Az üveggyártás

Az üveg az emberiség számára már évezredek óta ismert anyag,ennek ellenére optikai alkalmazása csak a 1700 -as évektől ismert. Az üveg olvasztással nyert szervetlen anyag, amely lehűtés közben kristályosodás nélkül jut szilárd állapotba. Az üveg belső szerkezet se nem kristályos se nem amorf. Az üveges állapotban a részecskék követnek valamilyen rendezettséget, de ez nem szabályos. A rendezettség mértéke a lehűlés sebességétől függ.

Az optikai üvegek színszoroképességük alapján két félék lehetnek:

Koronaüvegek, Flintüvegek

Az üveggyártás nyersanyagai:

Alapanyagok: Üvegképző oxidok, Olvasztó oxidok, Állandósító oxidok, Segédanyagok, Adalékanyagok,

Üvegképző oxidok

Ezek olyana anyagok, amelyek más adalék hozzáadása nélkül is képes üveg képzésére. pl.: Szilícium-dioxid, Bór-trioxid, Foszfor-pentoxid, Alumínium-tioxod

Olvasztó oxidok

Az üveggyártás során olvasztó oxidokat is használnak, ezeknek az anyagoknak az a fő feladatuk, hogy az üveg olvadáspontját levigyék. A tiszta kvarchomok olvadáspontja 1710 şC körül van. Olvasztó oxidokkal ez az érték 1200 şC-ra csökkenthető. pl.:Nátrium-oxid, Kálium-oxid, Litium-oxid

Állandósító oxidok

Ezek az anyagok teszik az üveget a gyártáshoz felhasználhatóvá, ugyanis növelik mechanikai és kémiai ellenállóképességüket. pl.:Kalcium-oxid, Magnézium-oxid, Bárium-oxid, Cink-oxid, Ólom-oxid.

Segédanyagok: Tisztító anyagok, Színtelenítő és színező anyagok, Opálosító anyagok,

Az üveggyártás folyamata

A fentebb ismertetett nyersanyagokat egy samotkádba töltik, összekeverik, majd pedig olvasztani kezdik. A megolvadt anyagot alaposan összekeverik, ezután pedig kezdődik a hűtés. A lehűtés előtt formákba öntik az olvadt üveget. A hűtéshez nem használnak semmi féle berendezést, mert ha túl gyorsan hűtik, akkor feszültségek keletkeznek. A feszültségek hatására már kis mechanikai ütközés hatására is szétrobban az üveg.

A lencsegyártás A lencsegyártás fő lépései

1.) Fűrészelés-darabolás

A lencsegyártás első lépéseként a legyártott üveglapot vékonyabb lapokra vágják, majd pedig feldarabolják. Az üveglapok fűrészelésének két fajtája van: a csiszolókorongos és a gyémántbetétes fűrészelés.

A csiszolókorongos fűrészelés

A csiszolókorongos módszer indirekt módon vágja az üveget. Ez azt jelenti, hogy nem közvetlenül a fűrésztárcsa végzi a megmunkálást, hanem a vizes csiszolópor. A fűrésztárcsa mélyhúzott acéllemezből készül 1,5 mm széles 500 mm átmérőjű. A tárcsa egy csiszolóporos edénybe érve 500 1/p fordulatszámmal forog és a vágást lényegében nem a tárcsa, hanem a csiszolópor végzi. Az eljárás hátránya, hogy nagyon időigényes, sok az üvegveszteség és a megmunkált felület durva.

Csiszolókorongos fűrészgép A gyémántbetétes fűrészelés

A gyémántbetétes fűrészelés egy direkt megmunkáló eljárás. A fűrésztárcsát porkohászati útonkészitik. A tárcsa alapanyaga keményacél, melynek kerületére dolgozzák be bronzba ágyazva a gyémánt szemcséket. A tárcsa geometriai méretei azonos a csiszolóporos gép tárcsa méreteivel. A nagy vágóteljesítményhez magas fordulatszám szükséges. (1000-25001/p) A nagy fordulatszám miatta vágószerkezetet folyamatosan hűteni kell. Az eljárás termelékenyebb, mint acsiszolóporos megoldás.

2.) Alapsík csiszolása

A következő két művelet fő célja az, hogy a megmunkálás utáni viszonylag durva felületeket finomítsák az alapsíkon.

3.) Párhuzamos sík csiszolása

A következő két művelet fő célja az, hogy a megmunkálás utáni viszonylag durva felületeket finomítsák a párhuzamos síkon.

4.) Tömbberagasztás

Az optikai testek gyártására a kis-, közép-, és nagysorozatok jellemzőek. Mindhárom esetben feldarabolt testeket célszerű csoportosan megmunkálni, mert így sokkal gazdaságosabb. Egyszerre több darabon lehet elvégezni azonos műveletet, így nem keletkezik sorja sem. Az üveglapokat felmelegítik és egy megfelelő szerszám segítségével egymáshoz ragasztják őket. Ragasztóanyagként viasz, fenyőgyanta, paraffin vagy ma már egyéb speciális keverék.

5.) Külső palástfelület megmunkálása A palástfelületeket az alábbi képen látható eszközekkel végzik. Palástmegmunkáló berendezés 6.) Tömb megbontása

7.) Gömbfelület marása az egyik oldalon

Az alábbi ábrán egy gyémántszerszámos maró elvi elrendezés látható.Az alatta pedig a vizszintes és függőleges marógépek láthatók.

Gyémántszerszámos marógép Vízszintes marógép Függőleges marógép 8.) Előcsiszolás az egyik oldalon

9.) Gömbfelület marása a másik oldalon

10.) Előcsiszolás a másik oldalon

11.) Fazettázás (leélezés)

A fazettázásnak kettős célja van. Egyrészt a gyártás során megvédi a munkadarabot a kicsorbulástól, másrészt pedig a beépítésnél is védi a lencsét a sérülésektől. Az alábbi ábrán egy fazettázó szerszám látható.

Fazettázócsésze 12.) Finomcsiszolás, polirozás

A csiszolás az optikai megmunkálások egyik legfontosabb művelete. A csiszolás során a szerszám és a munkadarab között mozgó, kötetlen szemcsék pórusokat hoznak létre. A csiszolóport vízzel keverik, azonban ügyelni kell a por és a víz arányára. Megkülönböztetunk durva, normál és finomcsiszolást. Fontos, hogy fokozatosan haladjunk előre. A durva és a normál csiszolást előcsiszolásként alkalmazzák, a finomcsiszolát pedig polírozásként. Csiszolóanyagnak gyakorlatilag minden egyenletes szemcséjű anyag megfelel, ha a szemcsék megfelelően kemények és élesek. pl.:szilíciumkarbid, műkorund, bór-karbid, gyémánt-korund, homok. A finomcsiszolást az alábbi szerkezettel szokták elvégezni. A lencséket egy gomba alakú fejre rögzítik, majd egy harang alakú szerszámot helyeznek rá. A csiszolóanyagot a gomba és a harang közé juttatják. A szerkezet ingó mozgását egy karos mechanizmus segítségével hozzák létre.

Csiszolócsésze Csiszológomba Karos mechanizmus

13.) Központosítás

A mindkét felületén megmunkált lencséket központosítják. A lencsék optikai tengelye alatt a lencsét határoló gömbfelületek görbületi középpontjain átmenő elméleti egyenest értik. A geometriai tengely a lencsét határoló hengerfelület középvonala. Ha ez a két tengely eltérése egy megfelelő tűrésen belül van, akkor a lencse központos. A központosítás művelete két fő részből áll: központba állítás és a végleges átmérő elkészítése. A központosítás történtet optikai és mechanikai módon. Az optikai módszer azona jelenségen alapul, hogy egy fényforrás képe a lencse megforgatásakor, a lencse szabad felületén tükrözveegészen addig bolyongani látszik, míg a két tengely nem esik egybe. Ha egy álló fényforrás képe a forgásban lévőlencse felületén tükröződve mozdulatlan, akkor a forgástengely és az optikai tengely egybeesik. A műveletet egy erre a célra szolgálógépen végzik. A optikai központosító berendezés az alábbi ábrán látható. A lencsét a központosító tokmányára ragasztják, központosítják, majd pedig megmunkálják.

Opikai központosítás

A mechanikai módszer elve az, hogy a lencse optikai központjától bármely távolságra lévő övezetben a lencsevastagság állandó. Ha a mechanikai erőhatásokkal a lencsét olyan helyzetbe kényszerítik, hogy azonos vastagságú övezetének körközéppontja a forgástengelybe esik, akkor a lencse forgástengelyre központos. Hátránya az, hogy pontatlanabb, mint az optikai eljárás. Egy mechanikai központosító berendezés az alábbi ábrán látható.

Mechanikai központosítás 14.) Ellenőrzés

Az ellenőrzés eszköze a próbaüveg. Ez az eszköz egy olyan feszültségmentes üvegből készült idomszer, melynek egyik oldala közel sík felületű és polírozott, hogy átlátszó legyen. A próbaüveg másik oldala szabályos sík vagy adott rádiuszú, szabályos gömbsüveg felületűre van polírozva. Vastagságának minimum az átmérő egyötöd részének kell, hogy legyen.A próbaüveg tehát olyan felületnek a hordozója, amellyel a vizsgált felületet ellenőrzés céljából összehasonlítják. Az összehasonlítás az interferenciagyűrűk segítségével, ez gyors és pontos megoldás.A próbaüveg képa az alábbi ábrán látható.

Próbaüveg 15.) Bevonat készítés

A bevonatkészítés célja a visszatükröződés meggátlása optikai rendszereknél. pl.:távcsövek, fényképezőgép objektívek A visszaverődés ugyanis veszteséget okoz. A bevonat vastagsága 20 mikrométer. Felvitele PVD vagy CVD eljárással történik.

Az optikai lencsék leképzési hibái

Szférikus aberáció(nyíláshiba)

A szférikus aberráció oka, hogy a lencse optikai tengelyében és a lencse szélső részein nem azonos a lencse fókusztávolsága.Domború lencséknél az optikai tengelytől távolodva egyre csökken a fokusztávolság, így az ey pontból induló, és a lencse közepén és szelein is áthaladó fénysugarak nem egy pontban egyesülnek. Homorú lencséknél ez a hiba ellentétes írányban lép fel. Így egy domború és egy homorú lencse összeillesztésével minimálisra csökkenthető. A jelenség nem gömbfelületekkel határolt úgynevezett aszférikus lencsékkel is kiküszöbölhető.

Kóma aberráció(üstököshiba)

A kóma a lencse optikai tengelyével nagy szöget bezáró, beeső fénysugarak szférikus aberrációjából adódik. Nagy beesési szög esetén a lencse külső részei által rajzolt szóródási körök középpontjai nem esnek egybe a lencse beljebb lévő részei által rajzolt szóródási körök középpontjaival, így egy üstökösszerű csovát kapunk. A kóma leginkább a képmező széle felé mutatkozik, általában a nagy fényerejű nagylátószögű objektívekre jellemző. Így érthető, hogy egy jó minőségű nagylátószögű objektív miért olyan drága. Ma már eredényesen csökkenthető a jelenség. A teljesen szimmetrikus objektívek komamentesnek tekinthetők. A kóma mértéke rekeszeléssel is csökkenthető.

Asztigmatizmus(pontnélküliség)

Az asztigmatizmus oka, hogy az optikai tengelytől viszonylag távol eső tárgypontból kiinduló fénysugarak közüla lencsén való áthaladás után a vízszintes síkban haladók nem azonos pontban egyesülnek, mint függőleges síkban haladók. A nem egy pontban egyesülő vízszintes és függőleges sugarak az elméleti egyesülési pont környezetében a fénnyaláb tengelye mentén eltólva pont helyett függőleges illetve vízszintes vonalat rajzolnak. Az egyesülési pontok között a kép elipszis. Az asztigmatizmus az optikai tengelyhez képesti beesési szög növekedésével növekszik. A jelenség kiküszöbölése ebben az esetben is két különféle anyagú lencse egyesítésével történik.

Torzítás

A torzítás a tárgysíkban lévő egyenes vonalaknak a képsíkban való görbe leképzésében jelentkezik. Ez akkor jönlétre, ha az optikai tegelytől távolodva változik a lencse nagyítása. Ha a lencse külső zónáiban kisebb a nagyítás, akkor hordószerű torzítás illetve ha nagyobb a nagyítás párnaszerű torzítás jelentkezik. A lencsék szimmetrikus elhejezésével a torzítás minimálisra csökkenthető.

Kromatikus aberráció (Színhiba)

A kromatikus aberráció oka, hogy a lencsének a különböző hullámhosszúságú fénysugarakra más és más a törésmutatója. A legjobban az ibolyavörössugarak törnek meg, a legkevésbé a vörösek, ezért a lencsére érkező fény az összetevőire bomlik,így a különböző színű fénysugarak az optikai tengelyen az elméleti egyesülési pont helyett egy szakaszon egyesülnek. Itt gyakorlatilag a Newtoni prizma kisérlet játszódik le. A színhiba kiküszöbölése lencseösszetétellel küszöbölhető ki. (akromát lencse)A koronaüvegből készült gyűjtőlencséhez nagyobb törésmutatójú flintüvegből készült szórólencsét ragasztva elérhető, hogy a két lencse egymás hibáit kiegyenlítse. Az akromátlencsék azonban csak két hullámhosszon egyenlítik kia színhibát, így másodlagos színkép keletkezik. A másodlagos színkép csökkentése az úgynevezett apokromát lencsékkel lehetséges. Ennek az a lényege, hogy háromféle lencse van összeragasztva, ezért a kiküszöbölés három hullámhosszon történik. Ezzela lencséval és rekeszeléssel tovább csökkenthető a színhiba. Az apokromatikus lencséket tartalmazó objektívek könnyen repednek, érzékenyek a hőmérsékletváltozásra, illetve a hőingadozás miatt a lencsetagok elmozdulnak,így életlenséget okoznak. Ezek a nagyátmérőjű lencséknél jelentkeznek fokozottan, ezért a profi objektívek esetén speciális üveget és ragasztóanyagot kell használni.

Buncsák István