Облегченное зеркало и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК G02B5/08 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и технологии, в частности к технологии изготовления и конструирования облегченных зеркал крупногабаритных телескопов.

Целью изобретения является упрощение и удешевление конструкции и технологии изготовления облегченного зеркала, а также расширение области применения пу- гтем сохранения формы рабочей поверхности оптических пластин при наклонах облегченного зеркала.

Доставленная цель достигается тем. что в способе изготовления облегченного зеркала, заключающемся в получении оптической пластины с отношением диаметра к толщине более 10. образовании путем шлифовки и полировки ее рабочей и шлифовки

ее тыльной сторон, нанесении на рабочую поверхность оптической пластины отражающего покрытия, формировании подложки облегченного зеркала в виде регулярной пространственной фермы с присоединительными фланцами, тыльную шлифованную поверхность оптической пластины и присоединительные фланцы первой решетки пространственной фермы взаимно притирают, соединяют оптическую пластину и пространственную ферму по притертым поверхностям присоединительных фланцев первой решетки неразъемным соединением, притирают присоединительные фланцы второй решетки пространственной фермы к базовой поверхности оптического станка для обработки рабочей поверхности оптической пластины, после чего проводят оконча00

о ю о

ife

тельную шлифовку и полировку рабочей поверхности оптической пластины.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве облегченного зеркала, содержащем оптическую пластину с отношением диаметра к толщине более 10-ти, на рабочей полированной поверхности которой нанесено отражающее покрытие и подложку, имеющую тот же коэффициент линейного расширения, что у оптической пластины, причем, подложка выполнена в виде регулярной пространственной фермы, составленной из двух параллельных друг другу плоских решеток, каждая из которых образована из стержней, расположенных вдоль сторон равносторонних треугольников, а в вершинах которых пересечены оси не более шести стержней плоской решетки, соединенных между собой присоединительным фланцем, причем ортогональные проекции вершины треугольников первой плоской решетки совмещены с центрами.тяжести треугольников второй плоской решетки и наоборот, согласно изобретению, оптическая пластина соединена по тыльной сторо- не с присоединительными фланцами первой плоской решетки неразъемным соединением, а расстояние L между соседними вершинами равносторонних треугольников плоской решетки определяют, как

L

0.25 б Сп Е h

,14

где д - допустимый прогиб участка оптической пластины, ограниченного-равносторонним треугольником;

Сп - коэффициент Дансона-Кудера;

Е - модуль Юнга материала оптической пластины;

h - толщина пластины, мм;

G - вес части оптической пластины, ограниченной равносторонним треугольником оптической пластины.

В основе вывода формулы (1) лежит выражение А.Кудера, который показал, что зеркало, опирающееся на три опоры и имеющие модуль Юнга Е, плотность d, диаметр D и толщину h, имеет прогиб между опорами:

S J--4 Ь Ch E

D

cos Z,

где Сп - коэффициент Дансона-Кудера;

Z - зенитное расстояние телескопа.

Одновременно учитывалось, что в нашем случае часть зеркала лежит на трех

опорах, расположенных в вершинах равностороннего треугольника и дополнительный прогиб возникает при давлении Р шлифо- вальника на оптическую пластину. Диаметр

5 D определялся как диаметр окружности, в которую вписан искомый равносторонний треугольник.

На фиг. 1 представлены операции по выполнению способа изготовления облегЮ ченного зеркала; на фиг. 2 -устройство облегченного зеркала; на фиг. 3 - конструкция присоединительного фланца.

Способ осуществляется следующим образом.

15 Методом традиционной технологии фрезерования и шлифовки (фиг. Та) изготавливалась оптическая пластина с отношением диаметра к толщине 25. Ее тыльная шлифованная сторона притиралась к пло20 ской слесарной плите (фиг. 16). Такой же притирке после предварительной шлифовки подвергались поверхности присоединительных фланцев решеток подложки (см. фиг. 1у). Затем осуществлялась взаимная

25 притирка Тыльной шлифованной стороны оптической пластины с присоединительными шлифованными фланцами первой решетки и их последующая склейка (фиг. 1г). После склеивания притирались присоеди30 нительные фланцы второй плоской решетки пространственной фермы аналогично (фиг. 1 в) к базовой поверхности оптического станка. Закрепляя облегченное зеркало по притертым присоединительным фланцам

35 второй решетки на базовой поверхности оптического станка, проводили окончательную шлифовку и полировку рабочей поверхности оптической пластины (фиг. 1 д). После этого на рабочую поверхность нано40 сили отражающее покрытие. На станке было изготовлено плоское зеркало диаметром 500 мм со среднеквадратическим отклонением формы отражающей поверхности 0,02 мкм.

45 Взаимная притирка тыльной шлифованной стороны оптической пластины и присоединительных фланцев первой решетки и их склейка, взаимная притирка присоединительных фланцев второй решетки и базовой

50 поверхности оптического станка при условии, что расстояние L между соседними вершинами равносторонних треугольников плоской решетки определяют согласно выражению (1), позволили обеспечить равную

55 жесткость в системе станок-присобление- икструмент-деталь при окончательной обработке рабочей поверхности оптической пластины даже при наличии остаточных погрешностей формы притираемых поверхно- стей. Это обеспечило получение точности

формы отражающей поверхности оптической пластины.

Вместе с тем операции притирки и последующей склейки обеспечили надежное соединение оптической пластины с подложкой через присоединительные фланцы и таким образом, достаточную жесткость самой оптической пластине как при обработке, так и при эксплуатации облегченного зеркала. Этим самым была исключена необходимость в разработке -специальной технологии и оснастки для изготовления высокоточной тонкой оптической пластины, что позволило упростить и удешевить Технологию изготовления облегченного зеркала не менее, чем на 20%, при сохранении точности фОрМЫ еГО Отражающей ПО- ВерХНОСТИ. .;. -;Г ::. . -. ;- - -;;;---:;Л,

Предлагаемый способ был реализован для конструкции облегченного зеркала; представленной на фиг. 2. Облегченное зеркало включало оптическую ситаля.овую пластину 1 толщиной 20 и диаметром 500 мм и подложку 2. Подложка 2 выполнена б виде регулярной пространственной фермы, составленной из двух параллельных друг другу плоских решеток 3 и 4, каждая из которых образована из инваровых стержней 5, рас-; положенных вдоль сторон равносторонних треугольников, в вершинах которых пересечены оси не более шести стержней 5 плоской решетки, соединенных между собой присоединительными стальными фланцами б с помощью штифтов 7 (см. фиг. 3). При этом ортогональные проекции вершин А треу гольников первой плоской решётки 4 совмещены с центрами тяжести треугольников второй плоской решетки 3 и наоборот. Qn- тическая пластина 1 (фиг. 2) соединена по своей тыльной стороне с присоединительными фланцами 6 первой плоской решетки 4 склеиванием. Для размещения слоя клея на торце присоединительного фланца 1 (фиг. 3) была выполнена кольцевая канавка 8. ..-...-. . , ,--.; - . ;;.:.

Равенство коэффициентов линейного расширения оптической пластины 1 и подложки 2 обеспечивалось как и в прототипе, При этом длины I стержней и длины К х L присоединительных фланцев вдоль оси стержней определялись, как:

K -Cag-ai/a.j-ai). I-L(1-K)

L-длина стороны равностороннего треугольника (расстояние между вершинами треугольников вдоль оси стержней); ai ,а, соответственно коэффици- енты линейного расширения инвара, стали и материала оптической пластины.

Неразъемное соединение оптической пластины с подложкой упростило конструкцию, удешевило технологию изготовления, расширило область применения облегченного зеркала путем сохранения формы рабочей поверхности оптической пластины при его наклонах.

. / По,сравнению с прототипом в конструк- предлагаемого облегченного зеркала т6утствуёт дополнительная промежуточ- -ная оправа с осевыми разгрузками, которая обеспечивает сохранность формы отражаю- Цей поверхности только для случая, когда оптичёскзя ось зеркала находится вблизи ве т икалёй. Вместе с тем, для изготовления ;ТойКой оптичеЬкой пластины нет нёобходи- мости создавать специальную те нологйче- оправу с разгрузками, компенсирующую действие не только сил гравитации и закрепления, но и усилия об- работки при изготовлении оптической пла- стйны. Одновременно возникла возможность использования облегченногр зеркала не только-в неподвижных телескопах, Как в прототипе, но например, в телескопах е;подвйжной трубкой. Использование в камёстве подложки регулярной пространственной формы, имею- щей тот же коэффициент линейного расширения, что и у оптической пластины и )Эыполненной в видёсоставленнойиз парал- лельных друг другу двух плоских решеток, каждая из которых образована из стержней, расположенных вдоль сторон равносторон- них треугольников, в вершинах которых пе- отсечены оси не более шести стержней плоской решетки, соединенных между со- бой присоединительными фланцами, при- 46ivj ортогональные проекции вершин первой плоской решетки совмещены с центрами тяжести треугольников второй плоской рефеткй и наоборот, в сочетании с притиркой присоединительных фланцев первой плоской решетки с тыльной шлифо- ванной поверхностью оптической пластины И последующим их жёстким соединением по притертым поверхностям, притиркой присоединительных фланцев второй плоской решетки подложки к базовой поверхности оптического станка обеспечивают жесткость и стабильность рабочей поверхности оптической пластины, как при обработке на станке, так и при эксплуатации облегченного зеркала Такая подложка имеет тетраэдральную структуру, а как известно, в прирое это наиболее жесткая конструкция.

Использование предлагаемого способа зготовления и конструкции облегченного 5 зеркала позволяет по сравнению с существующими упростить технологию его изгоовления и конструкцию. За счет этого снижаются затраты на изготовление облегченного зеркала не менее, чем на 20%. 10

Одновременно возникает возможность использования зеркала путем сохранения формы рабочей поверхности оптической пластины при его наклонах, например, в телескопах с подвижной трубой.15

Фор мула из об ретей и я

1. Облегчённоезеркало, с одерждщее оптическую: пластину сотношением диамет- 20 р а к толщине более 10, на рабочей пояир0г. ванной поверхности отрайаюЧцейi покрытие и )кку;ймейк; щую тот же коэффициент линейного расширения, чтР и оптическая пластины, причем ;25. подложка выполнена в вшеi регулярней ;; , пространственной фермы, составленной из

шеток, каждая из которых образована из стержней, расположенных вдоль сторон 30 равносторонних fpey которых пересечены jopWi: не олё$- и с ; стержней п р;скр р Между собой присоединительными фланцами, причем ортогональные проекции вер- 35

iti;i f +р г;р

р даёткйсовмещены с ;Ц((...#я зй и,. .,, треугольников1вт з ; плохой peiiii K if й;

- и ар;

цеяШупрощения уДеиУевления техноло )1я. -р;э)

.

наклонах об гчённого зеркала,

-|т1й || Щ й: .( ; 6o ;;H 3 WP -jn p :;- elpx Ho ..:

.: ;

rtjpji fisi{ tt |

: А| Щ|,т ййй Ј:;|Л|ё; ;;;.:., : в( айност р й 50

,л : ; , ;

LS

(

,25-уЙ-Сп Е -h

Vi

где допустимый прогиб участка оптической пластины, ограниченного равносторонним треугольником, мм;

Сп - коэффициент Дансона-Кудера;

Е - модуль Юнга материала оптической пластины, н/мм2;

h - толщина пластины, мм;

G вес части оптической пластины, ограниченной равносторонним треугольником оптической пластины, н.

2. Способ изготовления облегченного зеркала, заключающийся в получении оптической пластины с отношением диаметра к толщине более 10-ти, образрвайий путем шлифовки и полировки ее рабочей и шлифовки ее тыльной сторон, нанесении на рабочую поверхность оптическрй пластины отражающе г о по к рыти я, фо рм и рова ни и подложки облегченного зеркала в виде регулярной пространственной фермы с присоединительными фланцами двух решеток пространственной фермы, от л и чаю щи и с я тему чтру с целью упрощения и удешев- изготовления, тыльную шлифованную поверхность оптической пластины и присоединительные фланцы первой решетки пространственной фермы взаимно г| рмтйрЙю1Г, соединяют оптическую пластинуСиi (врйс+рай твеннукз ферму по притёр- tbi овё хнрстям присоединительных фланцев первой решетки неразъемным соединением, притирают присоединительные фланцы втгрррй(решётки пространственной фермы к базовой поверхности оптического станка для обработки рабочей поверхности оптической пластины, после чего проводят окончательную шлифовку и полировку рабочей поверхности оптической пластины при нормальной силе давления Р-шлифовальни- каГЙв ditfичёскую пластину, определяемой соотношением ...

PS

0.25 -13 Сп Е h

-Gi

G-0.33 -О2 -d -h,

где р - диаметр зеркала, мм;

d-плотность, н/мм3.

T, .

////////{///////

:

//////////////////

l Г

./ // y/f

Сущность изобретения: облегченное зеркало, оптическая пластина и подложка которого соединены между собой неразъемно по поверхности присоединительных фланцев и взаимно притерты. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. .. -.-.

r-4

t$VHbodr jl dU fXMyjJ

029 H81

D