Оптический жидкостный компенсатор и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК G01C5/02 G01C15/10 

Фиг. 1

нижних плоскопараллельных пластин 3 и 4 развернуты в горизонтальной плоскости на 180° по отношению к плоскости главного сечения остаточного клина верхней пластины 2, а две смежные исполнительные поверхности верхней 2 и средней 3, а также средней 3 и нижней 4 пластин попарно параллельны. Способ изготовления компенсатора основан на одновременной обработке поверхностей оптических деталей и включает шлифование и полирование исполнительных поверхностей. Новым в способе изготовления компенсатора является нанесение меток 8 на пластины 2-4, благодаря которым при сборке компенсатора осуществляется разворот на 180° двух нижних пластин 3 и 4 относительно верхней 2, а также изго- товление соединительных элементов 5 размером поперечного сечения, меньшим диаметра пластин 2-4, чтобы их смежные исполнительные поверхности были.попарно параллельны. 2 с и 1 з. п. ф-лы. 6 иЛ.

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано в геодезических и астрономических приборах для сохранения постоянства положения визирных линий при наклонах корпуса прибора. Сущность изобретения: оптический жидкостный компрессор содер- жит корпус 1, три горизонтальные плоскопараллельные прозрачные пластины 2-4,. соединенные между собой посредством оптических соединительных элементов 5, пространство между которыми заполнено прозрачной жидкостью. Новым в устройстве компенсатора является то, что плоскости главных сечений остаточных клиньев двух а (Л

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано в оптических, например, геодезических или астрономических приборах для сохранения постоянства положения луча при наклонах корпуса прибора.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной наличием остаточных клиньев плоскопараллельных пластин.

На фиг. 1 изображен предлагаемый компенсатор, вертикальный разрез (входная грань компенсатора занимает горизонтальное положение); на фиг. 2.- то же, при наклоне жидкостного компенсатора на угол а ; на фиг. 3 - определение базисных направлений и закрепление их метками при изготовлении прозрачных плоскопараллельных пластин; на фиг. 4 - расположение конструкционных элементов (столбиков) на поверхности приспособления для их крепления; на фиг. 5 - расположение конструкционных элементов на поверхности прозрачных плоскопараллельных пластин при сборке компенсатора; на фиг. 6 - кондуктор для сборки жидкостного компенсатора по меткам.

Жидкостной оптический компенсатор содержит корпус 1 из двух колец, коэффициенты линейного расширения которых и прозрачных, плоскопараллельных пластин 2-4 равны между собой, конструкционные элементы - столбики 5, прозрачную жидкость 6 и 7 с тем же показателем преломления, что и пластины, метки 8, нанесенные по краю исполнительных поверхностей пластин 2-4. (Для упрощения чертежа метки 8 совпадают с основаниями остаточных клиньев пластин 2-4).

Устройство работает следующим образом.

Пусть входная грань прозрачной пластины 2 занимает горизонтальное положение (фиг. 1). Отвесный луч света S, пройдя главное сечение ее остаточного клина, изменит свое направление к основанию клина на величину

У (п-1)3,

где п - показатель преломления вещества плоскопараллельной пластины;

д - величина остаточного клина в угловой мере.

Поверхность жидкости 6 и выходная грань пластины 3, благодаря равной высоте столбиков 5, будут параллельны и представ- ляют.собой однородную в оптическом отношении плоскопараллельную пластину, так

как жидкость 6 и пластина 3 имеют одинако-. вый показатель преломления п. Поэтому луч света S, пройдя ее, не изменит своего направления. Поверхность жидкости 7 и выходная грань прозрачной пластины 4

образуют эквивалентный остаточный клин с основанием, развернутым на 180° по отношению к остаточному клину верхней пластины 2 и также величиной д благодаря равной высоте столбиков 5. Поэтомулучсвета S будет преломлен эквивалентным клином на ту же величину у /п - , но в противоположную от верхнего клина сторону. Поэтому луч света после выхода из бпти- ческого жидкостного компенсатора

остается в итоге вертикальным.

При наклоне корпуса компенсатора на угол а (фиг. 2) луч света S, направленный перпендикулярно к выходной грани про- зрачнбй пластины 2, после прохождения через главное сечение остаточного клина первой прозрачной пластины изменит свое направление на величину у 1 ( п - 1)6 к основанию клина. Поверхность жидкости 6 и нижняя грань прозрачной пластины 3 образуют эквивалентный клин с углом а и основанием, развернутым на 180° относительно клина верхней пластины 2. пройдя который луч света S отклонится на величину У2 - ( п - 1 )(5-к его основанию. Поверх

ность жидкости 7 и выходная грань прозрачной пластинки 4 составляют эквивалентный клин величиной (а+(5) , поэтому луч света S отклонится им на величину уз - ( п - .1 ) (« +д ) в том же направлении, что и через средний эквивалентный клин. Тогда луч света S, выйдя из оптического жидкостного компенсатора от- клонитсяна величину Уоб У1 +72 + уз(п -1 )5-(п-1)х ха-(п-1)-(а + (5) -(п-1)а. Чтобы светойой луч, пройдя оптический .жидкостной компенсатор, занял отвесное положение, необходимо выполнение следующего условия:

Уоб -а ,

тогда - (п - 1 ) 2 а - а , откуда ,5. Показатель преломления прозрачной жидкости и прозрачных плоскопараллельных пластин равен 1,5,

В данном оптическом компенсаторе использованы три прозрачные плоскопараллельные пластины, создающие два резервуара для жидкости, так как конструкции компенсаторов, имеющих один резервуар, три и более, не устраняют погрешность в положении визирного луча после выхода из компенсатора, вызванную остаточной клиновидностью прозрачных плоскопараллельных пластин, при использовании данной методики ее исключения. Способ изготовления оптического жидкостного компенсатора, основанный на одновременной обработке поверхностей оптических деталей, включает основные этапы изготовления прозрачных плоскопараллельных пластин и конструкционных элементов, например столбиков: одновременное с одной установки (посредством сборки в блок заготовок) грубое шлифование первой исполнительной поверхности, контроль; разборка блока, промывка; сборка блока заготовок; грубое шлифование второй исполнительной поверхности, контроль; разборка блока, промывка; сборка заготовок в столбик; обработка по диаметру, контроль; разборка столбиков, промывка, контроль; фасетйрование, промывка, контроль; сборка блока; тонкое шлифование первой исполнительной поверхности, промывка, контроль; полиро- вание первой исполнительной поверхности, промывка, контроль, защита; разборка блока, промывка, контроль; сборка блока; тонкое шлифование второй исполнительной поверхности, промывка, контроль; полирование второй исполнительной поверхности,

промывка, контроль, защита; нанесение на торцовую поверхность меток, характеризующих одинаковую ориентацию плоскопараллельных пластин относительно 5 выбранного базисного направления в плоскости обработки (для конструкционных элементов у столбиков эта операция отсутствует); разборка блока, промывка, контроль.

0Клиновидность прозрачных плоскопараллельных пластин возникает при обработке исполнительных поверхностей за счет неточностей базирования и наклеивания заготовок. На конечном этапе обработки пла5 стин - полировании второй исполнительной поверхности погрешность базирования возникает и за счет клиновидности приспособления для крепления плоскопараллельных пластин, так как базы - первые исполни0 тельные грани плоскопараллельных пластин - расположены на верхней поверхности приспособления для крепления, которое имеет клин относительно своей нижней поверхности в пределах 1-2.

5 Вследствие этого величины и направления остаточных клиновидностей плоскопараллельных пластин - стенок клиновидности приспособления для крепления и не могут быть меньше этой клиновидности.

0Влияние клиновидности приспособления для крепления хорошо видно на примере изготовления оптических клиньев. Для получения заданной клиновидности под заготовки оптических клиньев при обработке

5 подкладывают приспособления для крепления - плашки с величиной клиновидности, которую должны иметь оптические клинья. В случае с плоскопараллельными пластинами в роли таких плашек выступает непос0 редственно само основание, являющееся приспособлением для крепления заготовок. Тогда остаточные клиновидности плоскопараллельных пластин, находящихся на приспособлении для крепления, будут равны

5 между собой и параллельны направлению остаточного клина приспособления для крепления, но направлены в противоположную сторону.

Применяемый способ крепления заго0 товок пластин к стеклянному приспособлению - оптический контакт - вносит минимальную погрешность крепления по . сравнению с известными способами и позволяет величины и направления клиновид5 ностей и плоскопараллельных пластин сохранить максимально схожими между собой. По нашим данным, в этом случае величина расхождения клиновидности трех: смежных плоскопараллельных пластин составляет 0,2-0,3.

Из вышесказанного следует, что плоскости главных сечений (фиг, 3) равных по величине остаточных клиньев АОВСД прозрачных плоскопараллельных пластин 2-4, находящихся на стеклянном приспособлении 9 (для оптического контакта), ориентированы параллельно друг другу в направлении, противоположном направлению остаточного клина 10 стеклянного.приспособления 9. Сразу же после операции полирования второй исполнительной поверхности, еще Тне нарушив оптического контакта пластин и стеклянного приспособления, наносят на верхние исполнительные поверхности плоскопэраллельных пластин 2-4 метки 8, относительно которых плоскости главных сечений АОВСД остаточных клиньев всех трех плоскопараллельных прозрачных пластин развернуты на равные углы в плоскости обработки.

Особенности обработки прозрачных плоскопараллельных пластин:

2-4 взаимопараллельны и параллельны базисному направлению.

7, При необходимости после конечного этапа обработки плоскопараллельных пластин - разборки блока, промывки, контроля - на их исполнительные поверхности, где отсутствуют метки, наносят гидрофобное покрытие, служащее для уменьшения эффекта смачивания прозрачной жидкостью

материала плоскопараллельных пластин. Тогда метки будут дополнительно указывать, на какой из исполнительных поверхностей имеется гидрофобное покрытие.

Вход направлений KL закрепляют меткой, например одной штриховой линией, к краю рабочей поверхности плоскопараллельной пластины, выход направления KL - иной меткой, например двумя параллельными линиями.

Таким образом, плоскости главных сечений остаточных клиньев АОВСД плоско- параллельных пластин 2-4 будут развернуты на равныеуглы / относительно направлений KL, закрепленных метками 8.

Конструкционные оптические элементы, например столбики, соединяющие прозрачные плоскопараллельные пластины между собой и имеющие размер поперечного сечения, в несколько раз меньший диаметра плоскопараллельных пластин,- обрабатывают по технологии обработки

плоскопараллельных пластин, приведенной выше. При этом при сборке блока для проведения операции шлифования и полирования второй исполнительной поверхности эти конструкционные элементы 5 минимально сближают друг с другом на поверхности контактного приспособления 9 и закрепляют на нем посредством оптического контакта (фиг. 4). Размещение столбиков идет группами по три.

Так как поперечное сечение конструкционных элементов (например, столбиков) в несколько раз меньше диаметра плоскопараллельных пластин, равного внешнему диаметру прокладок - конструкционных элементов прототипа, то при минимальном сближении столбиков (как показано на фиг. 4) разница их высот будет меньше после

обработки, чем у кольцевых прокладок.

Соотношение разниц высот столбиков и кольцевидных прокладок равно:

D:(2d+a),

где D - диаметр кольцевой прокладки;

d - диаметр столбика;

а - минимальное расстояние сближения столбиков при их обработке. Например, при

мм соотношение разниц высот будет равно 2,9.

При сборке оптического жидкостного компенсатора конструкционные элементы (например, столбики) разносят на максимальное расстояние друг от друга в пределахразмера прозрачных плоскопараллельных пластин. На фиг. 5 столбики 5 диаметром d разнесены на расстояние S друг от друга в пределах плоскопараллельной пластины 4 диаметром D. Следует отметить, что на данной плоскопараллельной пластине размещены те три конструкционных элемента, которые составляют отдельную тройку при обработке.

Если существует какой-то способ обработки поверхностей оптических деталей, дающий минимальную клиновидность, например в сепараторе, то использование его в заявленном способе изготовления компенсатора для обработки конструкционных элементов - столбиков, имеющих размер поперечного сечения, в несколько раз меньший диаметра плоскопараллельных пластин, позволяет уменьшить разницу высот этих конструкционных элементов в большей степени, чем.если бы этим способом обрабатывались прверхности кольцевых прокладок диаметром, равным диаметру самой плоскопараллельной пластины, как у прототипа.

Разнесение конструкционных элементов (например, столбиков) на расстояние S (фиг. 5) позволяет уменьшить эффект от их различной высоты, приводящий к непараллельности нижней и верхней плоскопараллельных пластин, соединяемых этими элементами в К раз:

,7 (§-1),

где 0,7 cos 30° - размещение столбиков в вершинах равностороннего треугольника, вписанного в окружность плоскопараллельной пластины;

D - диаметр окружности плоскопараллельной пластины;

d - диаметр конструкционного элемента - столбика.

Например, для вышеприведенных данных: CM; мм; ,7.

Ужесточение требований к разнице высот конструкционных элементов (например, столбиков), соединяющих между собой прозрачные плоскопараллельные пластины, вызвано тем, что необходимо обеспечить максимальную параллельность смежных граней этих пластин, позволяющую, в свою очередь, максимально совместить плоскости главных сечений их остаточных клиньев в одной общей плоскости, а также свести к минимуму остаточную клиновидность. возникающую при заполнении оптического 5 компенсатора прозрачной жидкостью.

Требования, предъявляемые при сборке оптического жидкостного компенсатора:

0З.-Для ориентации по меткам 8 (фиг. 6) и главных сечений остаточных клиньев двух нижних плоскопара ллельных стеклянных пластин 4 и 3 на 180° относительно остаточного клина верхней пластины 2 применить

5 кондуктор 11. Он состоит из двух колец 12 с внутренним диаметром, достаточным для свободного опускания плоскопараллельных пластин 2-4. Кольца 12 скреплены между собой при помощи четырех взаимно пер0 пендикулярных ребер жесткости 13, из которых два диаметрально противоположные имеют по визиру 14 для совмещения меток 8 в одной плоскости.

Формула изобретения

5 повышения точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной наличием остаточных клиньев плоскопэраллельных пластин, плоскости главных сечений остаточных клиньев средней и нижней плоско0 параллельных пластин развернуты в горизонтальной плоскости на 180° относительно плоскости главного сечения остаточного клина верхней плоскопараллельной пластины, при этом величины остаточных

5 клиньев всех плоскопараллельных пластин равны между собой, верхние поверхности верхней и нижней плоскопараллельных пластин и нижняя поверхность средней плоско- параллельной пластины параллельны между собой, а показатель преломления

11

плоскопараллельных пластин равен показателю преломления прозрачной жидкости.

1800264

12

снятием пластин с основания на каждой из них маркируют двумя метками ориентирную прямую, проходящую через центр пластины и параллельную ориентирным прямым на других пластинах, а при закреплении соединительных элементов располагают ориен- тирные прямые в одной вертикальной плоскости с разворотом средней и нижней плоскопараллельных пластин на 180° относительно верхней.

0

5

Фи п. 2

Заказ 1327 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5