Lavorazione di superfici ottiche.

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maxproject
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Lavorazione di superfici ottiche.

Messaggio da maxproject »

Stiamo leggendo in alcuni forum dissertazioni sulla realizzazione di superfici ottiche, sulla loro relativa precisione, sul metodo per arrvare a determinati risultati.

Il succo di queste letture è che nessuno degli intervenuti conosce quantomeno teoricamente la materia, e disserta in affermazioni fantasiose che ingenerano confusione e poca chiarezza.

Posteremo alcuni pensieri, volti a spiegare in modo schematico quali sono oggi le tecniche per la produzione di specchi o lenti, che siano al di la della Draper in legno.

Esistono diverse metodologie di produzione di una superfice ottica, ciascuna legata al settore di destinazione, ai volumi, al grad di precisione richiesta.

Eviteremo dunque di parlare delle linee totalmente automatizzate per le lenti destinate al settore fotografico (di piccolo diametro anche le più grandi) e delle tecniche per occhialeria che è di bassissima qualità ottica.

Nel nostro settore una lente (o specchio) puo' essere prodotta in due modi:
a) il metodo "artigianale", quindi con tempistiche relativamente lunghe, con risultati piuttosto ondivaghi da pezzo a pezzo, con macchine costruite dall'artigiano stesso e spesso con parti di recupero. I risultati variano in funzione dell'abilità del costruttore e del cliente di destinazione.
Chiameremo questo metodo "artigianale".

b) il metodo "industriale", quindi con tempistiche brevi, con risultati abbastanza costanti, con impianti a controllo numerico molto costosi e con standard medio bassi, per evitare di far intervenire l'uomo alla fine del processo - che falserebbe la linea dei costi totali. chiameremo questo metodo "industriale".

Il processo uguale per i due metodi, salvo che per le macchine impiegate (nel primo caso autocostruite, nel secondo realizzate apposta), è quello di generare la curva sul disco di vetro.
La macchina generatrice di curve è per l'artigiano una sorta di trapano molto robusto a testa inclinabile, o una fresa medesima se i dischi sono grandi, a cui viene applicato un utensile apposito in polveri diamantate, per la parte industriale una struttura complessa e costosissima in cui la generazione della curva è assolutamente precisa e molto veloce. Il controllo avviene con cnc, ad altissima velocità e con una tolleranza molto stretta.
A titolo di esempio una macchina generatrice di curve per uno specchio da 400 mm. pesa circa 3 tonnellate, impiega circa 15 minuti per generare la curva, e consuma una quantità impressionante di acqua e aria compressa. ma considerate i 15 minuti, la ripetibilità e vedrete quanti specchi si possono generare in due turni lavorativi. I costi sono presto fatti.

Avendo dunque generato la curva con uno o l'altro metodo è poi il momento di passare alla finitura di questa curva (molto ruvida e imperfetta otticamente parlando). Gli artigiani impiegano macchine di vario disegno secondo i propri gusti e le proprie preferenze. Nel settore industriale si usano delle derivate dalle Draper controllate elettronicamente. Questo processo usa ancora abrasivi piuttosto grossi e nel settore professionale slurry ad immersione o pads diamantati applicati sul maschio. L'uso di questi slurry o pads da una vita lunghissima all'utensile (circa 5000 superfici) e quindi ne azzera il costo, permette di lavorare a velocità estremamente elevate e di ammortizzare rapdamente la macchina, se ci sono i numeri per sostenerla.

tempo di lavoro 15 minuti circa con macchine a controllo

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maxproject
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Messaggio da maxproject »

La terza fase, è denominata in gergo "lappatura". La lappatura rappresenta per le ottiche artigianali la lucidatura e qui ci si ferma per verificare e consegnare lo specchio al cliente. Nel settore industriale esistono due grandi rami:
a) ottiche con correzione corrente, cioè 1/4 d'onda, che sono poi i prodotti consumer dei vari produttori mondiali; lo specchio viene raccolto e rapidamente controllato e se sta nei parametri minimi richiesti va immediatamente al coating;
b) ottiche con correzione di diversi gradi per le più disparate applicazioni e quindi vengono poi passate al processo di polishing o lucidatura.

Attenzione a non confondere la lucidatura artigianale con quella industriale, sono due cose molto diverse, e salvo casi molto ben conosciuti, non si applica mai al settore amatoriale.

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Edited by maxproject on Jan 2, 2011 at 05:13 PM

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maxproject
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Messaggio da maxproject »

Definizione dei difetti di lucidatura in ottica.

Scratch-dig è il parametro tecnico usato nell'industria e nel campo professionale per determinare la qualità di una superfice ottica in relazione alla sua rugosità, secondo la norma ben chiara MIL-O-13830A. I numeri riportati rappresentano l'ampiezza delle rugosità in micron. Questo sgombera rapidamente il campo sulle continue dissertazioni relative alla rugosità di uno specchio astronomico. Se non è superlucidato (vedi sotto), è inteso come lappato e buona notte senza tanti discorsi inutili.

S/D nr.

80-50 standard di polishing comunemente accettato, nel nostro caso è il mercato consumer;
60-40 superfici ottiche commerciali molto buone (la produzione artigianale per astronomia, Oldham, Orion, ecc. compresi);
40-20 superfici ottiche di alta qualità (qualche superlucidato nel nostro caso, e un paio di nomi che operano anche a livello professionale);
20-10 altissima qualità di lucidatura non destinata al settore laser;
10-5 altissima qualità prodotta su richiesta del settore laser e telecomunicazioni.

Misure e definizioni:

80 scratch = 8 microns di ampiezza / 50 dig = 0,50 mm. di diametro
60 scratch = 6 microns di ampiezza / 40 dig = 0,40 mm. di diametro
40 scratch = 4 microns di ampiezza / 20 dig = 0,20 mm. di diametro
20 scratch = 2 microns di ampiezza / 10 dig = 0,10 mm. di diametro
10 scratch = 1 microns di ampiezza

Facciamo notare come i valori siano molto bassi, trattandosi di metodi abrasivi, quando ci si inoltra nel settore più specializzato.

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maxproject
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Messaggio da maxproject »

Lappatura industriale o "lucidatura per amatori" durata da 1 minuto a 45 minuti a seconda di come e di chi la fa e di quale parametro approssimativo si vuole ottenere.

Ci sono poi i settori "industriali" e qualche produttore di ottiche astronomiche amatoriali che si spinge oltre. E' il dominio delle ottiche superlucidate o dell'ottica industriale di livello normato e garantito.

Il superlucidatore artigianale continua la fase del post precedente semplicemente riducendo le dimensioni del prodotto lucidante. Se in precedenza ci si era fermati a dimensioni dell'abrasivo di 9 micron, ora si comincia a scendere, anche in funzione del tempo disponibile e del risultato che si vuole ottenere. Si arriva a slurry da 0,2 micron e molte molte ore di lavoro (ma veramente tante).

Il lucidatore industriale ha diversi modi:
con pads diamantati da 4 microns e circa 15 minuti di lavoro a macchina;
con poliuretano e slurry abrasivi per una migliore qualità e circa 60 minuti di lavoro a macchina;
con pece e slurry abrasivi molto sofisticati e circa due ore di lavoro a macchina.

Questi tre metodi portano a tre risultati diversi in funzione del cliente finale.

Non a caso quando si comincia a parlare di "lucidatura" nel settore industriale, si parla di temperature ambientali controllate con uno scarto max di 1°, di molti tipi di pece diversa, di oli da inserire durante l'abrasione, di controllo delle temperature dei refrigeranti, ecc. Insomma una cosa ben diversa da quanto siamo abituati a vedere dai costruttori di ottiche amatoriali, che non possono - per questi e altri limiti - arrivare a certi risultati(eccezion fatta sempre per 1 o 2 produttori mondo che possono permettersi certe impiantistiche non certo per i telescopi).

Se vogliamo tabellare i tempi per chi costruisce industrialmente le ottiche con macchine a controllo ecco una tabellina:

bassa qualità, o consumer: 30-60 minuti al pezzo escluso coating;
media qualità: 30-90 minuti al pezzo escluso coating;
alta qualità: 1-3 ore escluso coating.

Ecco dunque una spiegazione sommaria ma che chiarisce molto di quella che è una realtà, diversa dalla favole e diversa dalle congetture, in mezzo ci sta di tutto ovviamente, compresa la produzione di superfici ottiche con torni per ottica, ma dal costo inaffrontabile anche per chi è dotato di tasche moooolto profonde.

Maxproject

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maxproject
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Messaggio da maxproject »

Una piccola nota: gli strumenti amatoriali molto ben fatti (i soliti noti, e neanche su tutti gli strumenti), hanno precisioni centesimali. Ammesso e non concesso che si stia entro il centesimo di mm. Domandina: quanti lambda sono un centesimo di mm., cioè 10 micron? Fatevi questa domanda e vi risponderete.

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daniela
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Lavorazione di superfici ottiche.

Messaggio da daniela »

Cosi', mi ponevo un dubbio. So che e' pesante e costoso ma del tutto possibile fare lavorazioni meccaniche con tolleranza del micron, un esempio comune e' un qualsiasi palmer, ma insomma basta pagare e i materiali e le macchine utensili ci sono. So anche che per quanto si spenda si puo' fare un po' meglio ma non molto meglio.
Mi chiedo come questo si correli con i banchi ottici da tanto al mucchio fatti da "officine" che non sarebbero mai in grado di realizzare un calibro.....

Daniela

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zandor
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Messaggio da zandor »

Mi sa che con sto discorso dei centesimi avete proprio centrato il problema.....

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Messaggio da maxproject »

Non si tratta di centrare il problema. Si tratta di dire la verità, senza prendere per i fondelli i clienti. Certamente uno poco esperto con il suo bel test interferometrico colorato in mano prenderà per buona qualunque cosa gli si racconti, un astrofilo pensante forse guarda meno i fogli e di più i test e le prove sul cielo........o funziona o non funziona.
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maxproject
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Messaggio da maxproject »

E per dirla tutta, giusto perchè non si pensi strano, nella nostra carriera professionale abbiamo visitato o fatto visitare molti costruttori di ottiche astronomiche a riflessione. A prescindere dal risultato finale, che non sta a noi giudicare, possiamo tranquillamente affermare che - ad eccezione di un paio di aziende che usano il settore amatoriale come riempitivo - non ci sono aziende che corrispondano ai canoni di completezza industriale e impiantistica di un certo livello (almeno nelle tante che abbiamo visitato, che non sono tutte ovviamente).
Per assurdo sono molto più attrezzate le aziende della fascia consumer che non gli artigiani.
I piccoli costruttori usano macchine autocostruite con mezzi di fortuna, cosi' come i tester usano interferometri da quattro soldi o autocostruiti con i pezzi comperati a catalogo. E' pensabile parlare di ambienti con temperature controllate, di tavoli antivibranti, di planarità dei piani rispettate, di precisioni meccaniche dei misuratori, di riproducibilità di un pezzo anche quando l'artigiano ha la bronchite? Eppure questi test sono usati come prove di assoluta precisione e qualità, questi specchi vengono trattati come reliquie di altissima precisione, e ci si spertica in fiumi di parole a suggello di teorie bislacche che potrebbero anche funzionare, se tutto il contorno mantenesse il medesimo livello di qualità e/o precisione.
Siamo seri, se poi il pubblico vuole essere rassicurato stamperemo con cura molti certificati in tanti colori diversi.
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Edited by maxproject on Jan 24, 2010 at 10:56 PM

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maxproject
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Ma osserviamo con attenzione, ad esempio, le ottiche di Norman Oldham. Affermiamo tranquillamente che corrispondono allo standard di qualità ottimale per l'uso amatoriale.
Tuttavia ci sono varie correnti di pensiero, legate ai singoli costruttori, che partecipano a sostenere un marchio piuttosto che un'altro.
Noi siamo fermamente convinti che Oldham è stato ed è un innovatore per quanto riguarda la costruzione di ottiche "sottili". Gli altri realizzano i medesimi standard con vetri molto più spessi. E' ovviamente un vantaggio dal nostro punto di vista, disporre di vetri sottili, per tutti i motivi di cui abbiamo discusso nel forum e nelle schede dei vari telescopi.
E' molto più semplice produrre un 250 mm. spesso 46 mm. che non uno 23-25 mm., e qui si vede anche la bravura dell'ottico lavorante, ma il rovescio della medaglia è che occorre avere una padronanza assoluta delle meccaniche di sostegno.
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Edited by maxproject on Jan 25, 2010 at 11:05 PM