СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ СФЕРИЧНОСТИ ОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
METHOD TO DETERMINE RESIDUAL SPHERICITY OF REFLECTING SURFACE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения остаточной сферичности плоских зеркал, а также определения радиусов кривизны крупногабаритных (от 500 мм) сферических зеркал.
Известен способ Коммона [1], где определяют отклонение от идеальной плоскостности, т.е. остаточную сферичность плоского зеркала. В этом способе проверяемую деталь устанавливают вблизи точной вогнутой сферической поверхности под известным углом<р к ее оси и на расстоянии от центра кривизны сферической поверхности. Из него на проверяемую деталь направляют расходящийся гомоцентрический пучок. Пучок на своем прямом и обратном пути дважды отражается от проверяемой поверхности. При наличии на детали отступлений от идеальной плоскостности гомоцентричность пучка нарушается и может быть обнаружена и измерена с помощью теневых или интерференционных приборов.
Способ Коммона дает достаточно точные значения остаточной сферичности проверяемого зеркала, но требует долгой и точной сборки оптической схемы, что в полевых условиях не приемлемо, а также требует иметь в наличии элементы с точной вогнутой сферической поверхностью и использования теневых или интерференционных приборов для образования гомоцентрического пучка и анализа его негомоцентричности.
Наиболее близким по техническим характеристикам к предлагаемому способу является автоколлимационный способ определения больших радиусов кривизны для сферических отражающих поверхностей, мало отличающихся от плоских, т.е. остаточной сферичности [2], где для измерения используют автоколлимационные трубы. Автоколлимационную зрительную трубу предварительно выверяют на бесконечность. Затем деталь с измеряемой поверхностью располагают перед объективом зрительной трубы и перемещением окуляра в ней добиваются получения резкого автоколлимационного изображения сетки. Определив величину смещения окуляра и измерив расстояние от измеряемой поверхности детали до передней главной плоскости объектива и его фокусное расстояние, вычисляют радиус кривизны.
Точность измерения автоколлимационным способом в основном зависит от точности фокусирования автоколлимационной зрительной трубы на центр кривизны. Большие габариты измерительной схемы делают проблематичным осуществление способа в полевых условиях и мешают оперативному получению результатов.
Технический результат по заявляемому способу заключается в сокращении времени определения остаточной сферичности за счет сокращения времени необходимого на сборку измеряющей схемы, а также в расширении возможностей экспериментального применения.
Технический результат достигается тем, что в способе определения остаточной сферичности отражающей поверхности, заключающемся в том, что измерительный прибор устанавливают в рабочее положение перед отражающей поверхностью, расположенной в вертикальной плоскости, и настраивают на автоколлимационное изображение, новым является то, что в качестве измерительного прибора используют, по меньшей мере, один автоколлимационный теодолит, остаточную сферичность определяют по измеренным значениям углов, считанным по вертикальному кругу теодолита при совмещении сетки теодолита с ее автоколлимационным изображением, измерение углов проводят для двух точек отражающей поверхности, максимально разнесенных на поверхности и расположенных на одной вертикали, а остаточную сферичность рассчитывают по формуле:
<mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>d</mi></mrow><mrow><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mo>−</mo><mi>β</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>180</mn></mrow><mo>∘</mo></msup></mrow>
,
где:
Δd - разница высот установки теодолита относительно Земли, м;
α, β - значения углов вертикального круга теодолита при совмещении сетки теодолита с ее автоколлимационным изображением для верхнего и нижнего положения теодолита соответственно, град.
Кроме того, используют теодолит с компенсатором места нуля вертикального круга.
Если величина остаточной сферичности имеет отрицательное значение, то поверхность является выпуклой, если положительное значение - вогнутой.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращение времени измерений, обеспечиваемое тем, что по сравнению с известным способом, в котором автоколлимационное изображение получают при помощи автоколлимационной зрительной трубы с длиннофокусным объективом, средства измерения заменяются, по крайней мере, на один автоколлимационный теодолит, который компактен, мобилен и требует меньше времени на предварительную настройку. Применение теодолитов с самоустанавливающимся нулем вертикального круга позволяет не выполнять прецизионное горизонтирование.
Благодаря компактности теодолит можно устанавливать непосредственно перед проверяемой отражающей поверхностью, не производя ее демонтажа при проведении измерений.
Способ не требует сборки сложных оптических схем, нет необходимости иметь в наличии пробники или образцы с подходящими характеристиками для калибровки поверхности, расчет остаточной сферичности проводится в один этап, подстановкой значений измеренных углов и разницей высот теодолитов в формулу. Из выше изложенного вытекает, что способ очень прост, мобилен и удобен для использования в полевых условиях.
На Фиг. показана схема для реализации способа определения остаточной сферичности крупногабаритных плоских отражающих поверхностей с помощью двух автоколлимационных теодолитов, где 1 - плоское зеркало, 2 - автоколлимационные теодолиты, Δd - разница высот установки теодолита относительно Земли, м; α, β - значения углов вертикального круга теодолита при совмещении сетки теодолита с ее автоколлимационным изображением для верхнего и нижнего положения теодолита соответственно, град; R - остаточная сферичность зеркала.
Принцип реализации способа состоит в том, что в качестве измерительного прибора используют, по меньшей мере, один автоколлимационный теодолит 1. Теодолит устанавливают перед отражающей поверхностью 2, установленной в вертикальное положение, и выполняют его горизонтирование. Теодолит настраивают на автоколлимационное изображение, совмещают сетку теодолита с ее автоколлимационным изображением, совмещают штрихи лимба и считывают значение угла (измеряется угол между нормалью к отражающей поверхности и горизонтальной плоскостью). Для определения остаточной сферичности измерение углов проводят для двух точек отражающей поверхности, максимально разнесенных на поверхности и расположенных на одной вертикали.
В примере конкретного выполнения заявляемый способ был реализован с помощью следующих технических средств: двух теодолитов марки ЗТ2А с самоустанавливающимся нулем вертикального круга. Объектом измерений являлось плоское зеркало диаметром 760 мм (зеркало изготовлено из стекла марки К8).
Измерения проводились по следующей схеме:
1. Теодолит устанавливался перед вертикально установленным зеркалом на максимально возможной для получения автоколлимационного изображения высоте.
2. Горизонтировался и настраивался на автоколлимационное изображение. С теодолита считывался полученный угол по вертикальному кругу. Для конкретного случая угол составил α=90°59'43".
3. Измерялась высота установки теодолита. Она составила dl=l,864 м.
4. Аналогично измерялись угол и высота в нижнем положении теодолита. Угол составил β=90°59'23", высота d2=l,l 14 м.
5. По формуле рассчитывалась остаточная сферичность плоского зеркала. Она составила 7800 м.
Исходя из расчетной формулы и точности используемых теодолитов, доверительный интервал определения остаточной сферичности находился в пределах ±50 км. Относительная погрешность составила ~16%.
Источники информации
1. Максутов Д.Д. Изготовление и исследование астрономической оптики - М.: «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - 272 с.
2. Афанасьев В.А. Оптические измерения - М.: Гостехтеоретиздат, 1968. - 409 с.