Góp phần tạo dựng phát triển 01 lĩnh vực công nghệ cao trong nước

Khả năng thị trường Việt nam hoàn toàn chưa có nhà cung cấp đủ khả năng sản

xuất đầy đủ các chủng loại kính nhìn đêm

Tác động của kết quả Dự án đến kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng

Đặc điểm của sản phẩm quang điện tử là tiêu tốn rất ít nguyên vật liệu và năng lượng Việc sản xuất hầu như không gây ô nhiễm môi trường Giá trị thặng dư tạo

ra được quyết định chủ yếu do những yếu tố thuộc về con người như: bí quyết công nghệ, trình độ chuyên môn, đặc biệt là kỹ năng lập trình và tay nghề khéo léo Đây chính là những thế mạnh của Việt nam Ngoài ra nó còn mở mang nhiều ngành nghề mới và thúc đẩy rất nhiều ngành công nghiệp phụ trợ liên quan phát triển (thí

dụ hóa chất vật tư đặc chủng )

Các loại kính nhìn đêm chịu được môi trường sử dụng khắc nghiệt trong quân

sự có giá thành rất đắt và bị cấm xuất khẩu Bởi vậy việc chế tạo sẽ bảo đảm cung cấp đầy đủ các chủng loại kính nhìn đêm phục vụ nhu cầu an ninh, quốc phòng và nhiều lĩnh vực khác

1 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT THẤU

KÍNH TỪ THỦY TINH QUANG HỌC

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CÔNG NGHỆ CẦN GIẢI QUYẾT

Các thấu kính cho kính nhìn đêm được sản xuất ở đây phải đạt chỉ tiêu chất lượng như các loại ống kính máy chụp ảnh quay phim Yêu cầu chất lượng được thể hiện qua Bản thiết kế thấu kính ở Hình 1.1, trong đó:

Cột 1 và 3: Theo thứ tự là thông số của mặt cầu trước và sau thấu kính

- Giá trị bán kính cầu R1, R2 và sai số cho phép:  0.5 m

- Sai lệch bề mặt cầu R: 0.5 đến 2 vòng Newton /8 (tương đương 0.075 m)

- Sai số độ dày thấu kính:  0.005 mm

- Dung sai lắp ghép đường kính bao : G7/h8

- Độ lệch tâm: 0.5 m

- Chất lượng bề mặt: số vết chấm xước/1mm2; chủng loại lớp màng mỏng cần phủ (thí dụ : màng giảm phản xạ, phin lọc…)

Cột 2: Yêu cầu về vật liệu thủy tinh sử dụng để chế tạo thấu kính: chiết xuất ở bước

sóng chính nd, hệ số Abbe ; ứng suất, các lỗi bọt khí sợi khí, độ nhạy cảm với môi trường khí hậu và hóa chất, cơ lý tính, độ cứng…Chiết xuất một số loại thủy tinh dễ thay đổi theo nhiệt độ và ứng suất Một số loại thủy tinh rất nhạy cảm với nước và dung dịch hóa chất gia công và tảy rửa để lại váng bề mặt

Cho đến nay chúng tôi chỉ thực hiện gia công quang học để phục vụ chế thử

các sản phẩm mới, số lượng chỉ khoảng từ 2 đến 10 sản phẩm Với mục tiêu gia

công chế tạo 400 kính nhìn đêm/năm (tương đương 5000 chi tiết thấu kính) thì phải xây dựng 1 dây chuyền công nghệ riêng Để thực hiện cần phải đầu tư đồng bộ nhiều chủng loại máy móc thiết bị và dụng cụ cho gia công và đo lường, xây dựng cải tạo các phòng làm việc, chuẩn bị nguyên vật liệu, tuyển dụng mới và đào tạo nhân lực chuyên môn cho tất cả các công đoạn gia công chế tạo hoàn chỉnh 1 thấu kính (Bảng 1.1) Cụ thể là: tạo phôi, mài nghiền tinh, đánh bóng, định tâm và phủ màng

Ngoài ra cần phải nghiên cứu thử nghiệm để tìm ra các giải pháp công nghệ, nắm vững làm chủ quy trình công nghệ và các thông số kỹ thuật, ổn định chất lượng sản phẩm, nâng cao số lượng chi tiết gia công để khẳng định công nghệ và quy mô dự án sản xuất thử nghiệm Sau đây chúng tôi sẽ mô tả vắn tắt từng công đoạn gia công cụ thể và các giải pháp kèm theo.

Nguyên công Máy móc thiết bị gia công Dụng cụ, máy đo Nhân lực

1 Tạo phôi kính

- Cắt khối thuỷ tinh quang học

- Tạo phôi trụ: khoan mài tròn

- Tạo phôi mặt cầu: phay

- 01 máy cưa cắt khối thủy tinh (Hình 0.2)

- 01 máy khoan tạo phôi hình trụ (Hình 0.3)

- 01 máy phay cầu bằng dao kim cương Curven Generator (Hình 0.4)

- Lưỡi dao cắt kim cương

- Bộ dao khoan lỗ, thước cặp

- Bộ dao phay trụ kim cương, máy

đo bán kính cầu, máy đo chiết xuất, ứng suất thủy tinh

- 1 công nhân gia công

- 1 nhân viên đo kiểm tra độ cầu, đo chiết xuất và ứng suất thủy tinh quang học

2 Mài nghiền tinh

- 01 máy mài cho bán kính cầu dưới r50 (H 05)

- 01 máy cho bán kính cầu trên r50 (Hình 06)

- bộ dưỡng mẫu dưởng kiểm

- 2 công nhân quang học

- dụng cụ máy đo độ lệch tâm

2 công nhân quang học

5 Phủ màng mỏng giao thoa

trong chân không

01 máy bốc hơi chân không cao 10-5 Torr; dung tích đường kính 0.5 m ((Hình 0.12)

- chế độ bốc hơi: nhiệt điện trở, bắn phá bằng chùm điện tử

-đo đạc không chế độ dày màng trong quá trình bốc bay: thạch anh

- máy quang phổ, chương trình phần mềm

- 1-2 chuyên gia phủ màng

- 2 công nhân quang học vệ sinh và gá kính

mạ màng

Bảng 1.1 Các nguyên công gia công chế tạo hòan chỉnh 1 thấu kính.

1.2 MÔ TẢ QUY TRÌNH VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ

1.2.1 Công đoạn tạo phôi sản phẩm

Các loại thủy tinh quang học thường được các hãng sản xuất cung cấp theo các khối hình chữ nhật có kích thước hình tiêu chuẩn là 300250200 mm Để chế tạo thấu kính, trước tiên chúng được cưa cắt thành các tấm mỏng (phù hợp với độ dày thấu kính) trên máy cưa chuyên dụng Do thủy tinh dễ vỡ nên không thể kẹp chặt bằng ê-tô mà phải dán cả khối lên bàn máy bằng 1 loại keo chuyên dụng Hình 1.3 giới thiệu máy cắt thủy tinh của hãng Loh thuộc Viện Kỹ thuật Công an Tiếp

đó từ các tấm thủy tinh này có thể dùng máy khoan với các dao cắt kim cương để phân chia thành các phôi hình trụ cho thấu kính

1.2.1.1 Phay mặt cầu

Để tạo ra các mặt cầu chúng tôi dùng phương pháp phay bằng dao phay kim cương trên máy Curven Generator CG-2.0 do hãng Sidai Hàn quốc sản xuất (Hình 1.4) Sản phẩm được kẹp chặt trên các chấu bung đồng trục bằng teflon Theo Hình

1.2 giá trị các bán kính r sp bề mặt cầu lồi hoặc lõm sản phẩm phụ thuộc vào đường

kính của dao phay d d và góc nghiêng  giữa trục gắn sản phẩm và trục quay dụng

cụ theo công thức:

) (

Hình 1.2 Tỉ lệ các kích thước khi phay bằng dao phay hình xuyến

Hình 1.3 Máy cưa cắt thủy tinh quang học của hãng Loh (Đức)

Hình 1.4 Máy phay mặt cầu bằng dao kim cương CG-2 của hãng Sidai (Hàn quốc)

1.2.1.2 Công đoạn gắn sản phẩm

Do tính chất dễ bị nứt và vỡ của thủy tinh nên không thể sử dụng các phương pháp kẹp chặt như với các chi tiết cơ khí Trước khi gia công mài nghiền và đánh bóng, các phôi thấu kính cần phải được gắn lên các mâm đỡ kim loại bằng các loại keo đặc biệt được làm từ các hỗn hợp nhựa thông, paraffin hoặc sáp Các loại keo này có tính chất: khi hơ nóng lên trên 120oC thì mềm ra, khi nguội thì đông cứng lại và bảo đảm giữ chắc sản phẩm không bị bong tách khi gia công mài hoặc đánh bóng Hình 1.5 giới thiệu một số phương pháp và dụng cụ gắn sản phẩm

Hình 1.5 Các bộ gá sản phẩm khác nhau a: gắn trên chuôi gỗ cho gia công đơn chiếc; b: gắn

trên chuôi kim loại; c: gắn trên mâm vạn năng để gia công các mặt cầu lồi; d: gắn trên mâm chuyên dụng; e: gắn trên mâm vạn năng cho các mặt phẳng; f: gắn điểm

1 Gắn đơn chiếc: thích hợp với sản phẩm có bán kính r nhỏ hơn 25 mm Ở đây

trước hết trên chuôi gá phải được hơ nóng và bôi lên một lớp keo dán Tiếp đó đặt nhẹ phôi lên trên sao cho trục đối xứng của nó trùng với trục của chuôi gá Lớp keo gắn này phải dày đều (cỡ 5 mm) để giảm lỗi hình nêm của thấu kính, tạo thuận lợi cho khâu định tâm sau này

2 Gia công với mâm gắn vạn năng: Thích hợp với thấu kính có r lớn hơn 25 mm

Ở đây các thấu kính phải được gắn lên một mâm gá vạn năng sao cho:

- Các phôi sản phẩm phải được sắp xếp đều đặn và đối xứng;

- Trục quang của tất cả phôi thấu kính phải cắt nhau tại tâm điểm của bát gá (Hình 1.6 trái);

- Tâm điểm các tất cả mặt cầu của phôi gắn phải trùng nhau (Hình 1.6 phải)

Để thoả mãn các điều kiện này phải sử dụng một đĩa định vị Nếu sản phẩm

có bề mặt lồi thì đĩa định vị có dạng hình nấm (cầu lồi) Ngược lại đối với bề mặt sản phẩm lõm thì đĩa có dạng hình bát (cầu lõm) Đầu tiên gắn tạm các sản phẩm vào đĩa định vị; bề mặt cần gia công nằm úp xuống phía dưới Các sản phẩm này cũng phải được sắp xếp đều đặn và đối xứng Sau đó đặt toàn bộ đĩa này lên nấm gắn bằng kim loại đã được phủ lớp keo gắn nóng Để đảm bảo cho lớp keo gắn có

độ dày đồng đều, cần phải sử dụng các viên bi cầu có cùng đường kính làm cữ

(hoặc nấm) mài; rr : bán kính nấm (hoặc bát) gắn; k: độ dày lớp gắn; m: độ dày

thấu kính; L: đường kính rìa thấu kính; bi: đường kính bi cầu; a 1: lượng dư phía

gia công; a 2 : lượng dư lớp keo gắn Nếu bề mặt sản phẩm là mặt phẳng thì thay bi cầu bằng các tấm cữ song song Khâu gắn và định vị sản phẩm trên các mâm gắn vạn năng này được thực hiện đồng thời với việc điều chỉnh nhiệt độ lớp keo cũng như tốc độ làm lạnh bằng nước

1.2.2 Công đoạn mài nghiền tinh

Để thực hiện chúng tôi sử dụng 3 máy mài chuyên dụng: 1 máy 1 trục cho mài sửa thô bằng tay và 2 máy mài theo nguyên lý cánh tay đòn có 2 và 4 trục gia công cho sản xuất loạt (Hình 1.7 và 1.8)

Trong quá trình mài, vị trí tương đối giữa sản phẩm và bàn mài phụ thuộc vào chủng loại thiết bị được sử dụng Khi mài trên máy tự động, nếu bề mặt sản phẩm lồi thì đĩa mài đặt ở trên và bề mặt sản phẩm lõm thì đĩa mài đặt ở phía dưới Trong khi mài sửa bằng tay thì đĩa mài luôn được đặt ở phía dưới, trong khi sản phẩm được giữ bằng tay ở bên trên Qua Hình 1.9 ta nhận thấy: bán kính của mặt

cầu cần gia công của thấu kính rL và bán kính của bát mài rS chênh lệch nhau một kích thước đúng bằng đường kính hạt mài hm:

Ở đây dấu + tương ứng với bề mặt sản phẩm lồi và dấu trừ cho bề mặt lõm Có bao nhiêu cấp hạt mài (từ lớn đến nhỏ) được sử dụng thì cũng phải thay chừng ấy bát mài với bán kính tăng dần (tương ứng với đường kính hạt nhỏ dần) Thông thường để mài mịn một mặt cầu sau khi phay định hình phải chế tạo ra 2 đĩa mài tiêu chuẩn ứng với các cấp hạt như sau:

Hình 1.7 Máy mài nghiền 4 trục cho mặt phẳng

Hình 1.8 Máy mài nghiền 2 trục cho thấu kính lớn

- Loại đĩa mài cấp VII: cho loại hạt mài F20

- Loại đĩa mài cấp IX: cho loại hạt mài F14 - F10

Khi mài đầu tiên phải tắt máy và đặt nhẹ bát gắn sản phẩm lên trên nấm mài Tiếp theo, bật cho máy chạy chậm để hai bề mặt này tiếp xúc nhẹ với nhau Sau đó mới tăng tốc độ, nâng dần lực đè và biên độ lắc Khi mài các mặt cầu có độ cong lớn cần chú ý đến nguy cơ hay bị vỡ các mặt kính gắn ngoài rìa

Hình 1.9 Tương quan giữa bán kính mặt cầu sản phẩm, bán kính bát mài và đường kính hạt

mài Hình trái: bề mặt sản phẩm lồi r S = r L + hm ; Hình phải: bề mặt lõm r S = r L -  hm

Đối với chi tiết có độ chính xác cao, giai đoạn cuối bắt buộc phải mài thủ công

bằng cát mịn F7 Ở đây lượng cắt gọt ít, tốc độ chậm, lực đè nhẹ, đảm bảo cho mặt

cầu tròn đều mịn Bản mài mịn được chế tạo bằng hợp kim đồng Phương pháp này thường được áp dụng cho: các sản phẩm có kích thước nhỏ (thí dụ kính hiển vi có đường kính rìa  4 mm); các linh kiện có dung sai chiều dày  0.01 mm; mài sửa Lượng dư cắt gọt ở công đoạn này vào cỡ 0.015 mm

Chất lượng của một mặt mài đúng quy cách phải đáp ứng các yêu cầu sau: bề mặt mài không có lỗ, không xước, phải mịn đều, có lỗi vòng quang cao, chân chấm cát chỉ được phép  3 m Sai số bán kính mặt cầu gần đạt kích thước cuối cùng của sản phẩm

Năng suất và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc vào loại thuỷ tinh, kích thước và chất lượng hạt mài, tốc độ cắt

Phương pháp sửa bát mài

Một bề mặt được mài tốt sẽ tiết kiệm rất nhiều thời gian cho khâu đánh bóng Trong quá trình mài, hình dạng và kích thước bề mặt của nấm và bát mài luôn bị thay đổi, do đó cần phải thường xuyên sửa và hiệu chỉnh lại Các sai lệch này chỉ vào cỡ một vài phần trăm mm, do đó bắt buộc phải sửa thủ công bằng kinh nghiệm Các bước hiệu chỉnh và sửa bát mài như sau:

- Mài cho mặt cầu hiện bóng và đo thử bằng dưỡng cầu Nếu chưa đạt thì phải chữa

và hiệu chỉnh lại đĩa mài

Các dụng cụ để hiệu chỉnh và sửa bát mài là các mũi dao được tôi cứng, dũa mịn và bột rà Lượng phôi bị lấy đi phải liên tục, không được phép tạo thành các

bậc và rãnh trên đĩa mài (Hình 1.10) Sau khoảng hai đến ba lần sửa đĩa mài phải có

bề mặt gia công trùng khít với bề mặt sản phẩm

Hình 1.10 Hiệu chỉnh bát mài mịn bằng dao tiện

trước khi mài trước khi mài trước khi mài

trong bát số V trong bát số VII trong bát số IX

Hình 1.11 Quá trình mài nghiền với bộ bát mài đã được hiệu chỉnh

Để minh hoạ, ta lấy một thí dụ cho việc sửa lại bát mài khi gia công một mặt lồi thấu kính (Hình 1.11) Sau khi đánh cho hiện bóng, thường xuất hiện 1 trong 2 trường hợp sau :

- Lỗi vòng quang thấp (khoảng 10-20 vòng quang) Điều đó nghĩa là : r bát mài nhỏ hơn r sản phẩm Lúc này cần phải cạo đĩa mài IX ở vùng rìa bằng dao tiện và giấy ráp mịn sao cho bán kính bát mài lớn lên

- Lỗi vòng quang cao Điều đó nghĩa là : r bát mài lớn hơn r sản phẩm Lúc này cần phải cạo đĩa mài IX ở vùng tâm bằng dao tiện và giấy ráp mịn sao cho bán kính bát mài nhỏ lên

Quy trình sửa các bát mài này cũng phải được áp dụng cho cả bộ bát và nấm mài khi gia công loạt Phương tiện đo đạc kiểm tra các bán kính sử dụng ở đây là các bộ đôi bát và nấm mài cũng như các bộ dưỡng kiểm

1.2.3 Công đoạn đánh bóng

Đây là công đoạn làm bóng bề mặt sản phẩm không còn chân chấm cát, đồng thời đạt kích thước và bán kính thiết kế Không như quy trình mài bằng dao định hình hoặc với hạt mài rời, cơ chế hiện bóng các bề mặt kính là sự kết hợp đồng thời của các quá trình sau:

1/- Cắt gọt có phôi như quá trình mà nghiền tinh nhờ độ gặm của bột đánh bóng

2/- Nóng chảy cục bộ bề mặt thủy tinh trong phạm vi micron do nhiệt ma sát với bề mặt nhựa đánh bóng

3/- Phản ứng hóa học giữa nhựa đánh bóng, dung dịch chứa bột đánh bóng và bề mặt thủy tinh quang học

Do đó khâu đánh bóng có những yêu cầu khác hẳn với các quy trình cắt gọt thông thường Quy trình công nghệ mài bóng bao gồm những công đoạn sau

1.2.3.1 Chế tạo nấm bát đánh bóng

Nấm và bát đánh bóng được chế tạo bằng hợp kim nhôm, bên trên bề mặt cầu được phủ một lớp nhựa đánh bóng hoặc dán lên một tấm nỉ Bán kính nấm bát cầu được xác định theo công thức:

rđb = rsp  d (1.4)

Ở đây r đb : bán kính bát đánh bóng; r sp : bán kính mặt cầu sản phẩm; d: chiều dày lớp

nhựa; dấu + dành cho bát đánh bóng lõm (tương ứng bề mặt sản phẩm lồi) và dấu - cho nấm đánh bóng lồi (tương ứng bề mặt sản phẩm lõm) Chiều dày lớp nhựa mài bóng liên quan đến bán kính sản phẩm được đưa ra qua Bảng 1.2

- R từ 50 đến 250: máy đánh bóng 2 trục hoặc 4 trục theo nguyên lý đòn bảy (Hình 1.12.) Đặc điểm góc lắc trung bình

- R lớn hơn 250 đến vô cùng: máy đánh bóng 4 trục theo nguyên lý đòn bảy (Hình 1.13) Đặc điểm góc lắc nhỏ hoặc bằng 0

Trong quá trình mài bóng cần phải phối hợp các yếu tố công nghệ để khi kết thúc cùng một lúc đạt được các yêu cầu về số vòng quang, cấp nhẵn bóng, kích thước Nếu mài lâu dễ bị xước váng

Ta có những quy định sau:

Hình 1.12 Nguyên lý chuyển động của máy đánh bóng đòn bẩy 1: Mâm gắn sản phẩm; 2: đĩa

đánh bóng; 3: Chốt đầu chỏm cầu truyền chuyển động lắc và tự xoay của đĩa đánh bóng; 4: Lớp nhựa đánh bóng

Hình 1.13 Máy đánh bóng CNC của hãng Loh (Đức) và nấm bát đánh bóng

Hình 1.14a Nguyên lý của máy đánh bóng dạng Osca cho bán kính nhỏ dưới 25 mm

Hình 1.14b Máy đánh bóng 4 trục HSPM 0.5 của hãng Sidai cho bán kính dưới 25mm

1 Điều kiện môi trường sản xuất: Nhiệt độ gia công cần duy trì trong phạm vi từ

230C đến 260C Nhiệt độ đánh bóng quá cao tuy rút ngắn được thời gian hiện bóng

bề mặt kính, nhưng lại dễ gây kẹt chuyển động giữa sản phẩm và bát đánh bóng Nếu nhiệt độ thấp sẽ giảm hiệu suất, thời gian đánh lâu gấp 2 lần Phòng làm việc phải đạt độ sạch cao, nước và khí phục vụ gia công cần phải được lọc sạch để tránh gây sước kính

2 Mài chi tiết chính xác cao phải giảm tỉ lệ tốc độ quay của trục quay n sp trên tốc

độ lắc trục cam nex (trục lệch tâm) Dv = nsp /n ex Tỉ số này càng lớn thì càng làm

nhiệt độ tăng cao gây biến dạng bề mặt sản phẩm Ngoài ra lực đè càng nhỏ thì càng dễ kiểm soát và khống chế lỗi vòng quang

3 Lựa chọn vật liệu đánh bóng cho từng giai đoạn :

- đánh hết chân và lỗ chấm cát: dạ và bột ô-xyt seri CeO2

- đánh hiện lên vòng quang: nhựa đánh bóng và bột trắng CeO2

- đánh sửa vòng quang: nhựa đánh bóng và bột đỏ Fe2O3

- Chọn nhựa mài theo nguyên tắc: thuỷ tinh mềm dùng nhựa mềm; mài bề mặt lớn dùng nhựa mềm hơn; nhựa mài tay cứng hơn nhựa mài máy; nhiệt độ cao hơn dùng nhựa cứng hơn

Đối với từng loại sản phẩm và vật liệu cần phải thử nghiệm để tìm ra một chế

độ làm việc tối ưu Một số loại thủy tinh rất nhạy với tỉ lệ bột đánh bóng cao trong dung dịch Lúc này trên bề mặt kính thường xuất hiện các lớp váng màu đen và nâu cháy Để khắc phục phải cho thêm nước cất hoặc a-xit acetic

Vòng quang thấp

Tiếp xúc ở rìa quá lớn, cần phải đánh bóng

mạnh ở rìa

Vòng quang cao Cần phải đánh bóng mạnh và nhiều ở vùng giữa

Sản phẩm lõm ở trên,

nấm mài ở dưới

Sản phẩm lồi nằm dưới, bát mài ở trên

Sản phẩm lõm ở trên, nấm mài ở dưới

Sản phẩm lồi nằm dưới, bát mài ở trên

- Giảm biên độ lắc - Tăng biên độ lắc -Tăng biên độ lắc - Giảm biên độ lắc

- Kim tì sản phẩm

chạy qua giữa tâm

nấm mài

- Điều chỉnh kim tì sản phẩm lùi về sau hay tiến về trước

Tuyệt đối không cho chạy qua giữa tâm nấm mài

- Điều chỉnh kim tì sản phẩm lùi về sau hay tiến về trước

Tuyệt đối không cho chạy qua giữa tâm nấm mài

- Kim tì sản phẩm chạy qua giữa tâm nấm mài

- Cho lắc đều về 2 bên - Chỉnh cho lắc lệch

về 1 bên

Chỉnh cho lắc lệch về

1 bên

- Cho lắc đều về 2 bên

- ép lại bản mài không cho ăn ở vùng giữa tâm

- Tăng kích thước đường kính nấm bát mài

- Thay loại bột đánh bóng ăn nhanh hơn

- Giảm lực đè lên kim tì, tác động lực ở phần

sau cánh tay đòn lắc

- ép lại bản mài không cho ăn ở vùng rìa

- Giảm kích thước đường kính nấm bát mài

- Thay loại bột đánh bóng ăn chậm hơn

- Chỉ đặt lực đè lên kim tì

Bảng 1.3 Những biện pháp sửa hình dạng bề mặt sản phẩm (sửa vòng quang)

Khi sắp kết thúc giai đoạn đánh bóng cần sử dụng tỉ lệ bột ít hơn Chú ý đến

độ sạch của bột, vì lúc này các hạt bột thô vón cục sẽ gây nên các vết sước tơ ảnh

hưởng đến cấp nhẵn sáng bề mặt

4 Quy tắc sửa vòng quang: có 2 trường hợp sau: Vòng quang cao: có khe hở ở rìa

và Vòng quang thấp: có khe hở ở vùng giữa đỉnh Cách xử lý như Bảng 1.3

1.2.3.3 Kiểm tra độ chính xác bề mặt cầu bằng vân giao thoa

Phương pháp đo chính xác và tiện dụng nhất là so sánh các bề mặt sản phẩm

với các bộ đôi dưỡng mẫu với bán kính cong xác định R được chế tạo cực kỳ chính

xác Bằng cách ép chặt dưỡng vào bề mặt cần đo - bề mặt sản phẩm lồi thì sử dụng

dưỡng lõm và ngược lại - sẽ quan sát thấy các vân giao thoa nhiều màu Trong

phạm vi Dự án, 01 bề mặt sản phẩm đã được đánh bóng tốt có thể nhận biết qua:

- Lỗi vòng quang cao, vân giao thoa xuất hiện ở vùng giữa thấu kính

- Số lượng các vân giao thoa nhỏ hơn 1 vòng, tốt nhất từ 0.5 đến 0.2 vòng (tương

ứng với khe hở 0.15 đến 0.06 m giữa bề mặt sản phẩm và bề mặt dưỡng)

- Với cùng số lượng lỗi vòng quang, đường kính rìa sản phẩm càng lớn thì độ chính

xác bề mặt cũng phải cao hơn Độ chính xác cao nhất đạt được trong các thí nghiệm

ở đây là 0.15 - 0.2 m trên đường kính sản phẩm 100 mm

- Trong mặt phẳng đo, các vân có dạng hình tròn, hình oval hoặc là một dây cung

có bán kính rất lớn (gần như đường thẳng)

- Trường hợp hai bề mặt trùng khít tuyệt đối, ta chỉ quan sát thấy một trường màu

trắng không có vân giao thoa (lỗi vòng quang trắng) Khi cho nghiêng nhẹ hai bề

mặt mới thấy xuất hiện các đường vân giao thoa song song

Ngoài việc khống chế lỗi vòng quang nhỏ cũng cần phải đánh bóng sao cho bề

mặt có thật ít lỗi chấm xước, độ nhẵn sáng cao Bảng 1.4 đưa ra các tiêu chuẩn lỗi

vòng quang và lỗi bề mặt cho các bề mặt thấu kính và gương cầu được sử dụng

trong các chủng loại máy móc thiết bị quang học khác nhau

Chủng loại kính

ống kính

Mặt truyền qua

Mặt dán

Mặt phản

xạ

Mặt dán chân không

Bảng 1.4 Lỗi vòng quang và cấp nhẵn sáng cho phép đối với từng chủng loại thiết bị quang học

1.2.3.4 Nghiên cứu chế tạo dưỡng

Như đã biết, các bộ đôi dưỡng quang học là công cụ chuẩn quan trọng nhất để

chế tạo ra các mặt cầu có độ chính xác dưới 0,3 m Bộ dưỡng mẫu gồm một

dưỡng lồi và một dưỡng lõm có cùng bán kính cong R Bộ dưỡng này được sử dụng

để chuẩn sai số bán kính theo bước sóng ánh sáng Tuỳ yêu cầu cụ thể, người ta sẽ chế tạo ra số lượng dưỡng kiểm cần thiết để đo đạc kiểm tra ngay trong quá trình mài nghiền tinh và đánh bóng

Độ chính xác bán kính mặt cầu R của dưỡng được chia làm 3 cấp: cấp A R

Để tăng độ chính xác, đường kính dưỡng chuẩn  được thiết kế lớn hơn

đường kính sản phẩm từ 2 đến 4 lần Chiều cao tối thiểu h của dưỡng là 15 mm

Dưỡng kiểm có đường kính lớn hơn sản phẩm từ 6 đến 10mm Nếu bán kính sản phẩm nhỏ dưới 30 mm thì phải chế tạo dưỡng dạng bi cầu có độ chính xác cho đường kính  = 2R là  0,5 m; tương ứng độ chính xác bán kính của cặp dưỡng mẫu là  0,25 m Bảng 1.5 đưa các kích thước và độ chính xác vòng quang tiêu

chuẩn cho các bộ đôi dưỡng theo các cấp độ bán kính cong R khác nhau

Bán kính dưỡng m  m Dưỡng lồi Dưỡng lõm

Bảng 1.5 Yêu cầu độ chính xác vòng quang và các kích thước tiêu chuẩn các bộ đôi dưỡng

theo các cấp độ bán kính cong R khác nhau

Phương pháp gia công dưỡng

Quy trình gia công chế tạo dưỡng về cơ bản hoàn toàn tương tự như gia công các mặt cầu sản phẩm Điểm khác biệt ở đây là phải hoàn toàn sử dụng các thiết bị thủ công (máy mài khởi động bằng pê-đan) trong suốt quá trình mài nghiền tinh và đánh bóng Các dưỡng phải được gia công theo bộ đôi Vật liệu dùng chế tạo dưỡng

là thủy tinh crown có tính chất cơ lý hoá ổn định, biến dạng ít

Trong khâu mài nghiền tinh giai đoạn cuối, cần phải mài đối 2 dưỡng lồi và lõm với nhau Trong quá trình mài phải thay đổi vị trí trên và dưới hai lần Khi 2

dưỡng ăn khớp đều thì đo đạc kiểm tra bán kính cong R trên máy đo cầu Một đại lượng tương đương với R hay được sử dụng là độ cao chỏm cầu H Do đường kính

vòng đo đặt dưỡng của máy được xác định bằng 3 bi cầu bằng hồng ngọc nên giá

trị H cho mặt lồi và mặt lõm sẽ khác nhau Giá trị H của từng mặt được gọi là H

tổng hợp Trường hợp đo thấy R lớn (tương ứng H tổng hợp nhỏ), thì phải đặt dưỡng lồi ở dưới và dưỡng lõm ở trên Nếu thấy R nhỏ (tương ứng H tổng hợp lớn)

thì phải đặt ngược lại Qua đó triệt tiêu được sai số tổng hợp của phép đo, bởi vì sai

số đo của mặt cầu lồi và mặt lõm là ngược dấu

Khi đã đạt được giá trị của R (hoặc H) thì chuyển sang đánh bóng Trước hết

phải mài bóng dưỡng lồi trước Sau đó mài bóng dưỡng lõm, vừa mài vừa kiểm tra

R (hoặc H tổng hợp) cũng như lỗi vòng quang khi so sánh với bề mặt dưỡng lồi

Việc đánh bóng này phải làm sao kết hợp sửa đồng thời giá trị H tổng hợp với sửa vòng quang m và độ không đồng đều vòng quang  m Nếu đo thấy R (hay H tổng hợp) đã đạt giá trị thiết kế, đồng thời có m = 0.075 và  m = 0.03 thì cho kết thúc

khâu đánh bóng

Với cặp dưỡng có bán kính cầu R nhỏ hơn 30 mm, khi gia công dưỡng lồi

phải chế tạo cả quả cầu quang học

1.2.4 Công đoạn định tâm và mài tròn rìa

1.2.4.1 Nguyên nhân xuất hiện lỗi lệch trục quang

Sau khi mài và đánh bóng, độ dày mặt rìa các thấu kính thường không đều nhau và có dạng hình nêm (Hình 1.15) Loại lỗi này xuất hiện do các nguyên nhân sau:

- Các tâm điểm của nấm và bát gắn phôi không trùng với tâm của các bề mặt cầu sản phẩm

- Thời gian mài nghiền kéo dài quá lâu; môi trường gia công không đạt nhiệt độ, độ

ẩm, độ sạch cần thiết; vật liệu và dụng cụ mài và đánh bóng không đạt tiêu chuẩn khiến phải mài sửa nhiều lần

- Trong trường hợp gia công đơn chiếc lỗi này cũng có thể xuất hiện khi độ dày lớp nhựa gắn không đều nhau

Hình 1.15 Các lỗi góc nêm cho các dạng thấu kính khác nhau

Để loại bỏ các lỗi trên cần phải định tâm và mài tròn rìa thấu kính Đồng thời qua đó tạo ra kích thước đường kính và dung sai lắp ghép thấu kính với bệ kim loại

1.2.4.2 Máy móc thiết bị và phương pháp định tâm

Các máy định tâm và mài tròn mặt rìa thấu kính có cấu tạo gần giống với các thiết bị mài tròn trong ngành cơ khí Mục đích của việc định tâm bằng các phương

pháp cơ khí hoặc quang học là làm sao đưa trục gá đối xứng của thấu kính trùng với trục quang học Tiếp đó phần rìa của thấu kính được cắt gọt bởi một đá mài quay với tốc độ cao, cho đến khi sản phẩm đạt được đường kính rìa cần thiết ở đây chúng tôi sử dụng 2 máy định tâm của hãng Sidai: 1 cho đường kính bao nhỏ từ 1 đến 75 (Hình 1.18), và 1 cho đường kính từ 60 đến 180 mm

Có 2 phương pháp định tâm sau:

1/- Phương pháp định tâm cơ khí

Phương pháp này áp dụng cho các thấu kính nhỏ dưới 100 mm và có tỉ số đường kính bao/bán kính mặt cầu lớn Ở đây thấu kính được định vị giữa hai mặt chấu kẹp hình xuyến được chế tạo với độ đồng trục quay rất cao (Hình 1.16) Một chấu được gắn cố định, trong khi chấu kia có thể tịnh tiến dọc theo trục đối xứng nhờ một lò xo Lực ép giữa hai chấu này sẽ dồn thấu kính vào vị trí mà trục quang học của nó thẳng hàng với trục đối xứng (hay là trục xoay của hai chấu) Nếu các đầu kẹp của các chấu bị lệch thì có thể tiện sửa lại nhờ 1 đài dao kèm theo máy Lực ép thấu kính được điều chỉnh tự động bằng khí nén và đủ khoẻ để thấu kính không bị trôi trượt khi đưa đĩa đá mài ăn vào

Quy trình gia công cắt gọt đường kính rìa hoàn toàn tương tự như quá trình mài tròn trong cơ khí Bằng một tay quay ta có thể điều khiển độ ăn sâu của đá mài Một vòng quay 360o tương ứng với độ ăn dao 4 mm, tức là một vạch tương đương với 0.04 mm Dung dịch làm mát là một loại dầu khoáng chất có độ tải nhiệt nhanh

và độ tinh khiết cao

Hình 1.16 Phương pháp định tâm cơ học và mài gọt mặt rìa thấu

Rõ ràng việc định tâm bằng phương pháp cơ khí là rất kinh tế Tuy nhiên với 1

số loại thấu kính có đường kính lớn hơn 100 mm, hoặc có các mặt cầu có độ cong nhỏ (mặt vát, mặt phẳng) thì phải sử dụng phương pháp định tâm sau

2/- Phương pháp định tâm quang học

Ở đây thấu kính cần được gắn và được định tâm trên một bộ gá có một mặt bích hình xuyến được tôi cứng và mài đặc biệt chính xác (Hình 1.17) Độ đồng trục của máy mài rìa khoảng 1 m

Hình 1.17 Phương pháp định tâm quang học dùng ánh sáng phản xạ 1: ụ quay, 2: chuôi côn; 3: thấu kính; 4: mặt bích và keo gắn kính; 6: đá mài riềm; O: trục quang học đồng thời là trục quay chính của máy định tâm; S: trục đối xứng thấu kính

Hình 1.18 Máy định tâm SMC2.0 của hãng Sidai

Cách Định tâm bằng hai ảnh phản xạ như sau: Đầu tiên gắn 1 lớp nhựa được

hơ nóng lên mặt bích và xoay trục gá để xem cho ảnh phản xạ mặt sau của thấu kính đã đứng yên hay chưa Ở đây vật tạo ảnh có thể là một bóng đèn (định tâm thủ công) hoặc một kính gạch chữ thập trong một máy định tâm quang học làm việc ở ánh sáng phản xạ Nếu ảnh nhảy, cần phải tiện sửa lại mặt bích đồ gá Tiếp đó dịch chỉnh vị trí thấu kính sao cho ảnh mặt trước đứng yên Sau khi lớp nhựa gắn đông cứng lại thì mới cho kẹp chặt và tiến hành mài tròn mặt rìa thấu kính

Phương pháp phức tạp, năng suất thấp nhưng có độ chính xác rất cao Nó thường được sử dụng trong việc chế tạo các thấu kính của kính hiển vi, máy trắc

địa, máy đo, ống kính chụp ảnh bản đồ hàng không

Trong quá trình thí nghiệm và gia công chế tạo thấu kính chúng tôi sử dụng thiết bị định tâm và mài tròn vạn năng Centering Machine của hãng Sidai (Hàn Quốc), 1 cho  nhỏ, 1 cho  lớn Trong điều kiện ở Việt nam thì đây là loại máy

có độ chính xác cao nhất Ngoài việc tạo đường kính rìa hình trụ, máy còn cho phép tạo được các mặt côn hoặc các mặt vát có hình dạng phức tạp hơn

1.3 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Như đã đề cập ở trên kết quả của Dự án là đã xây dựng hoàn thiện 1 dây chuyền công nghệ gia công chế tạo các chi tiết thấu kính chính xác từ khối thuỷ tinh quang học Nó bao gồm các phần sau:

1/- Máy móc thiết thiết bị gia công

- Thiết kế chế tạo 01 máy cưa cắt thủy tinh: Để cắt xẻ những khối thủy tinh lớn,

chúng tôi phải đi thuê máy cưa cắt thủy tinh của hãng Loh (có giá hơn 2 tỉ đồng) Khi cắt những tấm nhỏ hơn, việc đi thuê trên rất hay bị nhầm lẫn chủng loại thủy tinh quang học cũng như không thể kiểm soát nổi ứng suất xuất hiện khi lực cắt quá lớn Chính vì vậy chúng tôi đã chủ động thiết kế chế tạo 1 máy cưa cắt thủy tinh với lưỡi cắt mỏng hơn Máy đáp ứng hoàn toàn mục đích chế tạo các thấu kính chính xác có tính chất rất dễ bị ảnh hưởng do ứng suất

- Cải tiến nâng cấp: 01 máy mài và đánh bóng 2 trục cho thấu kính cầu có lớn hơn

50mm và bán kính cầu lớn hơn 40 mm và 01 máy mài đánh bóng cho mặt phẳng và mặt vát

- Mua sắm lắp đặt: 01 máy phay cầu bằng dao kim cương, 01 máy đánh bóng 4 trục

PLC cho thấu kính nhỏ đường kính dưới 25 và bán kính cầu nhỏ hơn 45 mm; 02 máy định tâm thấu kính PLC (1 cho đường kính nhỏ hơn 75mm và 01 cho đường kính lớn hơn 75-180mm) Đây là các thiết bị máy móc thuộc loại tiên tiến đáp ứng

độ chính xác và năng suất cho sản phẩm

2/- Xây dựng các quy trình công nghệ

- Thiết kế chế tạo các dụng cụ đồ gá phục vụ gia công

- Tìm ra các phương pháp gia công và giải pháp