Analyse du développement et du statu quo de la technologie de traitement optique avancée1

Maintenant, il n'est pas difficile de constater que presque tous les systèmes d'armes militaires sont équipés de divers dispositifs de capteurs photoélectriques, et dans ces dispositifs de capteurs photoélectriques, des styles plus ou moins divers de composants optiques sont utilisés. D'après les matériaux d'un rapport d'enquête réalisé par l'armée américaine, nous savons que de 1980 à 1990, les produits d'imagerie thermique laser et infrarouge militaires américains nécessitaient 1147700 pièces de diverses pièces optiques, dont 635.900 pièces optiques sphériques n'étaient pas utilisées. Il existe 234 600 pièces optiques sphériques, 181 000 pièces optiques plates et 96 200 miroirs à balayage polyédriques. Prenons l'exemple du char M1. Il utilise environ 90 lentilles, 30 prismes et divers miroirs, fenêtres et composants laser. Un autre exemple est une petite lunette de vision nocturne pilote AN / AVS-6 qui utilise 9 parties optiques asphériques et 2 parties optiques sphériques.

Depuis les années 1970, la technologie optique militaire représentée par l'imagerie thermique infrarouge et les lasers à haute énergie s'est développée rapidement. Les systèmes optiques militaires nécessitent non seulement une bonne qualité d'image, mais également une petite taille, un poids léger et une structure simple. Il s'agit d'un test sévère pour l'industrie du traitement optique. Afin de suivre l'évolution de l'époque, de concevoir et de produire des systèmes d'imagerie optique de haute qualité, l'industrie du traitement des pièces optiques a mené des activités de révolution technologique et d'innovation à grande échelle dans les années 1970, et a recherché et développé de nombreux nouveaux traitements de pièces optiques. méthodes, telles que les surfaces asphériques. Méthode de traitement des pièces optiques. Au cours des 10 dernières années, une nouvelle technologie de traitement de pièces optiques a été davantage promue et popularisée. À l'heure actuelle, les technologies de traitement des pièces optiques couramment utilisées à l'étranger comprennent principalement:

Technologie de tournage de diamant à point unique à commande numérique par ordinateur, technologie de moulage de lentilles en verre optique, technologie de moulage de plastique optique, technologie de meulage et de polissage à commande numérique par ordinateur, technologie de réplication de résine époxy, technologie d'électroformage ... et technologie de meulage et de polissage traditionnelle.

2. Technologie de tournage de diamant à point unique à commande numérique par ordinateur

La technologie de tournage de diamant à point unique à commande numérique par ordinateur est une technologie de traitement de pièces optiques asphériques qui a été développée pour la première fois par le National Defense Research Institute des États-Unis dans les années 1960 et promue et appliquée dans les années 1980. Il utilise des outils diamantés monocristallins naturels sur des tours CNC ultra-précis. Sous le contrôle précis de la machine-outil et de l'environnement de traitement, il utilise directement des outils diamantés pour le tournage en un seul point pour traiter des pièces optiques asphériques qui répondent aux exigences de qualité optique. Cette technologie est principalement utilisée pour traiter des cristaux infrarouges de petite et moyenne taille et des pièces optiques en matériaux métalliques. Ses caractéristiques sont une efficacité de production élevée, une précision de traitement élevée, une bonne répétabilité, une capacité de production de masse et des coûts de traitement nettement inférieurs à ceux des technologies de traitement traditionnelles. Les pièces optiques d'un diamètre inférieur à 120 mm traitées par cette technologie de tournage au diamant ont une précision de surface de 1/2 ～ 1l et la valeur quadratique moyenne de la rugosité de surface est de 0,02 ～ 0,06 mm.

À l'heure actuelle, les matériaux pouvant être traités par la technologie de tournage au diamant sont: les métaux non ferreux, le germanium, les plastiques, les cristaux optiques infrarouges (tellurure de mercure cadmium, antimoniure de cadmium, polysilicium, sulfure de zinc, séléniure de zinc, chlorure de sodium, chlorure de potassium, chlorure Strontium, fluorure de magnésium, fluorure de calcium, niobate de lithium, cristal KDK) nickel autocatalytique, cuivre de béryllium, verre de chalcogénure à base de germanium, etc. Les matériaux ci-dessus peuvent répondre directement aux exigences de qualité de surface optique. Cette technologie peut également traiter le verre, le titane, le tungstène et d'autres matériaux, mais à l'heure actuelle, elle ne peut pas répondre directement aux exigences de qualité de surface optique et nécessite davantage de meulage et de polissage.

En plus de traiter directement les pièces optiques sphériques et asphériques, la technologie de tournage au diamant à point unique à commande numérique par ordinateur peut également être utilisée pour traiter diverses pièces optiques formant des moules et des corps de pièces optiques, telles que le traitement de moules de moulage de verre, de moules de copie et de plastiques optiques. Moule de moulage par injection et corps de machine pour le traitement et la réplication de pièces optiques époxy, etc. Cette technologie est combinée avec la technologie de polissage par faisceau ionique pour traiter des pièces optiques asphériques de haute précision; combiné avec un processus de revêtement en carbone dur et une technologie de réplication de résine époxy, il peut produire des miroirs et des lentilles asphériques de précision relativement peu coûteux. Si des accessoires de meulage sont ajoutés au tour au diamant ou si des outils en céramique sont utilisés, des montages de précision sont installés et la découpe au diamant est effectuée à une basse température de -100 ° C, le domaine d'application de cette technologie sera encore élargi. À l'heure actuelle, le centre optique de l'Université de l'Arizona a utilisé cette technologie pour remplacer la technologie de traitement manuel traditionnelle, mais lors du traitement de pièces optiques en verre, il ne peut pas être directement broyé dans un miroir optique qui répond aux exigences de qualité, et le polissage flexible est toujours obligatoire.

Les effets techniques et économiques du tournage diamant en un seul point de pièces optiques sont très évidents. Par exemple, lors du traitement d'un miroir parabolique hors axe à 90 ° d'un diamètre de 100 mm, si le processus de meulage et de polissage traditionnel est utilisé, la précision de la surface peut atteindre 3 mm (5 l) et le temps de traitement prend 12 mois, le le coût de traitement de chaque miroir parabolique est de 50 000 dollars américains.

En utilisant la méthode de tournage au diamant, il peut être terminé en 3 semaines, le coût de traitement n'est que de 4 mille dollars américains et la précision de surface peut atteindre 0,6 μm (1λ). Honeywell des États-Unis a utilisé cette technologie pour traiter le miroir de balayage tétraédrique du dispositif de reconnaissance infrarouge AN / AAD-5. La taille de chaque côté du miroir rotatif est de 88,9 \ '' 203,2 mm, la planéité de chaque côté doit être de 1/2 et la précision angulaire est de 90 ° ± 42. Avec un tour, 124 miroirs rotatifs à balayage ont été traités en 15 mois, et la qualité a répondu aux exigences techniques de conception. Chaque miroir rotatif permet d'économiser 2770 $ US par rapport au traitement avec les méthodes de traitement traditionnelles. Honeywell a utilisé ce procédé pour produire 200 miroirs rotatifs tétraédriques, économisant au total près de 900 000 dollars américains. De plus, 100 000 miroirs d'avion ont été traités pour le dispositif de reconnaissance infrarouge AN / AAD-5, économisant plus de 10 millions de dollars américains. Au cours des 10 années de 1980 à 1990, le coût de traitement de 4 types de pièces optiques militaires, y compris le plan (50 \'' 50 mm), le polyèdre (diamètre 90 mm), la surface sphérique (diamètre 100 mm) et surface asphérique (diamètre 125 mm), était basée sur une économie conservatrice. Selon les résultats des calculs, le département américain de la Défense a économisé au total environ 400 millions de dollars américains.