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光学制造工艺基础知识之一:产品研发和制造工艺
来源:原创 | 作者:和宸晶体 | 发布时间: 2020-02-23 | 306 次浏览 | 分享到:
光学制造工艺是生产一个工件必需的所有技术操作工序的总和。一般地,工艺是由系列操作工序和步骤组成。生产计划、生产控制和这些复杂过程间相互作用的优化所形成的紧密联系决定着制造一件光学产品或组件的生产效率。从本文开始,有选择地介绍一些概念和原理。


产品研发和制造工艺

一件产品,从有想法到完成,要经过多个研发阶段,并要精心设计每个阶段,因此,产品研发是生产过程的重要前期工序,各阶段之间会有许多相互影响。一般地,光学系统设计会使像质达到最佳,像差最小,而实际上,影响清晰成像的主要原因有四个:

①与衍射相关的像差;

②与结构相关的像差;

③材料缺陷;

④制造和装配误差。

     通常,制造工艺只影响第②、③和④项,与衍射有关的像差是光学系统本身的固有性质,并且不会受到影响。

1、研制阶段

光学系统从概念到生产和装配的研发过程一般包括下表所示步骤。


步骤光学系统研发

步骤光学设计

步骤光机设计                   可能的闭环研发流程

步骤生产准备

步骤元件制造

步骤光学系统装配

光学系统生产过程中的研发阶段
 


在光学系统研发和生产准备阶段,还要考虑下列跨学科间的研发工序:

为系统机械设计提供服务;

公差分析;

工装和技术的可利用性;

价格和成本计算;

为了保证质量,确定合适的测试方法

在研发过程中,必须对每种工序和步骤进行多次循环,光学设计师、研发人员和制造工程师之间的密切合作可以将内在误差降至最小甚至完全排除。具有高公差精度的现代光学系统要求对元件和组件开展与制造有关的研发和设计日益强烈。

2、研制周期

2.1研制过程

对于研发一个批量生产的光学系统,在为准备生产进行设计之前,必须通过几个阶段。作为例子,下表按照时序总结了发光二极管(LED)小型放大镜的研制阶段,其生产阶段将在后续文章详细讨论。

研发阶段分类

 

序号

阶段

例子(LED小型放大镜,第1)

研发

过程

 

1

项目论证阶段

对所有相关的光学和机械参数进行调查和研究

2

原型机设计阶段

 

对透镜、机械部分、LED和电子装置提出设计建议

3

研发样机研发阶段

光机结构,确定公差要求,研发样机和模型

4

生产计划制定阶段

人力资源、机器设备和外购的需求计划,例如线路板生产,供应和装配

5

项目计划工程

制定生产文件,确定具体生产方式、数控(NC)程序

6

采购

原材料和半成品材料、工具、辅料以及检测设备的采购

7

试生产阶段

第一件成品(小型放大镜样品)生产,功能性样品的装配,部件测试

8

批量生产

批量生产,工艺分析,质量监控

研发过程的持续时间完全决定着光学产品的潜在市场导入,一种产品的成功或收益潜力在很大程度上取决于这些阶段的优化及早期市场导入,产品研发过程的日的是缩短从概念到市场的时间跨度,每个阶段都会产生有代表性的活动,这些活动通常与产品无关。

项目论证阶段包括提供技术和经济要求、确定质量特性及可行性论证,在分类底中对重大的责任项目形成文件,并对研发专利和外包服务做出决定。

原型机研制阶段将系统总功能分解成子系统功能,形成不同于系统的解决方案,特别是,该阶段优先要做的事是:清楚地了解所有重要特性,并选择合适的方案以及形成质量保证计划。

设计阶段是解决前面计划中确定的生产任务和测试设备,先决条件是按照计划完成对结构数据、公差优化和固定、工装、调校对准和测试装置技术要求的编制该阶段同时涵盖有光学系统所有参数的设计和确定。现代化软件能够提供CAD(计算机辅助设计)数据,也时常形成CAM(计算机辅助制造)CAQ(计算机辅助质量)数据,在设计阶段后期,根据其中可能出现的错误及预防措施完成设计分析,还要制造出研发样机和模型。

在设计阶段文件的基础上,进入生产阶段,根据内部和/或外部生产的决定,选择和评估供应商,接着,汇聚该生产工艺所有必需的能力,包括生产性固定资产、测试设备、固定装置和人力资源,然后,进行风险评估,例如可能出现的错误及对防错方案的分析,在后续的项目计划工程阶段,要创建或完成生产文件,最后,对该生产工艺进行调整,包括准备详细的工作计划、数控(CNC)程序、操作说明书和技术政策。

采购阶段主要关心生产性固定资产、测试设备和固定装置的采购,首先,对供应商提供的产品进行验收和评估;此外,获取原材料、半成品和工装,并根据是否适用审查验收,优化测试方法并评估其适用性。这些措施决定了试生产阶段的条件,因此,开始试生产阶段即零系列生产。对零系列生产的评估是对工艺能力的首次反馈,这种分析为制造工艺的可重复性提供了信息以及是否需要采取整治措施。

2.2风险分析

对研发的所有新工艺和产品(批量生产)的潜在风险和错误要进行分析。对质量偏差的每次分析都要联系到所有的相关零件,根据质量规范和标准(例如DINEN ISO9000),将这些结果汇编,以形成文件。

2.3书面发布

完成每个研发阶段后,都要进行审计,并为进入下一阶段做书面发布。项目初期,确定一支队伍负责该项目,项目经理监督和协调各阶段中每项活动的执行情况,要特别注意其他部门或外协合同承担的各项任务。

2.4文件

每个项目的研发都要有记录,以了解时序和资源计划,并将所有的重大活动形成文件。由于在项目研发过程中会有不同程度的偏离,所以,为了能够全面地进行校正,必须建立交接点,由研发队伍的领导负责。文件和项目计划控制是后期重新研究生产工艺的必要条件。分析错误需要完整有序地进行迫溯评价,持续不断的改进(CI)是优化制造顺序和工艺以及将重复性错误减至最少的正确方法。

和宸晶体科技专业从事蓝宝石光学产品的研发与加工,电话(微信)18082064455