W poprzednim numerze naszego pisma przedstawiliśmy historię i współczesną technologię produkcji półfabrykatów na soczewki okularowe mineralne. Wiemy już więc, że półfabrykatem wyjściowym do dalszej obróbki w produkcji seryjnej jest prasówka o średnicy, grubości i wielkościach promieni dostosowanych do gotowej soczewki. Ponieważ odmian soczewek jest bardzo wiele, każda prasówka przeznaczona jest na kilka soczewek o zbliżonych promieniach, przy czym im większa jest seria, tym zakres przeznaczenia prasówki jest mniejszy. Mając prasówkę, dla uzyskania gotowych soczewek musimy poddać ją obróbce mechanicznej zapewniającej uzyskanie odpowiednich wymiarów i jakości powierzchni optycznie czynnych. Historię obróbki soczewek również przedstawiliśmy w osobnym artykule.    W produkcji seryjnej najczęściej nie obrabia się wstępnie średnicy soczewki, gdyż odpowiedni wymiar średnicy jest już zapewniony przez prasówkę. Pozostaje więc jedynie obróbka powierzchni optycznie czynnych. Podstawowymi operacjami nadającymi kształt soczewce są:

• obróbka wstępna, zwana frezowaniem, przeznaczona do usunięcia naddatków szkła i wytworzenia podstawowych wymiarów promieni krzywizn i grubości;
• szlifowanie dokładne, zwane docieraniem, nadające powierzchni praktycznie żądany wymiar promieni krzywizn, a jednocześnie odpowiednią bardzo gładką powierzchnię matową, pozwalającą na jej późniejsze wypolerowanie;
• polerowanie nadające ostateczny kształt oraz zapewniające odpowiednią przejrzystość powierzchni.

   Oprócz tych głównych operacji występują operacje pomocnicze, takie jak blokowanie soczewek do obróbki, mycie, kontrole wymiarów i jakości powierzchni oraz szereg innych czynności związanych z przygotowaniem materiałów pomocniczych, oprzyrządowania i ustawienia parametrów obróbki na maszynach itp. Przedstawione operacje przeprowadza się dla każdej powierzchni pamiętając równocześnie o zapewnieniu odpowiedniej grubości soczewki.
   W procesach technologicznych można zachowując ich podstawowy przebieg stosować różne maszyny, narzędzia czy też materiały pomocnicze. W niniejszym opracowaniu chcemy przedstawić pewną odmianę procesu z zastosowaniem nowoczesnych rozwiązań narzędziowych i maszynowych.
   Obróbka wstępna, czyli frezowanie. Obróbkę wstępną soczewek sferycznych przeprowadza się na dwóch stojących obok siebie frezarkach typu Spheromatic 100 produkcji firmy LOH (RFN), którą przedstawia zdjęcie 1. Maszyna ta jest nowoczesną frezarką pracującą w cyklu automatycznym, czyli w czasie trwającej obróbki, wymaga jedynie załadowywania prasówek i zdejmowania obrobionych soczewek. Odbywa się to w ten sposób, że najpierw stos prasówek zakłada się do pionowego magazynku staplowego pierwszej frezarki, skąd pobierane są one już automatycznie od spodu na pracujący skokowo podajnik talerzowy, z którym przenoszone są pod narzędzie frezarskie, gdzie następuje obróbka powierzchni wklęsłej. Po jej zakończeniu, na dalszej pozycji, wykonywana jest faza na krawędzi, a następnie wsunięcie obrobionej jednostronnie soczewki do nowego magazynku staplowego. Z tego magazynku soczewki przenoszone są na drugą frezarkę, na której obrabiana jest w ten sam sposób druga, wypukła strona soczewki. Po tej obróbce kończy się operacja frezowania.
   Narzędziem frezującym jest frez diamentowy wykonany z pastylek diamentowych o odpowiedniej ziarnistości nalutowanych na korpus w kształcie pierścienia. Średnica pierścienia zależy od średnicy soczewki. Powierzchnia pracująca frezu wyszlifowana jest na promień odpowiadający promieniowi obrabianemu.
   Frez mocowany jest na górnym wrzecionie, a prawidłowe jego położenie uzyskuje się przez skręcenie głowicy pod odpowiednim dla żądanego promienia kątem oraz odpowiednie ustawienie w płaszczyźnie pionowej tak, by środek pierścienia z pastylkami pokrywał się ze środkiem obrotu soczewki. Soczewka w czasie transportu na podajniku talerzowym znajduje się w odpowiednim pierścieniu, a na stanowisku obróbki chwytana jest przez uchwyt próżniowy znajdujący się na dolnym wrzecionie frezarki i dosuwana do wrzeciona z umocowanym frezem. Oba wrzeciona obracają się z prędkością kilkuset obr/min. Fazowanie przebiega przy pomocy podobnego frezu. W czasie obróbki pomiędzy frez i soczewkę podawane jest chłodziwo będące wodną emulsją oleju. Emulsja chłodząca znajduje się w obiegu zamkniętym. Dla prawidłowego przebiegu obróbki ustawiane są jeszcze inne parametry, takie jak ciśnienie frezowania, skok roboczy frezu, czas dogładzania czyli końcowy czas obróbki, gdy nie ma już posuwu i następuje jedynie wygładzenie powierzchni oraz czas fazowania. Wszystkie nastawy, czynności sprawdzające przed i w czasie obróbki, metody korekty procesu i usuwania błędów są oczywiście opisane szczegółowo w instrukcjach technologicznych. Kształt obrobionych powierzchni sprawdza się przede wszystkim pod kątem wartości promienia krzywizny i asferyczności. Wartości te sprawdza się przy pomocy sferometru czujnikowego o działce elementarnej 0,01 mm dokonującego pomiaru strzałki powierzchni. Sferometr ustawiany jest na wzorcu promienia i od takiego ustawienia, przy pierścieniu pomiarowym f 50/46, odchyłka strzałki obrobionej powierzchni powinna być mniejsza od 0,01 mm. Sprawdza się również jakość powierzchni pod kątem śladów po frezie, jakości wierzchołka powierzchni czy też wielkości fazy i szczerb na krawędziach. W soczewce obrobionej dwustronnie sprawdza się grubość i klinowatość soczewki z dokładnością do 0,01 mm, przy czym do pomiaru tych parametrów używa się specjalnych przyrządów. Proces frezowania jest bardzo wydajny i wynosi zależnie od średnicy soczewki i zbieranego naddatku średnio około 230 powierzchni na godzinę.

Zdjęcie nr1 - Frezarka


   Szlifowanie dokładne, czyli docieranie. Wyfrezowane soczewki po opłukaniu w wodzie przenoszone są na stanowisko docierania. I do tej operacji używane są różne maszyny, ale tu przedstawimy proces na docieraczkach wg zdjęcia 2. Jest to docieraczka typu Spherospeed LPS produkcji firmy LOH (RFN). Maszyna podobnie jak frezarka pracuje w cyklu automatycznym, przy czym wyfrezowane soczewki układa się bezpośrednio na talerzu podajnika. Wraz z obrotem podajnika soczewka przemieszcza się pod stanowisko załadowcze, na którym wsuwana jest w tuleję prowadzącą, skąd przy pomocy obrotowego ramienia z ssawkami próżniowymi przenoszona jest na stanowisko obróbcze. Przy pracy ciągłej równocześnie zdejmowana jest ze stanowiska obróbczego już dotarta soczewka i układana na talerzu podajnika, skąd przenoszona jest ręcznie na talerz drugiej docieraczki, gdzie obrabiana jest druga strona.
   Narzędziem docierającym zależnie od kształtu powierzchni soczewki jest albo grzybek (dla powierzchni wklęsłej), albo czasza (dla powierzchni wypukłej). Metalowe narzędzie oklejone jest pastylkami diamentowymi o średnicy 10 mm i drobnym uziarnieniu rzędu 20 mm. Powtarzalna jakość pastylek diamentowych od stałego dostawcy zapewnia powtarzalność procesu obróbki. Narzędzie mocowane jest na górnym wrzecionie obracającym się z prędkością ok. 3 000 obr./min i posiadającym ruch poprzeczny. Soczewka ułożona na uchwycie na zasadzie tarcia nie obraca się, dzięki wahliwemu umocowaniu uchwytu na wrzecionie. Pomiędzy powierzchnię soczewki i narzędzie podawane jest chłodziwo będące np. roztworem wodnym gliceryny. Chłodziwo podobnie jak przy frezowaniu znajduje się w obiegu zamkniętym. Istotnymi parametrami obróbki, oprócz obrotów są nacisk narzędzia na soczewkę, ruch posuwisty narzędzia, stabilność soczewki na uchwycie, wielkość zbieranego naddatku czy ilość podawanego chłodziwa. Wszystkie te parametry wpływają na jakość powierzchni i wydajność procesu obróbki. Wydajność ta wynosi około 120 powierzchni na godzinę.
    W zakresie kształtu najważniejszą wielkością jest odchyłka promienia mierzona podobnie jak przy frezowaniu sferometrem czujnikowym, ale o działce elementarnej 0,001 mm. Dopuszczalna odchyłka strzałki mierzona tym sferometrem wynosi 0,001÷0,005 mm. W obróbce zbierana warstwa na każdej powierzchni wynosi około 0,2 mm, a powierzchnia musi mieć równomierny mat bez widocznych dziur i rys nie dających się usunąć w polerowaniu. Wszystko to jest niezwykle ważne, gdyż zależy od tego jakość powierzchni po wypolerowaniu, jej dokładny kształt oraz czas polerowania. Soczewki starannie wypłukane w wodzie przechodzą na stanowisko polerowania.
   Polerowanie. Dotarte soczewki, tak jak poprzednio, mogą być polerowane na różnych typach maszyn. W omawianym procesie polerowanie wykonuje się na takich samych maszynach jak docieranie, tzn. na maszynach typu Spherospeed LPS produkcji firmy LOH (RFN). Oczywiście inne jest uzbrojenie maszyny, inne narzędzia i materiały pomocnicze oraz inne parametry obróbki, ale cykl pracy jest taki sam. Narzędziem polerskim jest grzybek lub czasza metalowa oklejona specjalną, porowatą folią poliuretanową grubości około 1,5 mm. Gotowa szalka mocowana jest na górnym wrzecionie maszyny.

Zdjęcie nr2 - Docieraczko-polerka



   Materiałem polerującym jest zawiesina wodna specjalnej mieszaniny tlenków ziem rzadkich zwana potocznie tlenkiem ceru, który stanowi jej podstawowy składnik. Właściwości materiału polerskiego są niezwykle ważne dla procesu polerowania i dlatego zawsze stosujemy taki sam poler od tego samego dostawcy. W naszym przypadku materiałem polerskim jest Cerox firmy francuskiej Rhodia. Zawiesina znajduje się w specjalnym pojemniku, skąd podawana jest pomiędzy narzędzie i soczewkę specjalną pompą. Gęstość zawiesiny jest szczegółowo ustalona w instrukcjach technologicznych i w trakcie trwania obróbki okresowo badana przy pomocy odpowiednio wyskalowanego areometru. Ponieważ w trakcie procesu polerowania usuwane szkło rozpuszcza się częściowo w wodzie, należy również sprawdzać odczyn mieszaniny mierząc jej pH. Proces polerowania ze względu na duże tarcie wytwarza dużo ciepła przejmowanego m.in. przez zawiesinę w związku z czym kontroluje się na bieżąco temperaturę zawiesiny regulując ją przez odpowiednie chłodzenie pojemnika. Ilość podawanego poleru wynosi około 20 l/min.
    Po wypolerowaniu jednej strony, obrobioną powierzchnię przemywa się dokładnie wodą z dodatkiem octu i przenosi na drugą maszynę, gdzie poddawana jest obróbce drugiej strony. Po zakończeniu procesu soczewki myje się ręcznie w wodzie z octem przy pomocy delikatnej gąbki, wyciera do sucha ściereczką flanelową i układa w specjalnych koszykach do dalszego mycia. Wydajność procesu na jednej maszynie wynosi około 60 powierzchni na godzinę. W trakcie trwania procesu obsługa kontroluje na bieżąco i w miarę potrzeby koryguje wszystkie parametry obróbki i zjawiska towarzyszące procesowi oraz oczywiście jakość polerowanych powierzchni. Podobnie jak w poprzednich operacjach najważniejsza jest geometria powierzchni, którą sprawdza się przy pomocy sferometru czujnikowego, o takiej samej dokładności jak przy docieraniu. Również dopuszczalne odchyłki muszą być mniejsze od 0,005 mm. Drugim sprawdzanym parametrem jest jakość powierzchni, na której nie dopuszcza się żadnych śladów matu, rys itp. widocznych w warunkach określonych przez odpowiednie normy jakościowe. Oprócz kontroli obsługi wyrywkową kontrolę kilka razy na zmianę przeprowadza kontroler jakości, by wyłapać wszelkie ewentualne niedociągnięcia. Soczewki ułożone w koszykach przenoszone są na stanowisko mycia końcowego.
    Mycie końcowe. Współcześnie mycie końcowe soczewek odbywa się z zastosowaniem myjek ultradźwiękowych. Zasadą tych myjek jest wyposażenie niektórych wanien w generatory ultradźwiękowe wprawiające kąpiele myjące w drgania o dużej częstotliwości, ułatwiające usuwanie wszelkich zanieczyszczeń. Jednym z urządzeń tego typu jest myjka dziewięciowannowa firmy Branson przedstawiona na zdjęciu 3, wyposażona w automatyczny przenośnik koszyków z soczewkami. W poszczególnych wannach znajdują się kąpiele myjące i płuczące, przy czym kąpiele z roztworami wspomagane są właśnie drganiami ultradźwiękowymi. Koszyki z soczewkami zawieszone na przenośniku na stanowisku wyjściowym, przenoszone są nad myjką i zanurzane kolejno w poszczególnych wannach. Po przejściu przez wszystkie wanny koszyki zdejmowane są z przenośnika na stanowisku wyładowczym. By nie powstawały zacieki na powierzchni, drugim etapem mycia jest wysuszenie soczewek przy wykorzystaniu przelotowej suszarki promiennikowej. Soczewki po przejściu przez taką suszarkę są już gotowe do kontroli.

Zdjęcie nr3 - Myjka


   Kąpiele myjące mają odczyny zasadowe i kwaśne, i są tak dobrane, by stopniowo usuwać zabrudzenia od największych do ich całkowitego usunięcia. Do sporządzania roztworów i płukania używa się specjalnie oczyszczonej wody w postaci zdemineralizowanej, a w pewnych roztworach zmiękczonej. Od czystości i jakości roztworów oraz wody zależy końcowy efekt mycia. Ogólnie na stanowisku mycia muszą być zachowane najwyższe warunki czystości tak pomieszczenia, jak i powietrza. Proces mycia opisany w szczegółowych instrukcjach technologicznych znajduje się pod ciągłą kontrolą zapewniającą prawidłowość i stałość wszystkich parametrów. Dla zapewnienia odpowiedniego nadzoru część najważniejszych parametrów jest zapisywana i analizowana przez służby technologiczne i produkcyjne. Koszyki z umytymi soczewkami są przekazywane do ostatecznej kontroli odbiorczej.
    Kontrola ostateczna. Wszystkie soczewki poddawane są dokładnej kontroli zgodnie z wymaganiami odpowiednich norm, o których już wielokrotnie pisaliśmy w naszych artykułach. Chcemy tu tylko przypomnieć, że najważniejszymi parametrami są wymagania optyczne, takie jak moc czołowa, astygmatyzm i środek optyczny, a oprócz tego grubość w środku oraz wszystkie wymagania czystościowe dla powierzchni. Ponieważ, jak przedstawiliśmy to poprzednio, istnieje ciągły nadzór nad przebiegiem obróbki we wszystkich fazach, parametry optyczne dla poszczególnych serii są sprawdzane wyrywkowo zgodnie z zasadami statystycznych metod kontroli. Wymagania czystościowe obejmują 100 % soczewek. Sprawdzone soczewki wkładane są do odpowiednich torebek, oznakowane i ułożone w pudełkach. W tej postaci przewożone są do magazynu sprzedaży skąd pobierane są do wysyłki zależnie od zamówień. Warto tu jeszcze podkreślić, że przed przyjęciem na magazyn, poszczególne partie soczewek poddawane są jeszcze raz wyrywkowej kontroli inspekcyjnej.
   Podsumowanie. Przedstawiony proces produkcji seryjnej we wszystkich swoich operacjach jest nastawiony na zapewnienie powtarzalnej jakości wytwarzanych soczewek. Dotyczy to zarówno opisanych urządzeń, jak i innych procesów na innych maszynach. Wszystkie procesy technologiczne nadzorowane przez służby produkcyjne i technologiczne, kontrola jakości w różnych fazach oraz cały system organizacyjny wynikający z posiadanego Certyfikatu ISO 9002 gwarantują najwyższą jakość naszych soczewek zgodną z międzynarodowymi standardami.