التصنيع والاختبار البصري

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

التصنيع والاختبار البصري هما عملية تصنيع واختبار المكونات البصرية . ويشمل ذلك نطاقاً واسعاً من إجراءات التصنيع وتكوينات الاختبار البصري.

تبدأ عملية تصنيع العدسة الكروية التقليدية عادةً بتشكيل الشكل الأولي للعدسة عن طريق طحن قطعة زجاجية خام. [ 1 ] يمكن القيام بذلك، على سبيل المثال، باستخدام أدوات حلقية. بعد ذلك، يتم صقل سطح العدسة للحصول على شكله النهائي. ويتم ذلك عادةً عن طريق التلميع - تدوير وفرك سطح العدسة الخام على أداة ذات شكل السطح المطلوب، مع وجود خليط من المواد الكاشطة والسائل بينهما. عادةً ما تُستخدم أداة قار منحوتة لصقل سطح العدسة. يُسمى خليط المواد الكاشطة بالمعلق، ويتكون عادةً من أكسيد السيريوم أو الزركونيوم في الماء مع إضافة مواد تشحيم لتسهيل حركة أداة القار دون الالتصاق بالعدسة. يتم ضبط حجم الجسيمات في المعلق للحصول على الشكل واللمسة النهائية المطلوبين.

تشمل أنواع التجليخ التجليخ الكوكبي، والتجليخ ثنائي الجوانب، والتجليخ الأسطواني. [ 2 ]

أثناء عملية التلميع، قد تُختبر العدسة للتأكد من الحصول على الشكل المطلوب، ولضمان دقة الشكل النهائي ضمن الحدود المسموح بها. يُعبّر عادةً عن انحراف السطح البصري عن الشكل الصحيح بأجزاء من الطول الموجي ، وذلك لطول موجي مناسب للضوء (ربما الطول الموجي الذي ستُستخدم العدسة عنده، أو طول موجي مرئي يتوفر له مصدر ضوئي). قد تصل انحرافات شكل العدسات الرخيصة إلى عدة أطوال موجية (λ، 2λ، إلخ). أما العدسات الصناعية الأكثر شيوعًا، فلا تتجاوز انحرافاتها ربع الطول الموجي (λ/4). تتميز العدسات الدقيقة المستخدمة في تطبيقات مثل الليزر ، ومقاييس التداخل ، والتصوير المجسم، بأسطح ذات دقة تصل إلى عُشر الطول الموجي (λ/10) أو أفضل. إضافةً إلى شكل السطح، يجب أن تستوفي العدسة متطلبات جودة السطح (الخدوش، الحفر، الشوائب، إلخ) ودقة الأبعاد.

تقنيات التصنيع

تشمل التقنيات غير التقليدية الخراطة الماسية أحادية النقطة (SPDT) والتشطيب المغناطيسي الانسيابي (MRF). [ 3 ]

الطحن الخالي من المواد الكاشطة

الطحن الحر الكاشط هو أسلوب يُستخدم لطحن سطح المادة قبل تلميعها. ويعتمد هذا الأسلوب على استخدام جزيئات صغيرة من مادة كاشطة لإزالة رقائق صغيرة من سطح قطعة العمل البصرية. تُعرف هذه الجزيئات باسم المواد الكاشطة الحرة. تُضاف هذه الجزيئات إلى معلق سائل يمر بين قرص الطحن والمادة المراد طحنها، حيث تُستخدم حركات انزلاقية بينهما. [ 4 ]

بعد عملية الطحن، تظهر خشونة سطحية طفيفة، تعتمد على حجم حبيبات الطحن. كما تظهر تشققات طفيفة تحت سطح المادة، تُعرف باسم التلف تحت السطحي (SSD). [ 4 ]

لتقليل خشونة السطح وتلف الطبقات الداخلية، يمكن إجراء عملية تجليخ إضافية باستخدام حبيبات أصغر. [ 4 ] عادةً ما تُستخدم مرحلتان أو ثلاث مراحل من التجليخ، حيث تتناقص أحجام الحبيبات في المرحلتين الثانية والثالثة. على سبيل المثال، تتكون مجموعة نموذجية من مراحل التجليخ من 30 ميكرومتر، ثم 15 ميكرومتر، ثم 9 ميكرومتر. ويمكن استخدام مجموعة بديلة من مراحل التجليخ من 20 ميكرومتر، ثم 12 ميكرومتر، ثم 5 ميكرومتر. [ 4 ]

تشمل أنواع المواد الكاشطة أكسيد الألومنيوم والماس الصناعي وكربيد السيليكون . ويُستخدم الماس عادةً فقط لطحن المواد شديدة الصلابة، أو لبعض البلورات. [ 5 ]

تلميع

تُصقل العدسات في خليط من جزيئات كاشطة، وسائل ناقل، ومواد مضافة اختيارية. [ 6 ] تشمل أنواع الجزيئات الكاشطة التي يمكن استخدامها أكسيد السيريوم (IV) ، والماس، وأكسيد الألومنيوم، والسيليكا الغروية . [ 6 ] تشمل المواد المضافة الاختيارية عوامل التعليق، ومواد التشحيم، والمنظفات. [ 6 ]

مواد

توجد مواد متنوعة يمكن استخدامها في المكونات البصرية، بما في ذلك أنواع مختلفة من الزجاج، والسيليكا المنصهرة ، والسيليكون ، والكوارتز البلوري. [ 7 ] يمكن استخدام فلوريد الكالسيوم (CaF2 ) كمادة بصرية، على الرغم من سهولة كسره وخدشه. [ 7 ]

تشمل المواد المستخدمة في المكونات البصرية للأشعة تحت الحمراء سيلينيد الزنك (ZnSe) وكبريتيد الزنك (ZnS) وأرسينيد الغاليوم (GaAs). [ 7 ]

تحديد

تختلف مواصفات المكونات البصرية باختلاف نوعها:

تشمل مواصفات الموشورات الخطأ الهرمي، ومسار الشعاع، وإزاحة الشعاع وانحرافه، وزاوية القاعدة، ورقائق حافة السقف، وجبهة الموجة، والاستقطاب. [ 8 ]

تشمل مواصفات العدسات اللاكروية نصف قطر القاعدة مع التفاوت المسموح به، ومعاملات القطع المخروطي ومتعددة الحدود، ومرجع الكرة الأنسب، ومرجع جدول الانحناء، وتفاوت خطأ الانحناء، وأخطاء الميل مقابل عرض النطاق الترددي، وجبهة الموجة لكل اختبار محدد، والميل، واللامركزية. [ 8 ]

تشمل مواصفات الطلاء البصري الفتحات، والانعكاس، والنفاذية، والامتصاص، وانزياح الطور، والالتصاق، ومقاومة التآكل، وعتبة التلف. [ 8 ]

ولتجنب الخسارة التي لا يمكن تعويضها نتيجة انخفاض السماكة عن الحد الأدنى، يسعى أخصائيو البصريات إلى تلبية جميع المواصفات الأخرى للمكون البصري عند أقصى سماكة مسموح بها ضمن التفاوت المسموح به. [ 9 ]

جودة السطح

جودة السطح هي حالة سطح المكون البصري. وهي تشير إلى وجود عيوب، مثل الخدوش والحفر. [ 10 ] ويتم تقييمها عادةً وفقًا لمواصفات الخدش والحفر (SD). [ 11 ]

تشمل معايير تحديد جودة السطح المواصفات العسكرية الأمريكية MIL-PRF-13830B ومعيار ISO 10110. [ 10 ] كان معيار MIL-PRF-13830B يُعرف سابقًا باسم MIL-O-13830a. وتشمل المعايير الأخرى MIL-C-48497a وMIL-F-48616، وهما غير ساريين رسميًا وينطبقان فقط على الطلاءات. [ 11 ] تفتقر هذه المعايير العسكرية الثلاثة إلى مواصفات لمعايير السطح الإحصائية، مثل متوسط ​​الجذر التربيعي للخشونة، وخطأ الميل، والتموج. [ 11 ] يُعد معيار ANSI/OEOSC OP1.002 امتدادًا وتحسينًا لمعيار MIL-PRF. [ 11 ]

تقنيات الاختبار

يُعد مقياس التداخل فيزو النوع القياسي من مقاييس التداخل المستخدمة في التصنيع البصري. [ 12 ]

يمكن استخدام تقنية التداخل التجميعي لاختبار العدسات غير الكروية. وهي تتضمن إجراء اختبارات الفتحات الفرعية التي يتم تجميعها معًا في صورة واحدة عالية الدقة. [ 13 ]

انظر أيضاً

ملاحظات ومراجع

  1. ↑ شوراي، أريك ب.؛ غوليني، دون؛ كوردونسكي، ويليام (أكتوبر 2007). "تشطيب سطح البصريات المعقدة". أخبار البصريات والفوتونيات . 18 (10). الجمعية البصرية الأمريكية: 14-16 .
  2. ↑ ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. الصفحات 45-48 . ISBN  978-0-8194-8676-9.
  3. ↑ ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ISBN 978-0-8194-8676-9.
  4. 1 2 3 4 ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ص 26. ISBN  978-0-8194-8676-9.
  5. ↑ ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ص 27. ISBN  978-0-8194-8676-9.
  6. 1 2 3 ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ص 38. ISBN  978-0-8194-8676-9.
  7. 1 2 3 ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ص 8. ISBN  978-0-8194-8676-9.
  8. 1 2 3 ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ص 10. ISBN  978-0-8194-8676-9.
  9. ↑ ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ص 11. ISBN  978-0-8194-8676-9.
  10. 1 2 "فهم مواصفات جودة السطح" . إدموند أوبتكس . مؤرشف من الأصل في 16 ديسمبر 2023.
  11. 1 2 3 4 ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ص 7. ISBN  978-0-8194-8676-9.
  12. ↑ ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ص 87. ISBN  978-0-8194-8676-9.
  13. ↑ ويليامسون، راي (2011). دليل ميداني لتصنيع البصريات . أدلة SPIE الميدانية. بيلينجهام، واشنطن: مطبعة SPIE. ص 12. ISBN  978-0-8194-8676-9.
  • Malacara، D.، اختبار متجر البصريات - الطبعة الثانية ، جون وايلي وأولاده، 1992، ISBN 0-471-52232-5
  • مصنع العدسات الافتراضي، متحف كاميرات كانون: مقاطع فيديو تعليمية للعمليات، ضمن واجهة ويب فلاش.