W poprzednim numerze naszego pisma opisaliśmy nowoczesną obróbkę sferycznych soczewek mineralnych produkowanych seryjnie. Obecnie chcemy przedstawić nowoczesną obróbkę seryjną soczewek mineralnych astygmatycznych. Współczesne standardowe soczewki okularowe astygmatyczne posiadają jedną stronę sferyczną, a drugą toryczną i stąd również stosowana powszechnie ich nazwa - soczewki toryczne. Definicje tych pojęć przedstawiliśmy w naszym piśmie 3/8 z lipca 2000 roku. W pierwotnych rozwiązaniach konstrukcyjnych powierzchnią toryczną była powierzchnia wypukła, a obecnie jest to praktycznie zawsze powierzchnia wklęsła. Zagadnienia związane z różnymi pojęciami dotyczącymi soczewek astygmatycznych omówiliśmy również w numerze 4/9 z września 2000 naszego pisma. Mając w pamięci te określenia możemy przedstawić technologię obróbki tych soczewek.
Obróbka soczewek z powierzchnią toryczną wypukłą oparta była początkowo na blokowaniu kilku soczewek na pierścieniu imitującym teoretyczny kształt definiujący powierzchnię toryczną. Tak zblokowany obracający się pierścień obrabiano odpowiednimi narzędziami metodą szlifowania zgrubnego i dokładnego oraz polerowania. Współczesna technologia jest obróbką soczewek pojedynczych. Dzieli się ona na dwa etapy:
- przygotowanie półfabrykatu o sferycznej powierzchni wypukłej w pełni obrobionej;
- obróbka wklęsłej strony torycznej.
Obróbka powierzchni wypukłej prowadzona jest na tych samych zasadach jak obróbka soczewek sferycznych, z tym, że dotyczy to tylko jednej strony. Procesy technologiczne mogą być prowadzone na różnych maszynach, ale tu przedstawimy wykorzystanie maszyn takich samych jak przy opisanych soczewkach sferycznych. Przypomnijmy w skrócie kolejność obróbki:
- frezowanie strony wypukłej na frezarkach typu Spheromatic 100;
- docieranie strony wypukłej na docieraczce Spherospeed LPS;
- polerowanie strony wypukłej na polerce Spherospeed LPS;
- mycie w myjce ultradźwiękowej.
W procesach technologicznych obróbki strony wklęsłej 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 maszynowych, narzędziowych i materiałowych.
Blokowanie soczewek do obróbki
Dla przeprowadzenia całego cyklu obróbki konieczne jest zablokowanie soczewki powierzchnią wypukłą na specjalnym uchwycie. Do tego celu w naszym zakładzie stosuje się unikalną metodę mocowania próżniowego. Metalowy uchwyt o promieniu dostosowanym do promienia powierzchni wypukłej wyklejony jest specjalną membraną gumową. Powierzchnię membrany przed zablokowaniem soczewki przeciera się acetonem, by na powierzchni membrany nie znajdowały się żadne zabrudzenia. Sama membrana musi przylegać równomiernie do powierzchni uchwytu. Na tak przygotowany uchwyt układa się centrycznie przeznaczony do obróbki półfabrykat i całość wkłada do urządzenia zwanego blokerem (zdjęcie nr 1).
Zdjęcie nr1 - Bloker
Proces blokowania przebiega w ten sposób, że tłok dociska soczewkę do uchwytu, a równocześnie spod membrany usuwane jest powietrze, powodując powstanie próżni i przyssanie soczewki. Obraz powierzchni soczewki i membrany przy prawidłowo zablokowanej soczewce przedstawia rysunek nr 1.
Rys. nr1 - Obraz powierzchni zablokowanej
Przed opisaniem obróbki konieczne jest uściślenie dwóch pojęć. Przekrój bazowy soczewki jest to przekrój, w którym występuje najdłuższy promień wklęsły, natomiast przekrój cylindra jest to prostopadły do przekroju bazowego przekrój o najkrótszym promieniu krzywizny. Oba te pojęcia wiążą się przede wszystkim z frezowaniem. Obróbkę tą wykonuje się na frezarkach Toromatic CNC-E firmy LOH (Niemcy) przedstawionych na zdjęciu nr 2.
Zdjęcie nr2 - Frezarka
Maszyna pracuje w cyklu automatycznym dla każdej soczewki i sterowana jest przez komputer, do którego wprowadza się odpowiednie nastawy. Zasada pracy polega na tym, że żądane wymiary powierzchni uzyskuje się przez zastosowanie frezu garnkowego o właściwej średnicy oraz odpowiednie ustawienie głowicy.
Uchwyt z soczewką mocowany jest w uchwycie zaciskowym na dolnej pinoli i w procesie obróbki jest nieruchomy. Dla uzyskiwania prawidłowego wyniku do komputera wprowadza się kilkanaście danych, wśród których najważniejszymi są oczywiście wartości promienia bazowego i promienia cylindra oraz grubość soczewki po obróbce. Wśród wielu innych nastaw zmiennych (zależnych od obrabianej soczewki) są również nastawy stałe związane m.in. z uchwytem, naddatkiem na dalszą obróbkę, największym naddatkiem zbieranym w jednym przejściu itp. oraz nastawy związane z narzędziem takie jak: średnica frezu, wysokość frezu, promień zaokrąglenia frezu. Wszystkie wprowadzane dane komputer przetwarza na konkretne parametry obróbki i po zamocowaniu uchwytu z soczewką oraz włączeniu maszyny wykonuje założony proces, przy czym promień przekroju bazowego jest wynikiem ruchu poprzecznego głowicy i skoku frezarki, a promień cylindra wynika ze średnicy frezu i pochylenia głowicy. Po zakończeniu cyklu obsługa wyjmuje soczewkę z uchwytem i kontroluje jakość, wymiary powierzchni i grubość. Jeżeli nie wszystko jest zgodne z założeniami wprowadza się odpowiednie nastawy korygujące. Pojawia się tutaj nowy przyrząd kontrolny zwany torometrem służący do pomiarów promieni - bazowego i cylindra przez pomiar ich strzałek. Zasada jego budowy jest taka sama jak sferometru czujnikowego z tym, że zamiast pierścienia występuje podstawa z dwoma nóżkami o rozstawie 40 mm, a elementem pomiarowym jest czujnik zegarowy o zakresie 10 mm i działce elementarnej 0,01 mm. Dla prawidłowego pomiaru konieczne jest dokładne ustawianie torometru w przekrojach bazowym i cylindra. Po zdjęciu z maszyny soczewkę przekazuje się na fazowanie.
Fazowanie
Fazowaniu krawędzi poddaje się krawędź strony wklęsłej. Nowoczesnym rozwiązaniem jest zastosowanie fazeciarki pracującej z użyciem freza diamentowego. Wyfrezowaną soczewkę w uchwycie mocuje się na wrzecionie fazeciarki i uruchamia maszynę, która pracuje w cyklu automatycznym tworząc fazę o wymiarach około 0,5 mm pod kątem 450. Ofazowana soczewka przekazywana jest do docierania.
Docieranie powierzchni torycznej
Zdjęcie nr3 - Docieraczko-polerkaDocieranie powierzchni torycznej odbywa się na docieraczko - polerce Torospeed LPT-2 firmy LOH (Niemcy), przedstawionej na zdjęciu nr 3. Jest to maszyna dwuwrzecionowa pracująca przy użyciu narzędzi diamentowych o kształcie dopasowanym do wymaganych promieni. Korpus narzędzia jest odwrotnością krzywizn soczewki, czyli ma kształt toryczny wypukły i wykonywany jest na specjalnej strugarce z uwzględnieniem korekty na grubość pastylek diamentowych. Obrobiony uchwyt oklejany jest pastylkami diamentowymi o ziarnistości dostosowanej do obrabianej soczewki.
Przed pierwszym użyciem narzędzi lub przy stwierdzeniu zbierania zbyt małej warstwy czy przekroczenia dopuszczalnych odchyłek strzałek promieni, narzędzie należy skorygować. Korektę przeprowadza się metodą szlifowania proszkiem szlifierskim odpowiednią toryczną czaszą szlifierską wyklejoną samoprzylepną nakładką ze stopu cynku. Zależnie od rodzaju występujących niezgodności czaszę wykleja się w odpowiedni sposób. Proces przeszlifowywania przeprowadza się na specjalnej maszynie typu TORO - X również firmy LOH.
Proces docierania przebiega w ten sposób, że wrzeciona przedmiotowe i narzędziowe obracają się w tym samym kierunku z tymi samymi obrotami, a ruchy robocze są wynikiem oscylacji wrzeciona narzędziowego w przedziale kątowym około 50 oraz przy kącie wychylenia w przedziale 30 ÷ 120. Czas docierania wynosi 60 sekund. Po zakończeniu cyklu, soczewki zdejmuje się z wrzeciona, myje gąbką w wodzie i poddaje sprawdzeniu jakości matu i strzałek promieni bazy i cylindra. Odchyłki nie powinny przekraczać -0,01 mm. Dobre soczewki przechodzą do operacji polerowania.
Polerowanie powierzchni torycznej
Polerowanie soczewek astygmatycznych wykonuje się na takich samych maszynach jak docieranie, czyli Torospeed LPT - 2. Inne są tylko narzędzia i parametry obróbki. Korpus narzędzia polerskiego wykonany jest podobnie jak docierającego i oklejony specjalną, porowatą folią poliuretanową o grubości 1,27 mm. Materiałem polerującym jest, tak jak przy soczewkach sferycznych, zawiesina wodna mieszaniny tlenków ziem rzadkich z przewagą tlenku ceru. Czas polerowania wynosi około trzech minut. Jeżeli w czasie polerowania stwierdza się powstanie na powierzchni folii szklistej warstwy poleru, należy zastosować przetarcie folii odpowiednią toryczną czaszą wyklejoną specjalną samoprzylepną nakładką. Czaszę umieszcza się na dolnym wrzecionie, a przecierany grzybek polerski na górnym wrzecionie. Czas przecierania wynosi około 20 sek. Wypolerowane soczewki zdejmuje się wraz z uchwytem z maszyny, myje w wodzie i sprawdza jakość powierzchni. Dobre sztuki przekazuje się do odblokowania.
Odblokowanie soczewek
Odblokowanie przeprowadza się na odpowiednim urządzeniu zwanym deblokerem. Istota operacji polega na tym, że uchwyt z zablokowaną soczewką umieszcza się na dyszy sprężonego powietrza urządzenia. Po dociśnięciu uchwytu do dyszy otwiera się dopływ sprężonego powietrza, pod wpływem którego soczewka zostaje odblokowana. Zdjętą z uchwytu soczewkę układa się ręcznie w koszyku, z którym przechodzi do mycia końcowego.
Mycie końcowe
Mycie końcowe w myjce ultradźwiękowej odbywa się tak samo jak przy soczewkach sferycznych, więc nie będziemy go tutaj powtarzać. Po umyciu soczewki przechodzą do kontroli ostatecznej.
Kontrola ostateczna
Wszystkie soczewki poddawane są dokładnej kontroli podobnie jak soczewki sferyczne. Najważniejszymi parametrami są wymagania optyczne, takie jak moc czołowa sfery i cylindra oraz moc pryzmatyczna, a oprócz tego grubość w środku oraz wszystkie wymagania czystościowe dla powierzchni. Sprawdzone soczewki wkładane są do odpowiednich torebek i układane w pudełkach. W tej postaci przewożone są do magazynu sprzedaży, skąd pobierane są do wysyłki zależnie od zamówień. Warto tu jeszcze zauważyć, że dla pełnego zapewnienia jakości poszczególne partie soczewek będących na magazynie poddawane są jeszcze raz wyrywkowej kontroli inspekcyjnej.
Podsumowanie
Przedstawiony proces produkcji seryjnej soczewek astygmatycznych, tak samo jak dla soczewek sferycznych, nastawiony jest we wszystkich operacjach na zapewnienie powtarzalnej jakości wytwarzanych soczewek. Wszystkie procesy technologiczne, nadzór 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.
A. Zytner