RU2677036C2 - Device for basing and unloading of large-sized high-accuracy mirrors during their formation and control - Google Patents
Device for basing and unloading of large-sized high-accuracy mirrors during their formation and control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677036C2 RU2677036C2 RU2017121547A RU2017121547A RU2677036C2 RU 2677036 C2 RU2677036 C2 RU 2677036C2 RU 2017121547 A RU2017121547 A RU 2017121547A RU 2017121547 A RU2017121547 A RU 2017121547A RU 2677036 C2 RU2677036 C2 RU 2677036C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- unloading
- actuators
- mirrors
- base
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title 1
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 16
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000005316 response function Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
- B24B41/02—Frames; Beds; Carriages
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Description
Данное предложение относится к области технологии обработки оптических деталей (зеркал), преимущественно крупногабаритных, и может быть использовано при формообразовании и контроле оптических поверхностей (плоской, сферической и асферической формы) крупногабаритных высокоточных зеркал, например, зеркал телескопов наземного и космического базирования, в том числе составных и сверхтонких зеркал адаптивных оптических систем.This proposal relates to the field of processing technology for optical parts (mirrors), mainly large ones, and can be used in the shaping and control of optical surfaces (flat, spherical and aspherical) of large-sized high-precision mirrors, for example, mirrors of ground-based and space-based telescopes, including composite and ultra-thin mirrors of adaptive optical systems.
При формообразовании и контроле крупногабаритной оптики возникает проблема, связанная с деформацией рабочей поверхности зеркала под собственным весом, особенно при нарушении горизонтального положения зеркала в процессе обработки или контроля.When shaping and controlling large-sized optics, a problem arises related to the deformation of the working surface of the mirror under its own weight, especially if the horizontal position of the mirror is violated during processing or control.
Для устранения деформации рабочей поверхности зеркала на практике широко применяются разнообразные системы разгрузки последнего, в том числе работающие на гидравлическом или пневматическом перераспределении усилий нагружения площади поверхности базируемого зеркала.To eliminate the deformation of the working surface of the mirror, various unloading systems of the latter are widely used in practice, including those working on hydraulic or pneumatic redistribution of the loading forces of the surface area of the mirror based.
Таким образом, для сохранения формы крупногабаритных высокоточных зеркал, например зеркал телескопов наземного и космического базирования (и составных, и сверхтонких зеркал адаптивных оптических систем), как в процессе их обработки, так и в процессе контроля их в рабочем положении важным моментом является их разгрузка. Выбор типа разгрузки зависит от размера (массы) зеркала, а также от отношения, диаметра зеркала к его толщине D/t.Thus, to maintain the shape of large-sized high-precision mirrors, for example, ground-based and space-based telescope mirrors (both composite and ultra-thin mirrors of adaptive optical systems), both during processing and in the process of controlling them in the working position, their unloading is an important point. The choice of the type of unloading depends on the size (mass) of the mirror, as well as on the ratio, diameter of the mirror to its thickness D / t.
Технологический процесс обработки представляет собой замкнутый цикл, состоящий из частей:The technological process of processing is a closed cycle consisting of parts:
Технологический контроль - ЧПУ - исполнительные механизмы - формообразование оптической поверхности.Technological control - CNC - actuators - shaping of the optical surface.
При этом контроль крупногабаритных зеркал в процессе изготовления в зависимости от ориентации оптической оси контролируемого зеркала или системы проводится:In this case, the control of large-sized mirrors during the manufacturing process, depending on the orientation of the optical axis of the controlled mirror or system, is carried out:
- либо при вертикально направленной оптической оси, когда крупногабаритное контролируемое зеркало расположено горизонтально и его горизонтальная разгрузка не отличается от разгрузки при обработке, при этом при обработке в «штатной» оправе результаты цехового контроля будут реально отражать качество изображения главного зеркала телескопа в его рабочем положении;- either with a vertically directed optical axis, when a large-sized controlled mirror is horizontal and its horizontal unloading does not differ from unloading during processing, while processing in a “standard” frame, the results of workshop control will really reflect the image quality of the main mirror of the telescope in its working position;
- либо при горизонтально направленной оптической оси, когда контролируемое крупногабаритное зеркало располагается вертикально и вертикальная разгрузка его более сложна и труднее осуществима.- either with a horizontally directed optical axis, when the controlled large-sized mirror is located vertically and its vertical discharge is more complex and more difficult to do.
Наиболее распространенным примером разгрузки при втором варианте контроля, используемой при вертикальной разгрузке зеркал диаметром до 1200-1500 мм (при отношении t/D=1/8 и не очень большом центральном отверстии в контролируемой детали), как известно, является разгрузка на ленту [1]. - прототип.The most common example of unloading in the second version of control used for vertical unloading of mirrors with a diameter of up to 1200-1500 mm (with a ratio t / D = 1/8 and a not very large central hole in the controlled part) is known to be unloading onto a tape [1 ]. - prototype.
Разгрузка на ленту становится неудовлетворительной для зеркал размером более 1500 мм. и требуется более строгое соблюдение условия приложения усилий, распределенных по косинусоидальному закону по торцевой поверхности зеркала в плоскости его центра тяжести.Tape unloading becomes unsatisfactory for mirrors larger than 1500 mm. and more stringent compliance with the conditions for the application of forces distributed according to the cosine law along the end surface of the mirror in the plane of its center of gravity is required.
Вместо ленты используется в подобных случаях разгрузка зеркала при горизонтально направленной оптической оси на жесткой оправе с торцевой и боковой рычажной системой [1], которая по сравнению с разгрузкой на ленту обеспечивает строгое соблюдение закона косинусов и при прочих равных условиях уменьшает деформации поверхности приблизительно в 6 раз.Instead of tape, unloading of the mirror is used in such cases with a horizontally directed optical axis on a rigid frame with an end and side linkage system [1], which, in comparison with unloading onto the tape, ensures strict observance of the law of cosines and, all other things being equal, reduces surface deformation by about 6 times .
Основным недостатком подобного решения является отсутствие возможности обеспечения стабилизации формы поверхности базируемого в подобной системе разгрузки зеркала при различных углах заклона последнего например при переводе его из горизонтального положения в вертикальное или наоборот.The main disadvantage of such a solution is the inability to provide stabilization of the surface shape of the mirror based in such a system at different angles of inclination of the latter, for example, when moving it from a horizontal position to a vertical one or vice versa.
На практике на финишной стадии обработки точных поверхностей крупногабаритных оптических зеркал вне зависимости от принятого метода асферизации широко используется "зональная локальная ретушь малым инструментом", при обработке которым величина съема зависит от меньшего числа независимых параметров, чем обработка полноразмерным инструментом, что позволяет автоматизировать процесс обработки, управляя процессом изменения одного из параметров, например давлением или временем пребывания инструмента в той или иной точки), так как остальные параметры, влияющие на производительность, во время обработки поддерживаются по возможности неизменными.In practice, at the finishing stage of processing the exact surfaces of large-sized optical mirrors, regardless of the accepted method of aspiration, the "local local retouch with a small tool" is widely used, in which the amount of removal depends on fewer independent parameters than processing with a full-size tool, which allows you to automate the processing, controlling the process of changing one of the parameters, for example, pressure or the residence time of an instrument at one point or another), since the rest The various parameters affecting the performance are maintained as constant as possible during processing.
Известно, что для исключения на всех стадиях технологического процесса обработки деформации рабочей поверхности обрабатываемого зеркала предусматривают использование для обрабатываемых зеркал так называемой технологической оправы с размещенными на ее базовой стороне средствами фиксации базируемого на ней тыльной нерабочей стороной зеркала, и мембранно-пневматическими элементами системы разгрузки зеркала, выполняющими обезвешивание базируемой детали (зеркала) и имеющими возможность контактирования с его тыльной нерабочей поверхностью [2].It is known that to eliminate at all stages of the technological process of processing the deformation of the working surface of the processed mirror, it is envisaged to use the so-called technological frame for the processed mirrors with means for fixing the mirror based on it with the non-working side of the mirror and membrane-pneumatic elements of the mirror unloading system, performing weightlessness of the base part (mirror) and having the ability to contact with its back non-working on top nosti [2].
В последнее время в отличие от прежних монолитных конструкций крупногабаритных зеркал часто используются также сверхтонкие зеркала, которые изготавливаются из заготовок с соотношением толщины к диаметру в пределах 1/6÷1/10, имеют лицевую пластину с соотношением 1/25 и менее и характеризуются пониженной жесткостью конструкции.Recently, unlike the previous monolithic designs of large-sized mirrors, ultra-thin mirrors are often also used, which are made from blanks with a thickness to diameter ratio of 1/6 ÷ 1/10, have a face plate with a ratio of 1/25 or less, and are characterized by reduced stiffness designs.
При формообразовании отражающих оптических поверхностей подобных высокоточных крупногабаритных зеркал с ослабленной жесткостью, когда требования к точности формы рабочей поверхности достигают сотых и тысячных долей микрон, даже совокупного использования описанных выше систем вертикальной и горизонтальной разгрузки зеркал в процессе их формообразования явно недостаточно.When reflecting optical surfaces of such high-precision large-sized mirrors with weakened stiffness are shaped, when the requirements for the accuracy of the shape of the working surface reach hundredths and thousandths of microns, even the combined use of the vertical and horizontal unloading systems of mirrors described above during their shaping is clearly not enough.
На практике известны также приемы упругой деформации уже обработанной отражающей поверхности готового зеркала для доведения ее до требуемой формы посредством силового воздействия актуаторов на нерабочую (тыльную) поверхность зеркала в нужных точках и с требуемым усилием [3], например в металлооптике, в частности применительно к активным зеркалам с управляемой формой отражающей поверхности, и могут быть использованы в штатных оправах в астрономических телескопах, лазерных системах, что позволяет добиться повышения стабильности формы отражающей поверхности и улучшения ее качества, облегчения конструкции, увеличения диаметра зеркала, расширения динамического диапазона работы зеркала, обеспечения заданной формы функции отклика и заданного диапазона смещений отражающей поверхности под действием актуаторов.In practice, methods of elastic deformation of the already processed reflective surface of the finished mirror are also known to bring it to the desired shape by means of force acting on the idle (back) surface of the mirror at the desired points and with the required force [3], for example, in metal optics, in particular with respect to active mirrors with a controlled shape of the reflecting surface, and can be used in standard frames in astronomical telescopes, laser systems, which allows to increase the stability of the shape of the surface and improve its quality, facilitate construction, increase the diameter of the mirror, expand the dynamic range of the mirror, provide a given shape of the response function and a given range of displacements of the reflecting surface under the action of actuators.
Недостатком подобного использования актуаторов в процессе коррекции формы отражающей поверхности готовых крупногабаритных высокоточных зеркал и обеспечения заданной формы функции отклика под действием актуаторов является то, что подобная коррекция формы рабочей поверхности зеркала может обеспечить получение требуемого положительного результата для описываемых в данной заявке высокоточных крупногабаритных зеркал только при наличии обеспечения возможности получения стабильности формы его поверхности на практике уже в процессе формообразования.The disadvantage of such use of actuators in the process of correcting the shape of the reflecting surface of finished large-sized high-precision mirrors and providing a given shape of the response function under the action of actuators is that such a correction of the shape of the working surface of the mirror can provide the desired positive result for the high-precision large-size mirrors described in this application only if providing the possibility of obtaining stability of the shape of its surface in practice already in the process f ormoobrazovaniya.
Требования к изготовлению рабочей поверхности в них составляют величину λ/80 для среднеквадратического значения отклонения от номинальной формы (СКО) на световой зоне. Даже если при шлифования и полирования значение СКО при вертикальной установке зеркала составляло λ/80, то осле опускания в горизонтальное положения при повторном контроле может оказаться, что поверхность деформировалась и СКО равняется λ/10.The requirements for the manufacture of the working surface in them are λ / 80 for the standard deviation from the nominal shape (RMS) in the light zone. Even if during grinding and polishing the RMS value for vertical installation of the mirror was λ / 80, then after lowering to the horizontal position during repeated inspection it may turn out that the surface was deformed and the RMS equals λ / 10.
Таким образом, при перемене положения зеркала и повторном закреплении его рабочая отражающая поверхность деформируется под весом зеркала по случайному закону.Thus, when the mirror is repositioned and reattached, its working reflective surface is deformed under the weight of the mirror according to a random law.
Задачей предлагаемого устройства для базирования и разгрузки крупногабаритных высокоточных зеркал является обеспечение повышения точности при формообразовании и стабилизации формы поверхности зеркала при контроле.The objective of the proposed device for basing and unloading large-sized high-precision mirrors is to increase accuracy during shaping and stabilize the surface shape of the mirror during control.
Техническим результатом является создание устройств для базирования и разгрузки крупногабаритных высокоточных зеркал, обеспечивающих возможность адаптации формы поверхности зеркала до требуемой точности как в процессе их формообразовании, так и контроля.The technical result is the creation of devices for basing and unloading large-sized high-precision mirrors, providing the ability to adapt the shape of the mirror surface to the required accuracy both in the process of shaping and control.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для базирования и разгрузки крупногабаритных высокоточных зеркал, содержащем корпус с установленной в нем системой разгрузки зеркала, выполненной в виде ленты или рычажной системы в виде коромысла и расположенной по периферии базируемого в оправе зеркала:The technical result is achieved by the fact that in the proposed device for basing and unloading large-sized high-precision mirrors, comprising a housing with a mirror unloading system installed in it, made in the form of a tape or lever system in the form of a rocker arm and located on the periphery of the mirror based in the frame:
- оно снабжено размещенной в корпусе со стороны нерабочей поверхности зеркала дополнительной системой разгрузки, выполненной в виде основания, на обращенной к зеркалу рабочей стороне которого расположены мембранно-пневматические элементы, имеющие возможность контактирования с нерабочей поверхностью зеркала, и осуществляющими силовое воздействие на нерабочую поверхность зеркала актуаторами, приводимыми в возвратно-поступательные перемещения вдоль своих осей посредством установленных на тыльной стороне основания программно управляемых приводов актуаторов.- it is equipped with an additional unloading system located in the housing on the side of the mirror’s inoperative surface, made in the form of a base, on the working side of the mirror facing which are membrane-pneumatic elements that can be contacted with the mirror’s broken surface, and actuators acting on the mirror’s broken surface driven into reciprocating movements along their axes by means of software-controlled controls installed on the rear side of the base actuator actuators.
- на обращенных к базируемому зеркалу концах актуаторов установлены постоянные магниты, причем на нерабочей поверхности базируемого зеркала также компланарно закреплены постоянные магниты, аналогичные магнитам, установленным на актуаторах.- Permanent magnets are installed on the ends of the actuators facing the mirror, and permanent magnets similar to the magnets mounted on the actuators are also coplanarly mounted on the non-working surface of the mirror.
- постоянные магниты, размещенные на актуаторах, установлены с возможностью поворота рабочими поверхностями относительно постоянных магнитов, закрепленных на нерабочей поверхности базируемого зеркала на 180° с целью изменения полярности магнитного поля.- permanent magnets located on the actuators are mounted with the possibility of rotation by the working surfaces relative to the permanent magnets mounted on the non-working surface of the mirror based on 180 ° in order to change the polarity of the magnetic field.
При исследовании отличительных признаков описываемого устройства не выявлено каких-либо аналогичных технических решений, касающихся предложенных вариантов выполнения его.In the study of the distinguishing features of the described device is not revealed any similar technical solutions regarding the proposed options for its implementation.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "НОВИЗНА".Thus, the claimed technical solution meets the condition of "NEW".
Кроме того, заявленные технические решения не вытекают явным образом из известного уровня техники (1-3) и в них не выявлены признаки, отличающие данные решения от прототипа и не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.In addition, the claimed technical solutions do not follow explicitly from the prior art (1-3) and they did not reveal signs that distinguish these solutions from the prototype and did not reveal the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result.
Следовательно, заявленные технические решения соответствуют условию "ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ".Therefore, the claimed technical solutions meet the condition "INVENTIVE LEVEL".
Сущность заявленного устройства для базирования и разгрузки крупногабаритных высокоточных зеркал проиллюстрирована ниже:The essence of the claimed device for basing and unloading large-sized high-precision mirrors is illustrated below:
На фиг. 1. представлен общий вид заявленного устройства (в позиции контроля);In FIG. 1. presents a General view of the claimed device (in the control position);
На фиг. 2. представлен фронтальный вид сборки устройства при снятом кожухе;In FIG. 2. presents a front view of the assembly of the device with the cover removed;
На фиг. 3. представлена боковая проекция заявленного устройства (в позиции контроля) со снятым кожухом оправы;In FIG. 3. presents a side projection of the claimed device (in the control position) with the rim cover removed;
На фиг. 4. представлен график зависимости силы взаимодействия между магнитами актуаторов от расстояния между магнитами.In FIG. 4. a graph of the interaction force between the magnets of the actuators on the distance between the magnets is presented.
Устройство для базирования и разгрузки крупногабаритных высокоточных зеркал содержит корпусе 1 с установленной в нем системой разгрузки 2 зеркала, выполненной в виде ленты или рычажной системы в виде коромысла (на рисунках не показана) и расположенной по периферии базируемого в оправе зеркала 3.A device for basing and unloading large-sized high-precision mirrors contains a
В корпусе 1 со стороны нерабочей поверхности 4 зеркала 3 размещена дополнительная система разгрузки, выполненная в виде основания 5, на обращенной к зеркалу 3 рабочей стороне 6 которого расположены мембранно-пневматические элементы 7, имеющие возможность контактирования с нерабочей поверхностью 4 зеркала 3.In the
Силовое воздействие на нерабочую 4 поверхность зеркала 3 осуществляют актуаторы 8, установленные в основании 5 между мембранно-пневматическими элементами 7 дополнительной системы разгрузки зеркала 3 и приводимые в возвратно-поступательные перемещения вдоль своих осей посредством установленных на тыльной стороне 9 основания 5 программно управляемых приводов 10 (например шаговых двигателей марки PL42H48-2,4, передающих поступательное дискретное движение актуаторам 8, например через передачу винт - гайка), соединенных с актуаторами 8. Основание 5 установлено в корпусе 1, например в опорной раме 11, с возможностью поворота ее вместе с рамой 11 в вертикальной плоскости на 90 градусов относительно корпуса 1, например посредством цапф 12, для перехода из позиции формообразования отражающей (рабочей) поверхности зеркала 3 в позицию контроля ее. Система разгрузки 2 зеркала 3, выполненная в виде ленты или рычажной системы в виде коромысла (на рисунках не показана), закреплена в корпусе 1 устройства, например также в опорной раме 11.
На обращенных к базируемому зеркалу 3 концах актуаторов 8 закреплены постоянные магниты 14, например аксиальтные неодимовые из материала Nd-Fe-B типа N35: 30×3 мм., причем на (тыльной) нерабочей поверхности 4 базируемого зеркала 3 также компланарно закреплены, например приклеены, постоянные магниты 15, аналогичные установленным на штоках актуаторов 8.
Постоянные магниты 14, размещенные на актуаторах 8, установлены с возможностью их поворота относительно постоянных магнитов 15, закрепленных на (тыльной) нерабочей поверхности 4 базируемого зеркала 3 своими рабочими поверхностями на 180 градусов для изменения полярности магнитного поля.
Работает предложенное устройство для базирования и разгрузки крупногабаритных высокоточных зеркал в данном случае следующим образом:The proposed device for basing and unloading large-sized high-precision mirrors in this case works as follows:
Подлежащее формообразованию своей отражающей (рабочей) поверхности зеркало 3 устанавливается нерабочей (тыльной) стороной 4 на базовой стороне 6 основания 5, базируясь на мембранно-пневматических элементах 7 системы дополнительной разгрузки.
Разгрузка зеркала 3 от собственного веса осуществляется благодаря воздействию на него дискретных реактивных опорных усилий, минимально отличающихся по величине от расчетных, которые развиваются пневмосистемой объединенных мембранно-пневматических элементов 7 дополнительной системы разгрузки под действием массы зеркала 3. Внутренние полости мембранно-пневматических элементов 7 (например в количестве 18 шт.) дополнительной системы разгрузки заполнены воздухом, соединены в замкнутую систему и подключены к источнику давления (пневмосети - рисунках не показано). При повышении давления в одном каком - либо элементе 7 давление во всех элементах 7 перераспределяется и выравнивается, за счет этого выравниваются местные концентрированные напряжения, равномерно распределяясь по всему зеркалу 3. Для компенсации воздействия массы инструмента в процессе обработки в конструкцию оправ обычно могут быть введены дополнительные опорные элементы (на рисунках не показаны), воспринимающие его массу.The unloading of the
По окончании каждого сеанса обработки проводят контроль (например, интерференционный) с построением с помощью компьютера топографической карты дискретной информации о форме полученной обрабатываемой поверхности.At the end of each processing session, control (for example, interference) is carried out with the construction of a topographic map using a computer of discrete information about the shape of the resulting surface being processed.
Для этого при горизонтальной схеме контроля (оптическая ось контролируемого зеркала 3 - горизонтальна) контролируемое зеркало 3 с рамой 11 поворотом на цапфах 12 переводится из горизонтального положения в вертикальное, базируясь одновременно на мембранно-пнематических элементах 7 дополнительной системы разгрузки и на системе вертикальной разгрузки 2, выполненной, например в виде ленты.For this, with a horizontal control scheme (the optical axis of the controlled
Использование ленты, как показывает практика, наиболее предпочтительно при разгрузке зеркал диаметром до 1200-1500 мм (при отношении t/D=1/8 и не очень большом центральном отверстии в контролируемой детали).The use of tape, as practice shows, is most preferable when unloading mirrors with a diameter of up to 1200-1500 mm (with a ratio t / D = 1/8 and a not very large central hole in the controlled part).
Как упомянуто выше, разгрузка на ленту становится неудовлетворительной для зеркал размером более 1500 мм. и требуется более строгое соблюдение условия приложения усилий, распределенных по косинусоидальному закону по торцевой поверхности зеркала в плоскости его центра тяжести.As mentioned above, unloading onto the tape becomes unsatisfactory for mirrors larger than 1500 mm. and more stringent compliance with the conditions for the application of forces distributed according to the cosine law along the end surface of the mirror in the plane of its center of gravity is required.
Вместо ленты в подобных случаях может быть использована, например разгрузка оптической детали (зеркала) при горизонтально направленной оптической оси на жесткой оправе с торцевой и боковой рычажной системой [1], которая, как показывает практика, по сравнению с разгрузкой на ленту обеспечивает строгое соблюдение закона косинусов и при прочих равных условиях уменьшает деформации поверхности приблизительно в 6 раз.Instead of a tape in such cases, it can be used, for example, unloading an optical part (mirror) with a horizontally directed optical axis on a rigid frame with an end and side linkage system [1], which, as practice shows, compares with the law in strict comparison with unloading on a tape cosines and ceteris paribus reduces surface deformation by about 6 times.
Для стабилизации формы отражающей поверхности зеркала при контроле высокоточных крупногабаритных зеркал, особенно асферики, в том числе внеосевой, улучшения ее качества, облегчения конструкции, расширения динамического диапазона работы зеркала, обеспечения заданной формы функции отклика отражающей поверхности в данном устройстве конструктивно заложены возможности использования приемов упругой деформации уже обработанной отражающей поверхности готового зеркала для доведения ее до требуемой формы посредством силового воздействия актуаторами (толкателями) на тыльную (нерабочую) поверхность зеркала в нужных точках и с требуемым усилием.To stabilize the shape of the reflecting surface of the mirror when controlling high-precision large-sized mirrors, especially aspherics, including off-axis, improving its quality, simplifying the design, expanding the dynamic range of the mirror, providing a given shape of the response function of the reflecting surface in this device, the possibilities of using elastic deformation techniques already processed reflective surface of the finished mirror to bring it to the desired shape by force actuators (pushers) on the back (non-working) surface of the mirror at the right points and with the required effort.
С этой целью, как упомянуто выше, предложенное устройство снабжено установленными в тыльной стороне 9 основания 5 актуаторами 8, связанными с блоком управления от компьютерной программы (на рисунках не показан) работой их приводов 10. Актуаторы 8 имеют возможность возвратно-поступательного перемещения вдоль своих осей и оказывают силовое воздействия на нерабочую (тыльную) поверхность 4 зеркала 3.To this end, as mentioned above, the proposed device is equipped with
Кроме того, на обращенных к базируемому зеркалу концах актуаторов 8 закреплены постоянные магниты 14, причем на тыльной нерабочей поверхности 4 базируемого зеркала 3 также компланарно закреплены постоянные магниты 15, аналогичные установленным на актуаторах 8.In addition,
Постоянные магниты 14, размещенные на концах актуаторов 8, установлены с возможностью поворота рабочими поверхностями относительно постоянных магнитов 15, закрепленных на тыльной нерабочей поверхности 4 базируемого зеркала 3 на 180 градусов для изменения полярности создаваемого ими магнитного поля.
После обработки зеркала 3 регистрируется интерференционная картина от его рабочей поверхности. Полученная интерферограмма расшифровывается, строится топографическая карта поверхности и записывается в текстовый файл расширения «*.top». Имея реальную топографическую карту поверхности, подлежащей адаптации, программа подбирает линейную комбинацию функций откликов, создающую деформацию, приближенно равную реальной с противоположным знаком.After processing the
При приложении к тыльной поверхности 4 найденной комбинации воздействий исходная деформация рабочей поверхности зеркала 3 компенсируется, форма поверхности приближается к номинальной с заданной точностью. Актуаторы 8 способны изгибать поверхность как в сторону выпуклости, так и вогнутости, что обеспечило устранение ошибок обоих типов - яма и бугор.When applied to the
Физическая реализация системы адаптации поставила вопрос о выборе устройства, создающего усилия на поверхности детали. В предлагаемом устройстве (созданном для адаптации зеркала ∅ 1155 мм) использовано всего 22 актуатора 8, каждый из которых представляет собой пару неодимовых магнитов 14 и 15, работающих на отталкивание или притяжение. Один из магнитов закреплен на тыльной 4 поверхности зеркала 3, другой - на переменном расстоянии от первого, на конце актуатора 8, связанного, например через пару винт гайка с выходным валом своего привода 10. Шаговый двигатель (модели PL42H48-2,4) обеспечивает дискретное линейное перемещение актуатора 8 (уменьшение или увеличение воздушного зазора между магнитами). На блок управления приводами 10 с компьютера последовательно подается рассчитанная по программе величина перемещения каждого магнита 14. Шаговый двигатель проходит количество шагов в соответствии с поданной командой. Один шаг двигателя соответствует перемещению выходного вала привода на 5 мкм.The physical implementation of the adaptation system raised the question of choosing a device that creates forces on the surface of the part. In the proposed device (designed to adapt the mirror ∅ 1155 mm), only 22
При изготовлении и эксплуатации крупногабаритной оптики возникает проблема, связанная с деформацией рабочей поверхности оптических деталей (зеркал), особенно облегченных и тонких под собственным весом. На примере зеркала диаметром ∅ 1155 мм в АО «НПО «Оптика» была продемонстрирована возможность адаптации формы поверхности до требуемой точности с помощью актуаторов, управляемых компьютерной программой.In the manufacture and operation of large-sized optics, a problem arises related to the deformation of the working surface of optical parts (mirrors), especially lightweight and thin under their own weight. Using an example of a mirror with a diameter of ∅ 1155 mm, JSC NPO Optika demonstrated the possibility of adapting the surface shape to the required accuracy using actuators controlled by a computer program.
Специалистами АО «НПО «Оптика» были выполнены исследования динамики изменения формы поверхности зеркала ∅ 1155 мм с радиусом рабочей поверхности 20000 мм и диаметром световой зоны 1000 мм при различных вариантах его базирования. Результаты исследований показали, что имеет место нестабильность формы поверхности зеркала.Specialists of JSC NPO Optika performed studies on the dynamics of changes in the shape of the mirror surface ∅ 1155 mm with a radius of the working surface of 20,000 mm and a diameter of the light zone of 1000 mm for various variants of its basing. The research results showed that there is instability in the shape of the surface of the mirror.
Требования к изготовлению рабочей поверхности составляли величину λ/80 для среднеквадратического значения отклонения от номинальной формы (СКО) на световой зоне. После шлифования и полирования значение СКО при вертикальной установке зеркала составляло λ/80. После опускания в горизонтальное положения при повторном контроле обнаружилось, что поверхность деформировалась и СКО равняется λ/10. Таким образом, при перемене положения зеркала и повторном закреплении его рабочая поверхность деформируется под весом зеркала по случайному закону.The requirements for the manufacture of the working surface were λ / 80 for the standard deviation from the nominal shape (RMS) in the light zone. After grinding and polishing, the standard deviation for vertical installation of the mirror was λ / 80. After lowering to the horizontal position during repeated control, it was found that the surface was deformed and the standard deviation equals λ / 10. Thus, when the mirror is repositioned and reattached, its working surface is deformed under the weight of the mirror according to a random law.
На основании анализа полученных результатов было принято решение осуществить адаптирование формы поверхности зеркала. Для этого с учетом технических требований была разработана система адаптации, содержащая механический блок с расположенной на нем системой актуаторов, осуществляющих физическое воздействие на тыльную (нерабочую) поверхность зеркала, блок управления и программные средства (программу адаптации). Последняя предназначена для вычисления перемещений актуаторов, обеспечивающих усилия, которые должны быть приложены к обратной поверхности зеркала для того, чтобы компенсировать искривления рабочей поверхности. С помощью системы предполагалось проводить адаптацию зеркала, зафиксированного в рабочем положении, добиваясь значения СКО λ/80.Based on the analysis of the results, it was decided to adapt the surface shape of the mirror. To do this, taking into account the technical requirements, an adaptation system was developed that contains a mechanical unit with a system of actuators located on it that physically affects the rear (non-working) surface of the mirror, the control unit and software (adaptation program). The latter is designed to calculate the movements of the actuators, providing the forces that must be applied to the back surface of the mirror in order to compensate for the curvature of the working surface. With the help of the system, it was supposed to adapt the mirror fixed in the working position, achieving the RMS value λ / 80.
После обработки зеркала регистрировалась интерференционная картина от его рабочей поверхности, строилась топографическая карта поверхности и, имея реальную топографическую карту поверхности, подлежащей адаптации, программа подбирала линейную комбинацию функций откликов, создающую деформацию, приближенно равную реальной с противоположным знаком. При приложении к тыльной поверхности найденной комбинации воздействий исходная деформация рабочей поверхности компенсировалась, форма поверхности приближалась к номинальной с заданной точностью.After processing the mirror, an interference pattern from its working surface was recorded, a topographic map of the surface was built, and having a real topographic map of the surface to be adapted, the program selected a linear combination of response functions that created a deformation that was approximately equal to the real one with the opposite sign. When a combination of actions was applied to the back surface, the initial deformation of the working surface was compensated, and the surface shape approached the nominal one with a given accuracy.
Программа принимала на вход набор функций отклика и топографическую карту поверхности, подлежащей адаптации в формате «*.top». Затем на основании математической модели поверхности детали, подвергающейся воздействию системы адаптации, программа вычисляла оптимальные величины усилий, которые должны выработать привода системы адаптации для того, чтобы адаптируемая поверхность приняла форму, при которой СКО поверхности будет минимальным.The program received a set of response functions and a topographic map of the surface to be adapted in the “* .top” format as an input. Then, on the basis of a mathematical model of the surface of the part exposed to the adaptation system, the program calculated the optimal magnitudes of the forces that the adaptation system drives must develop in order for the adaptable surface to take the form at which the surface RMS is minimal.
Выходным параметром программы адаптации, поступающим в систему управления, должно являться количество шагов двигателя, обеспечивающее необходимые для адаптации усилия актуаторов. Задача усложняется тем, что связь между силой отталкивания магнитов и воздушным промежутком между ними не является линейной. Для пар магнитов, установленных в макете системы адаптации, была экспериментально измерена эта зависимость.The output parameter of the adaptation program entering the control system should be the number of engine steps, providing the actuators necessary for adaptation. The task is complicated by the fact that the relationship between the repulsive force of the magnets and the air gap between them is not linear. For pairs of magnets installed in the layout of the adaptation system, this dependence was experimentally measured.
Полученная зависимость имеет вид кривой, изображенной на графике на Фиг. 5. Учитывая данную зависимость, программа адаптации пересчитывает величины усилий в количество шагов двигателя и передает соответствующий набор команд в систему управления.The obtained dependence has the form of a curve depicted in the graph in FIG. 5. Given this dependence, the adaptation program recalculates the magnitude of the effort into the number of engine steps and transfers the corresponding set of commands to the control system.
Проделанная работа продемонстрировала возможность создавать системы адаптации, в которых процесс адаптации проходит по заранее рассчитанному сценарию и не требует интерференционного контроля поверхности во время работы системы. Кроме того, априорный расчет усилий позволил оценить максимально возможный результат адаптации и выбрать наилучшую конфигурацию для актуаторов. Компьютерные методы моделирования открывают новые возможности для создания крупногабаритных оптических деталей, отвечающих высоким техническим требованиям. Становится возможным добиваться требуемой формы поверхности не только за счет механической обработки, но и путем адаптации.The work done has demonstrated the ability to create adaptation systems in which the adaptation process proceeds according to a pre-calculated scenario and does not require interference control of the surface during the operation of the system. In addition, a priori calculation of efforts made it possible to evaluate the maximum possible adaptation result and choose the best configuration for actuators. Computer simulation methods open up new possibilities for creating large-sized optical parts that meet high technical requirements. It becomes possible to achieve the required surface shape not only by machining, but also by adaptation.
Анализ различных вариантов размещения актуаторов на поверхности детали позволил предположить, что наилучший результат адаптации получается при наибольшем количестве актуаторов. Максимальное улучшение СКО формы поверхности для исследуемого зеркала ∅ 1155 мм, рассчитанное с помощью программы, - в 17 раз.An analysis of various options for placing actuators on the surface of the part suggests that the best adaptation result is obtained with the largest number of actuators. The maximum improvement in the standard deviation of the surface shape for the studied mirror ∅ 1155 mm, calculated using the program, is 17 times.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ".Thus, the claimed technical solution meets the condition "INDUSTRIAL APPLICABILITY".
Источники информации, использованные при подготовке данной заявки:Sources of information used in the preparation of this application:
1. Справочник технолога - оптика под редакцией М.А. Окатова, Издательство Политехника, Санкт-Петербург, 2004. стр. 366-377.1. Reference technologist - optics edited by MA Okatova, Polytechnic Publishing House, St. Petersburg, 2004. p. 366-377.
2. Статья «Изготовление крупногабаритной оптики наземного и космического базирования», авторы: Магомед А. Абдулкадыров, Сергей П. Белоусов, Александр. Игнатов, Владимир Е. Патрикеев, Виталий В. Придня, Андрей В. Полянщиков, Виктор В. Румянцев, Анатолий В. Самуйлов, Александр П. Семенов, Юрий А. Шаров, опубликована 27.06.2016 г. на сайте Lzos.ru2. Article “Production of large-sized optics for ground and space-based”, authors: Magomed A. Abdulkadyrov, Sergey P. Belousov, Alexander. Ignatov, Vladimir E. Patrikeev, Vitaly V. Pridnya, Andrey V. Polyanshchikov, Victor V. Rumyantsev, Anatoly V. Samuilov, Alexander P. Semenov, Yuri A. Sharov, published on June 27, 2016 on the website Lzos.ru
3. Патент РФ №2047880 C1, G02B 26/06; G02B 5/10, 28.06.19913. RF patent No. 2047880 C1, G02B 26/06;
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017121547A RU2677036C2 (en) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Device for basing and unloading of large-sized high-accuracy mirrors during their formation and control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017121547A RU2677036C2 (en) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Device for basing and unloading of large-sized high-accuracy mirrors during their formation and control |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017121547A RU2017121547A (en) | 2018-12-19 |
| RU2017121547A3 RU2017121547A3 (en) | 2018-12-19 |
| RU2677036C2 true RU2677036C2 (en) | 2019-01-15 |
Family
ID=64746785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017121547A RU2677036C2 (en) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Device for basing and unloading of large-sized high-accuracy mirrors during their formation and control |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677036C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6209188B1 (en) * | 1995-08-29 | 2001-04-03 | Cna Manufacturing Systems, Inc. | Flexible tooling method |
| RU2247018C2 (en) * | 2002-10-24 | 2005-02-27 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Universal automatic complex for basing and working large-size sheet parts and method for basing them |
| US20090057971A1 (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-05 | Karl Bumgarner | Universal holding fixture |
| WO2011017652A2 (en) * | 2009-08-06 | 2011-02-10 | Par Systems, Inc. | Flexible fixture |
| RU2495738C1 (en) * | 2012-02-02 | 2013-10-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Flexible automated locating system |
| RU2553171C2 (en) * | 2010-11-05 | 2015-06-10 | К.М.С. С.П.А. | Device for lessening of weight of panels or plates by removal of material |
-
2017
- 2017-06-19 RU RU2017121547A patent/RU2677036C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6209188B1 (en) * | 1995-08-29 | 2001-04-03 | Cna Manufacturing Systems, Inc. | Flexible tooling method |
| RU2247018C2 (en) * | 2002-10-24 | 2005-02-27 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Universal automatic complex for basing and working large-size sheet parts and method for basing them |
| US20090057971A1 (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-05 | Karl Bumgarner | Universal holding fixture |
| WO2011017652A2 (en) * | 2009-08-06 | 2011-02-10 | Par Systems, Inc. | Flexible fixture |
| RU2553171C2 (en) * | 2010-11-05 | 2015-06-10 | К.М.С. С.П.А. | Device for lessening of weight of panels or plates by removal of material |
| RU2495738C1 (en) * | 2012-02-02 | 2013-10-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Flexible automated locating system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ОКАТОВ М.А. и др. Справочник технолога-оптика, СПб, изд. Политехника, 2004, стр. 366-377. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017121547A (en) | 2018-12-19 |
| RU2017121547A3 (en) | 2018-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103411106B (en) | A kind of nesting type rhombus amplification two-dimensional precisely locating platform | |
| Wang et al. | Highly efficient deterministic polishing using a semirigid bonnet | |
| CN110716321B (en) | Off-axis two-mirror system assembling and adjusting method | |
| Shanbhag et al. | Ion-beam machining of millimeter scale optics | |
| CN103447891A (en) | Magnetorheological high-precision positioning device and magnetorheological removal function conversion method | |
| Hu et al. | Edge control in a computer controlled optical surfacing process using a heterocercal tool influence function | |
| RU2677036C2 (en) | Device for basing and unloading of large-sized high-accuracy mirrors during their formation and control | |
| Hinz et al. | Generating curved deformable facesheets via free form slumping | |
| Walker et al. | Title advances in optical fabrication for astronomy | |
| Hinz et al. | Progress on creating thin curved glass facesheets for deformable mirrors via free form slumping | |
| Hashigaya et al. | High-precision grinding of thin and large optical workpieces with the kinematic support | |
| Frapolli et al. | Year one into ELT M1 segments manufacturing | |
| Poteet et al. | Design and fabrication of three 1.6-meter telescopes for the Korea Microlensing Telescope Network (KMTNet) | |
| Erickson et al. | Optimization of the optomechanical interface employing diamond machining in a concurrent engineering environment | |
| Poutriquet et al. | Manufacturing of glassy thin shell for adaptive optics: results achieved | |
| Semenov et al. | Aspherization of off-axis high-asphericity mirrors with arbitrary external circuit by means of CNC machines | |
| Zhao et al. | Path optimization for uniform removal pre-polishing of optical glass with industrial robots | |
| Hugot et al. | Active optics: off axis aspherics generation for high contrast imaging | |
| Hugot et al. | Stress polishing of thin shells for adaptive secondary mirrors-Application to the Very Large Telescope deformable secondary | |
| Rey et al. | A low cost, high performance, 1.2 m off-axis telescope built with NG-Xinetics silicon carbide | |
| Rumpel et al. | Minimizing polishing times in asphere production by ultra-precision grinding | |
| Proserpio et al. | JIM: a joint integrated module of glass x-ray optics for astronomical telescopes | |
| Semenov et al. | Manufacturing progress of production of high aspherical axis and off-axis astronomical and space optics for the last decade | |
| Schwartz et al. | An approach to fabrication of large adaptive optics mirrors | |
| US20240018030A1 (en) | Hot forming of curved mirrors without the need for a mandrel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200620 |