УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ПОЛИРОВКИ АСФЕРИЧЕСКИХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Полезная модель относится к оборудованию для экономичного изготовления асферических оптических деталей с повышенными требованиями к качеству преобразования световых потоков - минимизации аберраций, увеличенной апертурой точной фокусировки и т.д. До настоящего времени массовая экономичная технология асферической оптики отсутствует, хотя в научно-технических публикациях и патентах описаны множества устройств и приемов изготовления линз и зеркал параболических и более сложных геометрий [1]. Среди наиболее часто используемых при изготовлении асферической оптики технических решений - абразивная обработка разных секторов оптических поверхностей с варьируемыми по специальной программе скоростями вращения и давлением обрабатывающего инструмента, напыление дополнительных слоев регулируемой толщины, подклейка сверхтонкой отражающей мембраны на основу из отверждаемого материала, толщина которого регулируется заданным образом. Вариант с тонкой упруго гибкой мембраной, опирающейся на основу асферического профиля, представляет интерес не только как асферическое зеркало (см. патенты [2]), но и как пуансон регулируемого асферического профиля для деформационной полировки. В таком случае необходимо упруго гибкую мембрану, используемую в указанных выше патентах в качестве асферического зеркала, ввести в плотный контакт с механически прочной опорой, имеющей огибающую соответствующего асферического профиля, для создания асферического пуансона с оптически гладкой контактной поверхностью. В качестве прототипа выбрана пресс-форма, в которой механическое нагружение с амплитудой, достаточной для пластического деформирования, создается с помощью разницы в коэффициентах термического расширения (КТР) внутреннего штока и охватывающей пресс-форму внешней рамы [3]. При нагреве пресс-формы за счет значительно большего КТР внутреннего штока он оказывает на деталь, размещенную между пуансонами пресс-формы давление, пропорциональное увеличению температуры и разнице в КТР вышеназванных деталей.
Недостатками асферического зеркала из тонкой мембраны, выгнутой внешним давлением либо опирающейся на асферическую основу из отверждаемого материала, в качестве контактной поверхности пуансона для формования асферической оптики давлением являются слабая механическая прочность опоры и отсутствие возможностей в случае необходимости оперативно изменять профиль асферической детали.
Недостатками пресс-формы, в которой давление на оптический элемент, подвергаемый деформационной полировке, возникает при ее нагреве за счет разницы в КТР внутреннего штока пресс-формы и внешней рамкой, применительно к полировке асферик являются трудности с приготовлением опоры с асферической геометрией, плотно прилегающей к упруго гибкой мембране.
Технический результат, для достижения которого предназначена заявляемая полезная модель, заключается в создании устройства для деформационной полировки асферических оптических элементов, в котором выгодно сочетаются способность упруго гибкой мембраны точно повторять профиль опоры и возможность точно управлять формой профиля опоры прецизионной регулировкой температуры. Для решения этой задачи внутренний опорный шток пресс-формы составляется из коаксиально вставленных друг в друга на скользящую посадку втулок, как показано на приведенной фиг.1.
На фиг.1 Схема устройства для деформационной полировки асферической оптики, где:
1 - обрабатываемое зеркало,
2 - составной внутренний шток пресс-формы, составленный из коаксиальных втулок
3 - упруго гибкая мембрана из твердого инертного материала
4 - внешняя рама пресс-формы из материала с низким коэффициентом термического расширения.
Поверхность обрабатываемого зеркала 1 первоначально подготавливается под сферический профиль, наилучшим образом приближающийся к профилю асферической поверхности, которую необходимо получить в результате деформационной полировки. Профиль упруго гибкой мембраны 3 в исходном состоянии делается соответствующим такой же сферической поверхности. Составная поверхность внутреннего штока 2, на который опирается гибкая мембрана 3, так же первоначально полируется под такую же сферическую поверхность. Разницы в длинах отдельных коаксиальных втулок составного опорного штока 2, которые опираются на крышку внешней рамы 4, рассчитываются так, чтобы при увеличении температуры пресс-формы на заданную величину огибающая нижней поверхности составного штока 4 образовала заданный асферический профиль. Средняя длина составного штока определяется величиной перемещения штока в целом вместе с упругой мембраной 3, необходимого для придания поверхности зеркала 4 заданного уровня гладкости посредством деформационной полировки. Необходимо подчеркнуть, что материал упруго гибкой мембраны подбирается так, чтобы при описанном выше процессе деформационной полировки не происходило прилипания поверхности мембраны к поверхности зеркала.
Отличительными особенностями предлагаемого устройства являются:
1) Наличие в пресс-форме опорного штока, составленного из коаксиальных втулок разной длины, опирающихся на крышку рамы с малым коэффициентом термического расширения, огибающая которых при повышении температуры на расчетную величину образует заданную асферическую поверхность.
2) Наличие в пресс-форме упруго гибкой мембраны, которая, опираясь на торцевую поверхность опорного штока, принимает форму ее огибающей и передает деформирующее усилие от штока на поверхность детали, подвергающейся деформационной полировке. Материал мембраны подбирается так, чтобы в процессе деформационной полировки не происходило прилипания поверхности мембраны к обрабатываемой поверхности.
Литературные источники:
1. «Технология оптических деталей» под. ред. М.Н.Семибратова, «Машиностроение», Москва, 1978
2. Патент США US 4382657 от 10.05.1983. Полузакрепленные астрономические зеркала и асферические решетки и методы их изготовления упругим изгибом. Патент CN 101387711, университет Сучоу (Китай, приоритет от 16.03.2009. Метод изготовления асферического зеркала большого размера.
3. Авторское свидетельство СССР №584958, приоритет от 17.05.1976. Н.Е.Гришина, A.M.Зиндер, Ф.В.Тулянкин. Матрица для горячего деформирования металлов.