13.2. Технология цилиндрических линз

Одной из отличительных особенностей технологии цилиндриче­ских линз является отсутствие операции центрирования. Заданное взаим­ное расположение преломляющих поверхностей таких линз обеспечива­ют за счет точности выполнения всех операций предусмотренных техно­логическим процессом.

У точно изготовленных линз проекции образующих АА' и ББ' (рис. 53) цилиндрических поверхностей на плоскость W должны совпа­дать друг с другом, а их проекции на плоскость V должны быть парал­лельны. В реальном процессе возникают как ошибки формы (N, AN) поверхностей, так и погрешность их взаимного расположения. К последним относятся:

- разворот образующих цилиндрических поверхностей, характе­ризуемый углом (з;

- клиновидность, определяемая углом у;

- децентрировка, которая может быть вызвана двумя причинами:

1. параллельным смещением одной поверхности относительно другой. В этом случае величина децентрировки одинакова в любом сече­нии линзы,

2. разворотом ци-индрических поверхно-гей. Размер децентри-овки неодинаков по [дине линзы и зависит от тла JJ разворота обра-(ующих, места их пересе-1ения и расстояния, на котором от этого места удалено рассматриваемое сечение.

Допуски на конст­руктивные параметры линз зависят от назначе­ния оптической системы. В частности у линз ана­морфотных съемочных (НАС) и проекционных (НАЛ) разворот обра­зующих р, клиновидность у и децентрировку ограничивают пределами

30"-Г.

Статистическая обработка данных контроля параметров линз изго­тавливаемых по типовым процессам показывает, что погрешности, кото­рые определяют разворот образующих, подчиняются в основном закону нормального распределения. Но центр группирования отклонения угла {5 большей частью не совпадает с серединой поля допуска. Смещение цен­тра группирования свидетельствует о наличии в процессе систематиче­ских ошибок, а величину поля рассеяния определяют случайные погреш­ности. Использование статистических методов анализа технологического процесса позволяет оценить влияние каждой операции на точность фор­мообразования цилиндрических поверхностей, выявить источники по­грешностей и наметить пути их устранения. Такими источниками могут быть несколько операций.

Обрабатываются боковые стороны заготовок. В результате выпол­нения этой операции должен быть выдержан заданный размер линзы по ширине. Непараллелъность боковых сторон, которые в последующем вы­полняют функцию баз, допускают равной 0,01 мм, хотя, исходя из требо-

~аний, предъявляе-tbix сборкой и юс-:ировкой прибора, допуск может быть расширен до 0,02 мм. Обрабатывае­мые заготовки 1, устанавливают по­следовательно сто­ронами А и Б в за­жимное приспособ­ление 2 (рис. 54). Обработка произ­ водится алмазным инструментом на

вертикально-фрезерном станке. Опорной базой при установке положи­тельных линз служат предварительно нанесенные на преломляющие по­верхности плоские фаски В, у отрицательных - фаски Г. Непараллель­ность сторон А и Б, которую вносят данная операция, представляет слу­чайную погрешность. При отклонении в пределах заданного допуска на базе длиной 100 мм, непараллельность сторон, выраженная в угловой ме­ре, составит 20". В определенных условиях (см. следующую операцию) при 20" может увеличиться разворот образующих. Предварительное шлифование цилиндрических поверхностей выполняют на горизонталь­но-фрезерном станке при помощи алмазного инструмента 1, профиль ме­ридионального сечения которого соответствует радиусу данной цилинд­рической поверхности (рис. 55). Заготовки 2 устанавливают в зажимном приспособлении 3, закрепленном на столе станка? Положение фиксируют, прижимая заготовки стороной А или Б к направляющей базе 4. Анало­гично формируют вторую цилиндрическую поверхность.

Эта операция может вызвать разворот образующих цилиндриче­ских поверхностей. Основной источник погрешности - неправильная ус­тановка приспособления на столе станка, при которой направляющая база 4 будет составлять с направлением перемещения стола 5 некоторый угол а. На соответствующий угол окажется развернутой образующая обраба­тываемой поверхности по отношению к боковой стороне (базирующей поверхности) заготовки.

После предварительного шлифования второй поверхности, с со­хранением той же базы (поворот заготовки на 180° вокруг оси перпендикулярной оси цилиндра), об­разующие будут развернуты от­носительно друг друга на угол J3 = 2а. При ус­тановке с изме­нением базы (поворот заго­товки на 180° вокруг оси па­ раллельной оси

цилиндра), образующие будут развернуты на угол Р = 2а ± Да, где Да -выраженная в угловой мере непараллельность сторон А и Б, возникшая при выполнении предшествующей операции. Знак при Да - определяется совпадением или несовпадением направления вершины угла а разворота приспособления с направлением вершины клина образованного непарал­лельностью сторон А и Б заготовки. Знак "+" соответствует случаю, когда угол Да вершины клина заготовки не совпадает с направлением угла а разворота приспособления. Знак "-" соответствует совпадению угла Да вершины клина с направлением угла а разворота приспособления.

Неправильная установка приспособления на столе станка вносит систематическую ошибку в разворот образующих, вызывая смещение центра группирования отклонений угла Р с середины поля допуска. Уст­раняют эту ошибку корректировкой положения приспособления. Источ­ником систематической ошибки может быть и неперпендикулярность на­правления перемещения стола станка по отношению к оси вращения ин­струмента. К случайным погрешностям, которые возникают при выпол­нении данной операции, относятся: непараллельность боковых сторон за­готовок, погрешность закрепления, износ направляющих стола станка, вызывающий нарушение прямолинейности его перемещения.

Заготовки положительных и отрицательных цилиндрических линз, также как и линз со сферическими поверхностями, устанавливают по на­строечной базе. Отличает их конструкция притирочного и наклеечного приспособлений, которые в данном случае представляют собой часть ци­линдра. При установке заготовок по настроечной базе погрешность вза­имного расположения цилиндрических поверхностей, т.е. разворот обра­зующих не может быть меньше полученного после выполнения операции предварительного шлифования. Уменьшить ее можно только в том слу­чае, если при установке заготовок для тонкого шлифования и полирова­ния "второй" цилиндрической поверхности, базой определяющей их по-

ложение на приспо­соблении будет слу­жить образующая первой поверхности.

На рис. 56 при­ведена принципиаль­ная схема станка для тонкого шлифования и полирования блоков с заготовками цилин­дрических линз. Блок 1 с заготовками закре­пляют неподвижно не станке. Продольное движение поводку 2 с инструментом вдоль оси цилиндра сообщается при качательном движении механизма состоящего из головки 3, штанги 4 с ползуном поводка 2. Движение передается от двигателя через червячный редуктор 6 с эксцентриковым выходным валом. На вал надета эксцентри­ковая втулка 7, которая шарнирно соединена с рычагом 8. При вращении привода поводок совершает качания с частотой 12 - 120 двойных ходов в минуту. Привод качания расположен на подвижной каретке 9, которая перемещается перпендикулярно оси цилиндра. Привод движения каретки аналогичен приводу качания, От двигателя 10 движение через червячный редуктор передается на эксцентриковый вал 12, на который надета экс­центриковая втулка 13 с серьгой 14. Последняя шарнирно соединена с ка­реткой 9. При вращении эксцентриковой пары каретка совершает воз­вратно-поступательное движение с частотой 12-120 двойных ходов в ми­нуту.

Технологический кон­троль разворота образующих цилиндрических поверхностей выполняют при помощи кон­тактно-механического устрой­ства (рис. 57): цилиндриче­скую линзу 1 устанавливают на опорные ножи 2 столика 3 и прижимают боковой сторо­ной А, выбранной в качестве базы, к неподвижному упору 4 и наконечнику 5 индикатора 6. Упор и наконечник предвари­тельно выставляют так, чтобы линия, проведенная через них,

была параллельна ножам с точностью 2-3 мкм. При этом индикатор 6 покажет линейную величину ai непараллельности образующей, лежащей на опорах по отношению к базовой поверхности А. Затем линзу перево­рачивают и устанавливают на ножах второй поверхностью, прижимая к упору той же стороной А. Индикатор 6 покажет непараллельность А2 об­разующей второй поверхности по отношению к базе. Величину угла раз­ворота р образующих получают алгебраическим суммированием значе­ний Л] и А₂

где L - длина измерительной базы.

К числу положительных качеств устройства помимо простоты конструкции относятся быстрота измерений, получение абсолютных зна­чений контролируемого параметра, малые ошибки измерения, возмож­ность контроля деталей как с полированными, так и со шлифованными поверхностями, использование устройства непосредственно на рабочем месте.

Волокно

13.4. ТЕХНОЛОГИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ

ДЕТАЛЕЙ

13.4.1. Принцип работы световода

Свет, падающий на плоский торец тонкого стеклянного волокна с полированной образующей, проходит по нему, испытывая только потери вследствие поглощения и нарушения явления полного внутреннего отра­жения на границе двух сред. Для создания практически идеальных усло­вий полного внутреннего отражения, световедущую жилу окружают обо­лочкой толщиной -0,1 диаметра жилы. Показатель преломления и_ж мате­риала жилы больше показателя преломления и_о материала оболочки. Их связь с числовой апертурой А для меридиональных лучей имеет вид

С увеличением пж апертура возрастает, но вместе с тем становится больше потери света на отражение от входного и выходного торцов во­локна. При углах падения 30 - 40° потери света на отражение, в зависимо­сти от Пж составляют от 8 до 18%. Условие полного внутреннего отраже­ния выполняется и при отсутствии оболочки. При этом критический угол даже больше, так как показатель преломления воздуха меньше показателя преломления оболочки. Необходимость наличия оболочки объясняется тем, что она предохраняет жилу от повреждений и загрязнений, обеспе­чивает малые потери света при отражениях, играет роль связующей сре­ды при изготовлении вакуумплотных деталей, препятствуя просачиванию света из одного волокна в другое.

13.4.2. Материалы световодов и требования к ним

В качестве материалов для изготовления световодов используют стекло и полимеры. Если в обычном оптическом приборе стекла элемен­тов, составляющих оптический тракт, сохраняют свою индивидуальность

и не взаимодействуют друг с другом, то в световоде стекло жилы и обо­лочки, как в процессе изготовления самих световодов, так и деталей из них, воздействуют друг на друга. Это определяет необходимость предъ­явления к ним особых требований, которые несущественны для стекол классической оптики, а частности:

- для обеспечения необходимой числовой апертуры пара стекол (жила-оболочка) должна иметь определенную разность квадратов показа­телей преломления. В то же время эти стекла должны обладать совмести­мостью, т.е. способностью образовывать в световоде спаянную границу без возникновения на ней при последующих термических обработках де­фектов в виде кристаллизации, опалесценции, пузырей и др., приводящих к полной или частичной потере световодных свойств;

- длина пути света в световодах обычно много больше длины пу­ти в линзовых приборах. Это определяет, соответственно, повышенные требования к светопропусканию стекла жилы;

- в обычных оптических приборах наиболее жесткие требования по пузырям и включениям предъявляют к стеклу деталей, находящихся в плоскости изображения. В волоконных же деталях поверхность изобра­жения превращается в объем изображения, охватывающий деталь на всю длину ее волокон. Поэтому любое включение или пузырь, где бы они не находились в световедущей жиле, будут перенесены на выходной торец и нарушат качество изображения. Пузыри, частицы нерасплавизшейся шихты и другие включения, попавшие в волокно, приводят к возникнове­нию рассеянного потока и снижают светопропускание, а иногда и к пол­ной его потере у одной или группы жил;

- большая разность в КТР исходных стекол жилы и оболочки снижает оптические характеристики световодов из-за возникновения микротрещин. Разность КТР стекла жилы и оболочки допустима до 25-Ю"⁷ град"¹. При большей разности КТР волокна растрескиваются и рас­слаиваются. Для термомеханической прочности световодов КТР стекла оболочки должен быть больше КТР стекла жилы;

- при использовании стекол, быстро меняющих вязкость при ма­лых изменениях температуры, изготовление световодов затрудняется по­скольку из-за большого времени пребывания стекол в горячем состоянии в зоне спая жилы и оболочки протекает диффузия, и их показатели пре­ломления сближаются, минимальная диффузия имеет место при соотно­шении вязкостей т|*: т^ = 2,0 - 30,0 .