Надежность твердотельных лазерных излучателей
Материал статьи – результат исследования характеристик надежности и ресурса ТТЛ на протяжении более 10 лет и на базе из более чем 600 произведенных изделий.
Надежность — это способность технического объекта или системы сохранять во времени работоспособное состояние, выполняя требуемые функции в заданных режимах и условиях (технического обслуживания, хранения) без сбоев и недопустимых изменений параметров. Таким образом, надежность твердотельного лазерного излучателя – способность сохранять свои параметры (энергию излучения, качество луча и др.) весь период хранения и эксплуатации. Снижение уровня энергии излучения или его полное отсутствие может быть особенно критично во время операционного применения систем космического, авиа или морского базирования, где своевременное обслуживание и ремонт невозможно или значительно затруднены.
Материал статьи – результат исследования характеристик надежности и ресурса ТТЛ на протяжении более 10 лет и на базе из более чем 600 произведенных изделий.
Надежность — это способность технического объекта или системы сохранять во времени работоспособное состояние, выполняя требуемые функции в заданных режимах и условиях (технического обслуживания, хранения) без сбоев и недопустимых изменений параметров. Таким образом, надежность твердотельного лазерного излучателя – способность сохранять свои параметры (энергию излучения, качество луча и др.) весь период хранения и эксплуатации. Снижение уровня энергии излучения или его полное отсутствие может быть особенно критично во время операционного применения систем космического, авиа или морского базирования, где своевременное обслуживание и ремонт невозможно или значительно затруднены.
Помимо потери критически важного функционала бортовых систем, где применяются лазерные излучатели, их неплановый ремонт в следствии отказа может стоить существенных финансовых, временных и репутационных потерь. Таким образом при выборе поставщика лазерных излучателей для своей системы необходимо руководствоваться требованиями к максимальной надежности и ресурсу ТТЛ, что повысит общую надежность вашей системы и сократит общую стоимость владения прибором (стоимость прибора + эксплуатационные и прочие расходы).
В целях борьбы за надежность ТТЛ с 2016 года нашими специалистами проводится масштабное исследование причин выхода их из строя (отказов ТТЛ), на базе из более чем 600 готовых изделий. Каждый отказ тщательно изучен, задокументирован, а причины их возникновения разделены на шесть основных категорий: нагары на оптике, брак комплектующих, разъюстировки оптических схем, эксплуатационные, производственные и прочие. В одном изделии могут одновременно проявиться различные дефекты, поэтому их суммарное количество превышает единицу.
Для минимизации возникновения отказов разработаны комплексные меры противодействия причинам их возникновения. Внедрение комплекса таких мер позволило снизить % отказов ТТЛ практически до нуля, при соблюдении требований к хранению и эксплуатации.
Для минимизации возникновения отказов разработаны комплексные меры противодействия причинам их возникновения. Внедрение комплекса таких мер позволило снизить % отказов ТТЛ практически до нуля, при соблюдении требований к хранению и эксплуатации.
Причины возникновения отказов ТТЛ
Нагары на оптике.
Традиционно ТТЛ бортового базирования имеют герметичный корпус и состоят из множества деталей и материалов: металлы, стекло, пластики, провода, электроника, клея и прочие полимеры. Многие из указанных компонентов могут выделять во внутренний объем герметичного корпуса летучие вещества, которые в последствии под воздействием лазерного излучения осаждаются на оптических деталях и в зоне облучения лучом пригорают, образуя нагары (тонкие пленки) или\и прогары оптических покрытий и стекол. Нагары на оптике поглощают и рассеивают часть излучения, что приводит к снижению выходной энергии излучения и ухудшение качества луча.
Традиционно ТТЛ бортового базирования имеют герметичный корпус и состоят из множества деталей и материалов: металлы, стекло, пластики, провода, электроника, клея и прочие полимеры. Многие из указанных компонентов могут выделять во внутренний объем герметичного корпуса летучие вещества, которые в последствии под воздействием лазерного излучения осаждаются на оптических деталях и в зоне облучения лучом пригорают, образуя нагары (тонкие пленки) или\и прогары оптических покрытий и стекол. Нагары на оптике поглощают и рассеивают часть излучения, что приводит к снижению выходной энергии излучения и ухудшение качества луча.
Следы индуцированных нагаров на зеркалах в зоне облучения лазерным излучением.
Для минимизации выделения летучих веществ из конструкционных материалов и компонентов ТТЛ нашими специалистами исследованы более 60 различных материалов, для подавляющего большинства найдены "чистые" аналоги, проведена работа с поставщиками покупных изделий по модернизации их материальной базы, что позволило на порядок снизить количество загрязнений. Для адсорбции остаточных загрязнений, выделяющихся из тех материалов для которых не найдены чистые аналоги, разработан специальный патрон осушки и очистки (ПОО), поглощающий до 80% остаточных загрязнений.
Замена материалов на чистые аналоги, работа с поставщиками и применение ПОО позволили практически полностью избавиться от нагаров на оптике.
Замена материалов на чистые аналоги, работа с поставщиками и применение ПОО позволили практически полностью избавиться от нагаров на оптике.
Патрон осушки и очистки ПОО v.3
Брак комплектующих.
При серийном производстве прецизионных оптико-электронных приборов применяются множество комплектующих разных производителей, годов выпуска, технологий производства. Не смотря на наличие паспортов со штампом выходного контроля, попадаются компоненты неудовлетворительного качества. При этом брак может проявиться не сразу, а после наработки или внешнего фактора. Отслоение оптических покрытий в следствии несоблюдения технологии нанесения или неверного хранения при транспортировке, снижение контраста электрооптического затвора с двумя нелинейными кристаллами RTP из-за остаточных напряжений в металлическом основании затвора и множество других - примеры причин отказов ТТЛ из-за брака комплектующих.
При серийном производстве прецизионных оптико-электронных приборов применяются множество комплектующих разных производителей, годов выпуска, технологий производства. Не смотря на наличие паспортов со штампом выходного контроля, попадаются компоненты неудовлетворительного качества. При этом брак может проявиться не сразу, а после наработки или внешнего фактора. Отслоение оптических покрытий в следствии несоблюдения технологии нанесения или неверного хранения при транспортировке, снижение контраста электрооптического затвора с двумя нелинейными кристаллами RTP из-за остаточных напряжений в металлическом основании затвора и множество других - примеры причин отказов ТТЛ из-за брака комплектующих.
Методы борьбы с браком комплектующих заключаются в комплексном подходе: строгий входной контроль с проведением нагрузочных испытаний, выбор продукции максимального качества из всех доступных предложений на рынке и работа с выбранными поставщиками и производителями над совершенствованием их изделий и технологии производства.
Поиск поставщиков компонентов максимального качества, строго регламентированный входной контроль - позволяют свести к минимуму брак комплектующих в процессе эксплуатации приборов.
Поиск поставщиков компонентов максимального качества, строго регламентированный входной контроль - позволяют свести к минимуму брак комплектующих в процессе эксплуатации приборов.
Отслоение оптического покрытия от стеклянной подложки.
Разъюстировки.
Смещение элементов формирующих оптическую схему излучателя относительно номинальных положений приводит к разъюстировкам поля излучения, что негативно сказывается на энергетике и качестве луча. Разъюстировки в первую очередь связаны с внутренними напряжениями в элементах излучателя, конструктивными особенностями механических деталей и превышении предельных эксплуатационных параметров.
Смещение элементов формирующих оптическую схему излучателя относительно номинальных положений приводит к разъюстировкам поля излучения, что негативно сказывается на энергетике и качестве луча. Разъюстировки в первую очередь связаны с внутренними напряжениями в элементах излучателя, конструктивными особенностями механических деталей и превышении предельных эксплуатационных параметров.
Борьба с разъюстировками также является комплексной задачей: необходимо адаптировать конструкцию к параметрам эксплуатации (всему диапазону рабочих температур и вибрационным нагрузкам), внедрить в оптическую схему неразъюстируемые элементы, а также специальные методики подготовки комплектующих и юстировки оптики.
Также силами наших специалистов разрабатывается компактная система автоюстировки лазерных резонаторов на основе ультразвуковых моторов на пьезоэлементах с обратной связью от фотодиодов, что позволит при необходимости корректировать юстировку резонатора.
Также силами наших специалистов разрабатывается компактная система автоюстировки лазерных резонаторов на основе ультразвуковых моторов на пьезоэлементах с обратной связью от фотодиодов, что позволит при необходимости корректировать юстировку резонатора.
Примеры разъюстированного и съюстированного полей.
Эксплуатационные.
Воздействие на излучатель недопустимых вибрационных нагрузок, температур, механических воздействий, неверное электрическое подключение, загрязнение выходной апертуры, несоблюдение требований по срокам технического обслуживания и другие причины приводят к эксплуатационным отказам ТТЛ. Для минимизации эксплуатационных отказов для каждой модели излучателя разрабатывается подробное руководство пользователя с описанием всех предельных параметров эксплуатации, электрических схем подключения. В электрические схемы встраиваются защитные элементы.
Воздействие на излучатель недопустимых вибрационных нагрузок, температур, механических воздействий, неверное электрическое подключение, загрязнение выходной апертуры, несоблюдение требований по срокам технического обслуживания и другие причины приводят к эксплуатационным отказам ТТЛ. Для минимизации эксплуатационных отказов для каждой модели излучателя разрабатывается подробное руководство пользователя с описанием всех предельных параметров эксплуатации, электрических схем подключения. В электрические схемы встраиваются защитные элементы.
Производственные.
К производственным отказам относится в основном несоблюдение технологии сборки и настройки излучателя, что полностью устраняется строгими регламентами, двойным контролем ответственных этапов, а также непрерывным повышением квалификации персонала.
К производственным отказам относится в основном несоблюдение технологии сборки и настройки излучателя, что полностью устраняется строгими регламентами, двойным контролем ответственных этапов, а также непрерывным повышением квалификации персонала.
Заключение.
Применение всего комплекса мер противодействия отказам позволило сократить их количество до минимально возможных значений, что в свою очередь позволяет обеспечить гарантийный срок на изделие от 24 месяцев и сократить полную стоимость владения на более чем 50%. Результаты исследований применяются при проектировании и производстве наших ТТЛ.
Если у вас возникли вопросы по теме статьи, пожалуйста, отправьте их в форме ниже.
Применение всего комплекса мер противодействия отказам позволило сократить их количество до минимально возможных значений, что в свою очередь позволяет обеспечить гарантийный срок на изделие от 24 месяцев и сократить полную стоимость владения на более чем 50%. Результаты исследований применяются при проектировании и производстве наших ТТЛ.
Если у вас возникли вопросы по теме статьи, пожалуйста, отправьте их в форме ниже.
Отправить запрос
Благодарим за проявленный интерес. Ваши персональные данные обрабатываются в соответствии с нашей политикой обработки персональных данных и ни при каких обстоятельствах не передаются третьим лицам.