Ověřená technologie vysoce produktivního leštění sférických konvexních i konkávních optických ploch

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F04670361%3A_____%2F22%3AN0000005" target="_blank" >RIV/04670361:_____/22:N0000005 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Ověřená technologie vysoce produktivního leštění sférických konvexních i konkávních optických ploch

Popis výsledku v původním jazyce

V rámci projektu byly úspěšně vyvinuty nástroje a procesy pro vysoce produktivní a spolehlivé broušení a leštění konkávních i konvexních ploch s nepříznivou křivostí (hemisférických ploch). Na testovacích sériích byla prokázána požadovaná přesnost i adekvátní výrobní čas, a tím pádem i rentabilita výroby hemisférických optických elementů. Díky dosaženým výsledkům je tak možné zařadit tento typ produktu do portfolia společnosti asphericon s.r.o, a tím zvýšit její konkurence schopnost na trhu. Společnost asphericon s.r.o. disponuje komplexním řídícím, obchodním a výrobním systémem pod názvem CorsS. Tento systém umožňuje stoprocentní dohledatelnost všech výrobních kroků a parametrů jednotlivých vyráběných elementů. Výrobní procesy i naměřená data jsou označovány časovými kódy, čímž vzniká pro každý element unikátní záznam procesního cyklu. Veškerá data jsou zaznamenávána automaticky bez zásahu zaměstnance, což minimalizuje možnost chyby lidského faktoru. Celý systém naplňuje podmínky řízení kvality dle ISO. Řídící program se skládá ze dvou souborových serverů – ze serveru pro měření a ze serveru pro CNC. Tato data se ukládají do CorsS server aplikace a dále do databáze SQL. Do databáze, stejně jako do souborových serverů je přístup z CorsS terminálu (uživatelský přístup). Komunikace mezi všemi částmi je obousměrná. V části pro výrobu je zahrnuto ovládací řízení strojů pro broušení, leštění a měření. Vnitřní systém je vybaven funkcí pro automatické generování CNC kódů. Standardně se CNC kódy generují ve stroji, ale v asphericon s.r.o. byl vytvořen unikátní výpočetní modul pro generování G-kódů umožňující výrazné zvýšení produktivity. V systému je při založení projektu vytvořen výkres čočky, zejména pro asférické povrchy jsou důležité argumenty vzdálenost od středu a funkce tvaru, která je závislá na vzdálenosti od středu. Z těchto dat pak software vygeneruje CNC kód pro odpovídající tvar čoček. Součástí výrobní části systému je také veškerá metrologie nutná pro splnění a ověření požadovaných parametrů vyráběného elementu. Jedná se o interferometry pro celoplošné měření sférických a asférických optických povrchů, kontaktní profilometry pro měření v řezech, kontaktní a bezkontaktní zařízení pro měření centrální tloušťky, kontaktní a bezkontaktní měření mechanických rozměrů a optické zařízení pro měření klínu mezi optickými plochami. Veškerá i mezioperační měření nelze provádět bez přístupu do systému, do kterého jsou data automaticky ukládána. Stejně tak je nutné využívat interního systému CorsS k přesunu vyráběných elementů mezi jednotlivými výrobními kroky. Bez tohoto přesunu nelze výrobu zahájit. Díky tomu je v systému možné evidovat celý výrobní proces čočky – od vybalení jednotlivých surových materiálů, naskladnění, prvotního broušení na sférických generátorech po úpravu na asférické tvary. U každého úkonu je uživatel, který byl za danou činnost zodpovědný. Systém ukládá parametry výrobních procesů společně s výsledky měření po ukončení procesu. Záznamy jsou označeny časovým kódem, díky čemuž je jasná posloupnost výrobního procesu. Vše je ukládáno automaticky pro každý jednotlivý element. V systému je tak možné online sledovat průběh výroby, ale především ji po ukončení vyhodnotit. Z ukládaných dat je možné získat široké spektrum statistik, která je možné analyzovat jak z pohledu produktivity, tak také kvality. Na jejich základě je možné ověřit rentabilitu výroby a nalézt kritické výrobní kroky a parametry, které je nutné optimalizovat. Výroba větších sérii byla testována na konkávních i konvexních plochách, protože oba typy křivosti vyžadují významně odlišný výrobní přístup, jak je popsáno v technologické části dokumentu. Hlavní ukazatelem úspěšné implementace vyvinuté technologie je rentability výroby nebo spíše produktivita vs. kvalita. Sledování produktivity je snadné díky internímu systému, ze kterého je zcela jasné, kolik kusů bylo vyrobeno v určitém časovém úseku. Pro sledování kvality jsou v interní databázi dostupná veškerá potřebná data, která je možné statisticky zpracovat. Nicméně v tomto případě je nejprve nutné určit, které parametry jsou vhodné pro sledování a budou poskytovat relevantní informaci o kvalitě výroby hemisférických ploch. Díky vysoké náročnosti výroby velmi strmých a hemisférických optický ploch jsou tyto plochy vyráběny primárně jako první z páru, aby bylo poskytnuto více prostoru pro nápravu případné chyby. Sledování některých parametrů tak může být zcela nerelevantní jako například klínovitost elementu. V tomto kroku jsou zásadní především parametry tvarové odchylky od nominální tvaru, konkrétně odchylka rádiusu a iregularita plochy. Tyto parametry jsou již finální a není možné je v dalších krocích opravit. Dalším velmi důležitým parametrem je centrální tloušťka elementu. Ta v tomto kroku není finální, nicméně je zcela zásadní pro navazující krok obrábění druhé plochy. Tolerance centrální tloušťky bývá pro tento meziprodukt obvykle v rozsahu ± 0,05 mm až ± 0,2 mm v závislosti na parametrech druhé z ploch. Přičemž je-li výsledná hodnota pod tolerančním pásmem, je čočka nenávratně zničena, je-li nad pásmem tolerance, je element dále použitelný, nicméně obráběcí čas druhé plochy může být výrazně delší. Testování výroby konvexní plochy bylo provedeno na elementu s rádiusem plochy 18,03 mm a průměrem 34 mm. Poměr rádiusu plochy a průměru je 0,53. Jedná se tedy o téměř plně hemisférickou plochu (0,5 je technické minimum). Velikost série byla 110 kusů. Protože se jedná o konvexní plochu, byla využita metoda pin-polishing s uchycením na inovovaných držácích. Testování výroby konkávní plochy bylo provedeno na elementu s rádiusem plochy 23,644 mm a průměrem 46,9 mm. Poměr rádiusu plochy a průměru je 0,504. Jedná se tedy o téměř plně hemisférickou plochu (0,5 je technické minimum). Velikost série byla 54 kusů. Jedná se o konkávní plochu, a proto byla využita metoda vysoce produktivní technologie synchrospeed s využitím inovovaného nástroje.

Název v anglickém jazyce

Verified technology for highly productive polishing of spherical convex and concave optical surfaces

Popis výsledku anglicky

The project successfully developed tools and processes for highly productive and reliable grinding and polishing of concave and convex surfaces with unfavourable curvature (hemispherical surfaces). The required precision and adequate production time, and thus the profitability of producing hemispherical optical elements, were demonstrated on test series. Thanks to the achieved results, it is possible to include this type of product in the portfolio of asphericon s.r.o. and thus increase its competitiveness on the market. asphericon s.r.o. has a complex control, business and production system under the name CorsS. This system allows 100% traceability of all production steps and parameters of each manufactured element. Production processes and measured data are time-coded, thus creating a unique record of the process cycle for each element. All data is recorded automatically without employee intervention, minimizing the possibility of human error. The entire system fulfils the conditions of ISO quality management. The control program consists of two file servers - the measurement server and the CNC server. This data is stored in the CorsS server application and furthermore in the SQL database. The database as well as the file servers can be accessed from the CorsS terminal (user access). Communication between all parts is bidirectional. The production section includes the control of the grinding, polishing and measuring machines. The internal system is equipped with a function for automatic generation of CNC codes. Normally CNC codes are generated in the machine, but at asphericon s.r.o. a unique computing module for generating G-codes has been developed to enable a significant increase in productivity. In the system, a drawing of the lens is created when the project is set up, especially for aspheric surfaces the arguments of distance from the centre and the shape function, which depends on the distance from the centre, are important. From this data, the software then generates a CNC code for the corresponding lens shape. The manufacturing part of the system also includes all the metrology necessary to meet and verify the required parameters of the manufactured element. These include interferometers for full-surface measurement of spherical and aspherical optical surfaces, contact profilometers for in-section measurement, contact and non-contact devices for central thickness measurement, contact and non-contact mechanical dimension measurement, and optical equipment for measuring the wedge between optical surfaces. All and intermediate measurements cannot be performed without access to the system where the data is automatically stored. Similarly, it is necessary to use the internal CorsS system to move manufactured elements between production steps. Without this transfer, production cannot start. As a result, the entire production process of the lens can be recorded in the system - from unpacking of the individual raw materials, stacking, initial grinding on the spherical generators and finishing to aspherical shapes. For each operation, there is a user who was responsible for that activity. The system stores the parameters of the production processes together with the results of the measurements after the process is completed. The records are time-coded, making the sequence of the production process clear. Everything is stored automatically for each individual element. In the system it is thus possible to monitor the production process online, but above all to evaluate it after completion. A wide range of statistics can be obtained from the stored data, which can be analysed both in terms of productivity and quality. Based on these data, it is possible to verify the profitability of production and to find critical production steps and parameters that need to be optimised. The production of larger batches was tested on both concave and convex surfaces, as both types of curvature require a significantly different manufacturing approach, as described in the technology section of the document. The main indicator of successful implementation of the developed technology is the profitability of production or rather productivity vs. quality. Tracking productivity is easy thanks to the internal system, which makes it quite clear how many pieces have been produced in a certain period of time. For quality monitoring, all the necessary data is available in the internal database and can be processed statistically. However, in this case it is first necessary to determine which parameters are suitable for monitoring and will provide relevant information on the quality of hemispherical surface production. Due to the high complexity of producing very steep and hemispherical optical surfaces, these surfaces are primarily produced first out of the pair to provide more room for correcting any error. Thus, monitoring some parameters may be completely irrelevant, such as the wedge-shapedness of an element. In this step, the parameters of shape deviation from the nominal shape, namely radius deviation and surface irregularity, are particularly crucial. These parameters are already final and cannot be corrected in subsequent steps. Another very important parameter is the central thickness of the element. It is not final in this step, but it is nevertheless essential for the subsequent machining step of the second surface. The tolerance of the central thickness for this intermediate element is usually in the range of ± 0.05 mm to ± 0.2 mm, depending on parameters of the second surface. Moreover, if the resulting value is below the tolerance band, the lens is irretrievably destroyed, if it is above the tolerance band, the element is still usable, however, the machining time of the second surface can be significantly longer. Convex surface production testing was performed on an element with a surface radius of 18.03 mm and a diameter of 34 mm. The ratio of the surface radius to the diameter is 0.53. It is therefore an almost fully hemispherical area (0.5 is the technical minimum). The size of the series was 110 pieces. Since it is a convex surface, the pin-polishing method was used with attachment on innovative holders. Concave surface production testing was performed on an element with a surface radius of 23.644 mm and a diameter of 46.9 mm. The ratio of the area radius to the diameter is 0.504. It is therefore an almost fully hemispherical area (0.5 is the technical minimum). The size of the series was 54 pieces. It is a concave surface, and therefore the method of highly productive synchrospeed technology was used using an innovative tool.

Druh

Z_tech - Ověřená technologie

CEP obor

—

OECD FORD obor

20501 - Materials engineering

Projekt

<a href="/cs/project/FV40387" target="_blank" >FV40387: Vývoj procesů CNC obrábění a metod měření vysoce přesných optických elementů z tvrdých materiálů s nepříznivým poměrem poloměru a průměru</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2022

Kód důvěrnosti údajů

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Interní identifikační kód produktu

Ověřená technologie výroby hemisfér

Číselná identifikace

—

Technické parametry

Výsledek je reakcí na technická a technologická omezení, které vznikají při výrobě přesných sférických optických ploch s nepříznivým poměrem průměru a rádiusu. Výsledek přináší inovované postupy založené na metodách pin-polishing a synchrospeed polishing. Výsledek je zdokumentován ve zprávě FV40387 - Vývoj CNC obrábění a metod měření optických elementů s nepříznivým poměrem poloměru a průměru, která je uložena ve společnosti asphericon s.r.o. na adrese Milířská 449, Jeřmanice. Výsledek je rovněž využíván ve výrobě ve společnosti asphericon. Vzhledem k charakteru výsledku a vysoce konkurenčnímu prostředí v oblasti výroby optických ploch neplánuje společnost asphericon s.r.o. poskytnutí licence na využívání ověřené technologie.

Ekonomické parametry

Výsledek je využíván při výrobě hemisférických ploch ve společnosti asphericon s.r.o. Výroba hemisférických ploch představuje v roce 2022 cca 6 %, tj. 4.5 mil Kč, obratu společnosti. Obrat z produkce hemisférických ploch bude, podle plánu, narůstat až na hodnotu 8,3 mil v roce 2025. Veškerá produkce těchto elementů je exportována do EU a USA. Bez využití výsledku projektu by nebylo možné produkci realizovat za cenu přijatelnou pro odběratele. Jedná se o unikátní technologický postup, který společnosti přináší významnou konkurenční výhodu. Proto spol. neplánuje prodej licence.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

04670361

Název vlastníka

asphericon s.r.o.

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

V - Výsledek je využíván vlastníkem

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—