книги из ГПНТБ / Оптико-электронные приборы сборник статей

тами, в смоляном слое которых внедрен (закреплен) абразивный порошок, и обработки их на станках с принудительным вращением обоих звеньев. И в том и в другом случаях в способе обработки, а также в его результатах никаких существенных изменений не на­ блюдается.

Две сферические поверхности разных радиусов, наложенные одна на другую, теоретически соприкасаются по одной окружности. Так как радиусы рабочей поверхности инструмента и обрабатывае­ мой поверхности заготовки почти одинаковы, то при наличии слоя абразивной суспензии и пластических деформаций смолы обес­ печивается их соприкосновение по кольцевым зонам или площадям практически конечных размеров.

Особенности обработки способом свободного притира

Рассмотрим некоторые кинематические и технологические осо­ бенности способа свободного притира, которые приводят к разно­ родным результатам обработки.

Между рабочей поверхностью притира и обрабатываемой по­ верхностью заготовки находится множество зерен водной суспен­ зии абразивных порошковЭнергия, затрачиваемая станком, пере­ дается от инструмента к заготовке только теми зернами, которые одновременно контактируют (и только в эти моменты времени) с верхним и нижним звеньями. Эти зерна перемещаются по направ­ лению мгновенного вектора относительной скорости в точке кон­ такта между поверхностямиЗаконы перемещения массы суспен­ зии с остальными зернами, не работающими в данный момент, на­ рушаются препятствиями, встречающимися на их пути. Практика показывает, что в нормальных условиях работы поддерживается достаточно равномерное распределение зерен по всей обрабаты­ ваемой поверхности.

Высокая степень совершенства микрогеометрии обрабатывае­ мой поверхности без затраты специальных усилий достигается только при использовании абразивных материалов высокого каче­ ства фракционирования. Характеристики абразивной суспензии влияют лишь на микрогеометрию и чистоту обрабатываемой по­ верхности. Высота неровностей обычно составляет 5—4 мк после мелкой шлифовки и меньше 0,03 мк после полировки.

При способе обработки свободным притиром достигается нанлучшее совпадение формы реальной обработанной оптической по­ верхности с идеальной геометрической.

Рабочие поверхности сплошных шлифовальников сохраняют следы правки — «резы» и волнистость профиля в пределах десят­ ков микрон. Обраббтанные же ими поверхности стекла имеют ма­ крогеометрию с отступлениями от геометрического профиля, в не­ сколько десятков раз меньшими.

Рабочие поверхности полировальников сохраняют глубокие следы «резов», заметные невооруженному глазу неровности и бо­ лее мелкие, напоминающие «столовые горы» [6]. Окончательно от­

41

полированная оптическая поверхность имеет отступления от гео­ метрической в десятые и даже в сотые доли микрона. Эти отступ­ ления в сотни и тысячи раз меньше, чем на рабочей поверхности полировальника.

Неточности изготовления и настройки оптических станков (рис. 6) мало сказываются на качестве макрогеометрии обрабатываемой поверхности.

Упрощение кинематической схемы обработки, неправильная на­ стройка станка и инструмента и несоответствие между расположе­ нием осей вращения приводят к появлению, ошибок формы обра­ батываемых поверхностей. Но всегда ошибки формы остаются меныйе двойного размера абразивного зерна основной фракции.

Макрогеометрия реальной оптической поверхности характери­ зуется средней величиной ошибок формы, которые выражаются числами AN>Q,\N- Только при требовании ДУ<0,3 для поверх­ ностей так называемых точных, а также тонких деталей приходит­ ся при обработке предусматривать специальные меры. Во всех остальных случаях достижение заданной макрогеометрии не со­ ставляет затруднений-

Свободный притир не обеспечивает длительной стабильности, повторяемости получения, заданного радиуса кривизны обрабаты­ ваемой сферической или плоской поверхности. Нестабильность за­ висит от нескольких разнородных причин.

Кинематические схемы обработки заготовок на оптических и металлорежущих станках отличаются тем, что на первых отсут­ ствует геометрическое построение формы поверхности и размера детали. Замыкание рабочей поверхности инструмента 2 (рис. 6) и заготовки 1 происходит не геометрически с помощью направлярщих станка, а нажатием (силой Р) поводка на верхнее звено через сферический шарнир 3, обеспечивающий самоустанавливаемость соприкасающихся поверхностей. Оптические инструменты одной и той же геометрии применяются на станках, работающих по различ­ ным кинематическим схемам обработки заготовок. При этом об­ разуются только плоские или сферические поверхности.

Сплошная рабочая поверхность шлифовальников и полироваль­ ников никогда полностью не соприкасается с обрабатываемой по­ верхностью заготовки, так как всегда 03> рдСоприкосновение между ними происходит одновременно по нескольким отдельным площадкам или круговым зонам, число и геометрия которых (см. рис. 1) меняется во время обработки.

Если по переходам шлифовки радиус кривизны заготовки уменьшается, то радиус рабочей поверхности инструмента увели­ чивается или идет обратный процесс. После мелкой шлифовки образуется сфера (плоскость) заданного радиуса. Отклонения ра­ диуса от заданного размера могут иметь как положительные, так и отрицательные значения. Эти отклонения больше допустимых для полированной поверхности, что затрудняет дальнейшую обра­ ботку. Поэтому обычно мелкой шлифовкой задают определенное

по направлению отклонение радиуса от его номинального значе­ ния.

42

УДК 681.41 : 535.313.23

Инж. Г. М. МОСЯГИН

О ВЫБОРЕ ВЕЛИЧИНЫ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОТВЕРСТИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Методика расчета величины относительного отверстия оптиче­ ской системы в фотоэлектрических устройствах при неподвижном взаимном расположении оптической системы и приемникаизлуче­ ния рассмотрена в статье [1].

В некоторых случаях необходимо, чтобы приемник излучения в процессе работы фотоэлектрического устройства оставался непод­ вижным, а объектив разворачивался относительно приемника на некоторые углы. Это дает возможность увеличить общее поле об­ зора при малых значениях поля зрения оптической системы. В этом случае также необходимо выбрать оптимальную величину относи­ тельного отверстия оптической системы в зависимости от угла раз­ ворота объектива относительно неподвижного приемника излуче­ ния.

Чувствительность фотоэлектрического устройства зависит от коэффициента полезного действия т0Пт и относительного отверстия

f'

оптической системы (1 : -j-) для выбранного приемника излучения

с заданной величиной площадки [1]. Так как к.п.д. зависит от угла разворота и величины относительного отверстия, то, следовательно,

необходимо найти зависимость т0ПтР = / (р) для различных относи­ тельных отверстий.

В качестве примера рассмотрим зеркально-линзовый объектив, представленный на рис. 1. Он состоит из концентрического менис­ ка 1, зеркал 2, 4, приемника лучистой энергии 3 и может развора­ чиваться относительно точки А на различные углы р. При разворо­ те объектива на угол р, как это видно из рис. 1 (положение /), уве­ личиваются углы падения лучистой энергии на приемник для по­ тока от верхней части объектива и соответственно уменьшаются у1лы падения от его нижней части. Следовательно, величина вос­

принятого потока от верхней части объектива уменьшается, а от нижнеи части увеличивается.

44

Вычислим элементарный лучистый поток d Ф, падающий от элементарной площадки dS на площадку приемника лучистой энер­ гии dS'.

I*

Рис. 2. Определение лучистого потока, падающего на эле­ мент плоскости изображения, который наклонен к оптической оси.

Величину элементарного потока d Ф находим по известной фор­ муле [2]

где В' — яркость элемента dS\

L — расстояние от центра элемента dS до центра элемента dS'.

Выходной сигнал с приемника лучистой энергии от падающего под углом 6 элементарного лучистого потока d Ф, как это было по­ казано ранее [1], определяется зависимостью

46

/ (6) — зависимость выходного сигнала с приемника излучения от угла падения б постоянного лучистого потока на площадку приемника.

Для фотосопротивлений типа ФСК с достаточной для инже­ нерных расчетов точностью можно считать, что f (6)= c o s6. С уче­ том этого формула (2) принимает вид

здесь dUBI>,x' — выходной сигнал от элементарного потока d Ф, от­ несенный к единице площадки фотосопротивления.

Полный выходной сигнал с фотосопротивления получаем после интегрирования уравнения (3') по всей площади кругового сече­ ния пучка:

Для интегрирования (4) необходимо знать зависимость угла 6 от координат площадки dS, т. е. cos б=f (г, ф) при развороте фо­ тосопротивления на угол р.

Из рис. 2 имеем

Величина АК определяется как

АК = GA — GK — f (cosp — tgacos©sinP) ,

а следовательно,

АС — L = —-— .

COS а

Подставляя значения АК и АС в (5), окончательно получаем

Подставляя (5') в (4) и принимая во внимание равенства

47

Величина k для данного фотосопротивления, в пределах его линейной части световой характеристики, остается постоянной и может быть вынесена из-под знака интеграла. Яркость В' после прохождения лучистого потока через мениск, при равномерном рас­ пределении перед мениском лучистого потока по сечению, перпен­ дикулярному к его оси, не остается постоянной для каждого эле­ мента dS. Величина яркости В' будет изменяться вдоль диаметра отверстия мениска, так как меняются углы падения лучистого потока на поверхность мениска. Величину В' после прохождения лучистого потока через мениск можно выразить, используя форму­ лу Френеля, которая дает зависимость коэффициента отражения от угла падения потока на поверхность раздела воздух — матери­ ал. Однако это сильно усложняет математические выкладки.

Поскольку величину выходного сигнала с фотосопротивления определяем в зависимости от разворота объектива (относительно неподвижного приемника излучения для определенного относи­ тельного отверстия), то на основании обобщенной теоремы о сред­ нем [3] для каждого относительного отверстия объектива яркость можно характеризовать средним значением В и, следовательно, вы­ нести ее в формуле (6) из-под знака интеграла. Вынося k я В изпод знака интеграла и раскрывая скобки во внутреннем интеграле, получаем

( 6')

Интегрируя сначала выражение в квадратных скобках по а, а за­ тем по ср, получаем окончательно

48

Таким образом выходной сигнал с фотосопротивления в отно­ сительных единицах при развороте оптической системы на угол р относительно неподвижного приемника

*ЛыхР =

(cos3 a, — COS3 a 2)

(8)

Величина к.п.д. оптической системы при ее развороте на угол р может быть найдена по формуле

где величина топт определяется по методике, изложенной в статье

Ш.

Рассчитав по (8) величину £/ВыХр ' Для различных относитель­ ных отверстий оптической системы (т. е. для различных а) при разных углах разворота р, можно построить график зависимости ^выхр' —f (р). Из этих графиков легко определить потери чув­ ствительности фотоэлектрического устройства при разных углах разворота.

Определим полный выходной сигнал /7ВЫхр ' зеркально-линзово­ го объектива (см. рис. 1), имеющего f'~ 60 мм. В качестве прием­ ника излучения взято фотосопротивление типа ФСК-1. Расчет про­ водим для различных относительных отверстий при разных углах наклона объектива. Результаты расчета сведены в табл. 1.

Таблица 1

По данным табл. 1 строим графики Пвь1хр /= / (р), которые представлены на рис. 3 (сплошные кривые).

Для подтверждения полученных расчетных зависимостей была проведена экспериментальная проверка на установке, схема кото-

Рис. 3. Графики зависимости выходного сигнала с фотосопротивления от угла его наклона к оптической оси:

рой показана на рис- 4. В качестве объектива был взят зеркально­ линзовый объектив с f '^ 6 0 ’MM, в качестве приемника излучения — фотосопротивление типа ФСК-1.

Световой поток от лампочки 1 (рис. 4) модулируется диском 2, вращающимся от мотора 3. Фотосопротивление 4 установлено на поворотном столике и может разворачиваться на разные углы р относительно неподвижного объектива 5 (что эквивалентно раз­ вороту объектива относительно неподвижного приемника). Диаф­ рагма 6 служит для изменения диаметра объектива (относитель­

ного отверстия). Сигнал с фотосопротивления подается на усили­ тель 7.

Для каждого относительного отверстия снимали значения вы­ ходного сигнала с фотосопротивления при углах р = 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 . При этом величина светового потока от лампочки была

50