המיוחד בתכנון המכנו-אופטי

פריט תכנון אופטו-מכני מפרויקט שבוצע על ידי כותב המאמר

כל מהנדס מכונות יודע שכמעט אי אפשר לגמור פרויקט בלי מעורבות של מהנדסי מכונות. הדבר נובע מעצם העובדה שהעולם בו אנו חיים הוא פיסי ותלת ממדי. בעולם של היום אין כמעט פרויקטים חד תחומיים, ומהנדסי המכונות נדרשים כל הזמן לשתף פעולה עם בעלי מקצוע מתחומים רבים אחרים. בדרך כלל הממשק בין מהנדס המכונות לבעלי המקצוע האחרים הוא פשוט: את עורך המעגלים לא מעניינת הצורה הפיסית ואופן הריתום של הכרטיסים שלו. הוא צריך שטח מספיק עבור הרכיבים שלו ויכולת סילוק חום מתאימה. כל השאר נשאר באחריות הכמעט בלעדית של המתכנן המכני. באופן דומה גם הממשקים עם בעלי המקצוע האחרים הם בדרך כלל פשוטים להגדרה ואינם מחייבים עבודה בשיתוף פעולה הדוק.

לא כך הדבר בתכנון מכשירים אופטיים. גם מהנדס המכונות וגם האופטיקאי משחקים באותו המגרש – המרחב התלת ממדי, ושניהם אנוסים להתמודד כל הזמן עם בעיות של דיוקים וטולרנצים בגיאומטריה המרחבית. כתוצאה מכך שיתוף פעולה הדוק ביניהם הוא הכרחי להשגת תכנון מוצלח. המצב בו מהנדס המכונות מקבל סכימה אופטית סופית וסגורה כבסיס לתכנון המכני מביא במקרה הטוב לתכנון תת-אופטימלי, ובמקרה הפחות טוב לכישלון המוצר המתוכנן.

לרוע המזל שיתוף פעולה טוב בין האופטיקאי למהנדס המכונות הוא די נדיר וקשה להשגה. לכך שתי סיבות עיקריות:

א.      תחום התכנון האופטי היא מסובך ותיאורטי, וקשה לעוסקים בו לראות כיצד המתכנן המכני יכול לעזור להם, שלא לדבר על הבנת חשיבותו להצלחת הפרויקט. יחס זה מתעצם לנוכח התפיסה המקובלת, שהנדסת מכונות היא תחום פשוט ואינטואיטיבי שכל אחד מבין בו.

ב.      האופטיקאים באמת צודקים! מהנדס המכונות הרגיל, התוצר הקלאסי של הפקולטות להנדסת מכונות, באמת אינו יכול להיות שותף ראוי לתכנון מכשיר אופטי.

מדוע מהנדסי המכונות שיכולים לתכנן כמעט כל דבר מכני, אינם טובים מספיק לתכנון מכשירים אופטיים? מתברר שיש לתכנון מכשירים אופטיים ייחוד ביחס לכל שאר ענפי התכנון המכני, ייחוד שיתברר בקלות מעיון בטבלה הבאה:

מהנדס מכונות לעומת מתכנן אופטי

בנוסף לכך, הצרכים של המערכות האופטיות, הביאו למספר פתרונות מיוחדים המוכרים היטב למתכננים המתמחים בתחום זה, אבל הם זרים לחלוטין לכל מי שאינו בתחום. כזה הוא למשל השימוש ב"גמישונים" – אלמנטים מכניים הבנויים כך שהם גמישים בכיוונים מסוימים וקשיחים בכיוונים אחרים. באופן דומה נעשה לעתים בתכנון מכנו אופטי שימוש ב"צירים פלסטיים" – אלמנטים בהם יש במכוון דפורמציה פלסטית במקומות מוגדרים היטב, דבר שנחשב ל"אסור" בתכנון המכני הקלאסי, ואם הוא בכל זאת קורה הרי שזה בחוסר תשומת לב למה שקורה ב"מיקרו". בכלל, ראייה של ה"מיקרו-גיאומטריה" היא חלק חשוב בהכשרה של המתכנן המכנו-אופטי, והיא משמשת בעיקר למניעת "מיקרו-חופשים" שיכולים להרוס כל תכנון של מכשיר אופטי. המתכנן המכני גם נדרש לא פעם לחשיבה "קינמטית", כדי להבטיח שהגוף המוחזק במרחב לעולם לא יסבול מאמצים ודפורמציות בעקבות טולרנצים או דפורמציות תרמיות.

לא פחות חשוב, כדי להצליח בתכנון מכנו-אופטי על המתכנן המכני להיות בעל ידע אופטי ניכר. הסכימה האופטית היא לא פעם אדישה או כמעט אדישה לשינויים מסוימים, וזהו בדיוק המקום בו המתכנן המכני בעל הידע המתאים יכול לתרום למציאת הפשרה האופטימלית, תוך התחשבות בצרכי המכניקה וידיעה, גם אם לא שלמה, של השינויים בסכימה האופטית שהאופטיקאי יוכל לאשר.

לבעייתיות של התכנון המכנו-אופטי מתווספת גם העובדה שיש מעט מאד ספרים שעוסקים במכניקה של האופטיקה. רוב הידע נמצא במאמרים ספציפיים או בראשיהם של המתכננים המנוסים.

בכל האמור לעיל ניסיתי, גם אם על קצה המזלג, להצדיק את הטענה שמהנדסי מכונות העוסקים בתכנון מכשור אופטי צריכים לעבור הכשרה מתאימה וייחודית. משהו מזה מתקיים בשנים האחרונות באוניברסיטת בן גוריון, והמפעלים הגדולים מקיימים לפעמים הכשרות והדרכות כאלה במסגרות פנימיות. אבל כל החברות הקטנות העוסקות באופטיקה, והן רבות ומתרבות, נאלצות בדרך כלל להסתפק במהנדסים שנאלצים ללמוד את התחום בעצמם בדרך הקשה והארוכה.

                אדם רובינשטין – חמוט בע"מ

מהנדס מכונות ומרצה בעל נסיון של יותר מארבעים שנה בתכנון מכנו-אופטי

מרצה בקורס לתכנון אופטו-מכני הנפתח בתאריך 7/8/14

OpticSolution

ביה"ס למקצועות האופטיקה והאופטו-מכניקה
לפרטים והרשמה – אילן 054-3040259
Ilan_d@yahoo.com

פריט תכנון אופטו-מכני מפרויקט שבוצע על ידי כותב המאמר

פריט תכנון אופטו-מכני מפרויקט שבוצע על ידי כותב המאמר