УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗГРУЗКИ И СПОСОБ РАЗГРУЗКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЗЕРКАЛ ТЕЛЕСКОПОВ
UNLOADING APPARATUS AND METHOD OF UNLOADING LARGE TELESCOPE MIRRORS

Изобретение относится к обработке крупногабаритных оптических деталей и может быть использовано при контроле и полировке высокоточных облегченных зеркал телескопов.
Известно устройство для равномерной разгрузки нежесткого изделия, например зеркал астрономической оптики, по авторскому свидетельству СССР №1172680, опубликованному 15.08.1985 г., выполненное в виде корпуса с опорами торцевой разгрузки и шарнирно укрепленными в нем неравноплечими рычагами радиальной разгрузки. Опоры, представляющие собой сильфоны, объединены в замкнутую гидросистему. Система рычагов связана с дополнительными гидравлическими элементами, установленными в корпусе и объединенными в заполненную жидкостью замкнутую систему. Такое устройство сложно в изготовлении, а также не обеспечивает надежной и высокой степени равномерности разгрузки во время полировки зеркала из-за запаздывания реагирования гидросистемы.
Ближайшим к предложенному изобретению на устройство по назначению и конструктивному исполнению может служить устройство для равномерной разгрузки при полировании зеркала телескопа на станке по авторскому свидетельству СССР №254359, опубликованному 07.10.1969 г. Устройство содержит основание в виде круглого металлического диска, на котором установлены эластичные чувствительные комплекты в виде сильфонов, объединенных в три равных сектора. На основании также размещены жесткие опорные площадки, покрытые эластичным материалом. Внутренние полости сильфонов заполнены жидкостью и соединены в каждом секторе трубками в замкнутую систему, подключенную к источнику давления (насосу). Каждый чувствительный комплект выполнен в виде полого корпуса, герметично соединенного через фланцы с сильфоном. Вначале зеркало устанавливают на жесткие опорные площадки, при помощи насоса в сильфоны нагнетается масло до тех пор, пока нижняя поверхность зеркала не оторвется от опорных площадок на заданную величину, затем клапаны на трубопроводе закрывают, отсоединяют насос и приступают к обработке верхней поверхности зеркала. Во время обработки усилия полировальников добавляются к весу зеркала и воспринимаются узкими кольцевыми периферийными зонами фланцев чувствительных комплектов, что приводит к неравномерному прогибу, связанному с запаздыванием их реакций. В связи с этим равномерность разгрузки не будет достигаться. Кроме того, конструкция чувствительных комплектов достаточно сложна и применима лишь для зеркал, имеющих в тыльной поверхности глухие отверстия.
В ближайшем известном способе разгрузки зеркала телескопа по авторскому свидетельству СССР №254359, опубликованному 07.10.1969 г., зеркало размещают на жесткие опорные площадки и чувствительные эластичные комплекты с полостью, установленные на жестком основании по кольцевой схеме в виде нескольких кругов, разделенных на три равных сектора, и соединенные трубками с запорными клапанами с источником давления, затем в полости комплектов подают заданное рабочее давление. Давление в разных секторах может быть разным, но неизменным во время полировки зеркала. При этом усилия на комплекты никак не измеряются и не управляются, что не обеспечит достижение технического результата по равномерности разгрузки достаточно высокого уровня.
Техническим результатом данного изобретения является упрощение конструкции чувствительных комплектов и обеспечение разгрузки с управляемыми усилиями в радиальном направлении.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для разгрузки при контроле и полировке крупногабаритных зеркал телескопов, включающем основание в виде круглого металлического диска, жесткие опоры, покрытые эластичным материалом, чувствительные эластичные комплекты с полостью, при этом полости чувствительных комплектов соединены друг с другом трубками по кольцевой схеме в виде нескольких кругов, разделенных на три сектора, и подключены с помощью трубопроводов с запорными клапанами к источнику давления, в отличие от известного, каждый чувствительный комплект выполнен в виде стакана с глухим отверстием в дне, двумя сквозными отверстиями для соединительных трубок и поджатым сверху жестким кольцом эластичным резинотканевым листом, образующим мембрану, выполненную с кольцевым выступом по периферии и осевым фиксатором, на которые установлена жесткая опора в виде диска с плоской верхней поверхностью и глухим отверстием в дне, контактирующая с фиксатором мембраны, каждый комплект дополнен компенсационной кольцевой пластиной, причем комплекты соединены друг с другом в каждом секторе по крайней мере в два круговых контура трубками с электроклапанами.
Технический результат достигается также тем, что в способе разгрузки зеркал телескопов путем размещения зеркала на жесткие опорные площадки и чувствительные эластичные комплекты с полостью, установленные на жестком основании по кольцевой схеме в виде нескольких кругов, разделенных на три равные сектора, соединенные трубками с запорными клапанами друг с другом и с источником давления, и последующей подачи в полости комплектов заданного рабочего давления, в отличие от известного, чувствительные эластичные комплекты подключают к источнику сжатого воздуха с помощью электроклапанов по двум или более круговым контурам, подавая в каждый контур сжатый воздух под различным давлением, измеряют рабочее усилие с помощью датчиков силы и по его показаниям регулируют рабочее давление в контурах.
Сравнение показывает, что в пневматическом мембранном разгружающем комплекте всего несколько простых деталей, то есть он проще конструктивно, надежнее устанавливается и фиксируется. Использование датчиков силы в каждом контуре при управлении пневматической системой позволяет получить различные усилия на зеркало в радиальном направлении. Кроме того, у пневматической системы разгрузки, по сравнению с гидравлической, быстрее отклик на изменение нагрузки на зеркало, в результате чего будет обеспечена лучшая равномерность разгрузки и более высокая точность полируемой поверхности с достижимым результатом на уровне нескольких нанометров.
Изобретение поясняется чертежами, где:
фиг.1 - осевой вертикальный разрез;
фиг.2 - вид сверху (без зеркала);
фиг.3 - разрез по А-А комплекта;
фиг.4 - разрез по Б-Б опорной площадки.
Предлагаемое устройство (фиг.1, 2) содержит основание 1 в виде круглого металлического диска, на котором установлены в заранее рассчитанных точках разгружающие пневматические мембранные комплекты (ПМК) 2 и жесткие опорные площадки 3 в количестве не менее трех штук. ПМК 2 расположены по кольцевой схеме в виде нескольких кругов, в данной схеме трем, и соединены друг с другом трубками 4. Каждый круг трубок 4 соединен трубопроводами 5 и 6 с системой подачи сжатого воздуха и задания давления 7. В местах соединения трубопроводов 5 и 6 с трубками 4 установлены девять электроклапанов 8 таким образом, что клапаны разделяют круги комплектов на три одинаковых сектора, при этом два внутренних круга соединены с трубопроводом 5, образуя один контур давления, а внешний круг с трубопроводом 6, образуя другой контур давления, что позволяет задавать различные усилия на зеркало. Система подачи сжатого воздуха и задания давления 7 позволяет подавать в трубопроводы 5 и 6 сжатый воздух с различным давлением, что обеспечивает управление усилиями (задание усилий) в ПМК 2, подсоединенным к разным трубопроводам 5 или 6. Контроль создаваемых в ПМК 2 усилий осуществляется датчиками силы 9 и 10, установленными в двух ПМК 2, подсоединенных к трубопроводам 5 и 6, соответственно. Разделение контуров на три сектора электроклапанами 8 позволяет стабилизировать положение обрабатываемой детали в процессе проведения операции полирования.
Каждый ПМК 2 (фиг.3) выполнен в виде металлического стакана 11 с глухим отверстием 12 в дне и с двумя диаметрально противоположными сквозными отверстиями 13 в стенке, в которые вставлены штуцера 14 для трубок 4. На стакане 11 сверху металлическим кольцом 15 поджата винтами мембрана 16, выполненная из резинотканевого листа. Мембрана 16 выполнена с плоской или немного выпуклой центральной частью, с примыкающим к ней кольцевым выступом 17, а также с центральным цилиндрическим выступом 18, выполняющим роль фиксатора. На центральной части мембраны 16 расположен опорный фторопластовый диск 19 с плоской верхней поверхностью и глухим отверстием 20 по центру снизу, контактирующим с фиксатором 18. Для удобства выравнивания всех ПМК по высоте они установлены не на самом основании 1, а на промежуточной площадке 21 с глухим центральным отверстием 22 сверху и компенсационной кольцевой плоскопараллельной пластиной 23. В отверстиях 12 и 22 установлена центрирующая втулка 24. В варианте исполнения обходятся без площадки 21, тогда глухое отверстие 22 для втулки 24 выполняют в основании 1. Пластины 23 откалиброваны с точностью 0,01 мм. Площадки 21 крепятся к основанию 1 винтами (на чертеже не показаны) через сквозные отверстия 25, выполненные по внешнему краю площадок 21, площадки 21 центрируются на основании 1 втулкой 24. Каждая жесткая опорная площадка 3 (фиг.4) выполнена в виде стержня с резьбой 26 на нижнем конце, шестигранным профилем 27 по середине, шарниром 28 на верхнем конце и жесткой цилиндрической опорой 29, покрытой эластичным материалом 30, контактирующим с зеркалом 31. Стержень 26 ввернут нижней резьбой в основание 1 и имеет возможность регулировки по высоте и фиксации нижней гайкой 32.
Функционирует устройство согласно предложенному способу следующим образом. Предварительно все ПМК калибруют, чтобы при фиксированном давлении под мембраной и фиксированной нагрузке на мембрану сверху расстояние между нижней и верхней плоскостями (высота ПМК) было у всех ПМК одно и то же с отклонением не более ±0,01 мм. Для этого поочередно каждый ПМК совместно с образцовым ПМК подключают к насосу, используя систему подачи сжатого воздуха и задания давления, при этом на опорный диск мембраны образцового ПМК устанавливают датчик силы для управления создаваемым в ней усилием, ставят на опорный диск мембраны образцового и измеряемого ПМК одинаковые фиксированные грузы и измеряют высоту аттестуемого ПМК. Если у некоторых ПМК высота окажется меньше средней максимальной, между ПМК и промежуточной площадкой устанавливают компенсационные пластины до получения одинаковой высоты для всех ПМК. Далее калиброванные ПМК вместе с компенсационными пластинами устанавливают и закрепляют на промежуточных площадках, соединяют их трубками, объединяя в отдельные контуры, например внешнюю группу ПМК наружного круга и внутреннюю группу из 2-х внутренних кругов, и подсоединяют к трубопроводам.
Зеркало устанавливают соосно основанию на опорные площадки, предварительно выставленные на одну и ту же высоту. При помощи системы подачи сжатого воздуха и задания давления в двух контурах ПМК, подсоединенных к разным трубопроводам, создают требуемое рабочее давление. При этом вес зеркала будет воспринят равнорасположенными на основании ПМК. После этого закрывают электроклапаны, выключают систему подачи сжатого воздуха и задания давления и приступают к контролю или обработке зеркала. При обработке рабочим инструментом давление во всех ПМК, объединенных в контуры, остается постоянным, а местные концентрированные напряжения выравниваются и равномерно распределяются по всему зеркалу. С помощью системы подачи сжатого воздуха и задания давления при необходимости регулируют давление в каждой группе ПМК, а также поддерживают его разным в радиальном направлении. Для снятия с устройства и установки зеркала на устройство используют три жесткие опоры.
Устройство изготавливается промышленным путем в основном из сварных и точеных конструкций, мембрана - из резино-тканевого материала.
Устройство позволяет простым конструктивным и технологическим путем управлять усилиями по радиальному направлению зеркала телескопа и обеспечить точность обрабатываемой поверхности на уровне нескольких нанометров, что подтверждено опытными работами.