Галилею было проще…
Посещение оптического производства Вологодского оптико-механического завода дало мне уникальную возможность своими глазами увидеть весь процесс производства оптического прицела.
Одним из неотъемлемых предметов охотничьего обихода является оптический прицел. Историки утверждают, что Галилео Галилей был первым среди европейцев, кто построил зрительную трубу — прообраз современных телескопов, зрительных труб и оптических прицелов. Для того чтобы построить первую зрительную трубу, Галилею потребовались всего две линзы — объектив и окуляр, а расстояние между ними, необходимое для получения резкого изображения, было найдено опытным путем. Для того чтобы разработать конструкцию и собрать оптический прицел сегодня, требуется совместная работа конструкторов и специалистов — оптиков, сборщиков, механиков. О том, какие этапы проходят элементы конструкции оптического прицела, прежде чем стать готовым изделием, и пойдет речь в данной статье.
Оптический прицел представляет собой зрительную трубу, предназначенную для наблюдения удаленных предметов. Внутри трубы расположена оптическая система, состоящая из нескольких оптически соосных линз. Объектив, обращенный в сторону цели, строит в своей фокальной плоскости изображение цели. Оно получается перевернутым вокруг горизонтальной и вертикальной оси, поэтому частью оптической конструкции прицела является оборачивающая система, возвращающая изображение к нормальному виду. Изображение цели, пройдя через оборачивающую систему, формируется в фокальной плоскости окуляра. Окуляр, подобно лупе, дает возможность рассмотреть увеличенное изображение.
В оптическом прицеле присутствует прицельная марка или сетка. Размещение прицельной марки возможно в фокальной плоскости объектива или окуляра. Размещение прицельной марки в фокальной плоскости объектива характерно для оптических прицелов европейского производства, в фокальной плоскости окуляра — для американских.
Для прицелов с переменной кратностью существенно, в какой из фокальных плоскостей находится прицельная марка. По мнению конструкторов «ВОМЗ», правильнее располагать прицельную сетку в фокальной плоскости объектива, в этом случае при изменении кратности сетка также будет менять свой угловой размер.
Превращение оптического стекла в линзу
Оптическое стекло для всех видов оптической продукции в бывшем Советском Союзе лили на четырех заводах: в г. Лида (Белоруссия), в г. Изюм (Украина) и на двух заводах в России (в Московской и Пензенской областях). Оптическое стекло поступает на завод в форме штучных заготовок, так называемых «прессовок», готовых к дальнейшей обработке. Форма штучных заготовок может быть любая, в зависимости от будущего изделия. Ведь в оптическом производстве нужны не только линзы, но и призмы и т.д.
Оптический цех производит шлифовку и полировку линз. В цех поступает заготовка, предварительно прошедшая грубую обработку алмазным инструментом, то есть поверхность будущей детали обработана «начерно» и ее геометрические размеры заданы с припуском. В оптическом цехе заготовке придают требуемые размеры и форму. Точность обработки измеряется в десятых долях микрона. Такую высокую точность обеспечивают не только станки и приборы, но и люди, работающие в цехе. Подготовить оптика высокого класса непросто. Говорят, если взять десять человек, то через шесть-семь лет подготовки из них, возможно, удастся подготовить одного хорошего специалиста.
На каждом этапе изготовления линзы проводится постоянный контроль качества. Если на этапе шлифовки и полировки линза не приобрела требуемых размеров и формы, она проходит этот этап обработки повторно.
Далее следует операция центрирования, т.е. совмещения геометрической оси линзы с оптической. Эту операцию осуществляют там же, в оптическом цехе. Центрирование линзы имеет большое значение для качества готового изделия в целом. Только представьте на миг, что эти две оси не совпадают. Какого качества изображение вы увидите в окуляр оптического прицела или бинокля? И в течение какого времени вы сможете смотреть в этот оптический прибор, прежде чем у вас начнется резь в глазах?
Даже к производству охотничьих оптических прицелов, которые по заводской документации числятся «оптическими приборами средней точности», руководство «ВОМЗ» относится очень и очень серьезно. А иначе и не может быть: на предприятии, выпускающем оптические приборы военного назначения, не может быть двух стандартов качества.
Оптическое производство является категорийным. Это значит, что строго нормируются содержание пыли в воздухе, уровень влажности, температура. Температура в цехах в любое время года должна быть 21оС ? 3 градуса, а влажность — 50 ? 5%. А в производственных помещениях, где на линзы наносится просветляющее покрытие, допуск еще жестче. Там температурные колебания не могут превышать одного градуса.
Подобные жесткие требования объясняются особенностями технологического процесса. Если бы температура в цехе опустилась вдруг до 15оС, то имеющееся полировальное оборудование не могло бы обеспечить заготовкам нужной формы из-за необходимости подбора смолы соответствующей твердости: при холоде делать ее мягче, при жаре — наоборот.
Нанесение просветляющего покрытия
Известно, что на границе воздух-стекло-воздух потери света могут достигать 4%. Представьте себе, что в современном оптическом прицеле может быть до 9—12 линз, сгруппированных в объектив, коллектив, оборачивающую систему и окуляр. Таким образом, суммарная потеря света, прошедшего через оптический прицел, может достигать 36—48%. Для уменьшения потерь света на линзы наносят специальное покрытие, так называемое «просветление». Нанесение просветления существенно улучшает оптические характеристики.
В современном оптическом производстве используют два метода нанесения просветления на линзы — химический и физический.
Физический способ предусматривает нанесение на оптику различных соединений, улучшающих оптические свойства линзы, в вакуумной установке. Процесс нанесения покрытия контролируется компьютером.
Раньше этот способ был распространен гораздо меньше, поскольку на предприятиях не было вакуумных установок. А они позволяют наносить многослойные покрытия, отличающиеся повышенной прочностью. Кроме того, физический способ дает высокую производительность. В зависимости от диаметра детали в вакуумную установку может быть загружено до трехсот деталей, в то время как при химическом способе нанесения покрытия каждая обрабатывается отдельно.
При химическом способе нанесения просветляющего покрытия на вращающуюся линзу (скорость вращения может достигать шести тысяч оборотов в минуту) наносится капля раствора. Под действием центробежной силы она растекается ровным слоем нужной толщины.
Несмотря на явное технологическое преимущество физического способа, завод не отказывается и от применения химического. Дело в том, что в технических условиях ряда изделий, выпускаемых заводом, определено, что просветляющее покрытие на линзу должно наноситься именно химическим способом. Следует отметить, что ТУ на изделия, запущенные в производство за последние семь-восемь лет, предусматривают применение только физического способа.
После нанесения покрытия на поверхность линзы производят замеры таких показателей, как коэффициент пропускания и отражения на различных длинах волн.
Естественно, что, находясь на оптическом производстве, я не мог не задать вопроса, часто встречающегося в письмах читателей: есть ли какая-либо разница между фиолетовым, янтарным и рубиновым просветлением или это только маркетинговый ход, направленный на увеличение объема продаж продукции малоизвестных производителей. Специалисты завода сказали, что бытовые оптические приборы (бинокли, зрительные трубы и др.) предназначены для работы в видимой области спектра. Цвет просветления зависит от веществ, которые наносятся на линзу. Тип просветления определяется конструктором на этапе проектирования, когда ему поставлена определенная задача. Самое лучшее просветление для видимой области спектра — насыщенного фиолетового цвета, обеспечивающее лучшую цветопередачу.
Нанесение специального покрытия на оптические прицелы с подсветкой имеет еще одно предназначение. Дело в том, что в сумерках свечение прицельной марки со стороны объектива демаскирует охотника. Специалисты завода тщательно изучили имеющиеся отечественные и зарубежные аналоги и пришли к выводу, что большинство оптических прицелов, выпущенных различными компаниями, имеют данный конструктивный недостаток. (Одно дело, когда речь идет о неудавшейся по этой причине охоте, хотя это тоже неприятно. И совсем другое дело, когда в дуэли снайперов демаскирующее свечение светодиода выдает противнику местоположение нашего снайпера.)
Специалисты и конструкторы завода нашли решение этой проблемы, нанеся специальный слой, срезающий длинноволновую составляющую, на линзу объектива. Точнее было бы назвать его затемняющим, так как при этом было потеряно почти 80% светосилы оптического прицела. Кроме того, за счет нанесения такого покрытия видимое в окуляр изображение приобрело зеленоватый оттенок. Конструкторы «ВОМЗ» нашли способ повысить светопропускание объектива, и сегодня покрытие, поглощающее демаскирующее свечение светодиода, уменьшает светосилу объектива всего на 10%.
Склеивание
Для целей оптического производства линзы часто склеивают. Перед операцией склеивания детали подбираются по парам. Это делается для достижения определенных оптических параметров. Склейка может быть двойной, тройной… Стекло склеивается специальным оптическим клеем. Коэффициент его преломления равен коэффициенту преломления стекла, поэтому потери света на границе стекло-клей-стекло можно не принимать в расчет.
Естественно, я задал сам собой напрашивающийся вопрос о возможности изготовления линзы с необходимыми параметрами из целого куска стекла. Как мне объяснили, склейка нужна для того, чтобы убрать аберрации, неизбежно возникающие в том случае, если такую линзу изготовить из целого куска оптического стекла.
Используются различные виды клея, отличающиеся по величине нагрузки, которую выдерживают склеенные ими детали. О прочности оптического клея можно судить по случаям, когда при высокой нагрузке разрушается линза, но нарушения склейки при этом не наблюдается. Например, на испытаниях, бывает, качество склейки проверяют на разрыв. Так вот, линза рвется не по шву склейки, а не выдерживает стекло, из которого изготовлена линза
Чистка, сборка и юстировка
На данном этапе происходит чистка оптики, чистится и внутренняя поверхность корпуса прибора, затем его собирают и отправляют на юстировку. На этой стадии прицелы подвергаются нагрузке, имитирующей нагрузку при выстреле. Это делается для того, чтобы вытрясти из прибора все постороннее, чтобы у охотника после первого или сто первого выстрела не появилось каких-либо пятен на сетке.
После первой сборки прибор «стучат», потом полностью разбирают и чистят заново, а затем собирают вновь. Каждый прицел проходит двух-четырехкратную переборку. Если после ударов на сетке появилась какая-либо осыпь, прицел вновь разбирают и чистят.
Окончательная сборка оптических прицелов производится в условиях «чистой комнаты». Перед тем как корпус прибора поступает на сборку, его внутренняя поверхность покрывается противоосыпочной смазкой.
Прицелы выпускаются герметично опаянными во влагозащищенном исполнении. «ВОМЗ» имеет необходимое оборудование, чтобы закачивать в охотничьи оптические прицелы азот, но пока таких прицелов не выпускает, так как подобные технологические изменения неизбежно повлекут за собой рост цены.
Достаточно часто приходится слышать от охотников жалобы: спустя некоторое время после начала эксплуатации оптического прицела начинает осыпаться прицельная сетка. Что ж, такое возможно, но только не с прицелами марки «ВОМЗ». Дело в том, что в оптических прицелах с маркой «ВОМЗ» прицельная сетка гравируется на стекле.
Это очень непростой технологический процесс, доступный лишь предприятиям, обладающим современным оборудованием. Для нанесения гравировки на стекло берется стеклянная подложка, на нее тонким слоем наносится специальный состав на основе воска. Затем при помощи пантографа (гравировального аппарата, способного уменьшать или увеличивать копируемый материал) на тонком слое воска (не на стекле!) гравируется изображение сетки. Затем эта заготовка травится в плавиковой кислоте. Те места, на которые была нанесена гравировка, протравляются, а то, что было закрыто воском, остается нетронутым. Так что точнее будет называть способ, с помощью которого на стеклянную подложку наносят прицельную сетку, не гравировкой, а травлением. В настоящее время «ВОМЗ», ориентируясь на потребительский спрос, выпускает прицелы с пятью вариантами прицельной сетки.
Проверка на прочность
Прицелы подвергаются испытаниям на контрольно-испытательной станции. Их помещают в термокамеры и проверяют при экстремальных температурах -50оС и +50оС. Кроме того, прицелы проверяются на прочность на специальной установке, имитирующей возникающую при выстреле нагрузку. Каждый прицел проверяется при перегрузке 800 g. Во время заводских испытаний прицел должен выдержать 50 ударов. Подобная проверка служит гарантией того, что изделие, попавшее к потребителю, имеет гарантированный запас прочности, а это значит, что у него ничего не развалится и не отвалится во время охоты и что прицел будет «держать» выстрел. Специалисты считают, что при интенсивной нагрузке срок службы оптического прибора, выпущенного на «ВОМЗ», равняется 10,5 годам.
После сборки оптических прицелов производится выставление оптических параметров, прописанных в конструкторской документации. Их качество выставления оптических параметров проверяется ОТК. Затем идут испытания. После проведения испытаний вновь производится проверка всех оптических параметров.
Раз в год проводятся так называемые периодические испытания. Отобранные прицелы проходят весь цикл испытаний (климатическая установка, устойчивость к воздействию вибрации и транспортной тряске, проверяется герметичность). На этих испытаниях прицел подвергается 7000 ударов с перегрузкой 800 g. Естественно, что прицелы, проходящие периодические испытания, к потребителю не попадают.
