某型微光驾驶仪透镜脱胶问题分析.pdf

2023年 云光技术 第55卷 第1期 79 某型微光驾驶仪透镜脱胶问题分析 朱 渔，杨 壮，唐 钦，邢 程，张 昊（驻昆明地区第二军事代表室，云南 昆明 650032）摘要：针对某型微光驾驶仪透镜脱胶问题，深入分析引起透镜脱胶的原因，并对故障进行复现，搞清了引发透镜脱胶的机理，据此采取有效措施，并通过试验进行有效性验证，有效解决了透镜脱胶问题。关键词：透镜脱胶；透镜胶合；胶合面；清洁度 0 引言 某型微光驾驶仪在进行温度试验时，视场内出现较规则的圆环状干涉条纹，恢复至常温后，干涉条纹几乎不可见。再次进行温度试验时，再次出现较规则的圆环状干涉条纹，恢复至常温时，可见较规则弧状干涉条纹。随后对该批次驾驶仪进行 2 轮温度贮存试验，多具驾驶仪出现干涉条纹和异常印迹。将驾驶仪拆解进行检查，发现配套的像增强器在弧状干涉条纹处可见异常印迹，印迹边缘呈浅褐色，初步判定为配套像增强器故障。1 故障分析 1.1 问题定位 该型驾驶仪为了扩大视场，在进行整机装配前需在配套像增强器阳极面胶合一块透镜，为对驾驶仪在温度试验时配套像增强器出现的故障现象进行准确定位，从透镜粘接情况和像增强器性能两个方面进行排查。1.1.1 透镜粘接情况排查 沿胶合面水平方向对故障像增强器透镜施加外力，部分透镜相对像增强器出现轻微移动。为进一步排查透镜粘接情况，按操作规范将透镜与像增强器分离，出现透镜轻微移动的像增强器，在将透镜胶合面外沿的密封硅橡胶取下后，透镜从像增强器阳极面自然脱离，胶合面已被完全剥离开，像增强器阳极光学玻璃上固化的胶合面局部可见淡褐色印迹。透镜未移动的像增强器通过施加外力将透镜取下后，其阳极光学玻璃上固化的胶合面局部亦可见淡褐色印迹。用棉杆蘸丙醇清擦胶合面时，观察到褐色印迹消失，同时发现耦合胶大部分粘接在像增强器的阳极光学玻璃上，透镜胶合面粘接的耦合胶较少。通过排查，出现故障的像增强器透镜均存在不同程度的脱胶问题。1.1.2 像增强器性能复检 为确定像增强器的技术质量状况，在将透镜分离后，按照规范要求对像增强器的各项性能参数进行复测检查，复测结果均符合制造与验收规范要求。排除因像增强器性能不满足要求引起故障现象。通过排查，初步判定驾驶仪温度试验出现干涉条纹和异常印迹是由像增强器透镜脱胶引起。1.2 原因分析 查阅光学零件加工技术要求，胶合零件未擦净、胶层内空气未排尽、胶层粘度和厚度控制不当、胶合时反复推移胶合件、胶合后固化温度和时间控制不当、有机溶剂浸入胶层、胶过期等原2023年 云光技术 第55卷 第1期 80 因均与脱胶现象紧密相关1。为找到引起像增强器透镜脱胶的原因，重点从耦合胶性质和胶合工艺方面进行排查分析。1.2.1 耦合胶性质排查 在微光像增强器的生产中，广泛选用 M62 胶进行光学零件的胶合，该型号像增强器胶合透镜时，严格按照使用说明书要求进行胶合操作，耦合胶不存在超期使用问题，且期间未更换生产商。M62 胶是一种合成共聚物胶粘剂，符合美军军用标准 MIL-A-3920，固化后无色透明，透光率高，粘接强度好，可以室温或 70的烘箱中固化，完全固化后具有极度的耐酸、耐碱性。M62胶工作温度范围为54100，满足驾驶仪工作温度设计要求。可排除透镜脱胶是由耦合胶使用不当引发。1.2.2 胶合工艺排查 该型像增强器透镜胶合工艺中对设备、环境、操作人员、材料、胶液配制、零件控制、零件清洁、零件胶合和零件固化等方面内容进行了明确，为搞清胶合工艺与透镜脱胶问题的关联性，对工艺规程内容进行了逐项排查，发现工艺规程中未对胶合零件的胶合面清洁度进行明确。经查，光学玻璃经加工后暴露在大气环境中时，其表面会被侵蚀，出现侵蚀印迹。该工艺为去除像增强器在生产流转过程中阳极光学玻璃表面出现的划痕，要求在像增强器检验合格后对阳极光学玻璃进行抛光，胶合前使用抛光粉再次清擦，并用丙酮清洁。透镜为外购器材，经复查后入库保管，由胶合操作人员从库房领用，胶合前仅使用抛光粉及丙酮清擦，未对胶合面进行抛光处理。为确认按该工艺要求处理后像增强器阳极表面和透镜胶合面的清洁情况，选择 10 具该型像增强器按胶合工艺要求对阳极表面进行处理，通过放大镜观察，其阳极表面无划痕、无腐蚀印迹，表面清洁度可以得到保证。从库房随机领取 10 件透镜，采用放大镜观察，其中 2 件透镜表面可见明显蓝紫色印迹。按胶合工艺要求用抛光粉和丙酮对该批透镜表面进行清擦后，用放大镜检查，2 件表面有蓝紫色印迹的透镜表面仍有印迹残留，其余 8 件未见明显印迹。可见，在透镜胶合前仅采用抛光粉及丙酮清擦，不能保证透镜胶合面的清洁度。如果零件胶合表面被侵蚀后未经有效处理就进行胶合，其粘接强度会出现一定程度的下降，存在脱胶隐患。此类隐患在温度应力、机械应力反复作用下，会加速暴露，出现脱胶现象。通过以上分析，初步判定透镜胶合面侵蚀层处理不到位是引起透镜脱胶的主要原因。2 分析验证 为进一步分析透镜脱胶机理，从透镜材料稳定性着手，分析了透镜胶合表面被侵蚀对零件质量的危害，并通过试验进行故障复现。2.1 机理分析 光学玻璃的耐水性及耐周围环境酸、碱等不同介质的侵蚀，主要取决于光学玻璃化学稳定性，这与不同光学玻璃组成结构及成分有关。该透镜材料为 LaF10 镧冕玻璃，耐酸性级别为 3b，耐水性级别为 42，其化学稳定性相对较差，对水的亲和性较强，当其暴露在空气中时，容易吸收空气中水和 CO2、SO2等，与玻璃表面发生化学反应，形成硅酸凝胶、氢氧化物、碳酸盐等覆盖物，硅酸凝胶薄膜往往成多孔状或因龟裂而产生裂纹，因而玻璃会再次被空气中其余物质侵蚀。在冷加工过程中，新抛光表面在受到潮湿大气、水、各种水溶液（酸、碱、盐等）以及各种腐蚀性化学试剂气体的侵蚀而产生各种斑痕现象，这种斑痕往往会影响零件质量。透镜表面被侵蚀后某型微光驾驶仪透镜脱胶问题分析 朱 渔，杨 壮，唐 钦，等 81 未经有效处理就进行光学胶合，其粘接强度会出现一定程度的下降，存在脱胶隐患。此类隐患在温度应力、机械应力反复作用下，会加速暴露，出现脱胶现象。经调查，该批像增强器在胶合透镜后均经历多次温度试验，温度应力反复作用于透镜胶合面，使胶合面出现脱胶现象。2.2 故障复现 为进一步对故障原因进行分析验证，从该批产品中选取 9 具像增强器，分 3 组进行透镜胶合质量对比试验，在胶合前对透镜采用不同方式进行处理，处理完毕后按相同工艺胶合，待固化后进行温度试验，试验情况如表 1 所示。表 1 透镜脱胶原因摸排试验情况 分组 透镜胶合面处理方法 温度试验周期 样本数量/具 脱胶数量/具 1 进行抛光，抛光后进行干燥处理 8 次循环 3 0 2 进行抛光，抛光后未经干燥处理 8 次循环 3 1 3 用抛光粉和丙酮清擦 8 次循环 3 2 注：从常温降温至50后保温 0.5 h，再从50升温至 68保温 0.5 h，然后再从 68降温至常温，形成一个温度循环。试验证明，采取不同方式对透镜胶合面进行处理，得到不同程度的清洁表面后进行胶合，透镜胶合质量受胶合面清洁程度影响较大。通过机理分析和试验验证，可判定透镜因其材料化学稳定性相对较差，在加工、储存过程中，其表面产生腐蚀斑痕，在胶合前未得到合理处理是导致像增强器在温度试验过程中出现透镜脱胶的主要原因。3 采取措施及有效性验证 光学玻璃因化学稳定性不好，在加工、储存过程中产生腐蚀斑痕是一种普遍现象，采取相应的措施可以有效减少这种斑痕，提高零件质量。为有效解决该型像增强器透镜脱胶问题，对透镜抛光工艺和胶合工艺进行了完善，对零件抛光、零件清洁要求进行细化，并通过试验对改进后的工艺有效性进行验收。3.1 完善零件抛光工艺 因玻璃对水的亲和力大，表面吸湿性强，特别是刚刚抛光下盘后的光学玻璃表面留有不饱和化学键，具有很高的活性、极易吸收水分并与之发生反应。化学稳定性差的光学玻璃对此非常敏感，所以微量的水分及酸性气体对玻璃表面十分有害。为减少水分对光学玻璃表面的侵蚀，在工艺文件中规定，像增强器阳极光学玻璃和透镜在抛光下盘后立即用无水乙醇、乙醚的混合液擦拭干净，并置于烘箱内进行干燥，除去附着在玻璃表面的水分。3.2 细化零件清洁要求 因光学零件新加工表面在加工后易受空气中水和 CO2、SO2等的侵蚀，在其表面产生腐蚀斑痕，影响零件质量。根据 LaF10 镧冕玻璃的耐酸、耐水性，为保证零件胶合表面的新鲜度，在工艺文件中规定，像增强器和透镜阳极光学玻璃在胶合前需经抛光处理，且胶合面必须具有新鲜表面，要在抛光后 4 h 内进行胶合，超过规定时限需重新抛光。3.3 有效性验证 为验证完善后的工艺对解决透镜脱胶问题的有效性，从该批产品中选取 12 具像增强器，分2 组进行透镜胶合质量对比试验，在胶合前按抛光工艺要求对透镜进行处理，按不同胶合工艺要2023年 云光技术 第55卷 第1期 82 求进行胶合，固化后进行温度试验，试验情况如表 2 所示。表 2 工艺有效性验证试验情况 分组 透镜处理方法 抛光后放置时间/h 温度试验周期 样本数量/具 脱胶数量/具 1 抛光，干燥处理 4 12 次循环 6 0 2 抛光，干燥处理 8 12 次循环 6 1 注：从常温降温至50后保温 0.5 h，再从50升温至 68保温 0.5 h，然后再从 68降温至常温，形成一个温度循环。工艺有效性验证试验加大了试验样本量，增加了温度循环次数，严格按工艺要求进行透镜抛光和胶合的像增强器未出现脱胶问题。按要求对透镜进行抛光处理，但胶合前放置时间偏长的像增强器，在第 12 次温度循环结束后出现 1 具脱胶。通过试验证明按照新的工艺要求进行透镜加工和胶合后，像增强器透镜的粘接强度能很好地满足该型微光驾驶仪的使用要求，可以有效解决正常生产和使用过程中出现透镜脱胶的问题。4 结束语 光学玻璃胶合后出现脱胶问题，一般是在经历温度应力和机械应力多次激励后可能出现的概率事件。本文结合生产过程中出现的透镜脱胶现象，对引起脱胶问题的潜在因素进行了深入分析，据此采取有效措施，解决了该型像增强器透镜脱胶问题。同时，对其它同类产品的胶合具有一定的指导性，对提升该类型产品的质量可靠性具有积极意义。参考文献：1 蔡立,耿素杰,付秀华.光学零件加工技术M.北京:兵器工业出版社,2006.2 侯瑞祥,阮兆龄.ZK、ZF、ZBaF、LaK 光学玻璃的腐蚀与防护J.光学技术,1999(3):40-43