СПРАВОЧНИК
ТЕХНОЛОГА-
ОПТИКА
Под общей редакцией
д-ра техн. наук С. М. КУЗНЕЦОВА,
канд. хим. наук М. А. ОКАТОВА
ЛЕНИЦГРАД «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЛЕНИН
-,1 9 8-з .,

ББК 22.34я2
С74
УДК 681.2.002@31)
И. Я. Бубне, В. А. Веиденбах, И. И. Духопел, В. Г. Зубаков,
С. С. Качкин, С М. Кузнецов, Ю. В. Лисицын, М. А. Окатов,
Г. Т. Петровский, Г. Д. Придатко, Л. В. Сергеев, В. И. Смирнов
Н. В. Суиковская, И. Д. Торбин, Б. А. Чунин
Рецензенты: В. А. Бургов, А. Л. Ардамацкий
Справочник технолога-оптика: Справочник/И. Я. Бубис
С74 В. А. Веиденбах, И. И. Духопел и др.; Под общ. ред. С. М. Куз-
Кузнецова и М. А. Окатова. — Л.: Машиностроение, Ленинго
отд-ние, 1983. —414 с, ил.
В пер. 2 р. 20 к.
В справочнике дана классификация оптических материалов и приведены сведе-
сведения по их основным оптическим и физико-химическим свойствам. Описаны правила
оформления рабочих чертежей оптических деталей. Рассмотрены контрольно-нзме-
рнтедьные приборы технологического назначения, а также инструмент и вспомога-
вспомогательные материалы, используемые в оптической технологии. Изложены основы тех-
технологии изготовления типовых и нетиповых оптических деталей, а также технология
их покрытия. Рассмотрены основное и вспомогательное технологическое оборудованне
Справочник предназначен для инженерно-технических работников предприя!
тий оптического приборостроения.
2706000000-194
038@1)-83
194-83
ББК 22.34я2
6П5.8 @83)
© Издательство «Машиностроение», 1983 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Последние десятилетия характеризуются интенсивным
развитием оптической науки и техники, применением оптиче-
оптических методов в самых различных областях науки н техники.
В соответствии с решениями XXVI съезда КПСС о развитии
приборостроения непрерывно растет производство оптиче-
оптических приборов различного назначения, возрастают их тех
нические возможности. Постоянно расширяется ассортимент
используемых оптических материалов, диапазон их оптических,
механических и физико-химических свойств, что определяет
особенности технологии изготовления оптических деталей из
них. Одновременно происходит усложнение формы и точностных
параметров оптических деталей, расширяется их номенклатура.
Это привело к появлению новых принципов изготовления оптиче-
оптических деталей, созданию современного автоматизированного обо-
оборудования н средств контроля, использованию широкого ассор-
ассортимента инструментов и вспомогательных материалов.
Необходимость систематизации сведений в области оп-
оптической технологии определила создание справочника техно-
технолога-оптика, который является практически первой попыткой
такого рода, если не считать «Справочной книги оптика-меха-
оптика-механика» издания 1937 г., в которой был раздел «Технология опти-
оптического стекла» с описанием станков и приборов, применяемых'
в производстве оптических деталей.
В предлагаемом вниманию читателей справочнике изложены
основные сведения о номенклатуре и свойствах оптических ма-
материалов, контроле и отработке чертежей оптических деталей,
контрольно-измерительных приборах, инструментах и вспомо-
вспомогательных материалах, способах изготовления оптических
деталей, технологии оптических покрытий, методах соединения
оптических деталей, технологическом оборудовании и общих
принципах проектирования технологических процессов в опти-
оптическом производстве.

В оптической технологии есть еще ряд разделов, которые
пока не разработаны настолько, чтобы было целесообразно поме-
помещать их в справочнике. К таким разделам, в частности, относят
ся вопросы автоматизации технологической подготовки произ-
производства, проектирования технологических процессов с исполь-
использованием средств вычислительной техники и ряд других.
Гл. 1 написана Г. Т. Петровским, гл. 2 и 10—В. Г. Зубако-
вым, гл. 3 — И. И. Духопелом и Б. А. Чуниным, гл. 4 и 5 —
С. М. Кузнецовым, гл. 6 — Б. Л. Чуниным, С. С. Качкиным,
В. А. Вейденбахом, И. Я-Бубисом, В. Г. Зубаковым, В. И. Смир-
Смирновым, гл. 7— Г. Д. Придатко и Н. В. Суйковской, гл. 8 —
Л. В. Сергеевым, И. Д. Торбиным и Ю. В. Лисицыным,
гл. 9 — М. А. Окатовым.
При подготовке справочника большую помощь оказали
работники промышленности В. А. Бургов, 3. И. Ермакова,
А. Ф. Рошак и др., которым коллектив авторов выражает бла-
благодарность.
Авторы благодарны всем, кто пришлет свои замечания,
советы и пожелания по адресу: 191065, Ленинград, ул. Дзер-
Дзержинского, д. 10, ЛО издательства «Машиностроение».
Глава 1
ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
1.1. Отличительные свойства оптических материалов
В основе любого оптического прибора лежит оптический элемент, изготовленный
из какого-либо вида оптического материала. Используя свет как основной вид ра-
рабочей энергии, в настоящее время можно решать не только традиционные задачи
оптики в микроскопии, спектроскопии, фотографии и т. п., но и наиболее экономич-
экономичным и эффективным образом решать ряд задач в таких отраслях народного хозяй-
хозяйства, как связь, механическая и химическая технология, энергетика. Для этого
требуется, прежде всего, комплекс оптических материалов с разнообразными фи-
физико-химическими свойствами.
Требования к свойствам оптических материалов чрезвычайно разнообразны
и в известной степени противоречивы. С одной стороны, оптический материал должен
сохранять свои свойства при возможном воздействии таких внешних факторов,
как переменные температурные поля, высокие лучевые нагрузки, агрессивные хи-
химические среды, жесткое гамма-нейтронное излучение. С другой стороны, принцип
действия ряда новых оптических систем основан на том, что при взаимодействии опти-
оптического элемента со световым потоком или с другим видом электромагнитного поля
существенным образом изменяются параметры оптической среды или световой волны.
Оптические среды для этих приборов должны обладать способностью генерировать
когерентное излучение, изменять светопропускание в зависимости от интенсивности
светового потока, обладать акусто- или электрооптическими эффектами, вращать
в магнитном поле плоскость поляризации светового луча, быть пригодными для
дозиметрии жестких излучений и т. д. Оптические неорганические среды делятся
на следующие виды: бесцветное, цветное и кварцевое стекла, енталлы, волоконно-
оптические элементы, монокристаллы, поликристаллы, обычно называемые оптиче-
оптической керамикой.
По объему выпускаемой и перерабатываемой продукции оптическое бесцветное
стекло во много раз превосходит все прочие виды оптических сред. Выдающийся
советский оптик акад. С. И. Вавилов говорил про стекло, что это «основной веществен-
вещественный материал оптики».
Первым отличительным признаком оптического стекла от любого технического
стекла является высокая однородность, которая достигается специальными прие-
приемами механического перемешивания стекломассы во время варки и особыми режи-
режимами термической обработки готового стекла—тонким оптическим отжигом [8].
Отжиг как обязательная технологическая операция является частью любого про-
процесса формования изделий из стекломассы, но во всех производствах его целью
является только снятие механических напряжений. Тонкий отжиг является наи-
наиболее длительной и завершающей стадией в технологии оптического стекла. Он
приводит всю массу стекла в структурно-однородное состояние. При этом оптические
постоянные стекла принимают значения, стандартизированные для каждой марки
стекла. Напряжения в заготовках понижаются до таких минимальных значений,
которые не будут вызывать дополнительных деформаций при обработке заготовок.
Вторым отличительным признаком оптического стекла считается его высокая
прозрачность. Оптическим стеклом высокого качества сейчас принято называть
стекло, обладающее интегральным коэффициентом светопоглощения менее 0,4 %
на 1 см. Для ряда систем и такое стекло не является вполне удовлетворительным,
для иих применяются стекла с коэффициентом светопоглощения 0,2—0,1 % и менее
на 1 см. Сверхпрозрачные стекла требуются для волоконно-оптических линий даль-
дальней связи. В рабочем диапазоне длин волн в красной и ближней инфракрасной
5

частях спектра поглощение такого стекла должно быть около 0,002 % на 1 см. Ши-
Широкое развитие цветной фотографии, кино и телевидения потребовало введения
нормирования пропускания стекла по спектру, так как для правильной цветопе-
цветопередачи недопустимо обычно имеющееся у стекла повышенное поглощение в синей
части спектра.
Наконец, к третьему отличительному признаку оптических стекол относится
большой интервал значений показателей преломления света, лежащий для разных
марок в пределах от 1,44 до 2,35, и строгая воспроизводимость показателей прелом-
преломления, характерных для каждой марки независимо от времени и места изготовления
стекла. Наличие большого числа стекол с различными и строго воспроизводимыми
оптическими постоянными является той основой, которая позволяет рассчитывать
и конструировать оптические системы любого назначения и обеспечивать их крупно-
крупносерийное производство.
1.2. Номенклатура оптических стекол
В основу классификации оптических стекол положены значения показателя
преломления пе (ранее использовалось близкое значение пр) и коэффициента средней
дисперсии ve (ранее — \»д), который иногда еще называется числом Аббе. Названия
типов оптических стекол соответствуют их основному химическому составу
(табл. 1.1).
Таблица 1.1. Типы и условное обозначение оптических стекол
Тип стекла
Легкие кроны
Фосфатные кроны
Тяжелые фосфатные
кроны
Кроны
Баритовые кроны
Тяжелые кроны
Сверхтяжелые кроны
Особые кроны
Условное
обозначение
лк
ФК
ТФК
к
БК
тк
стк
ок
Тип стекла
Кронфлинты
Баритовые флинты
Тяжелые баритовые
флинты
Легкие флинты
Флинты
Тяжелые флинты
Сверхтяжелые флинты
Особые флинты
Условное
обозначение
КФ
БК
ТБФ
ЛФ
Ф
ТФ
СТФ
ОФ
Каждому стеклу определенного химического состава присваивается марка,
состоящая из обозначения типа и порядкового номера. В «Совместном каталоге
оптического стекла СССР—ГДР» каждая марка стекла дополнительно обозначена
шестизначным числом, которое составлено следующим образом. Первые три цифры —
это первые (после запятой) три десятичных знака в значении показателя преломле-
преломления стекла пе. Следующие три цифры, отделенные чертой от первых трех, пред-
представляют собой увеличенное в десять раз значение коэффициента общей дисперсии
стекла, взятого для спектральной линии е.
Наряду с прежними обозначениями стеклам начинают присваивать так назы-
называемые кодовые номера, специально приспособленные для машинной обработки
информации. Впервые для советских стекол кодовые номера опубликованы в «Сов-
«Совместном каталоге оптического стекла СССР—ГДР». Ниже приведены некоторые
примеры полного обозначения стекол: ЛК1 — С 001 D41/686), К8 — С 056 E18/639),
СТК9 — С 170 G46/500), ОФ4 — С 390 F54/432).
Более тридцати основных марок оптического стекла имеют свои аналоги, кото-
которые при тех же значениях пе и ve отличаются более высокой устойчивостью к дей-
действию жесткого гамма-излучения. Эта повышенная радиационная устойчивость
достигается путем введения в состав стекла нескольких десятых долей процента
двуокиси церия. Так как химический состав стекла при этом изменяется, обозначе-
обозначение марок радиационно-устойчивых аналогов несколько иное — больше порядко-
порядкового номера основной марки на 100. При использовании стекол серии 100 следует
6
учитывать, что Граница их пропускания в коротковолновой части Спектра смещена
в сторону видимой области. Для разных марок стекол это смещение составляет
30—50 нм.
Во всех новых разработках оптических систем, как правило, применяются
стекла, сочетающие в себе высокий показатель преломления с высоким коэффициен-
коэффициентом дисперсии, т. е. стекла типов ТФК, СТК, ТБФ. Широко применяются также
стекла с особым ходом относительных частных дисперсий (особые кроны и особые
флинты) с целью максимального уменьшения хроматических аберраций сразу в не-
нескольких частях спектра. Тем не менее, в объеме всего перерабатываемого стекла
основное количество всегда составляет наиболее ходовое стекло К8. Многолетние
статистические данные стабильно свидетельствуют, что из всей номенклатуры опти-
оптических стекол 80 % объема производства и потребления относится к 10 маркам,
10 % — еще к 10 менее ходовым маркам, а остальные 10 % соответствуют выпуску
более чем 100 марок оптического стекла. Уже из одного этого видно, что нет необ-
необходимости сильно увеличивать номенклатуру оптических стекол. Советское оптиче-
оптическое производство в этом отношении держится «золотой середины» между фирмами,
выпускающими более 220 марок стекла («Охара» и «Хойя», Япония, «Специальное
стекло — Майнц», ФРГ), и фирмами, выпускающими 65—85 марок («Пилкингтон»,
Великобритания, «Корнинг—Европа», Франция).
По мере перехода к расчету оптических систем на ЭВМ следует ожидать даль-
дальнейшего сокращения практически используемой номенклатуры оптических стекол.
Это учитывает ГОСТ 3514—76**, в который включено вместе со стеклами серии 100
всего 95 марок, из которых только 38 марок рекомендовано для предпочтительного
использования. По сравнению с предыдущим ГОСТом исключено 55 марок.
По химическому составу основную группу среди оптических стекол составляют
силикатные стекла, в которых содержание массовых долей стеклообразующей дву-
двуокиси кремния лежит в пределах 30—80 %. В стеклах кронового типа другими ком-
компонентами являются окислы калия, натрия, бора, алюминия, бария, кальция.
В состав легких кронов включается фтористый калий.
Основой стекол типа флинтов и тяжелых флинтов является тройная система
из окислов кремния, свинца и калия; некоторые марки флинтов содержат двуокись
титана. Баритовые кроны, баритовые и особые флинты и кронфлинты в некоторых
случаях содержат окись цинка и окись сурьмы. На силикатной основе нельзя полу-
получить стекла с показателем преломления выше чем 2—2,05 из-за сравнительно низ-
низкого показателя преломления кремнезема. Дальнейшее повышение показателей
преломления стекол возможно при переходе к более высокопреломляющему стекло-
образователю, каким является двуокись теллура. Показатели преломления теллу-
ритных стекол доходят до 2,17—2,23 при коэффициенте дисперсии 19—17. Такие
стекла применяются в качестве диспергирующих призм спектральных приборов,
отрицательных элементов короткофокусных ахроматических линз, призм для ре-
рефрактометров.
Широко применяются стекла, в которых основным стеклообразователем вместе
с кремнеземом является борный ангидрид. Так, основой всех тяжелых кронов яв-
являются окислы бора, кремния, алюминия и бария. Добавление к борному анги-
ангидриду больших количеств окислов редкоземельных элементов — лантана, тантала,
ниобия, иттрия, циркония — позволяет получать стекла типов СТК и ТБФ, соче-
сочетающие в себе относительно большой показатель преломления A,66—1,88) с высоким
коэффициентом дисперсии E7—35). На сегодняшний день возможности совершен-
совершенствования боролантановых стекол практически исчерпаны полностью. Это связано
с тем, что показатель преломления стеклообразного борного ангидрида A,464)
довольно низок, поэтому, несмотря на малое содержание борного ангидрида в ланта-
новых стеклах, рассчитывать на получение в них особенно высоких показателей пре-
преломления нельзя.
В последние годы большое внимание обращено на разработку новых стекол,
в которых основным стеклообразователем является двуокись германия, имеющая
показатель преломления 1,6092 и коэффициент дисперсии 41,9. Германиеволанта-
новые стекла имеют показатели преломления 1,83—1,90 при коэффициенте диспер-
дисперсии 43—37.
Для получения стекол с высоким коэффициентом дисперсии в качестве стекло-
образователя используется пятиокись фосфора. Невозможность введения в фосфат*
ные стекла больших количеств высокопреломляющих окислов ограничивает их
7

показатель преломления значением 1,62. Прн переходе к фториднофосфатным стек-
стеклам коэффициент дисперсии стекол удается увеличить до 78—80, а в исключительных
случаях — до 100. Введение фторидов придает стеклам также особый ход относи-
относительных частных дисперсий (стекла типа ОК) [15].
1.3. Система нормируемых параметров,
определяющих показатели качества оптического стекла
Оптическое бесцветное стекло нормируется по следующим параметрам: пока-
показателю преломления, средней дисперсии, однородности партии заготовок по пока-
показателю преломления, однородности партии заготовок по средней дисперсии, опти-
оптической однородности, двойному лучепреломлению, радиационно-оптической устой-
устойчивости для стекол серии 100, показателю ослабления, бессвильности, пузырности.
В качестве основного показателя преломления стекла ранее использовался
показатель преломления в желтой части спектра (т. е. для линий D илн d). Это
связано с высокой чувствительностью человеческого глаза в желтой части спектра,
а также с тем историческим обстоятельством, что первоначально в оптотехнике
подавляющее большинство приборов было рассчитано для работы с глазом наблю-
наблюдателя. Однако линия D не очень удобна, так как представляет собой слабо рас-
расщепленный дублет. Линия е также расположена вблизи максимума чувствительности
глаза человека, но более приемлема для измерения. Кроме того, в широко разви-
развитой сейчас проекционной фотолитографии нменно при использовании линии е про-
производится важная технологическая операция совмещения (длина волны 546 нм
неактинична по отношению к фоточувствительному слою).
В качестве средней дисперсии принята величина пр,—пс, вместо прежней
4F—пс- Таким образом, коэффициент средней дисперсии
вместо
Относительные частные дисперсии
Пр.
nD
Пр-
-пс,
1
-пс
— По
~пс.
для отечественных стекол рассчи-
таны для 24 участков спектра, начиная от п312,а—«зз4д и кончая n22i93 —«2325,4-
По отклонению показателя преломления установлено пять категорий (табл. 1.2),
по отклонению средней дисперсии — также пять категорий (табл. 1.3).
Таблица 1.2. Категории
стекла по отклонению
показателя преломления
Таблица 1.3. Категории
стекла по отклонению
средней дисперсии
Категория
стекла
1
2
3
4
5
Предельное
отклонение
V104
±2
±3
±5
±ю
+20
Категория
стекла
1
2
3
4
5
Предельное
отклонение
(пр. - па) 106
±2
±3
±5
±10
+20
Ряд оптических стекол при отжиге испытывает такие структурные превраще-
превращения, которые влекут за собой изменение средней дисперсии. Это относится к маркам
ЛФ9, ЛФ10, ТФ2, ТФЗ, ТФ4, ТФ104, ТФ5, ТФ105, ТФ7, ТФ8, ТФ108, ТФ10, ТФ110.
Получение их по первой категории средней дисперсии затруднено.
8
Таблица 1.4. Классы стекла
по однородности партий заготовок
Класс
стекла
А
Б
В
Г
Наибольшая разность
пе\ — пе2
в партии заготовок
0,2-10
0,5-10-»
1 -10—*
В пределах отклоне-
отклонений для заданной кате-
категории по табл. 1.3
Под однородностью партии по показателю преломления и дисперсии пони-
понимается одинаковость их значений у всех заготовок партнн. По однородности партий
заготовок по показателю преломления пе установлено четыре класса (табл. 1.4),
по однородности по средней дисперсии — два класса. Класс В соответствует наи-
наибольшей разности 1-10 * средних дисперсий в партии заготовок, класс Г— пределу
отклонений для заданной категории по табл. 1.3.
Проще всего высшие классы однородности получают при комплектации партии
из стекла одной варки. Однако ряд новых стекол с ценными оптическнмн постоянными
не может быть сварен в сосуде такого объема, который позволил бы скомплектовать
крупную партию заготовок. Поэтому ГОСТ 3514—76 устанавливает, что любой
класс однородности можно требовать при
заказе партии стекла -массой не более
120 кг.
Оптическую однородность наиболее
просто представить себе как абсолютное
постоянство показателя преломления в
любой точке объема стекла. Однород-
Однородность — основное свойство оптического
стекла, отличающее его от стекла любого
иного назначения. Однако даже в опти-
оптическом стекле однородность нарушается
свилями, напряжениями и структурной
неоднородностью. Поэтому необходимо
определить ту степень однородности, ко-
которая обеспечит прибору нужное опти-
оптическое качество. Однородность можно
охарактеризовать, измеряя разность по-
показателей преломления в различных точках. Но выполнить такие измерения можно
лишь с помощью сложной интерферометрической методики, что непригодно для
массового контроля. Поэтому используют косвенные методы, оценивающие одно-
однородность стекла.
Для заготовок диаметром до 250 мм установлено пять категорий оптической
однородности, которые определяют по изменению разрешающей способности колли-
маторной установки при введении в параллельный пучок лучей контролируемой
заготовки. Отношение угла разрешения установки с образцом к углу разрешения
установки без образца должно быть для 1 и 2-й категорий равно 1, для 3-й — 1,1,
для 4-й — 1,2, для 5-й — 1,5. Отличие 1-й категории от 2-й заключается в том,
что при максимально высоких требованиях к оптической однородности проверяют
качество дифракционного изображения точечной миры, которое должно иметь вид
круглого пятна с кольцами без разрывов и хвостов.
Для заготовок диаметром более 250 мм также установлено пять категорий опти-
оптической однородности. Каждая категория характеризуется тремя коэффициентами,
которые учитывают: неоднородность показателя преломления, возникшую в про-
процессе отжига, несимметричность неоднородности показателя преломления относи-
относительно оптической оси, возникающую также в процессе отжига, и неоднородность
стекломассы.
При охлаждении стекла ниже температур отжига в нем появляются механиче-
механические напряжения из-за перепадов температуры между внутренними и внешними
частями заготовки. Значение напряжений зависит от скорости охлаждения, разме-
размеров заготовки и в некоторой степени от термических и механических свойств стекла.
Механически напряженное состояние стекла вызывает в нем соответствующее двой-
двойное лучепреломление. Связь между двойным лучепреломлением, выраженным в из-
изменении показателя преломления An, и механическими напряжениями Дст устанав-
устанавливается при помощи оптического коэффициента напряжения В (ОКН)
&п = В Ав = 6/s,
где б — разность хода, возникающая при прохождении поляризованного света
через напряженный образец, нм; s — толщина образца, см.
Большинство стекол имеет положительное значение ОКН (если напряжения
при растяжении, кик принято в теории упругости, считлп. с полож шельм им знаком)
в пределах Bч-3,5) 10а Па.
9

Таблица 1.5. Категории стекла
по двойному лучепреломлению
Кате-
Категория
1
2
3
4
5
Двойное лучепреломление ,
(нм/см), не более,
для В- 1012 Па
До 2
1,5
4
7
10
35
2 — 2,8
2
6
10
15
50
св. 2,8
3
8
13
20
65
Измерение двойного лучепреломления в нашей стране ведется в направлении
наибольшего размера заготовки, у большинства иностранных фирм — в рабочем
направлении заготовки. Установлено пять категорий двойного лучепреломления.
Как видно из табл. 1.5, при этом учитывается значение ОКН.
Полное отсутствие напряжений в крупногабаритных заготовках также может
вызвать нежелательные эффекты, так как в этом случае сильно проявляется воздей-
воздействие собственной массы и любых внешних нагрузок, например, при закреплении
детали.
Светопоглощение оптического стекла ранее определялось через так называемый
коэффициент светопоглощения Ка, т. е. через выраженное в процентах отношение
потока белого света (излучение газопол-
газополной лампы, близкое к излучению стан-
стандартного источника света А), поглощен-
поглощенного стеклом толщиной 1 см, к световому
потоку в начале пути, В действитель-
действительности в данном случае кроме потерь на
поглощение учитываются потери на рас-
рассеяние света, поэтому суммарную вели-
величину правильнее и точнее называть ко-
коэффициентом ослабления. Допускавшаяся
неточность объясняется тем, что потери
на рассеяние находятся в диапазоне
0,002—0,080 на 1 см и ими можно было
пренебрегать. Сейчас в связи со все более
широким использованием сверхпрозрач-
сверхпрозрачных стекол со светопоглощением 0,1 %
и менее потери на светорассеяние часто
становятся сравнимыми с потерями на
светопоглощение.
Причинами светорассеяния могут быть технологические пороки (мелкие пузыри,
начало выделения кристаллической фазы из стекла, мелкие посторонние включения),
но основной причиной являются флуктуационные изменения плотности в микро-
микрообъемах стекла, связанные с особенностями стеклообразного состояния — наличием
в большинстве стекол микроликвационной структуры и явлениями сегрегации от-
отдельных видов ионов в стекле.
Отечественные стекла характеризуются значением показателя светорассеяния
а' (%, см) для длины волны 546 нм (а'— величина, обратная длине пути света
в стекле, на которой вошедший световой поток за счет рассеянии уменьшается в е раз,
где е — основание натурального логарифма).
Ряд марок стекол, варящихся в платиновых тиглях, чрезвычайно агрессивно
действует на платину при высоких температурах, растворяя в своем расплаве неко-
некоторое ее количество. При понижении температуры расплава, необходимом для от-
отлива стекла, растворимость платины в стекле уменьшается и она выделяется в виде
мелких кристаллов с размерами 0,5—1 мкм, увеличивая светорассеяние.
Светопоглощение стекла нормируется по показателю ослабления вд. Он пред-
представляет собой величину, обратную расстоянию, на котором поток излучения от
стандартного источника А ослабляется в результате поглощения и рассеяния в стекле
в 10 раз. Светопоглощение стекла неравномерно по спектру: поглощение в ультра-
ультрафиолетовой и синей частях спектра во много раз больше, чем в желтой и красной.
Это может вести к искажению правильной цветопередачи в сложных многолинзовых
кино- и телеобъективах. Поэтому сейчас указывают длины волн, при которых коэф-
коэффициенты пропускания в толщине стекла 10 мм равны 0,50 и 0,90.
Практика отечественного стекловарения последних лет показывает, что ста-
стабильно производятся с малым светопоглощением и с правильной цветопередачей
26 марок стекол: ЛК6, К8, БКЮ, ТК14, ТК16, СТКЗ, СТК7, СТК8, СТК12, СТК9,
БФ25, Ф1, ТФ1, ТФЗ, ТФ4, ТФ5, ТФ7, ТФ8, ОФ4, ОФ5, ОФ6, ТБФ10, ТВФ9, ТФ13,
ФК11, ФК14. Для значений показателя ослабления е'л установлено восемь катего-
категорий (табл. 1.6). При выборе категории для заказа стекла следует учитывать, что
малое светопоглощение достигается в основном за счет использования особо чистых
химических реактивов и специальных огнеупоров, что предопределяет большую
!0
стоимость стекла высших категорий. Поэтому такое стекло рекомендуется исполь-
использовать в волоконной оптике, в элементах лазеров, в кино-, фото- и телеобъективах,
предназначенных для цветных съемок, в многолинзовых системах с общей длиной
пути света в стекле приблизительно 200 мм.
Свилью в оптическом стекле принято называть стеклообразные прозрачные
включения, отличающиеся по показателю преломления от окружающего их стекла.
Эта разница в показателе преломления есть следствие иного химического состава
свили по сравнению с окружающей массой стекла. В стекле могут встречаться как
одиночные свили, так и потоки свилей. Одиночная свиль мало влияет на качество
изображения, так как оптические приборы обычно работают в широких пучках и
одиночная свиль отклоняет от расчетного направления пренебрежимо малую часть
светового потока. Потоки свилей по своему оптическому действию близки к плавной
химической неоднородности в стекле. Они могут существенно снизить разрешаю-
разрешающую способность оптической системы и даже вызвать появление астигматической
аберрации. Нормирование бессвильности тесно связано с методом ее контроля.
При просмотре на эталонированной теневой установке с точечным источником света
стекло относят к 1-й или 2-й категориям бессвильности соответственно. Кроме кате-
категорий существуют два класса бессвильности. По классу А стекло проверяется на
бессвильность в двух взаимно перпендикулярных направлениях, по классу Б —
в одном направлении. Направление контроля указывает заказчик. По классу А
обычно заказывается стекло для призменной оптики, по классу Б — для линзовой.
Заготовки диаметром до 250 мм подвергаются выборочному 10 %-му контролю,
заготовки размером более 250 мм — сплошному контролю.
Таблица 1.6. Категории стекла
по показателю ослабления сиета
Катего-
Категория
ослабле-
ослабления
1
2
3
4
5
6
7
8
е'А, см-1
0,0002—0,0004
0,0005—0,0009
0,0010—0,0017
0,0018—0,0025
0,0026—0,0035
0,0036—0,0045
0,0046—0,0065
0,0066-0,0130
Таблица 1.7. Категории
пузырности оптического стекла
Кате^
гория
пузыр-
пузырности
1
1а
2
3
4
5
Диаметр
наиболь-
наибольшего
пузыря
в заго-
заготовке,
мм
0,002
0,05
0,1
0,2
0,3
0,5
Кате-
Категория
пузыр-
иостн
6
7
8
9
10
Диаметр
наиболь-
наибольшего
пузыря
в заго-
заготовке, мм
0,7
1,0
2,0
3,0
5,0
В связи со сложностью физико-химических процессов, происходящих в рас-
расплавленной стекломассе на различных стадиях технологического процесса, в за-
затвердевшем стекле, как правило, остается определенное количество газовых вклю-
включений — пузырей [3]. В СССР принято пузырность оптического стекла характери-
характеризовать двумя параметрами: диаметром наибольшего пузыря в заготовке стекла и
суммарным числом всех пузырей в 1 кг сырьевого стекла. К пузырям приравни-
приравниваются и непрозрачные включения — каменистые включения, отдельные кристаллы
и т. п. ГОСТ 3514—76 устанавливает 11 категорий пузырности (табл. 1.7) и преду-
предусматривает зависимость категории пузырности от массы заготовки. Контроль кате-
категорий пузырности для заготовок размером до 50 мм ведется выборочно A0 % от пар-
партии), заготовки большего размера подвергаются сплошному контролю.
Классы пузырности сырьевого оптического стекла (табл. 1.8) в ГОСТ 3514—76
помещены в обязательном приложении. Подсчет числа пузырей для определения
класса пузырности начинается с размера 0,03 мм. Все иностранные оптические
фирмы характеризуют пузырность стекла при помощи суммарного параметра, под-
подсчитывая площадь сечения (мм2) всех пузырей, заключенных в 100 см3 стекла. Эта
же система принята для «Совместного каталога оптического стекла СССР—ГДР»
11

(табл. 1.9). По отношению к блочному стеклу указанные группы пузырности яв-
являются гарантированными.
Пузырность стекла связана с его химическим составом и технологией произ-
производства. Наименее пузырными стеклами являются некоторые кроны, флинты и тя-
тяжелые флинты, наиболее пузырными — тяжелые кроны и некоторые сверхтяжелые
кроны, несмотря на то, что все СТК варятся только в беспористых платиновых со-
сосудах. Тяжелые кроны и баритовые флинты могут вариться как в керамических,
Так и в платиновых сосудах, в последнем случае класс пузырности ТК и БФ суще-
существенно улучшается. Наименее пузырное стекло необходимо для изготовления сеток
н шкал и для окулярных линз, ближайших к фокальной плоскости. Приходится
считаться и с тем обстоятельством, что наличие видимых пузырей в передних линзах
любительских фотообъективов для покупателя является браковочным признаком.
Для технолога-обработчика класс пузырности сырьевого стекла имеет определенное
значение, так как в многопузырном стекле увеличивается вероятность образования
вскрытых пузырей на полированной поверхности деталей.
Таблица 1.8. Классы
пузырностн оптического стекла
Таблица 1.9. Группы
пузырностн оптического стекла
Класс
пузыри ости
А
Б
В
Г
д
Е
Ж
Число пузырен
в 1 кг,
не более
3
10
30
100
300
1000
3000
Группа
пузыр-
пузырностн
1
2
3
4
5
6
7
Суммарная площадь
сечеинй пузырен
в 100 см4
вгекла, мм"
Менее 0,032
0,032—0,125
0,125—0,250
0,25—0,50
0,5—1,0
1,0—2,0
2,0—4,0
Для стекол серии 100 дополнительно предусмотрено нормирование радиа-
ционно-оптической устойчивости, характеризуемой приращением оптической плот-
плотности ДО на 1 см' после облучения стекла от источника излучения 60Со дозой
25,8 Кл/кг при средней мощности дозы 1 (Кл/кг)/с. Стекло должно соответствовать
требованиям табл. 1.10.
Таблица 1.10. Приращение оптической плотности
после радиационного облучения стекла
Марка
стекла
лкюз
ЛКЮ5
К108
кюо
КП4
К119
БК104
БКЮ6
до,
не более
0,040
0,050
0,015
0,030
0,045
0,025
0,015
0,015
Марка
стекла
БКЮ8
БКП0
ТКЮ2
ТКЮ4
TKU4
ТКП6
ТК120
ТК121
ДО,
не более
0,020
0,040
0,025
0,025
0,025
0,025
0,020
0,065
Марка
стекла
БФ111
БФ112
БФ113
БФ121
ЛФ105
Ф101
Ф102
Ф104
до,
не более
0,060
0,045
0,200
0,120
0,110
0,070
0,070
0,070
Марка
стекла
Ф113
ТФ101
ТФ103
ТФ104
ТФ105
ТФ108
ТФ110
ОФ101
До,
не более
0,070
0,080
0,040
0,045
0,040
0,080
0,040
0,050
1.4. Условия и формы поставки оптического стекла
ГОСТ 3514—76 действителен для всех заготовок с наибольшим размером до
500 мм, однако не из всех марок стекол можно изготовить качественные заготовки
такого размера вследствие неудовлетворительных технологических свойств этих
стекол. Во избежание недоразумений следует знать, что для 15 марок тестированных
12
Таблица 1.11. Допустимая
наибольшая масса заготовок
для некоторых марок стекол
стекол существуют ограничения наибольшей массы заготовок, которые могут быть
изготовлены в соответствии с требованиями ГОСТа (табл. 1.11).
Оптическое стекло поставляется либо в форме блочного стекла с установленными
при заказе размерами или с произвольными размерами, либо в виде заготовок с раз-
размерами по заказу потребителя. Основными видами заготовок являются прессовки,
круглые шайбы и призмы. Относительно редкими видами поставок являются заго-
заготовки-капли (например, заготовки микрооптики из сильно кристаллизующихся
стекол) и цилиндрические штабики.
Прессовки — это заготовки для линз и призм, изготовленные горячим прессо-
прессованием и имеющие естественную поверхность после прессования или шлифованные.
Круглые шайбы представляют собой
цилиндрические заготовки с матовой
боковой поверхностью и матовыми или
просветленными торцевыми поверхно-
поверхностями. Призмы — заготовки с плоскими
поверхностями, которые обработаны путем
распиливания, шлифования, грубого по-
полирования или имеют естественный после
прессования вид.
Блочное стекло поставляется:
1) в виде полированных с двух сторон
прямоугольных блоков шириной и дли-
длиной в пределах 150—500 мм и толщи-
толщиной 20—60 мм, у которых четыре боко-
боковые стороны не обрабатываются;
2) в виде шлифованных со всех сторон
прямоугольных плиток шириной и дли-
длиной в пределах 50—150 мм и толщиной
20—60 мм. По особому требованию заказ-
заказчика шлифованные со всех сторон плитки
поставляются мерной толщиной. Откло-
Отклонения от указанной при заказе толщины
не превышают ±2 мм. Стандартные размеры стекла в плитках: 50x50, толщина 10,
15, 20 мм; ЮОх 100 мм, толщина 10, 20, 30 и 50 мм; 50x150 мм, толщина 20 30,
40 н 60 мм.
Метод разделки стекла в штабики обеспечивает высокую производительность
труда. Штабики выпускаются как кругового (диаметром до 160 мм), так и профиль-
профильного сечения, например треугольного или прямоугольного с площадью сечения
до 400 мм2. Форма и размеры сечения штабиков должны быть указаны при заказе
стекла.
Прессованные заготовки имеют форму линз, призм, пластинок или дисков и
изготовляются согласно размерам, указанным в чертежах заказчика. При заказе
прессованных заготовок должны быть соблюдены следующие условия: диаметр
илн сторона не менее 8 и не более 150 мм; толщина по оси не менее 3 мм; отношение
диаметра к толщине не более 15 : 1; отношение длины прямоугольной заготовки
к ее ширине не более 3:1; стрелки прогиба сферических поверхностей не менее
0,03 диаметра, при меньших значениях стрелок заготовки выполняются в виде пло-
плоских дисков; масса не менее 1,5 г. Допуски для прессованных заготовок в зависи-
зависимости от диаметра даны в табл. 1.12 в соответствии с «Совместным каталогом опти-
оптического стекла СССР—ГДР».
Заготовки для деталей больших размеров поставляются в форме дисков, прямо-
прямоугольных и квадратных пластин, ограниченных параллельными плоскостями.
По особой договоренности заготовки крупных менисков и прямоугольных призм
поставляются по чертежам заказчика, согласованным с поставщиком. Допуск на
глубину залегания дефектов, в том числе и выколок, находится в пределах 5—8 мм
и до 10 мм при диаметре заготовок свыше 1000 мм.
Заготовки, предназначенные для линз и призм различных астрономических
приборов, пластин интерферометров и других ответственных изделий больших
размеров, изготовляются из лучшего, тщательно проверенного на свили стекла,
и подвергаются специальному тонкому отжигу, обеспечивающему отсутствие замет-
пых напряжений в стекле и его высокую оптическую однородность. Такие заготовки
13
Марка
стекла
ФК14
ТК17
СТК7
СТК9
СТК 12
СТК 19
КФ6
КФ7
>шая
аго-
.г
£ т *
Isl
1
5
30
0.5
7
8
3
3
Марка
стекла
БФ16
ТБФ4
ЛФ9
ЛФ10
Ф9
ТФ10
ТФ1Ю
|£
я га и
д п и
IgS"
30
3
1
1
2
15
15

Таблица 1.12. Допуски иа геометрические размеры
прессованных заготовок, мм
Диаметр
нлн наи-
наибольшая
сторон а
20-50
50—90
90—120
120—150
150—200
Допуск
на
диаметр
нлн сто-
сторону
±0,2
±0,3
+0,3
±0,4
±0,4
Допуск
на
толщину
+ 1,0
+ 1,0
+ 1,5
+ 1,5
+2,0
Просвет
по центру
сферы
прн на-
наложении
шаблона
0,6
0,7
0,8
1,0
1,2
Глубина залегания
дефектов
по пло-
плоскости
0,5
0,5
0,6
0,7
1,0
по боко-
боковой сто-
стороне
0,5
0,6
0,7
1,0
1,5
Прнлн-
вы по
краю
0,2
0,4
0,4
0,4
Разно-
толщин -
ность
по краю
0,3
0,4
0,6
0,8
1,0
поставляют из стекла более чем 30 марок. Заготовки размером до 1 м изготовляются
из стекла марок: Ф1, ТФ1, ТФ5, ТФ105; размером свыше 1м — из стекла марок:
ЛК5, К8, КЮ8, КЮ0.
• ' Для астрономических зеркал поставляют заготовки диаметром до 3 м из стекла
марок ЛК5 и ЛК7. Они также подвергаются тонкому отжигу, ио не свободны от тон-
тонких свилей. Для астродисков диаметром до 6 м использовалось специально разра-
разработанное для этой цели стекло. Заготовки для рентгеновских защитных стекол
имеют стандартные размеры: 400x400, 400x300, 356x356, 300x40, 240x180 мм
и диаметр 30 мм, а для смотровых блоков — 500x500 и 400x300 мм. В стекле за-
заготовок для этих изделий допускаются незначительные свили, не мешающие наблю-
наблюдению невооруженным глазом. Заготовки подвергаются обычному тонкому отжигу.
На блоках и заготовках оптического стекла указывается марка стекла и услов-
условный номер варки. На прессованных заготовках размером до 20 мм и штабиках дается
только марка стекла. Условный номер варки и отжига и размеры заготовки в этом
случае приводятся только в паспорте.
Каждая партия стекла сопровождается паспортом, в котором указывается
товарный знак изготовителя, марка стекла, условный номер варки и отжига, размеры
изделий и их штучная масса, количество изделий в партии и общая масса партии
(в случае блочного стекла или стекла в штабиках), показатель преломления пе,
средняя дисперсия, однородность партии по показателю преломления и средней
дисперсии, двойное лучепреломление, коэффициент светопоглощения, категория
по свилям и размер наибольшего пузыря в стекле, или категория пузырности.
Все другие сведения о стекле, например характеристика коротковолновой
границы пропускания, указываются по особому требованию. Значения оптических
постоянных даются в паспорте с точностью, необходимой для гарантии качества,
согласованного при заказе.
1.5. Система справочных параметров,
определяющих показатели качества оптического стекла
К справочным параметрам относятся следующие характеристики оптических
стекол: оптические, термооптические, теплотехнические, электрические, радиацион-
радиационная устойчивость, светорассеяние, механические свойства, химическая устойчивость.
Химическая устойчивость стекол характеризует их сопротивляемость к воздей-
воздействию факторов, имитирующих действие окружающей среды на полированную
поверхность оптической детали. Химическая устойчивость важна при выборе режи-
режимов механической и химической обработки поверхности стекла. Для оценки хими-
химической устойчивости стекол используются два фактора воздействия: влажная атмо-
атмосфера и слабокислые водные растворы.
Водные растворы могут вызвать на поверхности стекла образование прозрачных
или мутных пятен разнообразной формы и окраски. Они возникают в результате
14
Группа
пятнаемости
I (непятнающие-
ся стекла)
II (промежуточ-
(промежуточные)
III (пятнающие-
(пятнающиеся)
IV (нестойкие)
Действу-
Действующий
реагент
прн 50 °С
0,1 Н.
раствор
уксусной
кислоты
Вода
Время
появле-
появления фио-
фиолетовой
окраски,
ч
5
1-5
1
1
перехода с поверхности стекла в окружающую воду растворимых и гидролизующихся
соединений. На поверхности остается высококремнеземистый слой, пронизанный
порами диаметром несколько нанометров, который обладает хорошими защитными
свойствами, ио иными оптическими свойствами, в том числе пониженным показателем
преломления A,45—1,50) и уменьшенным коэффициентом отражения (примерно
на 0,5 по сравнению с неизменным стеклом). С пятнанием можно встретиться в про-
процессе изготовления оптических деталей из химически малостойких стекол, например
ТК, БФ и ТФ. Методика испытания стекол на устойчивость к пятнанию дана
в ГОСТ 13917—68. Она сводится к установлению времени, за которое свежеотполи-
роваииая поверхность стекла, лежащего в воде или 0,1 н. растворе уксусной кислоты
при температуре 50 °С, приобретет
в отраженном свете фиолетовую Таблица 1.13. Группы пятнаемости
интерференционную окраску. По оптических стекол
этому времени стекла разделены
на четыре группы пятнаемости
(табл. 1.13).
Некоторые нестойкие сили-
силикатные (тяжелые кроны) и неси-
несиликатные (боратные, германатные)
стекла ие образуют пленок с хоро-
хорошими защитными свойствами, и рас-
растворение стекла происходит не-
непрерывно с явно выраженными
признаками порчи поверхности.
Следует обратить особое внимание
на пятиаемость фторфосфатных сте-
стекол типа особых кронов, которые
относятся к третьей группе пят-
пятнаемости. В связи с выявившейся в
последнее время тенденцией к при-
применению крупногабаритных линз из этих стекол готовые поверхности таких линз
на промежуточных технологических стадиях лучше предохранять защитными
покрытиями.
Технологу-обработчику необходимо учитывать, что длительное хранение от-
отполированных деталей без нанесения просветляющих или других покрытий может
ухудшать их качество. Межоперационные перерывы для деталей из стекол БФ
и ТФ — не более 8 ч, для стекол ТК — не более 1 сут. Защита (эмаль НЦ-25)
увеличивает сроки хранения стекол БФ и ТФ до 20 ч.
Устойчивость стекол к действию влажной атмосферы (налетоопасность) свя-
связана с явлениями гигроскопичности, т. е. сорбции молекул воды из воздуха не-
некоторыми компонентами стекла, что может привести к образованию на поверх-
поверхности капельного налета. По устойчивости к действию влажной атмосферы силикат-
силикатные оптические стекла делятся на группы:
А — стекла, на полированной поверхности которых в условиях 85%-ной
относительной влажности при температуре 50 °С капельно-гигроскопический налет
образуется более чем через 20 ч (устойчивые стекла);
Б — стекла, на которых при тех же условиях налет образуется за 5—20 ч
(промежуточные стекла);
В — стекла, на которых при тех же условиях налет образуется менее чем за
5 ч (налетоопасные стекла).
Несиликатные оптические стекла по этому показателю разделены на группы:
а — стекла, иа полированной поверхности которых в условиях 73 о^-ной отно-
относительной влажности при температуре воздуха 80 °С за 10 ч не появляется признаков
разрушения (устойчивые стекла);
у — стекла, на которых при тех же условиях испытания разрушения, видимые
на глаз, ие обнаруживаются, но они видны при наблюдении в микроскоп с 80х уве-
увеличением (удовлетворительные стекла);
д — стекла, на которых при тех же условиях испытания разрушения обнару-
обнаруживаются невооруженным глазом (неустойчивые стекла).
Гигроскопический налет может возникать уже на деталях готовых приборов,
даже если они ие контактируют после сборки с воздухом. При проведении испыта-
15

ний на гигроскопичность стекла СТК, ТБФ, СТФ, ОК оказываются вполне устой-
устойчивыми, хотя в их составе нет кремнезема. Это объясняется отсутствием в иих
и наиболее гигроскопичных компонентов — окислов щелочных металлов.
В реальных условиях эксплуатации, транспортировки и хранения оптические
приборы могут подвергаться резким изменениям температуры и влажности, в связи
с чем возможна конденсация водяных паров на поверхности оптических деталей.
Образование капель воды на поверхностях деталей из несиликатных стекол часто
вызывает глубокие разрушения. Такого рода разрушения (помутнение, появление
кристаллических образований) проявляются на всех стеклах типов ФК, ОК, СТК,
ТБФ и на стеклах марок ОФЗ, ОФ4, ОФ5.
Определенное значение имеет для технолога знание коэффициентов термиче-
термического расширения а стекол (табл. 1.14). При изготовлении точных поверхностей
крупногабаритных деталей время, необходимое для «отстаивания» детали, прямо
Таблица 1.14. Значения коэффициентов линейного
термического расширения оптических стекол
Марка
стекла
ЛК5
ЛК7
ЛК4
СТК Ю
ОФЗ
ЛК8
СТК9
ТК23
ткз
КФ7
ТК1
КФ5
ОФ1
ТБФ5
БК8
К1
К2
ТК12
ТК4
КФ1
БФ28
СТК12
БКП
ТК13
БФ31
КФ6
БФ13
БК13
ТК8
ТК14
ТК2
БФ11
БФ26
К14
К18
КФ4
ТК18
а
в интервале
B0Н-120I0-',
-с
35
44
52
54
55
56
57
58
60
60
61
62
63
64
64
65
65
65
66
66
66
67
67
67
68
68
68
69
69
69
70
70
70
71
71
71
72
Марка
стекла
ЛФ5
ТК20
БФ1
БФ23
БФ25
ТК7
К17
БКЮ
БФ4
ЛФ7
ЛФ11
Ф1
Ф6
Ф7
Ф13
ОФ2
ТБФЗ
ТБФ4
К20
БФ7
Ф4 БС6
БК9
ТК17-75
К5
К8
КФ8
БФ19
Ф2
БК12
ТК9
БФ21
ФКЗ
сткз
БФ24
БФ18
ЛФ10
К19
а
в интервале
B0-М20) 10-',
°С
72
73
73
73
73
73
74
74
74
74
74
74
74
74
74
74
75
75
75
75
75
76
75
76
76
76
76
76
77
77
77
78
79
79
79
79
80
Марка
стекла
БК4
БФ27
ТФ2
ТК21
БФ8
ТФЗ
ТФ4
ТФ5
ТФ8
ЛК6
БФ6
ТФ10
КЗ
БК6
БФ16
ЛФ1
БФ12
ТФ1
ЛФ9
ЛФ8
ФК1
ЛФ12
КФЗ
лкз
СТК8
ББК2
К15
ТФ7
Ф9
ББК1
Ф8
СТФ1
ФК4
ЛК1
OKI
а
в интервале
B0Н-120) 10-',
°С
80
80
80
81
82
82
82
82
82
83
83
83
84
84
- 84
84
87
87
89
90
91
91
91 •
92
92
93
94
96
97
99
101
106
107
113
136
16
зависит от а. Для ряда устройств, например для линейных шкал измерительных
микроскопов, необходимо использовать стекла, имеющие то же расширение, что
и сопрягаемые с ними металлические детали. Самое же главное заключается в том,
что расширением стекла в основном определяется его термостойкость. Известны
случаи разрушения крупногабаритных линз при неосторожном их прогреве на
стадиях защиты или просветления. Особая внимательность требуется при обращении
с фторфосфатными стеклами типа ОК.
Коэффициент а влияет и на термооптические характеристики стекол, так как
температурные изменения показателя преломления зависят от смещения края
полосы поглощения и от изменения плотности вещества при нагреве.
В документации на оптическое стекло всегда приводятся значения показателей
преломления и дисперсий при температуре 20 °С. Оптические приборы, рассчитан-
рассчитанные с этими значениями показателей преломления стекол, работают и при других
температурах, в том числе и в условиях переменных температурных полей. Это
приводит к смещению плоскости изображения (термооптическая аберрация положе-
положения) и к изменению линейных размеров изображения (термооптическая аберрация
увеличения), а в переменных температурных полях качество изображения ухуд-
ухудшается из-за искажения фронта световой волны (термоволновая аберрация).
Для того чтобы вычислители и конструкторы оптических систем могли вести
расчет термооптических и термоволновых аберраций, в отечественных документах
ранее, чем это было сделано иностранными фирмами, введена характеристика стекол
по термооптическим постоянным V^j и ^А,/:
dn/dt
Первая из них относится к условиям постоянной температуры, отличной от
20 °С, вторая — к условиям неравномерного распределения температуры, что обычно
и бывает при эксплуатации крупногабаритной оптической аппаратуры. Термоопти-
Термооптические постоянные даются для трех длин волн D79,99; 546,07 и 643,85 нм) и для
двух интервалов температур (от —60 до 20 °С и от —20 до 120 °С). Для более
высоких температур, вплоть до нижней температуры отжига, значения термоопти-
термооптических постоянных можно вычислить с помощью двух линейных уравнений:
Значения констант аНорм, 1^норм, ф> 6, измеренные при 20 °С, для всех оте"
чественных стекол известны. V^, t стандартизованных оптических стекол изме*
няется в очень широких пределах: от —191-10~' "С у стекла ЛК1 до 99-10"' °С"
у стекла ЛК5. Это дает возможность легко подобрать комбинацию стекол, дающую
малую термооптическую аберрацию. Значения W^,t t почти у всех стекол положи-
положительны в пределах C5-^ 65) 10"' "С. Стекла ЛК1' и ФК14 имеют W = —4 X
X 10-'"С, стекла ТФ10 и ТФ12 — №= 125-10~7 ОС~1.
Ранее существовали лишь стекла ЛК1, ФК14, ФК5, ТК22, ВФ32 и ТБФ6
с малой термооптической постоянной W^ /. Оптические стекла с нулевыми и отри-
отрицательными значениями W^ t, которые в'настоящее время уже внедрены в серийное
производство, носят название атермальных.
В качестве примеров укажем на атермальный тяжелый крон ТК1621 с W =
= —13-10"' °С~1, атермальный аналог ходового оптического стекла ТК14 — стекло
ТК1419, которое при сохранении основных оптических постоянных имеет W —
=, —20-10"' "С вместо W ^ 56- 1(Г' "С, новое стекло БК1008 cf- 10- Ю~7 "С,
атермальный аналог стекла БФ13 — стекло БФ1320 с W = —23-10'7CC x вместо
W --= 59-10~7 "С1.
При производстве стекла большое значение имеет вязкость стекла, которая
определяет температуру выработки и отжига, а также температура варки стекол.
На стадии обработки и эксплуатации стекол вязкость имеет значение лишь как
фактор, ограничивающий применение стекла при высоких температурах. Стекло
переходит из твердого состояния в пластичное при вязкости 1-Ю12 Па-с. Вязкое
течение связано с разрывом или переключением _ химических свячен в сгеклах,
поэтому различные стекла имеют разный тел пер^тур^щй ход "" ""
р^гур^шД х
* 5 ■■•■' - •

Таблица 1.15. Температуры
спекания некоторых оптических стекол
Для практики представляет интерес температура спекания стекол, которая
определяется как температура спекания двух образцов стекла размерами 20 X
X 20 х Ю мм, положенных друг на друга
полированными сторонами и нагреваемых
со скоростью 2°С в минуту. Примеры
температуры спекания оптических сте-
стекол приведены в табл. 1.15.
Механические свойства оптических
стекол имеют большое значение для тех-
технолога-обработчика. Они во многом
определяют трудоемкость механической
обработки и возможность получения по-
поверхностей высокого класса чистоты,
так как мягкие стекла легко подвер-
подвергаются царапанию. К механическим
свойствам стекол относят плотность, опти-
оптический коэффициент напряжения, фото-
фотоупругие постоянные, модуль упругости,
модуль сдвига, коэффициент поперечной
деформации, твердость по сошлифовы-
ванию, микротвердость, прочность на из-
изгиб [2, 11].
Плотность определяется отношением массы стекла к его объему. Данные
о плотности при t = 20 °С необходимы при расчете массы заготовок и оптических
деталей (табл. 1.16).
Таблица 1.16. Плотность оптических стекол
Марка
стекла
ТФ7
ТФ5
ЛК6
0Ф5
Ф2
Й к
§■§
с*
Е g
Ь о
459
490
488
520
535
Марка
стекла
К8
БФ6
ТК9
ТК12
сткз
тура
я, °С
as
aj я
Si
ь5
720
650
631
666
690
Марка
стекла
ЛК5
ЛК6
ЛК7
ЛК8
ЛК1
ЛК4
К1
К2
лкз
КЗ
К5
КФ5
К17
КФ7
ББК1
К8
КФ6
К14
ЛФ12
ОФ1
ЛФ8
КФ4
ББК2
сткз
БК8
БК6
ЛФ1
БКП
БФ4
Плот-
Плотность,
г/см3
2,27
2,30
2,30
2,32
2,33
2,33
2,36
2,38
2,46
2,47
2,47
2,50
2,51
2,51
2,52
2,52
2,52
2,53
2,54
2,56
2,57
2,57
2,57
2,57
2,85
2,86
2,86
2,91
2,92
Марка
стекла
БФ23
Ф9
ФКЗ
БК12
ЛФ11
БК13
ТК12
БФ18
ТК1
БК9
БКЮ
ТФ11
ОФЗ
БФ6
ТК2
ЛФ5
ЛФ7
БФ7
ФК23
ТК20
ТК4
Ф2
ТК7
Ф8
ТК8
ТК9
Ф7
Ф13 .
БФ11
Плот-
Плотность,
г/см3
2,92
2,93
2,94
3,02
3,02
3,04
3,06
3,07
3,08
3,10
3,12
3,14
3,15
3,16
3,20
3,23
3,23
3,23
3,24
3,58
3,58
3,60
3,60
3,61
3,61
3,62
3,63
3,63
3,66
Марка
стекла
БФ12
БФ24
Ф4
БФ13
БФ25
ТФ1
БФ28
ТК21
БФ16
ТФ2
сткю
СТК9
СТК8
СТК12
ФК1
К16
К20
ЛФ9
К19
ТК17
БФ1
КФ8
КФ1
КФЗ
ОФ2
ЛФ10
К15
БК4
БФ8
Плот-
Плотность,
г/см3
3,67
3,67
3,67
3,82
3,86
3,86
3,96
3,98
4,02
4,09
4,10
4,11
4,16
4,22
2,58
2,58
2,61
2,61
2,62
2,66
2,67
2,68
2,69
2,71
2,71
2,73
2,76
2,76
3,28
Марка
стекла
ткз
БФ19
ФК4
ТК13
БФ27
БФ25
ОФ4
Ф6
ТК14
БФ21
ТК16
Ф1
БФ31
ТФ8
ТФЗ
ТБФ4
ТБФЗ
ТФ7
ТФ4
ТФ5
ТБФ5
ТФ10
СТФ1
СТФ11
Плот-
Плотность,
г/см"
3,29
3,36
3,38
3,44
3,46
3,47
3,48
3,48
3,51
3,56
3,56
3,57
3,57
4,23
4,46
4,46
4,47
4,52
4,65
4,77
4,82
5,19
6,68
6,79
18
Твердость по сошлифовыванию (табл. 1.17) характеризует сопротивление стекла
разрушению абразивом. За единицу принята твердость стекла марки К8. Твер-
Твердость стекол других марок определяется отношением объема сошлифованного стекла
марки К8 к объему стекла испытуемой марки, сошлифованного при тех же усло-
условиях. Погрешность определения составляет 10—20%.
Таблица 1.17. Значения относительной твердости
по сошлифовыванию оптических стекол
Марка стекла
ЛК1
лкз
ЛК4
ЛК5
ЛК6
ЛК7
ФК1
ФК13
ФК14
К1
К2—К20
БК4
БК6
БК8
БК9
БКЮ
БКП
БК12
Относи-
Относительная
твердость
0,9
0,9
0,9
1,6
0,7
1,0
0,4
0,5
0,2
0,9
1,0
0,8
0,9
0,8
0,8
0,7
0,9
0,9
Марка стекла
БК13
ТК1, ТК17,
ТК23
ТК2—ТК21
сткз
СТК7
СТК8
СТК9
СТК12
КФ1
КФ4
КФ5
КФ6
КФ7
КФ8
БФ1
БФ4
БФ6—БФ16
Относи-
Относительная
твердость
0,9
0,9
0,7—0,8
0,8
0,5
0,5
3
3
0,9
0,8
1,2
1,0
0,8
1,0
1,0
0,8
0,5-0,6
Марка стекла
БФ18, БФ21,
БФ25, БФ26,
БФ27
БФ19, БФ23,
БФ24, БФ28
ТБФЗ
ТБФ4
ЛФ1, ЛФ10
ЛФ5, ЛФ8
ЛФ7, ЛФ11
Ф1, Ф9
Ф2, Ф4
Ф6, Ф7, Ф8, Ф13
ТФ1—ТФ10
ТФ11
ТФ12
ОФЗ
ОФ4
ОФ5
Относи-
Относительная
твердость
0,9
0,7
1,3
1,7
0,9
0,8
0,7
0,5
0,6
0,7
0,5—0,6
0,4
0,8
0,8
0,4
0,3
Микротвердость (по Виккерсу) характеризует сопротивление поверхности
вдавливанию под известной нагрузкой алмазной пирамиды с углом при вершине
136°. Микротвердость рассчитывается как отношение нагрузки Р к площади поверх-
поверхности полученного пирамидального углубления, причем площадь рассчитывается
по измеренной под микроскопом диагонали отпечатка
HV = l,854P/d2.
Очень часто указывается микротвердость материалов по Кнупу, когда алмаз-
алмазный наконечник оставляет ромбовидный отпечаток. В табл. 1.18 приведены зна-
значения, полученные С. Н. Державиным и А. В. Ивановым для оптических бес-
бесцветных и цветных стекол, а также для оптических бескислородных (так называ-
называемых халькогенидных) стекол ИКС23— ИКСЗО. До сих пор широко применяется
относительная оценка твердости минералов по шкале Мооса (табл. 1.19).
Прочность стекла зависит от условий испытаний: физико-химического воздей-
воздействия окружающей среды, например влажности воздуха, продолжительности дей-
действия нагрузки и скорости возрастания нагрузки, площади поверхности или объ-
объема, который подвергается действию нагрузки, наличия дефектов на поверхности
в виде царапин, трещин, заколов, способа обработки поверхности, внутренних
пороков (камней, пузырей, свилей), временного интервала между изготовлением
образца и проведением испытаний. Условиям эксплуатации оптических деталей,
закрепляемых в оправе по периметру, наиболее соответствует метод испытания
прочности стекла на кольцевой центрально-симметричный изгиб. Предел прочности
при изгибе (Па) рассчитывается по формуле
ЗР
2nd-
19

Марка
стекла
ЛК5
Л Кб
ЛК7
К8
КЮ8
К208
К19
ТК2
ТК4
ТК8
ТК12
ТК13
ТК14
ТК16
ТК17
ТК20
ТК21
ТК23
Ж102
ТКП4
ТКН6
ТК120
ТК121
ТК123
сткз
СТК7
СТК8
Ta6j
Микро-
твердость
С.
ГПа
5,21
3,72
4,43
4,98
5,04
5,17
4,79
4,56
4,42
4,31
4,91
4,88
4,64
4,73
4,55
4,49
4,06
4,86
4,31
4,78
4,52
4,47
4,17
4,81
4,76
4,12
4,17
и ц a 1.1S
Марка
стекла
СТК9
СТК12
СТК19
БК6
БК8
БК9
БКЮ
БК13
КФ4
КФ6
К.Ф7
ФК14
ЛФ5
ЛФ6
ЛФ11
ЛФ104
ЛФ105
ОФ1
ОФ5
Ф1
Ф4
Ф13
Ф101
БФ1
БФЗ
БФ4
БФ6
. Микротвердость оптических
Микро-
твердость
нк.
ГПа
6,23
5,95
5,60
4,36
5,04
5,04
4,54
4,73
4,74
4,19
4,38
3,22
3,51
3,51
4,03
3,55
3,55
3,73
3,48
3,50
3,50
3,70
3,40
4,21
4,54
4,30
4,17
Марка
стекла
БФ7
БФ8
БФ9
БФ11
БФ12
БФ13
БФ16
БФ21
БФ24
БФ27
БФ28
ТБФЗ
ТБФ4
Ф104
ТФ1
ТФ2
ТФ4
ТФ5
ТФ7
ТФ8
ТФ10
ТФ12
ТФ105
ТФ108
НС2
НС12
СС1
Микро-
твердость
нк.
ГПа
4,34
3,67
4,09
4,43
3,77
4,51
3,96
3,85
3,93
4,17
4,10
4,34
4,50
3,47
3,31
3,25
2,93
3,22
2,98
3,22
2,87
3,53
3,10
3,30
4,35
4,03
4,27
стекол
Марка
стекла
СС5
СС6
СС15
КС 15
ЗС1
ЗС7
ЗС8
ЗС11
ОС5
ЖЗС5
ЖЗС13
СЗС9
СЗС17
СЗС24
ФС1
УФС2
УФС5
УФС6
МС14
ТС2
ТС4
ТС8
ИКС23
ИКС24
ИКС25
ИКС28
ИКС29
иксзо
Микро-
твердость
"к-
ГПа
4,19
4,03
3,77
4,35
4,19
2,75
2,80
4,19
4,19
4,30
4,03
3,81
4,19
4,44
4,14
3,22
3,24
4,27
3,74
4,06
4,11
3,30
0,98
1,18
0,96
1,00
1,05
1,46
Таблица 1.19. Шкала
относительной твердости минералов
где Р — разрушающая нагрузка, Н; d — толщина образца, мм; а — радиус опор-
опорного кольца (/'станд = Ю мм), мм; b — радиус кольцевого пуансона, мм; г0 —
радиус образца, мм; ц — коэффициент
Пуассона.
В ряде случаев, особенно для смо-
смотровых призм наблюдательных приборов,
основное значение приобретает так назы-
называемая ударная прочность стекла, опре-
определяемая путем сбрасывания с фиксиро-
фиксированной высоты на стекло металлического
шара. Испытания каталожных оптических
стекол по этой методике показали, что
наиболее прочным является стекло К8.
На основе окислов кремния, бора и алю-
алюминия удалось разработать ударопрочное
стекло ОПС1, прочность которого вы-
выше К8 в 1,6 раза. Стекло освоено про-
промышленностью.
Упругостью стекла называется спо-
способность деформироваться под действием
приложенной нагрузки и восстанавливать первоначальные размеры после ее сня-
снятия. Стекло считается упругим в области нагрузок, граничащих с пределом
прочности.
20
Минерал
Тальк
Гипс
Кальцит
Флюорит
Апатит
Твердость
по шкале
Мооса
1
2
3
4
5
Минерал
Ортоклаз
Кварн.
Топаз
Корунд
Алмаз
Твердость
по шкале
Мооса
6
7
8
9
10
Упругие свойства стекол характеризуются тремя величинами: Е — модулем
упругости (Юнга); G — модулем сдвига; ц — коэффициентом поперечной деформа-
деформации (Пуассона), которые связаны между собой уравнением Е = 2G A + ц).
Наименьшим модулем Юнга обладают легкие кроны C,9-1010 Па), наиболь-
наибольшим— сверхтяжелые кроны A,2-10х1 Па). Коэффициент Пуассона (отношение
поперечного сжатия к продольному растяжению) лежит в пределах 0,165—0,310.
Фотоупругие постоянные Сх и С2 характеризуют зависимость показателя пре-
преломления стекла от его напряженного состояния. Изотропное стекло, будучи под-
подвергнуто растяжению или сжатию, становится анизотропным, подобным одноосному
кристаллу, направление оптической оси которого совпадает с направлением действия
напряжения. Знание фотоупругих свойств необходимо при расчете режимов отжига,
определении волновой аберрации систем при изменении температуры (в том числе
оптических систем и активных элементов лазеров). Чтобы найти фотоупругие по-
постоянные, интерферометрическим методом измеряют изменение показателя пре-
преломления, вызванное чистым изгибающим усилием. При этом показатель преломле-
преломления зависит как от напряжения а, так и от направления колебаний света:
«И — «о = Схо\
п± — по= С2о,
где п0— показатель преломления ненапряженного образца; Пц — показатель пре-
преломления светового луча с направлением колебаний, параллельным направлению
усилия; п±— показатель преломления светового луча с направлением колебаний,
перпендикулярным к направлению усилия.
При сжимающей нагрузке показатель преломления стекла увеличивается.
В теории упругости сжимающие напряжения имеют отрицательный знак, поэтому
Сх и С2, как правило, также имеют отрицательный знак. Разница постоянных
Сг — С2 = ОКН, но так как определение фотоупругих постоянных и ОКН произ-
производится по различным методикам, то могут встретиться случаи небольших численных
расхождений между этими значениями: С, лежит в пределах (+0, Ы—6,1) 10~12 Па;
С2 — в пределах (—2,Он-6,8) 102 Па"\
К справочным характеристикам оптических стекол можно отнести не входящие
в ГОСТ данные по спектрам и яркости люминесценции при возбуждении гамма-
излучением, потоками электронов и протонов (радиолюминесценция) и ультра-
ультрафиолетовым излучением (фотолюминесценция). Эти данные приходится учитывать
для передних деталей оптических приборов (линзы, защитные окна). Они же могут
быть использованы в случае необходимости разбраковки стекла спутанных марок.
Данные приведены в руководящем техническом материале РТМ 3-145—71 «Стекло
оптическое бесцветное. Спектры и яркости люминесценции. Справочные данные».
Развитие лазеров [10] заставило исследовать еще одну характеристику стекла
и других оптических материалов — лучевую прочность (употребляется также тер-
термин оптическая прочность). В современных лазерах световой луч создает напря-
напряженность поля до десятков миллионов вольт на сантиметр. В этих условиях проис-
происходит электрострикция, т. е. сжатие вещества в местах наибольшей напряженности
поля, и увеличение показателя преломления. Нарушение однородности показателя
преломления приводит к самофокусировке излучения. Плотность самофокусирован-
самофокусированного потока достаточна для развития процессов ионизации, что влечет за собой раз-
разрушение образца, т. е. в случае коротких импульсов предел оптической прочности
определяется не механизмом поглощения энергии, а нелинейными свойствами стекла,
характеризующими его способность концентрировать световую энергию волны в ка-
канал диаметром 6—8 мкм, что приводит к увеличению плотностей потока до 1 х
X Ю12 Вт/см2. Лучевая прочность при длительных импульсах определяется тепло-
тепловым механизмом разрушения.
Установление механизма разрушения позволило связать лучевую прочность
стекла при коротких импульсах с его показателем преломления и модулем упру-
упругости. Эта зависимость оказалась совпадающей с той, которая была теоретически
выведена Ахмановым для условий самофокусировки пучка,
где L — пороговая мощность.
0+
21

Таблица 1.20. Пропускание
стекла К515 в инфракрасной
части спектра
К мкм
2,7
2,8
2,9
3,07
3,53
3,9
t ( %). в толщине
образца 10 мм,
не менее
90
80
72
60
40
25
Наиболее удачным сочетанием значений показателя преломления
и модуля Юнга в этом отношении из многокомпонентных стекол обладает
стекло К8.
1.6. Оптические стекла
для инфракрасной области спектра
Оптические бесцветные стекла, входящие в ГОСТ 3514—76, имеют в инфра-
инфракрасной (ИК) области спектра практически одну и ту же границу пропускания —
длину волны X, при которой коэффициент пропускания стекла равен 50 %. Для
слоя стекла толщиной 10 мм эта граница лежит в пределах 2,6—2,7 мкм, т. е.
это не собственное поглощение стекла, а полоса поглощения гидроксильных групп.
Специальными технологическими приемами из
расплавленной стекломассы можно устранить
примеси воды и ликвидировать указанную по-
полосу поглощения. Достаточно широкое приме-
применение получило одно из стекол указанного
типа — стекло К.515. По химическому составу
оно относится к цинксодержащим кронам
с определенной концентрацией фтористых соеди-
соединений. По пропусканию в ИК-области стек-
стекло К515 должно соответствовать табл. 1.20.
Из-за особенностей технологии стекло не может
быть получено по высшим категориям показа-
показателей качества. Показатель преломления стекла
равен 1,5245 при коэффициенте диспер-
дисперсии 56,7. Коэффициент термического расшире-
расширения стекла в интервале 20—120 °С равен 82 х
X 10~7 "С, плотность 2,75 г/см3, модуль Юнга
6,8-1010 Па, коэффициент Пуассона 0,24.
Несколько более высоким пропусканием обладает стекло 312М, в котором
стеклообразователем является не двуокись кремния, а двуокись германия. Стекло
содержит также большое количество окиси свинца и фторида свинца. Применять
его можно в системах, работающих до X = 5 мкм. Официальным документом на
стекло 312М являются технические условия ТУ 01—76. Стандартной формой по-
поставок стекла 312М являются заготовки диаметром 20 мм, толщиной 10 мм. Пока-
Показатель преломления стекла п для линии е равен 1,9557, причем допускается откло-
отклонение 100-10~4. По устойчивости к влажной атмосфере стекло относится к группе а,
по пятнаемости — к группе IV. Температура отжига стекла 370 °С. Плотность
6,2 г/см3.
Высоким пропусканием в ИК-области спектра обладают бескислородные стекла
ИКС на основе серы, селена, теллура в сочетании с элементами IV и V групп
периодической системы. Свойства стекол приведены в табл. 1.21 и 1.22.
Стекла устойчивы к воздействию у-излучения. При облучении дозой до 103 Кл/кг
пропускание их в рабочем участке спектра не изменяется. Отличительной особен-
особенностью стекла ИКС27 является возможность создания у него любого заданного
положения коротковолновой границы пропускания в пределах 1,5—4 мкм. Все
бескислородные оптические стекла имеют высокую химическую устойчивость по
отношению к влажной атмосфере (группа А) и кислым растворам (группы I—III).
Применение просветляющих покрытий обеспечивает повышение пропускания бес-
бескислородных оптических стекол в рабочей области спектра до 90—95 %. Варка
стекол производится в запаянных эвакуированных кварцевых ампулах.
Стекла указанных марок выпускаются промышленностью и поставляются в виде
заготовок со следующими параметрами: 1) диаметр или сторона заготовки от 25
до 250 мм; 2) толщина прямоугольных заготовок и дисков от 5 до 25 мм (для
ИКС27 от 3 до 10 мм); 3) масса заготовок из стекол ИКС22, ИКС23, ИКС24,
ИКС25, ИКС28, ИКС29, ИКСЗО не более 5 кг, из стекла ИКС26 не более 0,8 кг,
из стекла ИКС27 не более 0,5 кг.
Бескислородные оптические стекла являются принципиально новым классом
материалов, обладающих рядом существенных преимуществ по сравнению с мате-
материалами, известными ранее, как своими свойствами, так и относительной простотой
22
Т а б л и ц а 1.21. Пропускание и светопреломление бескислородных стекол
Марка
стекла
ИКС22
ИКС23
ИКС24
ИКС25
ИКС26
ИКС27
ИКС28
ИКС29
иксзо
Область
пропускания
по спектру
(рабочая), мкм
1—9
1—9
1 — 11
1,5—17
1—10,5
1,5-16
1,2—12,5
1 — 15,5
1—11,5
/I при длинах воли, мкм
2,0
2,5130
2,4469
2,4088
2,8058
2,4644
2,7366
2,6351
2,5698
8,6
2,4125
2,3772
2,7666
2,4310
Не нормируется
2,6993
2,6020
11,8
2,7574
2,6870
2,5914
Таблица 1.22. Фичнко-химические свойства
Параметры
Коэффициент термиче-
термического расширения а-107,
OQ-1
Температура размягче-
размягчения, °С
Удельная теплоемкость,
Дж/(К- кг)
Теплопроводность,
Вт/(м-К)
Тангенс угла диэлектри-
диэлектрических потерь tg б-104 при
частоте 9547 МГц
Диэлектрическая посто-
постоянная при частоте 9547 МГц
Модуль упругости
р. Щ-7 Пя
Коэффициент попереч-
поперечной деформации
Микротвердость Н^- 10~5,
Пя
Плотность, г/см3
ИКС22
226
210
500
4600
1,7
0,30
1,5
3,51
ИКС23
246
200
460
3300
2,8
7,9
1,6
0,31
1,5
3,32
ИКС24
182
270
540
3800
1,6
7,5
1,9
0,28
2,0
3,89
ИКС25
220
190
—
6,5
10,3
2,4
0,29
1,5
4,72
бескислородных
ИКС26
166
440
400
4600
4,5
7,6
2,0
0,26
2,8
3,80
ИКС27
177
270
330
2900
29
11,6
2,0
0,28
1,9
4,89
ИКС28
220
200
380
3300
5,5
9,9
1,8
0,29
1,6
4,48
стекол
ИКС29
220
200
—
5,0
9,8
1,86
0,28
1,6
4,74
ИКСЗО
122
390
—
1,3
8,2
2,22
0,27
2,45
4,33
технологии изготовления деталей больших размеров и любой требуемой формы.
Дальнейшие разработки ведутся в направлении создания кронфлинтовых пар для
ИК-области спектра, что позволит применять их для изготовления объективов
с исправленными аберрациями.
1.7. Оптические цветные стекла
Детали из цветных оптических стекол служат для изменения спектральной
характеристики светового потока и в подавляющем большинстве случаев исполь-
используются в форме плоскопараллельных дисков — светофильтров. Красители, вводи-
вводимые в цветные стекла в количестве нескольких процентов или даже десятых долей
23

Таблиц
Тип
I — стекла для диф-
диффузного отражения
света
II — стекла для диф-
диффузного пропускания
света
III — стекла для об-
образцов мутности
а 1.23. Типы светорассеивающих стекол
Назначение
Изготовление непрозрачных де-
деталей, диффузно отражающих на-
направленный на них свет (экраны,
кюветы, сферы), образцов срав-
сравнения и рабочих эталонов отра-
отражения и белизны устойчивых во
времени
Изготовление деталей, диффузно
рассеивающих проходящий через
них свет
Изготовление образцов и рабо-
рабочих эталонов мутности, а также
имитаторов различных рассеива-
рассеивающих сред
Марки
стекла
МС20; ОНС1;
ОНС2; ОНСЗ;
ОНС4
МС12; МС13;
МС19; МС23
МС16; МС17;
МС18; МС19
обработки кускового горшкового стекла. В табл. 1.24 приведены некоторые физико-
химические свойства светорассеивающих стекол. Химическая устойчивость этих
стекол к влажной атмосфере соответствует группе А.
Таблица 1.24. Свойства светорассеивающих стекол
Тип
I
II
III
Марка
МС20
ОНС1
ОНС2
ОНСЗ
ОНС4
МС12
МС13
МС23
МС16
МС17
МС18
МС19
Показа-
Показатель
прелом-
преломления
1,52
1,50
1,50
1,50
1,50
1,49
1,51
1,52
1,472
Плот-
Плотность,
г/см3
2,80
2,61
2,61
2,61
2,61
2,45
2,54
2,63
2,30
Температура, °С
отжига
520
580
540
540
580
545
520
520
410
спекания
600
680
640
640
680
630
620
620
500
Группы химической
устойчивости по
ГОСТ 13917-68
к действию
пятнающих агентов
I
III
Требования к бессвильности стекол МС — низкие. Число пузырей и камней
в стеклах МС12—СМ14 и МС19 ие нормируется. Отсутствие большого их числа
должно обеспечиваться технологией варки. В стеклах МС16—МС18 допускается
100 пузырей на 1 кг стекла. Особым требованием к стеклам МС12—МС14 и МС19
является равномерность их глушения. Равномерность глушения оценивается визу-
визуально при просмотре образцов стекла в проходящем свете, а для стекла МС14 —
в отраженном свете.
У стекол МС12 и МС13 контролируется также отсутствие прямого светопро-
пускания путем просмотра нити лампы мощностью 60 Вт через пластинку стекла,
26
помещенную у глаза наблюдателя на расстоянии 1 м от лампы. Нить лампы не
должна быть видна.
Традиционно за заводами оптического стекла сохранилось производство так
называемых увиолевых стекол УТ49 и УТ88, предназначенных для изготовления
деталей и изделий с высоким пропусканием в ультрафиолетовой части спектра.
Цифры 49 и 88 обозначают значение коэффициента термического расширения стекла.
Фактически это электровакуумные стекла молибденовой и платиновой групп соот-
соответственно. Допускается отклонение коэффициента расширения на ±2-10~7 СС~Х.
По химическому составу стекла являются щелочными алюмоборсиликатными
стеклами.
Для обеспечения высокого пропускания стекол в ультрафиолете при варке
используются чистые сырьевые материалы, содержащие примеси окиси железа не
более 0,0015 %. Стекла поставляются в виде плоских заготовок массой до 100 г
и кусков произвольной формы. По согласованию сторон часто производится поставка
в виде трубок.
Сравнительно новым видом продукции заводов оптического стекла являются
фотохромные стекла. Отличительное свойство стекол — пропорциональное умень-
уменьшение их коэффициента светопропускания по мере увеличения интенсивности па-
падающего светового потока. Физическая основа этого процесса та же самая, что и
при процессе фотографирования: разложение галоидного серебра под действием
света. Красящие центры в фотохромных стеклах — частицы металлического серебра.
Однако принципиальное отличие заключается в обратимости процесса в фотохром-
фотохромных стеклах, в то время как обычную фотоэмульсию можно «засветить» лишь один
раз. Причина эта состоит в невозможности перемещения галогена в стекле на боль-
большие расстояния. Галоген (обычно хлор) остается в достаточной близости от микро-
микрокристалла серебра и после прекращения действия световых фотонов рекомбинирует
с серебром, т. е. прежнее пропускание стекла восстанавливается [1].
Фотохромные стекла на основе галоидов серебра представляют собой двухфаз-
двухфазные системы. В стеклах, на первый взгляд прозрачных, электронный микроскоп
обнаруживает огромное количество неоднородностей в форме капель размером
50—300 нм, разделенных второй стеклофазой, толщина прослоек которой составляет
примерно 600 нм. В 1 см3 стекла насчитывается 1 • 1015 таких неоднородностей.
Эти микроликвационные явления в стекле развиваются только в процессе его вто-
вторичной термической обработки, которая является обязательной стадией в техноло-
технологии фотохромных стекол. Только после этой обработки стекло и приобретает фото-
фотохромные свойства. Галоидное серебро при этом вытесняется в поверхностные слои
каплеобразной фазы. Под действием активирующего излучения происходит фото-
фотохимическое разложение микрокристаллов галоидного серебра с образованием метал-
металлической серебряной фазы вокруг стеклянного ядра. В настоящее время выпускается
пять марок фотохромных стекол: ФХС2, ФХСЗ, ФХС6, ФХС7, ФХС8.
Стекло ФХС2 предназначено для записи информации и регистрации трехмерных
голограмм. Запись с фотохромным стеклом является амплитудной, т. е. происходит
за счет изменения коэффициента поглощения стекла в отличие от фазовой записи
в электрооптических кристаллах, где фиксация происходит за счет изменения по-
показателя преломления. У фазовой голограммы дифракционная эффективность может
5°£гоИТЬ Д° %" У амплитудной голограммы пределом является 3,5 %, у стекла
Преимуществом фотохромных стекол является высокая чувствительность, т. е
короткое время записи. Фактически полученная разрешающая способность соста-
составляет 2100 линий на 1 мм. По сравнению с фотоэмульсиями фотохромиые стекла
имеют существенное преимущество в том смысле, что не нуждаются в химической
обработке. Дело не только в упрощении процесса, но и в отсутствии возможности
возникновения деформаций, которые сильно сказываются на качестве восстановлен-
восстановленного изображения.
Из стекла ФХСЗ изготовляют линзы солнцезащитных очков, которые могут
использоваться как на открытой местности, так и внутри застекленных помещений
t/гекло создает условия комфортного зрения при изменении освещенности от 5 до
ои тыс. лк. Стекло ФХС6 употребляется для производства линз солнцезащитных
очков в которых работают только на открытой местности. Преимуществом ФХС6
перед ФХСЗ является то, что в исходном необлученном состоянии оно имеет более
высокую прозрачность и не окрашено.
27

Стекло ФХС7 предназначено для записи информации и регистрации трехмерных
голограмм. Дифракционная эффективность амплитудной голограммы достигает
3,5 %. Стекло ФХС8 идет на остекление зданий или транспорта; в нем фотохромные
свойства достигаются за счет применения недефицитных галоидных соединений
меди, а не серебра.
Для выбора нужной марки фотохромного стекла можно ориентироваться на
значения исходной оптической плотности и плотности после 30-секундного воздей-
воздействия солнечного света или облучения на установке ИФС-2. Для стекла ФХС2
эти значения плотности составляют 0,1 и 1,0, для ФХСЗ — 0,1 и 0,5, для ФХС —
0,04 и 0,5, для ФХС7 —0,15 и 1,3, для ФХС8 — 0,15 и 0,4 соответственно. При
взаимодействии активирующего излучения с возникающими центрами окраски ин-
интенсивность активации быстро падает, поэтому нецелесообразно использовать фото-
фотохромные стекла с большой толщиной (более 3—5 мм).
В последнее время в оптическом приборостроении, особенно в лазерной тех-
технике, ряд задач решается путем использования эффекта Фарадея — вращения пло-
плоскости поляризации светового луча в магнитном поле. Угол поворота ср опре-
определяется соотношением
<р = VSH,
где у—постоянная Верде; S — толщина стекла, см; Н — напряженность поля,
А/и. Постоянная Верде обратно пропорциональна квадрату длины волны света,
в связи с чем она быстро убывает в ближней ИК-частн спектра.
Обычные каталожные стекла имеют малое вращение плоскости поляризации
(максимальное значение постоянной Верде 0,07 для стекла ТФ7). Введение в стекло
парамагнитных редкоземельных ионов позволяет резко повысить эту способность.
Широко используется стекло МОС13 из окислов кремния, бора, цинка н бария
и трехокиси тербия. Постоянная Верде равна 1,2 для длины волны 420 нм. Коэф-
Коэффициент преломления 1,57, интегральное светопоглощение 0,5 % на 1 см толщины^.
Разработано дешевое фосфатное многоцериевое стекло, в котором весь церий
удалось перевести в трехвалентное состояние, что снизило светопоглощение стекла
до 0,6 % на 1 см и обеспечило постоянную Верде 0,16.
Исследования свинцово-фосфатных атермальных стекол с небольшим оптиче-
оптическим коэффициентом напряжения показали, что в ряде случаев они могут явиться
лучшим материалом для приборов, работающих на эффекте Фарадея, несмотря
на довольно небольшую постоянную Верде. В магнитовращающихся элементах из
этих стекол не возникает наведенного двулучепреломления нн при термических, пи
при механических воздействиях. Кроме того, детали из свинцово-фосфатных
стекол можно отжечь до полного отсутствия остаточного двулучепреломления.
1.10. Кварцевое стекло
Производство оптического кварцевого стекла [17] принципиально отличается
от производства других видов оптического стекла. Это единственное промышленное
стекло простейшего химического состава, содержащее только один компонент —
кремнезем. Высокая его тугоплавкость и высокая вязкость в расплавленном со-
состоянии (при 1723 °С вязкость составляет 1-Ю6 Па-с) не позволяют применять
к кварцевому стеклу технологию обычных оптических стекол. Кварцевое стекло
получается путем расплавления крупкн природного или синтетического кварца
в электрических печах или в кислородно-водородном пламени. В последнее десяти-
десятилетие получил широкое промышленное применение способ наплава кварцевого
стекла через газовую фазу. Исходным сырьем в данном случае является дешевое
химическое соединение — тетрахлорид кремния, который легко испаряется и гидро-
лизуется, образуя аморфный кремнезем и соляную кислоту. Конденсированный
кремнезем сплавляется в стекло в кислородно-водородном пламени (в последнее время
для этого используются и плазмотроны, обладающие тем преимуществом, что стекло,
наплавляемое в плазме, содержит меньше гидроксильных групп и более прозрачно
в ИК-части спектра). Готовая продукция имеет форму заготовок (блоков) ци-
цилиндрической формы.
Получение стекла через газовую фазу является пока единственным способом
борьбы с наличием в объеме стекла поглощающих микровключений, снижающих его
лучевую прочность.
28
Различные марки кварцевого стекла отличаются друг от друга не основным
химическим составом, а технологией их получения и сырьем, из которого велся на-
наплав, что определяет содержание примесей в стекле. В частности, стекло из тетра-
хлорида кремния содержит менее 4-10~5 % примесей, в том числе железа менее 5 х
X Ю~6 %, но зато содержание гидроксильных групп в нем доходит до 0,13 %, что
снижает температуру размягчения стекла до 1060 °С по сравнению с 1200 6С для
стекла КВ. В стекле нз тетрахлорида кремния, полученном прямым его окислением
в факеле низкотемпературной плазмы, имеется всего 0,001 % примесей гидроксиль-
гидроксильных групп.
ГОСТ 15130—79 установил пять марок оптического кварцевого стекла: КУ1 —
стекло, обладающее высокой прозрачностью в ультрафиолетовой области спектра,
без полос поглощения в области 170—250 нм, нелюминесцирующее; КУ2 — стекло,
прозрачное в ультрафиолетовой области спектра, с полосой поглощения в области
170—250 нм; KB — стекло, обладающее высоким пропусканием в области длины
волн от 270 до 2700 нм, но не свободное от полос поглощения при 240 и 2720 нм;
КВР — стекло, отличающееся от стекла марки KB малым изменением под действием
гамма-излучения; КИ — стекло, прозрачное в инфракрасной области спектра, без
полосы поглощения при 2720 нм.
-Особенности технологии оптического кварцевого стекла проявляются в том,
что кроме нормирования по оптической однородности, двойному лучепреломлению,
бессвильности н пузырности, ГОСТ 15130—79 предусматривает нормирование по-
показателей качества, характерных только для кварцевого стекла — мелкозернистой
неоднородности (ряби) и включений. Мелкозернистая неоднородность является след-
следствием неодинаковой степени воздействия высокой температуры, газовой атмосферы
и других физико-химических факторов при наплаве на центральную и периферийную
части каждой крупинки, из которой состоит исходная шихта. В результате этого
показатель преломления периферийной зоны отличается от центральной, что можно
наблюдать в виде теневой или дифракционной картины. Стекло из тетрахлорида
кремния свободно от ряби, но его оптическая однородность не выше третьей катего-
категории. Из этого стекла возможно получение заготовок не только для линзовой, но
и для призменной оптикн. Включения являются следствием того, что исходная
крупка может содержать примеси, отличающиеся по химическому составу от кремне-
кремнезема, которые в процессе наплава дают прозрачные, полупрозрачные, непрозрачные
или стекловидные включения. В крупке, приготовленной из кристаллов кварца,
полученных искусственно путем гидротермального синтеза, содержатся примеси
щелочных металлов, которые образуют стекловидные включения. Стекловидные
включения дают также полевой шпат, мусковит, турмалин, гранат.
По оптическим свойствам кварцевое стекло является обычным кроном с показа-
показателем преломления 1,4584 и коэффициентом дисперсии 67,83. Из-за малого коэф-
коэффициента расширения E,5-10"' "С) термооптические свойства кварцевого стекла
плохие (V = 213-10~7 "С"), но зато очень высока термостойкость. Кварцевое стекло
обладает высокой механической прочностью в широком интервале температур; оно
негигроскопично, устойчиво к воздействию воды и кислот, кроме плавиковой и фос-
фосфорной. Только при совместном воздействии высоких давлений и температур кварце-
кварцевое стекло можно растворить в воде. При облучении плотным потоком быстрых ней-
нейтронов кварцевое стекло увеличивает показатель преломления до 1,4763. При на-
нагреве стекла до 800 °С его первоначальные свойства восстанавливаются. Кварцевое
стекло — один из лучших материалов для изготовления крупногабаритных астро-
астрономических зеркал.
Легирование кварцевого стекла двуокисью титана дало возможность получить
материал с практически нулевым коэффициентом термического расширения. Макси-
Максимальный коэффициент расширения равен 0,4-10 "С. На стадии опытного произ-
производства такое кварцевое стекло имеет марку КЛР, выпускается в заготовках диа-
диаметром до 200 мм по ТУ 17—74.
1.11. Оптические ситаллы
Кристаллизацией стекла (которая обычно является браком) можно управлять
не только для ее уменьшения, но и для создания в стекле огромного количества очень
мелких кристаллов. Для этой цели удобны стеклообразующие системы, склонные
29

к микрорасслаиванию и кристаллизации хотя бы одной из микрофаз при последу-
последующей термообработке [5]. В 1958 г. были получены отечественные стеклокристал-
лические материалы, названные по предложению профессора И. И. Китайгород-
Китайгородского ситаллами (первая буква взята от стекла, окончание — от кристалла). Си-
таллы являются поликристаллическими материалами с очень мелкими равномерно
распределенными по объему кристалликами, сросшимися друг с другом или соеди-
соединенными прослойками остаточного стекла. Если размер единичного кристалла
меньше длины волны света, материал остается оптически прозрачным. Технологи-
Технологический процесс производства оптических ситаллов построен таким образом, чтобы
не дать вырасти кристаллам крупнее 0,4 мкм. Если показатели преломления кри-
кристаллов и остаточной стеклофазы будут близки, то потери света за счет светорассе-
светорассеяния останутся в допустимых пределах. Содержание кристаллической фазы в опти-
оптических ситаллах составляет 75 %.
Для технологии получения ситаллов характерна последовательная кристалли-
кристаллизация стекла при постепенном повышении температуры, которая обычно осуще-
осуществляется в несколько этапов. Первая ступень термообработки — выдержка в тече-
течение нескольких часов при температуре начала развития метастабильной ликвации
или кристаллизации примесной фазы с выпадением ее в виде мельчайших частиц
с размерами около 0,1 нм. Выпавшая стеклообразная или примесная кристалли-
кристаллическая фаза создает поверхность раздела между фазами, что облегчает равномерное
по объему стекла зарождение одной из основных кристаллических фаз, выпадающих
из стекла данного состава при повышении температуры. При дальнейшем повышении
температуры продолжается кристаллизация первой основной фазы и выпадение
следующих кристаллических фаз.
Свойства ситалла складываются из свойств кристаллического каркаса, образо-
образовавшегося в процессе термической обработки исходных стекол, и нз свойств остаточ-
остаточной стекловидной фазы.
Для получения оптических ситаллов применяется система из окислов кремния,
алюминия и лития с добавками двуокиси титана. В этой системе специальной
термообработкой можно выделить кристаллы литиевых алюмосиликатов —
сподумена, эвкриптита или петалита, которые обладают очень низким или даже
отрицательным коэффициентом термического расширения: а = —90-10"'"С
эвкриптита Li2O Al2O3-2SiO2, а = +9-10"' "С сподумена Li2O-Al2Cy4SiO2,
а = +3-10"' "С петалита Li2OAl2O3-8SiO2. В сочетании с положительным
коэффициентом расширения остаточной стеклофазы это дает возможность в заданном
интервале температур иметь коэффициент расширения ситалла отрицательным,
нулевым, слабо положительным E-10"'"С) и положительным E7-10~7 "С).
Различие свойств стеклообразной и кристаллической анизотропных фаз в си-
талле вызывает в нем наличие неустранимых натяжений, которые при просмотре
в поляризованном свете проявляются в виде характерной картины мелкоячеистой
сетки. Температура размягчения ситаллов достигает 1400 °С, но при 800 °С они те-
теряют прозрачность.
Ситаллы требуют высоких температур варки A550—1600 °С). Это обстоятельство
в сочетании с необходимостью получения крупногабаритных заготовок предопре-
предопределило развитие промышленной технологии ситаллов на основе использования печей
периодического действия. В результате в заготовках появляются специфические
неоднородности. Если при отливе расплава потоки свилей оказались ориентирован-
ориентированными, то в заготовке из этого расплава может появиться неодинаковая упругость
материала вдоль и поперек потоков свилей, что при изготовлении зеркала приводит
к появлению астигматизма. Однако при обработке облегченным разгруженным ин-
инструментом это явление не наблюдается.
Заготовки ситалловых зеркал выпускаются серийно диаметром до 2,6 м и тол-
толщиной до 0,4 м. Готовится производство более крупногабаритных отливок. Ситал-
ловые заготовки, имеющие большие диаметры, распиливают бесконечным гибким
цепным алмазным инструментом. Плоскость от пропила получается гладкая, без
вырывов, поэтому способ применим и для снятия припусков с крупных заготовок.
Интенсивность резания выше, чем при любом другом способе.
Основной маркой оптического ситалла в нашей промышленности является
литиевоалюмосиликатный ситалл СО115. В качестве катализатора ситаллизации
в нем использована двуокись титана, а основной кристаллической фазой является
бэта-эвкриптит. Структурные изменения, происходящие при ситаллизации, приводят
30
к образованию железистотитановых комплексов, обладающих повышенным свето-
поглощением в видимой части спектра. Хотя для зеркал малое пропускание мате-
материала не имеет прямого значения, оно затрудняет контроль дефектов в объеме боль-
больших заготовок. По этой причине и ряду других в последнее время разработан и го-
готовится к промышленному производству ситалл 11575 с использованием соедине-
соединений фосфора и кальция, обладающий несколько более высокой прозрачностью.
Свойства ситалла 11575 следующие:
Плотность, г/см3 2,53
Предел прочности на цеитральио-симметричиый изгиб, Па , . 12- 10т
Предел прочности на одноосное сжатие, Па 100-10'
Химическая устойчивость:
пятиаемость Группа I
устойчивость к действию влажной атмосферы Группа А
Двулучепреломлеиие, им/см 3
Газовыделеиие при 350 °С, л-Па/см2, не более 1 • 10~*
Коэффициент теплового расширения в интервале от —60 до
+ 60 "С. "С 0*1,5-10-'
Показатель преломления 1,550
1.12. Оптические монокристаллы
Несмотря на большое разнообразие оптических постоянных каталожных стекол,
существуют кристаллические вещества, имеющие более низкие или более высокие
значения показателей преломления, чем любые стекла. Диапазон спектральной
прозрачности кристаллов также далеко превосходит область прозрачности стекол.
Изотропность свойств стекла, как правило, не позволяет создавать иа его основе
оптические элементы с резко выраженными электро-, акусто-оптическими и другими
свойствами. Этим объясняется, почему современная оптическая промышленность
производит и обрабатывает очень большой ассортимент различных кристаллов
(табл. 1.25).
В связи с простотой выращивания одними из первых нашли применение кри-
кристаллы щелочных хлоридов NaCl и КС1. Однако большая гигроскопичность, раство-
растворимость и нетермостойкость этих кристаллов сильно ограничивают их применение.
В последнее время стал известен ряд простых методов их химической защиты, напри-
например нанесение пленки полистирола из 2 %-ного раствора его в толуоле, а также упроч-
упрочнение путем горячей распрессовки. Кристаллы NaCl и КС1 имеют для 10,6 мкм пока-
показатели преломления 1,49 н 1,46 соответственно, поглощают в этой области 0,2 %
на 1 см, их область прозрачности охватывает 0,3—18 мкм, коэффициенты линейного
расширения 440-10"' н 360-10"'"С. При импульсном режиме работы лазера на СО2
NaCl и КС1 выдерживают большие нагрузки: при импульсах длительностью 100 не
30 Дж/см2 и 75 Дж/см2 соответственно.
Несравненно большее значение и применение имеют в оптике монокристаллы
фторидов. Фтористый литий марки ФЛУ является непревзойденным оптическим
материалом по прозрачности в далекой ультрафиолетовой части спектра, так как он
прозрачен до 105 нм; фтористый литий марки ФЛИ является хорошим материалом для
изделий, работающих в спектральном диапазоне до 5 мкм. Фтористый литий выпуска-
выпускается двух категорий по светопропусканию; трех категорий по оптической однород-
однородности; четырех и пяти категорий по двойному лучепреломлению с разностью хода 20
и 50 нм/см; семи категорий по пузырности с диаметрами наибольшего пузыря в загс -
товке 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,7; 1,0; 2,0 мм. Существуют четыре категории фтористого
лития по свилеобразным дефектам: 1 — дефекты не допускаются; 2 и 3 — занимают
25 и 50 % площади в рабочем направлении соответственно; 4 — не нормируются.
Среднее число пузырей и включений в 1 кг ФЛУ не должно превышать 100 шт.,
а в 1 кг ФЛИ — 700 шт. Светорассеяние и окрашенность при визуальном контроле
в кристаллах ФЛУ не допускаются. Физико-химические свойства фтористого лития
приведены в табл. 1.25.
Детали из фтористого лития рекомендуется хранить в полиэтиленовых пакетах
с силикагелем. Для работы в ИК-области спектра до 9 мкм одним из основных мате-
материалов является фтористый кальций. В настоящее время существует серийное про-
производство кристаллов диаметром 450 мм и освоено изготовление кристаллов диаметром
600 мм при толщине 100 мм. В зависимости от рабочей области спектрального про-
пропускания установлены три марки фтористого кальция: ФКУ, ФКВ, ФКИ.
31

ллов
2
и
S
S1
о
НХ МОН
3
ш
В"
пти
о
йства
о
ш
U
ческие
I
S
X
Физико-
ца 1.25
S
ч
ю
со
н
с
>■
с
щ
и
t>
О
Q
to
Я
LiF
га
и
га
ICTB
CBof
к
та
М
о
иче
Kv6
к
СО
К
л
та
1Г0Н
га
О,
Тет
к
убическг
Сингония
СО
— О
ю
о
со ■#
см ^
3,98
1370
со
о ~-
СО
—
<м
<м
со
00 <М ~1 °0
^-00 о СО
а
CD О |
3,18
168
0.25
та д
У
-У о о
Плотност
Микротве
Твердост:
ю
я
СО
.—,^J
о стэ
— °°
184
13,6
354
со со
а>
1
§
g
щ
рас-
1В0Г0
и
нент
•10-
1
1
ю
1
О
"^1
со"
со"
_
14 350
9000
та
1
о
та -—
Ё я
2я
нию
Теплопро
Коэффиц:
прения а
Модуль ;
направле:
га
со
а
«
1
I
1
рас-
си
X
е рас-
0,17
0,27 и
0,0016
со
га
деств
,8
ш
МОСТ
1,83
со"
яется
,66
о-см
о
ряется
,7756
о —<
со
,377
1,4744
кислота
1,3921
со
1,4339
Q
лени;
s
о
рел
с
. ч
Раствори
0 г воды
Показате
о
СО"
о"
II
1
1
81,6
99,26
95,15
?
грсии
с
о
S
ч
иент
Коэффищ
Нормируются следующие показа-
показатели качества кристаллов:
светорассеяние (в ФКУ не допу-
допускается, в ФКВ допускается на уровне
светорассеяния эталонного образ-
образца с показателем светорассеяния
4-Ю-3 см);
окрашенность (для ФКУ и ФКВ
не допускается при визуальном кон-
контроле на белом фоне);
оптическая однородность (три
категории при контроле на коллима-
торной установке);
двойное лучепреломление (допу-
(допускается разность хода в рабочем на-
направлении в месте наибольшего про-
просветления — 20 и 50 нм/см);
пузырность (шесть категорий
с диаметром наибольшего пузыря
в заготовке соответственно 0,1; 0,2;
0,3; 0,5; 0,7; 1,2 мм). Среднее число
пузырей в 1 кг кристалла не должно
превышать для ФКУ 100 шт., для
ФКВ —500 шт., для ФКИ— 1000 шт.;
свилеобразные дефекты (имеются
четыре категории, в 1-й они допу-
допускаются, во 2-й и 3-й — могут зани-
занимать 25 и 50 % площади заготовки
соответственно, в 4-й — не ограничи-
ограничиваются);
пропускание (для ФКУ норми-
нормируется для длин волн 0,140; 0,155;
0,205 и 0,306 мкм, для ФКИ —
для 7,5 и 9,3 мкм, для ФКВ показа-
показатель поглощения К& слоя в 1 см для
длины волн 0,4 мкм должен быть не
более 0,03 см).
Фтористый кальций (CaF2) выра-
выращивают в виде сростка блоков моно-
монокристаллов, ориентированных произ-
произвольным образом. Границы между
этими моноблоками хорошо заметны
и неустранимы при последующей об-
обработке. Каждые 10° разориентации
вызывают местную ошибку при обра-
обработке в 0, IN. В ряде случаев местные
ошибки достигают 0.5N. Как правило,
чем больше заготовка, тем дальше
к периферийной зоне сдвигаются гра-
границы моноблоков, поэтому по осо-
особому соглашению возможна штучная
поставка безблочного фтористого каль-
кальция. Отсутствие блочности проверя-
проверяется просмотром в поляризованном
или отраженном свете. Условия про-
просмотра оговариваются при заказе.
В поляризованном свете должны
отсутствовать просветленные участки,
обусловленные местными напря-
напряжениями между блоками. В отражен-
32
ном~свете не должно быть участков, различающихся по отражению в одном на-
направлении.
Фтористый кальций обладает большим коэффициентом термического расширения
и малой механической и термической стойкостью. Определение термостойкости на
малых образцах дает термостойкость 110°С и это еще надо считать завышенной
цифрой. Некоторые физико-химические свойства фтористого кальция приведены
в табл. 1.25.
Кристаллы BaF2 прозрачны в спектральном диапазоне от 0,14 до 14 мкм и широко
используются в оптике, хотя при обработке требуется еще большая осторожность,
чем при обработке фтористого кальция. Фтористый барий стал широко использо-
использоваться в связи с развитием лазеров на СО2. Несмотря на относительно высокое погло-
поглощение BaF2 при длине волны 10,6 мкм, в импульсном режиме он выдерживает
107 Вт/см2 при импульсе 1—2 мкс. Фтористый барий, как и фтористый кальций, при-
применяется в окнах химических лазеров, так как удачно сочетает высокую химическую
устойчивость к рабочим смесям (обычно это СО2, D2, Fa, O2, He) с высокой лучевой
прочностью к излучению в диапазоне 2—5 мкм при характерных для химических
лазеров длительностях импульса 5 мкс. Известны две марки фтористого бария:
ФБУ и ФБИ с размерами заготовок до 150 мм. Заготовки свыше этого размера (в на-
настоящее время — до 450 мм) поставляются по особому заказу. Марка ФБУ в толщине
образца 5 мм должна пропускать 70 % света при Я = 220 нм и 90 % при Я = 700 нм,
марка ФКИ — 90 % света при Я = 9,5 мкм и 50 % при X = 12 мкм.
Двойное лучепреломление в рабочем направлении допускается до 80 нм/см.
В кристаллах ФБУ может быть до 1000 пузырей на 1 кг, в кристаллах ФБИ — до
3000 пузырей на 1 кг. Некоторые физико-химические свойства фтористого бария
приведены в табл. 1.25.
Монокристаллы фтористого магния (MgF2) — селлаита — получают кристалли-
кристаллизацией из расплава методом Стокбаргера—Степанова в вакуумной или фторирующей
атмосфере. Кристаллы выпускаются в виде штабиков 60 на 100 мм и дисков
диаметром 120 на 40 мм и в отличие от кристаллов других фторидов являются
безблочными. Некоторые физико-химические свойства фтористого магния приведены
в табл. 1.25.
Благодаря прозрачности в широком спектральном диапазоне (в особенности
в вакуумной УФ-области спектра), сочетающейся с механической и термической
прочностью, химической и радиационной устойчивостью, естественным двулучепре-
ломлением, а также с благоприятными теплофизическими характеристиками, приме-
применение кристаллов фтористого магния в оптике позволяет создать принципиально
новые приборы и устройства.
Широко стал применяться в оптической промышленности лейкосапфир (А12О3).
Разработана технология крупногабаритных кристаллов лейкосапфира диаметром
150—200 мм и массой более 10 кг, по спектральным характеристикам и структурному
совершенству превышающих лучшие мировые образцы, по оптической однородности
соответствующих 1-й и 2-й категориям однородности оптического стекла. Градиент
показателя преломления в любой точке були не выше @,5к- 2) 10. Пузырность отсут-
отсутствует. В настоящее время изготовляются диски диаметром 60, 80, 100, 120 мм при
толщине от 2 до 20 мм. Другим видом поставок кроме пластин являются призмы
размерами 20x20x80 мм и кубики 30x30x30 мм.
По химическому £оставу лейкосапфир представляет собой а-модификацию окиси
алюминия, поэтому для него иногда используют и термин «корунд», хотя это название
более принято относить к техническому продукту, содержащему некоторые примеси.
Свойства лейкосапфира приведены в табл. 1.25.
Потребность в микролинзах с большим показателем преломления для фотоприем-
фотоприемников ИК-излучения вызвала необходимость производства кристаллов титаната
стронция. Они представляют собой кубические кристаллы типа перовскита и произво-
производятся газопламенным способом Вернейля. Заготовки кристаллов выпускаются в виде
стержней цилиндрической формы диаметром 20 мм и длиной 15—150 мм. В 1 см3
кристалла может быть до 300 пузырей размером 0,025—0,05 мм; двойное лучепрелом-
лучепреломление — до 1200 нм/с. Блочность не допускается. Пластинка толщиной 1 мм должна
пропускать 40 % при длине волны 0,5 мкм, 60 % — при 0,8 мкм, 70 % — при 2 и
4 мкм, 60 % — при 5 мкм. Плотность кристалла 5,122 г/см3; температура плавления
2080 С; коэффициент термического расширения 98-10 "С; твердость по Моосу 6-
в воде не растворяется. Показатель преломления для 0,691 мкм — 2,37.
2 Кузнецов С. М. и др. 33

Кристаллы кальцита (СаСО3) — исландского шпата — являются редким при-
примером использования в современной оптике природных материалов. Однако при
организации производства синтетических кристаллов гидротермальным методом
можно было бы иметь кристаллы больших размеров, чем те, которые добываются
сейчас в природных условиях. Этот материал в заготовках разделяется на три марки
по областям спектрального пропускания: ИЩУ — от 0,22 до 1,9 мкм- ИШВ — от 0,4
до 1,9 мкм; ИШИ — 0,7 мкм.
В пределах каждой марки имеются такие сорта сырья: экстра, первый, второй,
третий. Кроме того, выделяется уникальный сорт, не рассеивающий свет гелиево-
неонового лазера. Разделение по четырем сортам производится по светопропусканию,
свильности, включениям, наличию двойников роста.
Исландский шпат легко раскалывается по плоскостям спайности, поэтому при
работе с ним не допускаются перепады температур более 1 °С в минуту. Твердость по
шкале Мооса — 4, плотность — 2,7 г/см3. Оптическая прочность исландского шпата
для обыкновенного луча высокая: в два раза выше, чем у стекла К8. Для необыкно-
необыкновенного луча прочность падает в несколько раз.
1.13. Кристаллы
для использования в инфракрасной области спектра
Название этого параграфа в некоторой степени условно, потому что для этих же
целен используются и те кристаллы, которые описаны в п. 1.12. Тем не менее извест-
известный смысл в таком делении есть, так как в связи с развитием длинноволновой инфра-
инфракрасной, в том числе лазерной оптотехники, заметно увеличилась группа кристаллов,
используемых только в этой области.
В сороковые годы А. Смакула в Германии вырастил монокристаллы из расплавов
таллия бромистого и таллия йодистого, а также таллия бромистого и таллия хлори-
хлористого, назвав их просто кристаллами из расплава (Kristalle aus dem Smelzflus),
откуда и пошло их укоренившееся название КРС. Кристаллы обладают высокой про-
прозрачностью в диапазоне от 0,6 до 40 мкм, мало растворимы в воде, легко режутся.
Небольшая механическая прочность является существенным дефектом кристаллов.
Температура плавления КРС составляет 423 °С. Ряд мировых оптических фирм
применяет призмы из кристаллов КРС в призменных инфракрасных спектрофото-
спектрофотометрах для работы в области 28—40 мкм. Коэффициент термического расширения
КРС в интервале 20—100 °С равен 490-10~7 "С. Показатель преломления для длины
волны А = 2 мкм составляет 2,20.
В последние годы проведена большая работа по исследованию кристаллов КРС
и улучшению их технологии. В результате сейчас существует промышленный выпуск
крупногабаритных кристаллов высокого оптического качества диаметром до 150 мм,
высотой до 70 мм [9]. Максимально достигнутые значения лучевой прочности на
длине волны 10,6 мкм составляют 80 МВт/см2.
При полировании кристаллов пока не удается избежать явлений астигматизма,
что связано с большой пластичностью кристаллов. Следует помнить, что из-за содер-
содержания таллия с кристаллами надо обращаться так же осторожно, как с соединениями
мышьяка.
Сравнительно новым кристаллом для оптики является селенид цинка (ZnSe),
потребность в котором возникла в связи с увеличением габаритных размеров и мощ-
мощности лазеров на СО2 с рабочей длиной волны 10,6 мкм. Существующая технология
выращивания монокристаллов селенида цинка под высоким давлением инертного газа
сильно усложняет конструкцию ростовой аппаратуры и ограничивает размеры выра-
выращиваемых заготовок, цилиндрическая часть которых имеет диаметр 60—160 мм.
Некоторые физико-химические свойства ZnSe приведены-в табл. 1.25. В лазерах
на СО2 в режиме непрерывной генерации селенид цинка выдерживает лучевую на-
нагрузку несколько киловатт на квадратный сантиметр A-Ю7 Вт/см2).
Кристаллы германия (Ge) используются в оптических системах лазеров на СО2
из-за очень высокой теплопроводности — 58,5 Вт/(м-К). Германий прозрачен от 2
до 23 мкм, поглощение при 10,6 мкм может быть доведено легированием до 0,015 см.
Поглощение германия чрезвычайно резко растет при температурах, превы-
превышающих 400 °С. Это связано с высокой подвижностью носителей в германии
и с большой температурной зависимостью концентрации носителей (при 20 °С
и 1 см1 их содержится Ы013, а при 400 СС — ЫО17).
34
Германий водоустойчив и допускает прямое охлаждение водой. Плотность герма-
германия 5,323 г/см3. Коэффициент термического расширения 61-10~7 "С1. Температура
плавления 937 °С. Показатель преломления для А = 10,6 мкм составляет 4,0028.
Твердость по сошлифовыванию равна 0,7.
Некоторые оптические фирмы США рекламируют использование алмаза в каче-
качестве материала оптических элементов лазеров на СО2. Поглощение алмаза при А =
= 10,6 мкм не так уже мало — 0,01 см, но очень высокая его теплопроводность
(вчетверо лучше, чем у металлического серебра) позволяет пропускать через алмаз-
алмазные окна световые потоки до 1 МВт/см2. Некоторые свойства алмаза как оптического
материала таковы: показатель преломления для А = 10,6 мкм 2,41; область пропуска-
пропускания 0,2—2 мкм и 6,5—100 мкм (в диапазоне 2—6,5 мкм широкая полоса поглощения);
коэффициент термического расширения 10,5-10~7 "С; плотность 3,5 г/см3.
1.14. Кристаллы
для генерации лазерного излучения
Широкое применение в современной оптике нашли активированные кристаллы
для генерации лазерного излучения. Исторически первым был рубин — окнсь алюми-
алюминия, легированная хромом в концентрации приблизительно 0,025 %. Широкое рас-
распространение рубиновых лазеров объясняется тем, что они помимо специфической
длины волны излучения обладают большой мгновенной мощностью, высокой спек-
спектральной яркостью, достаточной для многих применений направленностью нзлуче-
иия, возможностью визуального наблюдения, фотографирования на обычные фото-
фотоматериалы и регистрации малоинерционными вакуумными фотоприемниками в об-
области их максимальной спектральной чувствительности. Рубин как активное тело
обладает рядом положительных свойств: узкой полосой люминесценции (которая
может быть еще сужена на порядок глубоким охлаждением) и в связи с этим большим
коэффициентом усиления, возможностью непрерывно н точно регулировать длину
волны генерируемого излучения изменением температуры, большой механической
прочностью, высокой теплопроводностью и отсутствием фотохимического старения под
действием излучения накачки или генерации. Все это позволяет создавать доста-
достаточно надежные и мощные лазеры с хорошей воспроизводимостью параметров.
Приняты следующие условные обозначения рубиновых элементов: Р — элемент
без наконечников, РЛ — элементе лейкосапфировыми наконечниками, РЛС—элемент
с наконечниками со скошенным торцом, РЛ1Б — элемент с одним скосом под углом
Брюстера, РЛ2Б — элемент с двумя скошенными под углом Брюстера торцами.
Возможность наращивания лейкосапфировых наконечников является существен-
существенным преимуществом метода Вернейля применительно к изготовлению кристаллов
рубина. Обычно используются стержни рубина, ось которых ориентирована по отно-
отношению к оптической оси под углом 60 или 90°. В этих Кристаллах генерируемое излу-
излучение имеет линейную поляризацию с электрическим вектором, перпендикулярным
к плоскости, в которой лежит оптическая ось.
В связи с большим числом специфических контрольных операций элементов нз
активированных кристаллов обработка их ведется на том же предприятии, где про-
происходит выращивание заготовок. Потребителю поступают полностью готовые для
сборки элементы, каждый из которых прошел у изготовителя полный цикл испытаний
иа специальных стендах.
Алюмоиттриевый гранат, активированный неодимом с массовой долей 0,5; 1
илн 1,5 %, все больше заменяет рубин в новейших лазерных системах. Химическая
формула граната YsAl5Oa, обычно используется обозначение АИГ. Выращивание
АИГ ведется методом вытяжки по Чохральскому и методом зонной плавки. Длитель-
Длительность технологического цикла получения були от 4 до 6 сут. Порог генерации для
АИГ ниже, чем для рубина. Системы на АИГ хорошо работают без охлаждения в ре-
режимах с высокой частотой повторения импульсов, так как теплопроводность АИГ на
порядок выше, чем у стекла. Фотохимическая устойчивость высокая; после 600 тыс.
вспышек не наблюдается падения к. п. д. генерации.
Обычно применяются кристаллы АИГ из следующего ряда диаметров и длин:
5x50, 5x60, 5x35, 6,5x70, 6,5x90, 10x100, 10x130 мм. Радиальный градиент
показателя преломления для этих размеров не превышает@,5-т-3I0~5. Другие физико-
химические свойства алюмоиттриевого граната приведены в табл. 1.25. Поверхност-
Поверхностная лучевая прочность 4 Дж/см2. Для просветления высокопреломляющих торцов
2* 35

гранатовых стержней разработан химический метод нанесения слоев из гидролизую-
щихся растворов. С кристаллами АИГ конкурирует ортоалюминат иттрия с неодимом
(YA1O3). Показатель преломления кристалла 1,9103. Механические свойства близки
к свойствам граната, но эти кристаллы превосходят его по размеру предельной запа-
запасенной энергии, термооптике и по скорости выращивания при лучшем коэффициенте
распределения неодима. Изготавливаются элементы размерами 5x50, 60x90 и
8х 100 мм. Анизотропия физических свойств позволяет выбрать в кристаллах направ-
направления с оптимальными для требуемых задач выходными параметрами. В отличие от
кристаллов АИГ кристаллы YA1O3 генерируют плоскополяризованное излучение.
Наличие собственного двупреломления значительно ослабляет отрицательные эф-
эффекты, связанные с наведенным двупреломлением, что в ряде случаев делает этот
материал более перспективным по сравнению с АИГ.
1.15. Кристаллы
для управления оптическим излучением
Появление лазеров способствовало существенному развитию материалов для
модуляции света [12]. В связи с высокой направленностью лазерного излучения и
большой плотностью энергии материалы модулятора должны обладать высокой
лучевой прочностью.
К материалу модулятора предъявляются более жесткие требования по оптиче-
оптической однородности, чем к материалам других элементов оптического тракта. По этой
причине, например, не очень широко применяются нелинейные кристаллы со струк-
структурой калийвольфрамовой бронзы: калиеволитиевый ииобат («клин», K3Li12Nb5O15)
и бариевойатриевый ниобат («банан», Ba2NaNb5015). Большая нелинейная восприим-
восприимчивость при оптических частотах делает их перспективными для генерации второй
гармоники, однако трудность получения оптически однородных кристаллов практи-
практически не позволила внедрить их в модуляторную технику. Часто применяемыми до
сих пор являются кристаллы КДП и ДКДП — дигидрофосфат калия (КН2РО4)
и дейтерированный гидрофосфат калия, выращивание которого из водных растворов
ведется с использованием тяжелой воды.
КДП принадлежит к одноосным кристаллам тетрагональной сингонии. Прозрачен
от 0,3 до 1,2 мкм. Обладает линейным электрооптическим эффектом при наложении
электрического поля вдоль оси г, т. е. вдоль направления @01). В настоящее время
является одним из основных материалов для изготовления умножителей частоты,
генераторов гармоник, модуляторов света. Кристалл оптически отрицателей. Так, для
излучения неодима п0 = 1,4936, а пе = 1,4598. Плотность 2,338 г/см3. Температура
плавления 252 °С. Коэффициент термического расширения при 20 °С равен 216-10"'
перпендикулярно к оси с, 343-10"' — параллельно оси с.
Кристаллы растворяются в спирте, ацетоне, бензине, но особенно хорошо раство-
растворимы В воде и высоко гигроскопичны. Несмотря на внешнюю простоту выращивания,
однородные совершенные кристаллы получить сложно. Если нужны кристаллы круп-
крупных размеров, выращивание продолжается несколько недель, и любое нарушение
условий пересыщения или термостатирования в этот период будет губительно для
однородности кристалла.
В настоящее время освоено выращивание кристаллов ДКДП методом концентра-
концентрационной конвекции, позволяющим получать кристаллы хорошего оптического ка-
качества с высоким содержанием дейтерия размерами 45х45х 120 мм и ЮОх 100x220 мм
и более.
Из кристаллов тригоиальиой сингонии широко применяется ниобат лития
(LiNbO3). Создана аппаратура, позволяющая производить качественные заготовки по
способу вытягивания из расплава в виде буль диаметром 20 мм и длиной 120 мм.
Ниобат лития нерастворим в воде и слабых кислотах, это высокопреломляющий
материал (п0 = 2,2756, пе = 2,1874), прозрачен в диапазоне 0,4—5 мкм, твердость по
шкале Мооса 5. Ниобат лития с примесими элементов группы железа широко приме-
применяется в оптических запоминающих устройствах. Излучение миогомодового лазера на
стекле с неодимом разрушает кристаллы ниобата лития при плотности мощности
около 6 МВт/см2.
Тригональные кристаллы прустита (Ag3AsS3) используются в параметрических
генераторах и преобразователях инфракрасного диапазона в области 0,6—14 мкм.
36
Кристаллы прустита имеют большое отрицательное двулучепреломление (в видимой
части пд = 2,979, пе = 2,711), нерастворимы в воде, твердость по шкале Мооса 2,5.
Температура плавления 492 °С. Плотность 5,56 г/см3.
К высокоомиым нелинейным электрооптическим кристаллам относятся и описан-
описанные ранее кристаллы селенида циика. Этому типу кристаллов присуща большая
оптическая восприимчивость, к тому же они обладают широкой областью прозрач-
прозрачности, что позволяет использовать один и тот же модулятор в широком спектральном
'диапазоне. Однако метод выращивания этих кристаллов не позволяет получить
кристаллы, полностью пригодные для электрооптических применений. Двойникова-
иие кристаллов селенида цинка — серьезное препятствие на пути внедрения их
в технику СВЧ модуляции света.
Перспективны для модуляторов сегиетоэлектрические кристаллы танталата лития
(LiTaO3), магноииобата свинца (Pb3MgNb209), магнотанталата свинца (Pb3MgTa02).
Кристаллы танталата лития являются изоморфными по отношению к кристаллам
ниобата лития, однако они обладают естественной анизотропией, меньшей почти на
порядок по сравнению с кристаллами ниобата лития при одинаковой электрооптиче-
электрооптической эффективности. Это делает их перспективными для использования в электро-
электрооптических затворах и модуляторах лазерного излучения, особенно для пучков с за-
заметной расходимостью.
Кристаллы магнониобата и магнотанталата свинца — сегнетоэлектрики с размы-
размытым фазовым переходом со средними температурами точек Кюри при Ту = —100 С
и Ту^ = + 10°С соответственно обладают большим квадратическим электрооптиче-
электрооптическим эффектом и являются оптически изотропными в широком интервале температур.
На их основе в настоящее время разработан ряд электрооптических модуляторов
с уникальными характеристиками. Рабочие элементы из магнотанталата свинца имеют
размеры 5x5x5 мм, из магнониобата свинца — 6x6x2 мм или Юх Юх1 мм. или
9x12x1 мм с ориентацией (ПО).
1.16. Оптические поликристаллы
(оптическая керамика)
Какие бы успехи ни были достигнуты в производстве и применении монокристал-
монокристаллов, есть ряд факторов, ограничивающих их использование. Некоторые ценные по
оптическим свойствам кристаллы не могут применяться при высоких термомеханиче-
термомеханических нагрузках, причем зачастую разрушение происходит из-за влияния спайности
по кристаллографическим плоскостям. Многие интересные для оптики вещества
трудно получить в виде монокристаллов, тем более крупногабаритных. Для таких
Материалов важнейшее значение приобрела принципиально новая технологии опти-
оптических сред, получивших в США название иртраи, а в СССР — оптическая керамика.
Технология этих материалов заключается в вакуумном прессовании при высоких
давлениях и температурах, составляющих 2/3 температуры плавления вещества
Мелкодисперсных порошков окислов, фторидов, сульфидов, селенидов или более
сложных соединений. При этом эффективно действуют два механизма массопереиоса:
трансляционное скольжение по кристаллографическим плоскостям и скольжение по
Границам зерен.
Получаемый беспористый материал, лишь несколько уступая (временно, в силу
неидеальиости сырья сегодняшнего дня) монокристаллу аналогичного химического
состава по пропусканию в видимой части спектра, хорошо пропускает ИК-область
спектра и обладает высокой способностью выдерживать термомеханические удары.
Это улучшение термомехаиических характеристик достигается за счет разориеитиро-
ваниости отдельных зерен в оптической керамике, так что трещина, идущая по кри-
кристаллографической плоскости микрозерна, не имеет возможности беспрепитствеиио
развиваться. Размер единичного зериа в отпрессованной заготовке составляет не-
несколько десятков микрометров. В последние годы достигнуты существенные успехи
в повышении прозрачности оптической керамики в видимой части спектра, что дает
возможность создавать оптические системы, работающие в очень широком спектраль-
спектральном диапазоне. Оптическая керамика поставляется в форме плоских пластин различ-
различной конфигураций, дисков и менисков. В зависимости от типа оптической керамики
максимальные размеры заготовок меняются от 80 до 350 мм.
Наиболее широкое применение нашла оптическая керамика из фтористого
Магния КО12 (MgF2), имеющая рабочий интервал от 1 до 7 мкм. Керамика Ки2 из
37

сульфида цинка работает в более далеком, инфракрасном диапазоне — от 1 до 14 мкм.
Показатель преломления КО2 для X = 10,6 мкм равен 2,2. Температура плавления
1850 °С, но гораздо ранее она начинает окисляться. Модуль Юнга равен 9-Ю10 Па.
Оптическая керамика КОЗ представляет собой поликристаллический фтористый
кальций (CaF2), в котором отсутствие плоскостей спайностей увеличило устойчивость
материала к механическим и тепловым ударам. Коэффициент расширения
185-10~7 °С~1. Модуль Юнга равен 14-1010 Па, прочность — 4-109 Па. Оптическая
керамика КОЗ химически устойчива. Рабочая спектральная область пропускания
сильно зависит от качества сырья, но может быть доведена до 0,4—10 мкм.
Оптическая керамика КО4 — поликристаллический селенид цинка (ZnS).
Диапазон излучения КО4 перекрывает очень важный спектральный диапазон 0,5—
21 мкм. Показатель преломления равен 2,4 для к = 10,6 мкм. Температура плавления
1520сС, но сильное окисление начинается от 250 °С. Коэффициент расширения
77-10°С~1. КО4 относится к «мягким» оптическим керамикам. Модуль Юнга
7-1010 Па, твердость по шкале Мооса 4, предел прочности 6-109 Па. В воде не растворя-
растворяется, слабо растворяется в кислотах. У КО4 довольно высокий температурный коэффи-
коэффициент показателя преломления, для X = 5 мкм он составляет 48-10~6.
Оптическая керамика КО5 — поликристаллическая окись магния (MgO).
Температура плавления 2800 °С. Рабочий спектральный диапазон 0,4—8 мкм. Пока-
Показатель преломления для Х=2 мкм равен 1,723. Высокая теплопроводность
[44 Вт/(м-К)] позволяет использовать КО5 в изделиях, подвергающихся температур-
температурным ударам. В воде КО5 не растворяется, но при длительном хранении в обычной
атмосфере наблюдается взаимодействие с влагой и углекислотой воздуха с образова-
образованием на поверхности тонкого налета карбоната магния. Поэтому изделия, рассчитан-
рассчитанные на длительное хранение, лучше подвергать химической защите.
Оптическая керамика КО6 — поликристаллический теллурид кадмия (CdTe).
Эта керамика имеет наиболее длинноволновой диапазон пропускания. Показатель
преломления для Я = 10,6 мкм равен 2,67. Плотность 5,85 г/см3. Коэффициент расши-
расширения 55- Ю "С, что дает высокую термостойкость — 350 "С. В воде КО6 не раство-
растворяется, слабо подвержена действию органических жидкостей. Температура плавле-
плавления 1090 °С.
Оптическая керамика КО6 прозрачна в ИК-области спектра в интервале длин
волн 0,9—29 мкм и в этой области не имеет полос поглощения. Прозрачность керамики
КО6 в указанном диапазоне спектра составляет 60—65 % без учета потерь на отраже-
отражение и может быть увеличена до 99 % нанесением просветляющих покрытий.
Материал устойчив в нейтральной газовой среде при любых температурах, вплоть
до температуры плавления. На воздухе при температуре выше 350 °С он окисляется
с образованием тонких поверхностных пленок, в вакууме начинает испаряться при
температуре выше 450 °С.
Получены заготовки оптической керамики КО6 диаметром до 150 мм и толщиной
до 10 мм. Применяется в качестве подложек светофильтров в ИК-спектрофотометрах
и окнах газовых лазеров на СО, со средней плотностью мощности. Приемники нзлу»
чения с окнами из материала КО6 выдерживают охлаждение до температуры жид-
жидкого азота без растрескивания окон.
Электрооптическая керамика КЭО10 представляет собой полнкрнсталлнческий
материал на основе цирконататитаиата свинца и лаитаиа. В табл. 1.26 приведены
свойства КЭО10 состава Pbn.jjLao^Zro.eeTio.ieJOsB сравнении с известной керамикой
фирмы SAND1A (США). Интегральное пропускание электрооптнческой керамики
КЭОЮ без учета потерь на отражение на длине волны Не—Аг-лазера 630 нм состав-
составляет 60—65 % прн толщине образца 0,8 мм.
Материал КЭОЮ устойчив к действию воды и щелочей н слегка растворим
в минеральных кислотах, стоек в окислительной газовой среде, вплоть до температуры
плавления. При 1,33 Па и температурах выше 900 °С чернеет и становится непрозрач-
непрозрачным из-за восстановления катиона Ti4+ до трехвалентного состояния.
Разработанные приемы изготовления электрооптической керамики обеспечивают
получение материала с хорошо воспроизводимыми параметрами и высокого качества.
В настоящее время получены заготовки диаметром 125 мм.
Материал опробован в устройствах записи информации н модуляторах света и
может быть использован для изготовления электрически управляемых светофильтров,
оптических затворов. Мелкозернистая керамика (с размером зерна менее 4 мкм)
за
Таблица 1.26. Свойства электрооптической керамики,
выпускаемой в СССР и США
Свойства
Плотность, г/см3
Коэффициент термического расширения а-106, °С-1:
в сегнетофазе B0—150 °С)
в парафазе A50—300 °С)
Температура плавления, °С
Точка Кюри, °С
Показатель преломления
Область прозрачности при толщине образца 0,25 мм,
мкм
Диэлектрическая проницаемость при частоте 103 Гц
и 20 °С
Коэрцитивное поле, кВ/см
Линейный электрооптический коэффициент, см/В
Квадратический электрооптический коэффициент,
см2/В2
КЭОЮ
7,82
2,4
6,0
1300
150
2,47
0,4—8,0
3000
5,0
36-1010
5,6-1012
PLZT
7,80
2,4
5,0
1300
150
2,50
0,4—8,0
3000
8,0
6,12-1010
—
используется в устройствах, работающих на эффекте электрически управляемого
пропускания, крупнозернистая —■ на эффекте рассеяния.
Оптическая люминесцентная керамика КОЛ1 представляет собой плотный и
механически прочный прозрачный люминесцентный материал поликристаллической
структуры; по химическому составу это сульфид цинка (ZnS), активированный ионами
серебра (с массовой долей до 2-10" %) и содержащий до 1 % хлористого натрия.
Керамика изготавливается методом горячего прессования в вакууме.
КОЛ1 имеет синее свечение и возбуждается ультрафиолетовыми, рентгеновскими
и электронными лучами. Люминесцентная керамика чувствительна к ИК-излучению.
В отличие от катодолюминесцентных стекол типа КЛС и порошковых рентгенолюми-
нофоров типа Р450 керамика имеет более высокую яркость свечения. Люминесцентная
оптическая керамика обладает высокой стойкостью к действию электронных лучей:
при плотности тока 10~5 А/см2 устойчивость КОЛ1 в несколько раз превышает устой-
устойчивость монокристаллических экранов. Материал не имеет отечественных и зарубеж-
зарубежных аналогов. Световой выход катодолюминесценции 5 кд/Вт.
Оптическая керамика КО11 представляет собой новую светорассеивающую среду.
Это поликристаллический материал, получаемый методом горячего прессования фто-
фтористого магния (MgF2). Интегральный коэффициент диффузного пропускания КОП
для видимого света в зависимости от толщины образца и условий его изготовления
может колебаться от 15 до 35 %.
По своим рассеивающим характеристикам оптическая керамика КОП подобна
молочным стеклам типа МС, но вместе с тем она обладает лучшей термостойкостью,
прежде всего благодаря высокой теплопроводности; может применяться при темпе-
температурах до 800 °С и в отличие от силикатных стекол типа МС очень устойчива к воз-
воздействию фторирующих соединений (фтора, фтористого водорода и т. д.) как в газо-
газообразной, так и в конденсированной фазах. Оптическая керамика КОП опробована
в качестве рассеивателя света, работающего в газовой среде, содержащей пары фтора
и фтористого водорода. Использование светорассеивающей керамики КОП значи-
значительно расширяет области применения оптических приборов и устройств, в которых
необходимо преобразование направленных пучков видимого света в диффузные.
1.17. Волоконно-оптические элементы
Технология всех волоконно-оптических элементов [6], содержит ряд общих
операций: выработка стекловолокна в светоизолирующей оболочке с сохранением
реально осязаемого диаметра; укладка (регулярная или нерегулярная); фиксация
волокон на торцах или по всей длине склеиванием, горячим прессованием или другим
способом; обработка поверхностей.
По объему производства и потребления гибкие волок< иные жгуты (включая сюда
коллекторы-многохвостовики) — основной вид волоконно-оптических элементов.
39

Существует три вида гибких волоконно-оптических изделий: осветительные жгуты,
регулярные жгуты и коллекторы, которые изготавливаются из осветительных жгутов
с одним проклеенным концом.
Гибкие осветительные жгуты волокон (ГОЖВ) нормируются по размерам (длина
100—2500 мм, диаметр 2—15 мм), коэффициенту светопропускания, количеству де-
дефектов и чистоте поля зрения. Волокна на концах скреплены клеем ОК72Ф. Обо-
Оболочка жгутов — латексная, из ПХВ или из металлорукава.
Гибкие регулярные жгуты волокон (ГРЖВ) нормируются по размерам (длина
100—1500 мм, диаметр 2—10 мм), разрешающей способности, коэффициенту свето-
светопропускания, дефектам и чистоте поля зрения. Волоконные жгуты для медицинского
приборостроения должны обладать разрешающей способностью около 40 лин./мм, не
иметь дефектов и мозаичности, обеспечивать правильную цветопередачу. Конец жгута,
вводимый для осмотра внутренних полостей, подвергается многократным изгибам,
что предъявляет высокие требования к механическим свойствам волокна. Произ-
Производство отечественных волоконных жгутов переведено на использование новой пары
стекол, обеспечивающих получение этих качественных показателей, а технология
изготовления ГРЖВ принципиально изменена. Новые жгуты для передачи изображе-
изображения имеют разрешающую способность более 35 лин./мм. Волоконно-оптические эле-
элементы изготавливаются из специальных оптических стекол. Например, гибкие воло-
волоконно-оптические жгуты выпускаются из следующей комбинации стекол: сердцевин-
сердцевинное ВС с по = 1,586, оболочечное ВО спд = 1,488. Большая разница коэффициентов
термического расширения стекол (92-10~7 "С у ВС и 53-10"' "С у ВО) нужна для
получения напряженно-сжатого состояния вытянутого волокна, что обеспечивает ему
высокие механические свойства. Волокно имеет апертурное число 0,57. Общее свето-
пропускание жгута более 50 % на 1 м.
Длинные жгуты с особо высоким пропусканием в области 0,85 или 1,06 мкм будут
широко применяться для оптических кабелей связи. Такие системы отличаются высо-
высокой информативностью, экономичностью, помехоустойчивостью, безызлучательностью
передаваемой информации. Световоды в этих случаях должны иметь затухание менее
20 дБ/км, т. е. 5-Ю % на 1 см. Диаметр единичного волокна около 100 мкм, для
надежности в связевом жгуте обычно используется не менее семи световодов.
Жесткие вакуумплотные волоконно-оптические пластины (ВОП) выпускаются
с коэффициентом расширения 32-10~7 "С и коэффициентом расширения 73• 10~7 "С.
Так как волоконные пластины обычно сочленяются с колбами из стандартных электро-
электровакуумных стекол, их коэффициенты термического расширения могут быть C2, 49,
69, 73, 95) 10~7 "С. Волоконные пластины выпускаются максимальным размером
100x100x20 мм, в том числе с профильной обработкой поверхностей.
За счет изменения показателей преломления стекол сердцевины и оболочки рас-
расчетная апертура дисков может быть 0,53; 0,89;1,05. Жесткие вакуумплотные волокон-
волоконные диски, применяемые в качестве экранов электронно-лучевых трубок, должны
обеспечивать разрешение от 40 до 100 лин./мм при определенных частотно-контраст-
частотно-контрастных характеристиках. Иногда нормируется так называемый микроструктурный шум
путем сканирования пятном, диаметр которого соответствует диаметру не более
чем 10 единичных световедущих жил.
В оптическом приборостроении широко используются волоконные коллекторы и
преобразователи типа щель—квадрат, кольцо—линейная строка, преобразователи
с кодированным разведением выходных торцов (применяются для мгновенного опре-
определения координат светящегося объекта, для автоматической астроориентации и др.),
содержащие на выходе от 16 до 300 элементарных каналов. Размеры входных торцов
коллекторов 20x20, 15x15 и 12x12 мм. Размеры выходных торцов 1x1 мм или
3x3 мм. Расстояние между выходным и входным торцом, т. е. длина единичного
канала, в зависимости от типа изменяется от 16 до 1400 мм. Как единичные экземп-
экземпляры изготавливались многохвостовые коллекторы длиной до 10 м.
Волоконно-оптические преобразователи характеризуются особо высокими тре-
требованиями к точности их изготовления и сборки. Высокие требования предъявляются
также к положению и параллельности плоскостей входных и выходных торцов пре-
преобразователей относительно базовых поверхностей оправ.
В ряде случаев требуются волоконно-оптические элементы, работающие в ИК-
области спектра. Световоды для них изготавливаются из бескислородных стекол типа
ИКС. Диаметры единичных световодов относительно велики @,2—2 мм), поэтому
световоды не обладают гибкостью. Максимальная длина световодов 200 мм. Сущест-
40
вуют световоды на два спектральных диапазона: 0,7—9 и 1—16 мкм. Апертура может
быть высокой: от 0,7 до 1,4. Световод длиной 50 мм пропускает 40 % излучения. Из
световодов можно делать жесткие пластины и преобразователи.
Селфоки представляют собой одножильные и безоболочечные световоды с круглой
формой поперечного сечения и переменным по сечению показателем преломления.
Если показатель преломления уменьшается от оси световода к его краю по параболи-
параболическому закону, то в таком световоде лучи распространяются не по ломаной прямо-
прямолинейной траектории с отражениями от границы жила—оболочка, как в обычных
световодах со светоизолирующей оболочкой, а по синусоидальной кривой. Селфоки
обладают светофокусирующим свойством: сноп лучей, направленный к периферийной
части световода, всегда будет отклоняться в направлении к оси. Селфок работает как
оптическая линза и формирует изображение на своем выходном торце.
В настоящее время известны различные методы получения селфоков. Широко
применяется ионообменный способ получения селфоков: соответствующей химической
обработкой безоболочечных световодов на их боковой поверхности достигается обмен
ионов — удаление одних ионов и введение на их место других. Это дает перепад пока-
показателя преломления B-г- 7) 10~3.
Основные характеристики селфоков следующие: длина 30 мм; диаметр 4 мм;
фокусное расстояние 14—40 мм; апертура G-f- 15) 10~2.
Микроканальные пластины (МКП) представляют собой волоконную деталь,
у которой по всему полю удалены световедущие жилы, т. е. как бы пучок параллельно
уложенных полых стеклянных каналов диаметром 5—40 мкм и толщиной стенок
1—2 мкм. Внутренняя поверхность всех каналов имеет высокое сопротивление и
коэффициент вторичной электронной эмиссии (при нормальном падении электронов)
около 2,8—3,5. МКП используются в электронно-оптических преобразователях для
усиления яркости изображения с целью фиксации быстротекущих процессов. Основ-
Основные характеристики МКП приведены ниже:
Диаметр, мм 20, 28, 35, 40, 50, 60
Толщина по оси канала, мм 0,5—2,5
Угол между осью каналов и нормалью
к торцу МКП, ..." 0, 6, 15
Плоскопараллельиость торцевых поверхно-
поверхностей, мкм 30
Шаг структуры, мкм 15 — 18, 21—24, 42 — 47
Номинальный диаметр единичного канала,
мкм ........ 9-12, 13-15, 18-20, 38-42
Максимальное непостоянство сечения кана-
каналов по всему полю МКП, % 1
Толщина стеклянной перегородки между
каналами, мкм 1—3
Отношение длины L канала к его диаметру DK 33—165, 25 — 125, 10 — 50
Разрешение, лин./мм 35—40
Коэффициент усиления по току 103 —10'
Рабочее напряжение, кВ 0,8
Перечисленные выше требования к материалам и их обозначения в чертежах
на оптические детали приведены в гл. 2.

Глава 2
ОПТИЧЕСКИЕ ДЕТАЛИ
2.1. Технологические основы конструирования
Классификация оптических деталей. По функциональному назначению все
оптические детали делятся на следующие виды:
создающие отклонение оси оптической системы (клинья, преломляющие призмы);
создающие поступательное смещение части системы (линзы, зеркала, плоско-
плоскопараллельные пластинки, отражательные призмы);
привносящие в систему дополнительную оптическую силу (коллективы);
корригирующие элементы, не вызывающие вышеперечисленных отклонений, но
влияющие на качество изображения (пластины Шмидта);
диспергирующие элементы, разлагающие излучение на монохроматические со-
составляющие (преломляющие призмы, дифракционные решетки);
поляризационные элементы, преобразующие проходящий через них свет в поля-
поляризованный (двупреломляющие призмы);
комбинированные элементы, сочетающие в себе одновременно несколько выше-
вышеперечисленных функций.
По геометрическим признакам предусматриваются следующие основные их
типы: линзы, пластины, клинья, призмы, зеркала с плоскими и криволинейными
поверхностями. Кроме того, существуют оптические детали, относящиеся к дополни-
дополнительным типам и представляющие собой: сложные поверхности, например асфериче-
асферические; комбинации основных типов, например децентрированные линзы, линзы с тремя
преломляющими поверхностями, линзовые растры; комбинации поверхностей слож-
сложного микропрофиля, например дифракционные решетки, волоконно-оптические
элементы, микроканальные пластины.
Группирование деталей по функциональному назначению позволяет более полно
учитывать специфические требования к ним при выборе методов и средств технологи-
технологического контроля и при аттестации, а группирование детален по геометрическим
признакам — оптимизировать технологические и конструкторские решения по
оборудованию и оснастке.
Критерии технологичности. Совершенство конструкций оптических детален
и сборочных единиц характеризуется их соответствием своему функциональному
назначению, удобством, надежностью и экономичностью работы в приборе, а также
тем, в какой мере учтены и использованы возможности наиболее прогрессивных мето-
методов и средств их изготовления и контроля по отношению к заданному выпуску с уче-
учетом конкретных условий данного производства.
Обобщенным критерием технологичности конструкции изделия является ее
экономическая целесообразность при заданном качестве и принятых условиях про-
производства, эксплуатации и ремонта. При такой оценке конструкции необходимо рас-
рассматривать весь комплекс требований к ней в целом. Факторы, определяющие техно-
технологичность конструкции, не одинаковы для предприятий отрасли, не постоянны во
времени. По мере развития науки и техники, совершенствования организации про-
производства роль тех или иных факторов изменяется.
В зависимости от области проявления свойств технологичности конструкции
детали или сборочной единицы различают производственную и эксплуатационную
технологичность. Производственная технологичность конструкции заключается
в сокращении затрат средств и времени на конструкторскую и технологическую под-
подготовку производства, на технологические процессы изготовления. Эксплуатационная
технологичность конструкции имеет место при сокращении затрат средств и времени
на техническое обслуживание и ремонт изделия.
42
Оптические детали. Возможность применения прогрессивных технологических
процессов изготовления и сборки оптических деталей во многом определяется их
конструкцией. Поэтому при конструировании в соответствии с ГОСТ 14.204—73
всегда должны учитываться ие только служебное назначение, но и технологические
возможности изготовления. Эти требования диктуются как при выборе материала и
нормировании его качества, так и технологии последующей их обработки и контроля.
Рациональный технологический процесс может быть построен только при соблю-
соблюдении следующих условий.
1 Конфигурация детали должна представлять собой сочетание простых геометри-
геометрических форм, обуславливающих возможность применения высокопроизводительных
технологических методов обработки; иметь удобную и надежную базу для установки
и закрепления заготовки в процессе ее обработки, достаточную жесткость конструк-
конструкции при закреплении и обработке. В тех случаях, когда конструкция детали не отве-
отвечает этим требованиям, следует предусмотреть специальные элементы (технологи-
(технологические отверстия, приливы, фаски, фальшборт и т. п.), которые могут быть удалены
после обработки или оставлены без заметного влияния на функциональные свойства
детали. Рабочие поверхности деталей должны иметь правильную геометрическую
форму (круг, квадрат или прямоугольник с большими фасками), которая при поштуч-
поштучном изготовлении дает наибольшую экономичность достижения заданной точности
обработки, а при блочной обработке заготовок обеспечивает сборку блока в виде
правильного круга с коэффициентом заполнения площади не менее 0,7. Геометриче-
Геометрические размеры и размерные цепи детали должны быть проставлены рационально
(ГОСТ 2.307—68) с учетом возможности использования конструкторских баз в каче-
качестве технологических и измерительных.
Конструкция детали должна предусматривать возможность ужесточения допу-
допусков на некоторые ее параметры или введение дополнительных технологических
параметров, обеспечивающих применение экономически выгодных технологических
приемов обработки и косвенных методов их контроля.
2. Вид, свойства и качество материала должны соответствовать заданным пара-
параметрам детали или узла. .
3. Требования к качеству поверхностей детали (точность формы N и AN, шеро-
шероховатость ^/ и чистота Р) должны быть обоснованы ее служебным назначением и
согласованы с нормируемыми показателями качества материала: двойным лучепре-
лучепреломлением, бессвильностью и пузырностью (для стекол), поликристалличностью,
полиморфизмом, посторонними включениями и другими локальными неоднородио-
стями (для кристаллов). Эти требования также должны быть согласованы с физико-
химическими свойствами материала: относительной твердостью по сошлифовыванию,
химической устойчивостью (для стекол) и анизотропией физико-химических свойств
(для кристаллов).
4. Вид поверхности и форма ее задания (вид уравнения асферической поверх-
поверхности, координаты точек и т. д.) должны быть согласованы с предполагаемой техноло-
технологией изготовления и контроля.
5. Точность взаимного расположения поверхностей (децентрировка С, клино-
видность 6, пирамидальность л, отступления углов, например Д45 , и др.) должна
быть обоснована служебным назначением детали и при жестких допусках согласована
с показателями качества материала по оптической однородности и двойному луче-
лучепреломлению.
6. Выходные параметры: разрешающая способность е, допускаемый дифракцион-
дифракционный кружок рассеяния (НКР), искажение волнового фронта К, минимальная фокус-
ность /min, угол отклонения луча со и другие — должны быть обоснованы служебным
назначением детали и согласованы с заданными показателями качества материала:
оптическими константами пе, Д tnF, — «£•), однородностью, двойным лучепреломле-
лучепреломлением, бессвильностью, пузырностью (для стекол); поликристалличностью, полимор-
полиморфизмом, анизотропией физико-механических свойств (для кристаллов).
7. Конструкции деталей должны быть единообразными за счет стандартизации и
унификации сборочных единиц, деталей и их элементов, использования параметри-
параметрических рядов, повышения коэффициента применяемости и т. п.
Выполнение этих условий позволит четко определять принадлежность детали
к определенной классификационной группе, на представителя которой составлен
43

типовой технологический процесс, и обеспечит возможность механизации и автомати-
автоматизации технологического процесса.
Унификация конструкций оптических деталей и их элементов является основой
для унификации индивидуальных, типовых и групповых технологических процессов
обработки.
Сборочные единицы. Конструкция сборочной единицы отрабатывается согласно
ГОСТ 14.203—73 на технологичность совместно с входящими в нее деталями. К ней
предъявляются следующие требования.
1. Сборочная единица должна расчленятьси на рациональное число составных
частей с учетом возможности использования: принципа агрегатирования, компоновки
стандартных и унифицированных деталей, селективной сборки, легкосъемности
составных частей с малым ресурсом, механизации и автоматизации сборочных
работ.
Компоновка конструкции сборочной единицы должна предусматривать: возмож-
возможность использования конструкторских и сборочных баз в качестве технологических
и измерительных; возможность использования базовой составной части в качестве
основы для расположения остальных составных частей; возможность соединения
(склеивание, спекание, оптический контакт и др.) сборочной единицы, агрегата
предусмотренным способом.
Конструкция сборочных единиц по возможности не должна требовать дополни-
дополнительной ее обработки в процессе сборки.
2. Качество соединяемых поверхностей независимо от способа их соединения
должно удовлетворять основным требованиям поточности сопряжения (Л^сошАЛ'соп).
шероховатости ( \/ \> чистоте (Р).
3. Точность взаимного расположения составных частей должна быть строго
обоснована расчетом и взаимосвязана с точностью изготовления составных частей.
Выбор метода сборки для данного объема выпуска и типа производства должен про-
производиться на основании расчета и анализа размерных цепей.
Наиболее предпочтительна сборка с обеспечением полной взаимозаменяемости.
Менее эффективна селективная сборка с неполной, групповой взаимозаменяемостью
или регулировкой компенсаторами. Сборка с пригонкой должна быть по возможности
исключена. Для правильного функционирования собираемого узла должны пре-
предусматриваться центрирующие, фиксирующие, компенсирующие н другие элементы
(фаски, лыскн, канавки, отверстия и т. д.), обеспечивающие заданную точность отно-
относительного расположения деталей. Эти элементы должны иметь простую геометри-
геометрическую форму, удобную и доступную для обработки н контроля, не ухудшающую
функциональные свойства изделия, базовые поверхности, относительно которых
взаимно ориентируются и закрепляются детали. Для этого на базовой детали узла
предусматривается хорошо развитая установочная база, обеспечивающая достаточную
устойчивость и прочность соединения собираемых относительно ее деталей. При не-
необходимости базовые детали должны иметь гарантированно большие размеры базовых
поверхностей, дающие возможность подвижек второго компонента относительно базо-
базового (например, диаметр линзы с тонким краем делается меньше диаметра линзы
с толстым краем, если их склеивают).
Конструкции сборочных единиц должны предусматривать возможность сборки
без сложных приспособлений и специальной контрольно-юстировочной аппаратуры.
При этом должна быть обеспечена возможность свободного доступа к элементам сбо-
сборочной единицы, возможность тонких взаимных подвижек, регулируемого прижима и
точной фиксации положения.
Конструкции сборочных единиц должны удовлетворять специфическим особен-
особенностям способа соединения (склеивание, сваривание, оптический контакт, гарантиро-
гарантированный малый зазор и т. п.), а при необходимости обеспечивать возможность разъема
и повторного соединения или замены отдельных компонентов и т. д.
Оптические системы. Целью обеспечения технологичности оптических систем
является создание любых систем, характеризующихся высокими качественными и
экономическими показателями. Такие системы обладают прежде всего малой чувстви-
чувствительностью к погрешностям изготовления. Критериями оценки является степень
влияния технологически приемлемых отклонений конструктивных параметров систем
на кх аберрации. Для получения заданного качества изображения нетехнологичные
системы, обладающие высокой чувствительностью к погрешностям изготовления,
44
требуют обеспечения технически трудновыполнимых допусков в опытном производ-
производстве и экономически необоснованных — в серийном.
Оценка технологичности оптических систем должна производиться по результа-
результатам анализа чертежей и выпусков, дополненных сводками среднеквадратических от-
отклонений функций при соответствующих допустимых погрешностях конструктивных
параметров систем. Для этого может быть использована, например, программа авто-
автоматизированного расчета оптических систем на БЭСМ-6 [1 ]. Этот расчет обеспечивает
подгонку поверхностей под пробное стекло с погрешностью N = 1 при отклонениях
его радиуса от номинала Дг/г = 0,1 %, толщины линз и воздушных промежутков от
номиналов Ad = 0,01 мм, показателя преломления для основной длины волны Дя^о =
= 0,0003, дисперсии Д (яд,2 — n^i) = 0,00003. В качестве функций приняты вели-
величины, характеризующие систему в параксиальной области, геометрические аберра-
аберрации, а также коэффициенты аберраций третьего порядка. Поскольку доверительные
интервалы для каждой функции определяются не для всех параметров сразу, а по
группам: Дг/r, N, Ad, Дпд,0 и Д (я^2— пХ\)> T0 предусматривается разделение причин
отклонений функций и оценка возможности их уменьшения путем различных меро-
мероприятий: пересчетом на плавки, комплектацией по толщинам и т. д. Следовательно,
одновременная оценка чувствительности систем с их автоматизированной коррекцией
является непременным условием обеспечения технологичности систем [1].
При конструировании оптических систем (ГОСТ 14.202—73) должна быть пре-
предусмотрена возможность их расчленения на рациональные технологические сборочные
единицы. Оптимальным является решение, когда оптические узлы системы (объек-
(объективы, оборачивающие системы, компенсаторы, призменные блоки, окуляры и т. д.),
выполняющие определенные рабочие функции, являются одновременно и технологи-
технологическими узлами, сборку и контроль которых можно производить независимо от других
узлов. Такие узлы перед передачей их на окончательную сборку должны проходить
контроль, испытания и аттестацию. Этим повышается производительность, качество
и надежность продукции.
Критерии рациональности. На рис. 2.1—2.14 приведены рабочие чертежи не-
нескольких типов оптических деталей: линзы простые (рис. 2.1—2.3); линзы сложные
(рис. 2.4, 2.5); линзы из флюорита (рис. 2.6), органического стекла (рис. 2.7); зеркала
(рис. 2.8, 2.9); светофильтр из цветного стекла (рис. 2.10); оптический клин (рис. 2.11);
призмы (рис. 2.12, 2.13); лимб (рис. 2.14); сборочный чертеж объектива (рис. 2.15)
и спецификация (форма).
ФОРМ Л. Спецификация оптических деталей
Фор-
Формат
11
11
11
Зона
Пози-
Позиция
1
2
Обозначение
Наименование
Документация
Сборочный
чертеж
Детали
Линза
Линза
Коли-
Количество
1
1
Примечание
Простота конструкции детали характеризуется использованием простейших
видов поверхностей (плоскости, сферы) и наименьшим их числом (три—шесть). Более
сложные конструкции имеют асферические поверхности (рис. 2.4, 2.5, 2.9) или боль-
большее их число (рис. 2.8, 2.13), которые располагаются относительно друг друга не под
прямыми углами (рис. 2.11), имеют фигурные выточки (рис. 2.8, 2.11), сложные фаски
(рис. 2.2, 2.9, 2.13), отверстия (рис. 2.8, 2.9, 2.14) и т. п.
Жесткость конструкции оценивается по соотношению размеров детали, наличию
отверстий, особенно большого диаметра (рис. 2.8, 2.9, 2.!4) или расположенных
несимметрично и т. п.
45

0Л+0-г*45°
* Размер для справок.
(V)
зв
Д (пр, - пс,)
Однородн.
Дв. лучепр.
ЗВ
Ослабл.
Бессвильн.
Пузырность
2Б
4В
AR
0.3
0,03
IV
26,27
Св. 0
-24,17 '
25,44 ±0.17
Линза
ТК2
ГОСТ 3514—76
Рис. 2.1. Положительная линза
4G
02*4*5°
, 21,31
7ЛЩ1
I.
— просветл. 44Р.43Р.
2. Покрытие матовых поверх и. Эм ХС 1107м по
ТУ 10-1042 — 77.
3. * Размеры для справок.
Д {пр. -пс.)
Однородн.
Дв. лучепр.
Ослабл.
Бессвнльн.
Пузырность
NA
ANA
NE
ANE
CA
СБ
PA
рБ
ARA
ARE
V
Sp
sF,
Св. 0A
Св. 0Б
ЗБ
313
3
3
1
IB
ЗА
5
0.5
3
0,3
1,0
0,02
V
\ I
±0,1%
±0,05%
— 71,22
78,55
—74.45 ± 2,23
76
Gl
Линза
Ф1
ГОСТ 3511—76
Рис. 2.2. Отрицательная линза
47

Д (nF, - nc.)
Однородн.
Ослабл.
Пузырность
N
AN *•
С ***
P
AR
f
Sp
Sp,
Св. 0A
Св. 0Б
1A
IB
1
2
9Г
5
-
-
IX
±0,017
1312,5
-1292,7
1292,1 ±3
500
496.5
1. (V) — просветл. 44Р.43Р.350, \ = 660+^}} мм.
2. ^3 — защити. 68Р.
3. Покрытие матовых поверхн. Эм ХС-1107М по ТУ Ю-1012—77.
4. • Размер для справок.
** Допускается: а) астигматизм ANa = 0,5; б) местные ошибки (диаметр
пробного стекла 180 мм) ДЛР =0,1; в) зональные ошибки ДЛ^ = 0,3, зональные
ошибки должны удовлетворять требованию: (Д^3 + Д^м) < 0,3.
*** Разнотолгцинность не более 0,02 мм.
Линза
СТКЗ
ГОСТ 3514-76
Рис. 2.3. Крупногабаритная положительная линза
48
21Щ1
Jt§A_
f>90h8
AtiB
A (np,-nc.)
Однородн.
Дв. лучепр.
Ослабл.
Бессвильн,
Пузырность
JV
AN
С
Р
AR
V
Sp
Sp,
1А
IB
2
2
3
1Б
5Б
3
1
0,1
IV
2
122,8
-113,2
119,1 ± I
1. Непараллельность образующнх цилиндрических поверхностей не более 2'
2. * Размеры для справок.
Линза цилиндрическая
Ф1
ГОСТ 3514—76
Рис. 2.4. Цилиндрическая линза
49

и
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
П
14
«3
«з
0.000
0.002
0,007
0.015
0,0 -6
0,039
0,053
0,066
0,078
0,086
0,038
О.ОЯ
0,070
0,044
0,030
25,400
А"е
Д (пр. - ,,с.)
Однородн.
Дв. лучепр.
Ослабл.
Бессвильн.
Пузыриость
NA
ANA
ARA
РА
ЗВ
ЗВ
з
3
•
2Б
2В
5
0,5
2
IV
Требовании к асфер. поверхн. Б
Кл
а
&Р
А,
V,
f'o
рБ
С
1'
SF
. s'p.
Св. 0Д
Св е>Б
Н-1
5'
—
±0,5%
0.386
0,110
31°7'
V
0,05
47,8
-42.65
48,7 ± 0,8'
26,1
28,0
1. (X) — просветл. 44Р.43Р, А. = 569±50нм.
Д Б
2. Покрытие матовых поверхностей Эм ХС-1107М по ТУ 10-1012—77.
3. * Размеры для справок
Линза параболоидальная
БКЮ
ГОСТ 3511 —7G
Рис. 2.5. Параболоидальпал линза
50
§
с
* Размер для
>
If,
У,
Ш,
0.2
/
-4&
справок.
7,?
/
Линза
Кальций фтористый
ГОСТ 17570-72
ц
А"е
Д (пр.-пс.)
Одиороди.
Дв. лучепр.
Ослабл.
Бессвильи.
Пузыриость
N
AN
С
Р
AR
V
Sp
s'p.
Св. 0
-
-
-
2
-
2Б
-
5
1
0,1
V
2
89,28
—89,28
83,69 ± 0,9
33
Рис. 2.6. Линза из фтористого кальция
51

-то
\
м
■ #*/
у
1,5
'If
■±0,1
* Класс точности пробных стекол для контроля
форм.
** Размеры для справок.
Апе
А (пр, — пс.)
Однородн.
Ослабл.
Посторон. включ.
Дв. лучепр.
Бессвильн.
Пузыриость
Посторон. включ.
N
AN
С
Р
AR*
Г
Sp
. Sp.
Св. 0
0
ЗБ
-
5
2
4
-
ЗБ
ЗГ
1
-
-
0,1
IV
2
—40,98
40,77
—48,11 ± О',8
14
формующих поверхностей пресс-
Лииза
Полимер ЛСОМ
Рис. 2.7. Линза и а полимера
52
Вид А
мг-1
Д {пр, -пс,)
Одиороди.
Дв. лучепр.
Ослабл.
Бессвильн.
Пузыриость
N
AN
Р
AR
V
Св. 0
-
-
-
3
-
-
7Г
2
0,2
VI
2
207 ± 1 %
150/70
1. N и AN для участка S3 50 Мм.
2. Разность толщин по краю до 0,1 мм.
3. \^2)— зеркальн. 1И.21Е.
4. Вне светового диаметра допускается кант без зеркального покрытия и точки
от контактов.
5. Покрытие матовых поверхностей Эм ХС-1107М по ТУ 10-1042—77.
6. • Размер для справок.
Зеркало
ЛК5
ГОСТ 3514—76
Рис. 2.8. Сферическое зеркало
53

У
42,5
44
46
48
50
52
54
56
58
60
62
64
66
68
69
70
«4
«4
о.оэоо
0.0Э17
0,00">8
0,0357
0,0073
0,0387
0,0097
0.0103
0,0105
0,0103
0,0095
0,0086
0.0С61
0,0034
0,0018
0,0000
= 308,0
Д (nF, -nc.)
Одиороди.
Дв. лучепр.
Ослабл.
Бессвнльн.
Пузырность
N
AN
AR
р
-
-
-
3
-
-
-
-
-
Требования к асферич. поверхи. А
*л
а
Ьр
Аг
fx
Ф
Рп
Г
СВ, £Г
У-2
10"
0,05
0,2 %
0,04
0,0001
13°
VI
150,0 ± 1% '
140/85
1. Уравнение параболы уг =600*. Радиус при вершине 308,0.
2. Q)~ зеркальи. 1И.21Е.
3. • Размер для справок.
Зеркало параболоидальное
Сигалл СО115М
Рис. 2.9. Параболоидальное зеркало
54
0.5+°-sx45"
•&-
*■
1
'tpacKU
<$5*0J
2,5/
Показатель ослабл.
Дн. лучспр.
Бессвильн.
Пузыриость
N
AN
Р
0
'mln
Св. 0
2
3
ЗБ
5Г
4
0,5
V
5'
5000 м
86
Светофильтр
OC14
ГОСТ 9411—75
Рис. 2.10. Стеклянный светофильтр
55

2сраски N
'go
А ,1
Плоскость глабнп
/
.1*
[ ,
% *
>
I
Вид А
А
I. E?) — просветл. 24И, X = 540
2. * Размер для справок.
± 50 мм.
Д (^/-/!С.)
Однородна
Дв. лучепр.
Ослабл.
Бсссвнльн.
Пузыриость
N
AN
Р
о
СВ. £Г
')
-
-
2
I
2
1Б
5Г
—3
—0,5
V
i°5l' + I'
14
Клин
КЮ8
ГОСТ 3514-76
Рис. 2.11. Стеклянный клин
56
1. Фаски на ребрах 0,3+0-4 X 45°; фаскн на углах-1+°>4 X 45°.
2. Q£) — Просветл. 44Р.43Р, % = 520 ± 50 им.
3. Покрытие матовых поверхностей Эм ХС-543 по ТУ 6-I0-I669—78.
4. ♦ Размер для справок.
Д (пр. — пс.)
Однородн.
Дв. лучепр.
Ослабл.
Бессвильн.
Пузырность
NA
ANA
»Б
AN,
РА
РБ
л
е45°
8
'mln
2В
2В
2
2
I
1Б
ЗА
3
0,3
I
0,2
V
IV
3'
з-
5"
-
/ 48
Призма АР-90"
К8
ГОСТ 3514—76
Рис. 2.12. Прямоугольная призма АР-90°
57

А"е
Д (пр.-пс.)
Однородн.
Дв. луч.'пр-
Ослабл.
Бессвнльн.
Пузырность
"Б
ANE
NB
ANB
Р
л
б45»
8
1
зв
зв
1
2
2
1Б
ЗА
2
0,3
0,5
0,2
IV
2'
Г
20"
14
1. Фаски на ребрах 0,3+0'3, кроме мест, указанных особо.
2. \£>/ — просветл. 21И, К = 590 ± 50 нм.
3. Покрытие матовых поверхностей Эм ХС-Ц07М по ТУ 10-1012—77.
4. * Размеры для справок.
Призма АкР-90°
К8
ГОСТ 3514—76
Рис. 2.13. Прямоугольная призма АкР-90°
А",
Д (пр. -пс.)
Однородн.
Дв. лучепр.
Ослабл.
Бессвгльн.
Пузырность
NA
ANA
NE
ANE
РЛ
рБ
е
Св. Я
-
-
4
3
2
2Б
ЗА
3
1
3
1
111
111
3'
146/120
1, NА, Ng, ДЛ1^. ДЛ'д для участка в 30 мм.
2. Неперпендикулярность поверхностн А относительно осн поверхностн В яе
более 0,1 мм,
3.
— зеркальн. 1И.
4. Вне светового диаметра допускается кант без зеркального покрытия.
5. Ширина штриха 0,05 ± 0,006мм.
6. Предельное отклоиенне угла между начальным штрихом н любым другим
7. Смещение вершины центрального угла между двумя любыми штрихами от
номинального расположения не более 0,03 мм.
8. • Размеры для справок.
Лнмб
К8
ГОСТ 3514—76
Рис. 2.14. Стеклянный лимб

5*0,1
1. Бальзамин.
2. (£?) — просветл. 44Р.43Р, Я = 520 ± 50 нм.
3. • Размер для справок.
V
sF
s'F.
Св. 0
N
AN
С
Р
-
-
0,3
IV
69,72
-68,63
6(
>,91 + 0,80
14
Склеенная линза
Сборочный чертеж
Рис. 2.15. Склеенная лннза:
1,2 — линзы
Рациональность выбранных баз оценивается удобством и надежностью закрепле-
закрепления и измерения заготовок, меньшего числа установок, применения простейших
конструкций установочных элементов ориентирующе-зажимных или наклеечных
приспособлений и т. п. Рациональность размерных цепей оценивается согласован-
согласованностью их с выбранными базами, правильным выбором замыкающего размера, кото-
который иногда указывается иак справочный, удобством контроля нужных параметров и
однозначностью оценки результатов измерений.
Обоснованность допусков оценивается соответствием параметров детали предъяв-
предъявляемым к ией функциональным требованиям: по качеству материала, по точности и
чистоте исполнения рабочих поверхностей, точности их взаимного расположения, по
точности выполнения выходных параметров и оптических характеристик покрытий и
т. п. Обоснованность допусков оценивается также соответствием заданного качества
материала установленным требованиям: по точности и чистоте поверхностей, по точ-
точности взаимного расположения поверхностей, по точности выходных характери-
характеристик по точности выполнения оптических характеристик покрытий и т. п.
Возможность сборки оценивается удобством взаимной ориентации соединяемых
деталей (поверхностей), качеством подготовки соединяемых поверхностей, соответ-
соответствием теплофизических свойств соединяемых деталей друг другу с учетом способа
соединения.
Объем стандартных и унифицированных элементов конструкций[оценивается:
по числу рабочих поверхностей, имеющих значения радиусов по ГОСТ 1807—75
и R = со, по размерам углов призм и клиньев, размерам (диаметрам) посадочных
мест, по точности формы, чистоте и шероховатости поверхностей, по размерам фасок,
выточек, отверстий и других элементов.
Прп"чи("Ч"ннчр ныше конструктивные параметры предопределяют возможность
применения: типовых технологических процессов, универсальных станков, унифици-
60
рованной и переналаживаемой технологической оснастки, унифицированных средств
механизации и автоматизации, стандартных обрабатывающих и вспомогательных
материалов, стандартного и унифицированного инструмента, унифицированных спо-
способов и средств аттестации деталей и методик их испытаний. Совокупность перечислен-
перечисленных факторов определяет потребности в кадрах соответствующих профессий и соот-
соответствующей квалификации.
Критерии надежности. Под надежностью понимают свойство объекта выполнять
заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных
показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям
использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирова-
транспортирования. Поскольку надежность является комплексным свойством (безотказность, долго-
долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость свойств), то в зависимости от функ-
функционального назначения объекта и условий его эксплуатации превалирующими могут
быть как отдельные свойства, так и их определенные сочетания.
Многообразие требований, предъявляемых к оптическим системам современных
приборов, вызывает необходимость идти на компромисс между удовлетворением
подчас взаимоисключающих требований. Следствием этого является применение опти-
оптических материалов с малой химической и биологической стойкостью, малой механи-
механической и лучевой прочностью и т. д. Эффективность выбранных методов их обработки
и защиты определяется технологией. Надежность зависит как от номинальных пара-
параметров выбранных режимов обработки (механических, термических, химических
и т. д.), так и их стабильности во времени. Например, недостаточная защищенность
поверхностей гигроскопичных материалов или материалов с малой химической устой-
устойчивостью приводит к появлению налетов, пятен, образованию плесени. Нарушение
режимов нанесения покрытий не обеспечивает необходимые оптические характери-
характеристики и другие фйзико-механические свойства. Недостаточный цикл старения интер-
интерференционных покрытий приводит в процессе их эксплуатации к изменению спек-
спектральных характеристик — смещению максимума пропускания или отражения.
Уменьшение радиусов галтелей у сферических защитных стекол, радиусов пазов и
увеличение шероховатости поверхностей пазов создает большие внутренние напря-
напряжения, резко снижающие качество изображения, а иногда приводящие к разрушению
деталей. Невыполнение условий «глубокого шлифования и полирования» поверх-
поверхностей полупроводниковых материалов (кремний, германий и т. п.) нарушает диффу-
диффузионные процессы, снижает выходные параметры, а у деталей лазерной техники
уменьшает лучевую прочность. Недостаточно строгое соотношение коэффициентов
линейного расширения компонентов стеклометаллических зеркал, повышенная шеро-
шероховатость спекаемых поверхностей, нарушения режимов термоциклической обработки
ухудшают качество и снижают надежность изделия.
Технологические свойства оптических материалов. Технологические свойства
материален характеризуются прежде нсего их обрабатываемостью. Традиционное
понятие «обрабатываемость» является комплексной характеристикой, включающей
в себя производительность процесса обработки. Кроме того, технологические свойства
материалов характеризуются постоянством их физико-химических свойств во времени,
степенью инерционности и нейтральности их свойств к воздействию окружающей
среды и т. п.
Большинство физико-химических свойств материалов (см. гл. 1) можно рас-
рассматривать как технологические свойства. Важнейшими из них являются механиче-
механические свойства и химическая устойчивость. Знание и рациональное их использование
обеспечивает возможность управления качеством изделий.
В ряде случаев одни и те же физико-химические свойства проявляются как
с положительной, так и с отрицательной стороны. Например, при шлифовании и поли-
полировании заготовок сеток из стекла марки БК-Ю, легкая пятиаемость (III группа по
устойчивости к действию пятнающих агентов по ГОСТ 13659—78) этих стекол прояв-
проявляет себя с отрицательной стороны, но сопутствующая этому сравнительно низкая
относительная твердость по сошлифовыванию @,7) — положительна. Также с поло-
положительной стороны проявляет себя эта марка стекла и при травлении и запуске деле-
делений. Четкость краев штрихов оптимальная; структура травленой поверхности обеспе-
обеспечивает хорошее сцепление запуска с подложкой, получение штрихов высокого ка-
качества.
Качественные показатели материала детали помимо их непосредственного влия-
влияния на расчетные и выходные оптические характеристики могут себя проявлять через
61

другие. Например, свили могут проявлять себя непосредственно в преломляющей
оптике снижением качества изображения и косвенно — через местные ошибки по-
поверхностей AN, возникающие в местах выхода свилей на поверхность, например
зеркал с наружным отражением. Остаточные внутренние напряжения в деталях,
характеризуемые величиной двойного лучепреломления, могут проявлять себя непо-
непосредственно по снижению качества изображения, создаваемому или передаваемому
преломляющей оптикой и через деформацию поверхностей N и AN зеркал с наруж-
наружным отражением. Вскрывшиеся на поверхностях пузыри могут себя проявлять как
дефекты чистоты Р и как местные ошибки AN поверхности, образовавшиеся после
их располировки. У реальных деталей эта взаимосвязь носит сложный многозвенный
характер. На схеме 2.1 представлено влияние качественных характеристик оптиче-
оптического стекла (вписаны в квадраты, обозначенные штрихом) на оптические параметры
детали (вписаны в сплошные квадраты).
Схема 2.1. Влияние качества материала
иа оптические характеристики деталей
| Оптические
I константы
An..
1
Чистота
поверхности Р
Г" п
\*\Бессдильность I»
L J
_\
Фокусные расстоя\
ния f и рабочие от]
резкиSF,Sfi,мини- '
мапьное срокусное
расстояние fmtn
Точность
пробного
стекла
AR
Качестбо изобра -
тения; разрешаю-
разрешающая способность е;\
контрастность
изображения К
I i
\Оптическая\
Пузырность
Точность формы
поверхностей
N.AN
_3 ♦ t_
Двойное
•^лучепрелачлги
ность
Деиентриробан-
ность С пинз;
ошибки углоб
Отклонения
призмиклиньев
'1
^Ослабление "I
L__i I
2.2. Контроль и отработка чертежей
на технологичность
Общие правила отработки конструкции изделия иа технологичность
(ГОСТ 14.201—73*) направлены иа повышение производительности труда, снижение
затрат и сокращение времени иа проектирование, технологическую подготовку про*
изводства, изготовление и контроль изделия при обеспечении необходимого качества
изделия. При этом особое внимание уделяется снижению трудоемкости и себестои-
себестоимости изготовления изделия.
Отработку конструкции на технологичность производят в общем случае в сле-
следующем порядке: подбор и анализ исходных материалов для оценки технологичности
отрабатываемой конструкции; оценка объема выпуска; анализ показателей техноло-
технологичности изделий аналогичной конструкции; определение показателей эксплуата-
эксплуатационной технологичности; проведение сравнительной оценки и расчет уровня техно-
технологичности конструкции разрабатываемых деталей и сборочных единиц; разработка
рекомендаций по улучшению показателей технологичности.
При этом учитываются: вид детали и сборочной единицы, степень ее иовизиы,
условия работы и технического обслуживания; перспективность и объем выпуска;
передовой опыт предприятий по производству аналогичных изделий; оптимальнце
62
условия данного производства при рациональном использовании имеющихся средств
технологического оснащения и производственных площадей и внедрении новых пере-
передовых методов и средств производства; связь рассматриваемых показателей техно-
технологичности с другими показателями качества.
В зависимости от службы, в которой прорабатываются чертежи, от решаемых
задач рассмотрение некоторых параметров может выпадать или, наоборот, вклю-
включаться. При этом общая последовательность проработки отдельных элементов, как
правило, должна сохраняться. Применение стандартных процедур, обеспечивающих
строго логическую последовательность рассмотрения элементов чертежа, является
одним из важнейших средств повышения качества, надежности и сокращения сроков
подготовки производства.
Оформление чертежей оптических деталей и сборочных единиц имеет некоторые
специфические особенности. В поле чертежа детали помещается таблица, в которой
указываются требования к материалу детали и точности ее изготовления, а в таблице
чертежа сборочной единицы — только требования к изготовлению.
Общая схема построения технологического контроля и отработки чертежей вклю-
включает предварительный анализ, анализ исходных данных таблицы, анализ изображе-
изображения детали на чертеже, анализ дополнительного текста, окончательное установление
функциональных и конструктивных особенностей детали (сборочной единицы), уста-
установление технологической рациональности конструкции, принятие решения.
Предварительный анализ. Задачей предварительного анализа функционального
назначения детали является установление основных параметров, существенно влияю-
влияющих иа качество работы узлов и системы в целом. Задача упрощается, если название
в наиболее полной мере отражает служебное назначение детали (сетка, линза оборачи-
оборачивающей системы, первая линза окуляра, головная призма и т. п.). Если указан только
вид детали (линза, призма и т. п.), отличающийся большим разнообразием выпол-
выполняемых функций, то необходимо рассмотреть сборочные чертежи (склейки) и опти-
оптическую схему. Местоположение детали в системе определяет ее функциональные
свойства, а следовательно, и основные требования к виду материала и его качеству,
к точности формы, чистоте и шероховатости поверхностей, точности взаимного рас-
расположения поверхностей, точности выполнения расчетных данных (выходных пара-
параметров) и т. д. При отсутствии оптической схемы определенные сочетания нормируе-
нормируемых показателей качества материала и требований к изготовлению дают основания
для установления служебного назначения детали. Например, первые категории по
оптической однородности, двойному лучепреломлению и бессвильности, жесткие
допуски на форму поверхностей и децентрировку и, наоборот, низкие требования по
пузырности и чистоте поверхностей, большие значения радиусов кривизны поверх-
поверхностей указывают на принадлежность детали к объективу коллиматора или зритель-
зрительной трубы.
Анализ исходных данных таблицы и штампа. Анализ производится в следующей
последовательности.
Требования к материалу (верхняя часть таблицы). Выбор и назначение нормируе-
нормируемых показателей качества на все оптические материалы производится в соответствии
с ГОСТ 23136—78 (взамен разд. 2, ГОСТ 3514—76**; табл. 5 ГОСТ 9411—75**).
В зависимости от вида материала детали таблицы могут быть трех типов (см.
рис. 2.1, 2.7, 2.10).
Бесцветное оптическое стекло. Для деталей из оптического
неорганического бесцветного стекла по ГОСТ 23136—78 в таблицах указывают:
категорию и класс по номинальному показателю преломления — Апе; категорию и
класс по номинальной средней дисперсии Д (nF, — ncr)< категорию по оптической
однородности (однородн.); категорию по двойному лучепреломлению (дв. лучепр.);
категорию по показателю ослабления е^ (ослабл.); категорию и класс бессвильности
(бессвильн.); категорию и класс пузырности (пузырность).
Заготовки особо ответственных деталей, преимущественно крупногабаритных,
которые должны обладать высокой оптической однородностью и низким значением
двойного лучепреломления, согласно РТМ 3-900—76 необходимо всегда подвергать
тонкому отжигу со скоростью менее 0,50 °С/ч. Для такого случая показатель прелом-
преломления указывается со штрихом (n'e, n'D) Это означает, что показатель преломления
Даииой заготовки всегда будет больше на несколько единиц четвертого знака номи-
номинального значения для данной марки, полученного при номинальной скорости охлаж-
63

дения 2,5°С/ч. Ожидаемые значения п'е, n'D рассчитываются (РТМ 3-900—76) исходя
из марки стекла и габаритных размеров заготовки, что позволяет рассчитывать опти-
оптические системы непосредственно на эти значения.
Назначение допусков на все вышеперечисленные параметры производится
в зависимости от назначения детали в приборе (объектив, окуляр, призма и др.).
Имеют также значение условия ее работы. Детали, работающие в широком сечении
рабочего пучка лучей (объективы, защитные стекла, головные призмы, линзы обора-
оборачивающих систем), изготовляются из стекла высоких категорий по пе и nF, — пс.,
оптической однородности, двойному лучепреломлению и бессвильности. Детали же,
работающие в узком сечении пучка лучей (сетки, окуляры), изготовляются из стекла
низких категорий по этим показателям качества.
По пузырности стекла показатель назначается наоборот: чем меньше сечение
рабочего пучка, тем более высокие требования предъявляются к материалу (анало-
(аналогично выбору класса чистоты полированных поверхностей).
Допуски на показатели качества материала объективов назначаются в зависи-
зависимости от их типов, т. е. от того, является ли он проекционным, фотографическим,
микрообъективом и т. д. Чем выше требования к качеству изображения, создаваемому
объективом, тем меньше допускаемые отклонения показателя преломления от задан-
заданного значения. Категории по оптической однородности, двойному лучепреломлению и
бессвильности назначаются так же, как и на показатель преломления (табл. 2.1).
Высококачественные объективы коллиматоров, дальномеров, астрономических
приборов, имеющие, как правило, диаметр от 80 мм и выше, изготавливаются из
стекла наивысших категорий по оптической однородности, двойному лучепреломле-
лучепреломлению и бессвильности. Такого же качества стекло выбирается для аэрофотосъемочных
и репродукционных фотообъективов. Стекло для микрообъективов выбирается в зави-
зависимости от увеличения и апертуры объектива. Чем выше эти характеристики, тем
качественнее должно быть стекло. Объективы телескопических систем необычные
фотообъективы изготавливаются из стекла с менее высокими значениями параметров.
Вследствие того что пузыри вызывают только незначительное ослабление светового
потока из-за рассеяния света их поверхностями, в объективах, удаленных от пло-
плоскости изображения, допускается применение стекла с пузырностью по 5-й. 6-й
категориям за исключением микрообъективов ввиду малого диаметра их линз.
Допуски на стекло для линз оборачивающих систем выбираются аналогично допу-
допускам на объективы такого же диаметра и относительного отверстия.
Приведенные в табл. 2.1 рекомендуемые показатели качества стекла основаны на
статистических данных, взятых из практики. В ответственных случаях допуски на
указанные показатели качества должны рассчитываться. Далее производится про-
проверка возможности поставки стекла заводами по указанным категориям.
1 Оптическая однородность. Категория оптической однородности заготовки
стекла по показателю преломления характеризуется отношением ф/ф0 или равноцен-
равноценным численным значением волновой аберрации. Выбор категории дня любой детали
прибора можно производить по формуле
(ф/фо)заг = °зат/Оп (ф.фт. у) \ 'пов + 'дет,
Где ф„ _ теоретический предел разрешающей способности прибора; D3ar — диаметр
заготовки детали; £>п = 2ft - диаметр «рабочего» отверстия поверхности, равный
удвоенной высоте крайнего луча осевого пучка на этой же поверхности; фт.у —
предел разрешения прибора, установленный техническими условиями; (гюв — число
поверхностей (преломляющих и отражающих); (деТ - число оптических деталей
в приборе При расчете допусков сетка в числе деталей не учитывается (рис. 2.1Ь).
2 Категория по пузырности. Для объективов телескопических систем, а также
деталей расположенных перед объективом (защитные стекла, головные призмы и
т п ) или сразу за ним (призмы, светоделительные пластины и т. п.), рассчитывается
исходя из допустимого диаметра пузыря. Расчет может быть выполнен по эмпириче-
эмпирической формуле d = у К, где d - диаметр пузыря; у - увеличение системы;^ -коэф-
-коэффициент учитывающий условия работы прибора. Обычно используется К - 0,d. Для
деталей с малой толщиной или для снижения вероятности появления крупных
прошлифованных пузырей на поверхности, которые затрудняют нанесение покрытии,
склеивание, посадку на контакт или могут явиться центрами грибковых образовании
и т. п., коэффициент К ужесточают до 0,2—0,1.
G4
Таблица 2.1. Показатели качества
бесцветного оптического стекла
Оптические детали
(сборочные единицы)
Объективы:
микроскопов
телескопических систем
большого увеличения
телескопических систем
малого увеличения
аэрофото съемочные
фотографические
киносъемочные и проек-
проекционные
коллиматоров
теневых приборов
телевизионные
УФ и ИК-области
астрономические
Оборачивающие системы
Коллективы
Окуляры и лупы
Конденсоры
Детали поляризационных при-
приборов
Призмы:
спектральные и рефракто-
рефрактометрические
отражательные
Пластины интерферометров
Компенсаторы
Сетки, шкалы и лимбы
Смотровые стекла
Светоделители (полупрозрач-
(полупрозрачные):
с внутренним отражением
с внешним отражением
без отверстия
с центральным или раз-
разгрузочными отверстиями
внеосевые
Рекомендуемые категории
стекла для показателей
Оптическ!
ПОСТОЯНН1
1А-ЗВ
2А-ЗБ
2А-ЗБ
1А-ЗБ
2А-ЗБ
1А-ЗБ
1А-ЗБ
2А-ЗБ
1А-ЗБ
2А-ЗБ
1А-ЗБ
ЗБ
5Г
4Г
5Г
4Г
ЗБ-4Г
5Г
5Г
4Б
5Б
5Б
5Б
5Б
—
—
к 5
Оптическ!
однородн<
1
2
3
3
3
3
1
2
3
1—2
1-2
3
3
3—4
4
1—4
1
1-3
1—3
1—3
3—4
3—4
1— 3
1-3
—
—
Двойное j
чепрелом.!
ние
1
3
3
3
3
3
1
3
3
3
3
3
3
3
3
2
1
3
1-3
1—3
3-5
3-5
1—3
1—3
3-5
3—4
1
Бессвиль-
ность
1
1
1
1
1
2
2
1
1
1—2
1
1
1
1
1
—
—
и классы
качества
Е-
Пузырное
4В-5Г
6Г-7Д
6Г-7А
6В-7Г
5В-6Г
5В-6Г
6Г-7Д
6Г-7Д
5В-6Г
4В-5Г
6Г-7Д
6Г-7Д
2А-ЗА
2А-ЗБ
6Г-7Д
5В-6Г
5В-6Г
ЗА-6Г
6Г-8Д
6Г-7Д
1
6Г-7Д
4В-6Г
5В-7Д
6Г-8Е
8Г-11Е
6Г-7Д
д к
Показате.1
ослабленн
3—4
4-5
4—5
4—5
4—5
4-5
4—5
5—6
4—5
1—3
4—5
1—2
2-5
5—6
5-6
2—3
1—4
1—3
3—5
3—4
5-6
6
4
4
—
—
3 Кузнецов С. М. и
Др.
65

3. Наивысшие категории и классы Качества оптического стекла. Наивысшие
категории по показателям качества основных марок оптического бесцветного стекла,
гарантируемых заводами-изготовителями, приведены в табл. 12—14 ГОСТ 3514—76**.
Стекло, соответствующее более высоким требованиям, или стекло, для которого
дополнительно устанавливаются специальные нормируемые показатели, не преду-
предусмотренные данным ГОСТом, поставляется только по специальному соглашению
заказчика с изготовителем.
Цветное оптическое стекло. Для деталей из цветного оптического
стекла по ГОСТ 9411—75** в таблице чертежа (см. рис. 2.10) по ГОСТ 23136—78
указывают: категорию по допускаемому отклонению параметров спектральной кривой
показателя ослабления или поглощения К% от значений, установленных для стекла
каждой марки; категорию по двойному лучепреломлению (дв. лучепр.); категорию по
бессвильности (бессвильн.); категорию по пузырности (пузырность).
1-я
поверхность
поверхность
Рис. 2.16. Схема расположения оптических поверхностей:
/. 3— входной и выходной зрачки; 2— плоскость изображения
(Dp — диаметр рабочего отверстия)
Большие различия в характере спектральных кривых пропускания %% для стекол,
окрашенных разными по своей природе красителями, обусловливают неодинаковый
подход (ГОСТ 9411—75**) к установлению критерия оценки стекол по спектральной
характеристике. Стекла, окрашенные сернистым кадмием, селеном или серой (жел-
(желтые, оранжевые, красные), имеющие монотонную кривую пропускания со сравни-
сравнительно резко выраженной границей пропускания (отсечные светофильтры), характе-
характеризуются: показателем поглощения К\ц ПРИ длине волны Я,о, находящейся в области
минимального поглощения; границей пропускания А,Пр; крутизной кривой оптической
плотности, вычисляемой как разность оптических плотностей при данной толщине
светофильтра для ЯПр = —20 нм.
Стекла, окрашенные молекулярнорастворенными Красителями (кроме боль-
большинства нейтральных стекол НС), — бесцветные;.УФ и ИК стекла характеризуются:
показателем поглощения /Ся» установленным для каждой марки при длине волиы X;
отношением показателей поглощения К^/К^прн установленных для стекла каждой
марки длинах волн A,t и Я,2; длиной волны А,м, соответствующей наибольшему показа-
показателю поглощения в особо оговариваемом участке спектра.
Стекла, окрашенные молекулярно-растворенными красителями, марок от HCl
до НС12 характеризуются: средним арифметическим значением показателя поглоще-
поглощения /Сер, измеренным через каждые 20 нм; средним арифметическим абсолютных
значений отклонения показателя поглощения К% от измеренного значения /Сер,
выраженным в процентах относительно Кср', наибольшим из абсолютных значений
отклонения показателя поглощения К% от измеренного значения Кср, выраженным
в процентах относительно АГср-
Допуски по вышеперечисленным характеристикам цветных светофильтров назна-
назначают в зависимости от их функциональной задачи, местоположения в системе, сечения
пучка, в котором помещен светофильтр, условий эксплуатации и т. д.
66
При нормировании двойного лучепреломления, бессвильности и пузырности
исходят, в основном, из тех же соображений, что и при нормировании этих параметров
у деталей из бесцветного оптического стекла (см. табл. 2.1). Нормирование по спек-
спектральной характеристике обусловлено исключительно функциональным назначением
деталей.Ориентировочные категории качества для светофильтров различного назначе-
назначения приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2. Показатели качества цветного оптического стекла
Область применения
светофильтров
Телескопические приборы
Биологические микроскопы:
для конденсоров
» коллекторов
Контрольно-измерительные при-
приборы
Устройства для воспроизведения
источников света, коррекция
Кино-""и фотоаппаратура
Аэрофотоаппаратура
Категории качества цветного
оптического стекла
Показатель
спектраль-
спектрального ослаб-
(леиия или
поглощения
2
2
2
2
1—2
2-3
2
Двойное
лучепре-
ломлеиие
3
3
3
3
2-3
4
2—3
Бес-
свиль-
иость
2
3
4
2—3
2—3
2
2
Пузыр-
иость
2А-4В
4В
5Г
2А-4В
4-5В
4-5В
2В
Кварцевое оптическое стекло. Для деталей из кварцевого
оптического стекла (ГОСТ 15130—79) в'зависимости от марки в чертежах по ГОСТ
23136—78 указывают следующие нормируемые показатели качества: показатель
ослабления для источника А (интегральное пропускание в видимой области спектра);
показатель, характеризующий'особые свойства (люминесценцию); спектральный пока-
показатель ослабления или поглощения; радиационно-оптическую устойчивость; оптиче-
оптическую однородность; двойное лучепреломление (для некоторых марок); бессвильность
и мелкозернистые неоднородности; пузыриость; включения.
Оптические кристаллы. Для деталей из оптических кристаллов
в чертежах по ГОСТ 23136—78 указывают следующие нормируемые показатели ка-
качества: спектральный показатель ослабления или поглощения; показатель.1 характе-
характеризующий особые свойства; оптическую однородность; двойное лучепреломление и
бессвильиость (для некоторых видов кристаллов); пузыриость и включения.
Для нормирования качества лазерных кристаллов этой группы используются
вышеперечисленные показатели, за исключением двойного лучепреломления и
бессвильности.
Оптическая керамика. Оптическая керамика нормируется по сле-
следующим показателям: спектральный показатель ослабления или поглощения; пока-
показатель, характеризующий особые свойства; однородность по спектральному показа-
показателю ослабления или поглощения; пузырность (для некоторых марок) и включения.
Полимеры. Оптическими характеристиками, определяющими пригодность
полимера для изготовлеиия'оптических деталей, являются: показатель преломления;
оптическая однородность; показатель ослабления; степень загрязненности посторон-
посторонними включениями.
В таблицах требований к материалу в чертежах (см. рис. 2.7) иа оптические детали
из полимеров соответствующие графы перестраивают. Численные значения допускае-
допускаемых отклонений для этих характеристик выбирают исходя из опыта или литературы
[2.2]. Например, показатель преломления полимера ЛСОМ в партиях гранулата
может колебаться от±3-10~* до±5-10~4, что соответствует 3-й категории по
ГОСТ 23136—78; однородность —от 1,5 до 5, что соответствует 5-й категории или
превышает ее значения; показатель ослабления — от ± 1-10~3 до ±3-10~4, что соот-
3* §7

ветствует 2-й и 4-й категориям; среднее число посторонних включений размером 0,8—
1 мм в пробе массой 2 кг, взятой из четырех-пяти мест каждой партии, может ко-
колебаться от 7 до 15 шт., что при приравнивании их к пузырям, соответствует 3-й
или 4-й категориям пузыриости.
Требования к изготовлению (средняя часть таблицы). В средней части таблицы
указываются требования к точности изготовления деталей по следующим пара-
параметрам:
точность формы полированных поверхностей, характеризуемая допустимой
общей N и местной AN ошибками (предельные отклонения N и AN для круглых дета-
деталей относятся к их световым диаметрам, для некруглых — к наименьшему размеру,
а в особых случаях, например для деталей большого диаметра, контроль поверхностей
которых производится по участкам, — к диаметру проверяемого участка, оговорен-
оговоренного чертежом);
чистота полированных поверхностей Р, характеризуемая допустимыми разме-
размерами и числом царапин, вскрывшихся пузырей, выколок и других дефектов;
точность взаимного расположения полированных поверхностей„которая в зави-
зависимости от типа деталей задается как допустимая децентрировка С (линзы и зеркала
с криволинейными поверхностями), клиновидность 0 (плоскопараллельные пла-
пластины), отклонение от заданной клиновидиости о (клинья), отклонения углов призм
Д 90°, б45°, я от заданных и др.;
предельный угол разрешения е для ответственных призм и пластин;
класс точности пробных стекол AR или допустимое отклонение R от заданного
значения в процентах;
допустимая фокусиость /шШ ответственных деталей, ограниченных плоскостями.
Радиусы поверхностей оптических деталей. Вычислен-
Вычисленные радиусы R сферических поверхностей оптических деталей должны соответство-
вать'иормальиым рядам радиусов по ГОСТ|1807—75. Предпочтение отдают числам из
рядов с более крупной градацией, т.'е. ряд]125 предпочитают ряду 250, ряд 250 —
ряду 500 и ряд 500 — ряду 1000. Ряды выбираются в зависимости от назначения
детали: для осветителей и окуляров рекомендуется брать ряды 125 и 250, для объекти-
объективов допускается использование рядов 500 и 1000. В ответственных случаях все
вычисленные радиусы кривизны оптического узла рекомендуется округлять в одну
сторону (уменьшение либо увеличение), что позволяет лучше сохранить подобие
оптической системы при нормальных радиусах относительно исходной расчетной и,
как следствие, получить меньшее изменение расчетных значений аберраций.
Однако даже на крупных предприятиях не всегда имеется полный набор пробных
стекол для радиусов всех рядов. В связи с этим на каждом предприятии из экономи-
экономических соображений устанавливается тот или иной ряд радиусов, по которому и сле-
следует выбирать их значение. В исключительных случаях, например при расчетах
радиуса ближайшей сферы /?б.с для асферических поверхностей (см. гл. 6) с жесткими
допусками, разрешаются отступления R от ГОСТа.
Форма поверхиости. Форма рабочей поверхиости оптической детали
характеризуется точностью выполнения ее радиуса. Для подавляющего большинства
оптических деталей допуски на отклонения формы поверхиости с целью удобства
метрологического обеспечения задают числом колец интерференции и обозначают
в таблице требований к изготовлению символами N, ДЛ^. Эти параметры характери-
характеризуют разность стрелок прогиба поверхиости детали и эталона, выраженной числом
интерференционных колец N = ДЛ/(Л/2). Отступление радиуса контролируемой
поверхиости от задаииого (эталона) называют общей ошибкой формы поверхности.
Величина AN представляет собой нерегулярность формы контролируемой поверх-
поверхности в разных зонах. Ее называют местной ошибкой формы поверхиости. Допуск
иа местные ошибки более строг, так как оии сильнее влияют на качество изображения,
создаваемого оптической системой.
При расчете оптических систем в зависимости от их функционального назначе-
назначения, например для фотообъективов, определяют согласованные значения как N, так
и+AN. В других случаях, например для некоторых объективов телескопических
систем, величина N ие имеет большого значения, поскольку будет влиять только иа
фокусное расстояние и рабочие отрезки. Аберрации при этом практически ие изменя-
изменяются, но для обеспечения высокого качества изображения остаются строгие допуски
иа ДЛ^. Тогда для обеспечения надежного контроля величины ДЛ' — оптимальное
соотношение N = E-ьб) AN — намеренно ужесточают требования по N,
В подавляющем большинстве случаев поля допусков N и AN симметричны
относительно номинального значения. При этом знаки отступлений («плюс» или «ми-
«минус») в чертежах не указываются. В особых случаях поле допуска ограничивается
в одну сторону от номинала. Например, N = —3 (общая яма), AN = —0,5 (местная
яма, сорванный край).
Допуск на форму поверхности выбирают в зависимости от назначения детали или
отношения *■ D/D-p, где D — диаметр детали (линзы, зеркала и пр.); Dp — диаметр
рабочего отверстия поверхности этой детали (см. рис. 2.16). Например, поверхности
высококачественных объективов коллиматоров, дальномеров и астрономических
приборов, работающих в широких пучках, изготовляют с высокой точностью (N ^ 1).
Этот метод выбора допуска относится и к аэрофотосъемочным объективам и к микро-
микрообъективам (большого увеличения и апертуры).
Рекомендуемые допуски на отклонения формы поверхности различных деталей,
полученные на основании статистических данных, приведены в табл. 2.3. Для крупно-
крупногабаритной оптики, например для зеркал астрономических приборов, допуск иа от-
Таблица 2.3. Допуски на отклонение точности формы плоских
и сферических поверхностей оптических деталей
Детали
Высококачественные объективы кол-
коллиматоров, зеркала точных приборов
Зеркала средней точности
Зеркала неответственных систем (ос-
(осветительных)
Объективы телескопических систем
Фотообъективы:
аэрофотосъемочные
обычные
Микрообъективы:
до 10х-0,25
от 10х-0,25 до 40х-0,65
от 40х-0,65 и выше
Окуляры
Призмы *:
отражающие поверхности
преломляющие поверхности
Защитные стекла
Сетки
Светофильтры (перед объективом)
Светофильтры (за окуляром и перед
ним)
N
0,1—0,5
1—2
5
2—3
1—2
2-3
2—3
1—2
0,5—1,0
3—5
0,5—1,0
2—4
1—3
10-20
1—2
3-5
AN
0,05—0,1
0,1—0,2
0,5
0,2—0,5
0,1—0,2
0,2—0,5
0,2—0,5
0,1—0,2
0,05—0,1
0,5-0,8
0,1—0,3
0,5—1,0
0,2—0,3
1,0—2,0
0,3—0,5
0,5—0,8
1ЧНОСТИ
сте-
86-76
"о i~-
Ь U ОСЧ
Класс
пробн(
кла i
ГОСТ
1
1—2
3
2-3
1—2
2—3
2—3
1—2
1
3
3
3
3
—
3
• Более жесткий допуск берется для поверхностей призм, расположенных
перед объективом и работающих при больших увеличениях (Г > 6 );
средний до-
пуск — при том же расположении поверхностей призм, ио при слабых увеличениях
(Г < 6 ) и для поверхностей призм, расположенных после объектива.
Меиее жест-
кий допуск берется для поверхностей призм, расположенных вблизи плоскости изо-
изображения. &
1 Чем меньше отношение D/D тем меньше допускаемое число колец, т. е. N =
= No (£>/Лр). где jVq 0,5+1 для отражающих поверхностей, Nn = 2 -:- 3 для преломляю-
преломляющих поверхностей.

ступления формы поверхности от заданной определяется допустимым искажением
волнового фронта, выраженным в долях средней длины волны белого света (Д6) или
допустимым дифракционным кружком рассеяния 2dy (табл. 2.4). На асферические
поверхности (см. гл. 6) допуск на общие и местные отступления'от расчетной поверх-
поверхности устанавливают (табл. 2.4, рис. 2.5 и 2.9) либо в угловой мере а. (допустимое
отклонение нормали фактической поверхности от теоретической), либо в линейной dx
(отступление стрелки прогиба поверхности от расчетной), а также допускаемой
ошибкой параметра 6р в процентах от номинального значения (только для параболи-
параболических поверхностей). Кроме того, на чертеже указывают наибольшее значение асфе-
асферичности а (максимальное отступление от поверхности ближайшей сферы Rs.c) и
другие технологические характеристики по РТМ 3-196—72.
Таблица 2.4. Допуски на отклонение точности формы
асферических поверхностей оптических деталей
Область применения
деталей с асферическими
поверхностями
Фото- и кинообъективы
Объективы телескопи-
телескопических систем
Окуляры телескопиче-
телескопических систем
Конденсорная оптика
Астрономические зер-
10"—Г
10"—Г
2—3'
5—10'
0,5"—5"
dx, мкм
1-2
1—2
2—5
5—10
0,1—1,0
вр. %
0,1—0,5
0,1—0,5
0,5—1,0
1—3
0,5—1
2dy, мкм
1—20
3—10
10—100
50—200
3—5
ДЬ, доля
длины волны
0,25—0,5
0,25
0,05—0,25
Примечание. Указанные допуски распространяются также на сфери-
сферические и плоские астрономические зеркала.
Класс точности пробных стекол. По точности радиусов измери-
измерительных поверхностей пробные стекла (ГОСТ 2786—76) разделены на три класса.
Допускаемые отклонения радиусов Д/? и плоскостности плоских пробных стекол от
номинальных значений приведены в табл. 2.5.
Таблица 2.5. Классы точности пробных стекол (ГОСТ 2786—76)
Класс точ-
точности проб-
пробного
стекла
1
2
3
Д/? сферических стекол
в зависимости от R, мм
Номинальное
значение, мкм
от 0,5
до 2
0,5
1,0
2,0
св. 2
до 10
1,0
3,0
10,0
св. 10
ДО 37,5
2,0
5,0
15,0
Относительное
значен не, %
св.
37,5
до 250
0,01
0,03
0,10
св. 250
до 1000
0,02
0,05
0,15
ев. 1000
до 40 000
0,02
1000
0,05
1000
0,15
1000
AR плоских стекол
Допустимые отклоне-
отклонения от плоскостности
в интерференционных
полосах
0,05
0,07
0,10
Класс точности пробного стекла назначают при расчете оптической системы
(расчет влияния параметров на аберрации). Он должен быть согласован с допуском на
отступление от формы поверхности N (см. табл. 2.3).
Для деталей осветительных систем, конденсоров, коллекторов, коллективов
допуск AR может быть задан в виде предельиого отклонення (в %) от номинального
значения радиуса, например Л/? = 0,2; 0,5; 1 %.
Чистота оптических поверхностен. На полированных по-
поверхностях деталей после их окончательной обработки остается некоторое число
дефектов, имеющих определенные размеры. К ним относят царапины, выколки, про-
прошлифованные пузыри и другие нарушения целостности поверхности. В зависимости от
числа и размеров допускаемых дефектов ГОСТ 11141—76 устанавливает 12 классов
чистоты полированных поверхностей. Для деталей, находящихся в плоскостях дей-
действительного изображения оптической системы или в плоскости предметов, установ-
установлены три класса чистоты для поверхностей, работающих при фокусном расстоянии
окуляра 10, 20 и 40 мм соответственно. Так как изготовление деталей по нулевому
классу чистоты представляет значительные трудности, допускаемые дефекты норми-
нормируют по трем зонам. Границами зон являются концентрические окружности диаме-
диаметрами 1/3 и 2/3 светового диаметра поверхности. В центральной зоне (табл. 2.6)
Таблица 2.6. Нулевой класс чистоты поверхностей
оптических деталей
Нулевой
класс
чистоты Р
0—10
0—20
0—40
Зона
Средняя
Краевая
Средняя
Краевая
Средняя
Краевая
Царапины, мм
Ширина,
ие более
0,002
0,004
0,004
0,006
0,006
0,008
Суммарная
длина, от
светового
диаметра,
ие более
0,2
0,3
0,2
0,3
0,2
0,3
Диаметр
точек,
ие более,
мм
0,004
0,006
0,010
0,015
0,015
0,025
Число точек при
световом диаметре,
ие более
от 5
до 20
1
3
1
3
1
3
св. 20
до 60
3
6
3
6
3
6
св. 60
5
10
5
10
5
10
70
дефекты размером более 0,001 мм не допускаются. Размеры и число допустимых
дефектов в средней и краевой зонах нормируются. Остальные классы (I—IX) установ-
установлены для всех других случаев (поверхности расположены на некотором расстоянии от
вышеуказанных плоскостей). Размеры и общее число дефектов, допустимых на всю
поверхность детали, приведены в табл. 2.7.
Для визуальных оптических приборов, например для зрительных труб или
микроскопов, классы чистоты назначают исходя из диаметра рабочего отверстия по-
поверхностей оптических деталей (см. рис. 2.16). Если D' ~> 2 мм, то полученное
значение полного диаметра Da уменьшают, умножая на отношение 2/'D' т. е. Dn =
— AhjD', где D' —диаметр выходного зрачка оптической системы. Чем меньше
диаметр рабочего отверстия, т. е. чем меньше сечение рабочего пучка лучей, тем вы-
выше требования к системе, и наоборот. По вычисленному диаметру рабочего отверстия
детали назначают класс чистоты в соответствии с табл. 2.8.
Для фотографических и проекционных объективов, к которым нельзя при-
применять этот расчет, а также для деталей визуальных приборов класс чистоты можно
назначать в соответствии с областью применения данной оптической детали согласно
указаниям табл. 2.9. Такая система нормирования дефектов исключает их влияние
на эксплуатационные свойства приборов. При нормироваиин размеров допускаемых
дефектов на поверхностях деталей фотоэлектрических приборов, поверхностях
с большой концентрацией световой энергии (силовая оптика) и т. п. учитывают до-
допустимое количество рассеянного или поглощенного этими дефектами света.
71

Таблица 2.7. Классы
Классы
ЧИСТОТЫ
^ ^ ЙГ1 ^ 1 *J 1 EJ1
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
Villa
IX
IXa
Ширина * цара-
царапины, мм,
не более
0,004
0,006
0,010
0,020
0,040
0,060
0,100
0,200
0,300
0,400
чистоты поверхностей оптических деталей
Диаметр **
точки, мм.
не более
0,02
0,05
0,10
0,30
0,50
0,70
1,00
2,00
3,00
Скопление
-
Диаметр
ограниченного
участка, мм
1,0
1,2
2,0
5,0
10,0
25,0
50,0
<
_
дефектов
Площадь цара-
царапин и точек, мм2.
ие более
0,004
0,006
0,020
0,100
0,400
3,0
10,0
_
* Суммариая^длииа'не более 2DCB для I—VIII и IX, 1,5Осв для Villa и 1Ха.
•* Числе
для IX и IXa
точек ие более 0
5DCB для I —VII. 0,4DCB для VIII к
Villa, 0,3DCB
Таблица 2.9. Классы чистоты поверхностей оптических деталей
различного назначения
Таблица 2.8. Рекомендуемые классы чистоты поверхностей
оптических деталей
Рабочий диаметр
Dp, мм
>0
До 0,5
Св. 0,5 до 1,5
Св. 1,5 до 4,5
» 4,5 » 10
» 10 » 25
» 25 » 50
» 50 » 300
Классы
чистоты Р
0—10
0—20
0—40
I
II
III
IV
V
VI
VII—IX
Положение поверхностей
относительно фокальных плоскостей
Поверхности деталей, расположенных
в плоскостях изображения системы или
очень близко от них (в зависимости от
фокусного расстояния окуляра)
Поверхности деталей, расположенных
вблизи плоскостей изображения
Поверхности деталей, удаленных от
плоскостей изображения системы
Взаимное расположение поверхностей характеризуется клиновиДностью и
ДеЦентри ровак ностыо.
Клииовидность пластин. Клиновидность, которая представляет
собой непараллельность плоских поверхностей пластин, измеряют углом 9. Клино-
Клиновидность вызывает отклонение визирной оси и поперечный хроматизм (цветной ореол).
Допуск на 9 зависит от допуска на угловой хроматизм за окуляром и геометриче-
геометрических параметров оптической системы. Допуски на углы клиньев в самом общем виде
устанавливают исходя из допустимого отклонения оси визирования от заданного
направления. Допуск на клиновидность пластины приводится в средней части таб-
таблицы, а допуски на углы клиньев а — в нижней.
72
Классы
чистоты
0—10
0—20
0-40
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII и Villa
IX и IXa
Основная область применения детали
Сетки и коллективы в приборах с фокусным расстоянием оку-
окуляра от 10 до 15 мы; шкалы, рассматриваемые с увеличением более
20х
Сетки и коллективы в приборах с фокусным расстоянием оку-
окуляра от 15 до 25 мм
Сетки и коллективы в приборах с фокусным расстоянием оку-
окуляра свыше 25 мм
Первые линзы широкоугольных окуляров, линзы микрообъек-
микрообъективов с увеличением более 10"!
Призмы, коллективы и другие детали, расположенные очень
близко к плоскости изображения
Заготовки сеток коллиматоров, линзы окуляров телескопиче-
телескопических систем, окулярные призмы
Лиизы окуляров, объективов и оборачивающих систем в теле-
телескопических приборах, призмы и пластинки в сходящихся пуч-
пучках (в телескопических приборах, лупы)
Линзы объективов и оборачивающих систем, головные призмы,
призмы в параллельных пучках, защитные стекла телескопиче-
телескопических приборов, линзы фотографических и проекционных объекти-
объективов, лупы
Линзы объективов и оборачивающих систем, не являющиеся на-
наружными деталями, линзы фотографических и проекционных объ-
объективов
Линзы фотографических и астрономических объективов диа-
диаметром от 100 до 300 мм, смотровые стекла размером до 300 мм
Линзы астрономических объективов и смотровые стекла разме-
размером от 300 до 500 мм
Менее ответственные смотровые стекла размером от 300 до 500 мм
Погрешность углов призм. Погрешность углов призм подобно
клиновидности пластин вызывает отклонение луча от расчетного направления и вно-
вносит хроматизм. Допуски на углы отражательных призм обычно рассчитывают с уче-
учетом клиновидности их развертки. Клиновидность развертки выражают двумя со-
составляющими: клиновидностью, возникающей в плоскости, перпендикулярной
главному сечению, и пирамндальностью призмы я.
Допуски на углы призм рассчитывают исходя из их типа и условий работы.
Например, клиновидность развертки прямоугольной призмы и призмы Дове опре-
определяется разностью ошибки углов 845„ и я. Ошибка выполнения угла 90° на ход луча
ие влияет, внося лишь поступательное смещение изображения параллельно опти-
оптической оси системы. Допуск на углы 845„ и Я назначают исходя из допустимого по-
поперечного хроматизма или допустимого отклонения призмой оси визирования. Эти
допуски указывают в средней части таблицы требований к изготовлению.
Децентрировка линз. Децеитрировка вызывает смещение изобра-
изображения относительно геометрической оси линзы, поперечный хроматизм, кому, асти-
астигматизм. На децентрировку линз назначают допуск С (мм), который определяется
из условия допустимого волнового хроматизма. Допуск на децентрировку для скле-
склеенной ахроматической пары обычно равен допуску на одиночную линзу. При назна-
назначении допусков на склеиваемые линзы для нецентр и рующей линзы он не должен пре-
превышать наименьшей полуразности диаметров центрирующей и нецентрирующей
линз. Для ответственных систем этот допуск задают весьма жестким. К комплекту
чертежей на оптические детали прикладывают таблицу влияния децентрировок всех
преломляющих и отражающих поверхностей на аберрации. На основе анализа
7?

этих данных и назначают допуски на децентрировку отдельных поверхностей, учи-
учитывая «вес» ошибки изготовления поверхностей в общей ошибке и вероятностного
сложения ошибок. Такая таблица дает наглядное представление о технологич-
технологичности оптической системы. Допуски на децентрировку линз диаметром более 150 мм
по технологическим соображениям задают в виде допустимой разнотолщинности
(косины) линзы по краю. В этих случаях в соответствующей графе таблицы дается
знак сноски, а допуск на косину линзы, эквивалентный расчетному значению С,
дается текстом под таблицей (см. рис. 2.3).
При отсутствии требований к какому-либо из рассмотренных параметров в соот-
соответствующей графе таблицы делается прочерк (см. рис. 2.7, 2.9, 2.15). В особых
случаях в соответствующей графе дается знак сноски, а нормирование параметров
дается текстом под таблицей (см. рис. 2.3).
При одинаковых значениях N, AN, Р, С для разных поверхностей одной и
той же детали или разных зон одной и той же поверхности (см. рис. 2.2, 2.5, 2.12—
2.14) обозначения предельных отклонений дают с буквенными индексами, каж-
каждое в отдельной строке. Указанные индексы соответствуют обозначениям поверх-
поверхностей или зон на изображении детали.
Расчетные параметры детали (нижняя часть таблицы). На чертежах в нижней
части таблицы указывают:
оптические характеристики линз: фокусное расстояние f; передний Sf и зад-
задний S'F, фокусные отрезки; одну, наиболее важную из них, с предельными откло-
отклонениями (см. рис. 2.1—2.7, 2.15);
фокусное расстояние зеркал /', имеющих криволинейные поверхности (см.
рис. 2.8, 2.9);
геометрическую длину хода луча I в призмах (см. рис. 2.12, 2.13); световой
диаметр св. 0 для линз и пластин круглой формы (см. рис. 2.1—2.3, 2.5—2.7,
2.10, 2.11, 2.15) или световой диаметр по наибольшему сечению пучка, или от-
отношение диаметров, если световые зоны не показаны на чертеже (см. рис. 2.8, 2.9,
2.14).
При неодинаковых требованиях к поверхностям по N и AN, P, С, AR, свето-
световому диаметру эти параметры в таблицах проставляются без индексов поверхностей
(см. рис. 2.1, 2.4, 2.6, 2.8, 2.10, 2.11, 2.15). При неодинаковых — с индексами
соответствующих поверхностей, например, если задаются более жесткие требова-
требования по jV и Д,У для отражающих поверхностей призм по сравнению с преломляющими
(см. рис. 2.12, 2.13), более жесткие требования по С и AR для поверхностей с ма-
малыми значениями R, по сравнению с большими значениями (см. рис. 2.2), более
жесткие требования по чистоте Р для поверхностей, расположенных ближе к фо-
фокальной плоскости или работающих в более узких пучках лучей, и т. п.
Особенности таблицы деталей из полимеров. Специ-
Специфические особенности технологии изготовления оптических деталей из полимеров
находят свое отражение и в оформлении на них чертежей. Точность формы поверх-
поверхностей полимерных деталей обычно сравнительно низкая (N > 20). Поэтому в соот-
соответствующей графе обычно дается прочерк (см. рис. 2.7). Чистота рабочих поверх-
поверхностей зависит от технологии и состояния рабочих поверхностей матрицы и пуан-
пуансона. Царапины могут появиться и при дополнительной механической обработке
детали (отделение литника и т. п.). Центрировка линз и клиновидность пластин
определяются исключительно точностью пресс-формы.
Специфической особенностью технологии полимерных оптических деталей яв-
является возможность "появления пузырей, посторонних включений, свилей и двой-
двойного лучепреломления непосредственно в процессе их формообразования (литье
под давлением, прессование, штамповка, холодная полимеризация). Появление
перечисленных дефектов зависит от многих факторов (см. гл. 6.8).
В настоящее время возможно промышленное изготовление оптических деталей
со следующими "параметрами качества: двойное лучепреломление 50—100 нм/см;
бессвильность в пределах ГОСТ 3514—76**; пузырность и посторонние включения
по аналогии'сТОСТ 3514—76**; точность формы поверхностей AN > 2, N > 10;
децентрировка С ='0,05-;-0,1 мм; клиновидность 9 = 1-!-5мин; чистота поверх-
поверхностей Р IV "и V'классов по ГОСТ 11141—76.
В чертежах на детали из полимеров (см. рис. 2.7) верхняя часть таблицы должна
включать требования, указанные в разделе «Требования к полимерным материалам»,
74
Средняя часть таблицы должна содержать следующие параметры: двойное луче-
лучепреломление; бессвильность; пузырность и посторонние включения; точность формы
N и AN; децентрировку С или клиновидность 6; чистоту Р.
В графе требований к точности формы может быть дан знак сноски *, а под
таблицей текстом указано, что точность формы поверхностей контролируют по до-
допустимой величине отклонения от заданного фокусного расстояния или по вели-
величине + Л/'.
Изображение детали. Анализ изображения детали ведется в следующей после-
последовательности.
Ориентация изображения в поле чертежа. Изображения оптических деталей
должны быть расположены в поле чертежа в рабочем положении по ходу луча, иду-
идущего слева направо (см. рис. 2.1—2.15). Число проекций должно быть минималь-
минимальным, но достаточным для простановки всех конструктивных параметров. В зависи-
зависимости от конструктивных особенностей детали могут быть изображены в осевых
разрезах и сечениях или без них. Без разрезов, как правило, дают простые положи-
положительные линзы (см. рис. 2.1) и призмы (см. рис. 2.12). В осевых разрезах выпол-
выполняют более сложные осесимметричные детали: линзы с вогнутыми поверхностями,
зеркала с криволинейными поверхностями (см. рис. 2.2, 2.8). Призмы дают в глав-
главном их сечении или в сечении, например, перпендикулярном к ребру крыши (см.
рис. 2.13). При необходимости показа профиля более мелкого элемента детали его
выполняют в виде выноски (см. рис. 2.8) или на ограниченном участке изображе-
изображения детали и, как правило, в увеличенном масштабе (см. рис. 2.14).
Обозначение элементов изображения. Поверхности, к которым предъявляют
одинаковые требования, допускается обозначать одной и той же буквой. Обычно
в этих случаях обозначения поверхностей не проставляют (см. рис. 2.1, 2.4, 2.6,
2.7, 2.10, 2.11).
Форма оптических поверхностей. Указывается она в зависимости от их кри-
кривизны и типа детали. Численные значения радиусов R сферических поверхностей
линз и зеркал проставляются в соответствии с нормальными рядами радиусов по
ГОСТ 1807—75 (см. рис. 2.1—2.8).
Для асферических поверхностей типа цилиндра или тороида перед знаком R
дается ее наименование, например «Цилиндр #101,86» (см. рис. 2.4). В остальных
случаях асферические поверхности задаются уравнением, надписанным над стрел-
стрелкой-указателем к этой поверхности, а также координатами точек, сведенными в до-
дополнительную таблицу (см. рис. 2.5, 2.9), помещаемую в поле чертежа. На плоских
поверхностях линз, пластин, клиньев и призм знаки R = со не указывают (см.
рис. 2.6, 2.8—2.14).
Ю
а)
пго:
Рис. 2.17. Конструктив-
Конструктивные элементы линз: а —
положительная линза;
б — отрицательная
При необходимости иа поверхностях или на выносных линиях к ним указы-
указываются параметры шероховатости (см. рис. 2.1—2.14) или символы дополнительной
обработки, например тип покрытия на рабочей (см. рис. 2.2, 2.8) или место окраски
нерабочей (матовой) поверхности (см. рис. 2.2, 2.3, 2.5, 2.8, 2.12, 2.13).
Размеры и точность взаимного расположения оптических поверхностей. Все
размеры (кроме С, 9, я, б4Б0, которые приводятся в таблице) проставляются непо-
непосредственно на изображении детали. Ниже приведены рекомендации по выбору
Допусков на точность взаимного расположения оптических поверхностей.
1. Толщина линз d по оси (рис. 2.17). Предусматривается выбор толщин d от-
отрицательных линз в зависимости от их диаметра D и точности обработки (табл. 2.10).
75

Таблица 2.10. Толщина отрицательных линз
Форма
лииз
Двояко-
Двояковогнутые
Выпукло-
вогнутые
D, мм
До 50
Св. 50—120
» 120—260
» 260—500
До 50
Св. 50—120
» 120—260
» 260-500
Толщина d (мм) при допуске
на местную ошибку AJV полос
ДО 0,3
0.15Z)
0.12D
0,10£>
0.10Z)
0,12£>
0,12£>
0,10£>
0,10£>
св. 0, 3 до 0,5
0,12£>
0,12D
0.10D
0.08Z)
0,12D
0,10£>
0,10£>
0.10Z)
св. 0,5 до 2,0
0,12£>
0,10D
0,08£>
0,08£>
0,10£>
0,08£>
0,08£>
0,08£>
св. 2.0
0,10£>
0.08Z)
0,08£>
0.08Z)
0,10£>
0.08Z)
0,08£>
0.08Z)
Таблица 2.11. Толщина положительных линз
D
До
Св. 6
» 10
» 18
6
ло
»
»
10
18
30
d
1,0
1,2
1,5
1,8
о
Св. 30 до
» 50 »
» 80 »
» 120 »
50
80
120
180
d
2,0
2,5
3,0
4,0
О
Св. 180 до
» 260 »
» 360 »
260
360
500
d
5,0
6,0
7,0
Для положительных линз толщина по краю выбирается в зависимости от их диа-
диаметра (табл. 2.11).
2. Толщина пластин d. В зависимости от их назначения и требуемой точности
изготовления d выбирается по отношению их толщины к наибольшему размеру I или
диаметру пластины (табл. 2.12).
3. Допуски Ad на толщину линз d по оси. Выбираются в зависимости от наз-
назначения линзы в приборе и ее диаметра по табл. 2.13.
Таблица 2.12. Толщина пластин
Точность изготовления
Высокая (N=£: 0,1;
A#sc0,05)
Средняя (Л/>г 0,1;
ЛЛ/ S& 0,05)
Низкая (Л/> 10;
ЛЛ> 2) "
Толщина
d^ (V.+ Vw) /
Применение
Зеркала интерферометров астро-
астрономических и измерительных при-
приборов, концевые отражатели даль-
дальномеров
Защитные стекла и светофиль-
светофильтры визуальных приборов
Сетки и зеркала осветительных
систем
76
Таблица 2.13. Допуски на толщину линз
Назначение линзы
Оборачивающие системы и объективы
телескопических систем
Коллективы
Окуляры, лупы, конденсоры
D
| Ad
мм
До 50
Св. 50 до 100
» 100
До 20
Св. 20 до 50
» 50
До 10
Св. 10 до 20
» 20
±0,3
±0,3
±1,0
±0,3
±0,5
±1,0
±0,2
±0,3
±0,6
Толщину и допуск на нее для линз фотографических объективов и объективов
микроскопов определяют в процессе расчета оптической системы. Полученные
допуски округляют до ближайшего меньшего значения из ряда ±0,01; ±0,02;±0,03;
±0,05; ±0,07; ±0,1; ±0,15;±0,2; ±0,3; ±0,5; ±0,7; ±1,0. В качестве справочного
размера у всех линз указывают толщину t по краю, а для менисков — дополнительно
габаритную толщину d! (см. рис. 2.17, б). Допуски на толщину плоскопараллель-
плоскопараллельных пластин округляют в соответствии с вышеприведенным рядом.
Габаритные размеры деталей и точность взаимного расположения нерабочих
поверхностей. Приведем рекомендации по выбору н обозначению указанных пара-
параметров.
1. Допуски и посадки на диаметры линз, сеток, светофильтров, зеркал и других
круглых деталей. Их выбирают в зависимости от точности центрировки детали
и условий ее соединения с оправой, т. е. с учетом того, является ли деталь центри-
центрирующей или пецентрирующей (табл. 2.14). В склеенной паре центрирующей линзой
выбирается линза, имеющая большую толщину по краю. Такой линзе придают
Т а б л и ц а 2.14. Допуски н посадки на диаметры линз, сеток,
светофильтров и других круглых детален
Допуск иа
децентрнровку, мм
Повышенной точно-
точности — до 0,05
Средней точности ■—
св. 0,05 до 0,1
Пониженной точно-
точности — св. 0,1
Поля Допусков линз
Центри-
Центрирующая
«6. /7
Л8
е9
с\\
Нецен-
триру-
ющая
dll
d9
ell
—
Назначение детали
Линзы светосильных фотообъ-
фотообъективов
Линзы микрообъективов. Лин-
Линзы телескопических приборов,
сетки и шкалы средней точности
Конденсорные линзы, свето-
светофильтры, зеркала, защитные сте-
стекла
Примечай не. &6 - без покрытия фасочиым лаком; /7 — с покрытием
фасочным лаком.
77

и больший диаметр, при этом центрирующей может быть как положительная, fate й
отрицательная линза. о ,_
2 Допуски на толщину В и размеры а и L прямоугольных призм (рис. 2.Щ.
Обычно их устанавливают по АН, а высоту Я — симметричными значениями в долях
миллиметра из нормального ряда.
3 Базы. Обозначение баз, точности их обработки и взаимного расположения.
По ГОСТ 2308—79 обозначаются стрелками и символами (см. рис. 2.3, 2.4,
2 8 2 9)
'4 Фаски защитные. Они наносятся на острых краях линз для устранения вы-
колок после центрирования, для предохранения от выкалывания при креплении
линз закаткой или кольцом.Ширина фасок т выбирается в зависимости от диаметр?
Фаска т*4-5
кругом
кругом
Рис. 2.18. Конструктивные элементы призм
линзы В табл 2 15 приведена рекомендуемая ширина фасок линз и заготовок сеток
для предохранения от выкалывания н при креплении кольцом или закаткой. На чер-
чертеже линзы кроме ширины фаски т указывается угол,.ее наклона а, выбираемый
из табл. 2.16 в зависимости от отношения D/R (см. рис. 2.17).
Таблица 2.15. Ширина фасок т линз и заготовок сеток
в зависимости от D
D, мм
До 6
Св. 6 до 10
» 10 » 18
» 18 » 30
» 30 » 50
» 50 » 80
» 80 » 120
» 120
т, мм
Нескленваемая
сторона
0Л+0-1
0,1+0'2
0,2+0,3
0,3+°-3
0,3+0-4
0,4+0,5
О,5+о,б
0,7+°-8
Склеиваемая
сторона
0.1+0'1
0,1+м
0,1+0,2
0,1+0-2
0,2+0,2
0 2+°'2
О,2+о,2
0,2+0.2
Для крепле-
крепления закаткой
0,1+0,2
0,3+0'2
0,4+°.2
0>5+0,з
0,7+°.6
1+0,5
Ширину защитных фасок на ребрах деталей некруглой формы выбирают в за-
зависимости от длины наиболее короткого ребра Ь детали по табл. 2.17. Фаску наносят
перпендикулярно к биссектрисе двугранного или трехгранного угла соответст-
5 Фаски конструкторские. Для уменьшения массы, обеспечения условий удоб-
удобного крепления в оправе призмы и линзы имеют конструкторские фаски, их раз-
размеры не нормируются. ,
Дополнительный текст. Информация, не нашедшая своего отражения в табли-
таблицах и па изображении детали, помещается в нижней части поля чертежа, за исключе-
78
Таблица 2.16. Углы наклона
фасок а в зависимости
от отношения D/R
Таблица 2.17. Ширина фасок К
(см. рис. 2.18) в зависимости от размеров
ребер деталей некруглой формы
D/R
До 0,8
0,8—1,5
Св. 1,5
<Х.. ...
0 для формы
поверхности линзы
о
1С
3
ш
45
30
—
той
гну
во
45
60
90
о
8
ч
с
45
45
45
в
До 6
Св. 6 до
» 10 »
» 18 »
» 30 »
» 50
10
18
30
50
о
с
0
0
0
0
к
1 +0,2
2+0,3
,3 + 0.4
,4 + 0,5
,5+0,с
7 + 0,8
Размер
фаскм
па углах
1+0.4
1+0,4
1+0.4
1 ,5+0'5
2,о+о.б
2 5+0'8
ннем параметров шероховатости, которые проставляются в правом верхнем углу
поля чертежа (см. рис. 2.1—2.15).
Шероховатость поверхностей. Шероховатость поверхностей деталей зависит
от свойств обрабатываемых материалов, методов их обработки (шлифовка, полировка
н др.), от характеристик инструмента и зернистости абразива. Выбор параметров
шероховатости для простановки на рабочем чертеже детали производится по
ГОСТ 2789—73, ГОСТ 2.309—73 (табл. 2.18). Одинаковая шероховатость поверх-
поверхностей указывается простым обозначением, помещаемым над таблицей требований
к материалу и изготовлению, например: , R20,Wh .В болееобщем случае (поверх-
(поверхности имеют различные параметры шероховатости) над таблицей указывается пара-
параметр шероховатости, соответствующий большинству поверхностей данной детали,
а рядом в скобках знак обработки — ^//_Л , символизирующий выражение
«кроме поверхностей, указанных особо». На изображении детали эти поверхности
могут иметь различные параметры шероховатости (см. рис. 2.1—2.14).
Наиболее часто применяемыми параметрами шероховатости являются: ^ —
—оптические отражающие и пре-
пребоковые (нерабочие) поверхности деталей; 
ломляющие (рабочие) поверхности деталей.
Дополнительные требования к материалу. В ряде случаев градации требований
к материалу, регламентируемые ГОСТом, оказываются недостаточными. Например,
для деталей ответственных фотообъективов допуски на оптические константы могут
оговариваться особо. Тогда в таблице против соответствующего обозначения кон-
констант дается знак сноски, а в свободной части поля чертежа текстом дается ссылка
на соответствующий руководящий материал. Текстом, дополняющим таблицу, могут
оговариваться и другие требования, например необходимость изготовления деталей
из одного куска стекла или стекла из одной плавки н т. п. Таким же образом мо-
могут оговариваться дополнительные требования или условия контроля некоторых
показателей качества материала.
Дополнительные требования к изготовлению. В некоторых случаях, особенно
у крупногабаритных деталей, независимо от вида материала, из которого они дол-
должны быть сделаны, появляется необходимость установления уточненных требо-
требований к изготовлению. Например, более подробно охарактеризовать предельные
значения отдельных видов местных ошибок поверхностей (см. рис. 2.3), указать
предельные значения их соотношений, задать диаметр пробного стекла (см.
рис. 2.8, 2.14). При необходимости контроля поверхностей не эталоном, а по ка-
качеству изображения, по допустимому дифракционному кружку рассеяния 2dy (см.
рис. 2.9) пли по допустимому искажению волнового фронта в долях средней длины
волны белого света \а против символов N и ДЛ' для соответствующих поверхно-
поверхностей даются знаки сноски, а допуски — текстом в поле чертежа. У линз больших
79

Таблица 2.18. Параметры шероховатости поверхностей оптических деталей
Числовые значения
параметров шероховатости
по ГОСТ 2789 — 73, мкм
На
2,50—1,25
Нг
320—160
160—40
40—20
20—10
Условные
обозначения
шерохова-
шероховатости по
ГОСТ
2.309—73
RZ320/
V
Rz2JL
V
W
Базовая
длина /, мм
25,0
25,0
25,0
8,0
8,0
Обрабатывающий инструмент
с зернистостью по ГОСТ 9206 — 70
и ГОСТ 3047 — 71
Твердосплавной инструмент
Алмазный инструмент зерни-
зернистостью от 250/200 до 400/315 на
металлической связке. Абразивный
порошок с номером зернистости
от 16 до 25
Алмазный инструмент зерни-
зернистостью от 160/125 до 200/160 на
металлической связке. Абразивный
порошок с номером зернистости от
10 до 16
Алмазный инструмент зерни-
зернистостью от 80/63 до 125/100 на ме-
металлической связке. Абразивный по-
порошок с номером зернистости от
4 до 8
Алмазный инструмент зерни-
зернистостью от 50/40 до 63/50 на ме-
металлической связке. Абразивный по-
порошок зернистостью от М28 до М40
Характеристика
обработанных
поверхностей
Поверхности литых, полиро-
полированных и точеных заготовок
Грубо обработанные поверхно-
поверхности после распиливания, сверле-
сверления, точения и шлифования
То же
Поверхности, обработанные на
операции грубого шлифования,
сверления и распиливания. Об-
Обработка боковых поверхностей
призм и пластин
Поверхности, обработанные на
операции среднего шлифования
и центрирования. Обработка бо-
боковых поверхностей призм и
пластин, нанесение фасок
1,12—0,63
0,63—0,32
0,32—0,16
0,16—0,02
0,100—0,050
0,050—0,025
о.з г,
V
Rг 0,05/
V
8,0
8,0
2,5
2,5
0,8
0,8
Алмазный инструмент зерни-
зернистостью от 40/28 до 50/40 на метал-
металлической связке. Абразивный поро-
порошок зернистостью от М14 до М28
Алмазный инструмент зерни-
зернистостью от 20/24 до 28/20 на ме-
металлической связке. Абразивный
порошок зернистостью от М10 до
М14
Алмазный инструмент зерни-
зернистостью от 14/10 до 10/7 на метал-
металлической связке и от 63/50 до 20/14
на органической связке. Абразив-
Абразивный порошок зернистостью от М5
до М7
Алмазный инструмент зерни-
зернистостью от 10/7 до 20/14 на органи-
органической связке. Абразивный порошок
зернистостью М5—МЗ
Полировальные порошки на во-
волокнистом, смоляном или металли-
металлическом полировальнике. Алмазный
инструмент на органической связке
Полировальные порошки на смо-
смоляном, синтетическом или металли-
металлическом полировальнике. Алмазный
инструмент на органической связке
То же
Поверхности, обработанные на
операции тонкого шлифования
и центрирования
Поверхности, обработанные на
операции тонкого шлифования
То же
Поверхности, обработанные на
операции полирования с незна-
незначительными следами недополи-
ровки (шероховатости, видимые
невооруженным глазом). Чистота
поверхностей должна соответство-
соответствовать ГОСТ 11141—76
Поверхности, обработанные на
операции полирования. Чистота
поверхностей должна соответство-
соответствовать ГОСТ 11111—76

Таблица 2.19. Типы покрытий оптических поверхностей деталей
Тип покрытий
Сокращенное
наименование
Условное
графическое
обозначение (й)
Ход лучей
в оптической
детали (б)
Отражающие непрозрач-
непрозрачные:
внешние (наружные)
задние (внутренние)
зеркальн.
зеркальп.
а)
я;
Б)
Светодел ител ь ные
светоделит.
Просветляющие
просветл.
\
Покрытия фильтры
фильтр.
Защитные прозрачные
защити.
Токопровод ящие
токопров.
а)
Поляризующие поляриз.
JO
* Это общее услопное графическое обозначение дтя покрытий-фильтров. Част-
п ],ю > слоим ыс графические обо течения для отпс сиощнх, узкополосных, полосовых
и специальных покрыты и-фильтров приведен ы в табл. '2.22.
82
размеров (обычно при 0 > 150 мм) в графе против символов С или С а и С б ста-
ставится знак сноски, а допуск на разнотолщинность линзы по краю (см. рис. 2.3)
указывается текстом в поле чертежа.
Справочные и дополнительные размеры и параметры. Текст в поле чертежа
сРазмер для справок» со знаком сноски указывает на то, что данный размер не под-
подлежит контролю и может быть использован ориентировочно.
Специфические особенности конструкций некоторых деталей вызывают необхо-
необходимость внесения в поле чертежа дополнительных параметров, простановка которых
на изображении детали затруднена, например допуск на непараллельность обра-
образующих поверхностей цилиндрической линзы (см. рис. 2.4). У сложных деталей,
например призм, размеры фасок и их предельных значений указываются текстом
в поле чертежа (см. рис. 2.12, 2.13).
Окраска нерабочих поверхностей. Нерабочие поверхности крупногабаритных
деталей а также деталей кино- и фотооптики окрашивают, как правило, черными
матовыми эмалями и лаками. Материал и места окраски задаются текстом в поле
чертежа а в более сложных случаях дополнительно указываются штриховой
линией на изображении детали. Также текстом при необходимости указывается допу-
допустимость канта без покрытия (см. рис. 2.8), разнотолщинность слоя покрытия и т. п.
Оптические покрытия. В зависимости от назначения детали на нее могут на-
наноситься различные типы покрытий.
Типы покрытий. Выбор типов покрытий оптических деталей опре-
определяется функциональными требованиями, предъявляемыми к ним, условиями чи-
чистки деталей и эксплуатации прибора, их формой, производственными возможно^
стями изготовителя. #**
Устанавливаются основные характеристики покрытии, определяющие опти-
оптические свойства, химическую, коррозионную и биологическую устойчивость, меха-
механическую и термическую прочность. По функциональному назначению покрытия
оптических деталей подразделяются на типы (табл. 2.19).
Исходные материалы покрытий и способы их нане-
нанесения. Исходные материалы, применяемые для образования отдельных слоев
покрытий, и их условные обозначения (арабскими цифрами) приведены в табл. 2.20.
Способы нанесения отдельных слоев покрытий и их условные обозначения (про-
(прописными буквами) приведены в табл. 2.21.
Покрытия могут быть однослойными и многослойными. Условные ооозначе-
ния отдельных типов покрытий с учетом последовательности их нанесения строятся
последующей схеме: условное графическое обозначение типа покрытия и сокращен-
сокращенное его наименование (см. табл. 2.19), условное обозначение исходного материала
для образования первого слоя покрытия (см. табл. 2.20), условное обозначение
способа нанесения первого слоя покрытия (см. табл. 2.21), то же для второго
слоя покрытия, то же для третьего слоя покрытия и так далее для каждого из по-
последующих слоев. Условное обозначение каждого слоя отделяется от обозначении
последующих слоев точкой.
Условное обозначение типов покрыт и'й.^ Примеры ус-
условных обозначений наиболее распространенных типов покрытий.
1. Обозначение однослойных покрытий:
<Q — зеркальн. 1И — алюминирование испарением в вакууме (см. рис. 2.14).
(Q —зеркальн. 25Р—серебрение химическое из раствора азотнокислого серебра.
E?) — просветл. 24И — испарение фтористого магния в вакууме (см. рис. 2.11,
2.13).
2. Обозначение двухслойных покрытий:
Q) —зеркальи. 1И. 29И — алюминироваиие с защитным слоем сернистого
цинка; оба слоя наносятся испарением в вакууме.
Q) —зеркальн. 25Р. ЗЕ — серебрение заднее химическое с защитным анодным
меднением.
83

Таблица 2.20. Исходные материалы для нанесения оптических покрытий
НроДоЛженне taбл. 2.2б
Материал
Алюминий
Золото
Медь
Никель
Палладий
Платина
Родий
Серебро
Хром
Серебро с медью
(сплав)
Кадмий
Кремний
Ниобий
Тантал
Титан
Германий
Теллур
Стронций фтористый
Гафний
Скандий
Аммоний фосфорно-
фосфорнокислый
Калий хромат и би-
хромат
Криолит
Магний фтористый
Серебро азотнокислое
Олово двухлористое
Сурьма трехсернистая
Олово двухлористое и
висмут треххлористый
Цинк сернистый
Торий азотнокислый
Кремния моноокись
Цинка окись
Олово двухлористое
и аммоний фтористый
(смесь)
Вольфрам шестихло-
р истый
Алюминия окись
Цирконий
Свинец фтористый
Хромовый ангидрид
с фосфорной кислотой и
кремнефтористым на-
натрием
Цинк селенистый
Сурьмы трехокись
Кремния двуокись
Сера
Тетраэтоксисилан
Тетраэтоксититан
Условное
обозначение
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
Материал
Тетраэтоксисилан и те-
тетраэтоксититан (смесь)
Хлорокись циркония
Тетраэтоксититан с
эпоксидной диановой
смолой
Медь сернистая (суль-
(сульфид закисной меди)
Алюминий хлористый
Литий фтористый
Гафния хлорокись
Титан четыреххлори-
стый
Тетраметоксисилан
Фосфора пятиокись
Спирт лауриловый
Барий фтористый
Циркония двуокись
Олова двуокись
Индий
Ниобий пятихлори-
стый
Кислота азотная
Кислота соляная
Кислота уксусная
Ртуть уксуснокислая
Диметилдихлорсилан
Диметилдиэтоксисилан
н винилтриэтоксисилан
Дпметилдиэтокснсилан
Индия окись
Винилтрихлорсилан и
уксуснокислая ртуть
Лак бакелитовый про-
прозрачный
Лак бакелитовый с на-
наполнителем (алюминие-
(алюминиевая пыль, слюда, сажа
и др.)
Лак винилитовый бес-
бесцветный
Полистирол
Лак бутиральнобаке-
литовый с наполнителем
Триэтилметакрилокси-
станнан (ТЭМС)
Фенилметилполисилок-
сан КМФ-29 в бутил-
ацетате
Полиметилметакрилат
Стиракрил
Эмаль ЭП-274
Лак ФЛ-582 с напол-
наполнителем
Условное
обозначение
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
84
Материал
Лак битумный с на-
наполнителем
Парафин
Воск пчелиный
Эмаль МЧ-240 М
Аммиак
Титана двуокись
Титана моноокись
Гафния двуокись
Натрий фтористый
Полимер фторорга-
нический Ф-32Л марки Н
Полимер фтороргани-
ческий Ф-32Л марки В
Церия двуокись
Фосфоросилоксан
(ФС-3)
Условное
обозначение
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
Материал
Церий фтористый
Иттрий фтористый
Неодима двуокись
Фосфоросилоксан,
кремниевый эфир и три-
этилметакрилоксистан-
нан
Тетраэтоксисилан и
трипропоксиалюминий
(смесь)
Каучук хлорирован-
хлорированный натуральный
(ХНК-20)
Мышьяк теллуристый
Условное
обозна чение
96
97
105
106
107
108
109
^) —просветл. 44Р. 43Р — двухслойное просветление из растворов тетра-
этоксититана и тетраэтоксисилана (см. рис. 2.2, 2.5, 2.12).
3. Обозначение трехслойных покрытий:
^/) —зеркальн. 25Р.ЗЕ.75П — серебрение заднее химическое из раствора
азотнокислого серебра с защитным анодным меднением и лакированием бутирально-
бакелитовым лаком с наполнителем.
Q^) — просветл. 15К-14К-12К — трехслойное просветление катодным распыле-
распылением титана и кремния в кислороде.
4. Обозначение многослойного покрытия, состоящего из большого числа чере-
чередующихся слоев:
для четного числа слоев (a.b)ni2;
для нечетного числа слоев [(а.Ь) (п — 1)'2].а, где а и 6 — чередующиеся слои
покрытия; п — число слоев покрытия.
Обозначение трннадцатислойного покрытия:
^^ —светоделит. D4Р.43Р) X 6.44Р — светоделительное покрытие из раство-
растворов тетраэтоксититана и тетраэтоксисилана.
Таблица 2.21
Способ нанесения
покрытия
Из раствора
Испарением в вакууме
Испарением с помощью
электронного нагрева
Травлением
Электролизом
Катодным распыле-
распылением
. Способы иаиесения оптических покрытий
Условное
обозначение
Р
И
иэ
т
Е
К
Способ нанесения
покрытия
Катодным высокоча-
высокочастотным распылением
Обработкой с нагре-
нагревом в расплаве
Кистью, пульвериза-
пульверизатором или центрифуги-
центрифугированием
Обработкой в парах
или газах
Условное
обозначение
Кв/ч
Н
п
г
85

Покрытия, наносимые из смесей веществ, приведенных в табл. 2.20, обозначают
одним числом, например «45» — смесь тетраэтоксисилана и тетраэтоксититана. При
использовании смесей веществ, не предусмотренных табл. 2.20, покрытие условно
обозначают в виде дроби, например 29/96 — смесь сернистого цинка и фтористого
церия.
После условного обозначения покрытия указывают соответствующий ОСТ,
из которого выбрано покрытие, ТУ и т. п., например: (JJ) — токопров. 9И по ТУ.
Затем в соответствии с приведенными руководящими материалами уточняют
технические требования к покрытию. При этом указывают специфические характе-
характеристики, регламентирующие условия образования или эксплуатации покрытия,
предельные значения величин оптических или других свойств и т. п.
Обозначение условий термообработки. Условия термо-
термообработки деталей (прогрев до 120 °С и с последующим инерционным охлаждением
до комнатной температуры) не указываются. Более высокотемпературные режимы
оговариваются особо. Предельная температура прогрева деталей зависит от темпе-
температуры отжига стекла, из которого изготовлена деталь. Например, стекла марок
OKI, ТФЗ, ТФ8, ОФ10 и СТКЗ разрешается нагревать до 250 °С, а стекла остальных
марок — не выше 350 °С.
При нанесении покрытия на предварительно нагретую деталь предельная тем-
температура указывается в виде индекса у буквы, обозначающей способ нанесения по-
покрытия, например: Qy — просветл. 24И300.
При нанесении покрытия на предварительно нагретую и затем охлажденную
деталь (глубокое просушивание поверхности) предельная температура указывается
после условного графического обозначения типа покрытия и сокращенного его наи-
наименования, например: (^) — просветл. 300.44Р.43Р.
При термообработке после нанесения покрытия предельная температура ука-
указывается в конце условного обозначения покрытия, например: (уЛ — просветл. 45Р.
44Р.43Р.350 (см. рис. 2.3).
В двух последних случаях значение температуры отделяется от остального текста
точкой.
Обозначения величин оптических характеристик.
Для отражающих покрытий при необходимости указывают:
предельное значение коэффициента интегрального отражения рд; индекс А
указывает, что для всех видов зеркальных покрытий коэффициент отражения
дается для источника света типа А (цветовая температура 2856 К по
ГОСТ 7721—76 при угле падения луча 15°);"
предельное значение коэффициента р^ для определенной области спектра;
предельное значение коэффициента рассеяния,
например: О — зеркальн. 1И. 21Е, рА = 86 %.
Для светоделительных прозрачных покрытий указывают одну из характери-
характеристик:
коэффициент отражения р с предельными отклонениями;
коэффициг .т пропускания х с предельными отклонениями;
отношение коэффициента отражения р к коэффициенту пропускания т с предель-
предельными отклонениями;
угол наклона падающего пучка света, если он превышает 15°,
например: £-) —светоделит. 44Р.43Р.44Р. 45°, р/х = 1 ± 0,2.
Для просветляющих, отражающих, светоделительных покрытий указывают
среднюю рабочую длину волны с предельными отклонениями, для которой рассчитано
покрытие, если она отличается от средней длины волны для белого света E50 нм),
или участок спектра, для которого предназначено покрытие, например: ($?) —
просветл. 44Р.43Р, X = 700 ± 50 нм (см. рис. 2.11—2.13).
80
Особенности обозначения покрытий-фильтров
У них указывают следующие параметры.
1. Оптическую плотность D или коэффициент пропускания х с предельными
отклонениями для нейтральных фильтров (серых), например: (J)—фильтр 6К,
D = 0,5 ± 0,05; С[) — фильтр 5И, т = 70 %.
2. Длину волны А-щах с предельными отклонениями, отвечающую середине по-
полосы пропускания; коэффициент пропускания ттах для этой длины волны; полуши-
полуширину полосы пропускания 6^, определяемую как разность длин волн, соответству-
соответствующих ттах/о. и минимальное пропускание xmin по обе стороны от полосы пропуска-
пропускания для интерференционных, например: Q) — фильтр. 8И. 24И.8И, X = 450 ±
± 10 нм, ттах > 40 %, 6Х = 20 нм, ттт< 2 »/0.
Интерференционные фильтры в зависимости от назначения и формы спектраль-
спектральных кривых пропускания делятся на следующие типы (табл. 2.22):
отрезающие фильтры, пропускающие излучение с длиной волны больше уста-
установленного предела;
узкополосные фильтры, пропускающие излучение в спектральном диапазоне,
ограниченном как со стороны коротких, так и со стороны длинных волн. При этом
ширина их полосы пропускания не превышает 0,25 А.тах;
полосовые фильтры имеющие полуширину пропускания больше 0,25А.тах;
специальные фильтры, отличающиеся по спектральным характеристикам от
всех ранее перечисленных.
Обозначения указанных фильтров строятся по следующей схеме:
сокращенное наименование типа фильтра;
число слоев, составляющих фильтр (если фильтр включает в себя несколько
составных фильтров, то записывается не общее число слоев, а число слоев в каждом
фильтре; цифры при этом разделяются точкой;
обозначение исходного материала для образования слоев с высоким и низким по-
показателями преломления, разделенными тире, например: ф — фильтр У9—27—18—
десятислонный узкополосный элементарный фильтр из чередующихся слоев Xq/4
и со средним слоем Ло 2, изготовленный на основе трехсерпнстой сурьмы и фто-
фтористого стронция; @ — фильтр 2.0 A3.11)—16—31 — отрезающий фильтр, со-
состоящий из двух тринадцати- и одиннадцатислойных элементарных фильтров из
чередующихся слоев А,0/4 и с крайними слоями Хо/8, изготовленных на основе гер-
германия и моноокиси кремния.
Для защитных и токопроводящих покрытий при необходимости указывают:
допускаемое увеличение коэффициента отражения;
предельные значения температуры, механической прочности и т. п.;
предельные значения коэффициента пропускания;
удельное поверхностное сопротивление с допуском, например: Цу — токо-
пров. ЗЗГ. При уд. объемн. сопротивл. 4-Ю3, Я. = 500 нм, хх = 92 %.
Для поляризующих покрытий при необходимости указывают:
степень поляризации для заданной области спектра;
допускаемую величину поглощения;
термическую прочность, например: (Q) — поляриз. (ЗОР, 43Р) х 5.30Р. Степ,
поляриз. не менее 99%, А, = 400 нм.
Штрихи, сетки, знаки и цифры. В качестве заготовок для нанесения на них
делений, цифр и других знаков обычно используют отполированные с двух сторон
плоскопараллельные пластинки, размеры и допуски на изготовление которых ука-
указаны в табл. 2.12, 2.14. Толщины (табл. 2.23) и длины (табл. 2.24) штрихов и рас-
расстояния между ними определяются в зависимости от назначения детали и от уве-
увеличения последующей оптической системы. Допуски па расстояния между штри-
штрихами, отклонение перекрестий от перпендикулярности, эксцентриситет шкал или
87

Таблица 2.22. Типы
интерференционных фильтров
Типы фильтров
Отрезающие
Узкополосные
Полосовые
Специальные
Условное
обозначение
©
Ф
©
©
Таблица 2.23. Толщина штрихов
сеток, шкал и лимбов
мм
Таблица 2.24. Длина штрихов
сеток, шкал и лимбов
мм
Длина штрихов
До 0,1
Св. 0,1 до 0,2
» 0,2 » 0,5
» 0,5 » 1
» 1 » 2
» 2
Допускаемые
отклонения
+0,008
±0,01
±0,03
±0,05
±0,1
+ 0,2
Примечание. Указанные
допуски для линейных шкал в случаях,
когда их длина определяется расчетом,
могут быть уменьшены.
Толщина
штрихов
0,002
0,005
0,006
0,01
0,015
0,02
0,03
0,04
0,05
0,07
0,1
0,15
Допускаемые
отклонения
±0,001
±0,001
±0,002
±0,003
±0,005
±0,005
±0,008
±0,01
±0,01
±0,015
±0,02
±0,03
Примечание. Размеры,
выделенные жирным шрифтом, при-
применять предпочтительно.
перекрестий относительно геометрической оси детали в зависимости от требуемой
точности выбирают по табл. 2.25.
Для различных участков шкалы сетки допускается устанавливать различные
степени точности нанесения делений. В чертеже соответственно указывается, с ка-
какого номера штриха одна степень точности нанесения делений заменяется другой
степенью точности. Для шкал с неравномерными интервалами допуски назначают
по наименьшему интервалу. Допуски на точность нанесения делений и эксцентриси-
эксцентриситет шкал особо точных сеток, например угломерных сеток инструментального микро-
микроскопа, устанавливаются особо.
Указанные в таблице допуски проставляют в чертежах сеток в численном
выражении. Толщину линий обводки цифр принимают равной толщине штрихов
сетки (см. табл. 2.23), если последние не тоньше 0,01 мм. Высоту цифр выбирают из
табл. 2.26. Типы запусков приведены в табл. 2.27. В чертежах приводят условное
обозначение запуска.
Допуски на размеры всех штрихов и отклонения любого штриха от начального,
размер шрифта, указания по травлению и запуску штрихов и цифр и другие до-
дополнительные технологические требования приводятся в поле чертежа под таблицей.
Сборочные единицы. Методика анализа чертежей сборочных единиц аналогична
методике анализа деталей.
88
I
Таблица 2.25. Допуски на расстояния между штрихами,
отклонение перекрестий от перпендикулярности, эксцентриситет шкал
и перекрестий относительно геометрической оси детали
в зависимости от требуемой точности
Характери-
Характеристика
нанесения
делений
Точная
Средняя
Грубая
Характери-
Характеристика
нанесения
делений
Точная
Средняя
Грубая
Допуски на расстояния любого штриха линейных шкал от началь-
начального нлн нулевого (мм) при интервале шкалы, мм
от 0,02
до 0,1
±0,02
±0,005
св. 0,1
до 0,5
+0,005
±0,012
±0,03
Допуски на расстояния
любого штриха круговых
шкал от начального или
нулевого (...') при интер-
интервале шкалы, ...°
от 10
до 30
+2
±5
св. 30
До 1
+ 3
±7
±10
св. 10
До 3
±5
±12
±15
св. 3
±7
±17
±20
св. 0,5 до 1
±0,007
+0,02
±0,04
св. 1 до 2
+0,01
+0,03
±0,06
Допуски на непер-
неперпендикулярность
штрихов перекре-
перекрестий, ~мм
5
10
15
св. 2
+0,015
+0,04
±0,09
Допуск на эксцен-
эксцентриситет перекре-
перекрестий нли шкал
относительно
центра сеткн, мм
0,03
0,10
0,25
Таблица 2.26. Высота цифр
в зависимости от интервала
делений сеток, шкал и лимбов
мм
Исходные данные. Руководствуясь названием и изображением сборочной еди-
единицы, а также ее местоположением в оптической системе, устанавливают: ее функ-
функциональное назначение; возможность рационального членения на составные части;
возможность технологической компоновки
сборочной единицы; вид н метод сборки;
возможность применения типовых техно-
технологических процессов, универсального
оборудования и унифицированной оснаст-
кн; возможность применения универ-
универсальных методов и средств контроля.
Таблица требований к изготовлению.
На чертежах оптических сборочных еди-
единиц указывают только те параметры,
которые должны быть выполнены в про-
процессе сборки, после сборки или прове-
проверены после сборки. Поэтому верхняя
часть таблицы — требования к материа*
лу — в сборочных чертежах отсутствует.
В таблице требований К изготовле-
изготовлению при необходимости указывают:
требования к поверхностям по N
и АЛ', Р соединяемых деталей;
требования К точности взаимного
расположения поверхностей по С, 9, а
соединяемых деталей;
требования по минимальной фокусности /mm;
требования по разрешающей способности е.
В нижней части таблицы указывают расчетные данные:
/'. SF, S'F- (один из них с допуском) — для склеенных линз (рис. 2.15);
геометрическую длину хода / луча — для призменных блоков;
89
Интервал
деления шкалы
До 0,3
От 0,3 до 0,5
Св. 0,6
Высота
цифр
0,2
0,3
0,5
Допу-
Допускаемые
откло-
отклонения
0,02
0,03
0,05
Примечание. Для шкал
с интервалом деления меньше
0,05 мм высоту цифр допускается
уменьшать до 0,1 мм.

Т а б л \
Условное
обозн а -
чение
запуска
41
Б1Т
Б1Ц
К1
Ч2Г
Ч2К
•Б2Т
Б2Ц
К2
43 Г
43К
Б2Т
БЗЦ
КЗ
[ца 2.27. Типы запускоз
Цвет
Черный
Белый
»
Красный
Черный
»
Белый
»
Красный
Черный
Белый
Красный
Основа
Стекло
жидкое
делении и цифр на сетках
Состав запуска
Пигмент
Закись-окись ко-
кобальта
Двуокись титана
Окись цинка
Сурик свинцовый
Краски масляные художественные
Сажа газовая
» »
Белила
цинковые
То же
Краплак
красный
Эмали
ПФ-163
ПФ-115
белая
То же
ПФ-115
красная
Графит
Закись-окись ко-
кобальта
Двуокись титана
Окись цинка
—
пентафталевые
Графит
Закись-окись ко-
кобальта
Двуокись титана
Окись цинка
—
шкалах и лимба*
Ширина
запускаемого
0,
3
4
10
8
10
штриха
1 мм и более
мкм и более
мкм и более
мкм и более
» »
—
мкм и более
мкм и более
> »
» »
световой диаметр — для линз, зеркал и других сборок круглой формы, размеры
по наибольшему сечению пучка, если световые зоны не показаны на чертеже.
■ Изображение сборочной единицы. Сборочные единицы располагают, как правило,
по ходу светового луча, идущего от плоскости предметов слева направо. Предельные
значения размеров сборочных единиц определяют метод сборкн (комплектация, ком-
компенсация, доработка и т. п.) и технологически приемлемые и согласованные пре-
предельные значения размеров соответствующих параметров соединяемых деталей.
Сопрягаемые поверхности сборочных единиц (склеек) выполняются линией
увеличенной толщины, к которой примыкает стрелка-указатель с буквой К в ее
разрыве, символизирующая операцию склейки согласно ГОСТ 2.313—68. Соединя-
Соединяемые детали обозначаются номерами позиций. Внешние поверхности соединяемых
деталей, на которых могут быть символы оптических покрытий, штриховые линии
окраски и т. п. указывают на то, что покрытия должны наноситься после сборки.
Наиболее важна проверка согласованности следующих параметров деталей:
предельных значений толщин d и t деталей (см. табл. 2.10—2.12) и сборки;
точности формы Л' и АЛ' и чистоты Р сопрягаемых поверхностей (табл. 2.28);
соответствия термостойкости сборки (склейки, см. п. 8.4) температуре терми-
термической обработки наносимого оптического покрытия (см. п. 7.5), эмали, герметика
и т. п.;
соответствия расчетных значений параметров е, /min вышеперечисленным па-
параметрам деталей, способу соединения и т. п. (табл. 2.28).
Дополнительный текст. В свободном месте поля чертежа, как правило под
таблицей (см. рис. 2.15), указывают дополнительные технологические требования:
марка клеящего вещества по ГОСТ 14887—69 (или способ соединения);
оптический контакт (с указанием нормативного документа);
условное обозначение и шифр оптических покрытий;
материал и ТУ покрытия, наносимого на нерабочие поверхности и фаски.
Таблица 2.28. Требования и
Параметры
соединяемых
поверхностей
и материалов
Допуск на форму
поверхности N
Класс чистоты
поверхности Р
Параметр шеро-
шероховатости поверх-
поверхности Rz
Разность коэф-
коэффициентов линей-
линейного расширения
деталей а- 10'
Толщина соеди-
соединяющею слоя, мкм
деталям
в зависимости от способа их
соединения
Вид соединения
Склеивание
баль-
бальзамом
10
V
0,050—
0,025
30
50—100
бальза-
бальзамином,
акрило-
акриловым
клеем
2
V
0,050—
0,025
30
20
клеями
ОК-50П,
ОК-60,
УФ-235М,
бальза -
мином
2
V
0,050—
0,025
60
20—50
клеями
ОК-72Ф,
ОК-90П
2
V
0,050—
0,025
60
20—50
Оптический контакт
обычный
1
II
0,050—
0,025
70—90
—
глубокий
1
I
0,050—
0,025
35-37
0,15
90

Глава 3
КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Г
3.1. Контролируемые параметры
К параметрам, обычно контролируемым в процессе изготовления деталей, а
также проверяемым в лабораториях и ОТК, относятся габаритные размеры (толщина,
диаметр, длина, ширина и т. п.), радиусы кривизны, фокусные расстояния и фо-
фокусные отрезки, углы призм, клиньев и фасок, форма и чистота поверхностей, де-
центрировка, непараллельность образующих цилиндрических линз.
Выпускаемые оптико-механической промышленностью оптические детали от-
отличаются большим разнообразием размеров, конфигураций и форм поверхностей.
Так, например, диаметр отдельных линз объективов микроскопов немногим превы-
превышает 1 мм. В то же время диаметры первичных зеркал современных телескопов до-
достигают 5—6 м. Из-за указанного разнообразия оптических деталей и специализации
предприятий не представляется возможным создание ограниченного набора типовых
контрольно-измерительных средств, пригодных для использования на всех оптико-
механических предприятиях. Вместе с тем из всего разнообразия параметров можно
выделить такие, которые встречаются в изделиях всех или большинства предпри-
предприятий. Это, например, габаритные размеры деталей, радиусы кривизны и децентри-
ровка поверхностей линз умеренного размера.
Для измерения габаритных и некоторых других размеров обычно используются
приборы и устройства общепромышленного назначения. К ним, в частности, отно-
относятся микрометры, штангенциркули, индикаторы и т. д. Типы и параметры таких
приборов и устройств определены, как правило, соответствующими ГОСТами. В связи
с этим в справочнике принцип их действия не описывается. Для них приводятся
только такие сведения, как пределы и точность измерения, величина измеритель-
измерительного усилия и т. п. Эти сведения облегчат читателю^ работу по выбору необходи-
необходимого типа измерительного инструмента.
Кроме приборов стандартного типа предприятия оптической промышленности
применяют специальные измерительные устройства, которые в силу специфики
производства изготавливаются небольшими партиями, а иногда в одном или в не*
скольких экземплярах. Примером этому могут служить пробные стекла или компен»
саторы, которые используются в основном для контроля качества поверхностей
только одного и того же параметра. Для таких приборов в справочнике приводятся
только принципиальные оптические схемы, без указания шифра и погрешностей
измерения.
Кроме указанных выше групп измерительных устройств на практике исполь-
используют методики измерения и контроля, основанные на примеиеиии существующего
оборудования. Часто одии и те же приборы используются иа различных техноло-
технологических операциях. Поэтому их рассмотрение целесообразно выполнить не по тех-
технологическим операциям, а по измеряемым параметрам оптических деталей.
3.2. Измерение габаритных размеров
К габаритным размерам в оптическом производстве относят линейные размеры,
определяющие расстояние между характерными точками контурных линий детали.
Наиболее часто приходится измерять толщину, ширину, длину, диаметр дета-
деталей, ширину фасок и скосов, овальность цилиндрических поверхностей, глубину и
ширину канавок, высоту уступов и т. п. Тип используемых для измерения средств
зависит от длины измеряемого размера, допуска, вида обработки и шероховатости
поверхностей, серийности изготовления и ряда других факторов.
92
Задача измерения габаритных размеров сравнительно просто решается на
заготовительных операциях и при шлифовании детали. На этих стадиях обработки
обычно допускается наличие контакта между проверяемой деталью и мерительным
инструментом. В связи с этим при заготовке и шлифовании широко используются
измерительные средства, применяемые в машино- и приборостроении: предельные
скобы и шаблоны, штриховые линейки, штангенинструменты и микрометрические
инструменты, нутромеры, индикаторы часового типа, рычажно-механические при-
приборы, измерительные головки, оптиметры, длиномеры. Большинство указанных
приборов являются общеизвестными [12, 15, 16], поэтому описание их устройства
и принцип действия здесь не приводятся.
На заготовительных операциях при резании, распиливании и раскалывании сте-
стекол допускается отклонение габаритных размеров деталей до ±2 мм. На этой ста-
стадии изготовления в качестве измерительных средств используются штриховые меры
длины (линейки, рулетки) и штангеиинструменты различных конструкций.
В соответствии с ГОСТ 427—75 предусмотрено изготовление линеек с одной или
двумя шкалами ценой деления 0,5 и 1 мм и рабочей длиной 150, 300, 500 и 1000 мм.
Линейки с ценой деления 1 мм могут иметь в начале и в конце шкалы деления це-
ценой 0,5 мм на длине 50 мм.
Типы и технические параметры рулеток определяются ГОСТ 7502—69, в соот-
соответствии с которым устанавливается три типа рулеток: в закрытом корпусе (РЗ)
с рабочей длиной шкалы 2, 5, 10, 20 и 50 м, самосвертывающиеся (PC) и желоб-
желобчатые (РЖ) с длиной шкалы 1 и 2 м. Цена деления шкал РЗ 1 или 10 мм, PC и
РЖ — 1 мм. Для рулеток предусмотрено три класса точности нанесения шкал.
Рулетки РЗ 1 класса изготавливаются рабочей длиной шкалы 10 и 20 м, 2 клас-
класса — с рабочей длиной шкалы 2, 5, 10, 20 и 50 м, 3 класса — все типы рулеток.
Рулетки классов 1 и 2 имеют на всей длине миллиметровые деления. Основные тех-
технические характеристики линеек и рулеток (табл. 3.1) даны для температуры 20 °С
и натяжений лент, равных 1,0 Н для рулеток длиной более 10 м м 0,5 Н для ру-
рулеток длиной до 10 м.
Из выпускаемых нашей промышленностью штангенинструментов в оптиче-
оптическом производстве используются в основном штангенциркули и штангенглубино-
меры. В соответствии с ГОСТ 166—80 изготавливаются четыре типа штангенцирку-
штангенциркулей: ШЦ-1, ШЦ-П, ШЦ-Ш и ШТЦ-I. Инструменты ШЦ-I и ШЦ-П имеют дву-
двустороннее расположение губок и предназначены для измерения наружных и внут-
внутренних размеров. Кроме того, с помощью ШЦ-I можно производить измерение глу-
глубин и высот, а с помощью ШЦ-П — разметку изделий.
Таблица 3.1. Метрическая характеристика линеек и рулеток
Параметры
Длина шкалы, м;
до 0,3
св. 0,3 до 0,5
» 0,5 » 1
» 1 » 2
» 2 » 5
» 5 » 10
» 10 » 20
» 20 » 30
» 30 » 50
Длина интервалов:
миллиметровых и полумиллиме-
тппп и v
1 JJUtJblA
сантиметровых
дециметровых и метровых
Допустимые отклоиеиня.
Линейки
±0,10
±0,15
±0,20
—
—
—
—
±0,05
±0,10
мм
Рулетки
класса 1
—
—
—
—
±0,5
±1,0
—
±0,05
±0,10
±0,20
класса 2
—
—-
—
±0,4
±1,0
±1,0
±2,0
±3,0
±5,0
±0,10
±0,20
±0,30
класса 3
—
—
±0,4
±0,8
±2,0
±2,5
±4,0
±5,0
±7,0
±0,20
±0,30
±0,40
93

Таблица 3.2. Метрическая
характеристика штангенинструментов
мм
Штангенциркули ШТЦ-I и ШЦ-Ш имеют одностороннее расположение гу-
губок, причем ШТЦ-I предназначен для измерения наружных размеров и глубин,
а ШЦ-Ш — для наружных и внутренних измерений.
Специально для измерения глубин и высот, расстояний до выступов или бурти-
буртиков изготавливаются глубиномеры. Их параметры и точность измерения устанав-
устанавливаются ГОСТ 162—80. Основные технические характеристики штангеиинстру-
ментов приведены в табл. 3.2.
Линейные размеры оптических деталей после обработки их фрезами и шлифо-
шлифовальными кругами имеют допуски в пределах 0,5—0,05 мм. Для их измерения при-
применяются рассмотренные выше
штангенинструменты, а также мик-
микрометры различных типов. Для
проверки размеров однотипных де-
деталей широко используются пре-
предельные скобы. Размеры и профили
пазов, 'глубин и высот Этаких
деталей контролируются ' шабло-
шаблонами.
й •" Из выпускаемых нашей промы-
промышленностью микрометров в оптиче-
оптическом производстве применяются
микрометры типов МК, 'МЛ, МЗ
(ГОСТ 6507—78), а также инстру-
инструменты со вставками (ГОСТ 4380—78)
и настольные (ГОСТ 11195—74).
Микрометры типа МК (гладкие)
выпускаются с диапазонами изме-
измерений: 0—15 (по требованию за-
заказчика), 0—25, 25—50, 50—75
и т. д. до 300 мм, 300—400, 400—
500 и 500—600 мм. В инструмен-
инструментах с верхним пределом измерения
более 360 мм неподвижный стер-
стержень (пятка) является сменным
или передвижным.
Микрометры типа МЛ (листо-
(листовые) изготавливаются с диапазо-
иамиТизмерений 0—5, 0—10, 0—
25 мм и с вылетом скобы соот-
соответственно 20, 40, 80 мм. Измери-
1 тельная пятка Гприбора имеет
сферическую форму с радиусом
сферы 10—12 мм.5По соглашению
изготовителя и заказчика обе изме-
измерительные поверхности могут из-
изготавливаться сферическими или
плоскими.
Микрометры со вставками (насадками на измерительные наконечники) имеют
диапазон измерений 0—25 мм, погрешность — ±4 мкм. Во многих случаях по-
потребитель изготавливает вставки самостоятельно. Форма их наконечников выбира-
выбирается в зависимости от формы поверхности измеряемой детали, а"материал|— из ус-
условия сведения к мииимуму опасиости повреждения оптической детали царапанием.
В оптическом производстве вставки используются при измерении толщины линз,
имеющих одну илн обе вогнутые поверхности. Для этой же цели применяются^ ры-
рычажные толщемеры (рис. 3.1). Они состоят из двух рычагов / и 4, связанных между
собой шарниром 6. С рычагом 4 скреплена шкала 3, на лицевой стороне
второго иаиесеи индекс 2, по которому отсчитываются показания ииструмеита.
Измеряемая деталь помещается между винтами 7, осевое положение которых
может регулироваться. Прижим измерительных наконечников винтов к прове-
проверяемой детали осуществляется пружиной 5. Цепа деления шкалы рычажных
толщемеров может быть 0,02—0,1 мм, пределы измерения 0—10 мм. Допу-
94
Инстру-
Инструменты
ШЦ-1,
штц-п
шц-п
ШЦ-Ш
Штанген-
глубино-
меры
Диапазон
измерений
0—125
0—160
0-250
0—400;
250—630;
320—1000
500—1600;
800-2000
0—200;
0—320
0-500
Цена
деления
ноннуса
0,1
0,05 и 0,1
0,05 и 0,1
0,1
0,05
0,05
0,1
Пределы до-
допускаемой
.погрешности
0,05
0,05
0,05
0,1
0,2
0,05
0,1
Примечание. Кроме указан-
указанных в таблице штангенциркули могут
изготовляться по отдельным заказам с Диа-
Диапазоном измерений 1500 — 3000 мм и 2000 —
4 000 мм с цеиой деления 0.1 мм. Штанген-
Штангенциркули типа ШЦ-Н с диапазоном изме-
измерений 0 — 200 н 0 — 320 мм выпускаются
с одним и двумя раздельными нониусами
соответственно для наружных и внутрен-
внутренних измерений. При двух ноннусах цена
их делений равна 0,1 мм.
скаемые погрешности измерения рассмотренных выше микрометров приведены
в табл. 3.3.
Выпускаемые нашей промышленностью скобы и предельные калибры отлича-
отличаются большим разнообразием конструкций и размеров. Диапазон проверяемых
скобами размеров простирается от 0,1 до 3150 мм, квалитеты точности — от 5 до 16.
Конструкции и параметры скоб определяются ГОСТ 2216—68, ГОСТ 18355—73
ГОСТ 16775—71, ГОСТ 16776—71, ГОСТ 16777—71.
Предельные калибры для проверки глубин и высот уступов изготавливаются
по ГОСТ 2534—77. С их помощью осуществляется проверка размеров по 11 — 16
квалитетам точности.
Окончательное формирование га-
габаритных размеров оптических дета-
деталей достигается на стадии их шлифо-
шлифования и полирования. Из контрольных
операций на этой стадии изготовления
наиболее ответственными являются
операции измерения размеров, нахо-
находящихся в пределах светового диа-
диаметра детали. К таким размерам
Таблица 3.3. Метрическая
характеристика микрометров
Измеряе-
Измеряемая
длина,
мм
15, 25
50
75, 100
125, 150
175, 200
225, 250,
275, 300
400
500
600
Пс
метры i
о о.
с и
о; s
4
4
4
5
5
6
8
8
10
"и м е'ч
я aj >;
С S а.
0J П 0J
X К ffl
\IU
° S X О
2
2,5
3
4
4
6
8
10
12
ани е.
указанными i
погрешностями^
рам класса 1.1
относятся
и ч n s
SB в
оЙ с
0J * q \Q
о as °ю
§£££
2
2
3
4
5
6
8
10
12
f. Микро-
таблице
к прибо-
Микрометры, у ко-
торых% погрешности^, измерений и
откл он ен и я£от
тараллельности из-
мерительных поверхностей не пре-
превышают
50% значений, указанных
в таблице, относятся к
К микрометрам
приборы
которых
лице, не
пустимор
класса 2
погрешность
выше
классу 0.
относятся
показаний
указанных в таб-
не превышает
погрешности.
200% до-
s
s
X
о
S
s
к
Рис. 3.1. Рычажный толщемер
Относятся прежде всего толщины линз и клиновидных и плоскопараллельных
пластин. В большинстве случаев допуски на указанные толщины находятся в пре-
пределах 0,1—0,01 мм. Однако встречаются детали, в которых абсолютное значение
толщины или ее изменение по периметру должно быть измерено с точностью до еди-
единиц и долей микрометра. К таким деталям относятся, например, так называемые
пластины А/4 и А/2, а также точные клиновидные и плоскопараллельные пластины.
Для точных измерений линейных размеров оптических деталей существует и
Практически используется гамма механических, оптико-механических и пневмати-
пневматических средств. Все они, за исключением пневматических, являются контактными.
К приборам, обеспечивающим непосредственные измерения, относятся оптиче-
оптические длиномеры (ГОСТ 14028—68) и индикаторы (ГОСТ 577—68). Технические
характеристики индикаторов часового типа приведены в табл. 3.4. Индикаторы
изготавливаются с перемещениями измерительного стержня параллельно плоскости
95

шкалы (типа ИЧ) и перпендикулярно к плоскости шкалы (типа ИТ). Диапазон из-
измерений ИЧ 0—10 мм, ИТ—0—2 мм. Кроме того, выпускаются индикаторы с диапа-
диапазоном измерений 0—25 и 0—50 мм.
Таблица 3.4. Технические характеристики индикаторов
часового типа
Параметры
Диапазон измерений, мм
Пределы Допускаемой погрешности
(мкм) на длине шкалы:
0,1 мм
1 мм
всего интервала измерений
Погрешность обратного хода, мкм
Колебание измерительного усилия
при прямом и обратном ходе *, сН
Классы
0
0—2
—
—
10
40
0-5
4
8
12
2
60
0-10
■—
—
15
60
точности
1
0—2
—
—
12
40
0—5
6
10
16
3
60
0—10
—
—
20
60
* Колебание при изменении направления движения измерительного стержня
составляет 50 сН; наибольшее измерительное усилие 15С
сН.
В производстве и контроле оптических деталей применяются два типа длииомеров:
ДВО (с окулярным отсчетом) и ДВЭ (с экраиным отсчетом). Технические характе-
характеристики этих длиномеров приведены в табл. 3.5.
Таблица 3.5. Технические
Параметры
Цена наименьшего делении шкалы от-
счетного устройства, мм
Диапазон измерений по основной шка-
шкале, мм
Диапазон измерений наружных длин
и диаметров, мм *
Измерительное усилие, сН
Погрешность длиномера без учета по-
поправок по аттестату шкалы, мкм
Масса длиномера, кг, не более
Габаритные размеры длиномера, мм,
не более
характеристики длиномеров
ДВО
0,001
0—100
0—250
200 ±50
±('-4+ шо)
37
450X260X600
ДВЭ
0,001
0—100
0—250
200±50
*(>+ 140 )
45
550X220X650
Примечание. L — измеряемая длина, мм.
I
со
СО
а
S
Для сравнительных контактных измерений широко используются оптиметры
и ультраоптиметры (ГОСТ 5405—75), пружинно-оптические головки, контактные
интерферометры (ГОСТ 10593—74) типа ИКПВ. На некоторых предприятиях на-
находят применение также пневматические приборы. Технические характеристики
перечисленных выше измерительных устройств приведены в табл. 3.6.
96
X
а дли
X
сти
о
а -
О -
« Я
о *
S3
О)
га
о
с
о
1
о.
с
ина
t*
и
CQ
И®
и
о ю
°°
СО
о
s?;
о ^
"о
о о
о
змери-
льное
:илие,
сН,
более
Диапазон
измерений
наружных
длнн
тазон
:анин,
П°
К
га з
X X
а
га
а.
о
\о
ИП Пр!
н
и диаметров,
мм
Я
Э
к
с
о
0>
3
X
икаль
Верт,
метры:
1
I
i
со
о
о"
см
,000
о
200
с
с
с
э
:>
о"
+1
о
о
о"
и"
S
ВО-1
о
1
1
1
|
S
0,00
см
000
о
200
0—200
о"
+1
о
о
о"
со"
m
S
ВЭ-1 (
о
1
о
о
о
о"
t>~
о
о
о"
1
— 150
о
ю
с
3
см
о
о"
+1
см
о
о
о"
со"
с
S
ВЭ-2|
о
S
о
Пружинно
S
ю
о
ч
о
U
и
ю
о
000
о
1
1
1
см
Зависит
см
о
о
+1
1
о
о
о
о"
с
О
см
000
о"
I
1
1
см
от типа
о
о
+1
ю
о
о
о
о"
С
О
ю
000
о"
|
1
1
1
1
of
применяе-
s
о
+1
о
о
о"
С
ю
002
о
1
ю
Moii стойки
■л
о
+1
о
о
о"
с
+ <и
СО К" S
+1 +
1
1
1
0—150
с
зСо"
о *~^-
+1
ю
8 §
о о
X
С
is
нкалы
>метр
II
О)
1
2
шкал
с:
1
1
га
вет
о
калы
3
X
елей
tt
о
ч
— чис
с
3
\ длины волн
к
мерен
т
ОСТЬ ]
X
а
0)
а.
U
О
1
х .
m я
л) U
рим
ЮЛНЫ
П
длина t
4 Кузнецов С Ми др.

Пневматические приборы в оптико-механической промышленности использу-
используются менее широко, чем механические и оптико-механические измерительные уст-
устройства. Основная их область применения — измерение толщины оптических дета-
деталей массового производства. Измерения выполняются методом сравнения с образцо-
образцовой деталью, поверхности которой имеют такие же параметры шероховатости. Прин-
Принцип действия пневматических приборов состоит в следующем (рис. 3.2). Сжатый
воздух постоянного давления поступает из пневматической сети, компрессора или
баллона в трубку / прибора, внутри которой имеется поплавок 3. Из трубки воздух
выходит через сопло 4, установленное с зазором а относительно образцовой детали 5.
Рис. 3.2.
Пневматический
(длиномер)
прибор
Рнс. 3.3. Оптический толщемер
При замене образцовой детали на измериемую зазор а и, следовательно, расход воз-
воздуха меняются. С изменением расхода воздуха меняется высота поплавка, положе-
положение которого можно отсчитать по шкале 2. На шкале могут быть установлены гра-
границы допуска на замеряемый размер. Для надежной работы подаваемый в прибор
воздух должен быть чист, а давление его постоянно.
Отечественной промышленностью выпускается два типа пневматических длино-
длиномеров: с низким и высоким давлением воздуха. Параметры их определены
ГОСТ 11198—75 и ГОСТ 14866—78 и приведены в табл. 3.7 и 3.8.
Таблица 3.7. Техническая
характеристика пневматических
длиномеров низкого давления
мм
Таблица 3.8. Техническая
характеристика пневматических
длиномеров высокого давления
Цена
деления
0,0005
0,001
0,002
0,005
0,010
0,020
Пределы
допу-
допускаемой
погреш-
погрешности
±0,0005
±0,001
±0,002
±0,003
±0,008
+0,15
Диапазон
пока-
заний длиномера
ите.
лом
змер
соп
s S
3
и s
0,02
0,04
0,08
0,16
£°
S»
"о.
1 с
со
_
0,02
0,04
0,08
0,16
=к
о
акта
s У
85
К о
§
0,04
0,08
0,16
0,32
0,63
Цена
деления
шкалы,
мм
0,0002
0,0005
0,001
0,002
0,005
0,010
Пределы
допускаемой
погрешности
длиномера ( ±),
мкм
о.
н
Iii
48-
0,5
0,8
1,5
2,5
О.
Hi
0,20
0,35
0,60
1,5
2,5
6,0
робк
П
1,2
2,5
4,0
8,0
Диапазон
показаний
(мкм)
длиномера
S
о
сопл
о
10
35
60
100
160
о
&*
о
5
35
60
100
160
98
Для контроля толщины крупногабаритных линз и зеркал на ряде предприя-
предприятий разработаны и изготовлены специализированные приборы — толщемеры. Как
правило, они ивляются контактными и построены по схеме, показанной на
рис. 3.3, где / — опорная пята; 2 — проверяемая линза; 3 — измерительный стер-
стержень с точной шкалой; 4 — отсчетный микроскоп; 5 — корпус прибора.
В приборе соблюден принцип Аббе: оси измерительного стержня и опорной пяты
совмещены между собой и лежат в плоскости деления шкалы. Обычно в качестве
измерительного устройства используются пиноли длиномера ИЗВ-1 или ИЗВ-2.
Непосредственные измерения толщины могут быть выполнены в пределах 0—
100 мм, сравнительные — в пределах 0—250 мм с точностью ±2 мкм.
Процесс измерения толщины сводится к следующему. Проверяемую линзу по-
помещают на столик прибора и центрируют относительно оси опорной пяты. Затем на-
наконечники измерительного стержня и пяты приводят в соприкосновение с поверх-
поверхностями линзы и снимают отсчет по шкале. Второй отсчет производят после удаления
линзы и приведения в соприкосновение измерительного стержня с опорной пятой.
Существующие приборы позволяют измерять толщины деталей диаметром до
1500 мм.
3.3. Контроль радиусов кривизны
Для проверки радиусов кривизны сферических поверхностей оптических де-
деталей имеются и практически применяются различные способы и устройства. Боль-
Большинство из них являются контактными.
На стадии шлифования в качестве контрольных инструментов используются
радиусные шаблоны, контрольные грибы и чашки, сферометры, пробные стекла.
В оптическом производстве радиусные шаблоны изготовляют парами — шаблон
и контршаблон — обычно из стали или латуни. Параметр шероховатости изме-
измерительных поверхностей не должен превышать Ra == 0,5; твердость должна состав-
составлять HRC 35—50. Изготовление радиусов кривизны выполняется по 8-му квалитету
точности (hs для выпуклых шаблонов и Hs для вогнутых). При совмещении шаблона
и контршаблона измерительные поверхности их должны совпадать без заметного
для глаза просвета. На рис. 3.4 изображены шаблоны и контршаблоны для радиу-
радиусов: а — от 0,5 до 5,0 мм; б — от 5 до 20 мм; в — свыше 20 мм. Штриховой ли-
линией обозначено место маркировки. Рекомендуемые размеры даны в табл. 3.9. На
нерабочие поверхности наносят защитные покрытия. Если при наложении шаблона
на проверяемую поверхность наблюдается просвет А, то отступление Д^ радиуса
кривизны проверяемой поверхности от радиуса кривизны шаблона определяется
по формуле
AR = 8ARVP, C.1)
где / — длина хорды, на которой наблюдается просвет. Опытный наблюдатель
может заметить наличие просвета А =2-^3 мкм. Отсюда AR = 8 (Rllf 2 мкм.
Таблица 3.9. Размеры шаблонов и контршаблонов
мм
R
Св. 15 до 30
» 30 » 45
» 45 » 60
» 60 » 90
» 90 » 120
» 120 » 250
» 250 » 500
. » 500 » 1000
» 1000
L
70
100
130
160
180
200
300
300
500
н
45
55
70
70
50
50
45
40
40
h
R
R
R
50
35
35
R—V R2- 20 000
R—V Л2—30 000
R~V R2--60 000
/
2R
2R
2R
201/ R- 25
20F R-50
201/ i?—100
300
300
500
К
R
R
R
50
50
45
45
40
40
t
2
2
2,5
2,5
2,5
3
3
3
4
a
10
10
15
20
20
20
20
25
25
4*
99

а
а.
о
Ч
Проверка радиусов кривизны с помощью наложения (притирки) контрольных
грибов и чашек, а также пробного стекла является качественной. Перед проверкой
пробное стекло или проверяемая поверхность слегка увлажняется с помощью губки
или выдыхаемого контролером воздуха. Затем проверяемая деталь слегка притира-
притирается к грибу, чашке или пробному стеклу. О наличии разности радиусов судят по
размеру темного следа контакта (притертости).
Широкое применение в оптическом производстве получили кольцевые контакт-
контактные сферометры [1, 15]. Принцип их действия состоит в следующем (рис. 3.5). На
проверяемую деталь 1 накладывается кольцо 2,
диаметр рабочей кромки которого 2г известен с вы-
высокой точностью. Во втулке кольца помещен стер-
стержень измерительного прибора 3. С его помощью
определяется высота А шарового сегмента, основа-
основанием которого служит плоскость рабочей кромки
кольца. Для вычисления радиуса R проверяемой
поверхности используется формула
R = г2/BА) + А/2. C.2)
Имеется два типа сферометров. Один из них
позволяет получать непосредственные значения А,
с помощью другого определяется разность ДА
между высотой hx сегмента, принятого за обра-
образец, и высотой А2 проверяемого сегмента.
В зависимости от места применения и метода
измерения по ГОСТ 11194—76 предусмотрен вы-
выпуск настольных (ССО) сферометров с оптическим
отсчетом, накладных (СНО) с оптическим отсче-
отсчетом, накладных (СНМ) с механическим отсчетным
устройством. Настольные сферометры обычно ис-
используют в лабораториях и ОТК. С их помощью
измеряют радиусы кривизны уже изготовленных
пар пробных стекол и одиночных линз. Проверяе-
Проверяемая деталь накладывается на прибор, который
обеспечивает измерение А. Накладные сферометры
Рис. 3.5. Кольцевой кон-
контактный сферометр
используются для измерения на рабочем месте. Их накладывают непосредственно
на проверяемую деталь. Чтобы не повредить поверхность, операцию измерения
обычно выполняют на стадии шлифования. Технические характеристики сферо-
сферометров приведены в табл. 3.10.
100
Таблица 3.10. Технические
Параметры
Пределы измерения отдельных сфери-
сферических поверхностей, мм
Пределы измерения радиусов пар ос-
основных пробных стекол, мм
Пределы отсчета по шкале, мм
Пределы допускаемой основной по-
погрешности в % от измеряемого радиуса
при радиусах, мы:
от !0 до 37,5
св. 37,5 » 80
» 80 » 750
» 750 » 1 000
» 1 000 » 5 000
» 5 000 » 40 000
Масса, кг, не более
характеристики сферометров
ССО
10—1000
37,5-750
0—30
+ 0,04
±0,04
±0,04
±0,04
„
10
СНО
80—40 000
—
0—30
—
+ 0,04
±0,05
±0,15
+0,5
3
СНМ
80—40 000
—
0—1
—
+ 0,08
±0,1
+ 0,3
+ 2
1,5
101

На практике используют сферометры с различными конструкциями калиб-
калиброванных колец: со сплошной ленточной ножевидной кромкой, с фаской, с шарико-
шариковыми опорами. При использовании колец с шариковыми опорами вычисление изме-
измеряемого радиуса R производится по формуле
R = гЧ(Щ + А/2 ± р,
где р — радиус кривизны шаровой опоры, а знаки ± используются при вычисле-
вычислении радиусов кривизны соответственно вогнутой и выпуклой поверхностей.
Для обеспечения возможности проверки деталей разных диаметров сферометры
снабжаются набором сменных калиброванных колец, отличающихся друг от друга
величиной 2г.
В качестве рабочего инструмента
для контроля радиусов кривизны по-
полированных поверхностей средней
и высокой точности используют проб-
пробные стекла. Типы пробных стекол,
их форма, размеры и точност-
точностные характеристики устанавливаются
ГОСТ 2786—76. По ГОСТу имеется
три типа пробных стекол: рабочие
(РПС), контрольные (КПС) и основ-
основные (ОПС); стекла РПС предназна-
предназначены для проверки поверхностей
линз, КПС — для проверки РПС,
а ОПС — для контроля КПС.
Контроль радиусов кривизны по-
поверхностей изделий производится с
помощью интерференционной картины,
которая наблюдается при наложении
пробного стекла на проверяемое из-
изделие. Проверка осуществляется сле-
следующим образом. Рабочие поверхно-
Рис. 3.6. Контроль радиусов пробны- сти проверяемого изделия и пробного
ми стеклами стекла перед выполнением контроля
тщательно промываются от загрязне-
загрязнений и очищаются от пыли. После этого пробное стекло 2 (рис. 3.6) накладывают на
изделие /ив рассеянном отраженном свете наблюдают интерференционную кар-
картину, возникшую в промежутке между контактирующими поверхностями.
Для получения правильных результатов необходимо, чтобы диаметр пробного
стекла был не менее диаметра проверяемой детали, а центр полученной кольцевой
интерференционной картины совпадал с вершиной проверяемой поверхности. Обычно
операцию контроля радиуса кривизны поверхности соЪмещают с проверкой правиль-
правильности ее формы (см. п. 3.4). Согласно ГССТ 2786—76 стандартный максимальный диа-
диаметр пробных стекол не должен превышать 130 мм. Однако по соглашению с заказ-
заказчиком допускается изготовление пробных стекол диаметрами 150, 180 и 220 мм.
По точности изготовления радиусов кривизны и формы поверхности все проб-
пробные стекла делятся на три класса. Наиболее высоким является 1-й класс. Допуски
на радиусы кривизны пробных стекол 1-го класса не превышают 0,02 % их величины.
При контроле методом пробного, стекла допуск на отклонение формы поверх-
поверхности N задается числом интерференционных колец, наблюдаемых на всей прове-
проверяемой поверхности. Если диаметр проверяемой поверхности больше максимального
диаметра пробного стекла A30 мм), то допуск устанавливают исходя из диа-
диаметра пробного стекла. Погрешность метода пробного стекла складывается
из погрешности определения радиуса кривизны самого пробного стекла и по-
погрешности оценки числа наблюдаемых интерференционных колец. Последняя
обычно не превышает 0,5 кольца или 0,14 мкм. Вид интерференционной кар-
картины, получаемой при наложении пробного стекла на проверяемую поверхность,
показан на рис. 3.7.
Для определения знака ошибки осуществляют нажнм на пробное стекло, на-
направляя усилие нажима вдоль оси изделия. При нажиме следят за движением ин-
интерференционных колец. Если кольца стягиваются к центру, то в центре имеется
102
j
зазор (яма), т. е. радиус кривизны выпуклой проверяемой поверхности больше
радиуса пробного стекла (для вогнутой — наоборот). Если при нажиме
кольца расширяются, уходя от центра, то зазор имеется на краю (ошибка —
бугор), т. е. радиус кривизны выпуклой поверхности меньше радиуса кривизны
вогнутой.
Методы измерения радиусов кривизны самих пробных стекол устанавлива-
устанавливаются «Инструкцией 13—64» Государственного комитета стандартов СССР.
В табл. 3.11 приведены средства измерения радиусов кривизны пробных стекол 1-го
класса точности, рекомендованные инструкцией. Указанные в таблице измерения
на оптиметре ИКГ проводятся ме-
методом сравнения с концевыми ме-
мерами.
Рис. 3.7 Интерференционная карти-
картина при наложении пробного стекла
Рис. 3.8. Схема метода колец Нью-
Ньютона
Для проверки радиусов кривизны поверхностей пробных стекол 2-го и 3-го
классов точности инструкцией рекомендуется несколько различных методов. Среди
них методы непосредственного измерения с помощью микрометров (которые обычно
применяются для измерения стекол — полушаров с небольшим радиусом кривизны),
метод колец Ньютона и авто коллимационный метод.
Метод колец Ньютона применяется для измерения радиусов кривизны, которые
превышают 2000 мм. Принципиальная схема, с помощью которой реализуется метод
колец Ньютона, показана на рис. 3.8. Проверяемая деталь / помещается на предмет-
предметный стол 6 измерительного оптического прибора типа ИЗА-2, УИМ-25, БМИ [12]
и т. п., на нее накладывается плоскопараллельная стеклянная пластина 5, нижняя
поверхность которой имеет минимальные отступления от идеальной плоскости (N ^
^ 0,1). Монохроматическим источником света 2 с помощью полупрозрачной пла-
пластины 3 осуществляется подсветка промежутка между пластиной 5 и деталью /.
Образовавшуюся в промежутке кольцевую интерференционную картину наблю-
Таблица 3.11. Средства измерения радиусов кривизны
Радиусы кривизны
пробных стекол, мм
От 0,5 до 37,5
■» 37,5 » 4000
Средства измерения
Форма
стекла
Горизонтальный опти-
оптиметр ИКГ
Автоколлимационная
установка
Выпуклое
Вогнутое
Предельная
погрешность
измерения
От 0,175 до 4 мкы
0,004-0,007 %
ЮЗ

дают в микроскоп 4 и радиусы колец измеряют перемещением стола прибора 6.
Радиус кривизны вычисляется по формуле
2 ?
где pft и рр — радиусы интерференционного кольца kn и кольца kp; X — длина волны
используемого источника света; лир — порядковые номера колец.
Расчеты показывают, что если кп — kp « 200 и наведение на кольцо осущест-
осуществляется с точностью 0,1 его ширины, то относительная погрешность измерения R
не превышает 0,1 %. Указанная погрешность может быть в два-три раза снижена,
если проверяемую 1 и плоскую поверхность пластины 5 покрыть светоделительным
слоем и вместо двухлучевой получить многолучевую интерференционную картину.
5)
Рис. 3.9. Схема автоколлимационного метода измере-
измерения радиусов кривизны
Принципиальная схема прибора, используемого при автоколлимационном
методе измерений радиусов кривизны, показана на рис. 3.9. Основу ее составляет
автоколлимационный микроскоп 1, имеющий измерительное перемещение вдоль
своей оси и оси сферической поверхности проверяемой детали 2. Для измерения ра-
радиуса кривизны осевым перемещением микроскопа последовательно добиваются
получения резкого автоколлимационного изображения сетки микроскопа при наве-
наведении его на центр кривизны (рис. 3.9, а), а затем на вершину поверхности измеря-
измеряемой сферы (рис. 3.9, б). Разность отсчетов для этих крайних положений микроско-
микроскопов равна измеряемому радиусу кривизны поверхности. Точность измерения авто-
автоколлимационным методом (мкм) в основном зависит от точности Дг фокусирования
микроскопа на центр кривизны:
Дг=0,1/Л2,
где А — действующая апертура микрообъектива, микроскопа или апертура изме-
измеряемой поверхности (берется наименьшая А).
Для уменьшения погрешности наведения, особенно при измерении радиусов
кривизны поверхностей с малыми относительными отверстиями, в некоторых при-
приборах применяется коинцидентный метод фокусировки [12]. Диапазон радиусов
кривизны поверхностей, измеряемых автоколлимационным методом, зависит от
длины шкал измерительных приборов. При использовании измерительных машин
типа ИЗМ удается измерять вогнутые поверхности с радиусом кривизны до 5000—
6000 мм. При благоприятных обстоятельствах погрешность измерения не превышает
0,004 %.
В астрономическом приборостроении радиусы кривизны изготовляемых по-
поверхностей достигают 10 м и более. Для измерения их используются также автокол-
автоколлимационный метод, причем расстояние от поверхности до предметной точки авто-
104
коллимационного микроскопа измеряется рулетками или набором калибров. Иногда
с целью повышения точности вместо автоколлимационного микроскопа используют
теневой прибор. Принципиальная схема устройства, реализующего теневой метод
измерения радиуса кривизны [14], показана на рис. 3.10. Здесь Р — проверяемая
поверхность, S — светящееся отверстие теневого прибора, S' — изображение све-
S1
Рис. ЗЛО. Принципиальная схема теневого метода
измерения радиуса кривизны
тящегося отверстия S. Теневой прибор устанавливается в положение, при котором
исчезает рельеф теневой картины. Радиус кривизны R в этом случае
где
3.4. Контроль формы плоских оптических поверхностей
На стадии шлифования правильность формы плоских поверхностей контроли-
контролируется наложением на проверяемую деталь металлической локальной или стеклянной
линейки со скошенным краем (ГОСТ 8026—75). Неплоскостность (сферичность)
определяется по зазору между линейкой и поверхностью, причем для вычисления R
используется формула C.2). Для точного контроля неплоскостности поверхностей
Рис. 3.11. Оптическая схема бесконтактного интерферометра с дифракцион-
дифракционными решетками
используют бесконтактный интерферометр с дифракционными решетками. Принци-
Принципиальная оптическая схема его показана на рис. 3.11. Вышедший из лазера 1 узкий
пучок с помощью микрообъектива 2 собирается в центре отверстия диафрагмы 3,
совмещенной с фокальной плоскостью коллиматорного объектива 4. Последний пре-
преобразует упавший на него гомоцентрический пучок в параллельный и посылает его
на решетку 5, на которую нанесены прямолинейные штрихи постоянного шага.
Штрихи направлены перпендикулярно к плоскости рисунка.
Вследствие дифракции на выходе решетки образуется несколько параллельных
пучков различных направлений. Из них в интерферометре используются два: пучок
первого порядка, отклоняющийся к проверяемой поверхности детали 7 (рабочий
пучок) и пупок нулевого порядка (опорный), распространяющийся вдоль оптическом
оси прибора. Оба пучка встречаются на решетке 6, аналогичной решетке 5, причем
105

р абочий пучок попадает на нее после отражения от детали 7, вследствие чего несет
на себе информацию об имеющихся на поверхности макронеровностях. За решеткой 6
образуется несколько интерференционных картин, подобных тем, которые возникают
при контроле полированных поверхностей методом пробного стекла (см. рис. 3.13—
3.14). Оценка качества по такой картине выполняется так же, как при контроле лю-
любым другим описываемым ниже интерферометром или методом пробного стекла.
Обычно она сводится к визуальной оценке или измерению стрелы изгиба а и ширины
полосы b и вычислению прогиба Л поверхности по формуле
h = kalb,
где k — цена интервала интерференционной полосы
Рис. 3.12. Интерференционная кар-
картина, имеющая вид концентри-
концентрических колец
Рис. 3.13. Интерференционная
картина, имеющая вид правиль-
правильных ДУГ
В рассматриваемом интерферометре
k =
sin (D),
где (о — показана на рисунке. • •
Для определения знака Л (бугор или яма) в интерферометре на решетках, как
и в других интерферометрах, требуется найти положение ребра клина, образован-
образованного интерферирующими волновыми фронтами. Обычно это делается путем легкого
нажима на один из элементов интерферометра: проверяемую деталь, решетку, стол
и т, п.
Специально для контроля качества полированных поверхностей создано и при-
применяется значительное число приборов, часть из которых выпускается серийно, а
часть существует в виде опытных или макетных образцов. Наиболее распространен-
распространенным прибором, который можно использовать непосредственно на рабочем месте,
а также в лабораториях и ОТК, является плоское пробное стекло (ГОСТ 2786—76).
При контроле формы поверхности пробное стекло накладывается на проверяемую
деталь так же, как и при контроле радиуса кривизны (см. п. 3.3). Возникающая в ре-
результате такого наложения интерференционная картина характеризует форму
проверяемой поверхности [12]. Если картина имеет вид концентрических колец
(рис. 3.12) нли правильных дуг (рис. 3.13), то проверяемая поверхность является
сферической. Осуществляя нажим на край пробного стекла, кольца можно пре-
преобразовать в дугообразные полосы. По ним легче определяются зональные ошибки,
а также дефекты в виде местных ям, бугров, завалов на краях. При оценке глу-
глубины (высоты) дефекта исходят из следующего. При переходе or одной полосы к со-
106
седнен зазор между Пробным стеклом и проверяемой поверхностью меняется на
Х/2, где X — длина волны используемого источника света.
При контроле в белом свете обычно принимается К = 0,55 мкм. Если по ходу
полосы на поверхности имеется дефект в виде ямы или бугра, то в соответствующем
месте полоса искривляется (рнс. 3.14). При размере дефекта h = Х/2 искривление
равно расстоянию между соседними полосами, т. е. равно ширине полосы. Визуаль-
Визуально, без применения измерительных устройств, искривление полосы можно оценить
с точностью 0,1 ширины полосы. Отсюда следует, что визуально можно заметить
и оценить дефекты глубиной 0, Ш2= 0,0275 мкм.
Таким образом, если между пробным стеклом и проверяемой поверхностью
наблюдается N колец, то зазор h между ними равен N)J2. Отсюда, имея в виду, что
R = (Р1(Щ + ft/2,
можно получить
R = dVDNl) + NX/4,
Рис. 3.14. Искривление полосы ин-
интерференционной картины
Рис. 3.15. Вид астигматической
интерференционной картины
где d — диаметр наибольшего учтенного на проверяемой поверхности кольца.
Картина в виде колец эллиптической формы свидетельствует о наличии на
проверяемой поверхности так называемого астигматизма (рис. 3.15). Знак зональ-
зональных и других дефектов определяется следующим образом. Осуществляют легкий
нажим на край пробного стекла, в результате этого вблизи точки нажима образу-
образуется минимальный зазор между контактирующими поверхностями, на противополо-
противоположной стороне — максимальный. Если в месте дефекта полоса искривляется в нап-
направлении вершины (ребра) клина, это означает, что дефект имеет вид ямы. При наличии
дефекта в виде бугра полоса искривляется в сторону, противоположную ребру клина.
Наличие между пробным стеклом и проверяемой деталью совершенно прямых
полос свидетельствует об отсутствии заметных дефектов на плоской поверхности.
Пример такой картины показан на рис. 3.16.
Наряду с пробными стеклами на предприятиях оптико-механической про-
промышленности широко используются интерферометры типа Физо, обеспечивающие
возможность бесконтактной проверки плоских полированных поверхностей и зер-
зеркал [5]. Принципиальная оптическая схема одного из наиболее распространенных
интерферометров показана на рис. 3.17.
Монохроматический источник света 5 (обычно спектральная ртутная лампа)
с помощью зеркала 6 и конденсора 7 освещает отверстие диафрагмы 8, расположенной
в фокальной плоскости объектива 3. Лучи, прошедшие диафрагму и полупрозрачную
пластину 4, направляются к объективу 3, из которого выходят параллельными пуч-
пучками. За объективом по ходу лучей расположен клин 2 и проверяемая деталь 1.
Плоскость а клина является образцовой. Отраженные от нее и проверяемой поверх-
поверхности б пучки возвращаются в обратном направлении, накладываются друг на друга
и интерферируют. Результат интерференции наблюдают невооруженным глазом 9,
107

помещенным вблизи фокуса F' объектива 3, или с помощью телескопической лупы 10,
сфокусированной на проверяемую поверхность.
В отличие от пробного стекла в интерферометрах типа Физо используются
точечный монохроматический источник света и параллельный пучок, направляемый
вдоль нормалей к образцовой и проверяемой поверхностям. Благодаря этому обес-
обеспечивается возможность выполнения контроля при значительных промежутках t
между образцовой и проверяемой поверхностью, причем цена полосы, равная Я/2,
практически не зависит от размера
воздушного промежутка и координат
точек поверхности. На приборах
такого типа можно проверять детали
с выступающими оправами, ступен-
ступенчатые поверхности и т. п. Оценка
величины и характера дефектов на
интерферометрах типа Физо выпол-
выполняется так же, как и при контроле
пробным стеклом.
Некоторые приборы типа Физо
снабжаются двумя клиньями 2 [5].
Образцовая поверхность одного из них
имеет светоделительное покрытие с ко-
коэффициентом отражения, близким
к 0,8. С помощью такого клина
проверяются зеркала нли полирован-
Рпе. 3.16. Прямые полосы
Рис. 3.17. Принципиальная схема наиболее
распространенного интерферометра
ные поверхности с высоким (более 0,2) коэффициентом отражения. Если обе
поверхности (а и б) или хотя бы одна из них не имеют отражающих покрытий, то
в образовании интерференционной картины принимают участие пучки, претерпев-
претерпевшие от указанных поверхностей только по одному отражению. Такая картина назы-
называется двухлучевои и характеризуется синусоидальным распределением интенсивно-
интенсивности в полосах. Синусоидальное распределение имеют картины, изображенные на
рис. 3.12—3.15. Визуальная оценка качества поверхностей по такой картине может
производиться с точностью не выше 0,1 полосы, т. е. 0.05А,.
Более высокая точность достигается при контроле методом многолучевой ин-
интерферометрии [25] или при использовании точных методов наведения на середину
двухлучевых полос, например фотоэлектрических [7] или нониальных [12, 24].
Для получения многолучевой картины используют клнн 2, у которого поверхность а
покрыта светоделительным слоем, а проверяемая поверхность б — зеркальным.
Вид полос многолучевом картины показан на рис. 3.18. Если сравниваемые поверх-
108
ности покрыты слоями с большим коэффициентом отражения, то полосы многолуче-
многолучевой картины становятся очень тонкими и наведение на их середину можно осущест-
осуществить с погрешностью не более 0,01—0,005 ширины полосы.
Рис. 3.18. Вид полос многолуче-
многолучевой картины
Рис. 3.19. Вид интерференционной
картины в интерферометре ИКП-2
На интерферометрах типа Физо также можно проверять шлифованные по-
поверхности. Для этого они перед контролем покрываются тонким слоем смеси, состоя-
состоящей из воска, масла и парафина [2]. В результате такого покрытия поверхность
становится зеркально отражающей.
В табл. 3.12 приведены технические характеристики интерферометров типа
Физо, разработанных и используемых на предприятиях оптико-механической про-
промышленности страны. Из указанных приборов
серийно выпускаются интерферометры ИТ-87,
ИТ-100, ИТ-200, ПК-452. Остальные выпущены
небольшими партиями.
Интерферометр ИКП-2 является усовершен-
усовершенствованной моделью прибора ИК.П-100 [5]. Тот
и другой интерферометры содержат оптическую
систему, осуществляющую разрыв измеряемой
интерференционной полосы на несколько частей
и взаимный разворот примыкающих частей на
180°. Вид получаемой при этом картины показан
на рис. 3.19. При измерении искривления полосы
с помощью специального микрометра осущест-
осуществляется нониальное совмещение разорванных
частей полосы. Точность измерения до 0,01 ши-
ширины полосы.
Из табл. 3.12 видно, что существующие при-
приборы позволяют проверять за один прием поверх-
поверхности диаметром до 300 мм. Поверхности диаметром
более 300 мм средней и невысокой точности с ма-
малым и большим коэффициентом отражения могут
проверяться с помощью интерферометра на ре-
решетках (см. с. 105).
Для контроля поверхностей больших размеров
и высокой точности обычно используется метод Ком-
мона [14]. Сущность его состоит в следующем. Про-
Проверяемую деталь / (рис. 3.20) устанавливают вблизи точной вогнутой сферической
поверхности 2 под углом ф к ее оси и на расстоянии L от центра кривизны с сфериче-
сферической поверхности. Из него на деталь 2 направляют расходящийся гомоцентриче-
109
Рис. 3.20. Схема контроля
по методу Коммона

Таблица
Параметры
Тип объектива
коллиматора:
линзовый
зеркальный
Диаметр образ-
образцовой поверхно-
поверхности, мм
Тип получаемой
интерференцион-
интерференционной картины:
двухлучевая
многолучевая
Me год наведе-
наведения на полосы:
окулярный
микрометр
по сетке
нониальный
Погрешность
наведения на по-
полосы, доля полосы
Положение об-
образцовой поверх-
поверхности:
горизонталь-
горизонтальное
вертикальное
Увеличение при-
прибора,х
Способ наблю-
наблюдения:
визуальный
фотографиче-
фотографический
3.12. Технические
о
—
200
+
+
—
0,05—
0,01
+
—
0,85
-\-
о
s
-(-
—
70
+
—
0,05—
0,01
-f-
—
1 : 2,7 : 6
-j-
-j-
характеристики интерферометров
00
S
—
100
+
-\-
+
—
0,05—
0,01
—
0,85 : 2
-\-
4-
о
о
S
—
100
+
—
0,05-
0,01
+
—
0,85 : 2
+
о
о
сч
^
S
—
200
+
—
—
0,05
+
—
0,6
-|-
+
С
—
-(-
200
+
—
—
0,01
+
—
0,6
—
о
о
с
S
—
100
—
—
0,02
+
—
2
—
сч
с
S
—
100
+
—
—
-)-
0,02
+
—
2
-(-
—
ский пучок. Пучок на своем прямом и обратном пути дважды отражается от проверя-
проверяемой плоскости. При наличии на детали 1 отступлений от идеальной плоскостности
гомоцентричность пучка нарушается и может быть обнаружена и измерена. Для
образования гомоцентрического пучка и анализа его негомоцентричности обычно
используются теневые или интерференционные приборы (см. п. 3.5).
Пусть, например, проверяемая поверхность представляет собой сферу большого
радиуса кривизны г. Тогда отраженный от нее гомоцентрический пучок становится
астигматическим. Между продольным астигматизмом 6^ пучка и радиусом кри-
кривизны г имеется следующая зависимость:
которая может быть использована для численной оценки качества проверяемой
плоскости. Вместо формулы C.3) чаще используют формулу, позволяющую рассчи-
рассчитать стрелу прогиба h плоской поверхности,
Д2 cos ф
где
НО
D — максимальный размер
-- 32I»sin»q> б
проверяемого
C'4)
участка.
Одновременно с общей ошибкой обнаруживаются также зональные дефекты по-
поверхности. Расчет h зональных дефектов может быть выполнен по формуле C.4)
с подстановкой в нее соответствующих О и (р.
3.5. Контроль формы сферических поверхностей
Выбор средств и методов контроля качества сферических поверхностей зави-
зависит от размеров проверяемых деталей, требуемой точности, твердости материалов,
знака кривизны и ряда других факторов. Наиболее широко используемым для этой
Рис. 3.21. Схема интерферометра для контроля поверхностей малогабарит-
малогабаритных деталей
цели инструментом является сферическое пробное стекло (ГОСТ 2786—76), на-
накладываемое на проверяемую поверхность. Оно, как и плоское пробное стекло, по-
позволяет осуществлять проверку деталей непосредственно на рабочем месте, при-
причем одновременно с контролем качества поверхности производится также проверка
радиуса кривизны. ч
Метод проверки сферических поверхностей пробными стеклами [12] аналоги-
аналогичен методу пробных стекол, применяемому при контроле плоских поверхностей.
Здесь также полосы кольцевой формы используются для обнаружения и оценки
астигматической ошибки, дугообразные или прямые — для измерения ошибок в виде
местных бугров, ям, завалов на краю и т. п.
Точность количественной оценки зависит от многих факторов, среди которых
можно указать на следующие.
1. Разность радиусов кривизны сравниваемых поверхностей. При разности,
не превышающей двух колец, можно получить точность до 0,1 полосы.
2. Размер относительного отверстия проверяемой поверхности (отношение
светового диаметра к радиусу кривизны). При большом относительном отверстии
не удается сразу по всей поверхности наблюдать интерференционную картину из-за
большого различия углов падения лучей при переходе от центра к краю поверх-
поверхности. Вследствие указанного свойства погрешность контроля может достигать
0,5 полосы и более.
3. Отношение диаметров образцовой и проверяемой поверхностей. Чем меньше
это отношение, тем меньше точность.
Более высокую оценку точности @,1—0,05 полосы) обеспечивают интерферо-
интерферометры для бесконтактного контроля сферических поверхностей. Их можно разде-
разделить на две группы: 1) предназначенные для проверки поверхностей малогабарит-
малогабаритных деталей; 2) предназначенные для проверки поверхностей крупногабаритных
деталей.
Рассмотрим принцип действия приборов первой группы (рис. 3.21). Монохро-
Монохроматический источник света освещает отверстие диафрагмы /, которое высокоапер-
111

Рис. 3.22. Схема неравпоплечего
ферометра
интер-
турным объективом 3 проектируется в точку А. С точкой А совмещены центры кри-
кривизны образцовой Sj и проверяемой S2 поверхностей. Положение Sj и S2 при кон-
контроле выпуклой поверхности показано сплошной линией, при контроле вогну-
вогнутой — штриховой. Отраженные от Sx и S2 пучки возвращаются в обратном направ-
направлении, интерферируют и светоделительной пластиной 2 направляются в глаз 4,
наблюдающий интерференционную картину, локализованную в промежутке между
поверхностями Sj и S2. Деталь с образцовой поверхностью выполняется либо в виде
концентрического мениска, либо в виде апланатической линзы. Перемещением про-
проверяемой детали вдоль и перпендикулярно к оптической оси регулируются число
и форма интерференционных полос. Кольцевые картины полос образуются при сме-
смещении центра кривизны проверяемой поверхности вдоль оптической оси, прямые
полосы — при смещении перпенди-
перпендикулярно к оси.
Благодаря использованию моно-
монохроматического источника света и при-
применению схемы, обеспечивающей па-
падение лучей по направлению нормалей
к поверхностям Si и S2, можно
с помощью одной образцовой поверх-
поверхности контролировать большое число
поверхностей с различными радиусами
кривизны. Угол охвата проверяемого
за один прием участка зависит от
апертуры используемого объектива.
В приборах для контроля вогнутых
поверхностей апертурный угол до-
достигает 90° для контроля выпуклых—
70°. Максимальное значение радиусов
проверяемых на этих приборах вогну-
вогнутых поверхностей ограничивается
только конструктивными соображе-
соображениями, выпуклых—размером рабочего
отрезка объектива 3. Опыт показывает, что при апертурном угле около 70° нецелесо-
нецелесообразно создавать объективы с рабочим отрезком более 70 мм, так как диаметр
объектива в этом случае становится чрезвычайно большим. Размер рабочих
отрезков низкоапертурных объективов практически может быть сколь угодно
большой.
По представленной на рис. 3.21 схеме изготовлено и используется несколько мо-
модификацией приборов (КЮ-210, КЮ-211 и др.), технические характеристики ко-
которых приведены в табл. 3.13. Основная^бласть применения этих приборов — кон-
контроль изделий из мягких материалов, не допускающих использование контактных
методов проверки, а также контроль точных поверхностей, особенно имеющих боль-
большие относительные отверстия.
Для контроля вогнутых поверхностей крупногабаритных изделии используются
различные модификации неравноплечего интерферометра [20]. Схема его показана
на рис. 3.22. Микрообъектив 2 превращает параллельный пучок от газового лазера 1
в гомоцентрический с фокусом в точке F'. Вышедший из объектива 2 пучок ку-
кубиком 3 делится на два пучка, один из которых направляется в ветвь сравнения
с образцовой сферой 4, другой — в рабочую ветвь с проверяемой поверхностью 5.
Центр кривизны обеих сфер совмещен с фокусом F'. Высокая монохроматичность
лазерного излучения позволяет получать контрастную интерференционную картину
при большой разности хода между интерферирующими пучками. Это свойство дает
возможность использовать в интерферометре образцовую поверхность небольшого
радиуса и сравнивать с ней поверхности практически любых радиусов кривизны.
Обычно интерферометры снабжаются сменными образцовыми сферами с зеркаль-
зеркальной и просветленной поверхностями и поверхностью без покрытия. Это дает возмож-
возможность с помощью одного прибора осуществлять контроль поверхностей с различными
коэффициентами отражения, в том числе и просветленные.
Промышленностью серийно изготовляется неравноплечий интерферометр
ИКД-100. Он обеспечивает контроль поверхностей с относительным отверстием не
более 1 : 2 при погрешности контроля не более 0,1 полосы. При контроле поверхно-
112
Таблица 3.13. Технические характеристики интерферометров
для контроля сферических поверхностей
Параметры
Предельные значения
радиусов кривизны про-
проверяемых поверхностей,
мм
Отступление образцо-
образцовой поверхности от пра-
правильной сферы, число по-
полос
Угол охвата проверяе-
проверяемого за один прием участ-
участка поверхности, ...
Увеличение прибора,*
Способ наблюдения
Тип устройства для из-
измерения ширины полос
КЮ-210
12—335
(вы-
(выпуклые)
0,1
54—12
0,8
КЮ-2П
80—340
(во-
(вогнутые)
0,1
80—15
0,8
Визуальный
Окуляр
с сеткой
ИТ-154
13—60
(вы-
(выпуклые)
0,2
140
1,3-0,4
ИТ-148
12—50
(во-
гн> тые)
0,2
140
0,3
Визуальный и
фотографический
Микрометр
окулярный
Иммерси-
Иммерсионный
8-50
(вогнутые)
0,2
180
0,4
Визуальный
Окуляр
с сеткой
стей с большими радиусами кривизны очень трудно настраивать систему «прибор —
проверяемая деталь» на полосы желаемой формы и направления. Эта трудность
связана с неустранимым влиянием вибраций на взаимное положение интерферо-
интерферометра и контролируемого изделия. В связи с этим методика визуальной оценки
качества поверхности становится практически неприменимой. Поэтому на практике
прибегают к фотографированию интерференционной картины с последующей ее
обработкой, в процессе которой исключаются искривления полос, вызванные рас-
расфокусировкой интерферометра. Обработка результатов может выполняться вруч-
вручную или с помощью специальных координатомеров и ЭВМ. Ручная обработка зани-
занимает много времени и не обеспечивает получение информации о качестве проверяемой
поверхности во всех ее точках. Значительно более производительной и информатив-
информативной является обработка на ЭВМ. В результате такой обработки получают контурные
карты поверхности и ее профили в выбранных сечениях.
В общих чертах методика подготовки данных для ввода в ЭВМ состоит в сле-
следующем [25]. Пусть X0Y (рис. 3.23) является координатной системой, связанной
с проверяемой поверхностью нли ее изображением. Если поверхность является
совершенной и наблюдаемая на ней интерференционная картина образована в кли-
клиновидном промежутке между двумя интерферирующими волновыми фронтами, то
изменение толщины z этого промежутка может быть представлено уравнением
z = а +
су.
C.5)
При г -= NX уравнение C.5) является уравнением интерференционной полосы.
Если при получении интерференционной картины имелась дефокусировка по-
поверхности, то полосы искривляются и уравнение их может быть представлено в виде
а + bxt + cyt
+ fi) = N{X = 0,
где i — номер полосы.
Если проверяемая поверхность имеет отклонения от идеальной формы, то для
тех координатных точек, где имеются дефекты, уравнение будет отличаться от нуля
на некоторую величину Л,, численное значение которой представляет собой ошибку
поверхности. Нахождение Л; сводили к следующему. На интерферограмме заме-
замеряют много точек, для каждой из которых определяют координаты Х[ и </; и но-
113

мер полосы Nt. Затем находят коэффициенты а, Ь, с и d. Указанные коэффициенты
вычисляются методом наименьших квадратов. Исходные уравнения для нахожде-
нахождения коэффициентов имеют вид:
ak + b %x{ + c %
где k — полное число измеренных точек,
а суммирование выполняется в пределах
от i = 1 до i = k.
После нахождения коэффициентов вы-
вычисляются Д,- для всех измеренных точек.
■ ws
■b
1/
"ft-
i
i
i
it
\i
t2-=
Рис. 3.23. Интерференционная
картина в координатной си-
системе
Рис. 3.24. Схема интерферометра
с рассеивающей пластиной
По измеренным Дг математически может быть построена карта отклонения проверя-
проверяемой поверхности от идеальной формы. Построение может быть выполнено вручную
или на ЭВМ. Если по роду работы требуется знать отклонение Д^ в любой точке по-
поверхности, то прибегают к построению математической модели деформированного
волнового фронта. Для такого построения используют метод круговых полиномов
Цернике, преобразование Фурье или другие математические приемы.
Кроме неравноплечих интерферометров на некоторых предприятиях оптико-
механической промышленности применяются интерферометры с рассеивающей пла-
пластиной. Принцип действия такого интерферометра состоит в следующем (рис. 3.24).
С помощью конденсора 2 и светоделительной пластины / освещенное отверстие
диафрагмы 3 проектируется в центр провериемой поверхности 5. Для простоты на
схеме показан только один луч, выходящий из центра диафрагмы. На своем пути
к проверяемой детали луч встречается с рассеивающей пластиной 4, установленной
перпендикулярно к оси контролируемой поверхности и вблизи ее центра кривизны с.
Рассеивающая пластина содержит большое число отверстий малого диаметра, рас-
расположенных попарно симметрично относительно оси. Проходя через отверстие
в точке Л, луч дает начало первичному дифракционному пучку, который на рисунке
обозначен штриховыми линиями. Первичный дифракционный пучок образует рабо-
рабочую световую волну идеальной сферической формы.
После отражения от поверхности рабочая волна и прямой луч попадают в то-
точку В, симметричную точке Л. Здесь прямой луч дает начало второму дифракцион-
114
\
ному пучку, образующему идеальную сферическую волну сравнения. Она накла-
накладывается на рабочую волну, которая непосредственно проходит через рассеивающую
пластинку. Возникающая при таком положении интерференционная картина анало-
аналогична получаемой при использовании неравноплечего интерферометра. По срав-
сравнению с неравноплечим интерферометр с рассеивающей пластиной обладает повы-
повышенной виброустойчнвостью, не требует применения образцовой поверхности и
высокомонохроматического источника света. Он позволяет проверять поверхности
с относительным отверстием до 1:3. Размер радиусов кривизны практически не
ограничен.
Для контроля выпуклых поверхностей крупногабаритных деталей используются
два метода: переналожения и компенсационный.
Рис. 3.25. Схема контроля по методу переналожения
Проверка методом переналожения [3 ] выполняется с помощью пробного стекла /,
диаметр которого существенно меньше диаметра контролируемой поверхности 2
(рис. 3.25, а). Перед проведением контроля проверяемую поверхность делят по диа-
диаметральному сечению на равные отрезки, длина которых составляет менее 1/3 диа-
диаметра пробного стекла. Затем последовательно накладывают пробное стекло, как
показано на рисунке, на позиции (стоянки) Л, В, С, D и т. д. На каждой позиции
наклоном пробного стекла добиваются получения такой картины, в которой полосы
были бы направлены параллельно проверяемому сечению, и производят фотографи-
фотографирование полученных картин. Пример вида картин на трех стоянках показан на
рис. 3.25, б. Затем после измерения ■искривления полос производят нх «увязку»,
в результате чего получают профиль всего проверяемого сечения. Методика «увязки»
отдельных картин между собой показана на рис. 3.25, в.
Для облегчения контроля по частям разработаны и опробованы специальные
установки (например, ЮС-132), обеспечивающие разгрузку проверяемой детали
и пробного стекла и содержащие механизм регулировки ширины и направления
полос, а также устройство для фотографирования картины. Осветительные системы
установок обеспечивают падение лучей приблизительно по нормалям к проверяемой
и образцовой поверхностям. Принципиальные оптические схемы таких установок
подобны показанной на рис. 3.21.
Суммарная ошибка AN оценки профиля всей поверхности пропорциональна
числу k стоянок и может быть вычислена с помощью следующего равенства:
AN = An Vk,
где Ди — ошибка оценки профиля на одной стоянке.
Принципиальная оптическая схема, реализующая компенсационный метод
[18], показана на рис. 3.26. Основу схемы составляет компенсатор /, который вхо-
115
JL

дит составной частью в рабочую ветвь неравноплечего интерферометра /. Компен-
Компенсатор вместе с поверхностью б проверяемой линзы 2 направляет лучи рабочего пучка
по нормалям к проверяемой поверхности а. Отраженный от этой поверхности пу-
пучок возвращается в обратном направлении, накладывается на пучок сравнения
и интерферирует с ним. Форма полос интерференционной картины отражает суммар-
суммарные дефекты, встречающиеся на пути рабочего пучка при прохождении его через
проверяемую линзу. Если поверхность б не имеет отступлений от идеальной фор-
формы, а стекло линзы является высокооднородным, то полосы интерференционной кар-
картины характеризуют только дефекты формы поверхности а.
В тех случаях, когда с помощью компенсатора не удается направить рабочий
пучок строго по нормалям к проверяемой поверхности или компенсатор оказывается
Рис. 3.26. Схема компенсационного метода
очень сложным, используется вспомогательное сферическое зеркало 3, установлен-
установленное так, что прошедшие через проверяемую линзу лучи приблизительно совпадают"
с нормалями к его поверхности. Таким образом, отраженные от зеркала 3 пучки воз-
возвращаются в обратном направлении и интерферируют с пучками, отраженными от
проверяемой поверхности. Пучок сравнения в неравноплечем интерферометре при
этом перекрывают. Если поверхность зеркала имеет высокое качество, то получае-
получаемая интерференционная картина несет информацию только о форме поверхности а.
В этом случае рассматриваемая схема по принципу действия аналогична схеме, пред-
представленной на рис. 3.21.
Метод Гартмана в настоящее время широко применяется для контроля правиль-
правильности формы крупных астрономических зеркал как в производственных условиях,
так и непосредственно в телескопах. При проверке в производственных условиях
используется схема, показанная на рис. 3.27. Основу ее составляет диафрагма 2
с большим числом сквозных отверстий. От источника света 6 с помощью конденсора 5
и светоделительной пластины 3 лучи направляются к зеркалу 1 и попадают на его
поверхность через отверстия диафрагмы 6. После отражения от зеркала пучки снова
проходят через эти отверстия и попадают на фотопластинку 4, засвечивая ее свето-
светочувствительный слой. Положение следов пучков на фотопластинке зависит от по-
положения отверстий диафрагмы, расстояния от пластины до зеркала, сферической
аберрации, присущей идеальной поверхности для выбранного рабочего отрезка, и
от отклонения формы поверхности от идеальной. Все параметры, кроме отклонения
формы, вычисляются и измеряются заблаговременно. Поэтому контроль по методу
Гартмана сводится к измерению отклонения следов пучков от того положения, кото-
которое они занимали бы, если бы проверяемая поверхность была идеальной. Получен-
Полученные результаты используются для вычисления ошибок поверхности. От измерен-
измеренных на пластине размеров отклонений следов пучков Дг можно легко перейти к от-
отклонениям на поверхности зеркала. Действительно, угловое отклонение осевого луча
пучка, прошедшего через любое отверстие диафрагмы, равно
е = Az/L.
116
Если расстояние между соседними отвертиями /, то отклонение Д/г на поверх-
поверхности зеркала вычисляется по формуле
Ah = е//2 = Дг//B1).
Метод Гартмана требует выполнения большого объема измерений и вычислений,
вызванных тем, что используемые на практике диафрагмы содержат несколько сот
отверстий.
В последнее время для обработки результатов контроля методом Гартмана стали
применяться ЭВМ. В зависимости от используемой программы и технической осна-
оснащенности применяемых машин ЭВМ выдает либо численное значение ошибок поверх-
поверхности в измеряемых точках, либо контурную карту поверхности [25]. Машинная
обработка результатов допускает возможность получения гартмановских снимков
при сравнительно грубом центрировании диафрагмы относительно исследуемого
Рис. 3.27. Схема метода Гартмана
зеркала и возможность измерения этих снимков даже при неточном совмещении их
центра с осью вращения стола измерительного прибора. Возникающие при этом
ошибки исключаются путем обработки результатов способом наименьших квадратов.
На практике применяются диафрагмы, в которых отверстия располагаются
в радиальном направлении, параллельно осям прямоугольной системы координат
или по спирали. Точность определения погрешностей поверхности в проверяемых
точках в значительной степени зависит от точности измерения координат следов
пучков на фотопластинке. При удовлетворительном качестве следов и тщательном
измерении их координат погрешность метода не превышает 0,05Я.
3.6. Измерение фокусных отрезков
Для измерения фокусных отрезков линз используется оптическая скамья,
схема которой показана на рис. 3.28. Она состоит из коллиматора 1, микроскопа 3
со стойкой и направляющей 4 со шкалой. В фокальной плоскости коллиматора по-
помещена шкала или мира. Проверяемая линза 2 размещается непосредственно за
объективом коллиматора на соответствующей подставке. Изображение шкалы (миры)
образуется точно в фокальной плоскости линзы 2, проведенной через ее фокус F'.
Измерение фокусного отрезка сводится к последовательиому наведению микроскопа 3
на указанное изображение и на вторую по ходу лучей поверхность линзы. В обоих
положениях микроскопа снимают отсчеты по шкале. Разность отсчетов определяет
длину измеряемого фокусного отрезка. Для уверенной фокусировки на поверхность
линзы мазком наносят немного ликоподия, пудры или мела.
При измерении фокусных отрезков отрицательных линз на короткофокусный
объектив микроскопа надевают насадку с длиннофокусной линзой. В этом случае
наведение на фокус проверяемой линзы осуществляется через саму линзу. Погреш-
Погрешность нзмеоения отрезка редко бывает меньше 1 %. В подавляющем большинстве слу-
случаев она вполне удовлетворяет требованиям практики.
117

В условиях массового производства, когда возникает необходимость увеличить
производительность контроля, может быть использована установка, указанная на
схеме рис. 3.29. Основными ее элементами являются (рис. 3.29, а) коллиматор 1,
дополнительный объектив 2, плоское зеркало 4 и зрительная труба 6. В фокальной
плоскости коллиматора вместо шкалы или миры размещена узкая щель. Перед зри-
зрительной трубой находятся два одинаковых клина 5, вершины которых направлены
в противоположные стороны. Дополнительный объектив является сменным и рассчи-
рассчитывается для каждой проверяемой линзы 3 отдельно. При необходимости получения
высокой точности объектив 2 рассчитывается с учетом компенсации сферической и
хроматической аберраций линзы 3.
Рис. 3.28. Схема измерения фокусных отрезков
Перед проведением контроля установка настраивается по образцовой линзе.
В этом случае фокусы Fa и F'2 дополнительного объектива 2 и линзы 3 совпадают, в зри-
зрительную трубу направляются параллельные пучки и в ее окуляре наблюдаются нахо-
находящиеся на одной линии два изображения (рис. 3.29, в). При установке проверяемой
линзы на место образцовой изображения щели разойдутся, если фокусный отрезок ее
отличается от фокусного отрезка образцовой. Разошедшиеся изображения щелей
(рис. 3.29, в) совмещают осевым перемещением дополнительного объектива. С узлом
этого объектива соединена шкала, по которой можно отсчитать разность фокусных
отрезков сравниваемых линз.
Ход лучей и положение объектива 7 и линзы 8 при измерении фокусных отрезков
положительных линз показаны на рис. 3.29, б.
В производственной практике иногда возникает необходимость измерения фокус-
ности плоских зеркал. Такое измерение наиболее просто и быстро производится с по-
помощью интерферометров типа Физо (см. с. 108). Проверяемое зеркало помещают на
стол прибора и настраивают на получение интерференционной картины в виде кон-
концентрических относительно центра поверхности колец. По числу колец, используя
формулу C.2), рассчитывают фокусное расстояние
Г = Я/2.
Если наблюдаемое на поверхности число колец мало, то удобнее производить
измерение стрелки прогиба зеркала по полосам дугообразной формы.
При отсутствии соответствующих интерферометров фокусное расстояние пло-
плоского зеркала измеряют с помощью коллиматора совместно с длиннофокусной трубой
или автоколлиматора. Принципиальная оптическая схема измерения с помощью кол-
коллиматора и зрительной трубы (рис. 3.30) состоит из проверяемого зеркала 2, коллима-
коллиматора 1 с точечной диафрагмой в его фокальной плоскости, зрительной трубы 3. Если
контролируемая поверхность имеет небольшую сферичность, то отраженный от нее
параллельный пучок станет астигматическим. Лучи меридионального сечения обра-
образуют вблизи фокальной плоскости трубы линию, направленную перпендикулярно
к этому сечению. Лучи сагиттального сечения собираются в линию, расположенную
в меридиональной плоскости. Расстояние между этими линиями Да равно астигмати-
астигматической разности пучка и измеряется фокусирующим перемещением окуляра. Фокус-
Фокусное расстояние поверхности может быть вычислено по формуле
f'~ f sinitgi/Aa
g
Я
СП
I
с
о
и
о
со
о
К
со
о
ч
к
К
X
О)
со
а,
где f'm — фокусное расстояние зрительной трубы; i — угол падения пучка на прове-
проверяемую поверхность.
118

Если t — велико, т. е. осуществлено скользящее падение пучка, то с помощью
показанной на рис. 3.30 установки можно проверять фокусность шлифованных пло-
плоских поверхностей. Более просто и с более высокой точностью может быть измерено
фокусное расстояние зеркала с помощью автоколлиматора. Для этого перед объекти-
объективом автоколлиматора перпендикулярно к его оси помещают проверяемое зеркало.
Если поверхность зеркала является сферической, то для получения резкого изображе-
изображения марки окуляр автоколлиматора необходимо сместить в осевом направлении на
Рис. 3.30. Схема измерения с помощью коллиматора и зрительной трубы
величину Ас, отсчитываемую от того положения, которое он занимал при фокусировке
на бесконечность. Фокусное расстояние f3 рассчитывается по формуле
f'3=f'a(fa+Ac)lAc + d'
где f'a — фокусное расстояние объектива автоколлиматора; d — расстояние от
зеркала до передней главной точки объектива автоколлиматора. При очень больших
значениях f'a величиной d можно пренебречь. Погрешность измерения f3 с помощью
автоколлиматора лежит в пределах 0,5 %.
3.7. Контроль угловых размеров
Для контроля угловых размеров на стадии шлифования используются слесарные
угольники, механические и оптические угломеры (табл. 3.14), а также автоколлима-
автоколлимационные приборы скользящего пучка и любые автоколл^маторы с добавочной плоско-
плоскопараллельной пластинкой, притираемой на измеряемую сторону призмы или клина.
Угольники и угломеры позволяют измерять контактным методом (с оценкой контакта
по зазору, на «глаз») углы между двумя плоскостями, между плоскостью и образую-
образующей цилиндра или конуса, между образующими. Угломеры позволяют также измерить
непараллельность сторон пластины. Удобен и точен метод измерения непараллель-
непараллельности сторон по разнотолщинности пластины: tg 0 = (Лх — h^lD, где кх]\\ц — изме-
измеренная толщина на краях пластины; D — диаметр пластины. При диаметре пластины
100 мм и цене деления толщемера 0,001 мм погрешность измерения не превысит 3—5"-
Таблица 3.14. Технические характеристики
средств контроля угловых размеров
Инструмент
Угольник поверочный
Угломер механический
Угломер оптический
Измеряе-
Измеряемый
угол,
90
0—180
0—180
Длина
сторо-
стороны, мм
40—250
60
150, 300
Погрешность изме-
измерения (...') для
классов точности
0
0,5
1
1
2,5
0,5
2
1,5 '
гост
3749—77
11197-73
Примечание. Погрешность измерения для угольника получено пере-
С'к-юм линейных ошибок в угловую величину.
Схема измерения угла призмы автоколлимационным прибором скользящего
пучка показана на рис. 3.31, где / — автоколлимационный окуляр Аббе, 2 — объек-
объектив, 3— контролируемая призма, 4 — настраиваемый столик, 5 — неподвижное
зеркало, 6 — неподвижный упор, 7 — автоколлимационные блики, 8 — призма
окуляра (вид в поле зрения). Расстояние между бликами показывает учетверенную
ошибку данного угла призмы. Знак ошибки определяется покачиванием столика 4.
Рис. 3.31. Схема измерения автоколлимационным прибором
скользящего пучка угловых размеров призмы
Перед началом работы столик устанавливают по эталонной призме, измеренной на
гониометре. Погрешность измерения на таком приборе не превышает Г.
Контроль пирамидальности призм на стадии шлифования осуществляют обычно
на коллиматорном приборе, схема контроля дана на рис. 3.32, где / — коллиматор,
120
Рис. 3.32. Схема контроля пирамидальности призм
2 — столик, 4 — контролируемая призма (столбик призм), 5 — зрительная труба.
Регулируемой опорой 3 столика наклоняют столбик призм, совмещая изображение
марки, отраженное от шлифуемой стороны призмы, с перекрестием зрительной трубы.
Затем призму поворачивают на 180° и вновь наблюдают отраженный блик от той же
поверхности. Новые положения призмы и ход луча показаны штриховыми линиями.
121

Смещение изображения марки от перекрестия 6 показывает учетверенную пирами-
дальность призмы. Погрешность измерения не превышает Г. Угол падения луча на
матовую поверхность должен быть не менее 85°, что обеспечивает достаточность зер-
зеркальной составляющей отраженного пучка лучей.
Для измерения в цеховых условиях угла призмы, клина и пластинки, одна
сторона которой отполирована, удобны приборы типов ПК-434 и УА-15 (иногда их
называют «вертикальными» гониометрами). Схема такого прибора дана на рис. 3.33.
Автоколлимационная трубка / закреплена с помощью втулки вращения 3 на основа-
основании 4. Столик 5 служит для установки на нем проверяемой призмы или пластины 6.
Прибор снабжен лимбом 2 для возможной
установки углов в пределах ±170° с точ-
точностью до 2,5° для ПК-434, у которого
размер поля зрения 1° и цена деления
шкалы окуляра Г, и с точностью до 3,6"
для прибора УА-15, разработанного на
базе рефрактометра ИРФ-23 и имеющего
спиральный окуляр-микрометр. Ориги-
Оригинальная нониальная система наводки
перекрестия на автоколлимационный
блик в приборе УА-15 гарантирует вы-
высокую точность. Обычно установку угла
автоколлимационной трубки выполняют
по эталонной призме, заранее аттесто-
аттестованной с помощью гониометра типа ГС
с точностью 1—2".
Для проверки угловых размеров поли-
полированных призм, развертываемых по ходу
луча в плоскопараллельную пластинку, ис-
используются различные типы автоколлима-
автоколлиматоров. На рис. 3.34 показана схема одного
из них — прибора КЮ-516 (ЛОМО) — при
контроле углов отдельных видов призм. Схема состоит из источника света /, конден-
конденсора 2, марки 3, призмы-куба 6, призмы 7, объектива 8, контролируемой призмы 9,
сетки 5 и окуляра 4. Особенности, встречающиеся при контроле некоторых видов
призм, рассмотрены на примере прямоугольной призмы и пентапризмы. Позиция А
позволяет обнаружить и измерить разность б углов основания и пирамидальность я
призмы. Луч 10, дважды прошедший призму, составите лучом 11, отраженным от
внешней поверхности призмы, угол, равный 2п у (б.,5оJ+ Bя cos 45°J. Из проекции
на координатные оси шкалы получаем:
б45= = х/Bп); я = у I (An cos 45°).
При такой схеме измерений ошибка прямого угла не может быть обнаружена. Для
контроля Д 90° призма переводится в позицию 5. Тогда в поле зрения наблюдаются
три основных блика: блики 13 и 15, прошедшие через призму и дважды отраженные
от ее граней, и блик 14, отраженный от входной поверхности, а также блики 13'
и 15', пятикратно отраженные внутри призмы. Расстояния между изображениями
связаны с ошибками призмы следующими зависимостями:
Д 90° = */Dя); я = у/Bп); Д 90° = х'/(8п),
где х — расстояние по горизонтали между изображениями 13 и 15; у — расстояние
по вертикали между изображениями 14 и 13, 15; х' — расстояние по горизонтали
между изображениями 13' и 15'.
При контроле пентапризмы (позиция В) расстояние между бл-иками 16 и 17
равно х = 4яб46о при Д 90° = 0 либо х = 2яД 90° при б45„ = 0. В общем случае
расстояние между бликами показывает сумму этих ошибок, т. е.
Рис. 3.33. Схема «вертикального"» го-
гониометра
х = 4/гб
45о
2яД90°
C.6)
Для разделения ошибок необходим дополнительный контроль в новой позиции Г,
где дополнительная пентапризма 20 отклоняет луч строго на 90°. Расстояние 2М
122
между изображениями 18 и 19 связано с ошибками изготовления пентапризмы сле-
следующим образом:
М = 2п845о— (п— 1)Д90°. C.7)
Обозначив в уравнении C.6) х = В и решив его совместно с C.7), получим для
ошибки угла 90° значение
Д90 =
4я —2 '
где В и М — отклонения лучей призмой, измеренные в отраженных и проходящих
лучах (позиции В и Г).
2n
Рис. 3.34. Схема автоколлиматора для
проверки угловых размеров призм
Для контроля отклонения угла 90° «крыши» призмы типа АкР наиболее удобен
коллнматорный прибор. Схема контроля представлена на рис. 3.35. Призма контроли-
контролируется в ходе луча, соответствующем рабочему ходу. Коллиматор 1—4 снабжается
раздвижной щелью 3, угловой размер которой устанавливают равным шестикратному
допуску на ошибку угла «крыши» (для призм из стекла марки К8). Непригодность
призмы 5 определяют по обнаруженному двоению изображения щели в зрительной
трубе 7—9. Знак ошибки определяют по исчезновению левого или правого изображе-
изображения 10 (вид в паче зрения дан на рис. 3.35, б) при одностороннем диафрагмировании
объектива зрительной трубы откидной заслонкой 6 (рис. 3.35, а).
Контроль клиновидности плоскопараллельных пластин можно выполнять с по-
помощью серийно выпускаемых автоколлиматоров типа АК (табл. 3.15). Схема контроля
представлена на рис. 3.36, где / — источник света, 2 — конденсор, 3 — светофильтр,
4 — марка, имеющая вид темного перекрестия на светлом фоне, 5 — зеркало, 6 —
дополнительное плоское зеркало, 7 — контролируемая пластинка, 8 — объектив,
9 — светоделительный кубик, 10 — линзовый компенсатор, положительная линза
которого жестко связана со шкалой отсчета секунд 12 и перемещается вместе с ней
с помощью маховичка (не указан). Неподвижная шкала // служит для отсчета мннут.
Световой луч, дважды пройдя контролируемую пластинку 7 вследствие отражения от
зеркала 6, образует на шкале // автоколлимационное изображение перекрестия,
смещенное от первоначального положения на а = 20 (п — 1), где 0 — величина
клиновидности (непараллельности сторон) контролируемой пластинки; п — коэффи-
коэффициент преломления материала пластинки. Таким образом, 0 = а/2 (п — 1). Для
измерения угла отклонения луча вертикальный штрих автоколлимационного изобра-
изображения перекрестия вращением маховичка совмещают с ближайшим штрихом верхней
(минутной) шкалы н затем снимают отсчет по минутной и секундной шкалам. На
рис. 3.36 отсчет равен 4' 30".
123

В последнее время отечественной промышленностью выпускаются двухкоорди-
иатные фотоэлектрические автоколлиматоры, снабженные также линзовым компен-
компенсатором. Дискретность отсчета О,Г—0,2". Время, требуемое на измерение, зависит от
величины измеряемого угла и составляет от 2 до 5 с.
Таблица 3.15. Технические характеристики автоколлиматоров
Рис. 3.35. Схема контроля отклонения угла «крыши»
Точные пластины и призжы контролируют иа соответствие углов заданным
требованиям с помощью гониометров-спектрометров типа ГС. Такие приборы вы-
выпускаются с точностью показаний 30", 10", 5" и Г. Они имеют соответствующие
модификации: ГС-30, ГС-10, ГС-5 и ГС-1. Два последних прибора являются преци-
прецизионными и могут использоваться только в лабораторных условиях. Общий вид
Рис. 3.36. Схема контроля клииовиДности пластин иа автоколлима-
автоколлиматоре А К
такого прибора изображен иа рис. 3.37. В прибор входят зрительная (автоколлима-
(автоколлимационная) труба 6, шкала фокусировки 5, осветитель /, автоколлимациоииый окуляр
2, отсчетиый микроскоп лимба 3, колонка 4, лимб 7, вертикальная ось 8, основание
прибора 9, колонка коллиматора 10, ось наклона коллиматора //, узел щели 12,
коллиматор 13, механизм фокусировки 14, регулировочный винт наклона по высоте
15, регулировочный винт наклона предметного столика 16, предметный столик 17,
измеряемая призма 18, ось столика 19 и алидада 20.
124
Параметры прибора
Увеличение прибора,х
Поле зрения, ...'
Световой диаметр объектива, мм
Фокусное расстояние объектива, мм
Цена деления секундной шкалы, ...":
при автоколлимации
номинальная
Цена деления минутной шкалы, ...':
автоколлимационная
номинальная
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
АК-2
20
120
32
250
2
4
1
2
310
170
450
4
АК-1
32
80
40
400
1
2
0,5
1.0
465
215
380
12
АК-0,5
46 и 38
34 и 48
65
1000
0,25
0,50
0,2
0,4
670
350
390
15
Клииовидность пластин (одиночных и в блоках размером до 100 мм) удобно оце-
оценивать с помощью серийно выпускаемого интерферометра ИЗК-461, или интерферо-
интерферометра «Меопта» (ЧССР), при толщине пластинки до 20 мм. Измерение состоит в счете
12
13 14
15 16
Рис. 3.37. Внешний вид гониометра
интерференционных колец равного наклона, возникших или исчезнувших в центре
наблюдаемой в приборе картины при перемещении контролируемой пластинки. Схема
прибора (рис. 3.38) содержит источник монохроматического излучения /, диафрагму
2, блок светофильтров 3, объектив 4, светоделительную пластинку 8, объектив 7,
сетку 6, окуляр 5, измеряемую пластинку 9, двухкоординатпый стол прибора 10,
миллиметровую шкалу //.
125

Перед началом измерения деталь устанавливают так, чтобы ребро клина было
перпендикулярно к направлению измерения. Это проверяется по отсутствию измене-
изменений в интерференционной картине при перемещении детали поперечным суппортом.
Перемещение детали в продольном направлении вызовет максимальные изменения
в интерференционной картине. Пусть при перемещении на длину / возникло (исчезло)
т колец. Тогда:
2h1n =
2h2n —
где ft[ и ftj — толщина пластинки в начале и конце
участка; п — показатель преломления стекла; X —
длина волны света; kx и k2 — порядки интерферен-
интерференции (неизвестные номера колец).
Разность kx — k2—-m известна. Тогда угол
клина равен а = mX/Bnl). Если погрешности An
и Л/ не превышают 1-Ю, погрешность в оценке
разности k-i — k2 не более 0,5Х, то при измерении
малых углов погрешность не превысит 1". При воз-
возрастании измеряемого угла до десятков секунд для
сохранения точности измерения в 1" надо знать
тттттт
Рис. 3.38. Схема прибора для измерения клиновидности пластин
показатель преломления до ЫСГ4 знака. Если измеряемая деталь закреплена
на приспособлении методом оптического контакта, то для возникновения
интерференционной картины достаточно иметь разность между показателями пре-
преломления материалов пластины и контактного приспособления не менее 3-1СП2.
3.8. Контроль взаимного расположения, поверхностей линз
Смещение поверхностей линз называется децентрировкой. Предельный размер
децентрировки с определяет допустимое несовмещение оптической оси линзы с ее
механической осью, когда центр кривизны одной из поверхностей или оба центра не
лежат на геометрической оси линзы. Децентрировку для каждой из поверхностей
обычно оценивают линейным значением сдвига соответствующего центра кривизны
поверхности. На рис. 3.39 показана децентрированная линза 3, у которой центр
кривизны Oj поверхности / лежит на геометрической оси линзы. Децентрировку
в этом случае оценивают [21 ] одной из следующих величин:
1) сдвигом ct центра о2 кривизны поверхности 2;
2) сдвигом с2 оптической оси в задней главной плоскости Н' линзы;
126
3) наибольшей разностью толщин А на краях линзы;
4) углом наклона у поверхности 2 вокруг ее вершины по отношению к поверх-
поверхности / (Р — угол наклона оптической оси).
Эти величины связаны друг с другом приближенными отношениями:
сг = ct(n— 1) f'/Ra = ГУ (я - 1);
, = Dy;
V =
C.8)
C.9)
C.10)
где п — показатель преломления материала лннзы; /' — заднее фокусное расстояние
линзы; гг — радиус кривизны поверхности 2; D — полный диаметр линзы.
На чертеже должно быть указано,
какая именно из названных величин
децентрировки имеется в виду.
Величину децентрирования удоб-
удобнее всего определять с помощью при-
прибора СТ-41 (разработан Н. С. Соколо-
Соколовой и С. А. Тугариновым). Он пред-
представляет собой две видоизмененные
трубки Забелина (ЮС-13), смонтиро-
смонтированные на общем основании (рис. 3.40).
Верхняя трубка состоит из источника
света /, конденсора 2, наклонного
Рис. 3.39. Децентрированная линза
Рис. 3.40. Схема контроля децентрн-
рованности
зеркала с прорезанным в алюминиевом слое перекрестием 3, объектива 18, вспомога-
вспомогательного объектива 4, экрана с прозрачной шкалой в центральной части 5 и окуляра 15
и поджимается к упорной призме 16. С помощью зеркала 14 в систему введена вто-
вторая — нижняя — трубка, аналогичная верхней (позиции 7—13). Эти трубки пред-
представляют собой автоколлимационные микроскопы с переменной сходимостью, кото-
которая обеспечивается перемещением объективов 13, 18 вдоль осей их тубусов. На тубусе
каждого имеется шкала предметных расстояний в сантиметрах и указана соответ-
соответствующая ей цена деления шкалы окуляра в микрометрах.
Минимальная линейная погрешность измерения децентрировки 2 мкм, угловая —
5". Предметное расстояние трубок (от торца тубуса объектива до наблюдаемой пло-
плоскости) от 60 мм до +со и от —оо до —160 мм.
Для просматривания изображения, находящегося за пределами фокусировки,
предусмотрено отсчетное перемещение самих трубок. При измерении верхнюю трубку
настраивают на центр кривизны верхней поверхности и, прижимая линзу к упорной
призме, вращают ее, наблюдая за биением автоколлимационного блика. Диаметр
биения равен четырехкратной децентрировке (D = 4с). Смещение узловой точки
можно измерить непосредственно в проходящих пучках параллельных лучей. Для
этого нижнюю трубку настраивают на бесконечность, верхнюю — на фокальную
плоскость линзы. Диаметр биения изображения дает удвоенную величину децентри-
децентрировки.
127

При склейке линз для совмещения их оптических осей пользуются такой же изме-
измерительной схемой. В особо ответственных случаях проверяют децентрировку каждой
из поверхностей склеиваемого (склеенного) компонента по автоколлимации от соот-
соответствующих центров кривизны, производя расчет автоколлимационных точек и цены
деления.
Особый вид линз — цилиндрические — имеют дополнительное специфическое
требование: непараллельность образующих в плане (разворот образующих). Обычно
разворот допускается от Г до нескольких. Он может быть измерен на приборе СТ-41,
упорная призма которого заменена точечным упором, а опорное кольцо — параллель-
параллельными опорными ножами. Перемещая цилиндрическую л низу по ножам и поджимая
Рис._3.41. Контроль цилиндрической лип- Рис. 3.42. Вид в поле зрения
зы на гониометре окуляра
ее к упору, оценивают смещение автоколлимационного блика от центра кривизны
верхней поверхности. Смещение, отнесенное к длине перемещения линзы, дает тангенс
угла разворота образующих.
Измерить разворот образующих с помощью гониометра ГС-5 можно по следую-
следующей методике: установить в автоколлимационную трубу окуляр Аббе, включить осве-
освещение. При помощи плоскопараллельиой пластины тщательно выставить визирную
ось зрительной трубы перпендикулярно к оси вращения алидады (см. методику по-
поверки гониометра). Затем развернуть столик 17 (см. рис. 3.37) так, чтобы один из
регулировочных винтов 16 столика был обращен к зрительной автоколлимационной
трубе. Поставить на центр столика контролируемую цилиндрическую линзу 2
(рис. 3.41) и, наклоняя столик винтом 3, привести горизонтальный щелевидный блик,
отраженный от первой цилиндрической поверхности, к перекрестию окуляра. Выста-
Выставить образующую первой цилиндрической поверхности параллельно оси вращения
алидады с помощью винта наклона столика / так, чтобы при повороте зрительной
трубы в положения А и В наблюдаемое щелевидное изображение от первой поверх-
поверхности не смещалось по вертикали более чем на 0,1—0,05 деления. В поле зрения одно-
одновременно наблюдаются два изображения — от первой (/) и-второй (//) поверхностей.
Различают их, увлажнив (дыханием) вторую поверхность 5, при этом блик от нее
исчезает. Затем развернуть зрительную трубу на 180° в положение 5'.
Разворот образующих определяется по смещению изображения от второй поверх-
поверхности, отсчитываемому по вертикальной шкале окуляра при дополнительном пово-
повороте трубы на угол ф E° ^ ф ^ 15°) из положения А' в положение В', и подсчитыва-
ется по формуле
„ m<?360°
где E — разворот образующих; т. — число делений сетки, на которое сместилось
изображение (в том числе и доля деления); q — угловая цена деления сетки окуляра
при автоколлимации (q = 30"); ф — угол поворота зрительной трубы, соответствую-
соответствующий смещению изображения на т делений, ...°.
Вид в поле зрения окуляра показан на рис. 3.42. Для точного определения долей
деления сетки окуляра можно использовать барабанчик регулировочного винта
наклона зрительной трубы: одно деление шкалы барабанчика соответствует 0,03
деления сетки окуляра. Погрешность измерения составляет около 10 %.
Величина «клина» цилиндрической линзы по аналогии с измерением клиповид-
ности плоскопараллельпых пластин определяется по расстоянию между одн овременно
128
наблюдаемыми щелевидными изображениями от первой и второй поверхностей ци-
цилиндрической линзы по формуле
у — k'q'n,
где k' — число делений сетки окуляра, соответствующее расстоянию между изобра-
изображениями; п — коэффициент преломления стекла измеряемой линзы.
Данная методика пригодна для измерения линз, радиус кривизны цилиндриче-
цилиндрической поверхности которых лежит в пределах от 50 до 600 мм. Более полные сведения
о контроле линз можно получить в [22].
3.9. Контроль чистоты полированных поверхностей
Различают промежуточный и окончательный контроль чистоты поверхностей
оптических деталей. Промежуточный контроль осуществляется в процессе изготовле-
изготовления детали и заключается в осмотре обработанной (обычно матовой) поверхности
с целью обнаружения на ней повреждений, которые не могут быть удалены последую-
последующей обработкой, например следы обработки предыдущим абразивом, глубокая цара-
царапина или закол.
Окончательный контроль чистоты оптических поверхностей осуществляется
в соответствии с ГОСТ 11147—76 только для полированных поверхностей, параметр
шероховатости которых Rz не более 0,100 мкм. Пример обозначения требования по
чистоте дан в гл. 2.
Регламентируются поперечные и продольные размеры дефектов, их суммарная
длина и число, а также скопления дефектов. Класс 0—10, например, допускает на
полированной поверхности наличие царапин, ширина которых не превышает 0,002 мм,
и точек диаметром не более 0,004 мм. Размер световой зоны с такими требованиями
обычно составляет 1/3 полного светового диаметра поверхности.
Контроль оптических поверхностей классов чистоты 0—10, 0—20 и 0—40 про-
производят визуально при помощи оптического прибора, увеличение которого соответ-
соответствует тому, при котором деталь рассматривается в приборе, но не менее 6х. Если
такое указание отсутствует, то контроль производят: при помощи 25х микроскопа
(например, МИР-2) для класса 0—10, 10—12х лупы для класса 0—20 и 6х лупы для
класса 0—40.
Контроль деталей с поверхностями I—III классов чистоты производят также
с помощью 6х лупы, поверхности более грубых классов контролируются невооружен-
невооруженным глазом. Поскольку степень видимости царапины зависит от направления падаю-
падающего света (вдоль или поперек царапины), то деталь во время контроля вращают.
Поверхность рассматривается на фоне черного экрана (обычно черный бархат) при
освещении лампой накаливания мощностью от 50 до 100 Вт. Колба лампы должна быть
прозрачной. Оптимальный угол падения лучей 45°. Размеры царапин и точек оцени-
оценивают визуально, сравнением с наборами образцов царапин и точек.
Измерение образцовых царапин и точек производится на микроскопе типа УИМ
в косо направленных пучках света на темном фоне. В сомнительных случаях размеры
царапин и точек проверяют с помощью микроскопа с окуляром-микрометром, освещая
поверхность конденсором темного поля. В приложении 3 к ГОСТ 11141—76 приведен
конкретный числовой пример расчета для контроля чистоты поверхности по скопле-
скоплению дефектов.
3.10. Контроль шероховатости поверхностей
Контроль поверхностей оптических деталей на соответствие их тому или иному
параметру шероховатости по ГОСТ 2789—73* в условиях оптического производства
производится обычно путем визуального сравнения их с образцами шероховатости,
заранее аттестованными с помощью какого-либо измерительного прибора. Параметры
шерховатости лежат в пределах от Rz — 320 (поверхности заготовок, полученные
прессованием или грубым точением твердосплавными резцами) до Rz — 0,025 (поли-
(полирование на смоляном полировальнике). Для оценки классов шероховатости от 6 до 12
ГОСТ 2789—73* установил параметр Ra (Ra^iRz), хотя величину рельефного слоя,
определяющего шероховатость поверхности и образовавшегося в результате хаоти-
хаотического пересечения множества борозд, царапин и трещин, более целесообразно ха-
характеризовать параметром Rz — отношением средней высоты Н max пяти выступов,
^ Кушицов С М. п др. 129

Наибольших по отношению к пяти наиболее глубоким впадинам Н min, находящимся
в пределах базовой длины,
К Л
Яг-A,5) (
/
Л
При пользовании как контактно-щуповыми, так и бесконтактно-оптическими
приборами следует иметь в виду характерное «недоощупывание» вершин микрорельефа
шлифованных оптических поверхностей по сравнению с измерением «направленной»
шероховатости, достигающее 10—20 %.
/ 2
Рис. 3.43. Внешний вид профилографа-профилометра
Для аттестации контроля параметров шероховатости в оптическом производстве
используются три вида приборов: контактные профилографы-профилометры, бескон-
бесконтактные оптические приборы светового сечения (теневые и интерференционные) и
рефлектометры. На рис. 3.43 представлен внешний вид профилографа-профилометра
модели 201. Прибор состоит из самостоятельных блоков: стойки / с кареткой, универ-
универсального столика 2, датчика 3, жестко закрепленного в корпусе мотопривода 4,
1
2
6 7
3 8
Рис. 3.44. Конструкция датчика
электронного блока 5 с показывающим прибором и записывающего прибора 6. Столик
2 служит для перемещения исследуемой детали в двух взаимно перпендикулярных
направлениях и для поворота ее. Стойка / позволяет устанавливать столик 2 с испы-
испытуемой деталью параллельно траектории движения датчика.
Главным звеном, ощупывающим испытуемую поверхность и преобразующим коле-
колебания иглы, соответствующие неровностям поверхности, в электрические импульсы,
является датчик (рис. 3.44). Алмазная ощупывающая игла // (радиус закругления от
2 до 10 мкм) расположена на конце коромысла 10, качающегося па ножевой опоре 9.
На этом же коромысле укреплен якорь #. Прижим иглы к испытуемой поверхности
130
регулируется с помощью пружинок 2, компенсирующих неуравновешенность плеч
коромысла. Усилие иглы устанавливается не более 0,001 Н. Магнитная система кре-
крепится в корпусе датчика 4 и снаружи закрывается экраном 3. К штоку мотопривода
датчик крепится посредством цилиндра 6, штифта 5 и винта (на рисунке не показан).
Включение датчика в схему прибора осуществляется вилкой 7 разъема при креплении
датчика к штоку. Давление опоры / датчика регулируется пружиной, расположенной
на мотоприводе, и не должно превышать 0,5 Н. Для проверки деталей малых размеров
имеются специальные опоры, не требующие базирования на поверхности. Характе-
Характеристики прибора приведены в табл. 3.16.
Рис. 3.45. Схема прибора светового сечения ПСС-2
Оптическая схема прибора светового сечения ПСС-2 (рис. 3.45) включает в себя
источник света /, конденсор 2, светофильтр 3, щель 4, дополнительные линзы 5, 8, 10,
плоские зеркала 6 и 7, пару микрообъективов 9, призму //, откидное зеркало 12,
окулярный микрометр МОВ-4-15х 13, фотообъектив 14 (плоскость фотопленки 15).
Вид в поле зрения изображения показан на рис. 3.46. Характеристики приведены
в табл. 3.16.
Микропрофилометр МИИ-12 предназначен для визуальной оценки и измерения
высоты произвольно расположенных неровностей на наружных поверхностях, обла-
обладающих хорошей отражательной способностью. Измерение высоты неровностей про-
производится в диапазоне от 0,1 до 0,8 мкм. В поле зрения прибора наблюдаются одновре-
одновременно спектр с располагающимися на нем интерференционными полосами и участок
испытуемой поверхности, ограниченный щелью, наложенные друг на друга. В местах
выступов или впадин на наблюдаемом участке поверхности интерференционные
полосы имеют искривления, характеризующие высоту неровностей. Возникающие на
спектре интерференционные полосы равного хроматического порядка следуют друг
за другом по закону
ла^= ли, _= ли, =-_ const,
где Л/—относительное искривление интерференционной полосы. К -длина волны света.
5* ' 131

s
I
|
к
s
s
3
s
m
I
I
s
ж
в
I
о.
TO
Я
Я
X
4
«5
га
H
132
s.
S S
CO И
йя
s.
с
4> -
3 л
si-
s
Ш
ro
со
к
о.
ffl
00 Ю CO
° ° О
О ОО —
I I I I
ES
s
с
га
•©■
ss
l
о
ч
оо
о
00
о
о оо—.
мм
о о lo о
2 §=ч-°>
о
S
3"
s
* со
оооо
о'оо" —
мм
оо
i ю о
к
га
I
I
•е-
о
о
оо"
о
00
о
1
1
о
00
X
го
Е
ft:
■о о
сч о
о" .>
._СО
о °
°
S
00S
_T<N
,00
оо
X
га
Е S
QjSO
,25
о
00
о"
• -
сч
оо"
о
оо
Тр
320-
6,3-
X
га
Е S
о"
со
о"
оо"
S
СО "^
ч
з о
О со
X
го
ES
a;
со"
о
оо"-;
оо
о" о
сч
о"
—i О
с
эр
00 LO
ом-
о
X
1 £
ar
!
I
S
о
5
2о
X О.
■II
с с
8.S
7 Е
я о
Высота неровности
Я -^
Рис. 3.46. Вид в поле зрения
где XN, XN, и XJV_|_1 — отсчеты длин волн при наведении на полосу, на искривление
той же полосы и на следующую полосу соответственно.
Схема микропрофилометра представлена на рис. 3.47. Пучок лучей от осветителя
19 проходит через коллектор 18, апертурную диафрагму 17, линзы 16, 20 и полевую
диафрагму 14, затем, отражаясь от плоских зеркал 15 и 9, поступает на светоделитель-
ную пластину 10. Параллельный пучок лучей, отразившись от последней, интерфе-
интерференционным объективом 8 собирается в точ-
точку на исследуемой поверхности АВ и,
отразившись от нее, снова проходит через
интерференционный объектив и пластину 10.
В результате в поле зрения окуляра // на-
наблюдаются интерференционные полосы.
Изображение испытуемой поверхности
и интерференционных полос проектируется
зрительной трубой, состоящей из телеобъек-
телеобъектива 12, зеркала 13 и окуляра /, в плос-
плоскость щели, ограничивающей наблюдаемый
участок. За окуляром расположена спек-
спектральная призма 2 прямого зрения. Она
развертывает узкую полоску, содержащую
изображение испытуемой поверхности, в
спектр, на котором видны чередующиеся
цветные и черные интерференционные поло-
полосы. Расстояния между полосами интерфе-
интерференции не равны. Число полос в спектре от
синей до красной части зависит от разности
хода лучей, которая вносится разностью толщин и пластинок интерференционного
объектива.
Отсчетное устройство прибора снабжено лампой 7, которая через коллектор 6
освещает прозрачный штрих, нанесенный на пластине 5, установленной в фокальной
плоскости окуляра 4. Пластина 5 может перемещаться с помощью отсчетного бара-
барабана. Призма 3 отражает пучок лучей на выходную грань спектральной призмы 2,
Которая одновременно является зеркалом, направляющим изображение светящегося
штриха отсчетного устройства к наблюдателю. Увеличение прибора 500х. Фокусное
расстояние объектива 10 мм, апертура 0,5, увеличение (с дополнительной линзой)
34х. Длина рабочего участка в плоскости объекта 0,25 мм. Параметр шероховатости
определяют как разность отсчетов показаний барабана при наведении светящегося
штриха на середину начальной черной интерференционной полосы и иа середину
той же интерференционной полосы в месте ее изгиба. Отсчеты по барабану предвари-
предварительно переводятся в линейные единицы с помощью градуировочиых таблиц, прила-
прилагаемых к прибору.
Рефлектометрический метод использует в своей основе закон Ламберта Ia e
= Ie cos a cos Р, где /я — сила падающего излучения; 1л — сила отраженного
излучения; а — угол падения направленного излучения; р — угол, под которым
рассматривают отраженное излучение. Для шероховатой поверхности зеркальная
составляющая отраженного излучения увеличивается с увеличением длины волны
света и угла падения. При фиксированной длине волны и определенных углах падения
и наблюдения (отражения) коэффициеит отражения может служить сравнительной
мерой шероховатости отражающей поверхности. Разработанный Г. М. Городинским
прибор — рефлектометр — предназначен для интегральной (не профильной) сравни-
сравнительной оценки поверхностей шлифованного стекла. Образец сравнения, по которому
настраивается прибор, должен быть выполнен из стекла одинаковой марки с испытуе-
испытуемым образцом и обработан по одинаковой технологии.
Схема прибора дана на рис. 3.48. От источника света 4 пучок света объективом 3
направляется через регулируемую диафрагму 2 и призму / на испытуемую шлифован-
шлифованную поверхность АВ под углом 84° к ее нормали, Отраженные от этой поверхности
133

Рнс. 3.47. Схема микропрофилометра
Рис. 3-48, Схема рефлектометра
134
лучи направляются призмой 10, объективом 9, через диафрагму 7 дополнительной
линзой 6 на фотоэлемент 5, связанный с микроамперметром 8. Погрешность оценки не
превышает 20 %. На приборе ПКШ-1, выпускаемом ЛОМО, могут измеряться поверх-
поверхности, радиус кривизны которых лежит в пределах от ±30 мм до бесконечности.
Эти и другие методы измерения шероховатости и волнистости поверхности
подробно описаны в работе [4].
3.11. Контроль асферических поверхностей
Интерференционные методы используются при контроле деталей малых и средних
размеров, асферические поверхности которых имеют отступления от ближайшей
сферы до 5 мкм и могут контролироваться на интерферометрах типа ИТ-148 [6]
Рис. 3.49. Интерференционная кар-
картина
Рис. 3.50. Интерференционная карти
на — система незамкнутых полос
(см. п. 3.4). Методика контроля аналогична применяемой при проверке сферических
поверхностей. Проверяемая деталь устанавливается на приборе так, чтоб от нее была
получена хорошо центрированная кольцевая интерференционная картина (рис. 3.49).
Чтобы получить профиль поверхности по такой картине необходимо в выбранном
диаметральном сечении измерить диаметры колец и по результатам измерения осу-
осуществить графическое построение. Приборы типа ИТ-148 позволяют также произво-
производить настройку интерференционной картины на систему незамкнутых полос
(рис. 3.50). Такая система полос непосредственно воспроизводит профиль поверх-
поверхности.
Если же такие отступления от ближайшей сферы имеют вогнутые поверхности
крупногабаритных деталей, то их контроль осуществляется с помощью неравнопле-
неравноплечего интерферометра [20]. Так как в этом случае настройка прибора на получение
картин, подобных показанным на рис. 3.49 и 3.50, затруднена, необходимо прибегать
к обработке интерферограмм с помощью ЭВМ.
Для контроля асферических поверхностей вращения 2-го порядка разработано и
используется несколько способов. Наиболее распространенным из них является кон-
контроль с цомощью вспомогательных поверхностей [18]. На этом принципе построен,
например, интерферометр ИКХ1-1 (рис. 3.51). Прибор используется для проверки
местных ошибок эллиптических, гиперболических и параболических поверхностей.
На рис. 3.51 изображен вариант схемы, используемый для контроля выпуклой
гиперболической поверхности. Монохроматический источник света 8 с помощью
конденсора 7 освещает малое отверстие диафрагмы 6, расположенной в фокальной
плоскости объектива 5. Выходящий из объектива параллельный пучок светоделитель-
ной пластиной 4 делится на два когерентных — рабочий н референтный. Рабочий
135

пучок направляется к микрообъективу 3, с фокусом которого F' совмещен передний
фокус Ft выпуклой гиперболической поверхности проверяемой детали /. Со вторым
фокусом F2 гиперболической поверхности совмещен центр кривизны с образцовой
сферы 13. Последовательно отразившись от проверяемой поверхности н образцовой
сферы, рабочий пучок возвращается в обратном направлении и на светоделитель ной
пластине встречается с референтным пучком, путь которого к плоскому зеркалу 2
и обратно показан на рисунке стрелками. В результате наложения указанных пучков
образуется интерференционная картина, по виду которой можно судить о качестве
проверяемой поверхности. Картина наблюдается с помощью телескопической лупы,
Рис. 3.51. Схема интерферометра ИКП-1
состоящей из компонентов 9, 10, 11 и 12. Совмещение F1 с F' и F2 с О осуществляется
перемещением деталей / и 13, которые устанавливаются соответственно на каретках
Кг и К2.
Ход лучей и взаимное расположение деталей / и 13 при контроле поверхностей
других видов показаны на рис. 3.52. На этом рисунке приняты следующие обозначе-
обозначения: Si — образцовая поверхность; S2 — проверяемая поверхность; мх и «2 — апер-
турные углы в геометрических фокусах. Остальные обозначения соответствуют при-
принятым на рис. 3.51. Как видно из рис. 3.51 и 3.52, все образцовые поверхности имеют
в центре отверстия, а проверяемые — неконтролируемый участок, диаметр которого
зависит от вида и параметров асферической поверхности и может быть определен
в каждом конкретном случае. Относительные отверстия проверяемых за один прием
участков поверхностей зависят от апертуры А объектива 13. В приборе ИКП-1
A sg; 0,5. Погрешность контроля находится в пределах 0,2 полосы.
На практике используются также модификации показанных на рис. 3.52 схем.
Так, при контроле вогнутой параболической поверхности применяется схема, приве-
приведенная на рис. 3.53, при контроле вогнутой эллиптической поверхности — схема,
приведенная на рис. 3.54.
В полярном интерферометре (рис. 3.55) свет от монохроматического источника /
через конденсор 2, диафрагму 3 и светоделительное зеркало 4 с помощью зеркал 6,
136
10,11 и объективов 9 и 21 направляется в виде пучка, сходящегося в точке F на оси 00.
С этой же точкой совмещен центр кривизны сферической эталонной поверхности
мениска 8 или 8' и измеряемой асферической поверхности 7 или 7'. Интерференцион-
Интерференционная картина, образовавшаяся в зазоре между поверхностями 7 и 8, наблюдается на
последовательных участках диаметрального их сечения с помощью вращения головки
интерферометра (см. позиции 6, 9—//, 21) и неподвижной окулярной части — свето-
делительиого зеркала 4, объективов 16 и 18, шкалы 14 и окуляра 13. Одновременно
в поле зрения видна шкала лимба 5, проектируемая зеркалами 12 и 19, линзой 20
и призмой 15 в плоскость шкалы 14. Призма Дове 17 служит для компенсации пово-
поворота изображения, возникающего при вращении головки. Интерференционная кар-
картина, перемещаясь по полю зрения, характеризует изменения зазора между эталон-
эталонной и исследуемой поверхностями, соответствующие отклонениям измеряемого про-
профиля от окружности при X = 0,589 мкм. В табл. 3.17 дан пример записи измерений
для одной половины профиля асферической поверхности.
Коорди-
Координатный
угол
Ф (...")
точек
поверх-
поверхности
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Та
блиц
а 3.17
Пример
записи измерени]
[ профиля
асферической поверхности иа полярном интерферометре
Номер
поло-
полосы
0
2
3
10
13
19
24
33
35
Знак
поло-
полосы
_
—
—
—
—
—
—
—
—
Сумма
полос
0
2
3
10
13
19
24
33
35
Откло-
нение
профиля
от сферы,
мкм
0
0,6
0,9
2,9
3,8
5,6
7,1
9,7
10,4
Коорди-
натиый
угол
ф (...")
точек
поверх -
ноет и
10,5
И
12
13
14
15
16
17
18
Номер
поло-
полосы
35
37
40
45
50
54
60
64
70
Знак
поло-
полосы
Нет
+
+
+
+
+
-J-
J_
Сумма
полос
35
33
30
25
20
16
10
6
0
Откло-
Отклонение
профиля
от сферы,
мкм
10,4
9,7
9,2
7,8
5,9
4,7
2,9
1,8
0
Контролируемая на приборе поверхность устанавливается симметрично относи-
относительно нуля лимба отсчета координатных углов (при повороте головки и наведении
перекрестия на края детали полярные координатные углы, отсчитанные по лимбу,
должны быть равны и противоположны по знаку). Поворотом головки перекрестие
прибора наводят на очередную интерференционную полосу и измеряют ее полярную
координату. Надо быть внимательным к появлению широких полос, сигнализирую-
сигнализирующих о том, что данный участок поверхности параллелен поверхности эталона и что
может произойти изменение знака кривизны поверхности: с «ямы» полосы пойдут на
«бугор».
Приборы для интерференционного контроля асферических поверхностей с приме-
применением компенсаторов обычно строятся на базе схемы интерферометра Тваймана или
неравноплечего интерферометра. Принцип действия их заключается в следующем
(рис. 3.56). Монохроматический (обычно лазерный) источник света / с помощью кон-
конденсора 2 освещает отверстие диафрагмы 3, установленной в фокальной плоскости
объектива коллиматора 4. Вышедшие из коллиматора параллельные пучки лучей
направляются к светоделительной пластине 6, где каждый из них делится на два —
рабочий и референтный. Рабочий пучок проходит сквозь пластину и собирается в фо-
фокусе компенсационного элемента 7. Последний рассчитан так, что сферическая аберра-
аберрация 6S^ его любого луча равна продольной аберрации 6S, соответствующей нормали
идеальной асферической поверхности, установленной вместо проверяемой 8. Таким
образом, элемент 7 обеспечивает падение всех вышедших из него лучей по нормалям
к проверяемой поверхности. Референтный пучок после отражения от светоделитель-
светоделительной пластины направляется к точному плоскому зеркалу 5, отразившись от которого
возвращается обратно. На светоделительной пластине он совмещается с рабочим
пучком, отразившимся от поверхности 8. Образовавшаяся при наложении пучков
137

иитерференциоиная картина наблюдается глазом, помещенным вблизи фокуса объек-
объектива W, или может быть сфотографирована фотоаппаратом 9. Форма полос картины
определяет качество поверхности. Методика оценки качества практически ие отлича-
отличается от методики оценки пробным стеклом. Методика расчета и описание отдельных
видов компенсаторов изложены в работе N^1- Преимущественной областью примене-
применения компенсационного метода является кош роль зеркал астрономических телескопо»
и линзовых систем с асферическими поверхностями высоких порядков.
138
Рис. 3.52. Ход лучей и взаимное расположение де-
деталей при контроле различных поверхностей
Метод сдвиговой интерферометрии [6, 24], несмотря иа ряд его достоинств,
в области контроля формы поверхностей пока применяется редко. Объясняется это
прежде всего сложностью расшифровки получаемых интерферограмм. Одиако в связи
с внедрением в практику анализа интерференциониых картин ЭВМ этот иедостаток до
некоторой степени сглаживается. Имеется большое число модификаций и схем интер-
интерферометров сдвига. В нашей стране иа-
шли применение в основном схемы, по-
построенные на основе зеркал, поляри-
поляризационных элементов и дифракцион-
дифракционных решеток.
Рис. 3.53. Схема для контроля вогнутой
параболической поверхности
Рис. 3.54. Схема для контроля вогну-
вогнутой эллиптической поверхности
Принципиальная оптическая схема зеркального интерферометра сдвига показана
иа рис. 3.57. Она состоит из осветителя /, интерферометра // и двух приемных частей
(8 и 9). Светящееся тело 1 осветителя (обычно лампа накаливания) с помощью конден-
конденсора 2 проектируется на щель 3, из которой лучи расходящегося пучка светоделитель-
ной пластиной 12 направляются по нормалям к проверяемой поверхности 13. После
отражения от поверхности пучок возвращается в обратном направлении, проходит
светоделительпую пластину 12 и попадает в систему интерферометра. Эта система
139

состоит из двух полупрозрачных пластин D и 7), двух зеркал F, 11), плоскопарал-
плоскопараллельной пластины 5 и клинового компенсатора 10. Детали 5 и 10 предназначены для
выравнивания разности хода в стекле между когерентными пучками.
■/
Рис. 3.55. Оптическая схема полярного интерферометра
На разделительной пластине 4 пучок делится на два пучка, которые с помощью
зеркал 5, // соединяются на светоделительной поверхности пластины 7, установлен-
установленной вблизи центра кривизны поверхности 13. Разделительная пластина 4 и зеркало 6
установлены параллельно друг другу и представляют собой жестко соединенную
Рис. 3.56. Схема интерферометра с применением компенсатора
пару. Они как одно целое могут поворачиваться вокруг оси пучка и оси, перпендику-
перпендикулярной к плоскости чертежа. Повороты вокруг первой оси используются для получе-
получения полос горизонтального направления, повороты вокруг второй оси — для получе-
получения вертикальных полос.
Основным рабочим перемещеннем является поворот полупрозрачной пластины 7
вокруг оси, перпендикулярной к плоскости чертежа и лежащей в плоскости светоде-
лительного слоя. Этим поворотом осуществляется боковой сдвиг одного волнового
140
фронта относительно другого. На рис. 3.58 изображены указанные йолновые фронты
в сдвинутом положении. Область переналожения отмечена утолщенной линией.
В пределах этой области наблюдается интерференционная картина, полосы которой
характеризуют форму проверяемой поверхности.
Методика количественной оценки качества проверяемой поверхности обычно
сводится к следующему. Для данного сдвига производится расчет формы и положения
интерференционных полос, которые
А
Г
возникли бы при замене проверяемой
поверхности идеальной. Затем при этом
же сдвиге получают интерференцион-
интерференционную картину от реальной поверхности
и сравнивают с расчетной. По раз-
разности формы и положению полос
определяют отклонения проверяемой
поверхности от идеальной.
Зеркальные интерферометры сдви-
сдвига изготовлены и выпущены неболь-
10
Рис. 3.57. Схема зеркального интерферометра сдвига
шими сериями в виде трех модификаций: ИТ-144, ИТ-159, ИТ-183. Поляризацион-
Поляризационные интерферометры и интерферометры на [основе дифракционных решеток выпу-
выпускаются в виде приставок к теневому прибору ИАБ-451.
Методы голографической интерферометрии проверены на макетных образцах,
но в настоящее время приборы промышленного^изготовления еще отсутствуют. Однако
уже налаживается централизованный выпуск основного элемента контрольной
схемы — голографического компенсатора [13] и на его основе многие предприятия
смогут самостоятельно изготавливать соответствующие установки .
Из разработанных и опробованных схем голографических интерферометров
наибольшее практическое значение имеют три вида схем: 1) схема с образцовой по-
поверхностью; 2) схема с голографическим компенсатором; 3) схемы на основе двух-
волновой голографии. Принципиальная схема первого вида показана на рис. 3.59.
Работа схемы состоит в следующем. Параллельный пучок монохроматического (лазер-
(лазерного) света направляется на светоделительную пластину 2, где делится на два —
рабочий и опорный. Рабочий пучок проходит к образцовой асферической поверх-
поверхности 3, последовательно отражается от нее и от светоделительной пластины и направ-
направляется к фотопластине 4. Сюда же приходит и опорный пучок, претерпевший после-
последовательное отражение от светоделительной пластины и плоского зеркала /. Здесь
оба пучка интерферируют, образуя голографическую запись рабочего и опорного
пучков. После химической обработки фотопластина устанавливается на прежнее
место, ;i деталь с образцовой асферической поверхностью заменяется проверяемой.
141

Образовавшуюся на поверхности детали 3 интерференционную картину наблюдают
с помощью объектива 5 глазом, помещенным вблизи диафрагмы 6. Диафрагма служит
для срезания всех пучков, снижающих контраст наблюдаемой картины.
Более перспективной и универсальной является схема второго вида. Основу ее
составляет искусственная голограмма, выполняющая роль оптического компенсатора.
Искусственная голограмма для контроля поверхности вращения представляет
собой плоскопараллельную пластину, одна из плоскостей которой содержит систему
концентрических прозрачных и не-
непрозрачных колец. Как в известной
системе колец Ньютона, ширина колец
голограммы убывает от центра к краю.
Однако закон изменения диаметров и
ширины колец выбирается в зависи-
зависимости от формы проверяемой поверх-
поверхности и способа компенсации.
Согласно разработанному техно-
технологическому процессу, система колец
наносится на ; алюминированной по-
поверхности ^алмазным резцом на спе-
специальной круговой делительной ма-
машине по заданной программе. Изго-
Изготовленная таким образом голограмма
Рис. 3.58. Волновые фронты
нутом положении
в сдви- Рис. 3.59. Схема голографическо-
го интерферометра
может работать в проходящем и отраженном свете. Примеры построения схем для
контроля асферических поверхностей с применением искусственных голограмм пока-
показаны на рис. 3.60. Принцип действия схем аналогичен, поэтому рассмотрим работу
схемы, приведенной на рис. 3.60, а [11].
Вышедший из монохроматического источника света / гомоцентрический пучок
объективом 2 преобразуется в параллельный и направляется к светоделительной
пластине 3, где делится на два пучка — рабочий и опорный. Опорный проходит
к плоскому зеркалу 4, отражается от него и попадает на фотопластину (голограмму)
//. Сюда же после прямого и обратного прохождения через объектив 12 и отражения
от зеркала 6, синтезированной голограммы 7 и поверхности детали 5 приходит также
рабочий пучок.
Перед осуществлением контроля производится запись голограммы //. На этапе
записи синтезированная голограмма 7 работает как плоское зеркало, а вместо про-
проверяемой асферической поверхности детали 5 устанавливается деталь- с образцовой
сферой, лучи к которой направляются по нормалям к ее поверхности. В результате
выполненной таким образом голограммы компенсируются ошибки всех (кроме поверх-
поверхности детали 5) элементов схемы.
На этапе контроля деталь с образцовой сферой заменяется деталью с асфериче-
асферической поверхностью. Установка ее п нранпльпое положение выполняется с помощью
142
соответствующего штихмаса или другого пригодного для этой цели инструмента. На
этом этапе голограмма действует как компенсатор. Из сфокусированных ею пучков
выделяется тот, который после отражения от поверхности детали 5, если бы она была
идеальной, преобразуется в строго гомоцентрический. Отразившись от проверяемой
детали, рабочий пучок идет в обратном направлении, на светоделительной пластине
накладывается на опорный и интерферирует с ним. Образовавшаяся интерференцион-
интерференционная картина с помощью объектива 10 проектируется на экран 8. Диафрагма 9 служит
для выделения только тех пучков, которые несут полезную информацию.
Рис. 3.60. Cxeva для кон-
контроля асферических по-
поверхностей с применением
искусственных голограмм
11 10 3 8 7
На рис. 3.60, б показана схема, в которой синтезированная голограмма 7 рабо-
работает в проходящем свете, а в качестве образцовой поверхности, применяемой на
этапе записи голограммы 10, предполагается использовать параболу 5.
На рис. 3.60, в представлена схема для контроля деталей в проходящем свете.
Элементы, выполняющие одинаковые функции, на рис. 3.60 обозначены одинаковыми
позициями.
Схемы, представленные на рис. 3.60, являются малопригодными для контроля
поверхностей с большой крутизной. В этом случае применяемая в них синтезирован-
синтезированная голограмма должна иметь большое число и большую частоту колец. Изготовление
такой голограммы связано со значительными трудностями. В связи с этим целесо-
целесообразно применять схемы, в которых синтезированная голограмма работает вместе
с линзовым компенсатором. Пример такой схемы показан на рис. 3.61. В ее основе
лежит схема интерферометра Тваймана.
Однолинзовый компенсатор / не полностью компенсирует аберрации нормалей
идеальной проверяемой поверхности 2. Остаточные аберрации компенсируются
с помощью синтезированной голограммы .?. Так как остаточные аберрации не очень
велики, то нроцеес нанесения системы колец па деталь ,; лш'пцельпо упрощается.
Синтезированная голограмма 3 играет ту же роль, что и голограмма 10 в схемах,
143

приведенных на рис. 3.60. Ее запись производится при замене компенсатора / точным
плоским зеркалом, установленным под углом, близким к 90°, к рабочему пучку.
При контроле правильности формы цилиндрических поверхностей синтезирован-
синтезированная голограмма имеет вид прямых параллельных полос, ширина которых убывает от
Рис. 3.61. Схема, в которой синтезированная голограмма рабо-
работает с линзовым компенсатором
центра к краю. Для такой проверки обычно используется интерферометр Тваймана
(рис. 3.62), у которого объектив рабочей ветви заменен синтезированной голограммой
/. Сформированный такой голограммой рабочий пучок направляется по нормалям
к проверяемой поверхности 2 и после возвращения соединяется иинтерферирует
* *SU А
Рис. 3.62. Схема интерферометра Тваймена
с опорным пучком. В остальном работа схемы подобна работе интерферометров Твай-
Тваймана или неравноплечего интерферометра.
Рассмотренные выше интерференционные и голографнчеекпе схемы могут быть
использованы только на финишной операции, когда форма проверяемой поверхности
144
близка к заданной. Схемы с применением принципа двухволиовой голографии позво-
позволяют осуществлять контроль при наличии иа проверяемой поверхиости значительных
отступлений от номинальной формы.
На рис. 3.63 показана одна из практически проверенных схем двухволнового
голографического интерферометра. Принцип действия ее состоит в следующем. Лазер-
Лазерный источник света /, излучающий свет с набором длин волн Ях, Я2, ..., направляет
пучок через светофильтр 2 и телескопическую систему на светоделительную пластину
3. Из всего набора длин волн светофильтр пропускает лишь пучок с одной длиной
волны, например Ях. На пластине 3 прошедший пучок делится иа два — рабочий и
опорный. Опорный пучок после отражения от зеркал 4, 5 попадает на голограмму 12.
Рнс. 3.63. Схема двухволнового голографического интерферометра
Рабочий пучок приходит к голограмме после прохождения светоделительных пластин
3, 6, объектива 7 и отражения от проверяемой поверхности 8, накладывается на опор-
опорный и интерферирует с ним. Записанная таким образом голограмма после химической
обработки и просушки устанавливается на прежнее место. Затем в интерферометр
направляется пучок с длиной волны Я2. В плоскости голограммы он создает новую
картину интерференционных полос. Она накладывается на картину, записанную
ранее. В результате указанного наложения образуется система муаровых полос,
которая с помощью объектива // и диафрагмы 10 проектируется на экран 9. Система
муаровых полос эквивалентна системе интерференционных полос, возникающих
при работе на длине волны
, Я1Л2
В табл. 3.18 приведены численные значения Яэкв, которые можно получить при
использовании в качестве источников света аргонового и гелиево-неонового лазеров.
Из них следует, что чувствительность схемы можно менять в широких пределах и
таким образом осуществлять контроль поверхности, начиная с самой ранней стадии
асферизации. Ввиду специфики контроля планоидов рассмотрим это особо. На стадии
шлифования асферические поверхности планоидиых пластин контролируют с помощью
шаблона. На стадии полирования и ретуши установившихся методов контроля пока
не существует. Применяемый метод в основном зависит от имеющегося на предприя-
предприятии-изготовителе контрольного оборудования. Существуют метод с применением
накладного асферометра; контактный метод, построенный на применении микроскопа
типа УИМ-21 и интерферометра ИКПВ; шаговый контактный метод, основанный на
применении авто коллиматор а, перемещающегося по проверяемой поверхности зер-
зеркала. На окончательной стадии обработки, если диаметр пластины небольшой,
контроль проводят по схеме со штатным сферическим зеркалом (рис. 3.64).
Осветительный микроскоп / формирует точечный источник света. Свет, отражен-
отраженный от зеркал 2 и 3, проходит через планоидную пластину 4, попадает в объектив 5
и собирается в его фокусе F'. Структура приходящего в F' пучка анализируется
с помощью теневого прибора 6. При наблюдении теневой картины на пластине отме-
145

Таблица 3.18. Численные значения эквивалентных длин волн,
соответствующих возникновению муаровых полос
0,4765
0,4880
0,4965
0,5017
0,5145
0,6328
0,4765
20,22
11,83
9,49
6,45
1,93
0.4880
20,22
—
28,50
17,87
9,47
2,13
кзкп
0,4965
11,83
28,50
—
47,90
14,19
2,30
при ?.о
0,5017
9,49
17,87
47,90
—
20,10
2,42
0.5 ИЗ
6,45
9,47
14,19
20,16
—
2,75
0,6328
1,93
2,13
2,30
2,42
2,75
чаются места с обнаруженными дефектами. После проведения контроля деталь 4
снимается с установки и исправляется на станке.
При серийном изготовлении малогабаритных оптических деталей с асферическими
поверхностями на стадии шлифования контроль осуществляют контактно-механиче-
Z 5 f
Рис. 3.64. Схема контроля поверхностен плапондов
скими средствами — профильными шаблонам^ н сферометрами. Измерение профиля
выпуклых асферических поверхностей возможно также на инструментальных или
универсальных микроскопах (БМИ, УИМ-29 и др.). Лекальный шаблон имеет форму
обратной кривизны, соответствующую уравнению диаметрального сечения асфериче-
асферической поверхности. Его накладывают строго центрированно, т. е. по диаметральной
плоскости, соосно поверхности, и по размеру наблюдаемого просвета судят о правиль-
правильности формы поверхности. Если станок гарантирует плавность формы поверхности
(например, станок типа «Парабола»), то достаточно контролировать качество поверх-
поверхности в одной-двух ее зонах с помощью накладного сферометра, измеряя стрелы про-
прогиба (высоты) х и сравнивая их с расчетными значениями. Упрощенный накладной
сферометр представляет собой стрелочный индикатор 3 с калиброванным кольцевым
стаканом 2 (см. рис. 3.5), диаметр которого равен 2г (для вогнутых поверхностей —
это наружный диаметр, для выпуклых — внутренний). Эталоном для установки
нуль-пункта служит либо плоскость, либо сфера 1 ближайшего радиуса кривизны,
т. е. сфера, касающаяся данной асферической поверхности в вершине и пересекающая
ее по окружности основания калиброванного стакана. При отсутствии таковых можно
пользоваться близкими сферами (пробными стеклами), беря поправку по стрелке
прогиба на несоответствие радиусов.
Возможно применение сферометров ИЗС-7 и ИЗС-8 с введением поправок по
специальной методике [10]. Полярно-координатные измерительные приборы пока
промышленностью не выпускаются. При их макетировании следует иметь в виду, что
Л,| я намерения радиус-вектора, например параболоида с параметром 100мм. с точ-
точное м,ю до 0,001 мм, требуется откладывать углы с юмтдтыо не менее 5 для углов
до 45° и с точностью 2" — для углов от 60 до 90°.
14G
В чертежах на асферические поверхности требования к ним часто указывают
в виде допустимого рассеяния лучей в фокальной плоскости детали или поверхности.
Максимально допустимое рассеяние называют наименьшим кружком рассеяния и
в чертежах обозначают НКР. Указывают также допустимое отклонение углов норма-
нормалей а к асферической поверхности от их расчетного положения. Связь этих величин
в зависимости от крутизны данных зон параболоида выражена следующей формулой:
£>кр =
где р — параметр параболоида; &ф = 4 tg q>/(sin 4ф), значение берется из табл. 3.19.
Таблица 3.19. Значение масштабного коэффициента £ф
в зависимости от крутизны <р данного участка параболоида
ф, ...°
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1,000
1,003
,008
,013
,023
,033
,046
,060
,078
1,097
ф, ...°
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
*Ф
1,119
1,145
1,177
1,203
1,237
1,276
1,319
1,366
1,419
1,478
Ф, ..."
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
*Ф
1,544
1,617
1,699
1,792
1,894
2,011
2,143
2,295
2,467
2,666
Ф, ..."
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
*Ф
2,899
3,174
3,493
3,885
4,354
4,945
5,688
6,655
7,970
9,816
Измерение углов отклонения нормалей удобно выполнять на приборе «асферо-
метр». Принцип действия основан на использовании свойства поверхностей вращения
второго порядка, заключающегося в4том, что луч света, направленный на поверхность
из одного^ее фокуса, после отражения от поверхности проходит через^второй ее фокус.
В ближайший к вершине фокус измеряемой поверхности при^помощн.оптической
системы^ проектируется точечный^ источник света. Его изображение, полученное^во
втором ^фокусе, рассматривается с помощью зрительной трубы или микроскопа.
На^рис. 3.65 приведена пршщипиальная^схема контроля выпуклого гипербо-
гиперболоида вращения. Прн повороте оптической проекционной системы 1 вокруг оси,
проходящей через фокус контролируемой поверхности 2, пучок лучейАпоследова-
лучейАпоследовательно отражается от всех^участков ее профиля.„Отступления профиля от идеального
приводят к изменению направления отраженных лучей. С помощью шкалы 3 и оку-
окуляра 4 измеряют угловые отклонения лучей и находят отклонения нормали как
половины этих углов.
На рис. 3.GG дана оптическая схема асферометра. Источник света (лампа СВДШ)
19 через конденсор 18 и зеркало 17 освещает щель 16 (размером 0,01x3,00 мм),
помещенную в фокусе объектива 15 оборачивающей системы. Проходя откидное
светоделительное зеркало 14 и второй объектив 13 оборачивающей системы, лучи
образуют в плоскости вспомогательной шкалы 12 изображение щели 16, находящееся
в фокальной плоскости объектива 11. Далее лучи в виде параллельного пучка отра-
отражаются от зеркал 10 и 9 и объективом 3 в виде сходящегося пучка направляются
с помощью зеркала 2 (светоделительного) на исследуемую асферическую (параболи-
(параболическую) поверхность 1, образуя в ее геометрическом фокусе F изображение щели на
оси 00. [а. с. 138797 (СССР)].
От параболической поверхности отражается пучок лучей, параллельных оси
параболоида. Он проходит зеркало 2 и зеркалом 4 направляется в объектив 5 отсчет-
ной зрительной трубы, образуя в фокусе его на шкале 7 изображение щели 16, рас-
рассматриваемое в окуляр 6 (8 — плоское зеркало). Объектив 20 и окуляр 21 — детали
вспомогательной зрительной трубки, используемой при настройке прибора и измере-
измерении фокусного расстояния. Детали 15, 16 и 13—9, 3 и 2 составляют поворотную про-
проекционную часть прибора, вращение которой вокруг оси 00 позволяет производить
147

Рис. 3.65. Схема контроля выпукло-
выпуклого гиперболоида вращения
Рис. 3.66. Схема асферометра
148
Таблица 3.20. Пример записи измерения профиля
параболической поверхности на асферометре
Координат -
Т, ...°
1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
62
Отклонение
шкалы
2
0
—1
—1
0
4-1
4-1
4-1
0
4-1
0
0
—1
—1
—1
4-1
4-1
4-2
4-1
4-1
4-3
4-5
4-6
4-Ю
4-14
4-Ю
0
—6
—8
—10
—6
— 10
—8
3
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,05
1,10
1,10
1,10
1,10
1,10
1,10
1,15
1,15
1,20
1,20
1,25
1,25
1,30
1,30
1,35
1,35
1,40
1,45
1,50
1,54
1,58
V ММ
4
0,00021
0,00021
0,00021
0,00021
0,00021
0,00021
0,00021
0,00021
0,00021
0,00021
0,00022
0,00023
0,00023
0,00023
0,00023
0,00023
0,00023
0,00024
0,00024
0,00025
0,00025
0,00026
0,00026
0,00027
0,00027
0,00028
0,00028
0,00029
0,00030
0,00031
0,00032
0,00033
а
ft
мкм
5
0
—0,21
—0,21
0
4-0,21
4-0,21
4-0,21
0
4-0,21
0
0
—0,23
—0,23
—0,23
4-0,23
4-0,23
4-0,46
4-0,24
4-0,24
4-0,75
4-1,25
4-1,56
4-2,6
4-3,8
4-2,7
0
— 1,7
—2,3
—3,0
—1,8
—3,2
—2,7
6
0
—0,21
—0,42
—0,42
-0,21
0
4-0,21
4-0,21
4-0,42
4-0,42
4-0,42
4-0,20
—0,03
—0,26
-0,03
4-0,20
4-0,66
4-0,90
4-1,14
4-1,90
4-3,15
4-4,71
4-7,30
4-11,10
4-13,80
4-13,80
4-12,10
4-9,80
4-6,80
4-5,00
4-1,8
—0,9
последовательную засветку диаметрального сечення измеряемых поверхностей —
вогнутых и выпуклых. По окончании контроля профиля производят измерение фокус-
фокусного расстояния асферической поверхности. Для этого ее перемещают вдоль оптиче-
оптической оси до совмещения вершины поверхности с изображением на оси 00. Перемеще-
Перемещение равно фокусному расстоянию. Отсчет производится по шкале с помощью микро-
микроскопа-микрометра (на схеме не показан).
Асферометр ЮС-51 предназначен для работы в комплексе со станками типа «Пара-
«Парабола», имеющими съемные шпиндели, обеспечивающие самоустановку измеряемых
поверхностей. Точность измерения углов отклонения нормалей — 10", максимальный
диаметр измеряемой детали — 120 мм, фокусное расстояние — от 10 до 110 мм, отно-
относительное отверстие — до 1 : 0,15. Габаритные размеры прибора —
900X900x1600 мм, масса — 200 кг.
Для контроля асферической поверхности (рис. 3.66) проекционную систему
поворачивают так, чтобы луч последовательно «пробежал» по всему диаметральному
149

сечению поверхности, и при этом наблюдают отклонения изображения щели на сетке
окуляра зрительной трубы. Оценка качества производится по максимальным смеще-
смещениям изображения щели в плоскости шкалы отсчетной системы.
Для определения линейного размера дефектов поверхности производят математи-
математическую обработку измеренных углов отклонений нормали, зарегистрированных через
равные интервалы полярной системы координат.
В табл. 3.20 в графе 1 приведены координатные углы измеряемых участков,
в графе 2 — измеренные отклонения а нормалей к поверхности, т. е. отклонения N
блика, измеренные в делениях шкалы прибора, в графе 3 — рассчитанное значение
коэффициента k, учитывающего вид измеряемой асферической поверхности [для
параболоида этот коэффициент равен 1/cos3 (ф/2) ]. В графе 4 содержится вычисленное
значение масштабного коэффициента у, необходимое для перехода от измеренных
угловых величин отклонений нормали к линейным величинам отклонения профиля от
дуги параболы
cos3 (ф/2) 360° '
где р — параметр измеряемой параболической поверхности; т — интервал измере-
измерения, ...°; а,, — автоколлимационная цена деления шкалы прибора, рад; 1/cos3 (ф/2) —
коэффициент «параболичности».
В графу 2 вписывают средние значения отсчета для каждой пары симметричных
точек поверхности, при этом для диапазона измерений от 0° «влево» знаки отсчета при
выпуклых поверхностях надо изменить на обратные. В графе 5 содержатся значения
единичных отклонений а участков профиля, найденные как произведение масштабного
коэффициента у на измеренное в делениях шкалы отклонение блика (а= уМ). Графа 6
таблицы содержит вычисленное отклонение h точек профиля от дуги параболы вида
у2 = 2рх, найденное как сумма единичных отклонений а всех предыдущих участков
поверхности Лп = ^а;. Дли наглядности по результатам подсчетов целесообразно
«=0
построить график отклонений профиля от параболы и, пользуясь графиком, вносить
те или иные изменения в процесс обработки асферической поверхности.
Различные методы измерения асферических поверхностей рассмотрены также
в работах [6, 8, 18, 19].
Глава 4
АБРАЗИВЫ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
4.1. Абразивы
Шлифующие абразивы. Шлифующие абразивы — твердые, мелкозернистые,
кристаллические вещества. Они бывают природные и синтетические. Основные абра-
абразивы, используемые в оптическом производстве: алмаз, корунд, электрокорунд,
карбид кремния. Применяют в свободном (водные суспензии, пасты) или связанном
(шлифовальные круги, алмазный инструмент) состоянии [6].
Алмаз (природный и синтетический) представляет собой кристаллическую моди-
модификацию углерода. В природе встречается в виде отдельных кристаллов в горной
породе или продуктах ее разрушения. Синтетические алмазы получают в виде порош-
порошков, зерна которых в зависимости от условий синтеза отличаются формой, характером
поверхности, прочностью и хрупкостью. В соответствии с этим их относят к разным
маркам. Область применения определяется совокупностью свойств зерен. Для
обработки оптических материалов порошки алмазов используют в основном в связан-
связанном состоянии. В свободном состоянии — на завершающих стадиях обработки неко-
некоторых кристаллов.
Корунд — кристаллическая окись алюминия А12О3 а-модификации природного
происхождения. Встречается как составная часть горных пород, где находится в виде
отдельных вросших в нее кристаллов или агрегатов. Содержание А12О3 в рудах колеб-
колеблется от весьма малых количеств до 100 %. Корунд в сочетании с разными минералами
(гематитом, пиритом, магнетитом, слюдой и др.) называют наждаком. Содержание
кристаллической А12О3 в наждаке не превышает 60 %. Окраску корунда определяют
примеси (железо, хром, титан и другие вещества). Применяют для шлифования боль-
большинства оптических материалов. Исключение составляют вещества, обладающие
высокой твердостью, в частности, рубин, агат и др.
Электрокорунд — кристаллическая окись алюминия А12О3 а-модификации, полу-
получаемая электроплавкой руд, содержащих глинозем (бокситы и другие горные породы).
Промышленность выпускает несколько разновидностей электрокорунда, зерна кото-
которых в зависимости от содержания кристаллической окиси А12О3 имеют разную струк-
структуру, свойства, цвет: 1) электрокорунд нормальный (92—96 % кристаллической
окиси А12О;;), цвет зерен — от розового до темно-коричневого; 2) электрокорупд белый
(99 % кристаллической окиси А12О3); твердость и прочность зерен выше, чем у нор-
нормального электрокорунда; 3) электрокорунды легированные (содержат Ti, Cr, Со
и др., которые образуют с А12О3 твердые растворы и позволяют регулировать свойства
зерен); 4) монокорунд (почти вся окись алюминия представлена зернами-монокристал-
зернами-монокристаллами, которые имеют изометрическую форму и острые режущие кромки, большую
прочность и твердость по сравнению с зернами нормального и белого электрокорунда).
В оптическом производстве используют нормальный и белый электрокорунды,
которые полностью заменили природный корунд. Применяют в свободном состоянии
в виде суспензий для шлифования всех оптических материалов, кроме особо твердых.
Марки электрокорундовых материалов регламентирует ОСТ 2-115—72.
Карбид кремния — химическое соединение углерода с кремнием SiC. Получают
восстановлением кремнезема углеродистым материалом (антрацитом, нефтяным кок-
коксом). Кремнезем содержится в кварцевом песке, в кварците. Чистый карбид кремния
бесцветен, а технический окрашен в разные цвета: от светло-зеленого до черного. Для
обработки оптических материалов имеет ограниченное применение, так как в про-
процессах, спят.'шпых с утплеппом аплчптсльиых часе пб;)::Г,.гп,1ппемого матер ил л,т.
более высокую производительность обеспечивает алмазный инструмент. На завер-
завершающих стадиях процесса шлифования использование карбида кремния пецолесо-
151

образно из-за высокой твердости осколков разрушенных зерен, которые могут образо-
образовывать на обрабатываемой поверхности глубокие выколки и царапины.
Зернистость, зерновой состав абразивов. Все шлифующие абразивы в зависи-
зависимости от размера зерен разделены на группы, а внутри каждой группы по этому же
признаку — на номера зернистости. Содержание абразива каждого номера зерни-
зернистости составляет несколько фракций: основная, принятая за характеризующую
данный номер зернистости, и побочные с зернами крупнее и мельче основной. Коли-
Количественное содержание фракций определяет зерновой состав абразива.
Порошки из природных и синтетических алмазов разделены на две группы:
шлифпорошки и микропорошки.
Таблица 4.1. Зернистость и зерновой состав алмазных шлифпорошков
Зернистость шлифпорошков марок
А
400/250
250/160
160/100
100/63
63/40
630/500
500/400
400/315
315/250
250/200
200/160
160/125
125/100
100/80
80/63
63/50
50/40
АСО
АСР
АСВ
АСК
Широкий диапазон зернистостей
160/100
100/63
63/40
_
250/160
160/100
100/63
—
400/250
250/160
160/100
100/63
—
_
—
—
Узкий диапазон зернистостей
160/125
125/100
100/80
80/63
63/50
—
—
250/200
200/160
160/125
125/100
100/80
80/63
63/50
—
_
—
400/315
315/250
250/200
200/160
160/125
125/100
100/80
80/63
—
_
500/400
400/315
315/250
250/200
200/160
160/125
125,100
100/80
АСС
_
—
—
630/500
500/400
400/315
315/250
250/200
200/160
160/125
125/100
—
—
Шлифпорошки из природных алмазов имеют одну марку — А, из синтетиче-
синтетических — пять марок: АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС. Свойства порошков этих марок
различны. Порошок каждой марки путем просеивания исходного продукта через сита
с последовательно уменьшающимся размером ячейки разделен по зернистости (табл.
4.1). Шлифпорошок каждой зернистости составляют три фракции: крупнаи, основная,
мелкая. Содержание их массовых долей регламентирует- ГОСТ 9206—80*. Зерни-
Зернистость установлена по основной фракции. Ее обозначают простой неправильной
дробью, числитель и знаменатель которой характеризуют размер (мкм) ячеек двух
сит: числитель — размер стороны ячейки верхнего сита, ограничивающего макси-
максимальный размер зерен основной фракции, а знаменатель — размер стороны ячейки
нижнего сита, ограничивающего минимальный размер зерен этой фракции. Показа-
Показателями качества шлифпорошков являются их зерновой состав и прочность зерен.
Критерий прочности — величина усилия раздавливания единичного зерна. Гаранти-
Гарантированные нормы прочности зерен порошков разных марок приведены на рис. 4.1 [4].
Микропорошкн из природных алмазов имеют марки AM и АН, из синтетиче-
синтетических — марки ЛСМ и ЛСН. Характеристикой качества порошков АСМ и АСН,
наряду с зерновым составом, является гарантированная норма шлифующей способ-
способности, которая определяется режимом синтеза. Шлифующая способность микропо-
152
{Юшков AM и АН зависит от месторождения алмаза. У порошков марки AM она ниже,
чем у порошков марки АН. По зернистости микропорошки разделяют центрифугиро-
центрифугированием, осаждением в столбе жидкости и другими способами. Зернистость обозначают
простой неправильной дробью, числитель и знаменатель которой характеризуют раз-
размер (мкм) наибольшего и наименьшего зерен основной функции. Кроме нее в зерновой
состав входят крупная и мелкая побочные фракции (табл. 4.2).
Порошок марки АСМ с размером зерен мельче 0,7 мкм является исходным
сырьем для изготовления субмикропорошков, используемых при обработке полупро-
полупроводниковых кристаллов, кварца, рубина и других
оптических материалов. Классификацией на
суперцентрифугах получают субмикропорошки
зернистостью 0,7/0; 0,5/0 и 0,3/0. Качество порош-
порошков характеризуют параметрами шероховатости об-
обработанной поверхности образцов кремния и ин-
интенсивностью его износа (мкм/мин). Зерновой со-
состав субмикропорошков приведен в табл. 4.3.
Корунд, электрокорунд и другие абразивы,
кроме алмаза и кубического нитрида бора, в зави-
зависимости от способа классификации условно делит на
два класса. К одному относят продукты, разде-
разделяемые на ситах, к другому — разделяемые в вос-
восходящем потоке жидкости, гидроциклонах и цен-
центрифугах. Продукты просеивания делят на две
группы — шлифзерно и шлифпорошки, а продукты
классификации в восходящем потоке жидкости, гид-
гидроциклонах и центрифугах — на микропорошки
и тонкие микропорошки. Каждая из этих групп
имеет номера зернистости в соответствии с ГОСТ
3647—80 (табл. 4.4). Маркировка абразивов (№ 200,
№ 8 и др.), относящихся к шлифзерну и шлиф-
порошку, соответствует размеру (в сотых долях
миллиметра) в свету ячейки того сита, на котором
задерживаются зерна основной фракции абразива
данного номера зернистости. Маркировка микропорошков и тонких микропорошков
(М63, М28, М10 и др.) обозначает размер (мкм) наибольшего зерна основной фракции.
В зерновой состав входят фракции: предельная, крупная, основная, смежная, мелкая.
Различают также комплексную фракцию, состоящую из нескольких фракций, на-
например из основной и смежной.
р,Па
50
40
30
20
10
0
50/40 200/160 400/315
125/100 315/250 500/400
Зернистость алмаза
Рис. 4.1. Гарантированные
нормы прочности зерен по-
порошков алмазов разных ма-
марок
/
/
/
:о
j
/
АСВ
/
/
Та(
5 л и ц а 4
.2. Зернистость и зерновой состав
алмазных микропорошков АСМ, АСН, AM, АН
Зерни-
Зернистость
60/40
40/28
28/20
20/14
14/10
10/7
7/5
5/3
Фракция, мкм
крупная,
не более
5%
80—60
60—40
40—28
28—20
20—14
14—10
10—7
7—5
Примечай
зерен.
основ-
основная,
не менее
65%
60—40
40—28
28—20
20—14
14—10
10—7
7—5
5—3
мелкая,
не более
30%
40—20
28—14
20—10
14—7
10-5
7—3
5—2
3—1
Зерни-
Зернистость
3/2
2/1
1/0
Фракция, мкм
крупная,
не более
5%
5—3
3-2
2—1
основ-
основная.
не менее
65%
3-2
2—1
До 1
(не ме-
менее 95%
массо-
массовых
долей)
мелкая.
ие более
30%
До 2
До I
и е. Содержание фракций указано в процентах от количества
153

Таблица 4.3. Зернистость и зерновой состав
субмикропорошков из синтетических алмазов
Зерни-
Зернистость
0,7/0
0,5/0
0,3/0
Фракция
крупная
Размер
зерен, мкм
1—0,7
0,7—0,5
0,5—0,3
Число
зерен, %,
не более
1
1
1
основная
Размер
зерен, мкм
0,7—0,3
0,5-0,1
До 0,3
Число
зерен, %,
ие более
50
60
99
мелкая
Размер
зерен, мкм
До 0,3
До 0,1
Число
зерен, %,
не более
49
39
Таблица 4.4. Группы и номера
зернистости корунда, электрокорунда
и других абразивов
В зависимости от количественного содержания в абразиве данного номера зерни-
зернистости фракции играют различную роль в процессе шлифования:
смежная и мелкая даже в значительных количествах (до 60—65 % массовых
долей в сумме) не оказывают влияния ни на интенсивность абразивного износа, ии на
шероховатость шлифуемой поверхности;
основная, принятая за характеризующую абразив данного номера зернистости,
определяет интенсивность износа; ее количество, необходимое и достаточное для
обеспечения стабильности процесса, со-
составляет 30—40 % (по числу зерен);
крупная, минимальное содержание
которой промышленные способы класси-
классификации позволяют довести до 5—8 % (по
числу зерен), определяет шероховатость
шлифуемой поверхности;
предельная, зерна которой имеют
наибольший размер, будет определять
шероховатость поверхности при содер-
содержании в количестве 0,5—0,6 % (по
числу зерен). Промышленные способы
классификации позволяют довести со-
содержание этой фракции до 0,05—0,2 %.
Присутствуя в таком количестве, она
практически не увеличивает шерохова-
шероховатость поверхности.
Микропорошки и тонкие микропорош-
микропорошки одной и той же зернистости выпускают
с различным содержанием основной фрак-
фракции. Соответственно этому в обозначение
порошков дополнительно введены буквы В, П, Н, или Д. Буква В характеризует
порошок с наибольшим F0—55 %) содержанием основной фракции, буква Д — с наи-
наименьшим C7 %). Зерновой состав микропорошков и тонких микропорошков с-наи-
с-наибольшим содержанием основной фракции приведен в табл. 4.5.
Зерновой состав микропорошков алмаза в соответствии с ГОСТ 9206—80*
контролируют методом микроскопического анализа, измеряя размеры 500 шт. зерен
в одном препарате. Таким же методом в соответствии с ГОСТ 3647—80 контролируют
зерновой состав микропорошков и тонких микропорошков корунда, электрокорунда
и других абразивов. Некоторые свойства шлифующих абразивов, применяемых при
обработке оптических материалов, приведены в табл. 4.6.
Качество порошков оценивают по их шлифующей способности и шероховатости
обработанной поверхности. Шлифующую способность характеризуют по массе мате-
материала, «шлифованного с образца стекла в стандартных условиях испытания. Ее
относительное значение для некоторых абразивов дано в табл. 4.6.
Полирующие абразивы. К полирующим абразивам относятся находящиеся
в порошкообразном состоянии окислы некоторых металлов [2].
Крокус ~ безводная окись железа Fe2O3, тождественная природному гематиту
а-модифнкации. Получают осаждением солей железа (сульфатного, углекислого,
154
Группа
Шлифзерно
Шлифпорошки
Микропорошки
Тонкие микро-
микропорошки
Номер
зернистости
200,160,125,
100,80,63,32,
25, 20, 16
12, 10 8, 6,
о, 4, 3
М63, М50,
М40,М28,хМ20,
М14
М10, М7, М5
Таблица 4.5. Зерновой состав микропорошков и тонких микропорошков
с содержанием основной фракции не менее 60—65 %
Номер
зерни-
зернистости
М63-В
М50-В
М40-В
М28-В
М20-В
М14-В
М10-В
М7-В
М5-В
Фракция
предельная
Размер
зерен,
мкм
100—80
80—63
63—50
50—40
40—28
28—20
20—14
14—10
10—7
* ш *«
о. о >х
V О CJ
СГ О с;
о та о
0,5
предельная
и крупная
Размер
зерен,
мкм
100—63
80—50
63—40
50—28
40—20
28—14
20—10
14—7
10—5
0)
S
га -tf-
ъ/ Л .<•
■*• Ш *"-
О.ОЖ
й> и й>
III
12
15
20
основная
Размер
зереи,
мкм
63—50
50—40
40—28
28—20
20—14
14—10
1П—7
7—5
5—3
<V
* ш •
о. о *с
й> и й>
сто с;
6SS
60
55
комплексная
Размер
зёреи,
мкм
63—40
50—28
40—20
28—14
20—10
14—7
10—5
7—3
5—3
*Й ■
О. О >Х
й> и й>
gs§
ОЕХ
85
80
75
80
мелкая
СО
||
« я
££
40
28
20
14
10
7
5
3
—
S
га £в-
V о О
аза
3
5
—
Таблица 4.6. Свойства шлифующих абразивов
Свойства
Относительная шлифую-
шлифующая способность
Плотность р-103, кг/м3
Микротвердость Н-1010,
Пя
I la
Предел прочности на
сжатие СТсж'Ю9, Па
Предел прочности иа из-
изгиб аи-108, Па
Модуль упругости
е-10", Па
Теплопроводность,
Вт/(м-К)
Удельная теплоемкость,
Дж/(кг-К)
Алмаз
1,0
3,5—3,6
10
2
2-5
9
8,9
28,7
Карбид
бора
0,5—0,6
2,5—2,6
3,7—4,3
1,8
2,1—2,8
2,9
0,60
,
Карбид
кремния
0,25—0,45
3,1—3,2
3,0—3,3
1—2
1-1,5
3,6
0,90
40—43
Элоктро-
корунд
0,14—0,16
3,9—4,0
1,8—2,6
0,76
0,8—0,9
_
1,17
47,8
щавелевокислого) из раствора и их последующим прокаливанием при 700—800 °С
Форма зерен округлая, со средним размером 0,6—1,0 мкм. Применение ограничено
из-за низкой по сравнению с другими порошками полирующей способности. Исполь-
Используют при полировании деталей, поверхности которых должны удовлетворять первому
классу чистоты по ГОСТ 11141—76: сетки, шкалы, первые линзы широкоугольных
окуляров, коллективы и др. (см. табл. 2.10).
Полирит — тонкодисперсный порошок, состоящий в основном из окислов
редкоземельных металлов. Полирующим веществом является окись церия СсО2.
155

Исходным сырьем для получения полирита являются минералы монацит и лопарит.
Процесс получения полирита включает стадию обогащения концентратов, выделение
соединений редкоземельных элементов в виде раствора солей, их осаждение, промывку,
сушку и прокаливание. Увеличение содержания СеО2 до 45 % повышает полирующую
способность порошка. Форма зерен — удлиненные пластинки размером до 5 мкм.
Зерна легко дробятся, образуя остроугольные осколки. Полирит — основной поли-
полирующий абразив, применяемый при изготовлении деталей из стекла.
Окись тория ТЮ2 получают прокаливанием гидроокиси тория или его органи-
органических солей. Форма зерен — четырехугольные пластинки размером до 10 мкм.
Так же как и зерна полирита, они легко разрушаются под действием малой нагрузки.
Трудоемкость изготовления окиси тория определяет высокую стоимость порошка, что
ограничивает его применение.
Окись хрома Сг2О3 может быть изготовлена двумя способами: восстановлением
бихромата калия серой или термическим разложением бихромата аммония. Первым
способом получают порошок с размером зерен 0,8—1,2 мкм, вторым — 0,3—0,4 мкм.
Применяют при полировании деталей из кристаллических материалов, обладающих
малой твердостью.
Окись циркония ZrO2 получают разложением термически нестойких соединений:
карбонатов, сульфатов, гидроокисей и др. Сырьем для получения окиси циркония
служат минералы бадделит и циркон. Содержание окиси циркония в бадделите дости-
достигает 98 %. Циркон, представляющий ортосиликат циркония ZrSiO4) содержит до
67 % ZrO2. Средний размер зерен окиси циркония равен 3,5—5 мкм и зависит от
температуры прокаливания основного сульфата: с повышением температуры размер
уменьшается. Зерна имеют неправильную форму. Полирующая способность связана
с прочностью зерен, которая определяется совершенством кристаллической решетки.
Применяют при полировании стекол типов ТК, БФ, СТК.
Алмаз. Микропорошки марок АСМ и АСН зернистостью 3/2 и 1/0 и субмикро-
порошки зернистостью 0,7/0 и 0,3/0 используют при полировании кристаллов (рубин,
сапфир, кремний и др.). При использовании материалов, образующих рабочую по-
поверхность полировальника, обладающих сочетанием упруго-пластических свойств,
обеспечивающих нивелирование уровня зерен и прочность их закрепления, необходи-
необходимую для выполнения работы диспергирования, микропорошки алмаза применяют для
полирования стекла [1, 3, 4].
Качество порошков оценивают по их полирующей способности и чистоте обрабо-
обработанной поверхности. Полирующую способность характеризуют по массе стекла,
сполированного в заданный промежуток времени с образца определенного размера из
стекла марки К8 в стандартных условиях испытания. Ее относительные значения для
некоторых порошков: для окиси хрома 0,5; Крокуса 1,0; полирита 1,5; окиси тория
2,2; окиси циркония 1,0—2,0 (в зависимости от марки стекла).
Наличие царапающих примесей в порошке устанавливают, контролируя чистоту
полированной поверхности при помощи 6х лупы в отраженном свете.
4.2. Вспомогательные материалы
Смазочио-охлаждающие жидкости (СОЖ). Большего эффекта применения'алмаз-
применения'алмазного инструмента можно добиться при использовании СОЖ, которая учитывает спе-
специфику выполняемой операции и свойства оптического материала. Иитеисивиость
процессов, качество обрабатываемой поверхности, потребляемая мощность и сила
резания находятся в прямой связи с составом, количеством и способом подачи СОЖ
в зону контакта режущей кромки инструмента с изделием.
При грубом и тонком шлифовании плоских и сферических поверхностей, сверле-
сверлении отверстий и распиливании, круглом шлифовании пластай, нанесении пазов,
канавок, скосов и выполнении других операций в большинстве случаев используют
эмульсии, в состав которых входят массовые доли следующих веществ, %:
Эмульсол (ГОСТ 1975-75*) От 2 до 8
Керосин (ГОСТ 4753—68*) » 0» 8
Вода » 85 > 98
Эмульсол, представляя собой отходы масляного производства, содержит малое
количество поверхностно-активных веществ и плохо растворяется в воде, что опре-
определяет низкие смазывающие и смачивающие свойства эмульсий. В зоне контактов
№
алмазных зерен со стеклом смазывающей пленки практически нет, а находится только
прослойка воды. При отводе тепла она испаряется,трение пары стекло—алмаз про-
происходит почти всухую, что ускоряет износ зерен. Используют также эмульсии, в кото-
которых эмульсол по ГОСТ 1975—75* заменен эмульсолом НГЛ-205. При этом стойкость
инструмента и интенсивность процесса шлифования повышаются, но присутствующие
в эмульсоле добавки (Na2CO3, Na3PO4, NaNcy частично выпадают в осадок, что
затрудняет хранение и использование эмульсий.
Улучшенными смазочно-охлаждающими свойствами обладают 3—5 %-ные вод-
водные эмульсии на основе эмульсола, который состоит из сульфокислоты G5 %),
тринатрийфосфата A5 %), глицерина A0 %). В состав эмульсола могут быть введены
фосфорсодержащие соединения, улучшающие антикоррозионные и смазочно-охлаж-
и 1,5 2,0 2,5 3,0 Rz.mkm т
PV^ I Т I—I—\е-1°~*н/м
10,4—^\- 1 1 -/— 58
9,8 \- \4^=фШ 52
\ X 7
8,6-—h^^N;^:—40
8, п\ I I I i4^! 134
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0й.г/мин
Рис. 4.2. Критерии оценки смазочно-
охлаждающих жидкостей
дающие свойства эмульсий. Используют СОЖ, представляющую собой водный
раствор глицерина A0—20%) с добавлением @,5 %) триэтаноламина [5]. Неф-
Нефтехимической промышленностью освоен ряд новых составов СОЖ, в частности
аквол 10, укринол 1, аквол 2. Эти СОЖ также могут найти применение в процес-
процессах обработки стекла алмазным инструментом.
При использовании водосодержащих СОЖ и работе алмазного инструмента
с малой нагрузкой наблюдается его засаливание. Одна из причин этого явления —
адгезионное взаимодействие частиц диспергированного стекла со связкой инстру-
инструмента. Если интенсивность износа связки меньше скорости ее окисления, то образую-
образующаяся пленка удерживает на себе частицы стекла. Последние затрудняют износ связки
и удаление затупившихся зерен. Режим самозатачивания инстумента нарушается,
и он теряет режущую способность. Коагуляцию частиц стекла и их адгезию к поверх-
поверхности рабочей кромки инструмента уменьшают введением в состав эмульсий иа основе
эмульсола ГОСТ 1975—75 некоторого количества (от 0,2 до 4 %) кальцинированной
соды (ГОСТ 5100—73*).
За критерии оценки СОЖ принимают поверхностное натяжение а (Н/м) и кислот-
кислотность рН, которые оказывают влияние на интенсивность процесса и шероховатость
шлифованной поверхности (рис. 4.2). Оптимальные показатели процесса имеют место
при а = C8-4- 44) 103 Н/м, и рН = 9,0-4- 9,2 [7].
При выполнении операции центрирования линз в качестве СОЖ используют
веретеииое (ГОСТ 1642—75*) или вазелиновое (ГОСТ 20799—75*) масло. Для центри-
центрирования лииз из иеиалетоопасиых стекол могут быть применены водосодержащие
эмульсии, ио они увеличивают шероховатость обработанной поверхности.
Материалы для соединения заготовок с приспособлением. Вещества или их
сплавы, применяемые для соединения заготовок с приспособлением, должны удовлет-
удовлетворять ряду технологических требований:
иметь высокую адгезионную способность к материалу заготовки и приспособле-
приспособления, обеспечивающую их прочное соединение и неизменность взаимного положения
при механической обработке заготовок и междуоперационном складировании блоков;
ие вызывать упругой деформации заготовок при изменении агрегатного состояния;
не вносить погрешности базирования и закрепления при установке заготовок;
не вступать в химическое взаимодействие с материалом заготовки;
легко отставать от поверхности заготовки и приспособления, очистка которых
должна производиться без применения токсичных и огнеопасных растворителей.
157

К наиболее распространенным относятся термопластичные вещества и их
сплавы.
Наклеенные смолы. Эти смолы представляют собой сплавы ряда веществ, взятых
в определенных сочетаниях и весовых соотношениях. Основными компонентами их
являются следующие вещества.
Канифоль сосновая (ГОСТ 19113—73*) — остаточный продукт пере-
переработки естественной смолы (живицы) сосны. Температура размягчения 65—80 °С
(в зависимости от состава). Хорошо растворяется в спирте, ацетоне, эфире, хуже —
в бензине. Имеет высокую клеящую способность. Входит во все марки иаклеечиых
смол в количестве от 25 до 90 %. С увеличением содержания повышает твердость и
температуру размягчения смолы.
Пек сосновый — остаточный продукт переработки дегтя, получаемого
путем термической обработки древесины с большим содержанием смолы. Температура
размягчения 45—60 °С. Хорошо растворяется в бензине и ацетоне, хуже в спирте.
Является компонентом наклеечиых смол большинства марок. Выполняет функцию
пластификатора, понижая вязкость смолы и придавая ей эластичность. Течет при
низких температурах. Увеличивает клеящую способность смолы.
Парафин нефтяной — смесь твердых углеводородов, получаемых из
парафиновых нефтей. Температура плавления 38—65 °С. Устойчив к действию
щелочей и кислот. По внешнему виду — белая кристаллическая масса.
Битум (ГОСТ 781—78) — продукт переработки тяжелых нефтяных остатков,
богатых асфальтово-смолистыми веществами. Основные компоненты: асфальтены,
смолы, нефтяные масла. Первые обусловливают твердость, вторые — цементацию и
эластичность битума, третьи являются средой, разжижающей смолы и асфальтены.
Температура размягчения твердого битума 60—90 °С. Вводят до 2 % в состав смол
некоторых марок для повышения упругих свойств.
Пчелиный воск (ГОСТ 21179—75) — продукт плавления вощины,
представляющий соединение сложных эфиров, спиртов и кислот. Строение кристал-
кристаллическое. Температура плавления 64—66 °С. Хорошо растворим в ацетоне и бензине,
плохо — в спирте.
Шеллак — естественная смола, представляющая продукт биологической
деятельности тропических насекомых. Температура плавления шеллака в зависимости
от его происхождения может достигать 150 °С. Растворим в щелочах, спирте. Почти
нерастворим в эфире и бензине. Входит в состав смол некоторых марок с массовой
долей 40—50 %"для повышения механической прочности сплава. В смолах, исполь-
используемых в больших количествах, его заменяют тальком или графитом. _
Номенклатура наклеечиых смол, учитывающая вид выполняемой операции,
конструктивные формы, размер и точность деталей, весьма широка. Свойства смол
характеризуют температурой размягчения, которую определяют в соответствии
с ГОСТ 11506—73. Однако ее нельзя рассматривать как единственный и достаточный
параметр оценки свойств, так как в узкий и даже в один и тот же интервал температур
размягчения входят смолы, различающиеся составом и областью применения, что
затрудняет их правильный выбор.
"Наклеенные воски. Эти воски являются сплавами воска с канифолью. Количество
канифоли в сплавах различного состава — 80—90 %, воска — 20—10 %. Применяют
для склеивания заготовок между собой и фиксации их положения на приспособле-
приспособлениях. Вследствие высокой вязкости сплавов толщина клеящего слоя составляет
0,2—0,3 мм. ,
Наклеенные парафины. Эти парафины представляют собой сплавы парафина
с воском. Содержание парафина в сплаве составляет 15—20 %. Остальное— воск.
Сплавы пластичны и текучи. Толщина клеящего слоя находится в пределах 0,05—
0,1 мм. В некоторые сплавы для повышения их твердости вводят (до 50 %) канифоль.
Сплавы металлов с низкой температурой плавления. По ряду технологических
свойств они имеют преимущества перед наклеечными смолами: блоки разбираются
погружением в теплую воду; при использовании их сокращается расход органических
растворителей для промывки заготовок; потери сплава минимальны; возможно много-
многократное использование их. Примером является сплав Вуда, в состав которого входят:
висмут E0 %), свинец B5 %), олово A2,5 %), кадмий A2,5 %). Предел прочности
равен 0,5 Н/м-. Температура плавления 60—90 °С.
Сублимационные клеи. Эти клеи представляют собой вещества, которые отлича-
отличаются способностью улетучиваться при нагревании и не остзпляют загрязнении на
158
поверхности заготовок и приспособления. Благодаря малой вязкости они позволяют
получать клеящие слои толщиной 0,002—0,003 мм. Прочность соединения выше по
сравнению с приклеиванием смолой. Недостаток имеющихся в настоящее время клеев
(смесь алкилсодержащих фреонов): необходимость нагрева заготовок и приспособле-
приспособления до 60—70 °С при соединении блока и до 120—130 °С при его разборке.
Гипс (ГОСТ 125—79). Это мелкозернистый порошок, получаемый обжигом при-
природного двуводного гипса до превращения в полуводньгй. Раствор его с водой по
истечении некоторого времени затвердевает. При этом объем вещества увеличивается.
Это свойство гипса характеризуют удельным расширением — удлинением образца
(мкм/см). Расширение гипса нейтрализуют добавлением 6—8 % массовых долей
цемента (от массы гипса), который при затвердевании уменьшается в объеме. С увели-
увеличением содержания цемента разборка блоков и отделение заготовок затрудняются.
Продолжительность рабочего состояния раствора (время от засыпки гипса в воду до
заливки блока) — до 3 мин. Время затвердевания от 4 до 6 ч.
Материалы рабочей поверхности полировальников. Используют технические
шерстяные ткани, полировочные смолы. Применяют также некоторые синтетические
вещества: эпоксидную смолу ЭД5 [1], синтепол [3], высокомолекулярные олигомер-
ные эпоксидные смолы [5], полиуретан и другие вещества, в которых полирующий
абразив (порошки алмаза зернистостью от 0,5/0 до 20/14) находится в связанном
состоянии. Материалы оценивают по интенсивности процесса — времени, в течение
которого полировальник сохраняет форму рабочей поверхности, приданную ей при
изготовлении, и способности образовывать чистую, без видимых дефектов полиро-
полированную поверхность.
Технические шерстяные ткани. Сукно шинельное (ГОСТ 11236—74*) и войлоки
(ГОСТ 288—72*) используют для полировальников, применяемых в процессах, про-
протекающих с большой интенсивностью, и при изготовлении деталей с низкими требова-
требованиями к точности формы поверхности, но высокими по чистоте. Чистоту обеспечивают
эластичные свойства ткани, определяющие возможность нивелирования уровня
зерен абразива. На металлическом корпусе ткань крепят приклеиванием смолой.
Полировочные смолы. Оии представляют собой сплавы соснового пека и сосновой
канифоли с добавлением пластификатора (пчелиного воска или канифольного мыла).
Свойства смол характеризуют вязкостью, определяемой по ГОСТ 11506—73. Марки и
Таблица 4.7. Марки и состав пекоканифолевых полировочных смол
Марка
смолы
СП-1
СП-2
СП-3
СП-4
СП-5
СП-6
СП-7
Массовая доля
компонента, %
Пек сосно-
сосновый
100
79
69
59
45
35
25
Канифоль
сосновая
20
30
40
50
60
70
Канифоль-
Канифольное мыло
—
5
5
5
Воск пче-
пчелиный
1
1
1
Логарифм
вязкости
при 25 °С
7,5—7,9
8,0—8,4
8,5—8,9
9.0-9,3
9.4—9,8
9,9—10,3
10.4—10,7
Область применения
Изготовление полироваль-
полировальников
Изготовление полироваль-
полировальников, пропитка прокладок
область применения смол (табл. 4.7) выбирают с учетом интенсивности процесса и
температуры окружающей среды. При изменении температуры на ±5 °С вязкость
меняется примерно на порядок. Способность смол течь под действием нагручкм огра-
ограничивает как температурный интервал их применения, так и возможность шпонсифи-
159

кации процесса. Для расширения температурного интервала и повышения стабиль-
стабильности формы рабочей поверхности полировальника в пекоканифолевые смолы вводят
разные наполнители: древесные опилки (дуб, сосна, ольха), нефтяной битум, поли-
полистирол, полирит.
Синтетические вещества. Они отличаются от полировочных смол значительно
большим значением упругих свойств, высокой износоустойчивостью, водо- и тепло-
теплостойкостью, сопротивлением растягивающим усилиям. Это позволяет применять
синтетические вещества в процессах полирования, протекающих при высоких ско-
скоростях и давлении, с невысокими требованиями к точности формы поверхности деталей
(очковые линзы, линзы конденсоров, светофильтры и защитные стекла зрительных
труб, экраны кинескопов и др.). С металлическим корпусом синтетические вещества
соединяют водостойким клеем, температура плавления которого ниже температуры
плавления приклеиваемого вещества. С повышением требований к точности формы
полируемой поверхности толщина материала должна уменьшаться. Соответственно
повышаются требования к точности формы поверхности металлического корпуса.
Четко сформулированных требований к физико-механическим свойствам мате-
материалов, образующих рабочую поверхность полировальников, пока нет. Максималь-
Максимальной интенсивностью полирования стекла обладают материалы с модулем упругости
(l-j-3) 109 Н/м2. Верхний предел соответствует упругости, допускающей нивелирова-
нивелирование уровня выступающей части закрепленных зерен. Нижний предел характеризует
упругость, которая необходима для передачи стеклу усилий резания.
Жидкости для промывки заготовок и чистки деталей. Жидкости данного назна-
назначения должны быстро и надежно удалять загрязнения, растворять защитные лаки,
наклеечные смолы и другие вещества, не должны содержать взвешенных частиц и
растворенных примесей, которые могут загрязнить оптическую поверхность, не
должны оказывать разрушающего воздействия на полированные поверхности, не
должны обладать токсичностью.
На отдельных стадиях и по окончании процесса механической обработки заго-
заготовок используют следующие составы.
1. Чистую воду комнатной температуры для удаления шлифующих и полирую-
полирующих абразивов.
2. Водные 5—10 %-ные растворы NaOH и КОН для растворения наклеечных
смол, защитных лаков, воска, парафина и других веществ. Полированные поверх-
поверхности растворами щелочей не промывают, так как они вызывают их разрушение и
вскрывают заполированные царапины.
3. Органические растворители и их смеси для растворения наклеечных смол и
защитных лаков на полированных поверхностях. Бензин (ГОСТ 1012—72*) хорошо
растворяет сосновый пек, воск и жировые загрязнения, хуже — канифоль. Ацетон
(ГОСТ 2768—79) растворяет канифоль, защитные лаки на основе нитроэмалей, жиры,
каучук. Этиловый спирт (ГОСТ 18300—72*) растворяет наклеечные смолы, спиртовые
лаки, шеллак, плохо — восковые смеси. Смеси растворителей (ацетон—бензин,
ацетон—спирт, спирт—бензин) используют для растворения смол и защитных лаков.
4. 1 %-ный раствор двухлористого олова в концентрированной соляной кислоте
для удаления следов полирующего абразива по контуру детали и с фасок.
Чистку полированных поверхностей перед нанесением на них покрытий произво-
производят органическими растворителями: петролейным эфиром (ГОСТ 11992—66), который
представляет погоны легкого бензина (кипение при температуре от 40 до 70 С);
этилацетат (ГОСТ 8981—71); спиртом-ректификатом этиловым (ГОСТ 18300—72*);
спиртом-ректификатом сухим; смесью петролейного эфира со спиртом и др.
Защитные лаки и эмали. Лаки и эмали для защиты полированных поверхностей
должны обладать хорошей адгезией к наклеечной смоле и стеклу (или кристаллу),
не вступать в химическое взаимодействие, легко отделяться от изделия, не требуя для
этого большого количества растворителя, при высыхании образовывать гладкую одно-
однородную пленку.
Марку лака или эмали выбирают в зависимости от вида выполняемой операции,
материала заготовок и способа их соединения с приспособлением. Из большой но-
номенклатуры лаков и эмалей в оптическом производстве используют, в частности,
следующие:
нитроэмаль НЦ-25 (ГОСТ 5406—73*) — раствор нитроцеллюлозы, смолы и кра-
красящих пигментов в смеси летучих органических растворителей; применяется для
защиты полированных поверхностей заготовок, соединяемых с приспособлением
160
приклеиванием (смоляные подушки, прокладки, пропитанные смолой), для защиты
швов соединений заготовок с контактным приспособлением;
цапонлак НЦ-62 — раствор нитроцеллюлозы в летучих органических раствори-
растворителях с добавлением пластификаторов; имеет то же назначение, что и нитроэмаль
НЦ-25;
фторопластовый лак — раствор лакового полимера Ф32Л в смеси ксилол—
ацетон—амилацетат; применяют для защиты полированных поверхностей деталей из
химически нестойких стекол, а также растворимых и гигроскопичных кри-
кристаллов;
битумный лак (ГОСТ 312—79) — раствор битума в толуоле; наносят на поверх-
поверхности заготовок, соединяемые с приспособлением; лак увеличивает адгезию наклееч-
наклеечной смолы к заготовке и улучшает условия наблюдения дефектов на полируемой
поверхности;
матовая эмаль ХС-1107 и эмаль ПФ-163 (ГОСТ 5971—78); предназначены для
окрашивания нерабочих поверхностей и фасок деталей из стекла и полимеров в целях
уменьшения светорассеяния и устранения бликов.
Протирочные материалы. Вымытые оптические детали протирают салфетками
из мягких белых тканей: фланель (ГОСТ 7259—77), батист (ГОСТ 8474—80), льняное
ношеное полотно и др. В зависимости от стадии процесса пользуются простиранными
или обезжиренными и выглаженными салфетками (ГОСТ 8474—80). Окончательную
чистку полированных поверхностей производят медицинской гигроскопической
ватой, подвергнутой дополнительной обработке — обезжириванию. Количество
жиров доводят до 0,01—0,15 %.
1> Кушсцоп С. М. и др.

Глава 5
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
5.1. Способы формообразования сферических
и плоских поверхностей
Принудительное формообразование. В основе принудительного формообразо-
формообразования лежит геометрия пространственного пересечения двух тел — тонкостенного
цилиндра /, представляющего инструмент, и изделия 2 (рис. 5.1, а). Оба тела
жестко связаны с осями вращения (ОК и 0Z соответственно), которые лежат
в одной плоскости и пересекаются в точке 0 под некоторым углом а. При вращении
этих тел и перемещении одного из них вдоль оси Oz кромка инструмента вырезает
в теле изделия поверхность, все точки которой лежат на окружности, образованной
вращением инструмента относительно оси ОК, И равноудалены от точки 0. В то
же время все точки поверхности, вырезанной инструментом, представляют тело
вращения относительно оси 0Z и также равноудалены от точки 0. Данному гео
нетрическому свойству удовлетворяет сфера, уравнение которой в системе коорди-
координат, связанной с изделием, таково: X2 + У1 + 22 = R2.
В зависимости от положения кромки инструмента относительно оси вращения
изделия может быть получен сферический пояс или сферический сегмент. Радиус R
поверхности сегмента R = D/Bs\n а), где D — диаметр инструмента. Сохраняя по-
положение кромки инструмента на оси 0Z и изменяя угол а, радиус поверхности R
увеличивают или уменьшают. При а = О R = оо. При конечной ширине кромки
инструмента ее положение относительно оси вращения изделия определяется формой
обрабатываемой поверхности (рис. 5.1,6).
Жесткая кинетическая связь системы СПИД, в которой замыкающим звеном
является изделие, определяет зависимость точности формообразования от точности
оборудования, что ограничивает область применения данного способа операцией
грубого шлифования сферических и плоских поверхностей. Практически ее выпол-
выполняют при помощи алмазного инструмента на предварительно настраиваемых стан-
станках, работающих в полуавтоматическом или автоматическом цикле. Возможность
применения статистических методов для анализа процесса формообразования по-
позволяет объективно оценить технико-экономические характеристики оборудования,
в частности:
абсолютную точность станка, под которой имеют в виду степень рассеяния
производственных погрешностей, связанную с настройкой станка и его качеством;
относительное качество настройки станка, определяемое разбросом центров
группирования;
нестабильность изготовления партии изделий, характеризуемую переменным
рассеянием производственных погрешностей или изменением доминирующего фак-
фактора;
соответствие между заданным допуском и точностью станка, критерием кото-
которого является величина, характеризующая отношение полного поля рассеяния
оборудования и ошибок настроек к полю допуска на изготовление изделия.
Поверхностный притир. Поверхностный притир представляет собой способ
формообразования, основанный на взаимном износе поверхностей двух тел — изде-
изделия и инструмента, которые контактируют друг с другом непосредственно или через
прослойку свободного абразива.
При практической реализации данного способа формообразования (рис. 5.2)
нижнее звено /, функцию которого может исполнять как инструмент, так и изделие,
жестко связано с осью 2 и вращается вместе с ней. Верхнее звено 3, изделие или
162
инструмент прижимается к нижнему собственной массой и силой нажатия по-
поводка 4. Шаровой шарнир, посредством которого соединены между собой поводок
и верхнее звено, позволяет последнему свободно самоустанавливаться на поверх-
поверхности нижнего звена. Под действием шатунно-кривошипного механизма поводок,
а вместе с ним и верхнее звено совершают возвратно-колебательное движение по за-
закону, близкому к гармоническому. Вращающееся нижнее звено под действием сил
сцепления увлекает в самопроизвольное вращение верхнее звено. При формообра-
формообразовании сферических поверхностей ось вращения верхнего звена проходит через
шаровой шарнир и центр общей сферы притираемых поверхностей. Если притирают
плоские поверхности, то оси
5) /*\-г? вращения верхнего и ниж-
нижнего звеньев параллельны.
Рис. 5.1. Схема принудительного формообразова- Рис. 5.2. Схема формообразо-
ния (а) и положение рабочей кромки алмазного вания поверхностным прити-
инструмента в зависимости от формы поверхности ром
изделия (б)
Различают две фазы притира: нестационарную и стационарную. В первой фазе
контактирующие участки поверхностей в результате их взаимного перекрытия рас-
расширяются и усредняются. Во второй фазе поверхности соответствуют друг другу,
отличаясь на размер зазора, который образует абразивная прослойка. Большое
число одновременно работающих зерен абразива (шлифующего, полирующего)
обеспечивает высокую равномерность микроструктуры обработанной поверхности.
Способ поверхностного притира позволяет на несложном оборудовании получать
предельно точные (ограничиваемые возможностями существующих средств техноло-
технологического контроля) поверхности сферической и плоской формы.
Так как время контакта, а следовательно, и износ краевых и центральных
зон притираемых поверхностей разные, их форма в стационарной фазе притира
непрерывно изменяется. Заданный радиус или величину отступления от плоскости
поверхность изделия имеет только в определенный момент времени. Отсутствие
функциональной и количественной связи, устанавливающей закономерность изме-
изменения, определяет необходимость управления процессом поверхностного притира.
Нестабильность формы поверхности инструмента в результате его износа услож-
усложняет задачу циклического повторения операций, а повышение интенсивности про-
процесса, ускоряя изменение формы притираемых поверхностей, затрудняет определе-
определение момента времени, когда форма поверхности изделия находится в пределах до-
допустимого отклонения. Для использования поверхностного притира в процессах,
выполняемых в полуавтоматическом цикле, условия его реализации должны обеспе-
обеспечивать постоянство формы поверхности инструмента в течение длительного времени.
В зависимости от количества изделий, изготовляемых по неизменяемому чертежу,
их типа, размера и требований к точности задачу решают разными путями.
5.2. Способы механической обработки оптических материалов
Обработка шлифующими абразивами. Шлифование оптических материалов
может быть выполнено при помощи алмазного инструмента или свободного
абразива.
6* 163

Шлифование алмазным инструментом. Шлифование алмазным инструментом
независимо от вида выполняемой операции представляет собой процесс хрупкого
разрушения стекла, которое происходит в результате царапающего воздействия
закрепленных зерен. Когда режущая кромка зерна вступает в контакт со стеклом,
в его поверхностном слое под действием сил, совпадающих с направлением подачи
и направлением движения зерна, возникают напряжения. По мере нарастания силы
резания напряжения увеличиваются, достигают предела прочности стекла и пре-
превышают его. При этом перед режущей кромкой зерна появляются трещины, напра-
направленные в сторону его движения. Происходит хрупкое разрушение стекла — вы-
выкалывание частиц, отделяемых от
основной массы. При дальнейшем ', v ■ Т
движении зерно вновь входит в кон- ( ——-— _ \
такт со стеклом, процесс нарастания
усилий, напряжений и разруше-
<У,Н/м2к
/i
\
I
t,o.
. °2
Рис. 5.3. Цикл элементарного
разрушения стекла закреплен-
закрепленным алмазным зерном
Рис. 5.4. Силы, действующие на алмаз-
алмазное зерно н стекло в процессе шлифо-
шлифования
ния повторяется. Действие зерна, испытывающего резко меняющуюся нагрузку,
носит вибрационный характер. Общее время (ц одного цикла элементарного разру-
разрушения (рис. 5.3) складывается из времени (г роста напряжений и времени t2, в те-
течение которого происходит образование, рост трещины и отделение частиц стекла.
За время 1ц напряжение а достигает критического значения стшах и падает до
минимального 0"min. Время t2 составляет 10~3—10~5 с. Скорость распространения
трещин в стекле достигает 1500 м/с [4].
Вдоль пути, пройденного единичным алмазным зерном, остается царапина.
Взаимное пересечение большого числа царапин, образованных всеми одновременно
работающими зернами, приводит к отделению множества частиц. Образуется шеро-
шероховатая шлифованная поверхность.
На работающее алмазное зерно действует сила Рр (рис. 5.4), с которой стекло
сопротивляется оказываемому на него разрушающему воздействию. Составляют
ее Ру — осевая сила, направленная в сторону, противоположную усилию прижима
зерна к стеклу; Рх — сила, действующая в плоскости движения зерна по стрелке V3
и направленная в сторону, противоположную этому движению; Рг — сила, дей-
действующая в плоскости движения зерна по стрелке Уи и направленная в сторону,
противоположную этому движению. Силы Ру, Рх и Рг возникают как вследствие
сопротивления стекла его разрушению, так и в результате трения зерна и связки
о поверхность стекла и о продукты его износа. При этом сила Ру стремится пере-
переместить зерно в материал связки, но, встречая сопротивление последней, оно вда-
вдавливается в стекло. Силы Рх и Рг стремятся вырвать зерно из связки, создавая
опрокидывающие моменты на плече, равном высоте его выступающей части Лв.ч.
Для зернистостей алмаза до 125/100 она пропорциональна максимальному размеру
зерна основной фракции и составляет 0,3d3. При большей крупности алмаза из-за
возрастающих усилий Рх и Рг уровень погружения зерен в связку увеличивается.
Устойчиво работают зерна, у которых Лв.ч = 0,25d3. В отдельных случаях (при
распиливании, сверлении и других операциях) одна из тангенциальных составля-
составляющих может отсутствовать.
164
В процессе работы инструмента режущая кромка зерен притупляется. При этом
под воздействием возрастающего сопротивления стекла и в результате износа связки
прочность закрепления зерен достигает критического значения, и они могут быть
вырваны из связки. Взамен их в работу вступают новые. Происходит самозатачива-
самозатачивание инструмента. При прочном закреплении зерен процесс их удаления затруд-
затрудняется. Такие зерна в совокупности с адгезионным взаимодействием частиц раз-
разрушенного стекла со связкой образуют на рабочей поверхности инструмента износо-
износоустойчивый слой. Если износ зерен не сбалансирован с износом связки, режим
самозатачивания нарушается, режущая способность инструмента снижается.
Рис. 5.5. Разрушение стекла зерном свободного абразива
Шлифование свободным абразивом. При шлифовании свободным абразивом
разрушение стекла происходит под воздействием перекатывающихся зерен, которые
находятся в зазоре между поверхностью изделия и инструмента (рис. 5.5). При-
Прижатые с некоторым усилием друг к другу они совершают относительное перемещение.
Размер зерен мал, поэтому они кантуются с большими угловыми скоростями, и,
вступая в контакт со стеклом, наносят удар. В точке контакта возникают напря-
напряжения сжатия, направленные в основном в сторону приложенного усилия. По мере
возрастания усилий пространство, занимаемое напряжениями, увеличивается.
У поверхности они действуют как растягивающие и, превысив предел прочности
стекла на разрыв, отрывают наружные слои стекла от внутренних. Возникает тре-
трещина конической формы. При перекатывании последующих зерен по тем же местам
трещины пересекаются и отделяют частицы стекла от основной массы. Образуется
рельеф в виде множества выступов и впадин, который представляет шероховатость,
характерную для шлифованной поверхности. Статистический характер воздействия
большого числа одновременно работающих зерен и малое рассеяние энергии эле-
элементарного разрушения определяют исключительную однородность рельефа шли-
шлифованной поверхности. В энергетическом отношении к. п. д. процесса шлифования
свободным абразивом очень мал. Энергия на диспергирование составляет сотые
доли процента от всей затраченной механической работы. Остальная ее часть пере-^
ходит в теплоту [5].
Строение поверхности стекла, разрушенной шлифующим абразивом. Неровности
шлифованной поверхности представляют рельефный слой (рис. 5.6), который харак-
характеризуют максимальной высотой Rz неровностей или среди им арифметическим
отклонением профиля Ra (ГОСТ 2789—73*). Численные значения Rz и Ra полу-
получают измерением неровностей поверхности с помощью профилографа, микроинтер-
микроинтерферометра, двойного микроскопа Линника и других средств. Угол при вершине
выступов и впадин неровностей равен 115—130° и не зависит от зернистости абра-
абразива. Наблюдается, хотя и недостаточно четко выраженная, связь его значения
с химическим составом стекла, определяющим механическую прочность. С повыше-
повышением прочности угол возрастает.
При шлифовании хрупких материалов неровностям поверхности, представля-
представляющим рельефный слой Лр, всегда сопутствует объемная сетка трещин, распростра-
распространяющихся в глубь стекла от уровня впадин. Эта зона Лтр носит название трещино-
трещиноватого слоя. Общая глубина разрушения представляет собой нарушенный слой F.
165

Отношение глубины F нарушенного слоя к высоте ftp рельефного слоя не зависит
от марки стекла, зернистости абразива и для данного способа механической обра-
обработки является величиной постоянной: 2,7 и 4,0 — при шлифовании алмазным
инструментом и свободным абразивом соответственно.
При шлифовании свободным абразивом глубина F нарушенного слоя про-
пропорциональна номеру зернистости абразива (до №8 — № 10) и коррелирует с отно-
относительной твердостью стекла по сошлифовыванию. Для стекла марки х глубину
Таблица 5.1. Значения Fm
и Ам в зависимости
от зернистости Мп абразива
и положения инструмента
Рис. 5.6. Строение поверхности стекла, разрушенной шли-
шлифующим абразивом
слоя, нарушенного абразивом зернистости М, находят умножением ее значения
Fm для стекла марки К8 (табл. 5.1) на соответствующий стеклу марки х перевод-
переводной коэффициент /Ст (табл. 5.2):
tM~ ? м
При шлифовании алмазным инструментом зависимость между глубиной F
нарушенного слоя и зернистостью М алмазного порошка носит квадратичный
характер. Меньшая глубина слоя, нарушаемого алмазным инструментом, является
следствием меньшего угла, под которым раз-
разрушающие усилия направлены к обрабатыва-
обрабатываемой поверхности, и действия силы трения,
которая смещает в этом направлении максималь-
максимальные касательные напряжения.
Влияние строения шлифованной поверх-
поверхности на механическую прочность стекла.
Рельефный слой ftp при постоянной глубине
трещиноватого слоя ftTp на механическую
прочность стекла не влияет. С уменьшением
трещиноватого слоя прочность возрастает и при
его полном удалении приближается к теорети-
теоретическому пределу разрушения [7]. Необходимым
условием повышения механической прочности
является высокая степень однородности зерно-
зернового состава шлифующего абразива, с которой
связана глубина проникновения трещин. Исходя
из условий эксплуатации оптических деталей,
которые подвергаются в основном растяжению
и изгибу, прочность стекла определяют методом
симметричного изгиба.
Обработка полирующими абразивами.
Это завершающая стадия механической об-
обработки, в результате выполнения которой неровности] поверхности оказываются
меньше длины волны видимой области спектра.
Механизм процесса полирования. Совокупность данных, накопленных за послед-
последние десятилетия, послужила основой гипотезы, с позиций которой полирование
рассматривают как процесс резаиия стекла зернами абразива, закрепленными в по-
поверхностном слое материала, образующего рабочую поверхность полировальника.
При относительном перемещении изделия и инструмента зерна полирующего абра-
абразива, подобно резцам, срезают ультрамикроскопические частицы, пластически де*
166
Номер
зерни -
стости
абразива
мп
М28
М20
М14
М10
М7
X о
»• о S
>• ~ -.
22
15
10
7
5
Толщина
СЛОЯ
абразива
(мкм
при
положении
инструмента
сн и зу
29
20
13
8
5
сверху
31
27
19
14
11
Таблица 5.2. Коэффициент Кч относительной твердости
по сошлифовыванию оптических стекол разных марок
Марка
стекла
ЛК1
Л КЗ
ЛК4
ЛК5
Л Кб
Л1<7
ФК1
ФК13
ФК'4
К1
К2
КЗ
К5
К8
К14
К15
К17
К18
К19
К20
БК4
0,9
0,9
0,9
1,6
0,7
1,0
0,4
0,5
0,2
0,9
,0
,0
,0
,0
,0
,0
,0
.0
0,9
1,0
0,8
Марка
стекла
Б Кб
БК8
БК9
БК.Ю
БКП
БК12
БК13
ТК1
ТК2
ТК4
ТК8
ТК9
ТК12
ТК13
ТКИ
ТК16
ТК17
ТК20
ТК21
ТК23
сткз
А'т
т
0,9
0,8
0,8
0,7
0,9
0,9
0,9
0,9
0,8
0,6
0,7
0,7
0,8
0,8
0,7
0,7
0,9
0,8
0,8
0,9
0,8
Марка
стекла
СТК7
СТК8
СТК9
сткю
СЖ12
КФ1
КФ4
КФ5
КФ6
КФ7
КФ8
БФ1
БФ4
БФ6
БФ7
БФ8
БФ11
БФ12
БФ13
БФ16
БФ18
Кт
Т
0,5
0,5
0,9
—
3,0
0,9
0,8
1,2
1,0
0,8
1,0
1,0
0,8
0,6
0,6
0,5
0,5
0,6
0,6
0,5
0,9
Марка
стекла
БФ19
БФ21
БФ23
БФ24
БФ25
БФ26
БФ27
БФ28
ТБФЗ
ТБФ4
ЛФ1
ЛФ5
ЛФ7
ЛФ8
ЛФ9
ЛФ10
ЛФ11
ЛФ12
Ф1
Ф2
0,7
0,9
0,7
0,9
0,9
0,9
0,9
0,8
1,3
1,7
0,9
0,8
0,7
0,8
—
0,9
0,7
—
0,5
0,6
Марка
стекла
Ф4
Ф6
Ф7
Ф8
Ф9
Ф13
ТФ1
ТФ2
ТФЗ
ТФ4
ТФ5
ТФ7
ТФ8
ТФ10
ТФ12
ОФ1
ОФ2
ОФЗ
ОФ4
ОФ5
0,6
0,7
0,7
0,7
0,5
0,7
0,5
0,6
0,5
0,6
0,5
0,5
0,6
0,5
0,8
0,9
0,6
0,8
0,4
0,3
формируя поверхностный слой обрабатываемого материала. Размер образующихся
неровностей много меньше длины волиы видимой области, поэтому оии ие обнаружи-
обнаруживаются при обычном наблюдении. Условия, необходимые для такого процесса,
создаются совокупностью одновременного действия нескольких факторов: упруго-
пластическими свойствами материала, образующего рабочую поверхность поли-
полировальника, которые определяют возможность нивелирования уровня выступа-
выступающей части зерен; малым размером последних; несжимаемым слоем жидкости в за-
зазоре между притираемыми поверхностями, ограничивающим глубину врезания
зерен в обрабатываемый материал. Определенную роль в процессе играют и химиче-
химические реакции, в частности гидролиз ультрамикроскопических частиц стекла, среза-
срезаемых зернами абразива. Размер этих частиц примерно равен 10~2 мкм. Продукты
гидролиза заполняют дефекты (царапины, точки) на полируемой поверхности.
Строение полированной поверхности стекла. При определенных условиях
наблюдения на полированной поверхности стекла можно обнаружить неровности —
следы работы зерен полирующего абразива. Их размер, по данным разных авторов,
для стекол, имеющих неодинаковую твердость, лежит в пределах @,3^-3,0) 10~2 мкм,
В то время как толщина пленки коллоидной кислоты, образующейся под действием
атмосферной влаги или воды на поверхности стекол разных марок, лежит в пре-
пределах A,5-^7,0) 10~3 мкм. Увеличение размера зерна полирующего абразива, по-
повышение упругости материала, образующего рабочую поверхность полировальника,
и уменьшение твердости стекла вызывают закономерное увеличение неровностей.
В видимой и ИК-областях спектра, когда длина волны света значительно превос-
превосходит размер неровностей полированной поверхности, последние не влияют па ра-
работу оптической детали. В УФ-области неровности того же размера становятся
сопоставимыми с длиной волны. Они вызывают рассеяние света и снижают его про-
пропускание. Строение полированной поверхности имеет существенное значение для
подложек, на которые наносят тонкие пленки, где размер неровностей допустим
в пределах десятых долей нанометра.
Особенностью полированной поверхности является наличие упрочненного
слоя, микротвердость которого превышает микротвердость поверхности излома.
Глубина fty распространения упрочненного слоя зависит от физико-механических
167

Свойств оптического материала. У стекла, в частности, глубина Лу (мкм) коррели-
коррелирует с коэффициентом Кт относительной твердости по сошлифовыванию [13]:
Лу = 0,6 [З,34//Ст - 1,34]-2/3 + 2,4.
5.3. Операции механической обработки
оптических материалов
Распиливание стекла. Распиливание стекла относится к операциям, выпол-
выполняемым при изготовлении заготовок.
Способы выполнения операции. Стекло листовое полированное толщиной до
10 мм разрезают алмазным резцом — кристаллом природного или синтетического
алмаза, закрепленным в металлической оправе. Масса кристалла 0,02—0,2 карата.
Различают стеклорезы с естественными и искусственными режущими ребрами. Для
изготовления первых используют прозрачные и полупрозрачные кристаллы алмаза
с плотной структурой в виде многогранников с острыми ребрами; для вторых —
кристаллы с более тупыми ребрами, в том числе ранее использованные для стекло-
стеклорезов с естественными режущими ребрами, осколки разрушенных крупных при-
природных кристаллов и крупные кристаллы синтетических алмазов. Стеклорезы
с искусственными режущими ребрами регламентированы ГОСТ 10111—74*. Стекло-
Стеклорез устанавливают перпендикулярно к поверхности стекла и при незначительном
прижатии к нему проводят (по трафарету) ряд параллельных линий, по которым
и разламывают лист. Глубину трещин увеличивают ударами острого конца метал-
металлического молотка вдоль линии разреза с противоположной стороны листа. В той
же последовательности производят дальнейшее уменьшение размера стекла. Не-
Недопустимо повторное прохождение резца по проведенной ранее линии, так как это
приводит к разрушению режущей кромки кристалла.
Стекло листовое, плитки и пластины толщиной до 20 мм со шлифованными и
полированными поверхностями разрезают роликами из твердого сплава. Устройство
представляет собой диск диаметром от 4 до 10 мм, режущая кромка которого за-
заточена под углом 50°. Диск свободно вращается на оси, соединенной с рукояткой.
При разрезке его с усилием прижимают к стеклу и прокатывают в нужном напра-
направлении. Глубину проникновения трещин в толщу стекла увеличивают так же, как
и в предшествующем способе.
Стекло в виде кусков, а также плитки и пластины толщиной более 20 мм рас-
распиливают алмазными кругами формы АОК. Из-за сравнительно небольшого объема
таких работ конструкции распиловочных станков не унифицированы (см. гл. 9).
Установку инструмента на шпинделе станка выполняют с минимальным торцевым
@,03—0,25 мм) и радиальным @,04—0,1 мм) биением. Биение вызывает неравно-
неравномерный износ режущей кромки инструмента, увеличение ширины пропила, появле-
появление в стекле трещин и заколов.
Крупногабаритные пластины и стекло, отлитое в блок, распиливают на за-
заготовки в виде плиток алмазными кругами формы АПСД, полосовыми пилами с ал-
алмазосодержащими элементами, а также алмазным инструментом в виде бесконеч-
бесконечного стального каната с надетыми на него алмазосодержащими кольцами. Тип ин-
инструмента и конструкции станка (рамный, портальный и др.) определяются раз-
размерами разрезаемого блока.
Характеристики инструмента. Алмазные отрезные круги формы АОК
(ГОСТ 10110—78) представляют диск из холоднокатаной стали марки 08кп
(ГОСТ 1050—74**), по периферии которого способом порошковой металлургии
закреплен алмазосодержащий слой. Диаметр кругов от 50 до 500 мм. Толщина от
0,15 до 2,4 мм. Профиль алмазосодержащего слоя прямоугольный и трапецеидаль-
трапецеидальный. Марка применяемых алмазных порошков А, АСВ, АСК и АСС. Зернистость
от 50/40 до 630/500. Концентрация возрастает от 25 до 100 % с увеличением зерни-
зернистости порошка и диаметра круга. Круги формы АПСД (ГОСТ 16115—78) отли-
отличаются конструкцией режущей кромки, которая составлена из отдельных алмазо-
алмазосодержащих сегментов, связанных с несущей поверхностью припаиванием. Диа-
Диаметр круге» от 250 до 2000 мм. Толщина от 2,5 до 12,0 мм. Марка алмазного по-
порошка—А. Зернистость от 400/315 до 630/500. Концентрация от 25 до 100%.
Характеристики алмазосодержащих элементов для полосовых пил аналогичны
используемым в кругах формы АПСД. Алмазосодержащие кольца для гибкого ин-
168
струмента изготовляют способом гальваностегии. Алмазный порошок закрепляют
осаждением никеля или меди.
Режимы распиливания стекла. Данные для ориентировочного выбора режима
распиливания стекла алмазными отрезными кругами формы АОК и АПСД при-
приведены в табл. 5.3.
Таблица 5.3.
Распиливаемый
материал
Стекло (ГОСТ 3514—76**)
Стекло кварцевое
(ГОСТ 15130—79)
Режим распиливания оптического стекла
Окружная
скорость
круга, м/с
20—30
25-30
Подача,
мм/мин
50—150
25—40
Производи-
Производительность,
СМ2/Ч
1500—3000
600—1000
Удельный
расход
алмаза,
кар/дм3
0,2—0,3
0,3—0,5
Сверление отверстий. Номенклатура оптических деталей, в которых сверлят
отверстия, ограничена. Отличительной особенностью операции является разнообра-
разнообразие способов ее выполнения и конструкции инструмента.
Способы выполнения операции. Отверстия в стекле сверлят алмазным инстру-
инструментом и металлическим трубчатым инструментом со свободным абразивом. Опера-
Операцию выполняют на обычных станках, используемых для сверления отверстий в ме-
металле. Для работы с алмазным инструментом их оснащают системой подачи СОЖ
и устройством ее подвода под давлением во внутреннюю полость инструмента. Из-
Избыточное давление обеспечивает проникновение СОЖ в зону контакта режущей
кромки инструмента со стеклом и вынос оттуда продуктов износа.
Металлическим трубчатым инструментом с использованием свободного абразива
сверлят отверстия, диаметр которых не соответствует размерам нормализованного
алмазного инструмента. Вид абразива (карбид бора, карбид кремния) и его зерни-
зернистость назначают в зависимости от твердости стекла и требуемой шероховатости
образующей отверстия. Концентрация суспензии Т : Ж = 1 : !■=- 1 : 2.
Рис. 5.7. Схема сверления глубоких отверстий малого диаметра
Хрупкость стекла исключает применение принудительной подачи, поэтому ее
осуществляют либо вручную, либо под действием груза. Во избежание образования
выколок на поверхности выхода инструмента (алмазного, металлического) из изделия
к этой поверхности должна быть приклеена стеклянная пластинка. Точность про-
просверленных отверстий соответствует 11 — 13-му квалитетам.
Глубокие отверстия E00 мм и более) диаметром до 5,0 мм сверлят на спе-
специализированных станках, оснащенных устройством, которое позволяет уменьшить
увод оси отверстия, называемый биением инструмента. В процессе сверления точные
цилиндрические направляющие / (рис. 5.7) вместе со столом станка и установлен-
установленным на нем изделием 3 перемещаются относительно инструмента 2 [15].
Отклонение оси отверстия на длине 100 мм не превышает 10—15 мкм. Погреш-
Погрешность может быть уменьшена, если изделию сообщить вращение в сторону, противо-
противоположную вращению инструмента. СОЖ подают в зону контакта режущей кромки
инструмента с изделием под избыточным давлением через полый инструмент.
Отперггия малых диаметров (менее 1 мм), а также отверстия глухие и некруг-
некруглой формы образуют прошивкой на УЗ установках при помощи свободного абра-
169

зива — карбида бора. Зернистость назначают в зависимости от требований к шеро-
шероховатости образующей отверстия. Концентрация суспензии Т : Ж = 1 : '"^ 1 : 2.
В процессе прошивки отверстия между рабочей поверхностью инструмента и поверх-
поверхностью изделия поддерживают зазор 0,05—0,1 мм. Отсутствие его вызывает затуха-
затухание колебаний и снижение производительности.
Характеристики инструмента. Алмазный инструмент для сверления отвер-
отверстий имеет несколько разновидностей, отличающихся конструкцией алмазосодержа-
алмазосодержащего слоя и способом его закрепления на корпусе.
Круги формы СКА-С нормализованы в диапазоне диаметров от 5,0 до 100,0 мм.
От кругов формы 2А2 они отличаются тем, что для уменьшения площади контакта
поверхности инструмента со стеклом наружный диаметр алмазосодержащего слоя
несколько больше, а внутренний несколько меньше диаметра корпуса.
Рис. 5.8. Алмазный инструмент
для сверления с эксцентричной ре-
режущей кромкой
Рис. 5.9. Алмазный инструмент
для сверления глубоких отверстий
В инструменте используют алмазы марок АСК и АСС. Концентрация порошка
100 %. Зернистость алмазного порошка назначают в зависимости от диаметра ин-
инструмента (мм):
Диаметр инструмен-
инструмента, мм
Зернистость по-
порошка
5—10
11—60
65 —S
85 — I 00
125/100—160/125 125/100 00/160 125/100 — 250/200 125/100 — 315/250
Алмазосодержащий слой изготовляют способом порошковой металлургии. Тип
связки — Ml.
Кольцевые круги с эксцентричной внутренней режущей кромкой [6] отли-
отличаются от кругов формы СКА-С тем, что ось симметрии внутренней режущей кромки
алмазосодержащего слоя смещена по отношению к оси наружной кромки (рис. 5.8),
которая совпадает с осью вращения инструмента. Эксцентриситет Ь находится
в пределах от 0,1 до 0,3 мм в зависимости от диаметра инструмента. Уменьшение
диаметра высверливаемого керна на удвоенный размер эксцентриситета уменьшает
трение внутренней стенки инструмента о керн, обеспечивает доступ СОЖ в рабочую
зону и облегчает удаление продуктов износа. Марки используемого алмаза, его
концентрация, зернистость и тип связки те же, что и у кругов формы СКА-С.
Трубчатый алмазный тонкостенный инструмент [17] отличается от рассмотрен-
рассмотренных тем, что его алмазосодержащий слой изготовляют способом гальванопластики.
Малая ширина режущей кромки (менее 0,5 мм) и соответственно небольшая сила
трения обеспечивают высокую интенсивность процесса сверления.
Алмазный инструмент для сверления глубоких отверстий диаметром от 0,5
до 3,0 мм, с отношением длины отверстия к диаметру до 1000 : 1 состоит из кор-
корпуса 2 в виде цилиндрического стержня (рис. 5.9), один конец которого обработан
под треугольный профиль. На этой части корпуса способом порошковой металлургии
или гальваностегии закреплен алмазосодержащий слой /. С торца в инструменте
выбран продольный паз с криволинейной формой дна [16]. Когда такой инструмент
врезается в стекло, в центре высверливаемого отверстия все время остается конус-
конусный стержень. Выполняя функцию опоры, он создаст условия для прямолинейного
движения инструмента.
Металлический трубчатый инструмент для сверления отверстий при помощи
свободного абразива изготовляют из стали или латуни. Тип конструкции (рис. 5.10)
определяется диаметром высверливаемого отверстия. Толщина стенки инструмента
0,5—1,0 мм. По цилиндрической образующей прорезают пазы (через 120° или 60°
в зависимости от диаметра инструмента), через которые в зону контакта рабочей
кромки со стеклом попадает суспензия абразива.
170
Режим сверления. Режим сверления алмазным инструментом назначают в за-
зависимости от его диаметра:
Диаметр, мм .... 5 —Ю 11—30 31—60
Частота вращения
инструмента, с 170—100 100 — 50 50 — 25
Подача, мм/мин . 30 — 25 30 — 25 15 — 20
Давление СОЖ,
р-Юь, Па .... 3,0 — 2,0 2,0—1,5 1,5—1,0
61—80
25—17
20—15
1,5—1,0
81 — 100
17-8
15—10
1,0-0,5
Удельный расход алмазов составляет от 0,2 до 0,3 карата на 1 м длины про-
просверленного отверстия в зависимости от диаметра инструмента и твердости стекла.
Я
,02-5
25
110
-оч
I
А
025
1
1
-200
Рис. 5.10. Металлический трубчатый инструмент для сверления отверстий свобод-
свободным абразивом
Для получения отверстий заданной точности установка инструмента на станке
должна быть выполнена с минимальным радиальным биением (не более 0,05—0,1 мм,
в зависимости от диаметра инструмента).
При сверлении отверстий с помощью свободного абразива линейную скорость
металлического инструмента в зависимости от его диаметра ограничивают диапазоном
1—3 м с. Малые значения скорости определяются сложными условиями проник-
проникновения абразива в зону контакта рабочей кромки инструмента со стеклом, вероят-
вероятностью его нагрева и разрушения.
При прошивке отверстий на УЗ установках частота колебаний инструмента 20—
30 кГц, амплитуда колебаний 0,005—0,03 мм.
Круглое шлифование пластин. Исходные заготовки пластин не соответствуют
размеру, требуемому от готовой детали. Обеспечивает его операция круглого шли-
шлифования.
Способ выполнения операции. Обработку заготовок по диаметру выполняют на
круглошлифовальных станках алмазными кругами формы 1А1 по ГОСТ 16167—80.
Заготовки обрабатывают группой, собирая в столбик. При диаметре или длине диа-
диагонали заготовок менее 20 мм их склеивают между собой. Для исключения вы-
колок на ребрах крайних заготовок к ним приклеивают вспомогательные пластинки.
Заготовки диаметром более 20 мм не склеивают. Их собирают в столбик, чередуя
с бумажными прокладками. Столбики устанавливают в центрах станка через ме-
металлические шайбы с прокладкой из войлока или картона. Погрешность обработки
по диаметру возникает из-за неравномерного распределения припуска (неодинаковый
размер заготовок, погрешность сборки столбика) и деформации столбика в процессе
обработки. При неравномерном распределении припуска изменяются усилия шли-
шлифования, происходит отжим системы СПИД. Столбик копирует исходную форму
заготовок с большим или меньшим приближением к геометрически правильному
цилиндру. При недостаточной жесткости столбик прогибается в процессе шлифова-
шлифования под действием радиальной составляющей силы резания и приобретает бочкооб-
бочкообразную форму. Наибольший прогиб наблюдается при положении инструмента по-
посередине промежутка между центрами. Учитывая влияние жесткости столбика на
точность обработки, отношение его длины к диаметру ограничивают величиной
10: 1.
171

карактеристики инструмента. Их выбирают в зависимости от размера инстру-
инструмента, который определяется моделью станка и диаметром изделия. При назначении
зернистости алмаза должны быть согласованы шероховатость цилиндрической обра-
образующей детали И точность ее посадки в оправе.
Режим шлифования. При круглом шлифовании заготовок из стекла придержи-
придерживаются следующих режимов работы станка:
Линейная скорость ииструмеита, м/с
» » изделия, м/с
Глубина резаиия, мм/дв. ход . . .
Продольная подача, м/мин ....
20 — 30
0,5 — 1,5
0.01—0,1
1,0 — 3.0
Рис. 5. П.
.Механический способ установки цен-
центрируемо» линзы
С увеличением глубины резания и продольной подачи шероховатость шлифу-
шлифуемой поверхности возрастает. Такое же действие оказывает снижение скорости изде-
изделия. В меньшей мере влияет
скорость инструмента.
Модель станка выбирают
с учетом размера изделия и тре-
требуемого квалитета точности
обработки по диаметру.
Круглое шлифование (цен-
^ ^ трироваиие) линз. Необходи-
Y<(/fff(fG7ff{frpf^yrffTff{«(fff(«y ii мость введения операции цен-
I ^l?/1 С \^Ч 1 трирования в технологический
\ ^^-^1 I <£L-^^\ 1 процесс изготовления линз
определяется погрешностью ус-
установки заготовок при выпол-
выполнении операций обработки
преломляющих поверхностей.
Способы выполнения опера-
операции. Операцию центрирования
составляют два последовательно
выполняемых перехода: 1) сов-
совмещение оптической оси с осью
вращения шпинделя станка и
фиксация этого положения; 2)
совмещение геометрической оси
линзы с оптической путем об-
обработки по диаметру.
Точность совмещения геометрической оси линзы с оптической определяют
несколько факторов, в частности: величина и знаки радиусов поверхностей линзы;
способ установки, от которого зависит точность совмещения оптической оси линзы
с осью вращения шпинделя станка; точность шпиндельной группы станка; точность
технологической базы, функцию которой выполняет кромка центрировочного па-
патрона (перпендикулярность по отношению к оси вращения, совпадение оси вращения
торца с осью вращения шпинделя); квалификация рабочего и наладчика.
В серийном производстве используют два способа совмещения оптической оси
линзы с осью вращения шпинделя станка: 1) механический, с установкой и фикса-
фиксацией положения детали зажатием между соосно установленными цилиндрическими
патронами; 2) ручной, с контролем установки способом автоколлимации и фикса-
фиксацией положения детали приклеиванием к патрону.
При механическом способе установки (рис. 5.11) линзу 2 помещают между
патронами 1 к 3, закрепленными на соосно расположенных и синхронно враща-
вращающихся шпинделях. Патрон / вместе со шпинделем находится под действием пру-
пружины и прижимает линзу к патрону 3 с силой Р±. Если линза займет положение,
при котором ее оптическая ось 0$% не совпадет с осями шпинделей, возникнут
две неуравновешенные силы, действующие в противоположные стороны: Р— равно-
равнодействующая усилий N-i и N& направленных по нормали к преломляющим поверх-
поверхностям; F — равнодействующая сил трения Fl и F2, направленных по касательной
к преломляющим поверхностям. Если сила Р будет больше силы F, она сдвинет
линзу в положение, при котором ее оптическая ось совпадет с осью шпинделей.
Численные значения и соответствие сил Р и F зависят от кривизны преломля-
172
ющих поверхностей, определяющих угол <р Зажатия. Точность С (мм) совмещения
/ геометрической оси линзы с оптической
С= 0,Ю/(<р — 7),
где
<p=arcsin
± arcsin [d2/BR2)],
?! и R2 — радиусы поверх-
dx и d2 — диаметры центрировочных патронов, мм;
ностей линзы, мм.
Критический угол q>, при котором прекращается самоцентрирование, составляет
примерно 17°.
Механический способ установки используют при центрировании линз диаме-
диаметром от 3 до 150 мм. Он прост и высокопроизводителен. Заложен в основу кон-
2 3
д2
Г 2' 3'
Рис. 5.12. Ручной способ установки центрируемой линзы
струкции стаиков-полуавтоматов. Основными недостатками его являются невозмож-
невозможность самоцентрирования линз с поверхностями малой кривизны и трудоемкость
процесса настройки соосности шпинделей.
При ручном способе установки линзу 3 прижимают к торцу патрона /, на
скошенную часть которого нанесена центрировочная смола 2 (рис. 5.12). Центр
кривизны 0х поверхности, прилегающей к патрону, всегда будет находиться на
оси КК' вращения последнего, а центр кривизны 02 второй поверхности может
не совпадать с нею. Оптическая ось 0^0г линзы окажется наклоненной к оси КК'
под некоторым углом 9. Перемещением линзы по торцу патрона добиваются ,их
совмещения, контролируя положение при помощи автоколлнмационной трубки
ЮС-13. Эта трубка представляет собой два автоколлимационных микроскопа с со-
совмещенными полями зрения и общим окуляром. При центрировании линз, у кото-
которых i?j Ф R2, в качестве базирующей принимают поверхность с большей' кривиз-
кривизной. Ручной способ установки применяют для центрирования линз диаметром от 3
до 150 мм. Точность совмещения геометрической оси линзы с оптической соста-
составляет 0,003—0,005 мм.
На втором переходе операции центрирования производят круглое шлифование
линзы, совмещая при этом ее геометрическую ось с оптической.
Характеристики инструмента. Характеристики алмазных кругов формы
1А1 по ГОСТ 16167—80, или кругов фасонного профиля, предусматривающих совме-
совмещение операции центрирования и нанесения фасок, назначают в зависимости от
диаметра лннзы:
Диаметр линзы, мм ....... До 20 20 — 40 40—100 Свыше 100
Марка алмаза АСМ АСМ АСК АСК
Зернистость алмаза 28/20 40/28 50/40 63/50
Концентрация алмаза в кругах 100%. Тип связки Ml. При центрировании
лннз, у которых толщина края меньше 1,0 мм, или линз, имеющих фигурную фаску,
концентрацию алмаза увеличивают до 150%.
173

Режим шлифования. Круглое шлифэванне лннз выполняют при следующем
режиме работы центрнровочного станка (£>д н яд — диаметр (мм) и частота вра-
вращения (с) детали):
Линейная скорость инструмента, м/с
Радиальная подача S, мм/мин:
при зернистости алмаза от 50/40 до 120/100 .
при зернистости алмаза от 125/100 дт 160/125
20 — 30
0,095Одпд-0,016
0,140Одггд-0,016
Шлифование сферических и плоских поверхностей. Исходя из экономической
целесообразности и точностных возможностей способов формообразования, процесс
шлифования разделен на две последовательно выполняемые операции: грубое шлифэ-
шлифэванне и тонкое шлифование. Задачей первой операции является быстрое удаление
с заготовки (блока) основной части припуска на механическую обработку. Задача
второй — придание заготовке (блоку) окончательных размеров (с припуском, уда-
лнемым в процессе полирования), уточнение формы и взаимного расположения
поверхностей, уменьшение их шероховатости и глубины слоя, нарушенного грубым
шлифованием.
Способы выполнения операции грубого шлифования. В серийном производстве
грубое шлифование выполняют способом принудительного формообразования при
помощи алмазного инструмента на специализированных станках, работающих в полу-
полуавтоматическом или автоматическом цикле. В единичном и опытном производстве
используют способ поверхностного прнтира, который реализуют применяя как алмаз-
алмазный инструмент, так и свободный абразив.
Характеристики инструмента. Для грубого шлифования сферических и пло-
плоских поверхностей способом принудительного формообразования используют алмаз-
алмазные круги формы 2А2 по ГОСТ 17006—80 и круги чашечные конические формы
12А2 по ГОСТ 16172—80. Марки применяемых алмазов: АСВ, АСК, АСС. Диаметр
кругов определяют в зависимости от диаметра нлн длины диагонали заготовки
(блока) с учетом формы обрабатываемой поверхности и ее относительной кривизны
H/R: для плоских н вогнутых поверхностей D = K^i^D- для выпуклых d =
= Kf]/ftD^t где Dp и d — наружный и внутренний расчетные диаметры кругов;
Кн/К — коэффициент, учитывающий относительную кривизну обрабатываемой
поверхности, в частности: при HIR = 0 KH/R = 0,6; при H/R < 0,5 Kfj/R = 0,7;
при H/R = 0,5-f-1,0 KH/R = 0,8.
По расчетным значениям Dv и dp в ГОСТе для кругов 2А2 и 12А2 находят
нх ближайший больший нормализованный диаметр Dn.
Зернистость d3 алмазного порошка и его концентрацию Кя назначают в зави-
зависимости от диаметра £>и инструмента:
d3 = 50 + 0,62£>и; К3 = 22 + 0,31 £>„.
Для грубого шлифования плоскостей способом поверхностного притира исполь-
используют алмазные круги формы 6А2Т по ГОСТ 17007—80. Марки алмаза те же, что
н у кругов форм 2А2 и 12А2. Зернистость и концентрацию порошка определяют
по приведенным выше формулам. Номенклатура кругов формы 6А2Т имеет ограни-
ограниченное число типоразмеров, поэтому расчет нх диаметра £>и ограничивается требо-
требованием выдержать соотношение ОИ = A,1-е-1,25) Бя, где £)д— диаметр заготовки
(блока).
Настройка и режим работы станка. Прн грубом шлифовании сферических
поверхностей способом принудительного формообразования настройка станка сво-
сводится к определению угла а. наклона осн инструмента по отношению к оси изделия.
Рассчитывают его по нормализованному диаметру БИ инструмента и радиусу ^г
поверхностн заготовки (блока), который должен быть получен после операции гру-
грубого шлифования: а = arcsin £)И/BЯ,).
Правильность настройки контролируют по равномерности следа, который
оставляет режущая кромка инструмента на поверхности контрольной заготовки
(блока) с радиусом, равным ^г.
Параметры, характеризующие режим работы станка, назначают исходя нз усло-
условий обеспечения максимальной интенсивности процесса и минимальной шерохова-
шероховатости шлифованной поверхности.
174
Скорость ои инструмента определяет частоту воздействия зерен алмаза на обра-
обрабатываемый материал. С ее увеличением интенсивность процесса, которую характе-
характеризуют размером подачн 5, возрастает, а шероховатость рельефного слоя и глубина
распространения трещиноватого слоя соответственно снижению глубины врезания
йвр зерен алмаза в материал заготовки за один оборот инструмента становятся
меньше. Оптимальной является скорость ои = 20-^25 м/с. Дальнейшее повышение
ои не позволяет увеличивать S, так как выделяющаяся в зоне резания теплота не
компенсируется ее отводом СОЖ. Режущая кромка инструмента разогревается,
происходит плавление некоторых компонентов связки, замазывание имн зерен
алмаза и уменьшение режущей способности последних [16]. Диапазон практически
применяемых скоростей несколько шире — от 10 до 30 м/с, так как прн постоянной
частоте вращения инструмента (что заложено в большинстве конструкций оборудо-
оборудования) диаметр его на станке каждого типоразмера может изменяться в сторону
уменьшения или увеличения в зависимости от размера обрабатываемой заготовки
(блока).
Подача S, которая характеризует скорость врезания инструмента в заготовку,
зависит при данной ои от глубины врезания Лвр за одни оборот заготовки и от ча-
частоты ее вращения яд: S = Лвряд. При определении йвр исходят из условий работы
алмазного зерна, которые ограничивают ее минимальное и максимальное значения.
Минимальное значение Лвр должно быть больше среднего радиуса р округлн-
вання граней алмазного зерна, т. е. Лвр > р [14]. Максимальная величина Лвр
связана с объемом частиц разрушенного стекла, которые должны разместиться в за-
зазоре, ограничиваемом уровнем связки алмазосодержащего слоя и уровнем шлифу-
шлифуемой поверхности. Прн шлифовании инструментом зернистостью от 200/160 до
160/125 Лвр принимают равной 0,142d3, а при зернистости от 125/100 до 80/63 она
снижается до 0,095d3-
Частота вращения заготовки пл, необходимая для оптимальных условий работы
инструмента указанных зернистостей, лежит в диапазоне яд = 0,16-J-8,0 с.
С уменьшением зернистости алмаза частоту вращения заготовки увеличивают, с тем
чтобы прн одном и том же значении подачи можно было уменьшить глубину вре-
врезания Лвр.
Шероховатость шлифованной поверхности от Rz = 20 до Ra= 1,6. Зависит
она от зернистости алмаза и твердости стекла. Глубина нарушенного слоя от 40
до 70 мкм. Смазочно-охлаждающую жидкость подают в зону резания в количестве
5—10 л/мин.
Способы выполнения операции тонкого шлифования. Тонкое шлифование сфери-
сферических и плоских поверхностей выполняют способом прнтнра, который реализуют
прн помощи алмазного инструмента в виде грибов, чашек, планшайб на специали-
специализированных станках типа 2ША, модернизированных типа ШП н др. или при по-
мощн металлического инструмента (также в виде планшайб, грибов н чашек) со
свободным абразивом на станках типа ШП н др.
Тонкое шлифование алмазным инструментом отличается высокой
производительностью н стабильностью конструктивных параметров изделий. Ста-
Стабильность обеспечивается малым износом алмазосодержащего слоя по отношению
к стеклу A : 3000), в то время как шлнфовальннкн нз чугуна н латуни изнаши-
изнашиваются в соотношении 1 : 100 и 1 : 80 соответственно. Незначительное изменение
формы рабочей поверхности алмазного инструмента за продолжительное время
его эксплуатации определяет возможность циклического повторения операции.
Шлифование плоских заготовок (блоков) производят в одни нлн два перехода.
Зернистость алмаза в инструменте от 28/20 до 10/7. Назначают ее в зависимости
от размера обрабатываемой поверхности.
Шлифование сферических заготовок (блоков) выполняют в несколько переходов
(два н более). Число нх назначают в зависимости от относительной кривизны об-
обрабатываемой поверхности. Несколько переходов необходимы для постепенного
уменьшения разницы в величине стрелок прогиба притираемых поверхностей —
поверхности заготовки (блока) после ее шлифования инструментом предшествующего
перехода (операции) и поверхности инструмента для данного перехода. Если опера-
операцию выполнять в один переход, то из-за малой площади контакта притираемых
поверхностен и большого давления па нее возможно заклинивание системы заго-
заготовка (блок) — инструмент, что вызовет разрушение заготовок краевой зоны
блока. Кроме того, быстро износится алмазосодержащий слой краевой зоны
175

инструмента и изменится радиус его рабочей поверхности. При относительной кри-
кривизне поверхности заготовки (блока) HlR ^ 0,7 операцию выполняют в два пере-
перехода. Зернистость алмаза в инструменте первого перехода — 28/20, в инструменте
второго— 10/7 или 14/Ю в зависимости от размера блока.
Современные станки снабжены устройством, программирующим давление в те-
течение времени шлифования на переходе: малое при пуске станка и до распростра-
распространения контакта на значительную часть площади притираемых поверхностей (от 15
до 25 % высоты блока); повышенное для снятия оставшейся части припуска на дан-
данный переход; малое на завершающей стадии пере-
перехода — для зачистки поверхности.
Характеристика алмазного инструмента.
Рабочую поверхность грибов, чашек и планшайб
образуют алмазосодержащие элементы / в виде
таблеток, закрепленных иа корпусе 2 (рис. 5.13).
Характеризуют поверхность коэффициентом за-
заполнения площади корпуса таблетками и законо-
закономерностью их распределения. Для плоских по-
поверхностей коэффициент заполнения принимают
равным 0,25—0,30. Для сферических поверхно-
поверхностей с относительной кривизной Я/# < 0,5 —
от 0,35 до 0,4 и для поверхностей с HlR > 0,5 —
от 0,45 до 0,5. От закономерности распределения
таблеток по поверхности корпуса зависит интен-
интенсивность и равномерность износа (в смысле со-
сохранения постоянства радиуса поверхности) алма-
алмазосодержащего слоя. Оптимальной является кон-
конструкция с распределением таблеток по логариф-
логарифмической спирали. Марка алмазного порошка
в таблетках — АСМ или АСН. Концентрация —
от 10 до 25 %.
Размеры инструмента определяют исходя нз
условий, при которых может быть достигнута ми-
минимальная скорость изменения радиуса рабочей
поверхности.
Диаметр Лпл планшайб, высоту Яг грибов
и глубину Яч чашек находят по известному диа-
диаметру £>д (длина диагонали) плоской заготовки
(блока) или высоте (глубине) Яд сферической заготовки (блока) соответственно,
с учетом положения алмазного инструмента в системе СПИД, где он обычно вы-
выполняет функцию нижнего звена:
°пл= °я A,1-5-1,25) мм;
Яг = Яд A,2-5-1,4) мм;
Яч = Яд A,14-1,2) мм.
Радиус RmJl рабочей поверхности грибов и чашек для каждого перехода опе-
операции рассчитывают по известному радиусу Ro поверхности готовой детали, зерни-
зернистости Мп алмаза в инструменте данного перехода и глубине Fм слоя, наруша-
нарушаемого абразивом этой зернистости, т. е.
йшл Мп = Ro ± Р/Лп-
Рабочую поверхность инструмента каждого перехода подготавливают расшли-
<ровыванием ее при помощи свободного абразива по металлическому корпусу (чашке
или грибу). Подготовленным таким способом инструментом шлифуют вспомога-
вспомогательную заготовку (блок) и контролируют радиус полученной поверхности, кото-
который должен соответствовать расчетному переходу. Более точно контроль может
быть выполнен с помощью эталона (пробного стекла), имеющего радиус поверхности
готовой детали. При наложении эталона на прополированную поверхность заготовки
должна наблюдаться интерференционная картина с числом N колец:
N = (Яр"мя - Ro) (<*э/£>дJ4000,
176
Рис. 5.13. Алмазный инстру-
инструмент для тонкого шлифева-
ния поверхностным притиром
где RpM — расчетный радиус поверхности заготовки (блока) данного перехода,
мм; d3 — диаметр эталона, мм.
При несоответствии радиуса поверхности заготовки (блока) заданной величине
рабочую поверхность корректируют, повторяя изложенные операции.
Режим тонкого шлифования алмазным инструментом. Сферические и плоские
поверхности шлифуют при следующем режиме работы станка:
Частота вращения шпинделя несущего инструмента, с
Частота качания верхнего звена, с
Усилие на поводке p. 106, Па
7,5—17,0
0,25 — 0,8
0,8 — 4,0
Расход смазочно-охлаждающей жидкости в зависимости от размера притираемых
поверхностей 15—30 л/мин. Шероховатость шлифованной поверхности от Ra =
= 0,4 до Ra= 0,2 — по^ГОСТ 2789—73*. Глубина нарушенного слоя 10—7 мкм.
Тонкое шлифование свободным абразивом, также как и шлифование алмазным
инструментом, выполняют в несколько переходов. Их число определяется относитель-
относительной кривизной обрабатываемой поверхности, а номер зернистости абразива (от
М28 до М10) — ее размером. На каждом переходе должен быть сошлифован слой
стекла толщиной ft, равной разности глубин слоев, нарушенных абразивом зернисто-
зернистости Мп предшествующего перехода (операции) и абразивом зернистости Мп+1 данного
перехода, т. е. h = FM — FM . На интенсивность износа стекла и шерохова-
шероховатость шлифованной поверхности оказывают влияние некоторые технологические
факторы.
1. Расход абразивной суспензии. Этот показатель характеризует степень за-
замены разрушающихся зерен свежими. С увеличением расхода интенсивность износа
возрастает и, достигнув предельного значения, остается неизменной. Происходит
полная компенсация разрушенных зерен вновь поступившими в зазор между при-
притираемыми поверхностями. При этом наблюдается наибольшее число случаев их
воздействия на обрабатываемый материал. На шероховатость шлифуемой_поверх-
ности расход суспензии не влияет.
2. Концентрация абразивной суспензии. Она определяет количество зерен,
находящихся в зазоре. Концентрацию Кс характеризуют выраженным в процентах
отношением массы абразива Т к массе всей суспензии или численным отношением
массы абразива к массе жидкости Ж:
А"с = [Т'(Т + Ж)} 100; Кс =■ Т/Ж =1:1; 1:2;...
Увеличение Кс До 10 % сопровождается повышением интенсивности износа.
Начиная с Кс = 10%, она практически постоянна. На шероховатость шлифуемой
поверхности Кс не влияет, но при ее малом (около 10 %) значении возникают цара-
царапины, характерные для работы единичных закрепленных зерен. Оптимальные зна-
значения Кс-
Номер зернистости абразива
Кс - [Т/(Т + Ж)] Ю0 ...
Кс = Т/Ж 1:3
М28
25
1 : 3
М20
17
I : 5
MI4
17
1 : 5
М10
12,5
1 : 7
М7
12,5
1 : 7
М5
9
1 : 1
10
3. Давление. Этот параметр определяет количество зерен абразива, участву-
участвующих в активной работе. С увеличением давления система стекло — абразив —
инструмент упруго деформируется, число работающих зерен становится больше.
Интенсивность износа возрастает пропорционально численному значению давления.
При некотором критическом его значении основная масса зерен разрушается. От-
Отдельные наиболее прочные зерна остаются неразрушенными и, внедряясь в шлифо-
вальник, работают, как закрепленные. В этих условиях с повышением давления
интенсивность износа падает. Увеличивая давление, необходимо соответственно
изменять и концентрацию суспензии с тем, чтобы снижалась нагрузка на каждое
работающее зерно. При давлении, не превышающем критического значения, коэф-
коэффициент трения в области концентраций 7—48% лежит в пределах 0,13—0,17.
На шероховатость шлифованной поверхности давление не влияет. ~ I
. 4. Скорость относительного перемещения заготовки (блока) и инструмента.
Она характеризует число случаев воздействия зерен абразива на обрабатываемую
поверхность в единицу времени. В интервале скоростей от 0,05 до 0,1 м/с, которые
используют при тонком шлифовании свободным абразивом, интенсивность износа
177

изменяется по линейному закону. Шероховатость шлифованной поверхности от
скорости не зависит.
5. Зернистость абразива. Интенсивность износа, шероховатость и глубина на-
нарушенного слоя шлифуемой поверхности прямо пропорциональны размеру зерна
абразива.
6. Твердость материала шлифовальника. Это свойство материала характери-
характеризует способность к упругой деформации под действием приложенной нагрузки. С по-
повышением твердости деформация уменьшается. Тем самым из участия в работе
исключаются зерна мелких фракций и вовлекаются более крупные. В результате
интенсивность износа возрастает. Эта закономерность сохраняется до микротвер-
микротвердости порядка 2-10~а Па. При ее дальнейшем увеличении интенсивность износа
не меняется.
л г
на
Рис. 5.14. Инструмент для тонкого шлифования сфери-
сферических и плоских поверхностей свободным абразивом
7. Строение рабочей поверхности шлифовальника. Оно характеризует условия
проникновения зерен абразива в зазор между притираемыми поверхностями и уда-
удаления из него продуктов износа. При переходе от сплошной поверхности к поверх-
поверхности, разделенной на отдельные площадки, эти условия улучшаются. Такую рабо-
рабочую поверхность создают закреплением на шлифовальнике металлической сетки
с минимальным размером ячейки.
Характеристики металлического инструмента. Конструкция инструмента
и материал, из которого он изготовлен, должны обеспечивать: жесткость, исключа-
исключающую деформацию рабочей поверхности под действием собственной массы инстру-
инструмента и приложенной к нему нагрузки; однородность структуры материала; его
устойчивость к абразивному износу и интенсивное сошлифовывание материала
изделия.
Планшайбы диаметром до 300 мм имеют вид плоского диска с относительной
толщиной от 1 : 10 до 1 : 15. Планшайбы большего размера усиливают ребрами
жесткости (радиальные, кольцевые). Инструмент, имеющий формы грибов, при ра-
радиусах рабочей поверхности до 30 мм изготавливают в виде сплошного сферического
сегмента. Грнбы с радиусами рабочей поверхности более 30 мм изготавливают по-
лымн с утолщением в центре корпуса. Толщина корпуса на краю от 1 : 18 до 1 : 20
диаметра гриба. Аналогичную конструкцию с усилением жесткости корпуса в цен-
центральной части имеет инструмент в виде чашек (рис. 5.14).
Со шпинделем станка планшайбы грибы и чашки соединяют хвостовиками,
которые в'зависимости от размера инструмента могут иметь наружную или внутрен-
внутреннюю резьбу (ГОСТ 21720—76).
В качестве материала планшайб применяют чугун СЧ 28-48 и латунь
ЛС59— 1Л. Материал грибов и чашек — латунь ЛС63 и ЛС59—1Л. Инструмент
178
из чугуна примерно на 80 % по устойчивости к износу и на 20 % по интенсивности
сошлифовывания обрабатываемого материала превосходит соответствующие пока-
показатели латуни. Недостатком его является структурная неоднородность отливок
и, как следствие этого, неодинаковая твердость, что отражается на качестве шлифу-
шлифуемой поверхности.
Инструмент для тонкого шлифования свободным абразивом в отличие от алмаз-
алмазного инструмента может занимать в системе СПИД положение как нижнего, так
и верхнего звена. При выполнении им роли нижнего звена размеры планшайб,
грибов и чашек определяют по формулам на стр. 176, а при выполнении функции
верхнего звена рассчитывают по формулам из работы [1]:
0,1л =
= Нп @,8-г0,9) мм;
НГ =
мм.
Радиус /?р рабочей поверхности грибов н чашек для каждого перехода опера-
операции, выполняемой свободным абразивом, определяют по известному радиусу Ro,
зернистости Мп— Mj абразива, для которого предназначается инструмент, глубине
FM —FM слоя, нарушаемого этим абразивом, толщине Ам —Ам слоя абра-
абразива, находящегося в зазоре между притираемыми поверхностями.
Радиусы RM —Rm- поверхности заготовки (блока) после тонкого шлифова-
шлифования абразивами зернистостей Мп — Mj с учетом увеличения на 20 % глубины
Fм — Fм нарушаемого слоя из-за возможных колебаний зернового состава на-
находят по формулам:
Радиус RpM —RpM. рабочей поверхности инструмента в виде гриба или
чашки для каждого перехода операции определяется из выражении:
Rp м} = Ro±
A
Mj).
В приведенных формулах знак «плюс» берут для определения Rp инструмента
в виде чашки, знак «минус» — для определения Rp инструмента в виде гриба. При
расчете радиуса рабочей поверхности инструмента для шлифования заготовок из
стекла других марок вводят поправку на соответствующую ему глубину нарушен-
нарушенного слоя.
Критерием оценки соответствия фактического радиуса рабочей поверхности
инструмента для тонкого шлифования свободным абразивом его расчетной вели-
величине является радиус поверхности заготовки (блока) после шлифования абразивом
данного перехода. Для выполнения этого условия последовательно выполняют
следующие операции:
рабочую поверхность инструмента для каждого перехода протачивают по номи-
номинальному радиусу Ro, контроль выполняют радиусными шаблонами;
рабочую поверхность инструмента для каждого перехода расшлифовывают по
вспомогательной заготовке (блоку), используя абразивы, зернистость которых
соответствует выбранным переходам. В результате взаимного износа инструмента
и заготовки (блока), а при необходимости и корректирования путем подрезки по-
поверхность шлифовальника приобретает тот радиус, при котором радиус поверхности
заготовки (блока) соответствует расчетному переходу. Контроль радиуса рабочей
поверхности инструмента каждого перехода выполняют тем же способом, что и при
подготовке алмазного инструмента — с помощью эталона (пробного стекла) с ра-
радиусом готовой детали.
179

Таблица 5.4. Значения конструктивных параметров,
определяющих категорию сложности Ксл детали
Конструктивный
параметр
Общая ошибка NyC,n
формы поверхности для
деталей диаметром £)д,
мм:
до 130
св. 130 до 250
» 250 » 500
Относительная тол-
толщина tlDA
Относительная кри-
кривизна H/R
Допуск на толщину
Л^, мм
Предельные откло-
отклонения угловых разме-
размеров
Чистота полирован-
полированной поверхности, класс
Категория сложности Д'сл Детали
1
До 0,3
» 0,4
» 0,5
» 0,03
От 0,7 до 0,9
До 0,04
» 5"
От 0—10
до 0—40
2
Св. 0,3 до 0,8
» 0,4 » 0,9
» 0,5 » 1,0
» 0,03 » 0,05
От 0,5 до 0,7
Св. 0,04 » 0,1
» 5" » Г
1—11
3
Св. 0,8
» 0,9
» 1,0
» 0,05
до 0,05
От 0,3
до 0,5
Св. 0,1
до 0,3
Св. 1' до 5'
III—V
4
Не нор-
нормируется
Св. 0,09
Менее 0,3
Св. 0,3
» 5'
VI—IX
Примечания: 1. -VyCJ1 определяют, учитывая соотношение диаметров
детали D и эталона d , максимальный размер которого 13 см: прн D < d~ Nусл —
= N/d- при В„ > d^ N „„ = A3/1)„) N. 2. Если параметры детали относятся к
'А А ^ yLJl V ' А/
разным категориям сложности, ее следует принимать равной наивысшей.
Режим тонкого шлифования свободным абразивом. Конструктивные параметры
деталей, в соответствии с которыми их разделяют на категории сложности (табл. 5.4),
определяют режим шлифования [1]:
частота вращения шпинделя пша (с) при изготовлении деталей, относящихся
к Ксл= 1.
пш„= [3750/(Од+ 10)+15] 1,7-10-2;
частота вращения шпинделя при изготовлении деталей, относящихся к Ксл —
= 2, 3, 4,
пшл = [3750/(Дд+ 10)+ 1800/Дд(/Ссл+ 15)] 1,7.10-2;
частота вращения кривошипа /гкр (с)
/гкр = [42,5 — 0,065Дд -f ЗксЛ-' .3,5] 1,7 • 10~2;
усилие на поводке р- 10s (Па)
р =: [2ксл/(Дд + Ю) + (H/R + А) 101 (d3/40 Ь 0,35),
где d3 — зернистость абразива, мкм; А — переменный коэффициент, учитывающий
относительную кривизну H/R поверхности заготовки (блока): А = 0 при 0,5 <
< Я/Я< 0,9; А = 0,5 при 0,07< H/R < 0,5; А = 3,5 при Я/Я< 0,07.
Полирование сферических и плоских поверхностей. Цель операции — удаление
слоя стекла, нарушенного шлифованием, придание поверхности изделия заданной
точности формы (N, ЛУУ) и чистоты (Р).
Способ выполнения операции. Практически единственным способом полирования
точных сферических и плоских поверхностей является притир. Закономерности про-
процесса полирования, в частности зависимость интенсивности износа стекла от рас-
расхода и концентрации суспензии, от скорости относительною перемещения при-
притираемых поверхностей и давления, от размера зерна полирующего абразива и пе-
180
которых других технологических факторов, подобны закономерностям процесса
тонкого шлифования.
Пекоканифолевые смолы, которые используются в качестве материала рабочей
поверхности полировальников при изготовлении точных оптических поверхностей,
обладают упруго-пластическими свойствами. Сочетание их позволяет полироваль-
полировальнику, с одной стороны, принимать форму поверхности изделия, с другой — противо-
противодействуя этому процессу, изменять форму полируемой поверхности соответственно
настройке и режиму работы станка. При низкой температуре смолы превалирует
роль ее упругих свойств, которые препятствуют изменению формы рабочей поверх-
поверхности полировальника и увеличению площади контакта с поверхностью изделия.
Интенсивность износа прн этом мала. С повышением температуры смолы возрастает
влияние пластических свойств. Площадь контакта поверхности полировальника
с изделием расширяется, интенсивность износа становится больше. Начиная с не-
некоторой температуры, доминирующее влияние приобретают пластические свойства.
Прочность закрепления зерен полирующего абразива оказывается недостаточной
для выполнения ими функции микрорезцов и, встречая сопротивление стекла, они
уходят в толщу смолы. Интенсивность износа падает.
Интенсивные и скоростные режимы полирования требуют активного отвода вы-
выделяющейся теплоты. Ее аккумулирование изделием и инструментом усложняют
процесс формообразования точных поверхностей. Ручная подача суспензии даже
в больших количествах не обеспечивает требуемого теплоотвода. Кроме того, она
сокращает число шпинделей, обслуживаемых одним исполнителем, и не оправдана
с экономической точки зрения, так как из обращения уходит значительная часть
абразива, который не принимал активного участия в процессе. В то же время зерно-
зерновой состав однократно использованного абразива, а вместе с тем и его полирующая
способность изменяются в незначительной степени. Применение автоматически дей-
действующих систем подачи суспензии полирующего абразива и его многократное
обращение исключают зависимость интенсивности износа стекла от расхода суспен-
суспензии, обеспечивают отвод теплоты от места ее образования, а замкнутый цикл работы
системы до потери абразивом полирующей способности делает ее экономически
целесообразной.
Характеристики инструмента. Полировальник представляет собой метал-
металлический корпус, на котором закреплен материал, образующий рабочую по-
поверхность и выполняющий функцию носителя полирующего абразива. В зависи-
зависимости от формы обрабатываемой поверхности полировальники, так же как и инстру-
инструмент для шлифования, имеют вид планшайб, грибов и чашек.
Материал корпуса должен иметь малую плотность, которая определяет массу
инструмента и низкую стоимость. Для изготовления корпусов диаметром до 250 мм
используют цинковый сплав ЦМ4С. При большем размере корпусов применяют
алюминиевые сплавы АЛ2, АЛ9, АЛИ.
Материал, образующий рабочую поверхность инструмента, выбирают в зависи-
зависимости от интенсивности процесса полирования, требований к точности формы и чи-
чистоте полированной поверхности (табл. 5.5).
Диаметр Da полировальника для обработки плоских поверхностей находят
из соотношений, используемых при определении размеров планшайб для тонкого
шлифования (см. стр. 176—179).
Диаметр DK металлического корпуса зависит от свойств материала, образу-
образующего рабочую поверхность инструмента. При использовании технических шерстя-
шерстяных тканей и синтетических веществ диаметр корпуса принимают равным диаметру
полировальника, т. е. DK = Dn. Если же применяют термопластичные вещества,
обладающие свойством течения, что вызывает постепенное изменение (увеличение)
размера поверхности инструмента, слой такого материала срезают шод углом 45°.
Ь этом случае диаметр корпуса DK = Da + 2b0, где b0 — толщина слоя термо-
термопластичного вещества нового полировальника, равная 0,015£>п + 0,5 мм.
Относительная толщина планшайб без ребер жесткости не менее 1:6а план-
планшайб, усиленных ребрами жесткости, — не менее 1 : 20.
Радиус RH поверхности корпусов полировальников в виде грибов и чашек
с относительной кривизной H/R > 0,5 принимают равным RH= Ro+ bKOH, где
"кон — толщина слоя материала рабочей поверхности полировальника, соответству-
соответствующая окончанию срока его службы. Значения Ьппп возрастают от 0,4 до 2 0 мм
по мере увеличения радиуса обрабатываемой поверхности с 50 до 250 мм.
181

Таблица 5.5. Материалы рабочей поверхности полировальников
Материал рабочей
поверхности инструмента
Войлок шерстяной (ГОСТ 288—72)
Сукно шинельное (ГОСТ 11236—74)
Смола полировочная пекоканифолевая
Смола эпоксидная ЭД5 с алмазным
порошком зернистостью 20/14—14/10
Синтепол с алмазным порошком АСМ
зернистостью 2/1
Показатели качества
полированной поверхности
Точность формы
N
6—15
0,1
2
—
ДЛ'
2—5
0,05
—
—
Высота
неровностей
Rz, мкм
0,1
0,05
0,1—0,05
0,1—0,05
д+ 0,058-
Толщину Ьо слоя материала нового сферического полировальника назначают,
руководствуясь соотношением для плоского инструмента.
Если относительная кривизна полируемой поверхности HlR < 0,5, то разница
в толщине слоя между центром и краем невелика. Радиус RK поверхности корпуса
может быть равен радиусу поверхности готовой детали, т. е. RK = ±R0. Может
оказаться, что радиус RK не будет соответствовать радиусу корпуса, имеющемуся
в наборе, что приведет к разнотолщинности слоя край — центр. Поэтому расчетное
значение радиуса следует округлить до ближайшего из ряда табл. 5.6.
5,2
5,6
6,0
6,4
6,8
7,2
7,6
8,0
8,4
8,8
9,2
9,6
10,0
10,4
10,8
11,2
Табл
II,6
12,0
12,4
12,9
13,6
14,2
14,8
15,4
16,0
16,6
17,2
17,8
18,4
19,0
19,6
20,2
я ц а 5.6.
20,8
21,4
22,0
22 6
23,2
23,8
24,4
25,1
26,0
27,0
28,0
29,0
30,0
31,0
32,0
33,0
Ряд радиусов
34,0
35,0
36,0
37,0
38,0
39,0
40,0
41,0
42,0
43,0
44,0
45,0
46,0
47,0
48,0
49,0
50,0
51.0
52,0
53.0
54,0
55,0
56 0
57,0
58,0
59,0
60 0
61,0
62,0
63,0
64,2
65,8
Rr, корпусов полировальников
67,4
70.0
71.6
73,2
74,8
76,4
78,0
79,6
81,2
82,8
84,4
86,0
87,6
89,2
91,0
93,0
94,5
%,.г>
98,5
100,5
102,5
104,6
106,5
109,0
111,0
113,0
115.5
118,0
120,0
122,5
125,0
127,5
130,0
133.П
135,0
13», 0
141,0
146,0
151,0
157,0
164,0
171,0
179,0
184,0
189,0
194,0
200,0
207,0
214
221
229
23S
248
259
271
284
299
316
335
356
380'
408
441
479
524
579
047
733
845
995
1207
1528
2053
—
—
—
—
—
—
—
Высоту выпуклых и глубину вогнутых полировальников находят, руковод-
руководствуясь положением для соответствующих размеров сферического инструмента,
применяемого при шлифовании свободным абразивом.
Реоким полирования. Ограничения на частоту вращения шпинделя, частоту вра-
вращения кривошипа и давление накладываются требованиями к точности формообра-
формообразования. Исходя из этого, за основной параметр принят допуск на местную ошибку
A/V формы поверхности:
частота прнщепия шпинделя (с)
182
частота вращения кривошипа (с)
лкр = 0,71 —1,08- К
давление р-105 (Па)
где М — число заготовок на блоке, шт.; S — площадь поверхности одной заго-
заготовки, мм'2.
t5.4. Особенности механической обработки
кристаллов
Технологическая ориентация кристаллов. Технологическая ориентация кри-
кристаллов представляет операцию, которую выполняют независимо от того, относятся
ли они к оптически изотропным или анизотропным веществам.
Ориентация оптически изотропных диэлектриков. Кристаллы этого типа ори-
ориентируют исходя из необходимости учитывать влияние анизотропии механических
свойств на точность конструктивных параметров деталей. Кристаллы NaCl, KC1,
LiF, CaF2, NaF, KBr и другие ориентируют либо по отношению к оси роста, либо
к определенной кристаллографической плоскости. Выбор определяется требованиями
к точности формы и чистоте полированной поверхности. Так, при изготовлении пла-
пластин с точностью формы поверхности JV > 5 и чистотой Р, соответствующей клас-
классам IV—IX по ГОСТ 11141—76, плоскости обработки могут иметь любое кристалло-
кристаллографическое направление. Если же JV < 5, то плоскости обработки целесообразно
ориентировать перпендикулярно к оси роста. Чистоту полированной поверхности
определяет твердость кристалла в соответствующем направлении. Большинство
оптически изотропных диэлектриков имеют минимальную твердость по грани куба.
Для достижения максимально возможной чистоты плоскости обработки следует
ориентировать по грани с наибольшей поверхностной твердостью. У вышеуказан-
вышеуказанных кристаллов таковой является грань A11), но в этом направлении прочность
кристаллов минимальная, и в процессе механической обработки заготовка может
легко разрушиться.
Ориентация одноосных диэлектриков. Цель ориентации — найти положение
рабочих поверхностей детали по отношению к оптической оси кристалла, при кото-
котором будет иметь место необходимое преобразование светового потока. Одноосные
диэлектрики SiO2, CaCO3, A12O3, CaW4, KH2PO4 и другие ориентируют при по-
помощи поляризационного микроскопа или коноскопа, наблюдая картины интерферен-
интерференции, которые видимы в направлении оптической оси кристалла. В зависимости от
распределения разности хода обыкновенного и необыкновенного лучей поляризо-
поляризованного света и от направлений колебаний в разных пучках вид картин при про-
прохождении ^ света через пластинки, вырезанные перпендикулярно и параллельно
оптической оси, неодинаков. Если плоскости обработки отклоняются от заданного
положения, центры изображения смещаются с центра поля зрения. Отклонение
определяют по углу, на который необходимо наклонить пластинку для совмещения
центра симметрии интерференционной картины с оптической осью прибора [9].
К числу диэлектриков, способных вращать плоскость поляризации, относится
кварц. Для того чтобы определить направление вращения плоскости поляризации
у контролируемого кристалла, между ним и объективом вводят пластинку из кварца,
направление вращения плоскости поляризации которого известно. Если вид коно-
скопической картины не изменился, направление вращения плоскости поляризации
испытуемого кристалла и контрольного образца одинаковы. Если же в поле зрения
вместо креста будут видны спирали Эри, то направления вращения неодинаковы.
Определяют его по искривлению, концов спирали, которое совпадает с направлением
вращения плоскости поляризации. Ориентация (предварительная) кальцита (исланд-
(исландский шпат) может быть выполнена по внешним признакам кристалла так как его
оптическая ось проходит через вершины ромбоэдра с тупыми углами между гра-
гранями. При изготовлении пластинок, поверхности 'которых должны быть перпен-
перпендикулярны к оптической оси, положение площадок, наносимых с противополож-
противоположных концов ромбоэдра, ориентируют при помощи коноскопа.
Ориентация полупроводников. Задача ориентации — найти положение поверх-
поверхностей изготавливаемой детали по отношению к кристаллографической плоскости,
183

в которой материал обладает необходимыми электрическими свойствами. Кристаллы
Qe, Si, CaAs, InAs, ZnSb и другие можно ориентировать с точностью около 1°,
используя эффект отражения света неровностями шлифованной поверхности. Ори-
Ориентированные в основном вдоль плоскостей спайности неровности отражают свет
в определенном направлении относительно той или иной кристаллографической
плоскости. На экране, куда падает отраженный свет, наблюдают изображения, по
виду и расположению которых судят, относительно какой из кристаллографических
поверхностей и насколько от нее отклонена поверхность обработки. Четкость изобра-
изображения находится в прямой зависимости от размера неровностей. Устройство для
ориентации (рис. 5.15) состоит из осветителя 3,
экрана 2 с отверстием, приспособления / для
установки кристалла. При точном совпадении
обрабатываемой поверхности с одной из кри-
кристаллографических плоскостей будет видно
изображение, расположенное симметрично от-
относительно центра отверстия на экране.
Рис. 5.15. Ориентация полупроводников с точ-
точностью до 1°
Рис. 5.16. Ориентация кри-
кристаллов с точностью 30"—1'
При требованиях к точности ориентации около 30"— Г используют способ [13],
в основу которого положен закон постоянства углов кристалла. По известному на-
направлению и размеру углов между кристаллографическими плоскостями, из которых
одна или две являются базовыми, можно найти положение любой другой плоскости
следующим образом. Определив плоскости спайности кристалла (рис. 5.16), скалы-
скалыванием по A11) наносят площадки / и //, которые пересекаются с ориентируемой
поверхностью, а между собой составляют угол у — 60° (или 120°) при ориентации
по плоскости A11) или у = 90° при ориентации по плоскостям (ПО) и A00). Углы
GCj и а2 между ориентируемой поверхностью и плоскостями сколов измеряют на
гониометре с точностью ±5".
Угол х, на который ориентируемая поверхность ^отклоняется от заданной
кристаллографической плоскости при у = 60° (или 120°),
cos х = ± V1 — 4/3 (cos2ai + cos2a2 — cos at cos a2) ;
при v = 90°
cos* = ± V~\ — (cos2ai + cos2a2).
Разделение кристаллов на заготовки. Способ разделения кристаллов на заго-
заготовки выбирают в зависимости от твердости вещества, степени совершенства спайно-
спайности, растворимости в воде.
Кристаллы, растворимые в воде, могут быть разделены на отдельные заготовки
при помощи нитяной пилы, работа которой основана на растворении материала
движущейся влажной льняной нитью (рис. 5.17). Увлажнитель 2 и опреснитель 4
нити / поставлены перед ее входом в кристалл 3 и на выходе из него соответственно.
Скорость движения нити, сообщаемая приводом 5, около 0,5 м/с. Положительным
качеством способа является отсутствие механического воздействия на кристалли-
кристаллическую решетку, прочность которой у данных веществ мала. Это свойство водо-
растнорммых кристаллов ограничивает использование других, более производи-
производительных способов разделения полуфабриката на отдельные заготовки.
184
Рис.
мых
5.17. Разделение водораствори-
кристаллов на заготовки с по-
помощью нитяной пилы
Кристаллы, обладающие совершенной спайностью, в частности СаСО3 и NaCl,
разделяют на заготовки раскалыванием по плоскостям спайности. Форма выкалыва-
выкалываемых заготовок СаСО3 — ромбоэдр. Форма заготовок NaCl — куб, параллелепипед,
пластинка. Раскалывание производят зубилом, наставляя его острие по плоскости
спайности. Ориентированные заготовки из СаСО3 распиливают алмазными отрезными
кругами формы АОК или тонкими металлическими дисками со свободным абрази-
абразивом. Малая прочность и низкая термостойкость этих кристаллов определяют необ-
необходимость использования мелкозернистого F3/50) алмазного инструмента или
свободного (М14) абразива.
Большинство кристаллов диэлектриков, в частности LiF, CaF2, BaF2, CaWO4,
SiO2, A1,O3 и другие, разрезают па заготовки алмазными отрезными кругами формы
АОК. Линейная скорость круга 20—
30 м/с, подача — до 30 мм'мин, при раз-
разрезе рубина или сапфира подача может
быть увеличена до 60 мм/мин. В каче-
качестве смазочно-охлаждающен жидкости
применяется вода.
Некоторые мягкие кристаллы, напри-
например AgCl, Til—TIBr, KA1(SO4J, могут
быть разрезаны на заготовки тонкой
дисковой фрезой (толщина фрезы 0,5 мм),
тонким ножовочным полотном или
лобзиковой пилой. Смазочно-охлажда-
ющая жидкость — скипидар.
Полупроводниковые кристаллы Qe,
Si, GaAs и другие разрезают алмазными
отрезными кругами формы АКВР или
тонкими металлическими полотнами со
свободным абразивом (карбид кремния,
зернистость М10, М7).
Сверление отверстий в кристаллах производят, применяя то же оборудование
и инструмент, что и для стекла. При сверлении водорастворимых кристаллов в ка-
качестве смазочно-охлаждающей жидкости для алмазного инструмента или жидкой
фазы суспензии свободного абразива используют насыщенные растворы солей этих
кристаллов.
Шлифование кристаллов. Грубое шлифование кристаллов, обладающих высо-
высокой твердостью (SiO2, А12О3, Ge, Si, SrTiO3 и др.), в условиях серийного произ-
производства выполняют алмазным инструментом на специализированных станках. В еди-
, иичном производстве используют обычные станки для грубого шлифования и алмаз-
алмазный инструмент формы 6А2Т по ГОСТ 17007—80 или же свободный абразив —
карбид кремния. Алмазный порошок в инструменте имеет зернистость 160/125—
125/100, свободный абразив — номера зернистости № 5 — М40. Алмазный инстру-
инструмент меньшей зернистости D0/28—28/20) применяют для грубого шлифования за-
заготовок из LiF. Смазочно-охлаждающая жидкость для алмазного инструмента и
жидкая фаза суспензии свободного абразива аналогичны применяемым при грубом
шлифовании стекла. Грубое шлифование мягких кристаллов, таких как NaF, КВг,
КС1, Csl и др., производят электрокорундовыми порошками номеров зернистости
М40—М28. Жидкая фаза суспензии — вода. Необрабатываемые поверхности водо-
водорастворимых кристаллов предохраняют от разрушения слоем защитного лака. В ка-
качестве материала шлифовалышка для обработки таких кристаллов используют
латунь или стекло марок ЛК5, К8.
Тонкое шлифование твердых кристаллов в большинстве технологических про-
процессов выполняют водными суспензиями свободного абразива — микропорошкамп
алмаза или карбида кремния зернистостей 20/14—3/2 и номеров зернистости
М20—М5 соответственно. Материал шлифовальника — латунь, кварцевое стекло.
Шлифование мягких и водорастворимых кристаллов производят микропорошками
электрокорунда номеров зернистости М20—М5. К абразивам предъявляют повышен-
повышенные требования однородности зернового состава. Жидкая фаза суспензии при шли-
шлифовании водорастворимых кристаллов — насыщенные растворы этих солей. Для
уменьшения глубины нарушенного слоя и вероятности образования дефектов
(царапины, выколки) используют инструмент из стекла марки ЛК5
185

или К8, хрупкость которого исключает возможность закрепления зерен-
абразива.
Тонкое шлифование водорастворимых кристаллов может быть заменено без-
безабразивной обработкой —■ растворением поверхностного слоя, образованного гру-
грубым шлифованием. Шлифовальником служит металлический или стеклянный корпус
с точной плоской или сферической поверхностью, на которую натягивают и закре-
закрепляют тонкую (бязь, батист) или наклеивают (фетр, сукно) ткань. Вода C0—
40 °С), подаваемая в зазор между притираемыми поверхностями,, растворяет кри-
кристалл. Такой процесс не образует нарушенного слоя, поэтому механическая проч-
прочность и термостойкость деталей оказываются выше, чем у деталей, подвергнутых
шлифованию свободным абразивом. Безабразивная обработка одновременно выпол-
выполняет функцию предварительного полирования.
Вследствие особенностей строения кристаллических материалов неровности
рельефного и глубина нарушенного слоя шлифованной поверхности зависят от ее
положения относительно той или иной кристаллографической плоскости. У NaCl,
KG, CaF2, LiF нарушенный слой по грани куба примерно на 40—50 % больше,
чем по грани ромбододекаэдра, где возможность проникновения трещин вглубь
материала в соответствии с направлением плоскостей спайности ограничена их вза-
взаимным пересечением под углом 90°.
У синтетического корунда, спайность которого несовершенна, строение шли-
шлифованной поверхности зависит от ее положения относительно оптической оси кри-
кристалла. При всех прочих равных условиях размер неровностей рельефного слоя
и глубина проникновения трещин меньше у поверхности, ориентированной парал-
параллельно оптической оси.
Особенностью строения шлифованной поверхности кристаллов является нали-
наличие зоны, в которой кристаллическая решетка деформирована, но не имеет при-
признаков разрушения. Эта зона, лежащая ниже уровня проникновения трещин, не
влияет на оптические свойства материала, но ее роль существенна, если качество
изделий определяют электрические характеристики. К таким деталям относятся
пьезоэлементы из кварца, полупроводниковые приборы из кремния, германия,
арсенида галлия и др.
Полирование кристаллов. Качество полированной поверхности зависит от вида
и зернистости абразива, жидкой фазы суспензии, свойств материала, образующего
рабочую поверхность полировальника. Исходя из механизма процесса, абразив вы-
выбирают тонкодисперсным и однородного зернового состава, который исключает раз-
разрушение полируемой поверхности воздействием единичных крупных зерен. В ко-
коротковолновой области спектра неровности полированной поверхности рассеивают
проходящий свет и снижают его пропускание. Эффект рассеяния практически
исключается при размере неровностей меньше длины волны падающего света. Для
этого в качестве жидкой фазы суспензии необходимо использовать жидкости, кото-
которые не вступают во взаимодействие с кристаллом и уменьшают глубину врезания
зерен в обрабатываемый материал за счет увеличения толщины несжимаемого слоя
в зазоре между притираемыми поверхностями. При полировании кристаллов,
обладающих малой твердостью, наличие зерен полирующего абразива с отклонением
размеров от среднего значения приводит к образованию на обрабатываемой, поверх-
поверхности дефектов в виде царапин. Для их исключения упругие свойства материала
полировальника должны обеспечивать возможность нивелирования уровня высту-
выступающей части всех работающих зереи под действием усилий, меньших по сравнению
с теми усилиями, которые вызывают возникновение дефектов.
При полировании синтетического корунда (А12О3) в качестве материала поли-
полировальника могут быть применены олово, медь, кварцевое стекло и агат. Абра-
Абразив — алмазные порошки в виде паст и суспензий зернистостью от 5/3 до 1/0.
Кварц полируют с использованием тех же обрабатывающих и вспомогательных
материалов, что и стекло.
Кристаллы CaF2) SrTiO3, BaF2 и другие полируют водными суспензиями
микропорошков алмаза марки АСМ зернистостей 3/2—1/0. Материал полироваль-
полировальника — пекоканифолевые смолы.
Полирование мягких кристаллов, таких как NaCl, KC1, KI, Csl и др., раз-
разделяют иа две стадии: предварительную и окончательную. Задача первой стадии —
быстрое удаление нарушенного слоя и придание полируемой поверхности формы,
близкой к требуемой. Обрабатывающим материалом является окись хрома, получа-
186
емая восстановлением бихромата калия серой. Цель второй стадии — уменьшение
неровностей полированной поверхности, придание ей заданной точности и чистоты.
В качестве полирующего абразива применяют тонкодисперсную окись хрома, кото-
которую получают термическим разложением бихромата аммония. Материал полироваль-
полировальника — полировочная смола с восковым покрытием, которое, обладая малой твер-
твердостью, способствует повышению чистоты поверхности. Жидкую фазу суспензии
могут составить вода, глицерин и их смеси. Глицерин, обладая большей вязкостью
по сравнению с водой, увеличивает толщину несжимаемого слоя жидкости, что спо-
способствует повышению чистоты полируемой поверхности. С этой же целью нивели-
нивелируют уровень работающих зерен, растирая суспензию, нанесенную на поверхность
полировальника. При полировании мягких кристаллов поверхность полировальника
ие подрезают и не исправляют путем притира с изделием. Ее периодически коррек-
корректируют стеклянным инструментом, представляющим копию формы поверхности
готовой детали. При высоких требованиях к точности формообразования детали до-
доводят в сепараторах. Форму и взаимное расположение поверхностей контролируют
бесконтактным способом.
Полирование водорастворимых и гигроскопичных кристаллов ведут досуха,
после чего водой не промывают, так как вследствие растворения поверхностного
слоя могут быть вскрыты дефекты (царапины, точки), образовавшиеся в процессе
шлифования. Работу выполняют в резиновых перчатках или напальчниках, так как
при касании пальцами полированные поверхности могут помутнеть. Заготовки хра-
хранят в эксикаторах с прокаленным и обезвоженным хлористым кальцием. По мере
готовности отдельных поверхностей на них наносят слой защитного лака. Полиро-
Полированные поверхности готовых деталей подвергают полному комплексу защиты, кото-
который включает ряд последовательно выполняемых операций: вакуумную осушку для
удаления адсорбированной влаги, прогрев в термостате в целях повышения пре-
предела прочности кристалла, защиту полированных поверхностей.
При полировании некоторых кристаллов в суспензию полирующего абразива
вводят химические реагенты, действие которых улучшает чистоту поверхности, по-
повышает интенсивность процесса, уменьшает глубину нарушенного слоя. В частно-
частности, при полировании InSb в водную суспензию окиси хрома вводят раствор
HNO3 : CH3CHOHCOOH : Н2О, при полировании GaAs и InAs — раствор
Н2О2 : NH4OH : Н2О. При полировании SrTiO3 используют смесь 5 %-ных раство-
растворов кислот HF : HNO3 в соотношении 1:1; при полировании Qe и LiF — 3 %-ный
раствор Hi\O3; для полирования кристаллов Si и А12О3 — насыщенные водные
растворы солей NaCl и KHSO4 соответственно.
5.5. Определение количества,
вида и размера заготовок
Расчет прэцечтнык надбавок на обработку заготовок линз и пластин. Чтобы
получить процентные надбавки #;, зависящие от конструктивных параметров де-
детали, выполняют расчет по табл. 5.7. Полученные значения умножают на коэффи-
коэффициенты табл. 5.8, которые распределяют надбавку от каждого параметра по опера-
операциям, предусмотренным технологическим процессом [2]. Сумма в каждой графе
по вертикали (по всем конструктивным параметрам) дает значение процентной над-
надбавки для соответствующей операции. Сумма операционных надбавок определяет
ее величину Н на весь технологический процесс.
Расчет количества загоговэк. Количество заготовок, необходимое для выпол-
выполнения заданной программы, определяют с учетом оценочной величины коэффициента
запуска /С3п на все операции, предусмотренные технологическим процессом. Этот
коэффициент характеризуется суммарной (по каждому конструкторско-технологи-
ческому параметру) надбавкой Н (%), оценочное значение которой для линз опре-
определяется из выражения
+
10
&M + 0.5 ^ Р 4-1 "г М f 100
+
200
+
22
12
12
+ отт + п + х +17-75-
187

Таблица 5.7. Размеры процентных надбавок в зависимости
от конструктивных параметров деталей
Таблица 5.8. Пооперационное распределение надбавок
на обработку заготовок (штабик, дрот, кратная) лннз и пластин
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Кон структорско- технологический
параметр детали
Относительная твердость по
сошлифовыванию Кт
Относительная толщина t/DA
Толщина края tK
Допуск на децентрировку С
Квалнтет изготовления дна-
метра £д
Допуск на местную ошиб-
ошибку AN
Чистота полированной по-
поверхности Р
Допуск на толщину \t
Допуск на клиновидность G
Размер партии М3
Категория пузырности Q
Группа пятнаемости Я
Группа налетоопасности X
Величина надбавки, %
#1= 2(/Ст— 1,5)г+ 1,8
Я2 = 5A + 10//Д^-1+1,7
На = 20 (/к + 2)-1 + 1
Я4 = 10A03С+ 1)-! +
+ 0,25
Я6 = 4,5—0,19£д
Я6 = 4,0—0,19£д
Я„ = (AW + 0,5)"!+ 1,0
Я7 = 10 (Р+ 1)-х+ 6,0
Н-= 10 (Р+ 1)-1+ 5,0
Я8 = 22A0А^ + 2)-1 + 1,0
Я9 = @,096+ 13,05) @,036 +
+ 1,35)-!
Я10= 200(^+100)-*+0,5
Ни = 12 (Q + l)-i
Я12=Я
Я13 = X
Применение
для
лииз
+
+
+
+
+
—
+
+
—
+
—
+
+
+
+
для
пла-
стии
+
+
—
—
—
+
+
—
' +
+
+
+
+
+
+
Оценочное значение надбавки Я для заготовок пластин дополняется членом
0,096 4- 13,0
гг—-^гд—— .- , учитывающим допуск на клиновидность детали.
0,099 f- 11^^
В приведенном выражении член Р представляет коэффициент, учитывающий
класс чистоты полированной поверхности:
Класс
чистоты
I —IX
0 — 10
0 — 20
0 — 40
1, 2 9
0
-0,2
-0,5
188
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Учиты-
ваеуый
параметр
/Ст
tlDA
tK
С
£д
AN
Р
М
6
ма
Q
п
X
Коэффициенты распределения надбапки по операциям
подгонка
толщины
лииз
0,18
0,1
0,2
—
—
—
—
—
—
0,1
—
—
—
пла-
стии
0,18
0,1
0,2
—
—
—
—
—
—
0,1
—
—
—
округли-
ваиие
линз
0,18
0,1
—
—
0,2
—
—
—
—
0,1
—
—
—
пла-
пластин
0,28
0,1
—
—
1,0
—
—
—
—
0,1
—
—
—
грубое шли-
шлифование
лииз
0,18
0,2
0,3
—
—
—
—
0,8
—
0,3
0,3
—
—
пла-
стии
0,18
0,2
0,3
—
—
—
—
0,3
0,2
0,4
0,2
—
тонкое
шлифование
линз
0,18
0,2
0,1
—
—
0,3
—
0,1
—
0,3
—
—
—
пла-
пластин
0,18
0,2
0,1
—
—
0,3
—
0,5
0,3
0,4
0,4
—
—
полиро-
полирование
линз
0,18
0,4
0,1
—
—
0,7
0,9
0,1
—
—
0,7
0,4
0,5
пла-
стии
0,18
0,4
0,1
—
—
0,7
1,0
0,2
0,5
—
0,4
1,0
1,0
центри-
центрирование
линз
0,1
—
0,3
1,0
0,8
—
0,1
—
—
0,2
—
0,6
0,5
Член X представляет коэффициент, учитывающий группу (Л, Б, В) налето-
налетоопасности силикатных и группу (а, у, д) налетоопасности несиликатных стекол:
X = 2 для стекол групп А, а; X = 3 для стекол групп Б, у; X = 4 для стекол
групп В, д.
Расчет запускаемой в обработку партии М3 заготовок необходимо проводить
с учетом требуемого количества М годных деталей и процентной надбавки на каждую
операцию, предусмотренную технологическим процессом. Расчет начинают с послед-
последней операции. Если, например, заготовки обрабатывают на операциях грубого
шлифования (гш), тонкого шлифования (тш), полирования (и) и центрирования
(ц), то Мз определится после решения уравнений:
Мц= М A +0,01Яц); Мп = МцA +0,01Я„):
Мтш = Л*„ (Н 0,01ЯТш); М1Ш = Мтш A + 0,01//,,,,).
Отношение М3/М является фактическим коэффициентом запуска Кзп-
189

Выбор вида заготовки. Вид заготовки (прессованная, штабик, дрот, краткая)
выбирают исходя из условия обеспечения минимума затрат на изготовление деталей
заданной программы. Стоимость Сш (руб.) партии М3 заготовок данного вида
Сш = CtM3,
где С; — стоимость одной заготовки данного вида.
Заготовки всех видов, за исключением прессованных, требуют для их после-
последующей обработки выполнения дополнительных операций (распиливания, блоки-
блокирования, подгонки толщины, округливания и др.). Трудоемкость этих операций
рассчитывают либо по аналитическим моделям, представляющим формализованное
описание связи штучно-калькуляционного времени с элементами производства,
либо в соответствии с действующими на предприятии нормативами.
Затраты времени Ti (ч) на обработку партии запуска находят по формуле
п
Ti = 0,0166 J] TmKiM3,
1=1
где Тш]ц — штучно-калькуляционное время на обработку заготовки, мин.
Квалификацию исполнителя, необходимую для проведения работ, устанавли-
устанавливают по тарифно-квалификационным справочникам.
Заработную плату 30i (ч) основных производственных рабочих, выполняющих
дополнительные операции, рассчитывают по формуле
3oi ~ CmTi,
где СНч — стоимость 1 нормо-ч.
Затраты Яс; (руб.) иа получение заготовок данного вида определяются так:
Па = Cni + 3oi-
Если аналогично рассчитать стоимость заготовок других видов и упорядочить
ее по возрастанию, то первый член этого ряда укажет на наиболее экономичный вид
заготовки.
Определение размеров заготовок. Размеры заготовок рассчитывают исходя из
их вида и величины припусков на механическую обработку. Припуски назначают,
руководствуясь нормативной документацией. Величина припуска учитывает глу-
глубину залегания дефектов и допуск на изготовление, предусмотренный
ГОСТ 13240—78 Но так как нормативная документация устанавливает припуск
не на конкретный размер, а на их диапазон, то все промежуточные значения оказы-
оказываются завышенными. В табл. 5.9 приведены формулы для расчета припусков
и размеров заготовок в соответствии с функцией, аппроксимирующей закономер-
закономерность их изменения в зависимости от конструктивного параметра детали.
Для определения количества, вида и размера заготовок с помощью средств вы-
вычислительной техники необходимо выполнить действия, предусмотренные блок-
схемой алгоритма рис. 5.18 [2].
Пооперационное распределение припусков. Припуск Ы на толщину распре-
распределяют между всеми операциями и переходами, предусмотренными технологическим
процессом В общем случае обработка сферических и плоских поверхностей включает
операции грубого и тонкого шлифования, полирования. После операции грубого
шлифования толщина tr заготовки
tr = t0 + Мв + Fr,
где Fr — глубина слоя, нарушенного грубым шлифованием, мкм.
Оставшуюся часть припуска на толщину заготовки по оси, равную гг, распре-
распределяют между операциями тонкого шлифования и полирования:
Fr = бт + 6п.
Припуск бт на операцию тонкого шлифования распределяют между всеми пере-
переходами, на каждый из которых отводится часть, равная разности глубин слоев,
нарушенных абразивами предыдущего перехода (операции) FMn и данного /-Mn+i>
б б + S
Таблица 5.9. Формулы для расчета припусков и размеров заготовок
M
n+i,
где
190
Конструктивный
параметр заготовки
Припуск 6D на диа-
диаметр, ММ
Диаметр D круглых
пластин и линз, мм
Припуск 6L на сто-
сторону иекруглых пла-
пластин, мм
Сторона L некруг-
некруглых пластин, мм
Припуск 6L на сто-
сторону некруглых пла-
пластин для линз, мм
Сторона L некруг-
некруглых пластин для линз,
мм
Припуск 8t на тол-
толщину по оси линз и
пластин, мм
Толщина / по оси
линз и пластин, мм
Припуск 6R на ра-
радиус сферической по-
поверхности, мм
Радиус R сфериче-
сферической поверхности, мм
Вид заготовки
Прессованная
шамотная
бесша-
бесшамотная
Шта-
бик
6D = 0,022£>с -1 1,05
D = 1,022Д, -|- 1,05
6L = 0,022L0+ 1,05
L= 1,022L0+ 1,05
8L= 0,044L0+ 1,83
L= 1,044L0+ 1,83
6^= 0,014D0 +
+ 1,22
i - U + A/n +
+ 0,014D0+ 1,22
б^
&R= ±0,4(#0/Д>J +
+ 0,007D0 + 0,61
R = Ro ± 0,4 (R/DoJ +
+ 0,007D0+ 0,61
—
—
Дрот
—
Кратная
6Z.=0,022Z.0+1,05
Z.= 1,022Z.0+1,05
6Z.=0,044Z.0+1 ,83
L= 1,044 Z.o+1,83
= 0,009D0 + 0,77
- Л/ц + 0,009£H -I 0,77
—
—
—
Примечание. Do, Lnt t0, /?0 — номинальный размер детали по диаметру,
длине (ширине), толщине и радиусу соответственно, мм; А/в — верхний предел допу-
допуска иа толщину по оси лииз и иластии, мм.
Припуск на операцию полирования соответствует глубине слоя, нарушенного
абразивом последнего Mj перехода операции тонкого шлифования
<5п — Fmj.
Припуск бр (мм) на распиливание заготовок (кратная, штабик, дрот) назначают
в зависимости от толщины b отрезного круга и числа п пропилов:
бр = 1,15/гб,
где 1,15—коэффициент, учитывающий увеличение ширины пропила из-за торцевого
биения круга, несовпадения плоскости его вращения с направлением подачи и др.
191

-схе
о
tQ
об
-
о
лен
5
с
о
н
о
га
CL
се
са
га
н
о
d
1
(_,
га
СО
га
о_
to
111
IS!
III
11,
IP
11!
1st
Hi
IT
IT
111
ll
192
Jl
I!
ii
5.6. Способы установки заготовок
, на приспособлениях
Установка с базированием по технологическим базам. При установке заготовок
по технологическим базам нх положение на станке или в приспособлении может быть
зафиксировано несколькими способами.
Закрепление механическим зажатием. Действием сил трения заготовки закреп-
закрепляют в тех случаях, когда снижение точности конструктивных параметров деталей
под действием напряжений и деформаций, вызываемых усилиями зажатия в тисках
цанговых патронах и других устройствах, не выходит за пределы установленного до-
допуска. Способ механического зажатия распространен в основном на операциях вы-
выполняемых алмазным инструментом: грубое шлифование сферических и плоских по-
поверхностей, снятие скосов, нанесение пазов, канавок, обработка заготовок по пери-
периметру, круглое шлифование и т. п. На завершающих стадиях обработки (тонкое шли-
шлифование, полирование) такой способ фиксации положения заготовок используют лишь
при большой жесткости конструкции деталей или низких требованиях к точности
формообразования. Взаимное расположение поверхностей может быть выдержано
с точностью 1—3 , линейные размеры — в пределах 0,01—0,05 мм.
Закрепление действием сил молекулярного сцепления' (оптический контакт)
Способ соединения основан на эффекте взаимодействия двух полированных поверхно-
поверхностей — установочной базы изделия с установочным элементом приспособления при
малых (от 10 до 10~2 мкм) расстояниях между ними. Оптический контакт — пре-
предельно точный способ совмещения установочной и измерительной баз. Необходимым
условием прочного соединения является наличие у заготовок полированной поверх-
поверхности с отступлением от плоскостности N < 0,5. Выполнение условия совмещения
баз и использование оптических средств технологического контроля позволяют вы-
выдержать взаимное расположение поверхностей обрабатываемых заготовок с точностью
1—5 отклонение от плоскостности N = 0,3-ь0,5.^В величину N входит исходная
ошибка формы поверхности установочной базы вследствие ее упругой деформации
- при соединении с установочным элементом приспособления. Погрешность приспособ-
приспособления вносит ошибку во взаимное расположение поверхностей. Заготовки некруглых
клиньев и заготовки призм при установке могут быть развернуты в плоскости перпен-
перпендикулярной к главному сечению. Возникает погрешность базирования и как след-
следствие, «косина» призм, изменение направления главного сечения клиньев Для исклю-
исключения этой погрешности в конструкции приспособлений предусматривают направля-
направляющую базу. F
Закрепление заготовок действием сил молекулярного сцепления применяют при
изготовлении пластин, клиньев иЛ призм с высокими требованиями к точности
формы и взаимному расположению поверхностей.
Закрепление действием сил капиллярного натяжения жидкости. Данный способ
фиксации положения заготовок используют при изготовлении пластин клиньев
призм. Установочный элемент приспособления выполнен из пористого материала (ке-
(керамика, графит, металлокерамика) и пропитан жидкостью, которая отличается вы-
высоким коэффициентом поверхностного натяжения, малой вязкостью, низким давле-
давлением пара. Клеящим веществом пористый материал соединен с корпусом При совме-
совмещении установочной базы заготовки с установочным элементом приспособления жид-
Кость, находящаяся в порах поверхностного слоя, создает силы капиллярного натя-
натяжения, которые направлены по нормали к плоскости соединения и прочно удержи-
удерживают изделие. В тангенциальном направлении величина этих сил мала, поэтому для
предупреждения смещения заготовок предусматривают опорную и направляющую
базы. Установочные элементы приспособления и установочная база заготовок мот^т
быть тонкошлифованиыми или полированными. Совмещение измерительной и уста
новочнои баз, незначительные погрешности закрепления и приспособления и как
следствие этого, малая погрешность установки позволяют применять этот способ пои
изготовлении деталей с относительной толщиной до 1 • 50 [8] Р
Закрепление примораживанием. Это разновидность предшествующего способ
отличается тем что в порах поверхностного слоя приспособления находится воля'
которую после базирования заготовок замораживают Такое состояниеСистемы поп'
Держивают в течение всего времени работы. Точность устаиовк" заготовок близка'
к точности установки способом, рассмотренным выше. Применяют при
операции тонкого шлифования и полирования деталей "типа
7 Кузнецов С М и др .„

пластин, изготавливаемых из материалов, свойства которых исключают использо-
использование клеящих веществ или нагрев.
Закрепление вакуумным прижимом. Этот способ закрепления, так же как и пред-
предшествующий, позволяет совместить установочную и измерительную базы. Усилие,
необходимое для фиксации положения заготовок, создается вакуумом в объеме сво-
свободного пространства между изделием и установочным элементом приспособления."
Область применения — операция грубого шлифования крупногабаритных пластин,
операции тонкого шлифования и полирования единичных линз, нанесение фасок
и др. Недостатками способа являются необходимость непрерывного поддержания ва-
вакуума из-за возможного нарушения герметичности соединения, сложность кон-
конструкции приспособлений для одновременной обработки группы заготовок, деформа-
деформация заготовок при их недостаточной жесткости.
Установка с базированием по настроечной базе. При базировании заготовок
по настроечной базе их положение на приспособлении может быть зафиксировано
посредством приклеивания и твердеющим раствором.
Закрепление приклеиванием. Фиксация положения заготовок приклеиванием
широко применяется в серийном производстве линз, пластин, призм. Функцию
настроечной базы выполняет обрабатываемая поверхность-. Эту базу используют для
выверки положения заготовок, которые притирают к установочному элементу (по-
(поверхности) вспомогательного притирочного приспособления. Силовое замыкание,
фиксирующее положение заготовок, создают, помещая на смоляные подушки нагре-
нагретое наклеечное приспособление.
Так как установочная и измерительная базы не совмещены и для каждой заго-
заготовки положение измерительной базы случайно, возникает погрешность базирования,
равная полю рассеяния соответствующего размера, полученного при выполнении
предшествующей операции. При установке сферических заготовок радиус блока после
охлаждения наклеечного приспособления отличается от радиуса настроечной базы.
Возникает погрешность закрепления и, как следствие этого, ошибка взаимного рас-
расположения поверхностей (децентрированность линз). Если радиус рабочей поверх-
поверхности наклеечных приспособлений с относительной кривизной H/R>0,5 не соответ-
соответствует расчетному значению, то неодинаковая толщина и соответственно неодинако-
неодинаковая упругость смоляных подушек в разных зонах блока вызовут аналогичную по-
погрешность.
Погрешность закрепления возникает и вследствие неравномерного распределе-
распределения температуры по толщине заготовки, когда соединяют разогретые элементы
блока (стекло—смола—металл), различающиеся теплофизическими свойствами.
При линейном и одинаковом для каждого поперечного сечения распределении
температуры вдоль оси плоского диска диаметром £>д и толщиной / ои изогнется
и примет форму концентрического мениска со стрелкой прогиба (деформацией) W
поверхности
W = [D2J(8t)\ aM,
где а — коэффициент термического расширения материала заготовки A.t — разность
температур поверхностей, ограничивающих диск, ...°.
По мере охлаждения блока градиент h.t в заготовке и ее деформация W умень-
уменьшаются, что происходит беспрепятственно за счет пластической деформации слоя
клеящего вещества. Но как только упругие свойства последнего возрастут до вели-
величины, преодолеть которую заготовка уже не может, она остается в упруго-деформи-
упруго-деформированном состоянии. Градиент А/ зависит от соотношения толщин заготовки и при-
приспособления, от их теплофизических свойств. От толщины клеящего слоя градиент
не зависит, но с увеличением толщины слоя напряжения в стекле могут релаксиро-
ваться, а деформация уменьшаться. Установка по настроечной базе с креплением
заготовок приклеиванием отличается простотой и универсальностью конструкции
приспособлений, однако точность конструктивных параметров деталей из-за значи-
значительных погрешностей установки не превышает той точности, которую заготовки
имели до установки. Точность можно повысить, если материал притирочного при-
приспособления будет способен к упругой деформации, соответствующей полю рассеяния
выполняемого размера, полученного иа предшествующей операции. При этом усло-
условии за счет изменения положения настроечной базы и установочного элемента при-
приспособления оказывается возможным совместить установочную и измерительную базы
каждой заготовки блока, что и уменьшает погрешность установки.
194
Закрепление твердеющим раствором. Этот способ имеет ограниченное примене-
применение в процессах изготовления призм. Обрабатываемую поверхность заготовок,
выполняющую функцию настроечной базы, совмещают с установочным элементом
(поверхностью) притирочного приспособления. Пространство между заготовками и
окружающим их корпусом заполняют водным раствором гипса. Так как затверде-
затвердевание раствора сопровождается изменением его объема, то притертые к установочному
элементу заготовки меняют положение — возникает погрешность закрепления. В за-
зависимости от конструкции приспособления и размера удельного расширения гипса
или его смеси с цементом ошибка взаимного расположения поверхностей может быть
от 0,5 до 5'.
Установка с базированием по промежуточному элементу. Такую установку
(жесткий метод блокировки) используют в серийном и крупносерийном производстве
лииз, пластин, призм. Базирующую поверхность заготовок соединяют с установочной
поверхностью приспособления через промежуточный элемент — тонкий @,05—0,3 мм)
слой иаклеечной смолы или прокладку, пропитанную клеящим составом. Этот слой,
исключая возможность совмещения установочной и измерительной баз, вносит по-
погрешность базирования. Размер погрешности определяется колебаниями в толщине
слоя у отдельных заготовок блока и может достигать 0,05—0,1 мм. Соответственно
будут различаться и линейные размеры обработанных заготовок. Разиотолщинность
слоя в пределах каждой заготовки вносит погрешность во взаимное расположение
поверхностей. Возникает децеитрированность линз, клииовидность пластин, ошибки
углов призм. Погрешность положения заготовок определяется неточностью изготов-
леиия'устаиовочных элементов приспособления. В частности, у грибов и чашек воз-
возможна неодинаковая глубина лунок, высота шайб и плоских срезов. Суммарная по-
погрешность сопоставима и может превышать погрешность установки по настроечной
базе с креплением заготовок приклеиванием.
5.7. Выбор способа сборки блока
Блоки заготовок могут быть собраны эластичным, жестким и сепараторным спо-
способами. Ограничения на их использование, устанавливаемые коиструкторско-техно-
логнческими параметрами деталей, приведены в табл. 5.10.
Таблица 5.10. Коиструкторско-технологические параметры
деталей, определяющие выбор способа сборки блока
Способ
сборки блока
Жесткий:
с операции
грубого
шлифо-
шлифования
с операции
тонкого
шлифо-
шлифования
Эластичный
Сепаратор-
Сепараторный
Параметры детали
входные
«бл
«150
<150
(и)
3*5
>40
3=50
3=1,5
3*1,0
м
«0,8
>0,05
'/*д
5*0,1
«0,5
«0,05
Не ограничиваются
3=4,0
Не ограничиваются
выходи ые
М
3=0,2
з*од
3=0.1
^0,2
N
1
1
Не огра-
ничи-
ничиваются
Эластичный способ сборки. Базирование заготовок выполняется по настроечной
базе, положение заготовок на приспособлении фиксируется приклеиванием. Толщина
клеящего слоя смолы /см связана с размером заготовки £)д соотношением /См =
7* 195

1
It
I One,
■
1
t
1
1
1
1
\пшз
1
1
i
:c
1
5
о
ч
о
из
о»
1С
s
О,
196
= 0,05£>д -)- 1,0 мм. Из-за недостаточной прочности соединения данный способ сборки
блоков применяют в основном после операции грубого шлифования отдельных заго-
заготовок. Термопластические свойства клеящих веществ ограничивают интенсификацию
режимов тонкого шлифования и полирования блока. В то же время, как отмечалось
ранее, наклеечные приспособления просты и универсальны. Точность конструктивных
параметров деталей, в частности толщина пластин и линз, без дополнительной опера-
операции подгонки толщины не превышает той, которая была до сборки блока.
Жесткий способ сборки. Базирование заготовок по промежуточному установоч-
установочному элементу обеспечивает высокую прочность их соединения с приспособлением.
Это позволяет использовать производительные способы механической обработки заго-
заготовок, собранных в блок, начиная с операции грубого шлифования, и строить произ-
производственный процесс по наиболее совершенной организационной форме — в виде по-
поточно-автоматических линий. Для эффективной реализации жесткого способа сборки
необходимы определенные условия производства, наклеечные приспособления, кото-
которые требуют высокой точности изготовления. Этот способ сборки блоков экономически
целесообразен в условиях серийного и крупносерийного^производства.
Сепараторный способ сборки. Отсутствие необходимости выполнения ряда опе-
операций, простота конструкции приспособлений и возможность контроля параметров
заготовок в процессе обработки делают этот способ наиболее экономичным. Однако
его применение ограничивается конструкторско-технологическими параметрами де-
деталей и организационными условиями.
Способ сборки выбирают на основе технического, экономического и организа-
организационного анализа. Блок-схема алгоритма выбора с учетом только технических ха-
характеристик приведена на рис. 5.19.
5.8. Расчет блоков заготовок
Расчет блоков сводится к выбору оптимальной схемы расположения заготовок иа
приспособлении, определению количества одновременно обрабатываемых заготовок
и нахождению размеров блока (диаметр и высота сферического, диаметр плоского),
которые нужны при расчете инструмента и приспособлений, выборе оборудования.
Рассчитанный блок должен удовлетворять двум требованиям:
1) обеспечивать размещение возможно большего количества заготовок; 2) равно-
равномерно заполнять ими всю поверхность приспособления. Первое требование направ-
направлено на повышение производительности, второе — на повышение точности формы по-
поверхности каждой детали. Для всех способов сборки блока методика расчета практи-
практически едина.
Сферические блоки. Для повышения производительности процесса целесооб-
целесообразно применение блоков с углом раствора 180° (полусфера). Однако процесс формо-
формообразования в этом случае сложен, так как нормальная составляющая Ря усилия Р,
с которым обрабатываемая поверхность прижата к инструменту, изменяется по за-
закону Ря =■= Р cos Убл/2 я при убл "= 180° равна нулю, т. е. Ря = 0. Износ краевой зоны
заготовок иижнего ряда будет происходить лишь за счет относительной скорости пере-
перемещения блока и инструмента. Ограничение угла раствора блока упрощает процесс
формообразования. Равномерное заполнение площади приспособления и повышение
точности формообразования обеспечивается при расположении в центральной зоне
одной, трех или четырех заготовок.
Расчет сфервческого блока (рис. 5.20) сводится к следующему ряду последова-
последовательно выполняемых вычислений.
I. Находят полный угол раствора Убл (•••")■ радиус которого Ябл,
7бл =
5600
Ябл+60
+ 88.
2. Рассчитывают угол а раствора заготовки и угол
промежутком с между заготовками,
(табл. 5.11), определяемый
3. Рассчитывают угол 0/ (табл. 5.12), который ограничивает t-ю зону блока для
разных схем размещения заготовок в центральной зоне навдеечного приспособления
197

радиуса Run- Толщину заготовок по краю tKp определяют по формулам
табл. 5.13.
4. Определяют число зон i заготовок на блоке для данной схемы их расположения
в центральной зоне. Для этого, задавая значения i = 1, 2, 3, ..., сравнивают вели-
величину угла 7бл/2 — в/ с величиной угла 2а + Р: если 1>бл/2 — 6г > 2а + Р> расчет
продолжают, придавая i очередное значение, при y§j2 — 6; < 2а -)- Р расчет пре-
прекращают, а предыдущее значение i указывает на макснмальное число зон.
Рис. 5.20. Сферический блок
Таблица 5.11. Угол а раствора заготовки и угол
определяемый промежутком с между заготовками
Форма по-
поверхностей
заготовки
Rt — вы-
выпуклая;
R2 — пло-
плоская
Rt — вы-
выпуклая;
Ra—вог-
Ra—вогнутая
#!—вы-
#!—выпуклая;
Ra—вы-
Ra—выпуклая
t—вог-
иутая;
2 — лю-
любая
arcsin
arctg
arcsin
'■(-&)
arcsin
^P]
arcsin
Dl/4
arcsin
\
DI/4
arcsin
198
ж
Таблица 5.12. Угол в,, ограничивающий i-ю зону блока
Блок
Выпуклый
Вогнутый
Выпуклый
Вогнутый
Выпуклый
Вогнутый
Число
заготовок
в централь-
центральной зоне
1
3
3
4
4
Угол в(., ..."
0a = (i-l)Ba-bp)+a
9„ ■= [arcsin (-^^)] Ь (« - 1) Bа + Р) + 2а
Qi3 - [arcsin (-^!^L>)] + («" ~ 1) Bа + Р) +2а
9,4 - [arcsin (^^)] + С - 1) Bа + Р) + 2а
9/4= [arcsin (^!f^)] +C-1) Bа + Р)+2а
Таблица 5.13. Формулы расчета толщины края заготовок
различной формы
Форма поверхностей
заготовки
Rx — выпуклая; R2 — плоская
Rt — выпуклая; R2 — выпуклая
Rt — Выпуклая; R2 — вогнутая
Rt — вогнутая; R2 — вогнутая
Rt — вогнутая; /?2 — плоская
Толщина края заготовки, мм
199

Перебор всех систем расположения заготовок в центральной зоне позволяет вы-
выбрать оптимальный вариант.
5. Находят количество щ заготовок по зонам I в соответствии с выбранной схе-
схемой расположения:
пп = ;Д—j т (при i > 2);
arcsin
180°
(i-l) J
180°
arcsin
ГТТб]
При числе зон ( < 8 количество щ заготовок в каждой зоне может быть взято
из табл. 5.14.
Таблица 5.14. Число заготовок Таблица 515. Расчет числа
nt по зонам в зависимости заготовок на блоке
от схемы расположения
Число за-
заготовок
в цент-
центральной
зоне
1
3
4
1
1
3
4
9
6
9
10
"г
3
12
16
17
по
4
18
22
23
5Онам i
5
25
28
29
6
31
35
35
7
37
41
41
8
43
47
48
Таблица 5.16. Число заготовок
на блоке Л1бл при числе зон I < 8
ото-
аль-
(- О.
я и
Число
вок в
ной зс
1
3
4
1
1
3
4
2
7
12
14
Мбл ПРН '"
3
19
28
31
4
37
50
54
5
62
78
83
< 8
6
93
ИЗ
118
7
129
154
159
8
173
201
207
Число заготовок на блоке
0-1 )/2Х
XI6+-
arcsin
X 3 +
Мбл = (/2 X
180°
arCSin[ 1,16+2 (f-lj.
= '/2 X
1
arcsin [1,42 + 2A — 1
6 В соответствии с числом i зон и схемой расположения заготовок определяют
их количество Мбл на блоке (табл. 5.15). При числе зон i < 8 общее количество заго-
заготовок Мбл на блоке может быть взято из табл. 5.16.
7. Рассчитывают диаметр и высоту блока (мм):
£>бл - 2#бл sin 9; tf6n = R6jl(l~cos9).
Плоские блоки. Здесь так же, как и при расчете сферических блоков, выбирают
оптимальную схему расположения заготовок в центральной зоне, обеспечивающую
рациональное использование площади наклеечного приспособления, число зон, по
которым располагаются заготовки, их количество. Коэффициент заполнения, харак-
характеризуемый отношением суммарной площади, занимаемой круглыми заготовками,
к общей площади блока, одинаков у схем с одной, тремя и четырьмя заготовками
в центральной зоне.
Для нахождения параметров блока последовательно выполняют следующие вы-
вычисления. „ . ,
1 Рассчитывают диаметр D;, описывающий i-ю зону блока для всех схем рас-
расположения заготовок диаметром Од в центральной зоне: Dn= 1,04Од Bi — 1);
Di3 = 1,04Од Bi + 0,2); Du = l,04DABi + 0,46) (индексы 1, 3 и 4 — число заго-
заготовок в центральной зоне блока).
200
Таблица 5.17. Расчет радиусов наклеечных приспособлений
для эластичного способа сборки сферических блоков
Форма поверхностей
заготовки
-#! — выпуклая; R2 — плоская
i?! — выпуклая; R2 — выпуклая
i?! — выпуклая; R2 — вогнутая
Rx — вогнутая; R2 — выпуклая
«1 s* i\2
Rt — вогнутая; R2 — вогнутая
Ri — вогнутая; R2 — плоская
Rt — выпуклая; R2 — вогнутая
Ri> R*
i?! — вогнутая; R2 — выпуклая
i?! — плоская; R2 — любая
Расчетная формула
Янп = Rt - t — 0, Шд
R Л/ ""+(«• +/
нп у 4 \ х а
/ D2 \2
-l/D*+ R +/)»f0'D
|/ 4 х д
Г 2 • • • ->
+(, . «+1/V "«V
\ ' 2 У <2 4 /
-О.Юд
+ о.шд
201

2. Находят число i зон, по которым могут быть размещены заготовки. Для этого
задают значения i = 1, 2, 3, ... и сравнивают вычисленное значение D,- с диаметром
£>нп наклеечного приспособления. Расчет заканчивают при разности DHn — Dt ■<
< 2ОД. После перебора всех схем расположения заготовок в центральной зоне по
минимальной разности DHn — D/ выбирают оптимальный вариант.
3. Определяют количество Мдл заготовок, которые могут быть собраны на блоке.
При i ■< 8 пользуются табл. 5.14 илн формулами табл. 5.15, а при Онп/Од > 8 число
М(,л заготовок может быть рассчитано по упрощенной формуле
Мбл-0,704 (О11П/ОДJ.
5.9. Расчет наклеечных приспособлений
Приспособления для эластичного способа сборки сферического блока. Расчет
заключается в определении радиуса RHn, диаметра DHn и высоты Янп наклеечного
приспособления (см. рис. 5.21). Радиус RHn определяют в зависимости от конструк-
конструктивных параметров заготовок линз: диаметра £>д, толщины t по центру, радиусов Rx
и R2 сферических поверхностей. Формулы для расчета /?нп для всех видов заготовок
линз приведены в табл. 5.17.
Для выпуклых заготовок с большой относительной кривизной, размещаемых на
блоке в количестве трех или четырех штук, целесообразно отступление от формулы,
где #„п = i?i — t — 0,Шд. У такого блока толщина слоя наклеечной смолы по краю
заготовки получается значительно больше, чем в середине, поэтому в процессе обра-
обработки край заготовки может осесть. Радиус наклеечного гриба для такого блока дол-
должен быть равным /?нп= Ri — t мм, а высоту грибов и глубину чашек Янп, их диа-
диаметры DHn рассчитывают по следующим формулам: НШ1 = R^Jl A — cos 0,); DHn =
— ^ у *^цп нп — нп'
Если на производстве есть набор наклеечных приспособлений, радиус Янп кото-
которых в диапазоне R отличается от расчетного Ruu на величину AR, не превышающую
указанной в табл. 5.18 (но данным производственного опыта), они могут быть исполь-
использованы для сборки блока.
Таблица 5.18. Граничные условия выбора радиуса
наклеечного приспособления из нормального набора
Диапазон R
3,0 < R<
91,8<R<
101,6<£<
110 5<Г R <Г
131,0<Д<
182,0 <R<
223,0 < R <
мм
91,6
101,2
110,0
130,0
180,0
220,0
296,0
&R <
*= V нп "hiw
0,2
0,3
0,4
0,5
1,0
2,0
3,0
Диапазон /^
300 <
410<
G20 <
950 <
1300 <
1800 <
R<
R<
R<
R<
R<
R<
, MM
400
590
900
1200
1600
2400
<«n -«„„)
5
10
20
50
10Q
200
При расчете высоты грибов и глубины чашек достаточна точность от 0,1 до 0,5 мм,
в зависимости от размера приспособления.
Радиус i?nn установочной поверхности притирочных приспособлений, исполь-
используемых при эластичном способе сборки сферических блоков, равен: Rnn = Ren 4- А,
где А = 0,02-^0,05 мм — поправочный коэффициент, учитывающий изменение ра-
радиуса поверхности собранного блока после охлаждения наклеечного приспособления.
Приспособления для жесткого спо:ооа сбэрхи сфепического блока. Особенностью
расчета является необходимость учитывать установленную ранее очередность обра-
обработки поверхностей заготовок. При нарушении этого условия приспособления будут
непригодны. Конструктивные плраметры грибов и чашек определяют в зависимости
от типа детали. Некоторые типы наклеечных приспособлений и их расчетные пара-
параметры приведены в табл 5.1').
202
а
X
S
Ч
VO
ГО
Н
ts о
О X
S«3SO
So
>. g fi- =
3 го З м с 3
П Н Ш СП С н
ro о
ч :
*;
P
n
ro .
* i
4 m
о о
S & 3
О ш с;
О щ
С i-
m м о
о s £
s x
в 3 X
<u Z 3
203

2
Продолжение табл. 5.19
Тип детали (а)
Вид заготовки (б)
Приспособление
Тип (в)
Применение
Расчетные параметры
Обработка 1-й и 2-й
поверхностей двояко-
двояковыпуклых линз, изго-
изготавливаемых из двояко-
двояковыпуклых заготовок, и
2-й поверхности линз,
изготавливаемых из пло-
плоских и плосковыпук-
плосковыпуклых заготовок
нп
а =
= Va* + (Од/2)*
0,5;
Ass+ 0,1
Обработка вогнутой
поверхности плосково-
плосковогнутых и 1 -й поверх-
поверхности двояковыпуклых
линз, изготавливаемых
из плоских и плоско-
плосковогнутых заготовок
?нп = Va* + (Од/2)*;
'2 (l) + 'г A, + 'см2 A, +2
= Аш + 2; Аш = Янп — а
Ti:n Детали (а)
Вид заготовки (б)
Продолжение табл. 5.19
Приспособление
Тип (в)
а
i
/,
щ
\
ш
Ил
а
>*^
/
>
э
Применение
Обработка 1-й и 2-й
вогнутых поверхностей
двояковогнутых линз,
изготавливаемых из дво-
двояковогнутых заготовок,
и 2-и поверхности линз,
изготавливаемых из пло-
плоских и плосковогнутых
заготовок
Расчетные параметры
R нп =
а —-
(9)
(£>д/2J;
i B) + ^см1 B)
A) .
A,
-0,2 '
."?! B) — расчетный радиус 1-й B-й) поверхности лнизы, мм; ty B) — расчетная толщина лиизы после обработки
— стрелка прогиба 1-й B-й) поверхности лиизы; tcul — толщина клеящего слоя @,05 мм) при обработке
.-,. ииирлп^.п п ;см2 —толщина клеящего слоя @,2—0,3 мм) прн обработке 2-й поверхности; dn — диаметр сферической лунки на кор-
корпусе приспособления, мм; Rny <2, — радиус лунки при обработке 1-й B-й, поверхности лнизы; rfCp — диаметр плоского среза на корпусе
приспособления, мм; d — диаметр металлической шайбы, мм; ^ш — толщина шайбы, мм; кшу B, — стрелка прогиба 1-й B-й) поверхности
шайбы,4мм.
Примечание. )
\-'л B-й) поверхности, мм; hj <2)
поверхности и tCM2 — толщина

Расположение посадочных мест, определяемое углом а (см. рис. 5.20), находят
по формулам для эластичного способа сборки блока в зависимости от принятой схемы
расположения заготовок в центральной зоне, а именно: для одной заготовки а =
= 0,-х — а; для трех а = 0,-3 — а, для четырех а = Qu — а.
При расчете радиусов RBn наклеечных приспособлений выдерживают точность
0,1 мм, а при изготовлении ±0,02 мм. Высоту грибов и глубину чашек выдерживают
с точностью до 0,5 мм. Расчет углов, определяющих положение посадочных мест в ме-
меридиональной и сагиттальной плоскостях, выполняют с точностью до 2'. При фрезе-
фрезеровании этих мест на поверхностях приспособлений выдерживают точность 10'.
5.10. Разборка блоков %
Разборка блоков заготовок может быть выполнена разными способами.
1. Охлаждением в камере при температуре от —30 до —50 °С. Разрушение соеди-
соединения происходит под воздействием тангенциальных усилий, которые возникают
вследствие неодинаковых коэффициентов термического расширения наклеечной смолы
E-10~3) и стекла F' 10~7). Этот способ в ряде случаев неэффективен. В частности, при
этом способе заготовки, приклеенные шлифованной поверхностью, трудно отделить
от приспособления из-за развитости ее рельефа; при использовании наклеечных смол
с низкой температурой размягчения тангенциальные усилия недостаточны для отрыва
стекла от смолы; при охлаждении блоков с заготовками из цветного стекла некоторых
марок температурный градиент вызывает разрушение поверхностного слоя, который
покрывается сеткой мелких трещин.
2. Ультразвуковыми колебаниями жидкости, в которую помещают блок. Связь
заготовок с приспособлением разрушают переменные нагрузки, создаваемые звуко-
звуковыми волнами, и кавитация жидкости, сопровождающаяся образованием ударных
волн с большим локальным давлением. В качестве рабочей жидкости используют
смеси органических растворителей (бензин, ацетон, спирт); может быть применена
и вода, но растворители имеют некоторые преимущества: можно разбирать блоки с за-
заготовками из химически нестойких стекол; продолжительность последующей про-
промывки деталей и наклеечных приспособлений в этом случае меньше; процесс разруше-
разрушения клеящего вещества более эффективен. Ультразвуковая установка представляет
собой ванну из нержавеющей стали, в дно и стенки которой вмонтированы излучатели,
колеблющиеся с частотой 15—20 кГц. В ванну, заполненную растворителем, вводят
блок. Под действием переменных нагрузок клеящее вещество, соединяющее заготовки
с приспособлением, разрушается. Время разрушения связей сокращается с увеличе-
увеличением числа и мощности излучателей и массы заготовок, уменьшением толщины слоя
клеящего вещества и повышением температуры его размягчения [6].
3. Ультразвуковыми колебаниями блока. Разрушение связей заготовок с при-
приспособлением вызывается неодинаковой частотой собственных и вынужденных коле-
колебаний приспособления, клеящего вещества и стекла.
В единичном производстве заготовки со смоляными подушками отделяют от
приспособления откалыванием ударами по деревянному клину, острое ребро кото-
которого наставляют на шов соединения смолы с приспособлением, или же ударами по
нерабочей поверхности последнего. При этом способе разборки блока кроме недо-
недостатков, свойственных любой операции, выполняемой вручную, возможно поврежде-
повреждение заготовок, увеличивается время растворения смолы, остающейся на заготовках,
и расход растворителей.
Разборка блоков с фиксацией положения заготовок действием сил молекуляр-
молекулярного сцепления может быть выполнена воздействием температурного поля (локаль-
(локальным нагревом или охлаждением заготовок) и в ультразвуковых ваннах. Применяют
также способ расклинивающего действия жидкости: блок помещают в ванну с водой.
После длительной (около 2 ч) выдержки вода проникает в зону оптического контакта и
отделяет детали от приспособления. Отсутствие активного воздействия на соединение
определяет низкую эффективность процесса. Известны конструкции приспособлений
с системой каналов на установочном элементе. Для снятия деталей с контакта жид-
жидкость в эти каналы подают под давлением. Попадая в зону соединения, она разрушает
его. Требуемое для этого время составляет 5—10 мин, в зависимости от площади кон-
контакта, давления, под которым подается жидкость, ее смачивающих свойств и других
условий.
206
5.11. Изготовление плоскопараллельных
пластин
Маршруты основных операций механической обработки заготовок плоскопарал-
плоскопараллельных пластин практически одинаковы во всех типовых технологических процес-
процессах. Но в зависимости от вида заготовок, конструктивных параметров деталей, тре-
требований к точности их исполнения, типа производства, конкретных условий данного
предприятия (парка оборудования, инструментальной базы, квалификации рабочих
и наладчиков станков и др.) процессы могут отличаться организационной формой и
способами выполнения операций.
При изготовлении пластин из прессованных заготовок первой операцией техно-
технологического процесса является установка заготовок на приспособлениях: сборка
блока для выполнения операции грубого шлифования 1-й преломляющей поверх-
поверхности.
В зависимости от размера изделий, их конфигурации и типа имеющегося обору-
оборудования для механической обработки установка может быть выполнена базированием
по технологическим базам (механическое зажатие, вакуумный прижим) или по про-
промежуточному установочному элементу с фиксацией положения приклеиванием.
В качестве черновой базы, по которой выполняют первую установку прессованных
заготовок, принимают поверхность с меньшими отклонениями от правильной геоме-
геометрической формы. Это позволяет выполнить базирование с большей точностью и обес-
обеспечивает устойчивое положение заготовок (особенно при их малых размерах) на при-
приспособлении.
Грубое шлифование плоских поверхностей с наиболее высокой производитель-
производительностью процесса обеспечивается обработкой алмазным инструментом на предвари-
предварительно настраиваемых станках (ЗБ-756, «Алмаз-250», «Алмаз-800» и др.). Толщину
слоя стекла, сошлифовываемого с 1-й поверхности, ограничивают размером, необхо-
необходимым для удаления дефектов прессования (складок, посечек, окалины и др.). Обра-
Обработанный блок разбирают, заготовки промывают и по той же схеме расположения
вновь устанавливают на приспособлении. При грубом шлифовании 2-й поверхности
контролируют ее параллельность по отношению к обработанной ранее и толщину за-
заготовок.
После грубого шлифования 2-й поверхности заготовки освобождают от закреп-
закрепления, для того чтобы они свободно деформировались под влиянием перераспределе-
перераспределения имеющихся в стекле остаточных напряжений, равновесие которых нарушено
снятием припуска. Деформация W плоского диска связана с его диаметром Вд и тол-
толщиной t, толщиной h слоя стекла, сошлифованного со 2-й поверхности, остаточными
напряжениями о" в стекле и его физико-механическими свойствами: коэффициентом
Пуассона v, оптическим коэффициентом напряжения В, модулем упругости Е:
Для изготовления деталей с точными поверхностями используют стекло, у кото-
которого двойное лучепреломление, определяемое остаточными напряжениями, составляет
от 2 до 6 нм/см. Если относительная толщина пластин мала (tlD<^ 1/10), то эти на-
напряжения даже при небольшой толщине слоя сошлифованного стекла вызывают зна-
значительные деформации.
При грубом шлифовании заготовок пластин, жесткость которых мала (H/D <
< 1/10), целесообразно использовать мелкозернистый алмазный инструмент (80/63—
63/50), что позволяет уменьшить деформацию заготовок на стадии тонкого шлифова-
шлифования и полирования. Жидкость, проникающая в трещины слоя, нарушенного грубым
шлифованием, и образующиеся при этом продукты гидролиза вызывают возникнове-
возникновение расклинивающих усилий. Под действием их поверхностные слои стекла растя-
растянуты. У пластинки, обе поверхности которой обработаны шлифованием, растягиваю-
растягивающие усилия уравновешены. Последующая операция полирования одной из поверхно-
поверхностей нарушает это равновесие, но так кяк заготовки соединены с приспособленяем,
то деформация произойдет только после их освобождения от .^крепления. Деформа-
Деформация № пластинки в виде плоского диска зависит от его размеров (D, t), физико-мсха-

нических свойств стекла (F. v) и от растягивающих усилий Р в нарушенном слое
шлифованной поверхности:
Р Dl
W = 3/4g--^(l-v).
Напряжения, а вместе с тем и деформация диска будут тем меньше, чем
мельче зернистость абразива, использованного при выполнении операции гру-
грубого шлифования. Ограничивающим условием являются требования к производи-
производительности- процесса. Режим грубого шлифования способом принудительного формо-
формообразования и характеристики алмазного инструмента назначают в соответствии
с данными п. 5.3.
После обработки по диаметру или по периметру и снятия фасок заготовки вновь
собирают в блок для выполнения операции тонкого шлифования. Одновременная
обработка группы заготовок в данном случае повышает не только производительность,
но и точность формы поверхности каждой детали, отступление Na которой от плоскост-
плоскостности на диаметре £>д уменьшается по сравнению с отступлением Мал поверхности
блока диаметром Одл соответственно отношению
При малых отступлениях поверхности от плоскостности точность такой оценки
для практических целей достаточна. Система размещения заготовок на блоке остается
той же, что и при сборке блока для грубого шлифования, а способ установки иа при-
приспособлении определяется требованиями к точности формы и взаимному расположе-
расположению поверхностей. Для обработки 1-й поверхности установка может быть выполнена
по настроечной или технологической базам, а фиксация положения — приклеива-
приклеиванием. Для обработки 2-й поверхности заготовки устанавливают только по технологи-
технологической базе. В зависимости от требований к точности формообразования и материала
изделия положение может быть зафиксировано приклеиванием, действием сил мо-
молекулярного сцепления (оптический контакт), капиллярного натяжения жидкости
или примораживанием. Последовательность обработки поверхностей устанавливают
исходя из требований к точности их формы и чистоте: чем выше эти требования, тем
позже обрабатывают данную поверхность.
Тонкое шлифование блоков и единичных заготовок выполняют способом поверх-
костного притира водными суспензиями мнкропорошков электрокорунда или алмаз-
алмазным инструментом в виде планшайбы, рабочая поверхность которой составлена из
отдельных алмазосодержащих элементов. Номера зернистости микропорошков элек-
электрокорунда и характеристики алмазного инструмента назначают в соответствии сдан-
сданными п. 5.3. Притир в его классическом виде не обеспечивает равномерного распре-
распределения работы и постоянства формы притираемых поверхностей в стационарной
фазе процесса. Скорость изменения формы поверхности инструмента, которая опре-
определяет форму поверхности изделия, можно лишь Замедлить, придерживаясь установ-
установленных опытным путем соотношений размеров блока и инструмента, длины пути и ско-
скорости их относительного перемещения. Минимальная скорость изменения формы
поверхности инструмента может быть получена при соблюдении следующих условий.
1. Отношение i'x размера верхнего звена DB к размеру нижнего DH выдерживают
в пределах
;i = DB/DH = 0,7 ч-0,9.
2. Отношение i2 скорости яшп принудительно вращающегося нижнего звена
к скорости пкр совершающего возвратно-колебательное движение верхнего звена
назначают в диапазоне
'2=- Пщп/Пкр = 0,5-5- 1,0.
С повышением требований к точности формообразования отношение i2 изменяют
в сторону нижнего предела. При г2 > 1,0 неравномерность износа притираемых по-
поверхностей возрастает. Возникают зональные ошибки: у нижнего звена более интен-
интенсивно изнашивается краевая зона, у верхнего — центральная.
3. Относительную длину штриха /я, т. е. путь /, который проходит центр верх-
верхнего звена за период одного колебания, отнесенный к диаметру нижнего звена, уста-
н;и!лп!1(|р<л и интервале
Л, / 1)„ 0,4-: 0,7.
208
Излишне большая длина штриха приводит к зональным ошибкам, аналогичным
ошибкам при «2 > 1,0. Короткий штрих вызывает погрешность формы поверхности
верхнего звена в виде местного бугра.
Полирование блока, так же как и тонкое шлифование, выполняют способом по-
поверхностного притира. Выбор материала, образующего рабочую поверхность поли-
полировальника, определяется требованиями к точности формы и чистоте полированных
поверхностей, интенсивностью процесса (см. табл. 5.5). Настройку станка устанавли-
устанавливают, придерживаясь тех же соотношений, что и при тонком шлифовании. Режим
работы станка назначают исходя из требований к точности формообразования.
Рис. 5.21. Доводка пластин в се-
сепараторе
Рис. 5.22. Распределение интенсив-
интенсивности износа по зонам полируемой по-
поверхности в зависимости от темпера-
температуры смолы
Доводка пластин в сепараторах. Доводка в сепараторах — дополнительная
операция формообразования, выполнение которой необходимо в том случае, если
требования, предъявляемые к точности формы и взаимному расположению поверхно-
поверхностей плоскопараллельных пластин, не обеспечиваются процессом, принятым в серий-
серийном производстве. Эта операция сводится к следующему (рис. 5.21). Деталь / поме-
помещают в отверстие стеклянного диска, установленного на полировальнике 3 — в се-
сепаратор 4. С помощью пальца поводка 2 сепаратор, как и обычное верхнее звено, со-
совершает возвратно-колебательное перемещение по полировальнику, выполняя функ-
функцию устройства, формирующего его поверхность. Суммарная площадь отверстий не
превышает 30 % всей площади сепаратора, и поэтому установленные в них детали
в отличие от процесса полирования обычного блока в соответственно меньшей степени
участвуют в формировании поверхности полировальника. В то же время система
сепаратор —деталь представляет блок, где отступление каждой детали от плоскост-
плоскостности соответствует отношению
Л'д - Nc
Повышению точности формообразования способствуют:
1) отсутствие фиксации положения заготовок и их жесткой связи с приспособле-
приспособлением, которое вызывает деформацию; при доводке в сепараторах детали самоустанав-
самоустанавливаются по рабочей поверхности инструмента;
2) теплообмен центральных зон полировальника с окружающей средой благодаря
наличию зазора между отверстием сепаратора и деталью. В обычном процессе темпе-
температура поверхности полировальника неодинакова: выше в центральных зонах (tn)
и ниже в краевых tKp. Соответственно ее распределению различны упруго-пластиче-
упруго-пластические свойства смолы и интенсивность износа стекла. Если температура смолы ниже
оптимальной (рис. 5.22), то интенсивность износа центральных зон полируемой по-
поверхности будет превышать износ краевых. Переход за оптимальную температуру
(/опт) приведет, наоборот, к большей интенсивности износа краевых зон. Так как
при доводке в сепараторе температуры центральной и краевой зон близки, а вместе
с тем мало различаются и интенсивности их износа, то уменьшается и действие дан-
данного источника зональных ошибок;
3) приближение точки приложения тягового усилия к плоскости перемещения
изделия, позволяющее уменьшить опрокидывающий момент и его влияние на рас-
распределение износа; отсутствие выхода изделия за кран полировальника, исключаю-
исключающее неравномерное распределение давления; сложное движение изделий но поверх-
поверхности полировальника (возвратно-поступательное перемещение и обкатка по обра-
209

зующей отверстий); размещение отверстий сепаратора на различных расстояниях
(угловых ф и радиальных R), уменьшающее вероятность образования зональных
ошибок (рис. 5.23).
Доводкой в сепараторах получают поверхности с отступлением от плоскостности
до N ~ 0,01 и взаимным расположением поверхностей (плоскопараллельность, за-
заданный размер клиновидности) с точностью до десятых долей угловой секунды.
Детали могут иметь различную конфигурацию (диск, квадрат, многоугольник и др.)
и относительную толщину до 1 : 50. Отступление исходных поверхностей от плоскост-
плоскостности N < 0,5. Доводить поверхности с N > 0,5 нецелесообразно из-за длительности
операции. При относительной толщине деталей более 1:8с целью повышения интен-
интенсивности процесса их доводят, прижимая дополнительным грузом, но давление на
Рис. 5.23. Конструкция сепаратора
изделие должно быть меньше, чем на сепаратор. Изделия с относительной толщиной
менее 1 : 8 вследствие их малой жесткости доводят под действием собственной массы.
Вращение деталей прямоугольной формы в отверстии сепаратора затруднено, а при
малом отношении ширины к длине и вообще невозможно. Так как неравномерность
вращения или его отсутствие неблагоприятно сказываются на точности формообра-
формообразования, на такие детали надевают кольцо (органическое стекло, винипласт и др.)
с вырезом по соответствующему контуру, которое свободно лежит на поверхности
полировальника. Размер отверстия сепаратора должен быть больше диаметра кольца
на 5—10 %.
Сепараторы обычно изготавливают из ситалла марки СО-115М, который отли-
отличается малым коэффициентом термического расширения [(а = A,-г 2) 10 "С]
и вследствие этого незначительным изменением формы поверхности при колебаниях
температуры, высокой твердостью по сполировыванию. Диаметр сепаратора состав-
составляет 0,7—0,9 диаметра полировальника. Относительная толщина 1 : 10.
Режим работы станка должен обеспечивать скорость изменения формы поверх-
поверхности доводимых деталей не более 0,1—0,2 интерференционной полосы за 10—15 мин
работы. Повышение интенсивности процесса нецелесообразно, так как это приведет
к возникновению зональных ошибок. Указанной интенсивности изменения формы
поверхности достигают при следующем режиме работы станка:
Скорость полировальника, м/с
Частота вращения крнрошнпа, с~
0,1—0,2
0,1—0,25
5.12. Изготовление призм
Обработка вспомогательных поверхностей. Независимо от схемы построения
процесса в целом обработку заготовок начинают со вспомогательных — параллель-
параллельных поверхностей, которые используют как установочные базы при выполнении по-
последующих операций. В серийном производстве их обрабатывают алмазным инстру-
инструментом на специализированных или металлообрабатывающих станках. При работе
на специализированных станках (рис. 5.24) заготовки / устанавливают в гнезда се-
паргпорл 2. Положат" фиксируют пружинными прижимами 3. Для обработки призм
рп.шых типов п размеров сччшрнтры меняют. Шлифование происходит одновременно
с двух сторон двумя нарами алмазных кругов D и 5). Первая пара зернистостью
210
160/125—125/100 предназначена для снятия с заготовок основной массы припуска.
Вторая пара, имеющая меньшую зернистость (80/63—63/50), сошлифовывает остав-
оставшуюся часть припуска и уменьшает шероховатость шлифованной поверхности. Совме-
Совмещение переходов, одновременная двусторонняя обработка, отсутствие необходимости
приклеивания заготовок, их промывки и т. п. определяют высокую интенсивность
процесса, стабильность и точность параметров изделий. В частности, параллель-
параллельность поверхностей выдерживается в пределах 1—3', линейные размеры в пределах
0,03—0,05 мм. F
Эта же операция может быть произведена алмазным инструментом на металло-
металлообрабатывающем станке ЗБ-756 или ЗД-756. Последовательно, с двух установок
обрабатывают 1-ю и 2-ю поверхности. Положение заготовок на приспособлениях
фиксируют приклеиванием. В единичном
производстве операцию выполняют при
помощи свободного абразива на станках для
грубого шлифования плоских поверхностей.
Обработка отражающих и преломля-
преломляющих поверхностей. Используют разные
способы обеспечения заданной точности
взаимного расположения этих поверх-
поверхностей.
Обработка нескольких поверхностей
с одной установки. Все грани любой призмы
группируются в две системы (/—/ и //—
//) [12], составленные из поверхностей, па-
параллельных некоторой оси (рис. 5.25).
Каждую систему можно обработать по прин-
принципу технологического комплекса, под кото-
которым имеют в виду совокупность поверх-
поверхностей, обработанных в одну установку при
использовании одних и тех же технологиче-
технологических баз, но на нескольких позициях. Точ-
Точность взаимного расположения поверхностей
обрабатываемой системы зависит от точности
станка и устройства, которое определяет
положение граней заготовок на заданных
позициях. Схема технологического комплекса
реализована в полуавтомате для шлифова-
шлифования системы, образованной отражающими
и преломляющими поверхностями призм
разных типов [2].
Полуавтомат позволяет получить за-
заданное взаимное расположение поверхностей
Рис. 5.24. Схема шлифования не-
нерабочих граней призм
призм и многогранников с точностью +30". Отклонение линейных размеров не пре-
превышает 0,03 мм, пирамидальность — около Г. По производительности и точности об-
обработки полуавтомат рационально решает задачу шлифования заготовок,но положен-
положенный в основу метод принудительного формообразования и погрешности системы СПИД
исключают возможность выполнения операции полирования преломляющих и отра-
отражающих граней призм.
Обработка поверхностей от разных установочных баз. Схему реализуют различно
в зависимости от способа установки заготовок, которую выполняют по настроечной
или технологическим базам. Установку по настроечной базе с фиксацией положения
заготовок твердеющим раствором используют при выполнении операций тонкого
шлифования и полирования граней. Значительная погрешность установки и отсут-
отсутствие жесткой системы СПИД не позволяют получить положение обрабатываемой
поверхности относительно других граней с точностью, превышающей имевшуюся
после грубого шлифования. Для того чтобы погрешность взаимного расположения
поверхностей после обработки всех граней не вышла за пределы допуска, предшест-
предшествующая операция (грубое шлифование) должна обеспечить точность, превышающую
требуемую от готовой детали. Снижение точности но мере перехода от начальных
к завершающим операциям процесса, что и имеет место при установке по настроечной
базе, является нарушением основных положений технологии. Точность взаимного
211

расположения поверхностей, которую способен обеспечить процесс с установкой за-
заготовок по настроечной базе и фиксацией положения твердеющим раствором, не пре-
превышает 5—6'.
При установке заготовок с базированием по технологическим базам требуемого
взаимного расположения поверхностей достигают за счет создания параллельности
обрабатываемой поверхности по отношению к элементам приспособления, выполня-
выполняющим функцию вспомогательной измерительной базы. Возможен ряд вариантов по-
построения такого процесса, различающихся способом совмещения установочной и из-
измерительной баз, а следовательно, точностью изделий. Ниже в качестве примера рас-
рассматриваются некоторые варианты
изготовления призмы АР-90. При
этом принято, что параллельные грани
заготовок обработаны.
Рис. 5.25. Система граней призм
Рис. 5.26. Вариант построения
процесса обработки * гнпотенузной
(а) и катетной (б) граней призмы
АР-90 от разных установочных баз
1-й в а р и а н т. На первой установке отдельных или собранных в группу заго-
заготовок обрабатывают гипотеиузную грань. Эта грань так же, как и грани катетов,
может быть грубо шлифованной или необработанной. Положение заготовок / фикси-
фиксируют приклеиванием к стенкам пазов приспособления 2 (рис. 5.26, а). Погрешность
базирования по черновой базе, погрешности закрепления и приспособления (в част-
частности, ошибка угла 90° пазов) на точность взаимного расположения поверхностей,
образующих углы 45 и 90°, не влияют. Погрешность базирования, вызывающая на-
наклон заготовок в плоскости; перпендикулярной к плоскости чертежа, приводит к пи-
рамндальности призм. Для ее уменьшения целесообразна установка заготовок, соеди-
соединенных вместе (группой), так как при одной и той же величине погрешности базиро-
базирования пирамидальность уменьшается пропорционально длине группы. На второй и
третьей установках производят полную обработку катетов призмы. Заготовки / ба-
базируют по промежуточному установочному элементу, приклеивая полированной и
покрытой слоем защитного лака гипотенузной гранью к плоскости среза металличе-
металлических брусков 2 (рис. 5.26, б). Бруски соединяют с основанием 3. Для уменьшения пи-
рамидальности каждую заготовку прижимают боковой гранью к направляющей базе.
Отклонение линейных размеров ограничивает опорная база 4. После обработки пер-
первого катета бруски с заготовками поворачивают на 90° и обрабатывают второй катет.
На каждой установке контролируют плоскостность обрабатываемой поверхно-
поверхности и ее параллельность по отношению к вспомогательной измерительной базе, свя-
связанной с приспособлением. Основными источниками ошибок взаимного расположе-
расположения поверхностей являются погрешности установки и смены установочных баз. По
обеспечиваемой точности данный вариант построения процесса соответствует процессу
с установкой заготовок по настроечной базе. Его преимуществом является возмож-
возможность использования специализированного оборудования и алмазного инструмента
для выполнения операций шлифования преломляющих и отражающих граней.
2-й вари а и т. Первая установка, способ ее выполнения и обработка гинотепу-
.-inoii грани заготовок выполняются так же, как и в предшествующем варианте. |1а
второй и третьей установках, предназначенных для шлифования и полирования
212
катетов, используют приспособление, подобное приведенному на рис. 5.26, б, но
элементы которого (бруски 2 и основание 3) изготовлены из стекла, а их установоч-
установочные поверхности обработаны с точностью, требуемой для соединения друг с другом и
с гипотенузной гранью заготовок / действием сил молекулярного сцепления. Незна-
Незначительная погрешность установки и возможность использования оптических методов
технологического контроля параллельности обрабатываемой поверхности по отно-
отношению к измерительной базе позволяют выдержать взаимное расположение отра-
отражающих и преломляющих граней призм с точностью 5—10".
Обработка поверхностей в несколько установок от одной установочной базы.
Взаимное расположение поверхностей ряда призм, в частности АР-90, АР-60, АР-45,
АР-0, БР-90, БП-90идр., может быть образовано путем
их поворота вокруг оси симметрии 00' (рис. 5.27), в ре-
результате чего обработанная и необработанная грани ме-
меняются местами. Заготовки, собранные на установочной
системе, представляют как бы одну удлиненную призму.
Поэтому меняют установку не отдельной заготовки, а си-
системы в целом. При этом установочнаялбаза остается той
же. Соблюдение единства баз является положительным
качеством схемы. В ошибку установки не входит погреш-
погрешность базирования, но погрешности закрепления и приспо-
приспособления должны учитываться столькол;раз,•? сколько
предусмотрено установок. Систематические ошибки могут
быть частично компенсированы за счет k повышения ! точ-
точности изготовления приспособления. Основную |роль
играют ошибки, закрепления установочной системы,
имеющие случайный характер. Взаимное расположение
поверхностей может быть выдержано с точностью 2—3'.
Для получения точности взаимного расположения по-
поверхностей, которая не могла быть достигнута рассмо-
рассмотренными выше способами выполнения операций, призмы
разных типов доводят в сепараторах, создавая неравномерную нагрузку на обрабаты-
обрабатываемую поверхность подобно применяемой при доводке пластин и клиньев. При этом
взаимное расположение поверхностей призм может быть выдержано с точностью
соответствующей возможностям технологических средств контроля, т. е. 0,5—1,0"
5.13. Изготовление линз
Назначение очередности обработки поверхностей. Очередность обработки по-
поверхностей заготовок линз назначают исходя из условий минимальных затрат труда
и издержек производства.
Заготовки линз с поверхностями А я Б могут быть обработаны в последователь-
последовательности АБ и БА. Чтобы установить, какой из маршрутов является оптимальным, необ-
необходимо оценить затраты на каждый из них, сравнить и выбрать экономичный. За-
Затраты зависят от коэффициентов запуска Кзп на каждую поверхность, определяемых
через процентные надбавки Яд и Нб'-
КзпА= 1+0,01Ял; /СЗПВ= 1+0,01Яв.
Величину надбавок на обработку поверхностей А и Б находят суммированием
пооперационных значений Яд и Нб, рассчитываемых по приводимым ниже формулам,
которые учитывают все конструкторско-технологические параметры детали, в част-
частности, для операций:
ф
0
Рис. 5.27. Вариант'по-
строення процесса об-
обработки граней приз-
призмы АР-90 в несколько
установок от одной
установочной базы
грубого шлифования
i
U ,
J
А (Б)
тонкого шлифования
80
М + 100
~] [0,5(Кт-1,5J
17'6 .1.19];
10Д/ + 2
"
А (С,
- °.25 I2 - V ' -
(Б)
Б))] X
X
0,5 ' М -\- 100
213

полирования
Я
Л (Б)
= 0,25 [2— J/ 1 —Од
2,2 , 2
Го,5(Л:т-1,5J+ 0,4/7 +
0,7
1 10Л< + 2
центрирования
+
9
/к+ 2 ^ АЛ?+ 0,5 ' Я+ 1
-+0.5Х +8,4 ;
10
40
,5Х + 6,3.
Размер Мз партии заготовок, запускаемых на операцию, связан с количеством
(требуемых с нее) соотношением
При обработке по маршруту АБ количество Мб заготовок, запускаемых на сб-
работку поверхности 5, определяется так: Мб = МтКза Б, а для поверхности А:
МА = МбКзпА = МтКзпаКзп Б-
При обработке заготовок по маршруту БА и аналогичных рассуждениях М\ =
= МтКзиА, Мб = МаКзп б= МтКзп аКзп б, т. е. независимо от маршрута АБ
илн БА
М3 =-- Мт A + 0,01Ял)A + 0,01Я£).
Общие затраты времени Т (мин) рассчитывают в зависимости от штучно-кальку-
штучно-калькуляционного времени Тшк а и ТшК б на каждую поверхность:
Таб = МтК3п бТшк б + МтА^зп аКзп бТшк а,
Тба — М-гКзп аТшкА "Г" МтКзп аКзп бТшк Б.
Затраты Раб и Рьа (руб.) определяются стоимостью Сд и Св 1 нормо-ч основных
производственных рабочих, занятых на выполнении операций, предусмотренных
процессом:
Раб = Мт [A + О.ОШь-) Гшк бСб + A + 0,01Ял) A + 0,01Я£) Гшк АСА];
Рба = Мт [A + 0.01Ял) Гш„ АСА + A + 0,01Ял) A + О.ОШв) Гшк бСб),
где количество Мт заготовок, требуемых с i-й операции [равное числу заготовок на
(i + 1)-ю операцию], рассчитывают по формуле
МТ = М\ 1 + 0,01
Сравнение затрат по разным маршрутам позволяет выбрать наиболее-экономич-
наиболее-экономичный: при Раб> Рба экономичней маршрут БА, при Раб^Рба — маршрут АБ,
а при Раб = Рба очередность обработки может быть любой.
В соответствии с изложенным очередность обработки поверхностей определяется
численным значением коэффициента запуска, рассчитываемого для каждой операции
процесса. Однако этот расчет не учитывает влияния варианта применяемого способа
выполнения операции, в зависимости от которого изменяется ^зп- Значение Кзп свя-
связано с состоянием технологической системы (СПИД) и субъективными факторами,
привносимыми обслуживающим персоналом. Неполная информация о фактическом
значении ^Зп затрудняет назначение очередности, особенно если для обработки
каждой поверхности блок собирают разными способами. В подобных случаях можно
руководствоваться данными табл. 5.20. Когда блок собирают одним способом, оче-
очередность устанавливают в соответствии с методикой, изложенной выше.^
Процесс изготовления линз с установкой заготовок по настроечной базе. При
использовании прессованных заготовок, имеющих приближенную форму будущей
детали, 1-й операцией процесса является грубое шлифование последовательно 1-й и
2-й преломляющих поверхностей каждой заготовки партии алмазным инструментом.
214
Таблица 5.20. Очередность обработки поверхностей
заготовок линз при разных способах сборки блока
Способ сборки блока
для поверхности
i?x — жесткий
R2 — эластичный
i?! — жесткий
R2 — сепараторный
Rt — эластичный
R2 — сепараторный
Последовательность выполнения
операций обработки поверхностей
ГШ2-
■*-CF1 *-ГШ1
ТШ1
I **С52—*>ТШ2
П2
П1
ГШ1
I—*-ГИ
г-^-СЬ 1—*- ТШ1
р пг
Примечание. Здесь ГШ — операция грубого шлифования; ТШ — тон-
тонкого шлифования; П — полирования; 1,2 — номера поверхностей; Сб — сборка
блока.
В качестве черновой базы выбирают поверхность, базирование по которой позво-
позволяет свести к минимуму погрешность установки. У шамотных прессованных загото-
заготовок таковой является чистая поверхность. При базировании по ней первой обраба-
обрабатывают поверхность, загрязненную шамотом. С этой поверхности сошлифовывают
слой стекла, толщина которого обеспечивает удаление дефектов прессования. Если же
за черновую базу принять поверхность, загрязненную шамотом, то из-за ее непра-
неправильной формы погрешность установки может быть столь значительна, что после сня-
снятия припуска по толщине на обработанных поверхностях останутся дефекты прессо-
прессования, а вследствие ошибки взаимного расположения поверхностей припуск на диа-
диаметр, необходимый для совмещения геометрической оси линзы с оптической, окажется
недостаточным.
Для выполнения операций тонкого шлифования и полирования заготовки соби-
собирают в блок. Тонкое шлифование блока выполняют водными суспензиями микропо-
микропорошков и тонких микропорошков электрокорунда в два перехода. Номер зернистости
абразивов назначают в зависимости от размера блока, глубины слоя, нарушенного
грубым шлифованием, и от твердости стекла. Абразивами переходов могут быть:
М28—М14, М20—М10, М14—М7.
Форму поверхности блока после первого перехода контролируют по ширине зоны
контакта (притирке) с поверхностью инструмента — шлифовальника второго пере-
перехода. В зависимости от угла раствора блока, радиуса поверхности и номера зернисто-
зернистости абразива ширина зоны может быть от 0,15 до 0,25 высоты блока. После второго
перехода форму поверхности заготовок контролируют эталоном радиуса поверхности
готовой детали — пробным стеклом.
Полирование блока производят водной суспензией полирита. При полировании
заготовок из стекол, относящихся к труднополируемым (стекла типа ТК, БФ, СТК),
в качестве полирующего абразива применяют окись циркония. Материал, образую-
образующий рабочую поверхность полировальника, выбирают в зависимости от интенсивно-
интенсивности процесса, требований к точное™ формы и чистоте поверхности детали.
215

После контроля качества (формы, чистоты) полированные поверхности защищают
лаком, блок разбирают, затем его снова собирают для выполнения операций тонкого
шлифования и полирования 2-й преломляющей поверхности. Обработанные линзы
поступают на операцию круглого шлифования — центрирования и нанесения фасок.
Завершающая операция технологического процесса — окончательная про-
промывка линз.
Процесс изготовления линз с установкой заготовок по промежуточному элементу.
Данный способ установки предусматривает использование наклеечных приспособ-
приспособлений с установочными элементами, тип которых определяется формой базирующей
поверхности заготовки. Конструкцию приспособлений выбирают в зависимости от
типа изготавливаемой линзы (см. табл. 5.19).
Тонкий слой клеящего вещества обеспечивает прочное соединение заготовок
с приспособлением, что и позволяет при выполнении операции грубого шлифования
алмазным инструментом обрабатывать не отдельную заготовку, а целую группу.
Сборке блока, которая является первой операцией процесса, предшествует назначе-
назначение очередности обработки поверхностей, нахождение схемы размещения и числа
одновременно обрабатываемых заготовок, расчет блока и наклеечного приспо-
приспособления.
С целью уменьшения погрешности установки прессованных заготовок поверх-
поверхность, выполняющую функцию черновой базы, предварительно прошлифовывают —
выравнивают. В крупносерийном производстве при сборке блоков используют полу-
полуавтоматическое устройство для установки наклеечного приспособления в положение,
при котором каждая заготовка прижимается к установочному элементу усилием,
направленным к центру кривизны блока. Металлические наклеечные приспособления
нагревают до 80—100 °С в электрических печах или током высокой частоты, корпуса
из пластмасс — до 50—60 °С, заготовки (в зависимости от размера) — до 60—80 С
на электрических плитах или в термостатах.
После грубого шлифования блок поступает на операцию тонкого шлифования.
Ее выполняют способом поверхностного притира при помощи алмазного инструмента
в виде грибов и чашек или при помощи свободного абразива. Полирование блока про-
производят так же, как и при установке заготовок по настроечной базе. Высокая проч-
прочность соединения заготовок с приспособлением позволяет интенсифицировать процесс
за счет повышения скорости, давления и применения устойчивых при этих режимах
материалов образующих рабочую поверхность полировальника. После полирования
блок разбирают и вновь собирают для обработки 2-й поверхности. Операции выпол-
выполняют в той же последовательности и аналогичными способами. По окончании обра-
обработки блок разбирают. Линзы поступают на операцию круглого шлифования (цен-
(центрирования) и нанесения фасок.
Наиесеиие фасок. Фаски наносят на ребра, образованные пересечением прелом-
преломляющих поверхностей с цилиндрической образующей линз. По назначению фаски от-
относят к технологическим и конструкторским. Первые предохраняют острые ребра от
выкалывания, посредством вторых уменьшают массу детали.
Технологические фаски наносят со склеиваемых и несклеиваемых сторон линз.
Угол ф наклона фасок связан с отношением диаметра линзы Од к радиусу Я сфериче-
сферической поверхности (см. табл. 2.18).
В условиях крупносерийного производства нанесение фасок является перехо-
переходом операции центрирования, совмещенным с обработкой линз по диаметру. В серий-
серийном и единичном производстве это самостоятельная операция. Фаски нано-
наносят металлическим инструментом в виде чашки. Обработку выполняют водной
суспензией электрокоруида номеров зернистости М28—М20. Более производитель-
производительный способ выполнения операции — при помощи алмазного инструмента зерни-
зернистостью 20/14—10/7.
Технологические фаски могут быть расположены перпендикулярно к биссектрисе
угла между касательными к цилиндрической образующей и сферическим поверхно-
поверхностям или под заданным углом ср к ней. В первом случае радиус Яф рабочей поверхно-
поверхности фасетировочной чашки может быть найден по номограмме (рис. Ь.Щ или из вы-
выражения
/2±
216
in
I hull LJ l_
I'll '
1_
-л—г-г-г
X
I "I ' I
о
§
та
S
S
о
8
X
а
&
о
S
X
а.
о
о 3
о
s
о
X
а
217

где р _ радиус поверхности, на которую наносится фаска. Во втором случае радиус
#ф фасетировочной чашки определяется по формуле
Лф = ^VB cos ф)-
Соответствующая этой формуле номограмма приведена на рис. 5.29.
При пользовании номограммой, приведенной на рис. 5.29, на левой шкале нахо-
находят точку, соответствующую радиусу R поверхности, на которую наносится фаска,
на криволинейной шкале — точку, соответствующую диаметру Од линзы. Линия,
соединяющая эти точки и продолженная до правой шкалы, покажет на ней значение
#ф. При нанесении фаски на выпуклую поверхность значения R берутся по верхней
половине левой шкалы со знаком «плюс», при нанесении фаски на вогнутую поверх-
поверхность — по нижней половине шкалы со знаком «минус».
При пользовании номограммой, приведенной на рис. 5.28, на точки крайних
шкал, соответствующих диаметру Од линзы и заданному углу «р, накладывают ли-
линейку. В точке пересечения линии, соединяющей эти точки с наклонной шкалой,
отсчитывают искомый радиус /?ф. Полученное расчетом или найденное по номограм-
номограммам значение #ф округляют до ближайшего по нормальному ряду радиусов ин-
инструмента, но с таким расчетом, чтобы угол ср, под которым будет нанесена фаска,
не отличался от заданного более чем иа 5°.
Глава б
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
НЕТИПОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
6.1. Определение нетиповых деталей
К нетиповым оптическим деталям относят, как правило, те детали мелкосерий-
мелкосерийного производства, на изготовление которых отсутствует устоявшаяся технология.
Обычно это сложные по форме детали высокой точности, поэтому при их изготовле-
изготовлении большое значение имеют методы измерения, по результатам которых производится
корректировка технологического процесса их производства.
В первую очередь к нетиповым оптическим деталям относят детали с асфериче-
асферическими поверхностями, для изготовления которых применяются разнообразные, в боль-
большинстве случаев сложные методы. Это обусловлено главной особенностью асфериче-
асферической поверхности — изменением ее кривизны от точки к точке меридионального се-
сечения в отличие от сферической, кривизна которой постоянна. Иногда в оптических
приборах используют такие асферические поверхности, кривизна которых немоно-
немонотонна, т. е. меняет свой знак в пределах сечения один или несколько раз.
К нетиповым оптическим деталям также относят: детали для астрономических
приборов (из-за особенно высоких требований, предъявляемых к качеству поверхно-
поверхностей); детали крупногабаритных оптических систем, для получения которых требуется
применение специальных приемов и оборудования; детали, материал которых обла-
обладает особым строением (волоконные элементы, детали из полимеров, из стали); де-
детали, на поверхности которых наносят какой-либо рисунок, шкалу или перекрестие —
их называют шкалами и сетками, а нанесение рисунка осуществляют травлением либо
фотопутем, либо их сочетанием с дополнительными приемами.
6.2. Технологические свойства деталей
с асферическими поверхностями
Все применяемые в оптике асферические поверхности можно разделить на две
основные группы: 1) поверхности вращения, имеющие ось симметрии; 2) поверхно-
поверхности, обладающие двумя плоскостями симметрии или не имеющие вообще симметрии.
Применяющиеся в настоящее время в оптических системах асферические по-
поверхности в подавляющем большинстве относятся к первой группе. Общее уравнение
меридионального сечеиия асферической поверхности вращения первой группы имеет
вид
x=A\y\ + Bf+C\f\ + Df + -~. F.1)
В оптических системах чаще всего используют поверхности, обладающие парак-
параксиальной областью. Центральные точки таких поверхностей не имеют никаких осо-
особенностей (поверхность в этой точке без излома, т. е. касательная к поверхности пер-
перпендикулярна к ее оси). Математически это выражается тем, что
dxldy — О при у = 0.
Следовательно, в уравнении F.1) Л = 0 и поэтому член с первой степенью отсут-
отсутствует, т. е.
Из поверхностей, не обладающих параксиальной областью, пока находят приме-
применение только конические.
219

Наиболее широко применяются асферические поверхности, в уравнении мери-
меридионального профиля которых коэффициенты при всех нечетных степенях у равны
нулю
х = Bf/2 + Df/4 + Fys + • • • .
К таким поверхностям относятся все поверхности второго порядка (коникоиды)^,
поверхности коррекционных пластин типа пластин Шмидта и др. Для поверхностей
второго порядка коэффициенты определяются соответственно по формулам:
В = 1/B/»); D = A/8) [A - е2)/р3]; F = A/16) [A - е2J/р4,
где
У е=с/а;
а, Ь — большая и малая полуоси поверхности.
В зависимости от величин е2 коникоиды делятся на параболоиды (е2 = 1), эллип-
эллипсоиды (е2 < 1) и гиперболоиды (е2 > 1).
Из второй группы поверхностей применение находят торические, цилиндриче-
цилиндрические и некоторые другие типы поверхностей.
Для производственных целей асферические поверхности удобно классифициро-
классифицировать с учетом их назначения, технологических показателей, методов обработки, кон-
контроля.
К технологическим показателям относятся следующие.
1. Наружный (световой) диаметр Осв, мм.
2. Уравнение меридионального профиля поверхности и ее знак (например, вы-
выпуклые и вогнутые параболоиды, поверхности высших порядков, знакопеременные
поверхности, цилиндры, торы, конические поверхности и т. п.).
3. Крутизна поверхности, измеряемая углом фс наклона нормали к поверхности
в зоне светового диаметра к оси координат, совпадающей с осью поверхности.
4. Точность формы поверхности, определяемая:
а) по углу а отклонения нормалей к фактической поверхности от нормалей к рас-
расчетной в тех же точках поверхности; отклонения нормалей связаны с отклонениями
фактических координат поверхности от расчетных зависимостью
а = (Дх„ — Ax,j_i)'cos2(p/(i/,! — yn-i),
где кхп, Лхп_1 — отклонение координаты х в зонах уп и уП-1\ ф — крутизна по-
поверхности в середине зоны уп — Уп-i;
б) по отклонению параметров уравнения меридионального профиля асферической
поверхности (например, допуск на параметр р параболической поверхности в про-
процентах).
5. Асферичность поверхности — наибольшие отступления а поверхности от
сферы или плоскости. В зависимости от выбора сферы сравнения различаются: асфе-
асферичность от сферы ближайшего радиуса (сферы, проходящей через вершину поверх-
поверхности и окружность светового диаметра); вершинная асферичность — отступления от
сферы с радиусом, равным радиусу кривизны асферической поверхности при ее вер-
вершине. Могут быть выбраны и другие сферы сравнения, но при этом обязательно дол-
должен быть указан способ выбора такой сферы.
6. Градиент асферичности у — наибольшее изменение асферичности на длине
дуги образующей, равной 1 мм.
7. Конструктивные особенности деталей: линз, зеркал, деталей кольцевых, вне-
осевых и др.
8. Серийность производства детали.
Детали с асферическими поверхностями могут быть изготовлены:
1) методом ретуши с периодическим контролем поверхности;
2) машинными способами на имеющемся в производстве оборудовании;
3) наращиванием слоя: напылением слоев в вакуумных установках или полиме-
полимеризацией в форме;
4) методом моллирования исходной сферической или плоской поверхности.
Детали с асферическими поверхностями можно проконтролировать с требуемой
точностью:
1) на приборах, выпускаемых серийно (при малых асферичности и градиенте);
2) с помощью специально изготовленных компенсационных или других измери-
измерительных систем либо непосредственно в собранном оптическом приборе (при большой
асфсризации и градиенте).
220
6.3. Методы формообразования
асферических поверхностей
Разработка технологического процесса на изготовление детали начинается с из-
изучения чертежа. В чертеже оптической детали с асферической поверхностью дополни-
дополнительно указываются основные технологические показатели, определяющие возмож-
возможность и целесообразность асферизации ее с помощью тех или иных методов изготовле-
изготовления и видов производственного и контрольного оборудования. К таким технологиче-
технологическим показателям помимо обычных данных чертежа (светового диаметра, вида урав-
уравнения поверхности, ее названия и знака) относятся специфические показатели, ука-
указанные в п. 6.1. На рис. 2.16 дан пример оформления чертежа детали с асферическими
поверхностями. В табл. 6.1 приведены сведения для выбора рациональных методов
изготовления и контроля асферических поверхностей в зависимости от их техноло-
технологических показателей. Формулы для расчета технологических характеристик приме-
применительно к типовым уравнениям образующей приведены в табл. 6.2.
Рассмотрим методы формообразования асферических поверхностей. В настоящее
время асферические поверхности можно получить одним из следующих способов фор-
формообразования:
1) удалением избыточного материала точением, шлифованием, полированием;
2) прессованием, отливкой, полимеризацией в форме;
3) пластическим изменением формы исходных поверхностей давлением или при
нагреве заготовки в форме;
4) изменением первоначальной формы исходной поверхности нанесением допол-
дополнительного слоя вещества, распределенного по поверхности в соответствии с опреде-
определенным законом (напылением в вакууме, нанесением полимерного слоя).
Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор какого-
либо из них зависит от многих факторов и прежде всего от требуемой точности изго-
изготовления детали. Наиболее перспективными из перечисленных способов при массо-
массовом изготовлении деталей следует признать методы прессования и полимеризации из
пластических материалов. Но пока такими способами могут быть изготовлены только
детали, требования к точности поверхности которых невысоки. Основной недостаток
этих способов — возникновение искажений поверхности из-за усадки материала во
время полимеризации или прессования. В настоящее время такими методами изгото-
изготовляются только лупы и другие неответственные детали. Одной из разновидностей ме-
метода получения асферических поверхностей с помощью полимерных материалов яв-
является метод копирования. Являясь менее производительным, чем прессование или
Литье, метод копирования обеспечивает, однако, получение более точных поверхно-
поверхностей [32].
Метод копирования используетси для получения вогнутых параболических,
торических и других поверхностей зеркал средней точности (точность по кружку наи-
наименьшего рассеяния до 0,05 мм). Сущность метода заключается з заполнении про-
пространства между сферической поверхностью заготовки (подложки) и асферической
поверхностью эталона синтетической смолой. После полимеризации эталон отделяетси
от готовой детали, на слое смолы которой остается отпечаток асферической поверх-
поверхности. Этот метод в настоящее время обеспечивает получение асферических поверх-
поверхностей с максимальной асферизацией в 40 мкм.
В методе копирования наиболее трудным ивляется изготовление точных эталон-
эталонных поверхностей. Для эталонов применяется стекло или сталь, причем сталь пред-
предпочтительнее ввиду ее большей стойкости к разрушению в процессе отделения детали
от эталона. Точность поверхности эталона и подложки определяют требования к изго-
изготовляемым деталям.
Для получения асферизующего слоя применяются"клеи — материалы на основе
полиэфирной или эпоксидной смол. На рис. 6.1 показана последовательность про-
процесса копирования. Сначала производится подготовка (рис. 6.1, а) копируемой по-
поверхности эталона /, на которую наносится разделительный (растворимый) 6 и отра-
отражающий (зеркальный) 5 слои, а также слой вещества 4, повышающего адгезию. Ве-
Вещество 4 наносится и на рабочую поверхность заготовки 2. После подготовки поверх-
поверхностей производится склеивание (рис. 6.1, б), непосредственно перед которым на по-
поверхность заготовки с адгезионным слоем наносится слой клея 3 (синтетической
полимеризующейся смолы). После склеивания и полимеризации эталон / по раздели-
221

Точность
поверх-
поверхности
Особо
высокая
Высокая
Т а б л
и ц a 6.1. Показатели
Основные технологические показатели деталей
Вид поверх-
поверхности детали
Вогнутые
параболоиды
Вогнутые
эллипсоиды
Выпуклые
гиперболоиды
Пластинки
Шмидта
Выпуклые и
вогнутые по-
поверхности
вращения лю-
любого порядка
Зеркала ас-
асферические
любого по-
порядка
Диаметр
световой, мм
20—300
300—1000
20—300
300—1000
20—300
300—1000
20-1000
50—200
30-70
50-250
50—150
Крутиз-
Крутизна ф, ..."
Не нор-
миру-
мируется
20
20
30
30
Допу-
Допускаемые
мести ые
ошибки а
1-5"
5—30"
20"
30"
30"
Вершинная
А нли са-
сагиттальная а
асферич-
асферичность, мкм
Не норм1
До 1000
Отступле-
Отступление от
ближайшей
сферы до
5 мкм •
Отступле-
Отступление от
ближайшей
сферы до
15 мкм
Градиент
асферич-
асферичности V.
рад
фуется
0,015
0,001
0,001
0,001
^сферических поверхностей
Обозна-
Обозначение
в чер-
« тежах
-техноло-
-технологических
\классов
Г деталей
РШ-1
РШ-2
с-
в
V--
' РШ-З
: РШ-4
; рш-5
, РШ-6
1 РШ-7
У-1
В-1
В-2
В-3
Рациональные методы
изготовления
Ручная ретушь
Метод упругого ин-
инструмента
Асферизация методом
вакуумного напыления
моноокиси кремния
Асферизация методом
вакуумного напыления
сернистого цинка
Асферизация методом
вакуумного напыления
меди с подслоем титана
контроля
технологические
окончательные
Теневой метод с применением коллимато-
коллиматоров и компенсационных объективов. Изме-
Измерение кружка наименьшего рассеяния
По стрелкам на
сферометре ИЗС-7,
асферическими проб-
пробными стеклами
При помощи фо-
фотометрической си-
системы
По пластинкам
с помощью УФ-206
Вакуумным интер-
интерферометром ВИ-1
Компенсационными
объективами для поверх-
поверхностей высоких поряд-
порядков, коллиматорами для
вогнутых параболоидов
Интерференционный
метод на микроскопе под
сферические пробные
стекла
Интерферометром с
компенсационным объек-
объективом
222
223

Продолжение табл. 6.
Точность
поверх-
поверхности
Средняя
Грубая
Особая
Основные технологические показатели деталей
Вид поверх-
поверхности детали
Параболоиды
Эллипсоиды
Гипербо-
Гиперболоиды
Выпуклые
поверхности
вращения лю-
любого порядка
Вогнутые
поверхности
второго по-
порядка
Круговые
цилиндры
Круговые
конусы
Круговые
торы
Диаметр
световой, мм
20-250
20—100
20—200
20-500
10-200
Крутиз-
Крутизна ф, .."
35
30
45
45
90
20
20
Допу-
Допускаемые
мести ые
ошибки а
1—7'
2-7
5—10'
10—30'
2"
5"
1'
Вершинная
А или са-
сагиттальная а
асферич-
асферичность, мкм
—
Не норми
Не норм)
Градиент
асферич-
асферичности у,
рад
—
руется
1руется
Примечание. Данные о деталях являются ориентировочными и подлежат
Щбозна-
1< чение
чер-
чертежах
ехноло-
нческих
|жлассов
талей
Н-2
Н-3
К-2
М-1
П-1
П-2
П-3
Рациональные методы
изготовления
Метод взаимного при-
притира с применением
поступательного движе-
движения ножа
Метод Взаимного при-
притира с применением ка-
качающегося ножа
Метод копирования
с применением станка
АШМА (полирование
сукном)
Моллирование
Метод взаимного при-
притира
контроля
технологические
Шаблонами и сфе-
сферометрами ИЗС-7,
ИЗС-8 и наклад-
накладными
Шаблонами и сфе-
сферометрами: ИЗС-7,
ИЗС-8 и наклад-
накладными
Шаблонами
окончательные
Асферометром ЮС-51
(для 0 < 150), сферо-
сферометром (для 0 > 150).
Теневой установкой, кон-
контроль в системе
Асферометром ЮС-51
(для 0< 150), сферо-
сферометром (для 0 > 150).
Теневой установкой, кон-
контроль в системе
Контроль в системе
Контроль по шаблону
Контроль пробным стеклом
•чиеиию (в необходимых случаях) с предприятиями-изготовителя ми.
224
о
. О Кузнецов С. М. и др.
225

ю
to
СП
Технологическая
характеристика
Уравнение
Крутизна фс
Радиус вершинной
сферы Rx
Радиус трехточеч-
трехточечной сферы R3
Асферичность вер-
вершинная ах
Асферичность трех-
трехточечная а3
Градиент вершинной
асферичности 7
Таблица 6.2
Параболоиды
у2 = 2рх
tg фс = Dc/2p
Формулы для расчета технологических характеристик
Эллипсоиды
и гиперболоиды
у* = 2рх + qx2\
q = e2 — 1
tg Фс = Dc/Bp H h 2qxc)
Асфероиды типа хп
у2 = 2рх + qx* -f
Сплошные поверхности
«1 = *с/2р
7i » tg3 фс/2
Асфероиды типа г/"
и /„у"
tg Фс = 2t2yc -f
Rx = 1/2/г
(прн /а =0; пх = дсс)
a3 = R3 — V (R3 — х)г + у* «* х (хс — x)l2Rt,
где у = 1, 2, 3,. . ., у о — 1, ус (всего 10—20 зон)
7i — arcsin (yc/Ri + ai) — фо
Продолжение табл. 6.2
Технологическая
характеристика
Градиент трехточеч-
трехточечной асферичности 7з
Радиус сагитталь-
сагиттальной сферы R2
Радиус четырехто-
четырехточечной сферы Ri
Асферичность четы-
четырехточечная а4
Градиент сагитталь-
сагиттальной асферичности уг
Градиент четырех-
четырехточечной асферично-
асферичности 74
Асферичность сагит-
сагиттальная а2
Параболоиды
Тз » Vi/2
R 2 = p/cos флг
Эллипсоиды
и гиперболоиды
Асфероиды типа хп
Асфероиды типа уп
7з = (азп — а3 (n_i))/(»n — У(п_1))
Кольцевые и внеосевые поверхнос
R2 = (p + qxN)/cos флг
mu
R* = Ум/sin фл.
*4 = l^g2 + /2. где g = 2/Wtx; 2/ = -JA.* + ^; </м = [yN + ус)/2; дсм = (х„ + хс)/2;
04 = Л4-У(*о-*J + »1
У = %> Ум+1 У(с-1)
где *о = л:м+1/Г^2 —^м=
, ус (всего 10 — 20 зон)
у2 — arcsin (yc/Ri + а2) — фс
74 = (ain — Ч (п-1))/(Уп — У («-!))

тельному слою 6 отделяется от детали (рис. 6.1, в). Окончательная стадия процесса
заключается вудалеиии слоя 6 с поверхности эталона / и готовой детали 2 (рис. 6.1, г).
Асферические поверхности, имеющие малые отступления от сферы или плоскости,
могут быть изготовлены наиесеиием тоиких отражающих или преломляющих слоев на
исходные соответствующие поверхности вакуумным методом [13]. Асферизация сфе-
Рис. 6.1. Последовательность процесса копирования
рической или плоской поверхности вакуумным методом заключается в нанесении на-
напылением дополнительного слоя переменной толщины из алюминия, моноокиси
кремния, сульфида циика и др. Распределение толщины дополнительного слоя опре-
определяется формой наносимой поверхности и формой поверхности заготовки. Асфери-
Асферизация производится в вакуумных установ-
установках (рис. 6.2). В испаритель 4 помещается
наносимое вещество. Между испарителем
и поверхностью заготовки 6 на малом рас-
расстоянии от последней устанавливается маска-
экран 5 с фигурным вырезом. Контур фигур-
фигурного выреза маски определяется формой
получаемой поверхности или, точнее, функ-
функцией распределения толщины наносимого
слоя. Для получения поверхностей второго
порядка из поверхностя сферы ближайшего
радиуса уравнение контура маскн в поляр-
полярных координатах имеет вид
Ф = 4ц>т (р/рКрJ[1 - (Р/РкрJ].
где фщ — максимальный угол раскрытия
маски; рКр— крайний раднус-вектор маски.
При асферизации заготовку вращают
с помощью мотора 3 через систему валов 2
и шестерен /.
Методом вакуумной асферизацнн в на-
настоящее время получают поверхности-с точ-
точностью по угловым ошибкам до 20" при тол-
толщине слоя до 5 мкм и с точностью до 30" при
толщине слои до 15 мкм.
Форму одной из поверхностей детали
можно изменять за счет пластических дефор-
деформаций стекла при его нагревании до опре-
определенной температуры. При этом форма по-
поверхности заготовки принимает форму, об-
обратную поверхности металлической чашки.
Рис. 6.2. Установка для асфери-
асферизации вакуумным методом
Этот способ получения деталей с асферическими поверхностями, называемый молли-
роваиием, в настоящее время используется при изготовлении конденсоров и отра-
отражателей для фотокинопроекционной аппаратуры, в частности, он применяется в ФРГ
и Японии. В СССР разработана технология моллироваиия с помощью вакуума и воз-
воздушной подушки. Этот процесс применен прн изготовлении эллиптических отража-
отражателей к кинопроектору «Русь». С помощью воздушной подушки регулируется терми-
термический режим работы формы . Время и температура моллирования определяются мар-
228
кой стекла и геометрическими размерами заготовки [1]. Схема технологического про-
процесса показана на рис. 6.3. Заготовка / с отполированной рабочей поверхностью по-
помещается в форму 2. Нагрев производится при подаче воздуха (рнс. 6.3, а), создаю-
создающего воздушную подушку. После достижения необходимой температуры воздух из
формы откачивают до получения вакуума 100 Па. Наружный воздух прижимает
заготовку к форме и прогибает ее (рис. 6.3, б). Затем подачей воздуха вновь создают
воздушную подушку (рис. 6.3, в), в результате чего заготовка отделяется от формы и
охлаждается, а затем направляется в печь отжига. Следует учитывать, что при тол-
толщине заготовки более 5 мм верхняя ее поверхность значительно деформнруется и тре-
требует механической обработки. Необходимо также учитывать влияние термического
расширения формы иа конфигурацию асферической поверхности заготовки.
ttltl
Рнс. 6.3. Схема технологического процесса моллировання
Для изготовления некоторых видов деталей с асферическими поверхностями
иногда применяются комбинированные методы, в которых сочетаются упругая де-
деформация одной из поверхностей заготовки с обработкой второй поверхности до
сферы или плоскости. Так, в 1932 г. Шмидт при изготовлении коррекционной пла-
пластины к телескопической системе применил следующий способ асферизацни. Плоско-
Плоскопараллельная пластина приклеивалась к чашке, из которой затем откачивалось не-
некоторое количество воздуха и тем самым создавался перепад давлений. Пластина
прогибалась внутрь чашки. Наружная сторона пластины вновь шлифовалась и поли-
полировалась. После снятия давления обработанная сторона получила заданную асфери-
асферическую форму.
Бивен и Вайцеховский для изменения формы плоскопараллельной пластины при-
применили магнитный стол. Стальные кольца разной рассчитанной высоты приклеивали
к одной из сторон полированной пластины. Затем пластину с приклеенными кольцами
помещали на тщательно отполированный электромагнитный стол. Прн включении
тока кольца, притягиваясь к столу, деформировали пластину по заданному закону.
Внешнюю сторону пластины шлифовали и полировали до получения ровной плоско-
плоскости. После снятия пластины со стола и отклеивания колец внешняя сторона детали
получала асферическую форму.
Наибольший интерес представляют методы изготовления деталей с асфериче-
асферическими поверхностями шлифованием н полированием. Стекло благодари своим опти-
оптическим свойствам является и останется, по крайней мере в ближайшем будущем, ос-
основным материалом для изготовления оптических деталей, в том числе и с асфериче-
асферическими поверхностями. Обработка стекла прн изготовлении оптических деталей с от-
отражающими или преломляющими поверхностями обычно состоит из следующих
процессов:
1) точение с помощью обычных токарных резцов (для крупногабаритных заго-
заготовок);
2) шлифование с помощью алмазного инструмента;
3) шлифование свободным абразивом;
4) полирование полировальными порошками.
По характеру контакта обрабатывающего инструмента с обрабатываемой по-
поверхностью все методы обработки могут быть разбиты на три группы.
1. Метод соприкосновения по поверхности, т. е. такой способ обработки, при
котором инструмент и обрабатываемая заготовка соприкасаются на значительной
площади (несмотря на то что основным рабочим элементом при обработке является
абразивное зерно, одновременное участие в процессе обработки весьма значитель-
значительного числа таких зерен позволяет говорить о некоторой площади рабочей поверхности
инструмента).
229

2. Метод линейного соприкосновения, т. е. способ обработки, при котором ин-
инструмент и заготовка соприкасаются по некоторой линии или, фактически, по узкой
полоске, ширина которой значительно меньше ее длины.
3. Метод точечного соприкосновения — способ обработки, при котором сопри-
соприкосновение инструмента с обрабатываемой поверхностью происходит на участке, лн-
иейные размеры которого малы по сравнению с размерами поверхности инструмента
и заготовки.
В отличие от простейших форм поверхностей — сферы и плоскости — асфери-
асферические поверхности не имеют свойств, позволяющих обрабатывать их классическим
способом притирки по всей поверхности с взаимоисправлением обрабатываемой по-
поверхности и инструмента. Исключение составляют поверхности прямого кругового
цилиндра. Как известно, только сфера и плоскость совмещаются сами с собой при
любом перемещении вдоль поверхности. Прямой круговой цилиндр требует для
совмещения двух движений — вращения вокруг оси и перемещения вдоль образу-
образующей.
Асферические поверхности вращения совмещаются сами с собой только при вра-
вращении их вокруг осн симметрии, чего совершенно недостаточно для осуществления
процесса притирки. Некоторые типы асферических поверхностей допускают обработку
с автоматической правкой инструмента, но инструмент при этом может быть только
линейным. К таким поверхностям относятся параболоиды вращения, торы, конусы и
некоторые другие.
Способ conpi юсиовеиия по поверхности- Методы формообразования, основан-
основанные иа способе соприкосновения по поверхности, для асферических поверхностей
имеют пока ограниченное применение из-за указанных выше свойств этих поверхно-
поверхностей. Однако они представляют большой интерес, так как позволяют получать по-
поверхности высокой точности (с ошибками до Я/8, т. е. 0,07 мкм), требуемой для по-
поверхностей оптических систем.
Можно назвать несколько получивших наибольшее развитие технологических
методов, основанных на способе соприкосновения по поверхности:
1) метод местной ретуши;
2) метод «каблучного» (секционного) инструмента;
3) метод «маски»;
4) метод упругого инструмента.
Первые два метода основаны на управлении процессом формообразования поверхЗ
ностей во время шлифования и полирования за счет изменения конфигурации рабочей
поверхности инструмента н времени обработки отдельных зон поверхности изготавли-
изготавливаемой детали.
Съем стекла / в каждой точке зоны у по нормали к поверхности определяется так:
1У = kPyvySyTy,
F.2)
где k — коэффициент, учитывающий действие технологических факторов (абразив-
(абразивную способность, концентрацию суспензии, твердость по сошлифовыванию и т. д.);
Ру — нагрузка на инструмент (давление); vy — скорость изделия относительно инст-
инструмента; Sy — коэффициент покрытия; Ту — время обработки.
Наиболее простое регулирование скорости съема по зонам можно осуществлять
за счет изменения параметров S,, и Ту.
Метод местной ретуши. При изготовлении крупногабаритных оптических
деталей для астрономии с асферическими, а также сферическими или плоскими по-
поверхностями всегда пользуются таким регулированием съема для получения требуе-
требуемой формы и исправления возникших в процессе обработки ошибок. Требуемую форму
поверхности и ее точность получают последовательным применением полировальных
инструментов с различными диаметрами и конфигурацией рабочей поверхности,
а также за счет изменения времени обработки, смещения и величины штриха в про-
процессе полирования. При этом форма и точность поверхности периодически контроли-
контролируются. Практически применяется инструмент с конфигурацией рабочей поверхности
типа ромашки, изменяющий Sy по зонам, либо инструмент малого диаметра (меньше
половины диаметра обрабатываемой поверхности). В работах [21, 26, 31] приведены
формулы, позволяющие рассчитывать форму инструмента и приблизительное время
обработки. Зная величину отступлений х в каждой точке меридионального сечення
поверхности, можно определить Sy, полагая Ту = const и Р„ = const, а также рас-
230
Рис.
6.4. Инструмент
«звездочка»
типа
считать Vy по методу, предложенному М. Н. Семнбратовым. В этом случае справед-
справедливо соотношение
Sy = x/(kPyOuT).
Метод «каблучного» инструмента. Определив Sy, можно изготовить необходимый
инструмент. В работе [26] авторы рекомендуют использовать «каблучный» инстру-
инструмент, так как он позволяет быстро изменять площадь отдельных кольцевых зон.
Инструмент имеет корпус (диск), иа котором укрепляются съемные элементы (каблу-
(каблуки) небольших размеров (например, 15х15мм).
При использовании такого инструмента
дли доводки поверхностей рекомендуется
применять небольшую величину штриха
@,1—0,02)D, где D — диаметр изделия.
Время, необходимое для исправления всей
поверхности, и коэффициент определяются при-
приблизительно по пробному полированию и изме-
измерению изменений величины Ах за короткий про-
промежуток AT. Можно записать, что
Axl(R AT) = xl(kT).
Однако в этом случае необходим промежуточный
контроль, так как измерение не учитывает влия-
влияния всех технологических факторов.
Для исправления сферических или полу-
получения асферических поверхностей за счет из-
изменения времени обработки в зонах можно
применять инструмент типа «звездочка» (рис. 6.4),
состоящий из трех направляющих /, располо-
расположенных под углами 120°, вдоль которых могут перемещаться установленные на ша-
шаровых шарнирах полировальники 2 небольшого диаметра. Определение Ту описано
в работе [26].
Описанный метод пригоден при изготовлении крупногабаритных деталей диа-
диаметром 500—2000 мм. Применение его для деталей малых размеров затрудняется
сложностью изготовления необходимых инструментов и относительно малой произво-
производительностью.
Метод «маски». Другой метод асферизации за счет регулирования съема по по-
поверхности посредством изменения параметра Sy, названный методом «маски», пред-
предложен Л. С. Цеснеком и др. [28 ]. Изготовление асферических поверхностей с помощью
инструмента «маска» заключается в создании неравномерного износа обрабатываемой
поверхности за счет определенного коэффициента покрытия. Изменение коэффициента
покрытия осуществляется в соответствии с заранее рассчитываемыми отступлениями
заданной асферической поверхности от какой-либо более простой н удобной для из-
изготовления поверхности. Такой поверхностью могут служить, в первую очередь,
сфера или плоскость, причем заготовка выбирается с таким расчетом, чтобы ее по-
поверхность была ближайшей к требуемой, т. е. излишки материала, которые необхо-
необходимо удалить при обработке, были бы минимальными. Форма рабочей поверхности
инструмента в начальный момент обработки соответствует форме заготовки. Кон-
Контур же инструмента рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить заданное рас-
распределение коэффициента покрытия.
Рассмотрим применение метода маски для поверхностей второго порядка.
Уравнение кривых второго порядка (меридиональное сечение поверхности), вершина
которых находится в начале координат, имеем следующий вид:
</2 — 2рх + A — е2) хг = 0,
где р — параметр кривой; е — эксцентриситет.
На рис. 6.5 дана схема расчета отступлений кривых второго порядка от сферы
ближайшего радиуса. Здесь х0 и х — абсциссы соответственно для сферы а и кривой
второго порядка б; уои у — их ординаты; Дх = х — х0 (отступление кривой второго
порядка от сферы ближайшего радиуса при у = уа).
231

Раскладывая функцию * = /' (у) в ряд и пренебрегая членами, начиная с пятой
степени у, получим
Л* = х — хо = у2е2(№ — У2)/фр3). F.3)
Так как обработка поверхности и ее контроль ведутся по иормали к поверхности,
вместо Дх будем рассматривать величину
tn = Ax cos a. F.4)
Выразив cos а через у, р и подставив значение в F.4), получим.окончательное
выражение для tn
tn = У2е2 (ft2 - У2) V1 - (yjpJ /(8р»). F.5)
Коэффициент покрытия определяется по формуле
Sy =
/(8p*kPyVyT).
F.6)
Контур инструмента рассчитывается таким об-
образом, чтобы обеспечивалось заданное распределе-
распределение Sy.
Пусть <фу — угол контура инструмента, т. е. угол,
которому соответствует определенная дуга контакта,
в пределах которой происходит соприкосновение
детали с инструментом в зоне данного радиуса. Есте-
Естественно, что угол (fy должен быть пропорционален
коэффициенту покрытия Sy, т. е.
(fy = klSy,
где kx — коэффициент пропорциональности, который
может быть определен из значений q>max
Можно записать, что
fy = fymax Sy
Рис. 6.5. Схема расчета
отступления кривых 2-го "'^c' """ ""^~'c" из "««чении Фтах и о^.
порядка от сферы ближай-
ближайшего радиуса кривизны
= fy max*/2 (ft2 - У2) V\-(ylpJIPyVu [</2 (ft2 - I/2) V 1 - (<//рJ]тах- F.7)
Sy max можно определить посредством решения уравнения F.6) на максимум. Его
обычно задают, исходя из различных технологических соображений (например, из
условия жесткости системы деталь—инструмент, обеспечения наиболее благоприят-
благоприятных условий попадания абразивной суспензии в плоскость обработки и т. д.).
Ру и Vy через у определяются из соотношений:
Ру = Р cos a = PV\ — (i//pJ;
«и = (мн + ®в)у = Qy,
где Р — общая нагрузка; шн и шв — угловые скорости вращения нижнего и верх-
верхнего звеньев.
Из формулы F.7) и выражений для Ру и vy имеем
fy =.фтах</ A — У21Щ\У A — </2/ft2)]max.
Значение у, при котором выражение {у A — у*Щ\ имеет максимальное зна-
значение, находится из условия
Из этого уравнения у — ±ft/jA3.
Окончательная формула для расчета контура инструмента имеет вид
A - l/2/ft2)/BA).
Для параболы, эксцентриситет которой е = 1, формула F.5) имеет вид
232
Чтобы обеспечить лучшее распределение абразивной суспензии по поверхности
обработки, инструмент следует делать не сплошным (однолепестковым), а состоящим
из нескольких лепестков. В зависимости от того, на сколько частей желательно раз-
разбить площадь, выбирается угол фтах-
На рис. 6.6 показан коитур инструмента, построенный по расчетным данным.
В качестве подложки полировальника может применяться фетр толщиной 3 мм, на
который наносится слой смолы толщиной 2 мм. Фетровая подложка используется
для того, чтобы легче было придать инструменту нужный
коитур и подрезать слой смолы /, когда он растекается
в процессе обработки. Инструмент 2, имеющий независи-
независимый привод, крепится к шпинделю устройства, которое
монтируется на верхней каретке станка типа ШП.
При соосном расположении инструмента и детали
на последней неизбежно появляются направленные кон-
концентрические царапины и, кроме того, в этом случае не
обрабатывается ее центр. Поэтому необходимо создать
колебательное движение инструмента (штрих), по воз-
возможности минимальное.
Опытное опробование метода показало, что при асфе-
асферичности в 20 мкм точность получаемого параболоида
составляет ±0,5 мкм.
Метод упругого инструмента. Особый интерес представляет реализация пред-
предложенного О. Г. Карлиным и В. Г. Куксом [27] способа поверхностного соприкосно-
соприкосновения в методе упругого инструмента. При этом изменение формы поверхности в про-
процессе шлифования и полирования регулируется посредством перераспределения
нагрузки Рц по меридиональному сечению обрабатываемой поверхности. При этом
параметры Sy, Ту, vy в уравнении F.2) остаются постоянными.
о)
Рис. 6.6. Контур ин-
инструмента типа «мас-
«маска»
Рис. 6.7. Виды упругих инструментов
Изменение нагрузки по поверхности осуществляется за счет изменения момента
инерции сечений инструмента, изготовляемого для этой цели из упругого материала
(стали), с рассчитанным профилем нерабочей поверхности.
На рис. 6.7 показаны инструменты для формирования асферических поверх-
поверхностей, близких к плоскости (рис. 6.7, а), выпуклой (рис. 6.7, б) и вогнутой (рнс. 6.7, в)
сферам. На рис. 6.8 изображен контур упругого инструмента в стабилизированном
рабочем положении, т. е. в момент окончательного формирования асферической
поверхности (сплошная линия). Штриховой линией показан контур инструмента
в свободном ненагруженном состоянии.
Рабочая поверхность инструмента, как и поверхность заготовки, имеет соответ-
соответственно плоскую или сферическую форму.
В отличие от обычного шлифовально-полировального упругий инструмент по
всей поверхности имеет радиальные прорези, что придает ему необходимую гибкость.
Профиль нерабочей поверхности инструмента связан с заданной асферической по-
поверхностью зависимостью
Jy - / (Ми, Е, АКу),
233

•ц
У
Рис. 6.8. Упругий инструмент в
стабилизированном рабочем поло-
женнн
где Jу — момент инерции сечения с координатой у упругого лепестка; My — изги-
изгибающий момент в сечении лепестка от нагрузки Яц при равномерном распределении
реакции q на рис. 6.8 по всей поверхности инструмента; Е — модуль упругости
материала инструмента; ts.Ky — изменение кривизны изогнутой оси лепестка в се-
сечении у,
&Ку = Ко — Ку\
Ко — начальная кривизна оси лепестка (Ко = 1/#о); #о — радиус рабочей поверх-
поверхности инструмента, мм; Ку — кривизна меридионального сечения заданной асфери-
асферической поверхности в точке у.
Рабочая поверхность упругого инструмента точится и расшлифовывается
так же, как и при изготовлении сферического или плоского шлифовального инстру-
инструмента. Нерабочая поверхность, профиль ко-
которой рассчитывается на цифровых ЭВМ,
обрабатывается на токарном станке по
специальному копиру.
Шлифование упругим инструментом ве-
ведется с применением абразивных порошков,
а для полирования на рабочую поверхность
упругого инструмента наносится слой поли-
полировочной смолы толщиной 1,5—2 мм.
Метод упругого инструмента позволяет
получать как вогнутые, так и выпуклые
асферические поверхности с достаточно высо-
высокой точностью (до 10" по ошибкам отклонения
нормалей) при небольшой, до 150 мкм, асфе-
асферичности и градиенте асферичности до
6 мкм/мм. Минимальные размеры диаметров
деталей из-за сложности изготовления ин-
инструмента ограничены (до 30—40 мм). В случае большей асферичности точность
изготовляемых поверхностей снижается до 30—60".
Для длительного использования упругого инструмента на рабочую поверхность
гальваническим способом наносится слой алмазного порошка, который предохраняет
инструмент от быстрого износа при работе со свободным абразивом.
Метод упругого инструмента, подробно описанный в работе [27], является одним
из перспективных методов изготовления оптических деталей.
Для полирования шлифованной асферической поверхности часто используют
метод эластичного инструмента, который также относится к способу поверхностного
соприкосновения. При полировании гибкий эластичный инструмент способен изме-
изменять форму рабочей поверхности в соответствии с формой участка асферической
поверхности. Поэтому такой инструмент должен не искажать первоначальную форму
поверхности заготовки, а лишь улучшать качество ее поверхности при шлифовании
или сполировывать матовый слой при полировании. На рис. 6.9 показаны типы
подобных инструментов.
Инструменты могут быть относительно простыми и состоять из корпуса B, 6,
15, 17, 21) и тонкой эластичной подложки (/; 4, 10, 13, 19, 23, например сукна, —
рис. 6.9, а, б), на которую наносится полирующая суспензия. Инструмент совершает
либо возвратно-поступательное движение (рис. 6.9, а), либо поступательное движе-
движение (рис. 6.9, б). Заготовка C, 5, И, 12, 20, 24) вращается. Более сложные инстру-
инструменты (рис. 6.9, в—е) содержат специальные эластичные прослойки G, 18, 22) из ре-
резины или резиновой трубки A4, 16), наполненной водой или воздухом. В конструк-
конструкцию некоторых инструментов (рис. 6.9, в) входят свободно перемещающиеся по
направляющим 8 штифты 9. Применение таких инструментов на практике пока не
выходит за пределы обработки деталей с асферическими поверхностями низкой точ-
точности, пригодных для осветительных систем. Обычно инструмент искажает поверх-
поверхность, создавая на ней ошибки величиной 5—15'. Эластичный инструмент приме-
применяется, например для полирования поверхностей, получаемых на станке
АШМА (ГДР).
Способ линейного соприкосновения. Способ линейного соприкосновения обес-
обеспечивает большую точность, чем метод точечного соприкосновения, по уступает
методу соприкосновения по поверхности. Это единственный метод, допускающий
234
обработку достаточно разнообразных асферических поверхностей (параболических,
торических, конических и поверхностей однополостных гиперболоидов) с одновремен-
одновременным взаимоисправлением инструмента и поверхности.
Для изготовления торических поверхностей может быть использован трубчатый
инструмент (рис. 6.10) [14]. Оси инструмента 2 и заготовки / не должны лежать
24- 23 22 20 19 № 19 13 Ш15
г) / С* I / 3) I С/> I I в)
Рис. 6.9. Типы полировальных
стичных инструментов
эла-
в одной плоскости (е ф 0), так как в противном случае получится сферическая
поверхность. Трубчатый инструмент вращается вокруг своей оси и его рабочая
кромка во время обработки непрерывно правится. Трубчатым инструментом может
служить и алмазный кольцевой круг [а. с. 108255 (СССР)].
Метод «.ножа». Широкое распространение для обработки асферических поверх
ностей получил метод «ножа» [14]. В случае параболоидов вращения для образова
ния поверхности используют их геометрическое
свойство, состоящее в том, что все сечения пара-
параболоида плоскостями, параллельными его оси,
есть параболоиды одного и того же параметра.
Действительно, уравнение параболоида, обра-
образованного вращением параболы у2=2рх вокруг
оси ОХ имеет вид
^ + г2 = 2рх. F.8)
Уравнение плоскости, параллельной пло-
плоскости XY и отстоящей от нее на расстоянии а,
можно записать в виде
г = а. F.9)
Линия пересечения параболоида этой плоскостью определится совместным ре-
решением уравнений F.8) и F.9). Она может быть описана уравнением
у2 = 2рх — а2 = 1р [х — a2lBp) ].
Таким образом, линия пересечения параболоида плоскостью, отстоящей от
осевой плоскости па расстояние а, является параболой того же параметра р, но с вер-
эй вдоль оси ОХ на величину а'2'Bр).
235
Рис. 6.10. Трубчатый инстру-
инструмент для изготовления ториче-
торических поверхностей
шиной, смещенной

Следовательно, если взять вращающуюся вокруг своей оси сферическую заго-
заготовку 6 и обработать ее свободным абразивом с помощью тонкой металлической пла-
пластинки — «ножа» 5, имеющего возвратно-поступательное движение (указанное стрел-
стрелками на рис. 6.11; нож при этом скользит по поверхности заготовки, оставаясь все
время параллельным оси ее вращения), то через некоторое время пластинка должна
приобрести параболический профиль, а заготовка благодаря износу принять соответ-
соответственно форму параболоида. Возвратно-поступательное движение может осуще-
осуществляться с помощью механизма, состоящего из кривошипа /, шатуна 2, ползуна 3
и параллелограмма 4.
Однако в реальных условиях путем взаимной притирки инструмента и детали
не удается получить параболоид вращения идеальной формы из-за влияния различ-
различных технологических факторов. Распределение относительных скоростей инструмента
Рис. 6.11. Схема обработки параболической поверхности ножевым инстру-
инструментом •
и детали, конечная толщина инструмента, неравномерность возвратно-поступатель-
возвратно-поступательного движения ножа, неточность направлений движения и т. д. — все это приводит
к значительному искажению формы получаемой поверхности.
Теоретические исследования метода показали следующее:
1) наибольшая неравномерность износа наблюдается на краю поверхности,
вблизи остановки ножа;
2) правильно подбирая отношение ш/у (где вин — соответственно скорость вра-
вращения заготовки и скорость вращения кривошипа, приводящего в движение нож),
можно уменьшить образование кольцевой канавки в зоне наибольшей интенсив-
интенсивности износа, но совсем уничтожить ее не удается;
3) на образование канавки сильное влияние оказывает и отношение till BН —
величина хода ножа, 2/ — ширина ножа): при его увеличении исчезает резкий подъем
кривой интенсивности износа.
Следует отметить, что теоретические исследования процесса не учитывают
влияния на износ поверхности перераспределения давления при выходе части ножа
за край заготовки, или за счет изменения ширины соприкасающейся кромки ножа.
Заготовка для изготовления выпуклых параболических поверхностен 2 первона-
первоначально обычно имеет сферическую поверхность / ближайшего радиуса (рис. 6-. 12, а),
рассчитываемого по формуле
R = р + rVDp) или R = р
х/2,
где г — половина диаметра основания поверхности.
Объем материала, который при этом необходимо удалить, определяется по
формуле
&v = яЛ'6,
где х — высота (стрелка) параболоида.
Для вогнутых параболоидов 3 (рис. 6.12, б) обычно пользуются формулой
R =Ур
где у, — радиус круга, по которому сфера 4 радиуса R касается параболоида.
Обе формулы справедливы лишь при г ^ р.
236
А
Экспериментальные исследования показывают следующее:
1) уменьшение ширины ножа и длины его хода, как одновременно, Так И по*
рознь, ведет к притуплению вершины обрабатываемой поверхности (т. е. к увеличе-
увеличению ее параметра), изменение параметра в процессе обработки происходит медленно;
2) для получения параболоида заданного параметра из сферы ближайшего ра-
радиуса при ш/у =1:2 необходимо применять нож шириной 21 = OJD при длине
хода 2Н = @,85н-0,9) D (D — диаметр заготовки) либо шириной 21 = 0,№ при
длине хода 2Н = 0,8D;
3) увеличение ш/у, т. е. увеличение скорости вращения параболоида по сравне-
сравнению со скоростью ножа, приводит к увеличению износа на краю поверхности и, та-
таким образом, к уменьшению параметра выпуклой поверхности — она становитси
круче; вогнутая поверхность, наоборот, становится более пологой;
Рис. 6.12. Схема расчета сферы ближайшего
радиуса кривизны: а — для выпуклой поверх-
поверхности; б — для вогнутой
4) тонкие ножи меньше искажают поверхность;
5) характер ошибок на краю поверхности при данном диаметре заготовки зави-
зависит от величины хода инструмента.
Изучение зависимости изменения профиля поверхности от ширины ножа, его
хода и относительной скорости показало, что наибольшее влияние на характер по-
поверхности оказывает численное значение хода ножа, видимо, благодаря перераспре-
перераспределению давления при выходе ножа на край поверхности. В зависимости от хода
ножа наблюдаются два противоположных по характеру типа износа поверхности.
При небольшом ходе ножа BЯ меньше 0,70) поверхность, равномерно сошлифовы-
ваясь в центральной части (профиль ее все время остается параболическим, хотя
параметр может при этом меняться), в некотором интервале средней зоны ближе
к краю заготовки начинает сошлифовываться медленнее, и в этой зоне образуются
положительные отступления от параболической формы. Наоборот, при большом
ходе ножа в этой зоне наблюдается более интенсивное сошлифовывание поверхности
и отступления от формы отрицательны. На рис. 6.13 приведены ошибки профилей
параболических поверхностей, обработанных при 2Н = 50 мм @.62D) — кривая /
и при 2Н = 60 мм @.72D) — кривая 3. Прямая 2 соответствует положению края
детали. Величина б представляет собой отступление поверхности от теоретической
формы. Отклонения поверхности минимальны при 2Н = 0.7D.
Участок поверхности, форма которого в процессе обработки больше всего при-
приближается к параболической (с точностью до 1—2 мкм), в лучшем случае составляет
около 50—55 % от диаметра детали. Малая площадь контакта обусловливает малую
п роизводительность.
Крутизна параболоидов, изготовляемых методом ножа, ограничена условиями:
при шлифовании 2p/D :> 0,2, при полировании 2plD >■ 0,6. Эти ограничения вы-
вызваны направлением силы F (рис. 6.14), прикладываемой к ножу 2, перемещаемому
по поверхности заготовки /. В том случае, если угол а между направлением силы F
237

И нормалью к поверхности Л/ меньше или равен углу E, определяемому коэффициен-
коэффициентом трения, сила трения /Чр больше нли равна тангенциальной FT. Поэтому движе-
движение ножа по поверхности заготовки невозможно.
Подобно получению параболических поверхностей можно с помощью ножа
изготавливать гиперболоиды (рис. 6.15, а) и эллипсоиды (рис. 6.15, б) вращения.
Различие состоит в том, что одновременно
с возвратно-поступательным движением ножа,
последовательные положения которого при
перемещении по поверхности заготовки отме-
отмечены на рис. 6.15 цифрами 1,2,3 v. 4, 5, 6, ему
дополнительно сообщается движение вокруг
центра, лежащего на оси заготовки в одном из
геометрических фокусов F поверхности. Здесь
использовано следующее свойство поверхностей
второго порядка. При пересечении их пло-
Н, мм скостью, проходящей через фокус и перпен-
перпендикулярной к некоторой меридиональной пло-
плоскости, радиус кривизны линии пересечения
в точке, принадлежащей этой меридиональной
плоскости, равен радиусу кривизны в вершине
поверхности. При этом кривизна рабочей кромки
инструмента и обрабатываемой поверхности
строго совпадают только в осевой точке сечения
ножа. В других точках сечения кривизна при
различных положениях плоскости сечения изме-
изменяется. Рабочая кромка инструмента при его
движении будет встречать участки поверхности
с различной кривизной и в каких-то пределах
изменять ее, поэтому точность получаемых таким способом эллиптических и гипер-
гиперболических поверхностей ниже, чем у изготовленных по методу ножа параболоидов.
Применение при шлифовании переходов от крупных размеров абразивных зереи
к мелким приводит к различным зазорам между кромкой инструмента и обрабаты-
обрабатываемой поверхностью. Это надо учитывать при выборе ширины ножа. Чем круче
поверхность, тем должен быть уже нож.
Рис. 6.13. Графики ошибок
параболических поверхностей,
обработанных при различных
настройках станка
Рис. 6.14. Схема распределения сил Рис. 6.15. Схема обработки гиперболи-
прн обработке ножом ческих и эллиптических поверхностей по
методу ножа
Изготовление эллипсоидов по методу ножа iik же, как и в случае параболоидов,
ограничено по крутизне поверхности из-за попадания силы, приложенной к ножу,
в конус трения.
Как было указано выше, наибольшие ошибки сосредоточены на краю обрабаты-
обрабатываемой поверхности. Для получения максимальной точности надо брать заготовку
большего (приблизительно на 1/4 часть) диаметра, а после обработки деталь округ-
округлить, до требуемого размера. Заготовку можно вклеивать в кольцевой фальшборт,
иа который переносятся ошибки, возникающие на краю. Твердости по сошлифовы-
ванию материала заготовки и фальшборта должны быть близки. Метод ножа может
быть также применен при изготовлении глубоких вогнутых поверхностей второго
238
порядка с усеченной вершиной. В этом случае шпиндель, на котором устанавливается
заготовка, располагается горизонтально.
Конические и гиперболические поверхности типа двуполостных гиперболоидов,
относящиеся к линейчатым поверхностям, т. е. к поверхностям, образованным пере-
перемещением в пространстве прямой линии, могут быть получены также методом иожа
по несколько измененной схеме обработки, показанной на рис. 6.16. В этом случае
нож устанавливают вдоль направления его движения. Для образования конуса
(рис. 6.16, а) плоскость инструмента / должна пройти через ось вращения заготовки 2.
Для образования гиперболической поверхности 4 (рис. 6.16, б) плоскость инстру-
инструмента 3 должна располагаться от оси на некотором расстоянии е, определяемом
Рис. 6.16. Схема получения конических и гиперболических поверхностей
по измененному методу иожа
параметрами поверхности. При обработке конических и гиперболических поверх-
поверхностей также происходит взаимоисправление инструмента и обрабатываемой по-
поверхности.
Для изготовления компенсационных пластин с коническими поверхностями,
применяемых, например, в зеркально-линзовых объективах, используются станки
типов 2ШПС-15 и «Парабола». Точность изготовления конических поверхностей
составляет две-три интерференционные полосы.
Обработка с исправлением формы инструмента. Кроме рассмотренных выше
случаев метод линейного соприкосновения применяют при обработке асферических
поверхностей с принудительной правкой рабочей кромки инструмента. При такой
схеме обработки заготовка, притираясь к инструменту, изменяет его первоначаль-
первоначальную форму, что и вызывает необходимость его периодической правки.
Наиболее распространенной является схема обработки по методу, приписывае-
приписываемому Декарту и осуществленному первоначально фирмой «Цейсе» (Германия). Схема
метода приведена на рис. 6.17. Образующая рабочей поверхности шлифовальника 2
представляет собой меридиональное сечеиие изготавливаемой асферической по-
поверхности. Необходимая форма шлифовальника достигается посредством его непре-
непрерывной правки алмазным резцом 4, управляемым копировальным устройством /, 5.
Этот метод применим лишь для выпуклых асферических поверхностей 3. Точность
получаемой поверхности составляет по Демарку 10—20А, (длины световой волны).
Ошибки возникают из-за неточностей в выполнении шарнирных соединений и дви-
движущихся частей станка [37].
Наиболее простой случай правки шлифовальника встречается при изготовлении
выпуклых эллипсоидов 4 (рис. 6.18). Здесь не требуется копировальное устройство,
правку выполняет алмазный резец /, вращающийся вокруг оси 2, наклоненной к оси
шлифовальиика 3. Образующая шлифующего цилиндра получает форму эллипса,
описываемого уравнением
jf'Vu3 + tj4b'1 = 1,
239

в котором величина а равна R — радиусу окружности, описываемой острием алмаз-
алмазного резца, а Ь = a cos a.
Для изготовления асферических поверхностей на деталях могут быть приме-
применены фасонные резцы, представляющие собой пластины с рабочей кромкой, выполнен-
выполненной по форме кривой меридионального сечения поверхности. Чтобы при шлифовании
свободным абразивом профиль инструмента 1 не искажался износом, поверхность
шлифуют гибкими металлическими прокладками 2, которые устанавливают между
деталью 3 и кромкой инструмента и периодически меняют (рис. 6.19). Прокладке
может быть сообщено возвратно-поступательное движение. Резец при этом как бы
превращается в контршаблон. По этой схеме создан опытный станок [13].
Рис. 6.17. Схема обработки поверхностей
по методу Декарта
Рис: 6.18. Схема установки для обра-
обработки выпуклых эллипсоидов
Способ точечного соприкосновения. Способ точечного соприкосновения наиболее
универсален, он допускает изготовление поверхностей любой формы, но не обладает
свойством взаимоисправления инструмента н обрабатываемой поверхности. Его
главным недостатком является невозможность получения достаточной (в несколько
интерференционных полос) точности изготовляемых по-
поверхностей. Поскольку инструмент соприкасается с об-
обрабатываемой поверхностью на незначительном уча-
участке, большое влияние на ошибки поверхности оказы-
оказывает точность траектории перемещения инструмента.
В этом случае точность поверхности зависит от боль-
большого числа факторов и в первую очередь от точности
применяемых станков и стабильности формы обрабаты-
обрабатывающего инструмента.
Во всех станках, работающих по принципу точеч-
точечного соприкосновения, инструмент в процессе обра-
обработки перемещается по образующей асферической
поверхности вращения, т. е. по профилю ее меридио-
меридионального сечения. Траектория движения воспроизво-
воспроизводится в пространстве либо механизмами, у которых
определенные точки одного из звеньев описывают
необходимые кривые, либо копировальными устрой-
устройствами с шаблонами.
Станки, на которых обработка поверхности ведет-
ведется по принципу точечного соприкосновения, исполь-
используются, как правило, для заготовительных операций. Инструментом при
этом обычно служит алмазный круг.
Кинематических схем, предложенных для обработки асферических поверхно-
поверхностей по методу точечного соприкосновения, очень много, но ни одна из них не нашла
широкого распространения.
В работе [40] описаны схемы для шлифования поверхностей второго порядка.
Схема Тейлора предназначена для шлифования выпуклых эллипсоидов плоским
шлифовальным инструментом, хотя может использоваться для изготовления также
выпуклых параболических и гиперболических поверхностей. Схема Берча предна-
предназначена для механической ретуши асферических поверхностей. В этой схеме гибкий,
240
Рис. 6.19. Схема фасон-
фасонного резца для изготов-
изготовления асферических по-
поверхностей
небольшой по величине инструмент 1 (рис. 6.20) крепится на штанге 2, которая во
время обработки обкатывается по эволюте 4, в результате чего инструмент, двигаясь
по обрабатываемой поверхности 3, все время перемещается по касательной к ней.
Применение ориентирующей инструмент штанги способствует закономерному рас-
распределению износа по поверхности.
В станках, работающих по принципу механического построения образующей,
все ошибки подвижных соединений передаются обрабатываемой поверхности. Для
заготовительных операций в большинстве случаев используют копировальные
устройства. Они позволяют путем уменьшения масштаба уменьшить ошибки, с ко-
которыми изготовлены шаблоны асферических поверхностей. Копировальные устрой-
устройства могут иметь как постоянные копиры (они изго-
изготавливаются лекальным способом), так и настраи-
настраиваемые. В качестве инструмента используются алмаз-
алмазные круги.
Копировальные станки, применяемые для изго-
изготовления оптических деталей с асферическими по-
поверхностями, в настоящее время используются только
для получения грубо или тонко шлифованных по-
поверхностей. Полирование должно производиться дру-
другими методами, в соответствии с формами поверхностей.
Точность окончательной формы поверхности зависит,
таким образом, от точности метода полирования.
Цилиндрические и торические поверхности выде-
выделяют в особую группу, так как кривизна их в главных
сечениях, содержащих оптическую ось, различна, хотя
и постоянна. Так, профиль их в главном (меридио-
(меридиональном) сечении есть прямая линия (или дуга
окружности), а в сагиттальном — дуга окружности
радиуса — для тора). Иногда кривизна поверхности
Рис. 6.20. Схема обра-
обработки асферических по-
поверхностей по методу
Берча
(дуга окружности другого
в этих сечениях различна
не только по величине, но и по знаку. В зависимости от назначения оптиче-
оптической детали ее поверхности могут представлять собой части цилиндра или тора либо
полную цилиндрическую или торическую поверхность. Эти поверхности, подобно
сферическим, обрабатывают посредством абразивного шлифования и полирования
при взаимном притирании сегментного цилиндрического (торнческого) инструмента
и обрабатываемой поверхности на специализированных, не имеющих шпинделя, опти-
оптических станках с возвратно-поступательными движениями инструмента и заготовки
во взаимно-перпендикулярных направлениях. Верхнее звено (инструмент или блок)
обычно закрепляется шарнирно и базируется свободно по обрабатываемой поверх-
поверхности нижнего звена (блока или инструмента), закрепленного жестко. Такие станки
выпускаются для обработки заготовок или блоков с максимальным размером 200х
X ЮО мм BШПА-200) и 500x300 мм (ШПА-500). Размер обрабатываемой поверхности
вдоль образующей обычно не равен размеру поперечному, поэтому должна быть
обеспечена возможность раздельной регулировки величины хода инструмента в каж-
каждом из направлений — вдоль образующей цилиндра н поперек нее. Получение точ-
точной цилиндрической поверхности без раздельного регулирования ходов инструмента
невозможно. Соотношение скоростей относительного движения инструмента и за-
заготовки у станка может быть, например, близким к 5 : 4 или 11 : 7. В направлении
короткой стороны блока число ходов большее, в длинную сторону — меньшее.
Движения инструмента должны быть строго симметричны (до долей миллиметра)
относительно центра поверхности блока или обрабатываемой детали. Также строго
по центру должен быть расположен ниппель, передающий давление. Несимметрия
хода, равно как и несимметрия давления, приводит к возникновению коничности
поверхности, клнновидности и к развороту ее относительно базы. Сегментную ци-
цилиндрическую поверхность пониженной точности можно обработать сегментным же
цилиндрическим инструментом и на обычном оптическом станке, закрепив заготовку
или инструмент на вращающемся шпинделе. Однако при этом абсолютная величина
штриха в каждом из направлений будет одинаковой и, следовательно, неоптималь-
неоптимальной, что вызовет на поверхности появление астигматической ошибки (обычно «бугра»
на направляющей и «ямы» на образующей). При небольшой кривизне (R : h более 20)
положение инструмента на поверхности становится неустойчивым. Поэтому при
обработке цилиндрических поверхностей больших радиусов необходимо применять
241

Рис. 6.21. Инструмент для
обработки торических по-
поверхностей
специальные приспособления, удерживающие инструмент (блок) от рыска-
рыскания [36].
К цилиндрическим линзам в отличие от обычных, ограниченных сферами, предъ-
предъявляется специфическое требование взаимной параллельности образующих цилин-
цилиндров 1-й и 2-й поверхностей. Такая непараллельность помимо несимметрии хода н
нагрузки вызывается также и неточным ориентированием заготовок линз при их
закреплении. Эта непараллельность в значительной мере влияет на качество изобра-
изображения и для ряда случаев не должна превышать 60". Непараллельность образующих
не может быть устранена обработкой кромок линзы или центрировкой при склейке.
Обработка полных круговых цилиндров может выполняться путем взаимной
притирки сегментного инструмента и цилиндрической поверхности. При этом вслед-
вследствие взаимного, изнашивания инструмента и заго-
заготовки радиус кривизны последней непрерывно из-
изменяется. Учитывая различную скорость изна-
изнашивания металла и стекла (по объему пример-
примерно 1 : 10—1 : 20) для оптимизации процесса пло-
площадь контакта инструмента должна составлять
примерно 1/10—1/20 обрабатываемой площади
детали. При этом в осевом направлении отношение
длины инструмента к длине образующей цилиндра
и величина штриха должны соответствовать реко-
рекомендациям И. Е. Александрова [31]. Заготовка
вращается непрерывно на станке, подобном токар-
токарному. Для равномерности износа инструмента на-
направление вращения следует менять каждые 2—
3 мин. Инструмент — шлифовальник или полиро-
полировальник — совершает возвратно-поступательные
движения, опираясь на заготовку и базируясь по
ней. Вогнутые поверхности обрабатываются аналогично выпуклым. Скорости вра-
вращения заготовки и движения инструмента выбираются такими, чтобы результиру-
результирующая траектория движения ссставляла примерно 45° с осью изделия.
При обработке неполных торических поверхностей торическим сегментным ин-
инструментом на станках типа ШПА величину штриха в направлении, перпендикуляр-
перпендикулярном к оси тора, выбирают в соответствии с общими рекомендациями, а в направлении
оси тора величина перемещения инструмента должна быть минимальной во избежа-
избежание искажения поверхностей при обработке. Точность изготовления торической
поверхности / (рис. 6.21) можно повысить, применяя специальный инструмент 2
уменьшенной длины (вплоть до превращения его в пластинку). В этом случае появ-
появляется возможность применить значительный поперечный ход от тяги 3. Однако
такой инструмент, имея меньшую площадь контакта, требует большего внимания от
исполнителя. Получение круговых поясных торических поверхностей описано выше.
6.4. Устройства для изготовления деталей
с асферическими поверхностями
Рассмотренные в п. 6.3 методы формообразованяя асферических поверхностей
на практике применяются с использованием специального станочного оборудования
или приспособлений.
Изготовление оптических деталей по методу соприкосновения по поверхности
производится либо на обычных оптических станках, предназначенных^ для шлифова-
шлифования и полирования сфер и плоскостей (станки типа ШП), либо на станках, специально
изготовленных для этой цели. Такие специальные станки оснащаются приспособле-
приспособлениями для ретуши и промежуточного контроля. Наиболее распространены станки:
КОС-750, СПА-1000, СПА-1500, КУ-168. Станки СПА-1000 и СПА-1500 снабжены
дополнительными опорами — колоннами для ретушировального инструмента. Шпин-
Шпиндели станков выполнены поворотными для осуществления контроля обрабатываемой
поверхности.
Техническая характеристика станка СПА-1500
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм .... 1500
Наибольшая высота » » , мм ....
масса детали, кг
стрелка сферы детали,
200
1000
100
242
I
Наибольший диаметр инструмента для ретуши, мм ... 350
г » размах возвратно-поступательного движения
■ инструмента ретуши, мм 50
1 Наибольший угол поворота шпинделя детали с плаишай-
бой в вертикальной плоскости, ...° 92
Частота вращения шпинделя детали, об/мин 0,65 — 10
» » шпинделей кривошипов, об/мин . . . 0,5—10
Давление на деталь в процессе обработки осуществляется
массой инструмента, кПа 5—50
Время поворота шпинделя детали с планшайбой в поло-
положение контроля (и из него), мин 4,7
Общая мощность станка, кВт 12
Габариты станка (длина X ширина X высота), мм ... 5215x6400X3115
Масса станка, кг 18 100
Обработка асферических поверхностей по методу упругого инструмента может
. производиться на обычных шлифовально-полировальных станках, но в этом случае
снижаются точность изготовления асферической поверхности и интенсивность про-
процесса. Это связано с тем, что обработка упругим инструментом производится при
малых штрихах, не позволяющих получать относительно большие скорости. Поэтому
в настоящее время созданы специальные станки для обработки упругим инструментом
типа «Планета».
Для изготовления оптических деталей с параболическими поверхностями по
методу линейного соприкосновения используются станки типа «Парабола». Станок
«Парабола-70» имеет съемное приспособление для обработки эллиптических и ги-
гиперболических поверхностей. На станках «Парабола-70» и «Парабола-150» шпин-
шпиндели изделия съемные, обеспечивающие возможность промежуточного контроля
. поверхности вне станка.
Техническая характеристика станка «Парабола-70»
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм .... 80
Наименьший » » ». мм .... 25
Наибольшая высота обрабатываемой детали, мм 16
Наибольшее отношение высоты детали к диаметру .... 1:5
Частота вращения шпинделя, об/мин 8 — 500
» Двойных ходов ножа в мнн 24 — 160
Предельный угол качания ножа, ..." ±35
Наибольший раднус качания ножа, мм ±150
Рабочая нагрузка на нож, кг 0,5—2
Мощность электропривода, кВт 0,7
Габариты станка (длина X ширина X высота), мм .... 1250X800X1300
Масса станка, кг 700
На рис. 6.22, а показан вариант настройки стайка «Парабола-70» для обработки
параболической поверхности. От электромотора / вращение через клиноременную
передачу 2 и червячный редуктор 3 передается в кинематическую цепь верхнего
звена на кривошип 18 и с помощью кулисы 17 преобразуется в возвратно-поступа-
возвратно-поступательное движение каретки 16. Последняя подвешена на рычагах 15, образуя вместе
с ними основной параллелограммный механизм, несущий промежуточный параллело-
параллелограмм 13. Стенка последнего 12 одновременно является основанием рабочего паралле-
параллелограмма, на передней стенке // которого закрепляют ножевой инструмент 10.
С помощью регулируемого угольника 14 можно изменять наклон задней стенки па-
параллелограмма 13, регулируя тем самым необходимое положение инструмента.
Заготовка 9, закрепленная на шпинделе 8, получает вращение через блок сменных
шестерен 4, червячную 5 и клиноременную 6 передачи. С помощью механизма 7,
перемещая шпиндель в шлицах вдоль его оси, можно менять положение заготовки
по высоте.
На рис. 6.22, б приведен вариант настройки станка для обработки выпуклой
эллиптической поверхности. Здесь угольник 14 заменен качающейся кулисой 24,
винтовая пара которой закрепляется на задней стенке параллелограмма и позволяет
установить ось качения скользящего шарнира 23 на расстоянии, соответствующем
величине фокуса эллипса. Съемные направляющие 22 закрепляются неподвижно
иа корпусе станка. При возвратно-поступательном движении каретки 16 (рис. 6.22, а)
задняя стенка параллелограмма 13 будет совершать качательные движения вокруг
оси шарнира 23 (рис. 6.22, б), передавая тем самым качание через рабочий паралле-
параллелограмм ножевому инструменту 10 (рис. 6.22, а), обрабатывающему поверхность
заготовки 9.
243

a)
■7 6
У///////////////А
20
21
Рис. 6.22. Схема станка «Парабола-70»
244
Механизм 21 (рис. 6.22, б) позволяет устанавливать симметричность хода ия-
струмента, а механизм 20 — необходимую величину разгрузки рабочего параллело-
параллелограмма. Сменные шестерни 4 (рис. 6.22, а) позволяют получать различное соотношение
чисел оборотов верхнего и нижнего звеньев. С помощью механизма 19 устанавливают
величину эксцентриситета кривошипа 18.
По методу линейного соприкосновения с исправлением формы инструмента
работает станок «Ашма», используемый на народном предприятии «Карл Цейсе,
Иена» (ГДР). Станок позволяет осуществлять только шлифование выпуклых асфери-
асферических поверхностей любой формы с точностью 0,3—1 мкм по отступлениям профиля.
Дальнейшая обработка поверхности производится по методу эластичного ин-
инструмента.
Метод точечного соприкосновения осуществляется в копировальных станках
с алмазным инструментом. Фирма DAMA (ФРГ) выпускает станки марок ASG-120
и ASG-400, в которых применен жесткий копир. Точность получаемой поверхности,
по данным фирмы, составляет 1 мкм. По такому же принципу, но с настраиваемым
копиром изготовлен опытный станок «Копир-150» [12].
6.5. Центрирование деталей с асферическими поверхностями
Особенность асферической поверхности — наличие оси не позволяет использо-
использовать обычные в сферической оптике приемы центрирования линз. Деталь с асфериче-
асферической поверхностью можно уподобить клину, ограниченному двумя плоскостями.
Устранить клиновидность здесь можно только исправлением одной из ограничива-
ограничивающих поверхностей. Поэтому совмещение оси асферической поверхности с центром
кривизны или осью другой поверхности производят обработкой одной из сторон.
Заготовку предварительно круглят, оставляя необходимый припуск по диаметру.
Возможно несколько путей изготовления детали.
1. Установив заготовку с высокой точностью на шпинделе станка, наносят
асферическую поверхность, после чего, сняв заготовку со шпинделя этого станка,
наносят 2-ю поверхность — сферическую или плоскую, выдерживая во время об-
обработки заданную или допустимую разнотолщинность по краю линзы. Затем линза
поступает на операцию центрирования.
2. После обработки асферической поверхности про-
производят, не снимая линзы со шпинделя станка, ее
кругление в окончательный размер. Затем линзу сни-
снимают со шпинделя и наносят 2-ю поверхность, выдерживая
допустимую разнотолщинность. Этот способ дает наи-
наибольшую точность совмещения оптической оси с центром
кривизны второй поверхности.
3. Сначала наносят сферическую или плоскую по-
поверхность на 2-й стороне линзы, а затем такую заго-
заготовку устанавливают на шпинделе станка и наносят асфе-
асферическую поверхность, после чего с помощью центри-
ровочного станка круглят в заданный размер, совмещая
при этом ось центрирующей базовой поверхности линзы
с осью асферической поверхности. Этот способ дает
меньшую точность.
При изготовлении линз ретушью, эластичным инструментом и другими спосо-
способами можно пользоваться любым из описанных методов центрирования, в зависимости
от навыка оптиков.
Для изготовления на станках типа «Парабола» линз с параболической и сфери-
сферической поверхностями, требующих точной центрировки (с ^ 0,02 мм), удобно де-
делать вспомогательную плосковогнутую (выпуклую) линзу, центрированную с точ-
• ностью до 0,01 мм. Диаметр этой линзы равен 1,2—1,5 диаметра параболической
линзы, а сферическая сторона имеет радиус кривизны, равный радиусу кривизны
сферы изготовляемой линзы, но с обратным знаком. Изготавливается линза-заготовка
для будущей детали с припуском по толщине. Одна из сторон заготовки имеет окон-
окончательно обработанную сферу в соответствии с чертежом, а другая — сферу ближай-
ближайшего радиуса (с учетом диаметра вспомогательной линзы). Эта сторона должна
быть прополирована. Линза-заготовка / (рис. 6.23) центрированно склеивается баль-
бальзамином с вспомогательной линзой 2, затем наносят общую сферу ближайшего
245
*«*',*(*
Рис. 6.23. Схема склей-
склейки линзы-заготовки с
вспомогательной лин-
линзой

радиуса, строго выдерживая равнотолщинность. После этого склеенные линзы уста-
устанавливаются с требуемой точностью на шпиндель станка либо в регулируемый па-
патрон, либо наклейкой на установочную планшайбу. После нанесения параболиче-
параболической поверхности линза отделяется от вспомогательной и круглится в -заданный
размер.
Обычно окончательной операцией при изготовлении линз с асферическими
поверхностями является операция кругления для придания лннзе требуемого раз-
размера по диаметру. Эта операция производится на центрировочном станке. Линзу
с помощью смолы наклеивают на точно выверенный и установленный патрон шпин-
шпинделя. Торец центрировочного патрона обеспечивает совмещение вершины асфериче-
асферической поверхности с осью патрона, а с помощью индикатора проверяют и устраняют
биение края этой поверхности легкими ее наклонами, совмещая ось асферической по-
поверхности с осью патрона. Затем алмазным инструментом деталь круглят до требуе-
требуемого размера.
6.6. Изготовление крупногабаритных деталей
Наиболее характерными крупногабаритными оптическими деталями являются
линзы со сферическими (выпуклыми и вогнутыми) и плоскими поверхностями, ком-
компенсационные пластины Шмидта, а также зеркала с плоской, сферической н асфери-
асферической формами поверхности. В последнем случае это обычно поверхности вращения
кривой второго порядка вокруг своей оси. Ниже рассматриваются некоторые спе-
специальные вопросы, относящиеся к обработке и контролю поверхностей точных
крупногабаритных деталей.
Материал для зеркал должен отвечать следующим требованиям [17, 20].
1. Обеспечивать сохранение формы отражающей поверхности при изменении
температуры. Количественная оценка качества материала с учетом теплофизических
свойств характеризуется коэффициентом Максутова
Ч> = (Eld) (llca),
где Е — модуль упругости; Я, — теплопроводность; d — плотность материала;
С — теплоемкость; а — коэффициент линейного расширения.
Чем больше коэффициент *|>, тем меньше термические деформации детали и тем
выгоднее применять рассматриваемый материал.
2. Обладать максимальной жесткостью, т. е. способностью противостоять
деформациям прогиба под действием сил тяжести и внешних нагрузок (например,
статических и динамических воздействий инструмента при обработке). Жесткость
материала тем выше, чем больше отношение Eld. Жесткость разгруженного круглого
диска диаметром D н толщиной t определяется следующим коэффициентом:
а = KEtVidD*),
где К — постоянная, зависящая от системы разгрузки и определяемая опытным
путем.
3. Иметь минимальную плотность d, что особенно важно для зеркал приборов,
устанавливаемых на космических аппаратах.
4. Материал должен быть стабилен во времени.
5^ Материал должен легко поддаваться шлифованию и полированию.
Большая твердость приводит к низкой производительности обработки, слишком
малая — к появлению царапин и локальных ошибок обрабатываемой поверхности.
Обобщение этих данных приведено в табл. 6.3, откуда видно, что наиболее
выгодными материалами для зеркал являются стеклокристаллический материал —
ситалл, а из металлов — бериллий, который при малой плотности обладает чрезвы-
чрезвычайной жесткостью.
Дефекты материала влияют на качество изготовления оптических деталей и их
работу следующим образом.
1. Местные неоднородности показателя преломления материала An наиболее
вредны для преломляющей оптики, так как вносят в волновой фронт, вышедший из
стекла, местные деформации. Величина Ah деформации определяется по формуле
ДЛнеодп — ^пЬ>
где Ь — толщина неоднородности.
246
т.-
Таблица t
Материал
Крон К8
Пи реке 316
Кварц плавленный
Ситалл СО-115 М
Титан
Алюминий
Бериллий
).3. Технологические характеристики материалов
d,
кг/м'
2520
2480
2210
2460
4500
2700
1850
Е,
гПа
82,3
66,8
74,5
100
105
75
300
2
Li
лп
0,55
0,50
0,76
1,00
30,94
114,2
90,44
2
о?
0,75
0,71
0,69
0,92
0,59
0,92
1,64
о
8
70
30
4
1
71
255
111
Е
Id) 10,
Й.
3,3
2,7
3,4
4,1
2,3
2,8
16,2
шрекс
&■
0,5
1,00
14,6
70,0
25,0
22,0
127,0
2. Свили отрицательно влияют на качество как преломляющей, так и отража-
отражающей оптики. Свиль толщиной Ъ порождает ошибку проходящего волнового фронта,
равную
Дйсв = АпЪ.
Чем грубее свиль (т. е. больше отклонение Дя), тем меньше толщина неоднород-
неоднородности Ь и длина I, тем евнль безвреднее. Необходимо соблюдать соотношение
Дя > 720Я, F/D2) A/DJ,
где D — диаметр объектива. Одновременно надо выдерживать соотношение Ь ^
< 0,019.
Ориентированно расположенные потоки свилей, ослабляя сечение детали,
перпендикулярное к направлению свилей, являются причиной возникновения астиг-
астигматизма при ее обработке. Выход свили на рабочую поверхность приводит к появле-
появлению местной ошибки из-за изменения механической твердости материала при поли-
полировании в месте выхода.
3. Остаточные напряжения в материале обусловливают появление анизотропии,
вызывающей двойное лучепреломление. Напряжения приводят как к общему изме-
изменению показателя преломления, так и к возникновению разности хода нз-за нера-
неравенства показателей преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей.
Разность хода лучей определяется по формуле
Д^иапр = BtAa,
где / — толщина заготовки; Дст — разность напряжений, Па; В — оптический коэф-
коэффициент напряжения, характеризующий относительную оптическую чувствитель-
чувствительность стекла к механическим напряжениям. Его численное значение зависит от со-
состава стекла и изменяется в пределах от 2,0-10~12 до 2,8-10~12 Па^1.
Неравномерность напряжений в заготовке (измеряется в процентах) приводит
как к местным ошибкам на обрабатываемой поверхности зеркал и линз, так и к до-
дополнительным ошибкам волнового фронта при его'прохождении через линзу. Заго-
Заготовка для крупногабаритного точного зеркала считается удовлетворительной, если
неравномерность напряжений на краях не превышает 25%.
Допустимое суммарное воздействие дефектов материала линзы определяется
по допуску AN на местные ошибки, исходя из того, что 1/4 этого допуска выделяется
на ошибки, порожденные дефектами материала, т. е.
Ahs = AN/A = Дйнеодн + Ahcs + Дйнапр.
Накапливание этих ошибок при прохождении света через многолинзовый объек-
объектив приводит к необходимости местной ретуши поверхности одной из линз объек-
объектива для получения первоклассного качества изображения. >-.
4. Наличие пузырей на обрабатываемой поверхности может привести к цара-
царапинам при шлифовании и «располировкам» вокруг пузырей (в виде местных ошибок
при полировании).
247

Эти дефекты возникают вследствие забивания пузырей зернами микропорошков
при шлифовании, а также смесью полирнта н смолы при полировании. Поэтому
перед обработкой крупные пузыри подлежат рассверливанию, а мелкие — в процессе
обработки подвергают тщательной чистке и промывке.
Для ответственных деталей крупногабаритной оптики стекло необходимо под-
подбирать высшей категории по показателям качества.
• Важным моментом при обработке крупногабаритной оптической детали яв-
является ее разгрузка. Выбор типа разгрузки зависит от размера (массы) детали и
отношения диаметра детали к ее
f 2 3 толщине Dlt.
Монолитную деталь диаметром
до 2000 м и с отношением Dlt= l/10
(или эквивалентную по жесткости
облегченную заготовку) устанавли-
устанавливают на утолщенную с ребрами же-
жесткости планшайбу / (рис. 6.24), верх-
верхняя поверхность которой с большой
точностью (до 0,01—0,02 мм) повто-
повторяет тыльную поверхность детали 2.
Между тыльной поверхностью и план-
планшайбой по окружностям, концентри-
концентрическим относительно центра детали,
располагают одинаковые по толщине
эластичные «точечные» прокладки 3 из
губчатой резины. Расчет количества
опорных точек проводится по формуле
из условия получения прогиба обра-
обрабатываемой поверхности меньшего
(около 5—10 раз), чем допустимое ее
отклонение
N > @.06D2/*) Vdl(EW),
где N — число поддерживающих то-
тоW й б
Рис. 6.24. Планшайба для установки
крупногабаритной детали
чек; W — допустимый прогиб.
От радиальных смещений деталь ограничивается тремя боковыми опорами 4,
представляющими собой коромысла, качающиеся на шаровых шарнирах и несущие
каждая по две опорные поверхности. В совокупности шесть опорных поверхностей
коромысел через тонкий слой вакуумной резины упираются в торцевую цилиндри-
цилиндрическую поверхность детали и воспринимают радиальную составляющую динамиче-
динамических нагрузок инструмента при его движении по поверхности.
Зеркало большого диаметра (более двух метров) представляет собой тяжелое
(несколько тонн) и весьма нежесткое изделие. Обычно такие зеркала обрабатываются
в «штатных» оправах, на которых затем устанавливаются в телескоп. При обработке
в конструкцию оправ вводятся дополнительные опорные элементы, воспринимающие
массу инструмента. Система «штатной» разгрузки обычно является многоопорной
и состоит из большого числа механических (рычажных) или гидравлических элемен-
элементов, применительно к которым зеркало проектируется со специальными разгрузоч-
разгрузочными глухими отверстиями с тыльной стороны зеркала. Конструкции подобного
рода весьма сложны в изготовлении и трудоемки при отладке, требующей высоко-
высокоточной регулировки уравновешивающих усилий. Изменение положения зеркала
относительно разгрузки, необходимое для разделения погрешностей разгрузки от
ошибок изготовления, связано с полной переналадкой рычажных опор и требует так
много времени, что практически исключает эту операцию в процессе изготовления.
Технологическая оправа конструкции Ю. Б. Лямина и А. А. Леонтьева,
[а. с. 638452 (СССР)], разработанная для зеркал диаметром до 6 м, свободна от мно-
многих из перечисленных недостатков. Разгрузка, состоящая из горизонтальной и
вертикальной систем, основана на гидравлическом перераспределении усилий на-
гружения и позволяет разгрузить зеркало автоматически, без предварительной на-
настройки усилий в опорах. Предусмотрена специальная система компенсации, урав-
уравновешивающая дополнительные давления, возникающие при приложении к зеркалу
внешних сил со стороны инструмента или при изменении положения зеркала, на-
248
г
4
пример прн его наклоие. Элемент горизонтальной разгрузки, показанный на рис. 6.25,
состоит из цилиндрического стакана 1, помещенного в разгрузочном отверстии зер-
зеркала, н сильфона 2, механически связанного с мембранными устройствами 3 гидра-
гидравлической системы компенсации. Усилие S'2, развиваемое мембраной, равно дополни-
дополнительному усилию 52> возникающему в сильфоне, и направлено в противоположную
сторону, уравнивая его. Элементы разгрузки объединены в ряд замкнутых секций,
имеющих возможность соединяться в различных сочетаниях, что позволяет реализо-
реализовать разные варианты схем уравновешивания усилий, имитировать его перестановку
с поворотом на 180°, принудитель-
принудительно влиять прн
форму рабочей
кала и т. п.
Обработка сферических и пло-
плоских поверхностей, шлифование
и полирование, крупногабаритных
сферических н^плоских поверхно-
поверхностей в принципе не отличается от
рц не отличается о
обработки поверхностей малого раз
мера и основана на методе свобод-
свободного притира поверхностей с взаим-
взаимным исправлением обрабатывающей
поверхности и инструмента. Обра-
необходимости на
поверхности зер-
Рис 6.25. Элемент горизонтальной
разгрузки
Рнс. 6.26. Схема обработки при верхнем рас-
расположении заготовки
ботка может проводиться как прн нижнем, так н прн верхнем расположении
заготовки относительно обрабатывающего инструмента.
Верхнее расположение позволяет исключить разгрузку детали, а также влияние
погрешностей кинематики станка и без особого труда получить оптическую поверх-
поверхность, свободную от астигматических ошибок. Выбор такого положения предпочти-
предпочтителен, ио по ряду причин ограничивается диаметром до 700 мм для монолитных за-
заготовок н до 1200 мм — для облегченных. Схема обработки при верхнем расположе-
расположении заготовки показана на рнс. 6.26. Условие равномерного распределения рабочего
давления определяет конструкцию переходной детали 1, заменяющей наклеечннк.
в целом переходная деталь с разгрузочным приспособлением должна быть макси-
максимально легкой, так как в оптических станках типа ШП механическая система раз-
разгрузки верхнего звена имеет ограниченные возможности.
Требования по жесткости, предъявляемые к инструменту 3, в данном случае
аналогичны требованиям к разгрузочной планшайбе. Диаметр его должен на 12—
It) /о превышать размер обрабатываемой детали 2. Давление на деталь передается
через резиновые кольца 4. Боковые опоры 5 обеспечивают передачу осциллирующего
движения поводка станка на заготовку.
Размер инструмента при нижнем расположении детали равен диаметру детали.
При сохранении необходимой жесткости инструмент должен быть максимально
249

облегчен. Этому условию отвечает равнотолщинный инструмент, ребра Жесткости
которого имеют ячеистую ромбовидную структуру. Давление на поверхность в тече-
течение всего времени полирования не должно превышать 10 гПа, а на окончательной
стадии — 5 гПа. Уменьшение давления на окончательной стадии позволяет получить
плавную, без локальных ошибок поверхность, даже прн наличии местных дефектов
материала. С такой же целью заготовки поворачивают относительно разгрузочного
приспособления в процессе обработки, что обеспечивает усреднение погрешности
разгрузки и кинематики станка. Эту операцию необходимо проводить не реже чем
через каждые два часа обработки. При этом деталь поворачивают на неравные углы
во избежание появления по поверхности^регулярных радиальных ошибок.
б)
I
1
[
\
к
ч
—.
ч
ч
\
\
i
1
Режим обработки
Увеличение амплитуды
осцилляции с 0.3D до 0,5D
Увеличение иш при v0 =
= const .:
Увеличение v0 при vm =
= constj
Переменный смещенный
штрих
Изменение формы поверхности
Деталь внизу
Завал края и углуб-
углубление центра
Быстрый завал края
и центра
Быстрый подъем края
и центра
Разглаживаются узкие
Деталь вверху
Медленный завал
края и углубление цен-
центра
Не происходит изме-
изменения
Завал края и углуб-
углубление центра
зональные неровности
При обработке крупиогабаритной оптики в иастоящее время используются ме-
методы, основанные на способе соприкосновения по поверхности, так как только они
позволяют получать поверхности высокой точности. К таким методам (названным
250
Рис. 6.27. Виды подрезки полировальников
Зональные ошибки поверхности устраняются способами, приведенными ниже.
1. Подрезкой смолы полировальника, исходя из принципа, заключающегося
в том, что против углубленной зоны поверхности создается ослабленная зона поли-
полировальника. Виды подрезки для взятой в качестве примера ошибки приподнятости
края и центра приведены иа рис. 6.27.
На рис. 6.27, а показан профиль сечения обрабатываемой детали, ошибки ко-
которого даны в увеличенном виде; на рис. 6.27, б — вид рабочей поверхности поли- ]
ровальника, на которой нанесена прямоугольная подрезка (такая подрезка способ- 1
ствует равномерному распределению полировальной суспензии); иа рис. 6.27, в —
средняя зона поверхности инструмента, приходящаяся против пониженной зоны
детали, сослаблена» подрезкой в виде звезды; на рис. 6.27, г показана спиральная J
подрезка, в которой витки спирали на средней зоне расположены чаще, чем в центре ■
и на краю.
2. Изменением амплитуды осцилляции, а также скоростей вращения шпин-
шпинделя vm и осцилляции v0, смещением центра качания верхней каретки относительно
центра вращения детали (оси шпинделя). Соответствующие рекомендации по измене-
изменению режимов обработки приведены в табл. 6.4. i
Таблица 6.4. Влияние режимов обработки на форму поверхности 1
. , ! j
&
по конфигурации рабочей поверхности инструмента) относятся: асферизацяя «ро-
«ромашкой», асферизация набором кольцевых инструментов, асферизация «маской»,
асферизация упругим инструментом, асферизация малым инструментом, или метод
«местной ретуши».
Обычно асферизация начинается от исходной ближайшей сферы и заключается
в неравномерном съеме материала, причем величина съема аналитически связана
с зоной у обрабатываемой поверхности.
Возможные способы управления величиной съема получаются из формулы
Престона
dhu = kF
Из этой формулы следует, что съем в зоне у зависит от технологических фак-
факторов (марки стекла, состава абразивного или полирующего порошка, материала ин-
инструмента, температуры), учитываемых членом k, и пропорционален давлению
в точке Ри, относительной скорости vy, коэффициенту покрытия Sy и времени об-
обработки at.
Метод асферизации «.ромашкой» обычно употребляется для получения асфериче-
асферических поверхностей, мало отличающихся от сферических (до 20 мкм), и с малым сред-
средним градиентом асферичности @,05—0,07 мкм/мм).
Асферизация осуществляется полированием, причем размер инструмента равен
примерно 0,7 диаметра обрабатываемой детали, а подрезка смолы имеет вид пяти-,
семилепестковой ромашки. Длина лепестков берется примерно 0,15 диаметра по-
поверхности, а осцилляция полировальника осуществляется от края до края детали
и поэтому также равна 0,15 диаметра детали.
При обработке вогнутой поверхности вращения второго порядка (уравнение
сечения у2 = Ах-\- Вх7) углубляется центр поверхности от зоны, примерно равной
0,7 от радиуса детали. При этом край детали, не подвергшийся обработке, также
оказывается опущенным относительно ближайшей сферической поверхности, каса-
касающейся асферической в зоне 0,7 радиуса детали.
Радиус кривизны исходной сферической поверхности отличается в данном
случае от радиуса кривизны ближайшей сферической поверхности и равен
Яисх. сф - Яо + [3/-2/(8/?0)J A + В),
где Ro— радиус кривизны вершинной сферы; г— радиус поверхности.
После обработки «ромашкой» в центре и на крае поверхности остаются зональ-
зональные отступления от заданной поверхности в виде приподнятостей. Приподнятость
на краевой зоне наиболее высока и достигает
Метод имеет то очевидное преимущество, что обработанная поверхность вслед-
вследствие большой осцилляции инструмента имеет плавный вид, т. е. отсутствуют узкие
зональные неровности.
Асферизацию набором кольцевых инструментов обычно проводят на стадии
шлифования и употребляют для изготовления светосильных асферических поверх-
поверхностей с большими отступлениями от сферической поверхности н значительным
средним градиентом асферичности.
Последовательность операций при асферизации вогнутых поверхностей следу-
следующая: обработку начинают от ближайшей сферической поверхности с краевых зон
инструментом, имеющим наибольший диаметр, н постепенно переходят к наимень-
наименьшему диаметру кольца. При изготовлении выпуклых асферических поверхностей
обработке первой подвергается зона 0,7 радиуса детали, на которую приходится
максимально требуемый съем материала, а затем последовательно зоны до края
и центра поверхности. Последующий диаметр кольца отличается от предыдущего
на шнрнну кольца. Градиент асферичности определяет ширину кольца и величину
осцилляции: чем больше асферичность, тем уже кольцо и меньше осцилляция.
Первичное полирование поверхности («просветление») осуществляют кольце-
кольцевыми полировальниками, изготовленными на основе шлифовальников. Для полиро-
полирования оставляют припуск в пределах 2—4 мкм. Обычно контроль после просветления
показывает, что поверхность имеет узкие зональные неровности, возникшие в местах
стыков соседних колец. Для их устранения используется полноразмерный эластич-
дый полировальник.
251

Точность асферизации кольцами находится в прямой зависимости от градиента
асферичности заданной поверхности. Для получения удовлетворительной точности,
особенно при значительном градиенте, на заключительной стадии обработки при-
приходится проводить многочисленные и малопродуктивные сеансы зональной и локаль-
локальной ретуши малым инструментом.
Метод асферизации «маской» применим для изготовления поверхностей вне
зависимости от размера с малым и средним градиентом асферичности. Метод привле-
привлекает простотой и не требует разработки специальных станков и инструмента. Подроб-
Подробное описание метода приведено выше.
Асферизация упругим инструментом, как и метод маски, принципиально при-
применима для изготовления поверхностей любого размера, вплоть до самых крупных,
но для ее реализации необходимо изготовление специального инструмента и раз-
работяа специальных станков. Поэтому в связи с тем что изготовление крупногаба-
крупногабаритных поверхностей носит характер единичного производства, экономическая
целесообразность его применения для изготовления деталей диаметром более 1 м
сомнительна. Принцип метода приведен выше.
Зональная локальная ретушь малым инструментом, как правило, завершает
обработку точных крупногабаритных поверхностей вне зависимости от принятого
метода асферизации. Малопроизводительная и требующая высокой квалификации
ретушь занимает в настоящее время 30—50 % общего времени обработки. Обработка
малым инструментом может проводиться как вручную, так и при монтировке инстру-
инструмента на верхней каретке станка типа ШП. На станках СПА-1500 и СПА-1000 для
крепления инструмента имеется специальная «ретушировальная» каретка. Произ-
Производительность обработки значительно повышается, если придать инструменту при-
принудительное вращение или планетарное движение. Размер инструмента для ретуши
выбирают равным примерно 2/3 зональной ширины линейного размера локальной
ошибки, перекрывая за счет осцилляции всю ее площадь. Для полировальников
используют мягкие смолы.
Величина съема при обработке малым инструментом зависит от меньшего числа
независимых параметров, чем обработка полноразмерным инструментом. Это позво-
позволяет автоматизировать обработку, управляя процессом изменения одного из пара-
параметров (например, давлением или временем пребывания). Остальные параметры,
влияющие на производительность, во время обработки поддерживаются по возмож-
возможности неизменными. Закономерность изменения управляющего параметра в течение
цикла обработки задается программным устройством. Программа предварительно
рассчитывается специальным счетно-решающим устройством, причем исходными
данными для расчета служат измерения профиля изготовляемой поверхности, полу-
полученного предыдущим циклом обработки. Таким образом, технологический процесс
обработки представляет собой замкнутый цикл, состоящий из следующих звеньев:
технологический контроль — счетно-решающее устройство (вырабатывающее команды
исполнительным механизмам) — исполнительные механизмы — обрабатываемая по-
поверхность. Экспериментальные системы, реализующие такой технологический про-
процесс, появились в последнее время в СССР и за рубежом [2, 38, 39].
При контроле крупногабаритных деталей различают следующие схемы, в за-
зависимости от ориентации оптической оси контролируемой детали или системы:
1. Контрольные схемы с вертикально направленной оптической осью. Крупно-
Крупногабаритная деталь в такой схеме расположена горизонтально и ее разгрузка не
отличается от разгрузки при обработке. В ряде случаев это имеет принципиальное
значение, так как астрономические инструменты при работе направлены в точку,
близкую к зениту, и наклоняются на небольшие углы. В связи с тем что крупно-
крупногабаритные детали обычно обрабатываются при разгрузке в «штатной» оправе,
результаты цехового контроля будут реально отражать качество изображения глав-
главного зеркала телескопа в его рабочем положении. Для создания универсальной вер-
вертикальной контрольной установки, длина которой должна превышать сумму высоты
оптического станка и радиуса кривизны поверхности контролируемой детали, тре-
требуются башни (или шахты) высотой несколько десятков метров. Верхняя часть соору-
сооружения, где помещаются оптический компенсатор и анализирующий прибор, ^должна
при этом иметь минимальную амплитуду колебаний, не превышающую 0,Г.
2. Контрольные схемы с горизонтально направленной оптической осью. Крупно-
Крупногабаритная деталь в этом случае располагается вертикально и'разгрузка детали
более сложна и труднее осуществима, чем в предыдущем случае.
252
Как показывают исследования, оптимальным случаем, обеспечивающим наи-
наименьший прогиб при вертикальном расположении деталей, является приложение
усилий, распределенных по косинусоидальному закону, по торцевой поверхности
зеркала в плоскости центра тяжести. При этом усилия Р в нижней половине детали
должны сжимать ее, а в верхней половине растягивать (рис. 6.28, а).
9)
I
Рис. 6.28. Схема распределения усилий при вертикальном расположении
детали
Практическая реализация этого принципа зависит от следующих параметров
детали: г v
а) жесткости материала, характеризуемого отношением Eld;
б) отношения толщины детали к ее диаметру t/D;
в) наличия и размера центрального отверстия;
г) кривизны рабочей поверхности 1//?кр;
д) вида разгрузки заготовки.
Наиболее простой и достаточно эффективной разгрузкой для зеркал диаметром
до 1200—1500 мм (прн отношении t/D = 1/8 и не очень большом центральном отверстии)
является разгрузка на ленту (рис. 6.28, б). При этом должны соблюдать следующие
правила: J
1) лента 2 должна охватывать деталь 1 в пределах угла, близкого к 180°- закреп-
закрепление ее на оправе не должно препятствовать свободным колебаниям зеркала вокруг
точек закрепления по законам физического маятника (этому условию отвечает за-
закрепление ленты в шаровом шарнире 3);
2) лента должна бить достаточно эластичной во избежание местных цеформаций
краевых участков поверхности;
253

Рис. 6.29.
Элемент вертикальной
грузки
3) ширина ленты должна быть на 15—20 % меньше толщины зеркала, а ее се-
середина — совпадать с плоскостью центра тяжести детали;
4) необходимо стремиться к минимуму трения между лентой и торцевой поверх-
поверхностью зеркала; этому способствует прокладка в виде двух тонких фторопластовых
леит.
Общее правило для всех горизонтальных схем контроля — строгая горизонталь-
горизонтальность оптической оси. Даже небольшие отклонения от горизонтальности приводят
к резкому увеличению деформаций поверхности.
Разгрузка на ленту становится неудовлетворительной для деталей размером
более 1500 мм. В этом случае необходимо более строгое соответствие закону косину-
косинусов. Конкретные конструкции раз-
разгрузки крупногабаритных деталей
показаны на рис. 6.28, в, г. По срав-
сравнению с разгрузкой на ленту строгое
соблюдение закона косинусов при
прочих равных условиях уменьшает
деформации поверхности приблизи-
приблизительно в шесть раз.
На рис. 6.28, в показаны торце-
торцевая и боковая разгрузки зеркала
(9 — жесткая оправа зеркала, на
раз- которой закреплены рычаги боко-
боковой 8 и торцевой 7 разгрузок).
На рис. 6.28, г представлен случай
пружинной боковой разгрузки. Здесь концы пружин 6 закреплены в оправе 5 и на
боковой поверхности зеркала 4, а их жесткость подобрана так, чтобы под действием
веса зеркала их длина изменялась примерно на 25 %.
Наклон зеркала из 'горизонтального положения в вертикальное ведет к пере-
перераспределению усилий в торцевой системе разгрузки. В описанной выше разгрузоч-
разгрузочной системе Б. Ю. Лямина и в системе торцевой разгрузки А. А. Леонтьева, как и
в системе горизонтальной разгрузки, применен принцип автоматической компенсации
изменения усилий нагружения, позволяющий автоматически перераспределять
усилия в опорах и, как следствие, стабильно сохранять форму зеркала. Элемент
вертикальной разгрузки этой системы представлен на рис. 6.29. Сильфон / развивает
усилие S-i, действующее на конец рычага 2, второй конец которого размещен в раз-
разгрузочном отверстии зеркала. Мембрана 3 создает противодействие S{, уравновеши-
уравновешивающее действие сильфона.
6.7. Изготовление деталей волоконной оптики
Волоконные светопроводящие устройства — световоды используют для пере-
передачи световой энергии, переноса и трансформации изображения в оптических и оп-
оптико-электронных приборах.
В отличие от линз волоконные устройства не обладают способностью формиро-
формировать изображение, но они способны переносить изображение. Каждое волокно, по-
подобно волноводу, пропускает определенное количество лучистой энергии, пропор-
пропорциональное величине светового потока, падающего на входной торец волокна. Воло-
Волоконная деталь разделяет передаваемое изображение на элементы, общее число кото-
которых соответствует числу волокон. Передаются те участки изображения, которые
спроектировались на торцы световедущих жил. Изображение на выходе мозаично.
Дефекты стекла в виде свилей и пузырей, в каком бы месте световедущей жилы онн
ни находились, оптически передаются на выходной торец и нарушают качество изо-
изображения, снижая светопропусканиежилы или группы жил и даже приводя к полной
потере его. Жгуты нерегулярно расположенных волокон, соединенных только по
концам (концы проклеиваются либо опрессовываются), обладают гибкостью. Изгиб
не нарушает передачи изображения по иим. Жесткие пластины и гибкие жгуты
имеют плоские поверхности входа и выхода. Жесткие волоконные детали — фо-
коны — обычно имеют входную поверхность сферической или асферической формы,
а выходной торец — плоский. Технология шлифования и полирования волоконных
деталей, как жестких, так и гибких, практически ие отличается от обработки загото-
заготовок из обычного стекла. В процессе шлифования используют мелкозернистые абра-
254
зивы (не крупнее М14) во избежание глубоких разрушений отдельных волокон,
диаметр которых значительно меньше размеров зерна. При обработке длинных и
гибких световодов их закрепляют в отверстиях стеклянного диска — сепаратора.
Для гибких световодов нх блокируют так, чтобы оба торца находились на одном
сепараторе.
Возможен вариант поодередной обработки торцов. В этом случае в стеклянный
диск вклеивают один конец световода, а второй подвешивают над станком. От вра-
вращения диск предохраняют с помощью двойной вилкн. Из-за различия механических
свойств материала жилы и оболочки при шлифоваиин возникают глубокие выколки.
В связи с этим время обработки последующим абразивом увеличивается на 50 %
о)
J
Рис. 6.30. Схема цеитрнровкн волоконной детали
по сравнению с обработкой обычной оптики. Полировальник заранее отпрессовы-
отпрессовывают и располировывают полированной пластиной соответствующего радиуса кри-
кривизны. Располировка полировальника волоконной заготовкой может привести к по-
повреждению последней. Центрирование изделий волоконной оптики выполняется на
переоборудованных центрнровочных станках с полыми шпинделями. Один из ва-
вариантов центрирования приведен на рис. 6.30. Заготовка 4 (рис. 6.30, а) волоконной
детали наклеена с помощью смолы 2 на торец специального цеитрировочного па-
патрона 1 и с помощью стрелочного индикатора 8 выверена по минимуму биения. Затем
через полый шпиндель с помощью микроскопа 9 на входной торец детали проеци-
проецируют изображение перекрестия, рассматриваемое на выходном торце с помощью
отсчетного микроскопа 5. Визирные оси микроскопов совпадают с осью шпинделя
станка и друг с другом. Если направление укладки волокон не параллельно оси
шпинделя, то изображение перекрестия на выходном торце окажется смещенным
(рнс. 6.30, б). Регулируя наклон патрона 1 (рис. 6.30, а), добиваясь совпадения изо-
изображения перекрестия 7 (рнс. 6.30, б) с перекрестием 6 прибора (либо неподвижности
изображения при вращении шпинделя с заготовкой), производят кругление детали
в заданный размер с помощью алмазного круга 3. Контроль волоконных деталей на
разрешающую способность производят с помощью микроустановки, рассматривая на
выходной поверхности изображение миры, находящейся в контакте со входной по-
поверхностью либо спроецированной на входную. Оптимальное увеличение микро-
микроскопа принимают приблизительно равным половине числа штрихов, разрешаемых
деталью на 1 мм. Апертура А микрообъектива должна соответствовать апертуре
волокна, т. е. должно выполняться соотношение
где пж — показатель преломления стекла жилы; п0 — показатель преломления
стекла оболочки.
Микроканальные пластины - это пластины из спеченных полых труб, диаметр
внутренних каналов которых 10 30 мкм, а толщина стенок — 3—4 мкм. Пластины
255

изготавливают следующими способами: 1) вытягиванием и спеканием полых трубок;
2) вытягиванием и спеканием трубок, заполненных легко удаляемым растворите-
растворителями стеклом. Обработка микроканальных пластин (МКП), полученных вторым спо-
способом производится обычными методами, применяемыми для обработки плоских
пластин из стекла. Обработка МКП, полученных первым способом, затруднена на-
наличием каналов и малой толщиной стенок между ними. Существует два пути обра-
обработки таких пластин. По первому — каналы перед обработкой заполняются специ-
специальной массой на основе растворимых смол. Такое заполнение служит для предот-
предотвращения выколок, возникающих в процессе шлифования поверхностей ММ 1 сво-
свободным абразивом. После получения полированной поверхности заполняющая
капилляры масса удаляется. Из-за ничтожно малой площади соприкосновения
заполнителя и растворителя удаление массы из каналов, длина которых в ММ1
больше их диаметра в 40—100 раз, происходит медленно. Для ускорения растворе-
растворения применяют ультразвуковые ванны.
По второму — МКП обрабатывают (без заполнения каналов) на шлифовально-
полировальных станках с применением инструмента со связанным абразивом и опра-
оправок не закрывающих отверстий каналов на необрабатываемой поверхности, а про-
процессе обработки непрерывная струя воды, падающая на поверхность вращающегося
инструмента в зоне обработки, проходит через каналы МКП, увлекая с собой частицы
износа В качестве связки для инструмента используется эпоксидная смола ОД-о,
для шлифования — абразивный порошок эльбор ЛМ 10/7, для полирования —
ЛМ 5/3. После окончательной обработки производится чистка случайно засоренных
крупными частицами каналов с помощью сжатого воздуха.
6.8. Оптическая обработка стали
Оптическая обработка стали заключается в шлифовании н полировании. При
шлифовании стальных изделий свободным абразивом учитывают, что крупнозерни-
крупнозернистые абразивы (М20 и крупнее) оставляют на поверхности значительные точки, уда-
удалить которые полированием трудно. Мелкие абразивы (М10, М7) оставляют иа по;
верхности малые точки, легко удаляемые полированием. Полирование поверхностен
повышает их стойкость против коррозии, увеличивает коэффициент отражения
в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра и т. д. Полированию
на смоляных полировальниках могут быть подвергнуты стали различных марок.
углеродистые, низколегированные, легированные, цементированные и отожженные.
Основными дефектами полированных стальных поверхностей являются: точки, ма-
матовые пятна, общий «серый фон» — так называемые шероховатости. Полировочные
точки —это ямки диаметром-от 1 до 100 мкм, образовавшиеся в результате раз-
разрушения в процессе полирования содержащихся в стали неметаллических включении
(оксидных, сульфидных, карбоннтрндных и т. п.). Наиболее устойчивы силикатные
включения На отожженных сталях количество точек обычно возрастает (за счет
повреждения поверхности абразивными зернами). Большое количество точек сни-
снижает устойчивость против коррозии. Матовые пятна и общий серый фон на полиро-
полированных поверхностях, как правило, являются коррозионным налетом и образуются
на тех участках, где отсутствует контакт между притирающимися поверхностями.
Коррозию замедляют введением в суспензию нитрита натрия, который полиостью
предупреждает появление налета на отожженных и низколегированных сталях.
Шероховатости — это неровности в виде возвышений и впадин, которые яв-
являются следствием присутствия в металле различных структурных составляющих^
обладающих неодинаковой скоростью полирования. Наибольшая шероховатость
наблюдается у сталей со структурой перлита. Образуется она при полировании
на ворс„стыхУполировальниках. Смоляные полировальники такой ™ромватости
поверхности не дают. Наиболее чистые поверхности получают на закаленных и
отожженных сталях при использовании полирующих абразивов с пластинчатой фор-
формой зерна, которые дробятся с образованием остроугольчатых осколков.:Применяют
также окись хрома и пластинчатую окись алюминия, прокаленную при 1500-
1600 °С. При полировании крокусом высокая степень чистоты может быть полу
чена только на закаленных сталях. Для полирования отожженных металлов крокус
не пригоден так как округлые его зерна только мнут пластичный металл. Лучшие
резуГта™ получены при размерах зерен крокуса до 0,5 мкм, °к™ *Р°™ " ™»™«"
чатой окнси алюминия - до 1 мкм. Сталь со структурой мартенсита полируется
256
Значительно быстрее (в два-три раза), чем сталь со структурой перлита. Для полиро-
полировальников используют пеко-канифолевые композиции, вязкость которых около
109 Па-с. Исследования были проведены И. Д. Муравейскнм.
6.9. Изготовление деталей из полимеров
Прозрачные полимерные материалы в оптическом производстве следует рассма-
рассматривать не как заменители неорганического оптического стекла, а как материалы,
способствующие новому решению многих задач, в том числе связанных со снижением
массы и повышением экономичности нзделнй. Эффективность применения полимеров
в оптике основана на уменьшении затрат на материалы н их переработку. Достоин-
Достоинством является также возможность сочетания в одной детали оптических и механи-
механических функций.
Наиболее часто для оптических целей применяют термопластичные материалы:
полиметилметакрнлат, поликарбонат, полистирол и его сополимеры с нитритом
акриловой кислоты (СН) и метилметакрилатом (МС) [19]. Применение органических
стекол в оптических системах обусловлено их малой плотностью, высоким сопротив-
сопротивлением удару и легкостью переработки в изделия практически любой формы. Себе-
Себестоимость полимерных деталей в три—пять раз ниже себестоимости деталей из не-
неорганического стекла.
Прозрачные термопласты применяют для изготовления очковых и контактных
линз, деталей визиров фото- и киноаппаратов, луп, растров, различных защитных
стекол, колпаков и крышек. Из полимерных материалов изготовляют линзы Фре-
Френеля, сферические и асферические зеркала, осветительную оптику для прожекторов,
железнодорожных сигналов н наблюдательных приборов. Однако применение по-
полимерных деталей в ответственных оптических системах ограничено оптическими
и физико-механнческнми свойствами полимерных материалов. Кроме того, оптиче-
оптические параметры, характеризующие детали из неорганического стекла, сегодня еще
не всегда достижимы при переработке полимерных материалов.
Основными характеристиками любого способа переработки полимерных мате-
материалов являются его трудоемкость и точность изготовляемых деталей. При этом при-
приходится считаться с тем, что снижение трудоемкости способа часто связано с пони-
понижением точности полимерных деталей. Поэтому при назначении технологического
процесса изготовления деталей оптического назначения необходимо учитывать
требования, предъявляемые к оптическим характеристикам деталей, серийность их
производства и технические возможности предприятия.
Литье под давлением термопластов представляет собой наиболее рациональный
и производительный способ изготовления оптических деталей массового и крупно-
крупносерийного производства. Этот способ позволяет полностью автоматизировать основ-
основные операции процесса формообразования деталей [30].
Процесс литья под давлением состоит из следующих технологических операций:
нагрева и пластификации материала в пластификационном цилиндре машины,
Закрытия и удержания в сомкнутом состоянии литьевой формы на весь период литья,
впрыска расплава под давлением в форму, выдержки расплава в форме под давлением,
охлаждения изделия в форме, раскрытия формы и удаления из нее готовых изделий.
Режимы литья под давлением для прозрачных термопластов приведены в табл. 6.5.
Таблица 6.5. Режимы литья для термопластов
Термопласт
Полиметилметакрилат
Полистирол
Сополимер СН
Сополимер МС
Поликарбонат
Температура
литья, "С
210=±=10
2002=10
220=tr 10
230=t=10
ЗООгЫО
Давление,
МПа
140—180
60—150
120-150
70-120
160—200
Температура
формы, °С
80=1=10
40=1=10
50=±=10
80=1=10
100=*= 10
Время
выдержки
иа 0,001 м
толщины, с
40—60
10-30
20—40
15—60
40-60
9 Кузнецов С. М. и др.
257

Завершающей операцией производства оптических полимерных деталей яв-
является механическое отделение литника и отделка. Под отделкой понимают техноло-
технологические процессы поверхностного окрашивания, нанесения надписей и металлиза-
металлизацию в вакууме.
Литьем под давлением изготавливают все виды линз, растры, световоды, зеркала,
защитные стекла, прозрачные и полупрозрачные колпаки н крышки. Точность литых
полимерных деталей сравнительно невысока: отклонение преломляющих поверхно-
поверхностей от заданной составляет 20
А-А и более интерференционных полос.
Геометрические размеры литых де-
деталей находятся в пределах четвер-
того-пятого классов точности.
Характерной особенностью из-
изготовления деталей литьем под да-
давлением является зависимость неко-
некоторых оптических показателей от
технологии переработки исходного
материала. В отличие от неорга-
неорганических стекол, поступающих
в оптические цехи в виде заготовок
определенного качества, исходные
литьевые полимерные материалы
представляют собой прозрачные
частицы — гранулы (диаметром
0,003—0,004 м и длиной 0,004—
0,008 м). Характеристиками этих
гранул являются: показатель пре-
преломления, дисперсия, однород-
однородность, светопоглощение и степень
загрязненности посторонними вклю-
включениями. В процессе литья оптиче-
оптических деталей в иих появляются
следующие дефекты: двойное луче-
лучепреломление, свили, пузыри, ошиб-
ошибки преломляющих поверхностей
и центрировки. Уменьшению этих
дефектов способствует рациональ-
рациональная конструкция детали и точное
соблюдение технологии литья.
Машины для литья под давле-
давлением оптических деталей из тер-
термопластов представляют собой
одночервячные литьевые термо-
термопласт-автоматы. В этих машинах
червяк используется как. для пла-
пластикации материала, так и для
впрыскивания расплава в форму.
С помощью червячной пластика-
пластикации материала в пластикационном
цилиндре машин ы достигается равномерный прогрев материала. Внутренняя по-
поверхность цилиндра и червяк должны быть изготовлены из специальных сталей
(типа 38ХМЮА), не склонных к образованию на них поверхностного слоя перераба-
перерабатываемого полимера, который под действием теплоты может разлагаться и загряз-
загрязнять готовое изделие.
Основными характеристиками литьевой машины, предназначенной для полу-
получения оптических деталей, являются: давление литья около 180—200 МПа, обеспе-
обеспечивающее постоянство размеров изделий, точное регулирование температуры пла-
стикационного цилиндра и бесступенчатое регулироваиие скорости впрыска расплава
в форму. Этим требованиям в различной мере отвечают термопласт-автоматы зару-
зарубежных фирм «Баттенфельд» и «Штубе» (ФРГ), «Идра» (Италия) н некоторые
другие.
258
Рис. 6.31. Конструкция литьевой
для изготовления линз
I
Литейные формы для получения оптических полимерных деталей являются, как
правило, стационарными и многогнездными. Типовая конструкция литьевой формы
для изготовления положительной линзы приведена иа рис. 6.31. Расплавленный
полимер из цилиндра литьевой машины через отверстие в литниковой втулке 9,
центральный 1 и разводящий 2 литники попадает в формующую полость формы.
После остывания изделия 8 до температуры 80 °С форма раскрывается по плоскости
разъема Б. Выталкивание готового изделия происходит за счет движения плиты 6
с закрепленными в ней пуансоном 7 и толкателем 3. При смыкании формы штифты
обратного действия 4 и возвратная пружина 5 возвращают плиту 6 в исходное по-
положение. Продолжительность цикла не более 2 мин. Матрицы и пуансоны изготов-
изготовляют из инструментальной стали марок ХВГ или ЗХ2В8, обладающих высокой
поверхностной твердостью и способностью к полированию.
При изготовлении пуансонов особое значение имеет расчет и исполнение их
сферических формующих поверхностей. Вследствие усадочных явлений при осты-
остывании отливкн и упругих деформаций при извлечении ее из формы радиусы прелом-
преломляющих поверхностей оптической детали, как правило, не соответствуют радиусам
формующих поверхностей пуансонов литьевой формы. Это расхождение компенси-
компенсируют изменением радиуса формующей поверхности пуансона, используя для расчета
следующее выражение:
Д/-х = — (fo-A) (г2 — n + 0,33d),
где Дгх — необходимое изменение радиуса формующего пуансона; k — коэффициент
деформации (для полиметилметакрилата к = 0,031); rit r2 — расчетные радиусы
линзы; d — толщина линзы.
Сферическую поверхность пуансона выполняют с точностью до двух интерферен-
интерференционных полос, обеспечивая центрировку в пределах E-10~5)—(Ь10~4) м и шерохо-
шероховатость #z = 0,063к- 0,050 мкм.
При литье под давлением оптических деталей большое значение имеет чистота
производственного помещения.Наличие пыли и загрязнений в производственном поме-
щевии, а также загрязненность гранулята являются одной из основных причин брака.
Прессование прозрачных термопластов используют главным образом при про-
производстве крупногабаритных и разнотолщинных деталей. Прессованные изделия
могут быть получены с более высокой точностью преломляющих поверхностей и
иметь меньшие внутренние напряжения, чем литые детали, что объясняется мини-
минимальным течением материала в пресс-форме и достаточным временем релаксации
микромолекул в пластическом состоянии.
Процесс прессования термопластов пригоден для серийного производства изде-
изделий, хотя по производительности уступает методу литья под давлением. Этим спосо-
способом изготавливают крупногабаритные линзы Френеля, клинья Додена.
Оборудование для прессования прозрачных термопластов — это обычные прессы
для переработки реактопластов [24].
Формующим инструментом при прессовании служит безлитниковая пресс-форма
прямого прессования. Конструкции таких пресс-форм описаны в работе [16]. В от-
отличие от пресс-форм с электрообогревом, применяемых для реактопластов, пресс-
формы для термопластичных материалов снабжают рубашкой для парового обогрева
и каналами для водяного охлаждения. При изготовлении формующих пуансонов
применяют те же стали и ту же технологию, что и для пуансонов литьевых форм.
Технология прессования сравнительно проста. В пресс-форму, разогретую до
нужной температуры, загружают материал в виде гранул, порошка или таблеток.
Под давлением расплавленный материал принимает необходимую форму. После
охлаждения пресс-формы готовое изделие извлекают. Технологические режимы прес-
прессования приведены в табл. 6.6. Завершающей операцией производства прессованных
изделий является удаление заусенцев облоя.
Полимеризацию в форме используют для получения изделия с высокой оптиче-
оптической однородностью и точностью размеров. Однако из-за длительности процесса
полимеризации и большого количества ручных операций производительность спо-
способа невелика. Этим методом из акриловых полимеров получают очковые и контакт-
контактные линзы, а также пластины Шмидта [19].
Формы для полимеризации, состоящие из матрицы и пуансона, изготовляют из
стекла иля металла, причем формующие поверхности должны иметь параметр шеро-
шероховатости не ниже Rz = 0,05 мкм.
9* 259

Таблица 6.6. Режимы прессования
термопластов [давление
B00=t50) МПа]
Термопласт
Полиметил-
метакрилат
Полистирол
Сополимер СН
Сополимер МС
Поликарбонат
Темпе-
Температура
прессо-
прессования,
°С
190=tlO
150=t 10
170±10
170± 10
250± 10
Темпе-
Температура
пресс-
формы
при
съеме
изделия,
"С
50—60
40—50
40—50
40—50
60—80
Полимеризацию предварительно приготовленной и вакуумированной смеси
мономера с инициатором ведут в термошкафу или автоклаве при температуре 30—
60 °С. Количество инициатора, вводимого в полимер, колеблется в пределах 0,02—
0,1 % от массы мономера. В процессе полимеризации половинки формы соединяют
с помощью струбцин, обеспечивающих компенсацию усадки образующегося
полимера.
Технолог, участвующий в проектировании, учитывает назначение детали, усло-
условия ее эксплуатации, конструктивные требования и оптические показатели качества.
Затем с учетом серийности изделия, сроков подготовки производства и технических
возможностей предприятия выбирают
материал и технологический метод изго-
изготовления. Окончательному оформлению
конструкции детали предшествует тех-
технико-экономический расчет эффектив-
эффективности выбранного метода изготовления
и уточнения конструктивных и техноло-
технологических требований данной детали.
Поверхность полимеров легко элек-
электризуется и притягивает пыль, а поэтому
при чистке она легко повреждается
вследствие низкой твердости материала.
Твердость полимерных материалов в 20—
30 раз ниже по сравнению с неорганиче-
неорганическим стеклом. Это определяет положение
полимерных деталей в оптических прибо-
приборах: открытое, полуоткрытое или закры-
закрытое. В открытом положении устанавливают
защитные стекла, колпаки, крышки и
другие неответственные детали. Растры,
клинья, зеркала и некоторые линзы, как
правило, защищают деталями из неоргани-
неорганического стекла или устанавливают в местах, труднодоступных для нанесения царапин.
Для снижения запыленности и повышения прочности на истирание оптических дета-
деталей из полиметилметакрилата на них можно нанести какое-либо антистатическое
абразивостойкое покрытие.
6.10. Изготовление шаровидных линз
Положительные линзы микро- и фотообъективов, светосильных конденсоров
с радиусами Rx ^ 15 мм <^R2 и отношением t1= @,8-M,3) Rx, точностью формы
поверхности N = 1,0, AN = 0,2 и чистотой Р от II до IV класса составляют тип
деталей, изготовляемых по особой «шариковой» технологии. В табл. 6.7 приведены
технологические характеристики для основных типов линз. Сферические поверхности
таких деталей обрабатывают без закрепления заготовок на наклеечном приспособле-
приспособлении, что позволяет механизировать большинство операций. Для изготовления шари-
шариковых линз используют прессованные заготовки в виде шара или полушара, кубики,
пластины кратных размеров, кусковое стекло. Прессовать заготовки в виде шара
целесообразно начиная с диаметра 6 мм, потому что при меньших объемах трудно
обеспечить как высокое качество стекла (бессвильность, отсутствие пузырности), так
и точность формы поверхностей заготовок. В качестве заготовок шариков диаметром
менее 6 мм целесообразно использовать прямоугольные пластины кратных размеров.
Шариковаи технология предъявляет высокие требования к точности размеров заго-
заготовки. Так, при использовании заготовки в виде кубика, эллиптичность шарика будет
равна разности размеров его сторон. Ниже приводится базовая технология изготовле-
изготовления шариковых линз, предусматривающая выполнение всех основных операций при
использовании заготовок в виде пластин кратных размеров. При использовании заго-
заготовок других видов и размеров, а также в зависимости от типа и конкретных
условий производства некоторые операции могут выпадать или, наоборот, мо-
могут вводитьси новые.
Предварительная обработка заготовок предусматривает получение кубиков или
прямоугольников правильной геометрической формы и определенного размера.
260
Таблица 6.7. Технологические характеристики заготовок
Вид лиизы
Соотношение
параметров линзы
Вид заготовки в зависимости
от диаметра шарика
;б мм
£>ш > 6 мм
II
tx = t2>- Rx\
D =
У,
к < 2Ri,
t2 > к;
III
D<2RX
т
53
* a .
\V
^c
IV
t; D <. 2RX;
Rt; D < 2#,
Вид заготовки I и 11
261

Пластины, полученные прессованием, нли куски распиленного стекла наклеивают
воском на стеклянные или металлические приспособления-пластины, которые уста-
устанавливают на магнитный стол станка ЗБ756. Обработку плоскостей пластины выпол-
выполняют алмазным инструментом зернистостью 160/125 и менее. Частота вращения ин-
инструмента 1000 об/мин, подача 0,2 мм/мин. Отклонение от плоскостности иа длине
100 мм допустимо до 0,01 мм, разнотолщиниость 0,2—0,05 мм, параметр шерохова-
шероховатости не ниже Rz = 20 мкм. Обработанные пластины склеивают воском в столбики,
распиливают в размер и подшлифовывают стороны. После многократного повторения
этих операций получают заготовки в виде кубиков со стороной а = BRt -f- 2)~°>1 мм
или кубиков, состоящих из двух или восьми частей, размер стороны которых равен
b = (Ri + I)'05 мм. Составные кубики
склеивают шеллаком.
_ Для придания кубикам приближен-
приближенной формы шара их обкатывают на станке
(рис. 6.32), состоящем из цилиндриче-
цилиндрического неподвижного корпуса /, шпинделя4
с закрепленным на нем шлифовальным
кругом 3 формы ПП и крышки 2. Бессту-
Бесступенчатое регулирование частоты вращения
шпинделя в пределах 1—1400 об/мин по-
позволяет устанавливать оптимальные ре-
режимы кругления в зависимости от марки
стекла и размера кубика. Увлекаясь
трением о поверхность вращающегося
шлифовального круга, кубики совершают
сложное вращательное движение и под
действием центробежной силы переме-
перемещаются к внутренней неподвижной по-
поверхности корпуса. При этом нижние
заготовки постоянно перемещаются
кверху, а верхние сбрасываются вниз
перемещение заготовок обеспечивает их
Рис. 6.32.
Приспособление для об-
обкатки кубиков
иа центральную зону круга. Такое „^„.^^„„^ „. „,„„„„ uuC^,cinDaci их
равномерную обработку по периметру. Одновременно обрабатывается от 200 до
1500 кубиков.
Точность изготовления шариков по диаметру Ош = ± @,05-ь0,1) мм. При исполь-
использовании заготовок в внде полушара их обработку начннают с процесса шлнфования
плоскостей. При этом толщину заготовки выдерживают равной радиусу кривизны
готовой детали с припуском Rx + 1 мм. Шарик, склеенный из двух половинок, дол-
должен иметь диаметр Dm = BRX + 2)-1 мм. Диаметр Ош заготовок в виде шара должен
быть равен Dm = BRt + I)-1 mm.
Для придания заготовкам сферической формы н одинакового размера их обраба-
обрабатывают на полуавтомате, показанном на рис. 6.33. Заготовки, поступающие нз вибро-
буикера 3, попадают в отверстие сепаратора 2, вращающегося вокруг осн Ог. Увле-
Увлекаемые нм шарнкн перемещаются в зазоре между вращающимися навстречу друг
другу кругами 1 иб, оси вращения 02 и 03 которых смещены относительно друг друга
иа величину Э. Благодаря этому заготовки получают сложное вращательное движе-
движение, обеспечивающее им получение правильной геометрической формы шара. Диаметр
шариков регулируют величиной зазора Ь между кругами 1 иб. Обработанные шарики
направляются полотку в сортировочное устройство 5, гдешнековым механизмом пере-
перемещаются вдоль щели 4, образованной лезвиями двух ножей, развернутых относи-
относительно друг друга на некоторый угол. Катящиеся по ним шарики по мере увеличения
зазора проваливаются в кассы,соответствующие определенным размерам Ош. Устрой-
Устройство обеспечивает разделение шариков по диаметрам через 0,1—0,05 мм в несколько
касс. Дальнейшие операции являются общими для веех видов заготовок.
Операцию тонкого шлифования заготовок выполняют на станке (рис. 6.34),
иижнее звено которого представляет собой планетарно перемещающуюся планшайбу
2. На поверхность планшайбы наклеена резина 3. Верхним звеном является латунный
шлифовальник / со сквозными отверстиями. Нижняя часть их имеет диаметр D =
— Ош + @,2-j-0,5) мм в зависимости от зернистости абразива, средняя — переход-
переходная часть — имеет форму конуса с углом прн вершине 60°. Шарики выступают иа
1/3 диаметра Пш благодаря определенной глубине отверстий. Поскольку коэффициент
262
трения стекла О резину больше, чем стекла О латунь, шарики начинают вращаться
в конических лунках и, изнашиваясь, постепенно уменьшаются в диаметре. Вслед-
Вследствие постоянного изменения направления вектора скорости мгновенные центры вра-
вращения шариков постоянно смещаются, что обеспечивает автоматическое приобретеиие
ими строго сферической формы (разнотолщинность не более 0,25 мкм). Равные пути,
проходимые шариками, находящимися в разных зонах, обеспечивают равенство
Рис. 6.33. Схема обработки заготовок на полуавтомате
диаметров Dm заготовок всей партии. Шлифование выполняют водной суспензией
электрокорундовых порошков номеров зернистости М20, М14, М7, которую подают
через цилиндрическую часть отверстий в инструменте. Величину эксцентриситета
j Э планетарной передачи изме-
• f няют в зависимости от требу-
60 _ *|Г емой интенсивности процесса
н диаметра шлифовальника, ко-
торый определяется диамет-
диаметром Бш обрабатываемых шари-
Рис. 6.34. Схема приспособления
тонкого шлнфования заготовок
Для
Рис. 6.35. Схема поли-
полирования шаровых линз
ков. С увеличением эксцентриситета интенсивность процесса обработки возра-
возрастает. Отшлифованные шарики сортируют в 10 касс по диаметру через 0,005 мм иа
устройстве, подобном приведенному иа рис. 6.33.
Полирование производят в два перехода на станке (рис. 6.35) между двумя поли-
полировальниками. Верхний полировальник 1 закреплен на вертикальном шпинделе
станка, нижний 2 — неподвижен. Материалом рабочей поверхности полировальников
263

для первого перехода является полировочная смола с наполнителем (опилками мяг-
мягких пород дерева), а для второго перехода — мягкая полировочная смола. На обеих
поверхностях полировальников строго одинаково проточены канавки глубиной
0,25£)ш. Диаметр средней окружности канавок рассчитан на размещение в ннх
около двухсот обрабатываемых заготовок и стольких же разделительных заготовок
из целлулоида нлн полистирола. Последние предохраняют полируемые поверхности
стеклянных шариков от царапин н выко-
лок. Диаметр разделительных шариков на
0,1—0,5 мм меньше диаметра обрабаты-
обрабатываемых. Полирующий абразив — полирнт.
Рнс. 6.36. Схема закрепления лннз
типа I для обработки второй стороны
Рис. 6.37. Схема закрепления лннз ти-
типа II для обработки второй стороны
Концентрация суспензии Т : Ж = 1:1. Режимы полирования: частота вращения
шпинделя 120—180 об/мин, усилие нагрузки 0,5—2,5 Н. Заданный диаметр шариков
обеспечивается временем обработки. После первого перехода шарики сортируют по
диаметру через 0,1 мкм с помощью вертикального оптиметра, а после второго — на
ультраоптнметре с погрешностью измерений не более
0,01 % от измеряемой величины. Измерение радиуса Rx
будущей линзы по диаметру шарика Ош заменяет
контроль величины N с помощью пробного стекла.
В последнее время для контроля точности шаровых
поверхностей начинают находить применение ин-
интерферометры типов ИЗК-49 н КЮ-210.
В зависимости от типа линз (см. табл. 6.7) процесс
обработки 2-й поверхности R2 строится по-разному.
Поверхность линз типа I обрабатывают блоком при
базировании н жестком закреплении заготовок на
стеклянных плоскопараллельных пластинах (рис. 6.36).
Прн tx >• Ri в качестве заготовки используют шарнк
(рис. 6.36, а), а при tx<C Rx — полушар (рис. 6.36, б).
Базирование должно обеспечить контакт поверхности
шарика н пластины. Отклонение радиуса R2 контро-
контролируют с помощью интерферометра ИТ-200 или проб-
пробного стекла, а толщину tx = Т — t измерением на
вертикальном оптиметре с учетом толщины плоско-
плоскопараллельной пластины t. Величина допуска на тол-
толщину линзы tx обычно не превышает 0,01 мм.
Рис. 6.38. Блок лннз ти-
типа III для обработки вто-
второй стороны
2-ю поверхность лннз типа II сначала обрабатывают блоком. Для этого заго-
заготовки-шарики базируют и жестко вклеивают в стеклянные приспособления, размер
+0,05
лунок которых (рнс. 6.37) примерно того же радиуса R +°'° , но обратного'знака. Эти
приспособления, в свою очередь, наклеивают на общую стеклянную пластину. Тол-
Толщину t2 = Тх — t — ta контролируют измерением величины 7\ на вертикальном
оптиметре с учетом толщины приспособлений.; и ts. Допуск на толщину t2 линзы
обычно не превышает ±@,01н-0,05) мм. Полученная плоская лыска является базой
для нанесения радиуса R2 с выдерживанием толщины tx лннзы по оси (рис. 6.38).
После разблокировки наносят R2 поштучно на станках типа ШПМ. Толщину линз
контролируют измерением глубины t2 с помощью индикатора часового типа tx =
= d, - t2.
264
2-ю поверхность линз типа III обрабатывают блоком. Полусферические заготовки
закрепляют смолой в металлических чашках (рнс. 6.39). Базовая поверхность Rs
чашки строго концентрична наружной Rt = R3 + t3. Она отполирована не грубее
iV = 3. Толщину tx = Т2 — t3 контролируют измерением толщины с учетом толщины
чашки ta.
2-ю поверхность линз типа IV обрабатывают по обычной технологии. В ряде
случаев боковые поверхности обрабатывают по контуру, придавая заготовке форму
прямоугольника. Операцию выполняют после центрирования линз на самоцентри-
рующнх станках. Лннзы вклеивают сферическими поверхностями в стеклянные
приспособления того же радиуса, но обратного знака, и боковые поверхности шли-
а)
Рнс. 6.39. Схема обра-
обработки второй стороны оди-
одиночной лннзы
Рис. 6.40. Приспособление для обработки
боковых поверхностей линз
фуют до величин Lx н L, выдерживая углы 90° (рнс. 6.40, а). Размер Lx определяют из
соотношения
I, = I + (Ош - 1)/2.
Затем детали переклеивают на второе приспособление, склеивая нх при этом и
между собой (рис. 6.40, б). Шлифование двух других боковых поверхностей произ-
производят аналогичным образом, выдерживая размеры Lx и L и углы 90°. Допуски на них
составляют ±@.005—0,05) мм и ±B—5)' соответственно.
6.11. Изготовление шкал и сеток
Измерительные лннейки и шкалы, визирные и измерительные сетки, модуля-
модуляционные растры и различные коды, миры и испытательные тесты, фотошаблоны и
трафареты, щели, сетчатые и дырчатые ослабители излучения, различные детали нз
тонколистовых металлов сложной и точной конфигурации объединяются под общим
условным названием «шкалы и сетки». К деталям подобного рода предъявляют сле-
следующие требования в отношении:
точности воспроизведения изображения элементов (ширины штриха илн щели,
диаметра отверстия, нх расположения, допустимых отклонений этих величин);
определенных оптнческих характернстнк (спектральных н интегральных коэффи-
коэффициентов пропускания т и отражения р подложек, а также наносимых на ннх покры-
покрытий; постоянства оптических характеристик в зависимости от условий эксплуатации,
стабильности во времени и вибропрочности);
чистоты поверхности шкал н сеток.
Виды шкал и сеток, их назначение, конструктивные особенности указаны в спра-
справочниках н монографиях [29, 33]. Классификация нх по точности изготовления
приведена в табл. 6.8.
Для определения разрешающей способности оптических систем и фотослоев
применяют миры, наносимые на прозрачные подложки. Штриховые мнры изготовляют
от № 0 до № 6. Их характеристики приведены в табл. 6.9. Радиальные миры изготов-
изготовляют трех видов с числом секторов равным 18, 36 и 72.
В зависимости от используемых материалов заготовок шкалы и сетки, согласно
табл. 6.10, делят на четыре класса [5].
265

Нейзильбер используют для изготовления особо точных шкал и сеток с тонкими
штрихами [29], молибден — для изготовления крупноструктурных сеток.
Требования к стеклянным заготовкам для шкал и сеток диаметрами 6—150 мм
и для лимбов диаметрами до 430 мм приведены в табл. 6.11.
Оптические свойства кристаллических и некоторых полимерных подложек для
шкал и сеток приведены в справочнике [23]. В области ближайших ИК-излучений
примерно до 6,5 и 10 мкм исполь-
Таблиц а 6.8. Классификация шкал ^ТиТоты поверхности заго-
и сеток по точности товок существенно £ав„с„т каче-
ство покрытий и наносимых фото-
фотослоев.
В технике изготовления шкал
и сеток применяют различные зер-
зеркальные и светопоглощающие (чер-
(черные) покрытия. Из зеркальных
покрытий наиболее распространено
серебро, наносимое химическим
способом из раствора или пульве-
пульверизацией с различными защитными
слоями. Используют в этих же
целях и алюминий, который посте-
постепенно вытесняет серебро.
Металлические шкалы и сетки (сквозные и глубинные), а также шкалы и сетки
на металлизированных подложках изготовляют химическим или электрохимическим
травлением в различных растворах [4, 10]. Сквозные шкалы и сетки могут быть
также изготовлены гальваническим наращиванием меди на различные токопроводя-
щие матрицы, которые позволяют получать до 30—50 копий с одной матрицы с шири-
шириной штриха не меньше 10 мкм. Безбликовые шкалы и сетки изготовляют нанесением
черных покрытий различными способами: лакокрасочные — механическим или пред-
предпочтительно электроосаждением, черный хром и никель — гальваническим, черная
медь — химическим, металлодиэлектрические (керметы) — вакуумным. Наиболь-
Наибольшего понижения отражательной способности (до 1—2 %) достигают при химическом
или вакуумном нанесении прозрачных интерференционных слоев на черные покрытия.
Группа шкал
и сеток
Грубая
Средней точно-
точности
Точная
Высокоточная
Линейные
размеры, мм
>0,1
0,1—0,01
0,01—0,001
<0,001
Угловые
размеры
>5'
5'—1'
1'—1"
<1"
мнры
0
1
2
3
Т а б л и
Пределы
разрешения,
штрих/мм
400—100
200—50
100—25
50—12,5
ц а 6.9. Характеристики штриховых мир
Ширина
штриха, мкм
1,25—5,0
2,5—10,0
5,0—20,0
10,0—40,0
миры
4
5
С
Пределы
разрешения,
штрих/мм
25,0—6,3
12,5—3,1
6,3—1,56
Ширина
штриха, мкм
20,0—80,0
40,0—160,0
80,0—320,0
Технологические процессы изготовления шкал, сеток и им подобных деталей
разделяют на механические (делительно-граверные), фотографические (точная
фотография) и физические. Процессы первых двух групп широко применяют на
практике.
Процессы механического изготовления шкал и сеток состоят в том, что на поверх-
поверхность стеклянных, металлических, полупроводниковых или полимерных заготовок,
а также на металлизированные покрытия или защитные слои штрихи наносят на
делительных машинах, а обозначения — на копировально-фрезерных станках
(пантографах) с помощью режущего инструмента. Технике механического изготовле-
изготовления шкал и сеток посвящен ряд работ [ 18, 22, 33 ].
Оборудование делительной техники состоит из делительных машин и копиро-
копировально-фрезерных стапкоп (пантографов). Делительные машины как продольные,
так и круговые, согласно табл. 6.12, по точности деления разбивают на четыре класса.
266
Класс
I. Шкалы
и сетки
металли-
металлические
II. Шкалы,
сетки,
растры,
кодовые
диски
на стеклах
Таблиц
Вид материала
заготовки
Листовой
металл
толщиной
0,03—0,3 *
и 0,5—1,0 мм
Оптическое
стекло
Стекло
специального
назначения
Ситалл
* Тонколистовые ml'-iju
изготовления металлических
а 6.10. Используемые материалы
Материал заготовки
Алюминий
Дюралюминий
Алюминиево-магние-
вый сплав
Медь
Латунь
Бронза бериллиевая
Бронза кремнисто-
марганцевая
Нейзильбер
Молибден [33]
Сталь инструменталь-
инструментальная
Сталь коррозионно-
стойкая
Холоднокатаная низ-
ко\тлеродистая сталь
[291
Инвар [33]
Железо-никелевый
сплав (пермаллой)
Силикатное
Кварцевое (плавле-
(плавленый кварц)
Фотостекло
Зеркальное
Светорассеивающее
[29]
Оптический [29]
лы (фольга) толщиной 0,03
Марка
материала
АООП,
АДООП
А5
АД1,
АД1Н
Д16П,
Д16АТК
АМг2Н
М1,М2
ЛС59-1,
Л62, Л63
БрБ2
БрКМЦЗ-1
МНЦ15-20
—
У8А
1Х18Н9Т
10
ЭИ 797
79НМ,
50НП
К8, К Ю8,
ТФ2, БКЮ,
БК1Ю,
Ф108,
БФ24
кв
—
—
МС12,
МС23
СО 156
ГОСТ
4784—74
13726—78
21631—76
4784—74
4784—74
1173-77,
5638—75
2208—75
1789—70
4748—70
492—73
—
21996—76
4986—79
—
10160—75
3514—76
15130—79
683—75
7132—78
—
—
— 0,3 мм используют для
шкал н сеток методом сквозного травления
267

Продолжение табл. 6.10
Класс
111. Растры
на кри-
сталличе-
сталлических
подложках
IV. Шкалы,
сетки,
растры,
маски на
полимерах
(пластиках)
Вид материала
заготовки
Негигро-
Негигроскопичный
кристалл
Гигроскопич-
Гигроскопичный кристалл
Твердый
пластик
Гибкий
пластик
Материал заготовки
Германий, кремний
[23]
Сурьмянистый индий
[23]
Флюорит (фтористый
кальцин) [29]
Сапфир (окись алю-
алюминия) [23]
Фтористый литий
[29]
Органическое стекло
(плексиглас)
Целлулоид белый
Эбонит
Лавсан
Марка
материала
1 1
—
—
—
ГОСТ
—
—
15809—70
21228—75
—
Таблица 6.11. Требования к заготовкам
Требования к стеклу и заготовкам
Отклонение по по и iif—"с
Оптическая однородность
Двойное лучепреломление
Светопоглощение
Бессвильность для рабочей зоны
Пузырность для рабочей зоны
Точность формы поверхности
Чистота поверхности:
рабочая зона
нерабочая зона
Клиновидность:
0 <20 мм
0 >20 мм
Численные значения
Заготовки
для круглых
шкал и сеток
4В
4
2
3
1
1
N -- 3-^5 колец
РО-20 и Р0-40
Р-Ш
15'
10'
Заготовки
для лимбов
4В
3-4
2
0—3
1В
1
Л' <: 5 колец;
АЛ' <: 1 кольца
РО-20 '
P-V
От 5 до 10'
» 5 » 10'
Машины 1—III классов — автоматические, IV класса — автоматические, полуавто-
полуавтоматические и ручные. Прецизионные машины снабжают механическими или фото-
фотоэлектрическими системами синхронизации. Технические характеристики продольных
и круговых делительных машин преимущественно отечественного производства при-
приведены в табл. 6.13 и 6.14.
Модель МД-35А фирмы SIP (Швейцария) обеспечивает нанесение делений на
метровую длину с точностью до 0,001 мм и производительностью 100 штрих/мнн.
Прецизионные круговые делительные машины серии ВЕ-44 (модели ВЕ-44-05
и ВЕ-44И) позволяют наносить деления с четырьмя различными длинами иа одной
268
Таблица 6.12. Классы точности
делительных машин
шкале на плоские, конические и цилиндрические поверхности, а также с неравномер-
неравномерными интервалами посредством копирования по эталонному кругу с помощью микро-
микроскопа. Модель ВЕ-44И кроме вышеуказанных операций может производить гравиро-
гравирование высокоточных фотошаблонов. Модель позволяет наносить клинообразные
штрихи. Способ нанесения таких штрихов описан в работе [33].
Фирма «Файнмесс» (ГДР) изготовляет машины TLF-315P с программным управле-
управлением, предназначенные для серийного изготовления шкал как с одинаковыми, так и
неравными интервалами между штриха-
штрихами. Машины позволяют наносить деле-
деления одновременно на 24 заготовки.
Специальные делительные машины
предназначены для нанесения неравномер-
неравномерных (логарифмических, тригонометриче-
тригонометрических и других) шкал, делений на бара-
барабанах, спиралей и т. д. Существуют ма-
машины для нарезания мелкоструктурных
сеток [33]. В ряде случаев прибегают
к делению на специально приспособлен-
приспособленных микроскопах типа УИМ и на коор-
динатно-расточных станках. С по-
помощью УИМ можно наносить деления
на площади 200X 100 (УИМ-21, УИМ-23)
и 500x200 мм (УИМ-24).
Копировально-фрезерные станки (пантографы)представляют собой устройства для
нанесения линий, обозначений и цифр. Пантографы могут быть горизонтальные и
вертикальные, одно- и многорезцовые, автоматические и ручные, для металлов и сте-
стекол [33]. Из отечественных копировально-фрезерных станков следует указать модели
6А463, 6Л463 и 6Т463. Пантографы допускают выполнение любых уменьшений и
увеличений в интервале от 1:1 до 1 : 50. Копиры из эбонита и плексигласа применяют
при изготовлении малого количества копий, а при серийно-массовом производстве
используют копиры из латуни и стали. Нанесение штрихов производят в термостати-
термостатированных и безвибрационных условиях (при 20 °С при относительной влажности
65%).
Т а б лица 6.13. 1ехнические характеристики
продольных делительных машии
Класс
дели-
делительных
машин
I
II
III
IV
Погрешность
продольных
машин, мм
0,0005
0,001
0,005—0,01
Более 0,01
круговых
машин, ...'
0,1
1,0
10,0
Более 10,0
Изготови-
Изготовитель
ЭН1ШМС
ЛССО им.
Я- М. Сверд-
Свердлова
ЭНИИМС
Завод
«Калибр»
Модель
.\\С-18A)
—
ВЕ-27
ВЕ-26
ВЕ-28
ПДМ-500
П ДМ-1000
Максималь-
Максимальная длина,
мм
шка -
лы
1000
2000
2000
550
1050
1050
500
1000
штри-
штриха
10
10
16
10
30
20
Погреш-
Погрешность, мм
0,0004
0,001
0,004
0,01
0,01
Производи-
Производительность,
штрих/мин
—
—
5-30
5—30
10—80
40
Система
синхрони-
синхронизации
Фотоэлек-
Фотоэлектрическая
Фотометри-
Фотометрическая
—
Технологические процессы деления, приведенные в табл. 6.15, делятся на под-
подгруппы: механические, механохимические и механовакуумные.
В механических процессах деление по стеклу A-1) производят алмазным резцом,
который по всей длине нарезаемой линейки должен давать равную ширину штриха.
269

Таблица 6.14. Технические характеристики
круговых делительных машин
Изготови-
Изготовитель
эниимс
Завод
«Калибр»
Фирма
«Файнмесс»
(ГДР)
Фирма
«Кессель»
(ФРГ)
Модель
ВЕ-45-1
ВЕ-44-1
ВЕ-44-05
ВЕ-44И
ВЕ-34
ВЕ-24
ВЕ-25
КДМ-972
ДКМ-1
ДКМ-800
TKF-500
TKF-750
TKF-1000
Кю. Кго
к3
к5
к6
Макси-
Максимальный
диаметр, мм
500
1000
1000
1000
250
500
1000
320
750
800
500
750
1000
500
1080
2000
2500
3000
Погреш-
Погрешность, ...'
±1,0
±1,0
±0,5
±0,5
±15
+ 30
±30
5
10
6
1
30
1
1
15
15
Г5
15
Максималь-
Максимальная длина
штриха, мм
15
15
15
60
25
25
25
25
20
8
25
8
60
Скорость,
штрих/мии
4—16
4—16
4—30
4—30
8—100
8—100
8—100
40
16
16
60
16
100
Ширина лезвия такого резца не должна быть меньше 7 икм. Линейки большой длины
изготовляют па специальном стекле, обладающем малой усадкой.
Деление по металлу A-2) производят резцом-фрезой из углеродистой стали
марок У10 и У12, быстрорежущей стали марки Р18 или твердого сплава Т15К6.
Гравирование по металлическим покрытиям A-3) осуществляют сразу после их
нанесения, пока они имеют мелкозернистую структуру, которая со временем, осо-
особенно при нагревании, переходит в крупнозернистую. Нанесение штрихов на старые
покрытия приводит к растрескиванию их по краям, а само покрытие при этом легко
отслаивается от подложек. Тонкие штрихи получают на полупрозрачных покрытиях.
Резцы для деления по металлическим покрытиям изготовляют из углеродистой
(У8А, У10А и У12А) или легированной (ХВГ, 9ХС и ХВ5) стали.
В механохимических процессах используют два рода покрытий: металлическое
и органическое. Металлические защитные маски изготовляют непосредственно деле-
делением (П-5) или делением по защитному слою с последующим травлением металличе-
металлического покрытия A1-6).
Органические вещества, применяемые в качестве защитных покрытий при травле-
травлении стекол, приведены в табл. 6.16 [33]. Ширина травленого штриха зависит от спо-
способа нанесения воска. Если нанести воск, расплавленный при 110—120 "С, с помощью
кисточки на заготовку, нагретую до 120—130 °С, то защита обеспечивает получение
штрихов шириной до 10 мкм. Более тонкие штрихи (до 4 мкм) получают на слое воска,
который разравнивают сложенной пополам папиросной бумагой или наносят из
крепдешинового или батистового мешочка. Травление стекла производят плавиковой
кислотой или ее парами.
В механовакуумном процессе (II1-8) используют термостойкие синтетические
пленкообразователи, содержащие полистиролы.
Хромирование производят на вакуумной установке. Толщина слоя хрома 0,2—
0,3 мкм. Слои лака и хрома с поверхности стекла снимают с помощью ацетона или
толуола.
270
и/и
1
2
3
4
5
6
7
8
Таблица 6.
Поверхность деления
J
Неорганическое
стекло с последую-
последующим запуском [18,
33]
Металл с после-
последующим запуском
[18,33]
Металлическое по-
покрытие на стекле
[33]
Оргстекло и дру-
другие полимеры [33 ]
//.
Металлическая
поверхность с по-
последующим травле-
травлением стекла н за-
запуском
Органические за-
защитные покрытия
с последующим
травлением метал-
металлов [33]
Органические за-
защитные покрытия
с последующим
травлением стекла
и запуском [18, 33]
5. Технологические
Материалы
процессы деления
Назначение
. Механические процессы
Малоусадочное
оптическое стек-
стекло
Сталь, инвар,
медь и ее спла-
сплавы
Алюминий, се-
серебро @,4—
0,1 мкм *)
Серебро со
свинцово-оловян-
ным слоем A,5—
0,2 мкм *)
Хром, никель
Оргстекло,
эбонит
Механохимические
Серебро @,4—
0,1 мкм *)
Серебро со
сплавом A,5—
0,3 мкм *)
Воск
Воск, сирий-
сирийский асфальт
с канифолью
Линейки для стан-
станков длиной до 2 м
Измерительные
линейки
Негативные («об-
(«обратные») сетки, ко-
кодовые диски, фото-
фотошаблоны, защитные
маски при травле-
травлении стекла
Шкалы и сетки
с запуском, копир-
шаблоны
процессы
Негативные («об-
(«обратные») сетки, мо-
модуляторы, защит-
защитные маски
Стеклянные шка-
шкалы и сетки, линейки
для станков
///. Механовакуумный процесс
Термоустойчивые
органические защит-
защитные покрытия с по-
последующей вакуум-
вакуумной металлизацией
[33]
* Толщина покрытий.
Синтетический
пленкообразую-
пленкообразующий слой
* * 11 HiiHiiciiMociп от способ;) шшесенпн :i;i
Износо- и корро-
зионно-устойчивые
негативы, шкалы,
сетки
1НТЯОГО покрытия.
Мини-
Минимальная
ширина
штриха,
мкм
3,0
5,0
3,0
10,0
5,0
10,0
20,0
—
4,0—
10,0 **
1,0—3,0
271

покрытий
2
ва защит*
ОЙС1
ш
и
и ц а 6.16
ч
га
я
Примеч;
■д
с
Растворите,
Твердость
вид
Внешний
о
m
1ное вещест
СНОЕ
О
си
Ч
ю
га
Ч
с
га
ератур
°С
Со
Sco
си
Н (Я
X
(У
о
о
t^
Бензин (при
О '
единиц
етрометру
цсона
00 X
си
X
6
светло-к
во
Желтое или
чиевое вещест
к
а.
оск
CQ
чар,
яг-
S
со
га
а.
га
ератур
140 °С
X
S к
Ш я
Н х
си
3*
К
о
Хлороформ,
пидар, бензол
о
с
единицы
1ле Мооса
см £
3
с S
[стое хру
коричневь
Черное смолк
е вещество с
о
к
л
ч
стз
йский асф
S
а.
U
см'
тенком
ОТ'
яг-
SU
со о
2-й
га Р.
ератур
не ни*
X
S к
си а-
Н х
си
i ci
т
Хлороформ,
зол, этиловый
беизин
1
S8
гекловидн!
во желто
Прозрачное с
упкое вещест
а.
X
овая
X
н
фоль с
113—73*)
га "~
соО
ета
§
О)
с;
ю
га
с
га
ератур
5°С
S —
0)
Н к
s
о:
Бензол
ещество i
ло-коричн
Прозрачное в
итого до свет
*
°я
л фенольн
BUO
го цвета
о
я
о
X
л
0СТ0ЙК1
су 80°
ч х
С си
си ^
5-1 га"
<
ч
о
й
Бензол, тс
бутилацетат
и-
о:
'
си
■75
бесцвстнь
Прозрачные
апулы
п.
и
=к
3
X
о
§
п.
S
(~
и
ОЛИ
С
ю
О
с
J3
hf 1
CJ ^-^
о°
йо
о —'
Й >,
О CJ
ч х
х fu
с" Й
То же
го цвета
Порошок бело
ч
а.
s
н
монохлорс
ный
S X
ч о
о к
Г^ CJ
. ч
со >>
о
о
CJ 1
остой»
су 115
ч х
с ^
н га"
ч
о
3*
Бензол, тс
бутилацетат
НВ 28
го цвета
Порошок бело
о.
дихлорсти
ОЛИ
с
о
с
л
о
ОСТОЙ К(
ч
с
си
н
То же
1
3
i гранул
ПорОШОК ИЛ]
*
<
и
об
о
О)
Си
га
о
гло-желто)
О)
а
к
ч
S3
о
о н
илстиролом.
-мет
па с ее
о
о.
а
полимер ст
3
*
272
Точная фотография объединяет фотографическую технику изготовления шкал и
сеток, фотолитографический процесс изготовления полупроводниковых приборов и
электронных схем [4, 25, 33, 34], фототехнологию изготовления миниатюрных и
микроизделий и изделий интегральной оптики [3].
Фотографическая техника позволяет изготовлять шкалы и сетки с шириной
штриха до 1,25 мкм, а щелей — до 2,5 мкм при групповом расположении элементов,
а отдельные штрихи даже субмикрометрической ширины.
Светочувствительные слои разделяют на галогенидосеребряные и бессеребряные.
Галогенидосеребряные слои применяюткак для изготовления негативов, так и самих
шкал и сеток. Светочувствительность фотоматериалов, применяемых в точной фото-
фототехнологии, определяют при плотности, равной двум (S£>=2)- Оценку применимости
светочувствительных слоев в фототехнологии производят воспроизведением четко
очерченного по контуру элемента изображения штриховой миры Rm. При равенстве
штрихов и промежутков между ними ширина штриха / = 1000/B/?ш). Разрешение по
штриху Rm, как и разрешающая способность R, может быть определена контактным
или проекционным методом. Проекционно определяемые разрешения повышаются
с увеличением апертуры Л объектива. Разрешение /?шпри этом повышается в меньшей
степени, чем разрешающая способность R.
Микрокристаллические фотослои [33] со средним размером эмульсионных микро-
микрокристаллов не менее 0,2 мкм применяют для изготовления промежуточных негативов,
а также шкал и сеток с шириной штриха выше 15 мкм. В табл. 6.17 указаны характе-
характеристики микрокристаллических фотослоев.
Таблица 6.17. Характеристики микрокристаллических фотослоев
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Фотослой
(страна-
изготовитель)
Микрорадиогра-
Микрорадиографический МК
(СССР)
«Сиантиа 23Л56»
(фирма «Агфа—
Геверт», ФРГ-
Бельгия)
Репродукцион-
Репродукционные сверхкон-
сверхконтрастные (СССР)
ФТ-СК (СССР)
ФТ-41П (СССР)
ФТ-ПП (СССР)
«Фуджилит
РТ-175» (Япония)
«Фуджилит
FO-175» (Япония)
«Фуджилит
FO-100» (Япония)
ФТ-81 (СССР)
Тип
сенсиби-
сенсибилизации
Про-
Проявитель
(X
С '
к
5 х
К Ч я
о. ш а
Л (ММ)
при аперту-
апертуре А
0,2
0,65
/. Технические фотопластинки
Несен-
сибили-
зиро-
ванный
Орто-
хром
Штри-
Штриховой
Д-19
Штри-
Штриховой
//. Фототехнические
Орто-
хром
Штри-
Штриховой
УП-2
УП-2
18
4
—
303
190
190
405
280
256
пленки
3
4
8
155
240
270
—
303
—
///. Фотоматериалы «лит»
Орто-
хром
Инфек-
цион-
ционный
4
4
4
3
380
330
360
230
—
—
—
—
~ II
СМ
ag.f
К с II
30
22
И
—
33
27
36
33
33
—
мкм
17
23
46
—
15
18
14
15
15
273

Субмикрокристаллические слои [6] имеют средний размер эмульсионных кри-
кристаллов ниже 0,2 мкм. Слои используют для получения шкал и сеток с шириной
штриха не менее 1,25 мкм при групповом расположении элементов. В табл. 6.18
даны свойства этих слоев.
Таблица 6.19. Увеличение размеров
и размытости краев элементов при экспонировании
т
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
аблица 6.18. Характеристики субмикрокристаллических фотослоев
Фотопластинка
(изготовитель)
«Микронмаск» (фирма
«Агфа—Геверт», ФРГ—
Бельгия)
ФП-Р (СССР)
«Миллимам» (фирма
«Агфа—Геверт», ФРГ—
Бельгия)
«Сиантиа 8Е56» (фирма
«Агфа—Геверт», ФРГ—
Бельгия)
«Кодак HR»
Сухой коллодион
(СССР)
ЛОИ-2 (СССР)
«Микрат ВР-Э» (СССР)
ВР-Л (СССР)
Тип
сенсибилизации
Ортохром
Несенсибнлн-
зированный
Панхром
Ортохром
Толщина
слоя,
8
6
7
7
6
14
10
R,
мм
при А =
1900
1745
1770
1515
1500
1300
1250
1154
440
410
405
405
390
350
264
190
120
мкм
0,65
1,14
1,22
1,24
1,24
1,28
1,45
1,90
2,60
4,15
Фотопластинки ФП-Р выпускаются форматами 50x50, 63x63, 76x76, 102x102,
102x127, 127x127 и 980x406 мм. Максимальная оптическая сенсибилизация 520—
530 нм. Длинноволновая граница области сенсибилизации 565 нм. Количество дефек-
дефектов размером более 3 мкм не более трех на 1 см2. Неплоскостность по диагонали не
более 1 мкм/см. Химико-фотографическую обработку этих пластинок следует прово-
проводить особо тщательно, чтобы не внести загрязнений в фотографический слой.
По влиянию экспозиции на размер элементов изображения фотослои распреде-
распределяются по трем группам. Характеристики этих фотослоев даны в табл. 6.19.
Бессеребряные фотослон приведены в табл. 6.20. Технологические процессы
изготовления шкал и сеток с использованием фотослоев физического проявления
перспективны, нбо они позволяют сократить потребление серебра, и в ряде случаев
заменить слои сухого коллодиона. Изображения, полученные на ннх, значительно
более износостойки, чем изображения на сухом коллодионе; фотоизображение на этих
слоях обладает низким коэффициентом отражения: 6,4—6,1 % со стороны стекла и
5,4—5,3 % с внешней стороны.
Светочувствительные слои с хромовокислыми солями (XKQ применяют в каче-
качестве защитных покрытий как при избирательном травлении, так и прн избирательном
нанесении металлов, сплавов и различных других покрытий. Разрешающая способ-
способность этих слоев выше 400 мм. Результаты исследования фотопроцесса со слоями
поливинилового спирта (ПВС) и ХКС приведены в работе [7]. Шеллак применяют
в качестве защитных слоев при нанесении покрытий в вакууме. Другие слои с ХКС
для этих целей не используют. Слои с ХКС применяют также для получения дифрак-
дифракционных решеток голографическим методом.
Различают позитивные и негативные фоторезисты. В технике изготовления шкал
и сеток применяют преимущественно позитивные фоторезисты, которые дают более
резкий край штрихов и обладают большей разрешающей способностью, чем
слои с ХКС и негативные фоторезисты. Разрешающая способность позитивных
274
Группа
1
2
3
Материал
Фотопленка ФТ-81
Фотопленка «Фуджилит
РТ-100»
Фотопластинка «Микро»
Фотопластинка репродукцион-
репродукционная сверхконтрастная
Фотопластинка микрокардно-
графическая МК
Фотопластинка «Мнкрат ВР»
Фотопластинка «Кодак HR»
Фотопластинка сухого колло-
коллодиона
Наличие
противо-
ореоль-
иого
слоя
Есть
»
Нет
Есть
Нет
Диффуз-
Диффузный
- свет,
лиией-
и ы й
растр,
мкм
ПО
70
105
60
60
10
Регуляр-
Регулярный
свет,
точечный
растр,
мкм
160
150
65
60
50—60
12
Не об-
нару-
наружено
Размы -
тость
края,
мкм
4—6
3—6
15—20
10—15
7,5-10
3,5-12
1,0
I
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Таблица 6
Фотослой
/.
Щавелевокислое
железо A11) с хло-
хлористым палладием
в ПВС
20. Свойства
S,, им
бессеребряиых фотослоев
Проявитель
Темпера-
Температура (°С)
и время
проявления,
мин
Фотослои физического проявления
300—450
Никель-
гнпофос-
фитный
20; 3—6
//. Фотослои с хромовокислыми солями
Поливиниловый
спирт [7]
Желатина
Шеллак
300—500
300—550
300—550
Вода
»
Спирт
этиловый
///. Светочувствительные полимеры
ФП-383 [4, 34]
ФП-РН7
AZ-1350 [34|
300—460
300—460
300—490
Тринатрий-
фосфат,
глицерин,
едкое кали
0,5%-ный
раствор
кон
Фирменный
раствор
КОП
20—30;
4—10
35—45;
2—4
20; 4—6
и композиции
18; 6-13
18—20;
ДО 1
18—20;
3 Г>
R (мм)
и / (мкм)
при толщине
слоя, мкм
400 и 1,25
при 6—10
—
400 и 1,25
при
0,8—1,0
600 и 1
при
0,6—0,8
200 и 2,5
при 1
275

фоторезистов достигает 600 мм, что соответствует субмикрометрическим размерам
элементов шкал и сеток (около 0,8 мкм).
Нанесение фотослоев на заготовки может быть произведено одним из способов,
указанных в табл. 6.21. Для получения высококачественных фотослоев сушку осу-
осуществляют в два приема: 15—30 мин при комнатной температуре и 30—60 мин при
100—150 °С. На практике применяют сушку в ИК-излучениях [25], а иногда и ва-
вакуумную.
Таблица 6.21. Нанесение фотослоев иа заготовки
Способ полива
Полив на нивелированную поверх-
поверхность
Окунание и вытягивание
Центрифугирование
Распыление (пульверизация)
Нанесение с помощью отлипающей
пленки
Толщина фотослоя, мкм
Жел а -
тина
12—6
Сухой
колло-
дион
2—1
Слои
с ХКС
1,5-0,3
0,7—0,1
Фото-
Фоторезисты
4,0—0,5
2,0—0,5
40—20
1-й
ступень
1-я
ступень
Ступень
Трехступенный
Лвухступенньш
Изготовление оригиналов
1. Аппликация
Z. Чертеж
3. Координатограф
Изготовление промежуточного негатива
1. Репродуцирование
2. Репродуцирование с
мультиплицированием
Генератор изображения.
Запись на суБмикрокрис-
таллических фотослоях
Одноступенныи
Изготовление окончательного негатива
1. Контактное или проекционное
копирование.
Z. Проекционное копирование с
изменением масштабов
3. Проекционное копирование С
мультиплицированием
Генератор изображении.
Запись на фоторезистах
Рис. 6.4!. Схема процесса изготовления фотошаблонов
Фототехнологию шкал и сеток проводят в две стадии: изготовление фотошаблонов
(негативов, трафаретов и т. п.) и самих шкал и сеток (собственно фототехнологические
процессы).
Фотошаблоны изготовляют с помощью механических процессов, которые были
представлены в табл. 6.15, или фотографических, схема которых изображена на
рис. 6.41.
276
Трехступенный процесс Изготовления фотошаблоноб состоит в том,что изготовле-
изготовление оригиналов A-я ступень) производят на прозрачной и непрозрачной основе. При
изготовлении тестов, таблиц или печатных плат, которые не требуют высокой точности,
оригиналы вычерчивают на ватмане или прибегают к аппликации. Высокоточные
оригиналы вычерчивают на ватмане, натянутом на стеклянные пластины размером
от 500x500 до 1200X1200 мм, или нарезают по черному нитролаку, нанесенному на
стекло, или по верхнему слою специальной двухслойной пленки, верхний слой кото-
которой поглощает активные излучения.
Следует учитывать, что штрихи фотографических шкал и сеток должны отстоять
от краев заготовки примерно на 0,5—1,0 мм. Достигаемая точность вычерчивания не
более ±0,3 мм.
Рисунок шкалы или сетки на прозрачные основы наносят с помощью резцов на
координатографах, имеющих рабочее поле от 750x750 мм (ЭМ-701) до 1300х 1600 мм
(«Корадомат», Швейцария) и обеспечивающих точность нанесения штриха от ±50
до ±15 мкм [4,9,33,34].
Выпускают также автоматические координатографы с записывающим лучом.
Запись производят по программе на фотопластинки ФП-Р. Такие коорди-
координатографы применяют в двух- и одноступенных процессах изготовления
фотошаблонов.
Таблица 6.22. Характеристики репродукционных (редукционных)
фотокамер
Характеристики
Максимальные раз-
размеры экрана, мм
Максимальное рабо-
рабочее поле оригинала, мм
Размеры фотопла-
фотопластинки, мм
Масштабы уменьше-
уменьшения, кратность
Освещение оригинала
Яркость экрана, нт
Диапазон перемеще-
перемещения фотопластинок
в плоскости изделия, мм
Точность перемеще-
перемещения, мм
Основные объективы
Габаритные размеры,
мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
ПП-12 (СССР)
2000x2000
1900Х 1900
120х120
Зх-20х
Проходящий
или отражен-
отраженный свет
—
ЮОх 100
=^0,001
ОБ-54; ОБ-56;
ОП-15; ОП-16
1730
580
1640
750
ЭМ-503А (СССР)
800x800
750x750
90х 120,
толщиной
до 6 мм;
60x90,
толщиной
до 2,5 мм
10х, 20х, 30х
ЭМ-513 (СССР)
1300x1300; 800x800
1200х 1200; 750x750
90х 120,
толщиной до 10 мм;
60x90; 70x76;
51x51, толщиной
до 6 мм
20х, 40х, 50х
Проходящий свет
2000
90Х 100
±0,002
«Орион-18»
«Индустар-11»
1500
1260
1775
1250
5000
90,< 100
±0,002
«Эра-7»; «Эра-12»;
«Эра-13»; «Эра-14»;
«Эра-15»
8600
1790
2165
2700
277

Получение предварительного негатива B-я ступень) производят с Помощью репро-
репродукционных (редукционных) камер с соответствующими объективами. Технические
характеристики некоторых репродукционных камер приведены в табл. 6.22. Более
подробно об этих фотокамерах сказано в работах [9, 33, 34].
Окончательный негатив шкалы или сетки C-я ступень) может быть изготовлен
уже при первой репродукции. При необходимости дополнительного уменьшения
негатива прибегают ко второму репродуцированию, которое осуществляют с помощью
точной камеры, например типа ПП-12, по необходимости — с мультиплициро-
мультиплицированием.
Двух- и одноступенный процессы получения фотошаблонов позволяют исключить
изготовление чертежей или оригиналов и их репродуцирование. В этом случае
применяют генераторы изображений или микрофотонаборные установки, в которых
нанесение рисунка шкалы или сетки производится по программе. Генераторы изобра-
изображений основаны на сканировании изображения. Развертка осуществляется перемеще-
перемещением стола или отклонением записывающего луча системой зеркал. Система зеркал
обеспечивает более высокую производительность, но меньшую точность, чем система
сканирования. В методе сканирования запись изображения происходит непрерывно,
что требует очень коротких экспозиций при высокой плотности светового потока,
достижимых лишь для импульсного источника света, например ксеноновой лампы-
вспышки.
В связи с этим сканирующие системы требуют применения достаточно
высокочувствительных фотослоев. Такие фотослои используются в двухступенном
процессе изготовления фотошаблонов.
В одноступенном процессе используются микрофотонаборные установки, осно-
основанные на принципе набора изображения из топографических элементов.
В таких установках запись производится на фоторезистах с использованием
при этом как импульсных источников света, так и источников непрерывного
свечения.
Основные технические характеристики фотонаборных установок как отечествен-
отечественного (ЭМ-508, ЭМ-518, ЭМ-519А, ЭМ-519Б, ЭМ-549), так и зарубежного производства
можно найти в работах [9, 33, 34].
Шкалы и сетки изготовляют с помощью фототехнологических процессов. Они
более разнообразны и обладают большими возможностями, чем механические. Фото-
Фототехнологические процессы в табл. 6.23 распределены по пяти группам.
С дальнейшим развитием технологии изготовления шкал и сеток слои сухого
кмлодиона будут заменяться бессеребряными фотослоями с физическим проявлением
(см. табл. 6.20).
За последние 30 лет получили распространение методы изготовления сквозных
шкал, мир и других подобных деталей как избирательным травлением тонколистовых
металлов, так и избирательным гальваническим наращиванием металла на токопро-
водящие матрицы.
На производстве фототехнологические процессы осуществляют, как правило,
в боксах (скафандрах, пылезащитных столах, вытяжных шкафах), которые образуют
технологическую линию [9, 15]. Боксы могут быть открытые и герметические. Откры-
Открытые боксы имеют больший объем, эксплуатация их проще и экономичнее, чем гермети-
герметических. Такие боксы снабжены ламинарной подачей очищенного воздуха. При необ-
необходимости применяют открытые боксы с боковым нижним отсосом, которые обеспе-
обеспечивают вытяжку токсичных паров растворителей или выделяющихся при опера-
операции газов.
Физические процессы изготовления шкал и сеток можно разделить на четыре
группы: электроэрозионные (электроискровые или электроимпульсные), лазерная
обработка [8], голографические, электронно-лучевые и рентгеновские [4, 25].
Электроискровые методы изготовления шкал и сеток описаны в работе [18]. Процессы
построения изображения с помощью лазера начинают приобретать все большее значе-
значение. Эти процессы могут быть контактными, проекционными, контурно лучевыми
(лазерно-лучевое деление).
Контактные процессы позволяют получать изображение сравнительно невысокого
разрешения — штрих шириной около 10 мкм.
Процессу присущи недостатки: быстрое нзнаишпаипе шаблона и появление де-
дефектов па образцах при их плотном прижиме или подсветка и дифракционные
искажения при неплотном прижиме.
278
Таблица 6.23. Фототехнологические процессы
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Наименование процесса
Ширина
штриха, мкм
/. Фотопроцессы
Изготовление шкал и сеток на оксидированном
алюминии и его сплавах [18, 33]
Изготовление шкал и сеток на слоях сухого колло-
диона [331
Осаждение серебра на колларгол в слое ПВС
Осаждение серебра на колларгол в желатиновом
слое
—
>1,5
—
//. Химика- и гальванофотографические процессы
II. 1. Изготовление сквозных шкал и сеток
Одностороннее травление тонколистового металла
при защитном фоторельефе из светозадубленного
ПВС, желатины или позитивных фоторезистов [33]
Травление с защитной маской из никеля раствором
ангидрида хрома с серной кислотой [33]
Двустороннее травление
Гальваническое наращивание металлов па токо-
проводящие матрицы [33]
> 100—50
в зависимости
от металла
>5
—
>50—5
в зависимости
от вида матриц
II.2. Изготовление таблиц и марок на металлических пластинах
Глубинное травление металлических пластин с по-
последующим запуском
—
П.З. Изготовление цветных шкал и сеток
Окрашивание оксидированного алюминия
Окрашивание полимерных подложек («молочного
целлулоида»)
Окрашивание фоторельефов из светозадубленной
желатины на неорганических и органических стеклах
—
—
—
///. Вакуумно-фотографические процессы
Избирательное нанесение металлов и металлодн-
электрических слоев по защитному фоторельефу с по-
последующим удалением последнего [33]
Избирательное химическое или электрохимическое
травление металлических и металлодиэлектрических
покрытий, предварительно нанесенных в вакууме [33 ]
Ионное травление металлических и металлоди-
металлодиэлектрических покрытий [11,35]
—
—
—
IV. Фотоделение и фотонабор
Нанесение делений с помощью луча (фотошкало-
графы, фотонаборные установки) [33, 34]
>1,5
V. Фотополиграфические процессы
Офсетная печать [18]
Трафаретосетчатая печать
Литографическая печать |18[
—
—
J
279

Проекционный процесс осуществлен в отечественной установке «Калан» с лазе-
лазером на неодимовом стекле, работающим в режиме свободной генерации при длитель-
длительности импульса 0,2 мс, и с кинопроекционным объективом типа РО-109, позволяющим
проводить регистрацию изображения с максимальным масштабом 50 : 1. На уста-
установке методом испарения металлического покрытия можно получить изображение из
элементов размером 2—3 мкм на площади 1 х 1 мм. Установка позволяет производить
мультиплицирование изображения. Работа лазера в этом случае происходит в периоди»
ческом режиме с частотой следования импульсов 0,3 Гц, а точность механической
(ручной) передвижки стола с образцом ± 10 мкм.
Контур но-лучевые процессы осуществляют путем перемещения образца или
сканированием лазерного луча.
Регистрация лазерного изображения может быть осуществлена различными
способами: термическими (испарение), термохимическими (пассивация металлов,
термополимеризация и термодеструкция) и фотохимическими (полимеризация—
задубливание и деструкция).
Испарение металлов происходит в местах действия лазерного излучения при ,
высоких температурах. Так, хромовое покрытие испаряется при 2500 °С. Качество
краев штрихов при этом получается невысокое. Термохимическая пассивация метал-
металлов происходит при менее высоких температурах. Хромовое покрытие пассивируют
при 700—1100°С. Негативное изображение на таком пассивированном хромовом по-
покрытии получают в результате вытравливания необлученных участков. Этим методом
практически можно получить минимальную ширину штриха — 2,5 мкм. Регистрация
лазерного действия может быть произведена на негативных и позитивных термо- и
фоторезистах. Эти методы не требуют применения сложного вакуумного оборудования
как электронно-лучевые. Описание оборудования для лазерной технологии приведено
в работе [8].
Голографические процессы дают возможность достичь сравнительно высокого
разрешения (около 1 мкм). Существенной особенностью изображения, получаемого
восстановлением голограммы, является малая чувствительность к дефектам (царапи-
(царапинам, включениям и др.), которые создают лишь небольшой общий фон по всему
изображению. Другой особенностью голографического процесса является зависимость
масштаба восстановленного изображения от длины волны когерентного света, которым
'облучается голограмма. С уменьшением длины волны масштаб изображения умень-
уменьшается. Голографический процесс может быть применен при мультиплицировании
изображения [4].
Электронно-лучевые процессы (электронолитография) могут обеспечивать полу-
получение деталей с большим разрешением, чем оптические. Создана отечественная элек-
электронно-лучевая установка высокого разрешения (ЭЛУВР), предназначенная для
изготовления (экспонирования) фотошаблонов с минимальными размерами элементов,
равными 1 мкм. Программа перемещения луча осуществляется от ЭВМ [4, 25].
Электронно-лучевое копирование может быть осуществлено сканированием луча
или проекционным методом. Метод сканирования обладает недостатками, к которым
относится значительное время экспонирования и ограниченность площади регистра-
регистрации. Проекционный метод не обладает этими недостатками, но он весьма сложен и
трудоемок.
Перспективными являются разработки рентгеновской литографии. Для экспо-
экспонирования используют мягкие рентгеновские излучения: 0,54, 0,83, 1,33 нм.
Прецизионные делительные машины, координатографы, фотонаборные машины и
контрольно-измерительные приборы требуют специальных помещений, которые
должны быть расположены на участке с сухим грунтом (песчаным) вдали от механиз-
механизмов и устройств, приводящих в колебание грунт [15, 33]. Высокоточные делительные
машины размещают в специальных комнатах с двойными стенками, отделяющими их
со всех сторон от пространства, в котором находятся другие делительные машины,
обеспечивающие меньшую точность. Прецизионные делительные машины устанавли-
устанавливают на специальные упругие фундаменты. Размещение оборудования и уход за ним
описаны в работах [15, 33]. Помещения лабораторий, цехов и производственных
участков должны быть оснащены приточно-вытяжной вентиляцией. Помещения, где
производят особо ответственные работы, необходимо снабжать кондиционированным
воздухом с температурой B0 ± 1)СС. Относительная влажность в помещении для
работы с фотослоями должна быть не выше 50 % , а где производят деление — не
выше 65 % .
280
I
I
Шкалы и сетки [33, 34] контролируют на соответствие чертежам или ТУ на изго-
изготовление детали. Контроль может быть качественным н количественным. Качествен-
Качественный контроль кроме визуального рассмотрения включает определение класса чистоты
поверхностей заготовок и готовых деталей в соответствии с ГОСТ 11141—76. Коли-
Количественному контролю подвергаются покрытия и готовые детали по размеру и коли-
количеству точечных дефектов (проколов н точек). При необходимости определяют коэффи-
коэффициенты отражения и пропускания покрытий. Количественный контроль готовых дета-
деталей включает измерение ширины штрихов, щелей, диаметра отверстий, расстояния
между ними, дефектность краев элементов шкал и сеток (резкость, неровность, «вы-
колки»). Кроме того, на линейных шкалах контролируют накопленную ошибку,
а в круговых — диаметр и центрировку делительной окружности.
Организация безопасности трудового процесса изготовления шкал и сеток должна
соответствовать требованиям «Кодекса законов о труде», МУ 2—73 (Госстандарт
СССР), СН 245—71 (Госстрой СССР), «Санитарных правил организации технологи-
технологических процессов и гигиенических требований к производственному оборудованию»
№ 554—65 (Минздрав СССР), «Инструкции по санитарному содержанию помещений
и оборудования производственных помещений» №658—66 (Минздрав СССР), «Типовых
правил пожарных предприятий» (УПО МВД СССР 1954 г.). В технике изготовления
шкал и сеток к опасным факторам относятся: химические вещества, электрическое и
механическое оборудование, лабораторная стеклянная посуда.

Глава 7
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
7.1. Оборудование для получения покрытий в вакууме
Тонкослойные покрытия позволяют изменять оптические, механические, хими-
химические, электрические и другие свойства оптических деталей. В настоящее время
более 98 % оптических деталей имеют покрытия, которые можно разделить на опти-
оптические, электропроводящие и защитные. К основным видам покрытий относятся опти-
оптические; их удельный вес составляет около 90 % .
Технология изготовления покрытий объединяет разнообразные процессы, свя-
связанные с подготовкой оптических деталей к нанесению покрытий, формированием
(нанесением) покрытий, герметизацией и контролем их характеристик. Для реализа-
реализации этих процессов используются различные методы и оборудование, выбор которых
определяется требованиями к оптическим и эксплуатационным характеристикам
покрытий, а также условиями их производства.
В последнее время широкое распространение получили вакуумные и химические
методы нанесения покрытий. К вакуумным относятся конденсационные методы,
использующие термическое испарение и катодное распыление пленкообразующих
материалов. Основными преимуществами вакуумных методов являются: возможность
контроля основных технологических параметров в процессе нанесения покрытия,
хорошая воспроизводимость результатов и высокая производительность.
К химическим методам относятся: электролитическое анодирование, осаждение
из газовой фазы и из растворов легко гидролизующихся соединений [23]. Химические
методы в большинстве случаев не требуют дорогостоящего оборудования и являются
достаточно экономичными при получении простейших типов покрытий. За последние
годы повысился удельный вес и номенклатура покрытий, получаемых вакуумными
методами.
Структурная схема вакуумных установок. Установки для получения в вакууме
покрытий, отличаясь по конструктивной компоновке, имеют одинаковую структур-
структурную схему (рис. 7.1).
Современные вакуумные установки снабжаются аппаратурой программного
регулирования и управления параметрами технологического процесса нанесения
покрытий.
Вакуумные установки для получения покрытий термическим испарением пленко-
пленкообразующих материалов. Методы термического (резистивного и электронно-луче-
электронно-лучевого) испареиия широко используются для получения покрытий различного назначе-
назначения. Вакуумные установки, использующие термическое испарение, можно разделить
на стандартные, улучшенные и сверхвысоковакуумные. Характеристики их приве-
приведены в табл. 7.1.
Установки стандартного типа имеют непрогреваемый (или прогреваемый водой
до 80—90 °С) металлический или стеклянный колпак. Заданный вакуум получают
с помощью паромасляного диффузионного насоса, снабженного маслоотражателем и
ловушками (водяной и азотной). Разборные соединения в установках выполняются
с использованием вакуумной резины. К этому типу относятся установки A-700Q
(фирмы «Лейбольд—Хереус», ФРГ); ВА-550К, ВА-710 (фирмы «Бальцерс», Лихтен-
Лихтенштейн); ВУ-1А, УРМЗ-279-011 (СССР) и др.
Отечественная высокопроизводительная установка ВУ-1А обеспечивает получе-
получение многослойных покрытий различного назначения на деталях диаметром до 530 мм
методами резистивного и электронно-лучевого испарения и состоит из следующих
конструктивных элементов.
1. Вакуумная базовая установка УВБ-1.
282
Пневмо-
придода
it
х
о
и
о
га
х
3
К
га
В
о.
а,
U
283

ca
о
m
со
■A
3
X
3"
о
га
ее
га
и
б
S
X
О
X
о
о
го
о
X
га ,
о. *->
емперату
нагрева
,еталей.
Е- •*
га
х „
II
очее
испа
га s
0, о.
с
о ? =■
и 5 •
i g 5 =
н п. га
° с ее
га
Is
Э £
С я
m
о
X
Уста
б
о
СП
о
6,65
—
ю
1
О
ю
CD
to"
ш
н
сь
анда
н
и
и
<
о
с
о
э
J
)
т
о
С£
з"
ь
ю
CD
со"
Ю
—
т
о
1О
CD
I
I
О
ю
CD
со"
0)
3
X
ш
учш
_5
1
и
и
о
400—50
ю
I
О
1,33
о
(О
1
О
1О
со"
га
со
о
о
о
3
ерхв
ные
о
О
о*
X
S
|
го;
о
Е
очен
1
I
о
X
X
га
£
S
о.
S
S
О)
3
С
i
о
при катодш
m
о
5
S
не тонк
=
т
§
С
oi
га
а
s
я
Н
m
о
о
X
ики
о
Материал
л
е[
0J
о.
азовая
О
О tr
ИМ КЭТ0Д1
аспылени:
о>
CU
>ики
5КТ]
X
X
X
Полупроводи
одникн
из
Si, Ge
Cr,
z
га
н
a
<
и
к
та
нертн
S
к
а.
с
га
X
тоянное
юс
N
4
X!
Z
б"
н
„
ю
га
Н
О
G5
О
с
о
с
со
Z
та
Н
к
га
ca
s
га
ш
a
S
ш
сь
^(
S
ьо
со"
с
N
о1
и
о1
со
Керметы
о
-
га
Н
Z
<
та
нерть
S
иое
и
окочасто
и
3
м
сь
s
о1
н
о
N

О
га
о1
со
1
Z
га
Н
к
та
s
ca
еакти
а.
жение
к
сь
с
284
2. Подколпачные сменные устройства (УПС), предназначенные для размещения и
вращения оптических деталей в процессе нанесения покрытия. Подколпачные смен-
сменные устройства содержат держатель подложек, выполненный в двух вариантах
(куполообразный и плоский), и держатель контрольного образца, который может
совершать одинарное вращение или быть неподвижным. В них предусмотрена также
возможность смены и регулирования по высоте контрольного образца при одинарном
и двойном вращении подложек.
3. Система фотометрического контроля толщины слоев СФКТ-751, содержащая
осветитель и оптические элементы, обеспечивающие формирование светового пучка:
монохроматор, работающий в диапазоне 0,22—8 мкм, а также приемный н регистри-
регистрирующий блоки. Контроль толщин выполняется по спектральным коэффициентам про-
пропускания (отражения) центрального (контрольного) или боковых (рабочих) образцов,
отстоящих от центра на расстоянии 60—150 мм.
4. Резистивные и электронно-лучевые испарители. Испаритель электронно-луче-
электронно-лучевой УЭЛИ-1 включает в себя источник получения электронов; тигли, в которые
помещаются испаряемые пленкообразующие материалы; систему отклонения, пово-
поворота и фокусировки пучка электронов, которая осуществляет поворот электронного
пучка на 180°, направляет его в тигель и обеспечивает возможность перемещения луча
во взаимно перпендикулярных направлениях в пределах ±15 мм. Максимальный
размер сфокусированного пятна 5—8 мм2. Мощность УЭЛИ-1 приблизительно
6 кВт.
Улучшенные установки отличаются от стандартных наличием вспомогательных
средств откачки, например, гетероионных насосов. Разборные соединения чаще
всего выполняются из эластомеров, обеспечивающих возможность прогрева.
Сверхвысоковакуумные установки изготовляют цельнометаллическими, а разбор-
разборные соединения выполняют с применением медных или алюминиевых прокладок, что
обеспечивает возможность их прогрева до 400—450 °С с целью обезгаживания. Для
получения безмасляного вакуума используют гетероионные, криогенные, сорбцион-
ные и другие насосы, а также их комбинации. Например, в сверхвысоковакуумной
установке PU-450 фирмы «Лейбольд— Хереус» (ФРГ) откачка рабочего объема про-
производится сорбционным, магнитно-электроразрядным и титановым насосами до давле-
давления р « 1,33-10-8 Па.
Вакуумные установки для получения покрытий катодным распылением пленко-
пленкообразующих материалов. Катодные или ионно-плазменные методы получения покры-
покрытий основаны на распылении мншени при бомбардировке ее ионами инертных или
реактивных газов [16]. Источником ионов является самостоятельный разряде разре-
разреженном газе (тлеющий на постоянном токе или высокочастотный) или несамостоятель-
несамостоятельный (дуговой или с осцилляцией электронов) разряд.
Вакуумные установки, использующие катодные методы, можно разделить на
диодные и триодные.
Диодная распылительная система состоит из катода и анода. Катод является
источником электронов, возникающих за счет автоэлектронной эмиссии, и выполняет
роль мишени, которая распыляется под ударами положительных ионов. Анод, под-
поддерживающий непрерывное горение разряда, одновременно является держателем
подложек, на которые осаждается тонкий слой материала катода. В диодных системах,
работающих на постоянном токе, может быть использован дополнительный электрод
(в виде кольца или редкой сетки), расположенный иа небольшом расстоянии от
подложки. При подаче на него положительного относительно анода потенциала (не-
(несколько десятков вольт) возникает вспомогательный разряд и осуществляется слабая
бомбардировка осаждаемого слоя. При этом скорость осаждения снижается на 10—
50 % и чистота слоя повышается за счет десорбции газов. В отечественных диодных
системах (вакуумные установки ЭВ-88 и СМ-97) технологические скорости получения
слоев составляют 0,03—0,05 нм/с.
В диодных системах, работающих при высокочастотном напряжении, возможно
использование мишеней из диэлектриков или высокоомных полупроводников. Для
обеспечения стабильной скорости распыления, высокой равномерности слоя по тол-
толщине и составу необходим хороший тепловой контакт между мишенью и высокочастот-
высокочастотным электродом. Интенсивное охлаждение высокочастотного электрода предотвра-
предотвращает локальные перегревы, плавление и быстрое испарение отдельных участков
мишени. В системах высокочастотного распыления на подложку может быть подано
отрицательное напряжение смещения, вызывающее направленный поток положи-
285

тельных ионов инертного газа к подложке. Ионы, бомбардируя поверхность подложки'
удаляют адсорбированные слоем газы, примеси, загрязнения и т. д. С напряжением
смещения связаны свойства слоев [12, 25]. Оно может влиять на структуру, напря-
напряжение и адгезию слоя. При малом смещении не будет эффективного удаления загряз-
загрязнений, при большом смещении возможен захват поверхностью слоя инертных и актив-
активных газов, рекристаллизация слоя, появление дефектов и т. д.
При высокочастотном распылении скорость роста слоя достигает 0,17—3,4 нм/с
и зависит от природы материала мишени, частоты (частота 10—20 МГц обеспечивает
наивысшую скорость распыления), напряжения, тока и напряженности внешнего
магнитного поля.
Технологические скорости роста слоя снижаются за счет иагрева подложек,
вызываемого потоком электронов (при мощности 3 кВт температура подложки может
быть повышена до 600 °С).
В высокочастотной установке типа А-550^/2К(фирмы «Лейбольд—Хереус», ФРГ)
технологическая скорость .составляет 0,03—0,1 нм/с.
В триодных распылительных установках «Спутрон» (фирмы «Бальцерс», Лихтен-
Лихтенштейн) и УРМЗ-279-013 (СССР) обеспечивается большая гибкость управления про-
процессом распыления за счет разделения функций катода и мишени [12]. Катод явля-
является источником электронов, которые поддерживают разряд инертного газа, а мишень
располагается параллельно плазменному шнуру (ось мишеии делит расстояние
аиод—катод в отношении 1 : 2). При большом отрицательном потенциале на мишени
из плазмы вытягиваются положительные ионы, которые, бомбардируя мишень,
вызывают ее распыление. Распыленные атомы осаждаются на подложке, расположен-
расположенной параллельно мишени. В условиях пониженных давлений (до 1,33-10~2 Па) необ-
необходимая плотность тока обеспечивается за счет термоэлектронной эмиссии и направ-
направленного вдоль оси разряда магнитного поля, напряженностью 8000—24 000 А/м.
В триодных системах, реализуемых на постоянном или высокочастотном напря-
напряжении, скорость осаждения слоя регулируется варьированием температуры катода,
давления инертного газа и потенциала мишени; технологические скорости получения
слоев диэлектриков достигают 0,09—0,7 нм/с, а металлов — 2—12 нм/с. Сравнитель-
Сравнительная характеристика ионно-плазменных методов получения покрытий приведена иа
рис. 7.2, гдерраб, ^подл ииТехн обозначают рабочее давление в камере, нагрев под-
подложки и технологическую скорость роста толщин слоев.
Ионно-плазменные методы распыления позволяют на подложке получать соеди-
соединения различной природы. При подаче в камеру активных газов (азота, кислорода,
окиси углерода, метана, сернистого ангидрида и др.) можно в зависимости от пар-
парциального давления получать либо твердые растворы металла с соответствующим
элементом, либо химические соединения (нитриды, окислы, карбонаты, сульфиды
и др.). Такой метод распыления получил название реактивного катодного распыле-
иия. Для выбора метода распыления можно руководствоваться табл. 7.2.
В настоящее время процессы высокочастотного распыления используются не
только для получения покрытий, но и для селективного ионного травления, получе-
получения заданного рельефа поверхности.
Получение и измерение вакуума. Свойства вакуумных покрытий зависят от оста-
остаточного давления (степени разрежения или вакуума) в рабочей камере и от парциаль-
парциальных давлений химически активных газов, примесей и т. д. Получение покрытий
с воспроизводимыми свойствами возможно в вакуумных установках, обеспечивающих
заданную степень разрежения и контролируемый состав остаточной атмосферы
(табл. 7.3).
Вакуумная система может быть представлена в виде некоторого пространства,
ограниченного замкнутой поверхностью, на элементах которой происходят процессы
выделения (десорбции) газов, поглощения (сорбции), связывания газов на поверх-
поверхности (адсорбции), переноса массы газов (диффузии) и проникновения (натекания)
газов в объем.
Давление, которое установится в вакуумной системе, определяется соотношением
G.1)
где £/ — сумма потоков натекающего газа; £S — сумма скоростей откачки рабо-
рабочего объема (вместе с сорбцией). Из соотношения G.1) следует, что для получения
низкого давления необходимо применять устройства с высокой скоростью откачки S
286
сое
Or
Розр
1
k
Qj С;
000
■ - §
.11 f
1
5>-
3
а.
о
g
с
6
X
X
о
S
S
се
сь
се
X
а
се
о.
U
<N
О
а,
287

s!
п
га а:
3 а
х >.
х н
к га
о а
U С
О S
С о
н
X S3
^ о
а.
с
- о 2 1
т с i
°
4 я" к ю
с —
ч.
§ «'о
U щ
^ о ""
s
^ а
о S
5 ><
О. v
о я
С я
к
дела
tu га
" f
с 1
и й-
внне
Давл!
Вакуум
i
о
со
со"
о
^"
см"
s>
О
^
ю
CN
СО
СО
1
о
о
СО
со
ё
женн
ж
о
С
ж
:нй (техннчес!
Ннз*
о
ел
Я
о
Т
ю_
о^
о
"Г
см
оо
1
о
т-01
[•ее
1 СО
СО ^
СО —'
ЭОН1'
aкyy^
п
сь
о
©
~
ннй (форваку^
Сред
о
■* СЮ
•*
I-
о
1 1 *Т
оо
со"
«
. о
1 1 т
со"
CN СО |
?
о
м « СО
Ь Ь 2
СО СО •»
СО СО 1
-^ -^ О
СО
СО
;ое
со
S
>кнй
S
3
CQ
°я.
•*
-
о
оо
со"
о
О
_|
СО
со"
7
оо
1-4
[-01
133-
оо
1
О
щ
кое
ь низ
ж
О
ь высокий
Очен
оо
О
ОО
•*
—"
оо
со"
о
СО
со'
СО
см
п
:-01
-133-
!
О
i
<и
о
СП
S
Ж
о
ж
вычай
S
сь
хвысокнй
Свер:
о
X
к
о
Давление,
Па
Остаточные газы, %
X
о
о
о
о
<,
X
о
X
Z
Тнп ловушкн
0,665
0,532
1 о
С0_10
о" —
1 о"
ТС_СО
о_ —
cncm"
—."ю"
со" го
00 Ю
00 t^
Охлаждаемый азотом змеевнк
Неохлаждаемая неактнвнрованная окись алюминия
288
и стремиться к уменьшению притока газов в вакуумную систему. Явления, происхо-
происходящие при создании и поддержании вакуума, процессы откачки, сорбции, десорбции
и т. д., характеризуются рядом параметров. Например, эффективность действия
откачных систем (насосов) определяется: производительностью Q или количеством
газа, которое протекает через всасывающий патрубок работающего насоса (или
поглощается) в единицу времени (производительность Q (Па-л-с") зависит от давле-
давления); скоростью откачки S (л-с), определяемой отношением производительности
к парциальному давлению данного газа р вблизи отверстия насоса, которая постоянна
в интервале нескольких порядков давления газа; способностью выделять газы в ва-
вакуумную камеру за счет обратной диффузии паров рабочих жидкостей и продуктов их
распада; предельным минимальным давлением, достигаемым на входе насоса и макси-
максимальным давлением на выходе (противодавлением).
Процесс откачки состоит из нескольких стадий, на которых используются
вакуумные насосы разных типов: получение низкого и среднего вакуума произво-
производится форвакуумными насосами, действие которых основано на изменении рабочего
объема (механические насосы) или способности поверхностей поглощать газы (сорб-
ционные насосы); достижение высокого и сверхвысокого вакуума —высоковакуум-
—высоковакуумными насосами, действие которых основано на следующем:
захвате остаточного газа струей рабочей жидкости или пара (диффузионные
пароструйные насосы); в диффузионных насосах в качестве рабочей жидкости при-
применяют высокомолекулярные нефтяные масла (ВМ-1, МВ-5), кремнийорганические
жидкости, выдерживающие нагрев до 150—200 °С при контакте с атмосферой, ртуть,
которая исключает появление в рабочем объеме загрязнений (однако токсичность
ртути ограничивает применение ртутных насосов);
сообщении оставшимся молекулам газа направленного движения за счет быстро-
движущейся поверхности ротора (турбомолекулярные насосы); в этих насосах при
частоте вращения ротора 100 000 об/мин достигается давление 1,33- \0~7 Па; высокая
стоимость, сложность устройства и необходимость очистки насоса, требующей высо-
высокой квалификации обслуживающего персонала, опасность засорения за счет мелко-
мелкодисперсных частиц [образующихся при испарении (распылении) и попадающих
между ротором и статором], которые могут вызвать поломку насоса, ограничивают его
применение;
сорбции молекул остаточного газа (сорбционные насосы); в этих насосах газ
поглощается свеженанесенным на их внутреннюю полость слоем титана, титано-
молибденового сплава или хрома; для них характерныотсутствие загрязнений парами
рабочего вещества, высокая скорость откачки, выделение адсорбированных газов при
повышении температур;
ионизации остаточного газа и удалении ионов электрическим полем (ионно-
сорбционные и гетероионные насосы); в этих насосах достигается разрежение до
1,33- 10"9 Па; ионная откачка способствует удалению несорбирующихся газов;
в зависимости от метода получения ионов насосы разделяются на ионно-испаритель-
ные (электростатические гетероионные насосы) и ионно-распылительные (магнито-
разрядные, электроразрядные насосы);
конденсировании остаточных газов при низких температурах (криогенные
насосы); в этих насосах рабочими органами служат охлаждаемые металлические
поверхности дисков, труб, цилиндров, находящихся внутри вакуумной камеры или
в контейнере, соединенном с камерой; охлаждение происходит за счет хладагентов
(жидких газов): Н2 B0 К),Не D,2 К), N2G7K); наиболее экономичный способ^охлаж-
дение с помощью холодильных машин; при откачке криогенными насосами отсут-
отсутствует насыщение при повышенных нагрузках, и парциальные давления газов зависят
от температуры (при увеличении температуры на 1 °С в диапазоне от —270 до —203 °С
парциальное давление водорода увеличивается от 1,33-10~6 до 1,33- 10~4Па; конструк-
конструкции криогенных насосов просты, скорость откачки постоянна в широком диапазоне
давлений, насос обеспечивает р = 1,33-10-' Па и не вносит загрязнений в откачи-
откачиваемый объем.
Состав остаточных газов в рабочей камере вакуумной установки зависит от сле-
следующих факторов:
проникновения газов из-за течей в местах сварки, пайки, разъемных соединений
И др. [значение натекания через неплотности достигает 1,33- 10~8 Па-л/(см2-с)];
газопроницаемости конструкционных материалов [газопроницаемость нержавею-
нержавеющей стали 1,33- 103 Па-л/(см2-с)];
10 Кушецов С. М. и др.
289

десорбции газов и паров с внутренних поверхностей рабочего объема, технологи-
технологической оснастки и уплотнительных прокладок [удельная ° корость газовыделения
нержавеющей стали 1,33- 10~5—6,65- 10 Па-л/(см2-с), технологической оснастки —
1,33-Ю—1,33-10~4 Па-л/(см2-с) и уплотнительных прокладок — 2,66- 10—
3,99-10~2 Па-л/(см~2-с)]; к основным продуктам газовыделения относятся: угарный
газ, водород, низкомолекулярные углеводороды, вода и др. (при использовании
Прокладок из витона практически отсутствуют углеводороды);
десорбции газов из осаждаемого материала, материала испарителя, подложки и
нагревателя подложек в процессе их прогрева. В результате десорбции возрастает
парциальное давление паров воды и водорода;
проникновения паров масла и продуктов их распада из механического н диффу"
знойного насоса. Для уменьшения проникновения паров масла в рабочий объем
установки используют водоохлаждаемые маслоотражатели и различного рода ло-
ловушки (сорбционные, конденсационные и др.). Состав и количество остаточных газов
в рабочем объеме при использовании механического насоса с ловушками представ-
представлены в табл. 7.4. Эффективная защита от паров масла достигается при использовании:
маслоотражателя, который снижает обратный поток паров масла вблизи верхнего
сопла; водяной ловушки, возвращающей основную массу обратного потока в насос
и обеспечивающей диффузность оставшегося потока масла; азотной ловушки, которая
предотвращает попадание диффузионного потока масла в рабочий объем. Для
паромасляного насоса имеем следующие значения потока паров масла ВМ-5:
5-10~3 мг/(ч-см2) (с маслоотражателем); 7-10~6 мг/(ч-см2) (с одной азотной ловушкой);
5-10~6 мг/(ч-см2) (с двумя азотными ловушками); 5-10~7 мг/(ч-см2) (с термосорбцион-
ной ловушкой).
В процессе работы вакуумной установки производят измерения остаточного
давления с помощью термопарных и ионизационных манометров. Работа манометров
основана в первом случае на зависимости теплопроводности разреженного газа от его
плотности, во втором — на ионизации молекул остаточных газов электронами, летя-
летящими от накаленного катода (мерой давления служит ионный ток). Термопарный
манометр (термопариая лампа ЛТ2 или ЛТ4М) обеспечивает измерение давлений
в диапазоне 6,65-10—1,33- 10~1Па. Измерение давлений ниже 10~1Па производят ио-
ионизационным манометром (ионизационным вакуумметром), состоящим из маномет-
манометрической лампы ЛМ2 и ионизационного термопарного вакуумметра (ВИТ-2).
Парциальные давления газов измеряют с помощью масс-спектрометров (анализа-
(анализаторов остаточных газов — АОГ), принцип действия которых основан на разделении
молекул в зависимости от соотношения массы и зарядов ионов. К основным пара-
параметрам АОГ относятся: диапазон регистрируемых масс; разрешающая способность,
определяемая отношением тИ/(ДтИ), где М — массовое число регистрируемого иона,
a AM — разность двух соседних массовых чисел, еще регистрируемых прибором;
чувствительность, определяемая минимальным регистрируемым парциальным давле-
давлением. Для АОГ чувствительность колеблется в широких пределах (диапазон измеряе-
измеряемых давлений обычно от 0,133 до 1,33- 10~10 Па). В АОГ молекулы остаточных газов
подвергаются ионизации за счет столкновений с электронами, испускаемыми катодом.
Возникающие положительные ионы получают ускорение между двумя параллель-
параллельными пластинами, между которыми существует электрическое поле. При одновремен-
одновременном воздействии магнитного поля ионы двигаются по спирали. При варьировании
параметров электрического поля на коллектор попадают последовательно ионы с раз-
различным массовым числом М. Получающиеся пики ионных токов характеризуют спектр
масс, по которому определяют состав и парциальное давление каждого компонента
остаточных газов. к-
Анализаторы остаточных газов можно разделить на'две группы. К первой отно-
относятся омегатроны, в которых применяются статические электрическое и магнитное
поля или статическое магнитное и высокочастотное электрическое поля. Ко второй
группе относятся динамические анализаторы (квадрупольные, монопольные и др.),
в которых используются меняющиеся по определенному закону электрические поля.
Для них характерно высокое разрешение для больших массовых чисел М. При
определении состава остаточных газов в вакуумных установках применяют АОГ
с умеренной разрешающей способностью. Как правило, продукты крекинга масел
дают пики в области М — 40 и М = 60. Только при использовании ртутных насосов
важно следить за парами ртути с М = 200.
290
К отечественным АОГ относится омегатрон марки ИПДО-1, в котором регистра-
регистрация параметров осуществляется самописцем. Наиболее чувствительным является
АОГ марки MX-4301, в котором индикатором служит осциллограф. Основные харак-
характеристики АОГ приведены в табл. 7.5.
Таблица 7.5. Анализаторы остаточных газов
Наименование и марка прибора
Омегатрон ИПДО-1 (СССР)
Омегатрон МХ-4301 (СССР)
Хронотрон МСХ-2М (СССР)
Электронный фильтр масс АМР-3
фирмы «Атлас» (ФРГ)
Чувстви-
Чувствительность,
Па
4-Ю"8
Ю-8
10-ю
10-ю
Разрешаю-
Разрешающая спо-
способность
20
25
100
100
Диапазон
масс
2—100
1 — 100
1—250
1-100
При вводе в эксплуатацию или при работе вакуумной установки часто сталкива-
сталкиваются с тем, что скорость откачки отличается от расчетной и требуемый вакуум не
достигается. Это говорит о наличии в системе течей. Универсальный метод поиска
течей основан на локальном обдувании корпуса «пробным» газом (водородом, гелием,
бутаном) и измерении давления внутри системы. Наибольшую чувствительность
A,33-10~12 Па-л/с) имеет гелиевый течеискатель ГТИ-4 (или ПТЙ-7), в котором
используется в качестве «пробного» газа гелий. Ои состоит из самостоятельной вакуум-
вакуумной системы и АОГ, настроенного на обнаружение гелия.
7.2. Нанесение покрытий
путем термического испарения
пленкообразующих материалов в вакууме
Получение покрытий на основе термического испарения пленкообразующий
материалов (в дальнейшем называемых материалами) осуществляется в вакуум!.ой
установке с подколпачным устройством, схема которого приведена на рис. 7.3. Про-
Процесс получения покрытий состоит из следующих трех
этапов:
исходный материал, находящийся в испарителе 3,
нагревается и переходит в пар ;
часть исходного материала в виде «облака»
пара переносится к подложке 2, имеющей темпера-
температуру t°C (нагрев подложки обеспечивается нагрева-
нагревателем /);
«облако» пара, достигнув подложки, конденси-
конденсируется и образует тонкий слой (прекращение осажде-
осаждения слоя обеспечивается поворотом экрана 4).
Испарение материалов. Молекулы материала, по-
получив при нагреве энергию, достаточную для преодо-
преодоления межмолекулярных связей, удаляются с его
поверхности. Одновременно с испарением происхо-
происходит обратный процесс (конденсация), когда моле-
молекулы пара в результате столкновения друг с другом
возвращаются обратно в материал. При равном количе-
количестве молекул, испаряющихси и конденсирующихся в
0 SS
т
К насосу
Рис. 7.3. Схема рабочей
камеры установки для по-
получения покрытий путем
термического испарения
единицу времени, наступает состояние насыщения и термодинамического равновесия.
Равновесная плотность пара данного материала и его давление ps зависят от темпе-
температуры. Эта зависимость выражается формулой lgps= А — В/Т, где Л и В — по-
постоянные, характеризующие материал. Температура материала, при которой давле-
давление насыщенного пара ps = 1,33 Па, называется условной температурой испарения
Тусл. У материалов, ГуСл которых ниже температуры плавления Гпл. наблюдается
Ю» 291

Прнмечание
Пространственное
распределение молекул
I Гспаряемые
материалы
Материал
Конструкция
Испарители
Подача испаряемых ма-
материалов на ленту осуще-
осуществляется со скоростью,
равной скорости испаре-
испарения; температура испари-
испарителя должна обегпечиЕать
мгновенное испарение
Закон Кнудсена
F (ф) те cos ф, где
F (ф) — функция рас-
распределения; ф — угол
между направлением по-
потока молекул и нор-
нормалью к поверхности
Сульфиды, фто-
фториды, металлы
и др.
Сложные со-
соединения метал-
металлов, полупровод-
пиков, диэлек-
диэлектриков
Металлы
(W, Мо, Та)
Н К
X Си
е- §^
Резистивные:
поверхностные
поверхностные
дискретного
действия
Применяются, когда тре-
требуются для испарения
большие количества веще-
вещества; характерны непро-
непроизводительные потери ис-
испаряемого вещества
Пар выходит только при
открытом затворе; отсут-
отсутствуют потери
1
F (ф) те cos" ф, где п
определяется экспери-
экспериментально для каждого
испарителя, п = п (ф)
ч
'* d?
3 Т. to
5N<
o99
HE
Тигель откры-
открытого типа
поверхностные
Тигель закры-
закрытого типа (см.
рис, 7,5)
поверхностные
дискретного
действия
Тугоплавкие
материалы
Металлы
(Си и др.),
графит
Тигель откры-
открытого типа (см,
рис. 7.6)
Электронно-
Электроннолучевые
292
сублимация (возгонка). Процесс испарения характеризуется скоростью испарения w,
т. е. количеством'материала (г), испаряющегося в единицу времени с 1 см2 свободной
поверхности. Этот процесс зависит от давления пара р над поверхностью материала и
давления окружающего газа р0. Можно записать, что
= С (ps — р)/р0,
G.2)
где С— постоянная, зависящая от природы материала. Из формулы G.2) следует:
процесс вакуумного напыления возможен при неравновесном состоянии пара,
когда р< ps;
процессу вакуумного напыления благоприятствует низкое давление остаточных
газов р0, при котором скорость рассасывания (диффузии) молекул материала велика;
нанесение слоя прекращается при отсутствии диффузии пара из области, окру-
окружающей материал, когда р-*- ps. Такое состояние имеет место при достаточно нагре-
нагретой камере и при высоком давлении пара (пар тормозит диффузию).
Формирование молекулярного потока. Рациональное использование испаряе-
испаряемого материала (нередко дорогостоящего), а также обеспечение приемлемых скоростей
роста слоя на подложке достигается при формировании направленного движения
молекул к подложке. Это возможно при отсутствии столкновений молекул материала
и остаточного газа. В этом случае длина свободного пробега молекул Яп = 0,66/р0
должна превысить расстояние h от испарителя до подложки. Например, если h =
= 50 см, то при ро<С 1,33-10~2 Па молекулы будут двигаться прямолинейно без
столкновений. Обычно процесс испарения проводят из-за возможности десорбции
молекул газа с элементов вакуумной установки при р0 = 2,66- 10~3 Па. Необходимо
также выбирать конструкции испарителей, обеспечивающие оптимальное 'прост-
'пространственное распределение испаренных молекул.
Основные характеристики резистивных, электронно-лучевых испарителей,
а также материалов и конструкций испарителей приведены в табл. 7.6 и 7.7.J
Таблица 7.7. Свойства материалов
Свойства материалов испарителей
Температура плавления tall, "С
Температура плавления tnll при р =
= 1,33-Ю-4 Па, °С
Удельное электрическое сопротивле-
сопротивление р-108, Oirf-м, при температуре, °С:
20
1000
2000
Термическое испарение, %, для тем-
температуры, °С:
0—1000
0—2000
Максимальная рабочая температура
'max, С
испарителей
Металлы
W
3380
2410
5,5
33
66
0,5
1,1
—
Мо
2610
1820
5,7
32
62
0,5
1,2
—
Та
3000
2240
13,5
54
87
0,7
1,5
—
ThO,
3050
3050
—
—
—
—
—
2500
Окисль
ZrO2,
HfO2
2550
2550
—
—
—
—
2200
i
MgO
2800
2800
—
—
—
—
—
1900
По диаграмме направленности и максимальной интенсивности потока молекул
современные резистивные испарители можно разделить на поверхностные и тигельные.
1. Поверхностные испарители изготовляются в виде лент, лодочек (рис. 7.4, а),
а также проволочек из металлов с высокой температурой плавления и ниЗким давле-
давлением паров. Лодочки применяются для испарения широкого класса материалов (суль-
(сульфидов, фторидов, металлов и др.). Для испарения веществ сложного состава и сплавов
могут быть использованы поверхностные испарители дискретного действия (рис.
7.4, б), в которых подача материала на поверхность лепты 3 производится из
293

бункера 2 со скоростью, равной скорости испарения частиц вещества. Испаренное ве-
вещество конденсируется иа подложку /, при этом температура испарителя.? должна быть
такой, чтобы частицы материала испарялись мгновенно. Для испарения материалов,
характеризующихся выбросом вещества, применяются лодочки, закрытые экранами
с отверстиями, расположенными в шахматном порядке (рис. 7.4, в). Для испарения
диэлектриков и металлов в больших количествах рекомендуется лодочка, изображен-
изображенная на рис. 7.4, г. С изменением конструкции лодочек (рис. 7, д, е) обеспечивается
узкая направленность потока пара, повышение температуры за счет использования
теплового излучения, отраженного от экрана 4.
ЧА
V
Рис. 7.4. Типы поверхностных испарителей
У поверхностных испарителей пространственное распределение молекул подчи-
подчиняется закону Киудсеиа, по которому интенсивность потока молекул (атомов) с по-
поверхности испарителя пропорциональна косинусу угла между направлением излуче-
излучения и нормалью к поверхности, т. е. F (ф) а± cos ф.
2. Тигельные испарители (тигли) применяются в том случае, когда для нанесения
слоев требуются большие количества материала. Они могут быть изготовлены из
металла, графита, нитрида бора и из окислов. Например, тигли из молибдена исполь-
используются для испарения Си, Ag, Аи. Если тигли выполнены из окислов по керамической
технологии, то в иих испаряют Si, As, Bi, Те, Мп, Ti и другие элементы. Нагрев
тиглей осуществляется за счет теплового излучения раскаленной иити, выполненной
из тугоплавкого металла. По конструкции испарители тигельного типа разделяются
на открытые (рис. 7.5, а) и замкнутые дискретного действия (рис. 7.5, б). Существен-
Существенным недостатком испарителей тигельного и поверхностного типа являются потери
испаряемого материала (пар из испарителя выходит, когда осаждение слоя не про-
производится). От этого недостатка свободны замкнутые испарители дискретного дей-
действия ЗИДД. Пар из этих испарителей выходит только тогда, когда поднят затвор /,
и в этот период производится осаждение материала на подложку 2. Инерционность
испарителей ЗИДД в 20—30 раз меньше, чем резистивных испарителей с экраном.
Для испарителей тигельного типа пространственное распределение молекул
не подчиняется закону Кнудсеиа, и функция распределения определяется соотно-
соотношением
F (ф) ~ cos'/ф,
где показатель п = п (ф) находят экспериментально для каждого типа испари-
испарителей.
В последние годы для испарения тугоплавких металлов, диэлектриков и других
веществ широко применяются электронно-лучевые испарители. В этих испарителях
поток электронов ускоряется в электрическом поле до 5—10 кэВ и фокусируется на
поверхности испаряемого материала. При столкновении большая часть энергии
электронов переходит в тепловую энергию материала, температура которого может
достигять значений t > 3000 °С. Поскольку энергия электронов концентрируется на
294
поверхности испаряемого материала, взаимодействие между иим и материалом испа-
испарителя сильно уменьшается.
По конструкции электронные испарители разделяются иа электронно-лучевые
с фокусируемым пучком электронов и электронные с кольцевым катодом (рис. 7.6).
Кольцевой катод 2 при нагреве испускает электроны. Под действием электрического
поля они двигаются к охлаждаемому с помощью трубок 3 тиглю — аноду 4. Мате-
Материал, находящийся в тигле, нагревается и испаряется. При повороте экрана / поток
пара конденсируется иа подложке.
В настоящее время применяются электронные испарители с кольцевым катодом
типа МЭИ-1 (СССР) с мощностью до 1 кВт и электронно-лучевые типа УЭЛИ-1 (СССР)
ESV-6 (фирмы «Лейбольд—Хереус», ФРГ), с
мощностью до 6 кВт, EVU-110 (фирмы «Баль-
церс», Лихтенштейн);Мощностыо до 10 кВт. .^.j
а)
Рис. 7.5. Конструкции испарителей тигель-
тигельного типа
Рис. 7.6. Электронный
испаритель с кольцевым
катодом
Конденсация пленкообразующих материалов на подложке. Молекулы пленко-
пленкообразующих материалов при столкновении с подложкой передают ей часть энергии,
которая тем меньше, чем выше температура подложки. Имея некоторый избыток
энергии, молекулы перемещаются (мигрируют) по поверхности подложки в потен-
потенциальном поле сил Ван-дер-Ваальса. Если молекула встречает на пути движения
«потенциальную яму» (сильную связь с подложкой), она теряет избыток энергии,
фиксируется на подложке (конденсируется) и становится центром кристаллизации;
если встречает «потенциальный бугор» (слабая связь с подложкой), молекула, обла-
обладая избытком энергии, покидает подложку (вторичное испарение, ренспарение,
десорбция); если встречает другую мигрирующую молекулу (группу молекул),
вступает в сильную связь (металлическую). При этом подвижность молекул умень-
уменьшается и вероятность десорбции падает. В результате такая группа молекул фикси-
фиксируется на подложке и становится центром кристаллизации. Вокруг отдельных цен-
центров кристаллизации происходит рост кристаллитов, которые срастаются и образуют
сплошной слой. Процесс роста слоя на подложке зависит от структуры подложки,
состояния ее поверхности, температуры и свойств осаждаемого материала, скорости
осаждения, давления и состава остаточных газов, материалов испарителя и др. Зави-
Зависимость характеристик тонких слоев от факторов, влияющих иа их осаждение,
приведена в табл. 7.8.
В зависимости от условий осаждения одного и того же материала возможно полу-
получение слоев со следующими различными структурами:
аморфной, характеризующейся отсутствием кристаллической решетки;
коллоидной (мелкозернистой), имеющей размеры кристаллов менее 10 им;
гранулярной (крупнозернистой), имеющей размеры кристаллов 100 нм
и более;
моиокристаллической (слой представляет собой кристаллическую решетку атомов
данного материала).
Распределение конденсата паров пленкообразующих материалов на поверхности
подложки. Распределение конденсата паров пленкообразующего материала зависит
от размеров и формы подложки, типа и размера испарителя, взаимного расположения
подложки и испарителя, распределения температуры по подложке, а также от ее
чистоты [12]. В общем случае при учете геометрии расположения испарителя и
295

Таблица 7.8. Взаимосвязь свойств и условий осаждения тонких слоев
Характеристика
структуры
и свойств
тонких слоев
Размер зерен
Расположение
кристаллов
в слое
Адгезия слоя
к подложке
Загрязнение
слоя
Напряжение
в слое
Влияющие факторы
Материал подложки и слоев. Загрязнение подложки. Подвиж-
Подвижность атомов осаждаемого материала на поверхности подложки
(температура подложки, скорость осаждения). Структура по-
поверхности подложки (степень шероховатости, наличие кри-
кристаллов)
Структура подложки (моно-, по.чикристаллнческая, аморф-
аморфная) и загрязнение ее. Температура подложки (обеспечение
необходимой подвижности атомов осаждаемого материала)
Материал подложки и слоя. Загрязнение подложки. Подвиж-
Подвижность атомов осаждаемого материала. Метод получения слоев
Чистота испаряемого материала. Распыление материала испа-
испарителя. Загрязнение подложки. Степень разрежения и состав
остаточных газов. Соотношение между давлением остаточных
газов и скоростью осаждения
Материал слоя и подложки. Температура подложки. Размер
зерен, включения, кристаллографические дефекты в слое. Режим
отжига. Угол между молекулярным пучком и подложкой
подложки (рис. 7.7, а) масса материала dMn, сконденсированного на элементе пло-
плоской подложки, имеющем площадь dS^, определяется по формуле
Д = MaF
G.3)
где Мо — масса испаренного материала; F (ф) — функция углового распределения
пара и испарителя.
Геометрическая толщина слоя, осажденного на плоскопараллельной подложке,
расположенной на высоте ft от испарителя, определяется по формуле
d = (l/p)d.Vffl/dSA, G.4)
где р — плотность материала в слое.
Распределение конденсата паров на поверхности подложки характеризуется
толщиной покрытия d в зависимости от расстояния / от центра подложки и может быть
рассчитано по G.3) и G.4) для каждого типа испарителя.
1. Когда испаритель точечный или плоский с малой поверхностью испарения
[F (ф) « cos ф], толщина слоя определяется соответственно из соотношений:
- М« ' ■ G.5)
4npft2
213/2
G.6)
Расчетные значения для этих случаев приведены на рис. 7.7, б.
2. Когда испаритель имеет кольцевую форму, толщина слоя определяется коли-
количеством вещества, испаренного от всех элементов испарителя dSw, и может быть полу-
получена путем интегрирования соотношений G.3) по поверхности испарителя Sn.
Зависимость толщины слоя d на плоской детали от радиуса кольцевого испари-
испарителя s, l и высоты ft имеет вид
Мо
1 + (l/hf + (s/AJ
G.7)
Для деталей сферической формы зависимость d ~ j (/, 'i, s) носит более сложный
характер [18].
296
а)
3. Когда испаритель точечный или плоский неподвижен, а подложки совершают
вращение, то распределение конденсата определяется по формуле G.7), в которой
величины s и / определяют расстояние от испарителя и подложки до оси вращения.
Распределение конденсата паров материала djd()(d(>— толщина покрытия в центре
подложки при / = 0), полученное расчетом на ЭВМ, приведено на рис. 7.7, в.
На рис. 7.7 кривые /, .2, 3, 4, 8, 9 соответствуют значениям s/ft, равным 1,2;
1,0; 0,8; 0,5; 0,7; 0,6; кривые 5 и 6 относятся к испарителю с малой поверхностью и
к точечному испарителю, а кривая 7 —
к кольцевому испарителю с внутренним
и внешним радиусами, равными s,- = 0,7ft
и s0 = 0,8ft. Из рисунка следует, что наи-
наилучшая однородность покрытия по тол-
толщине (d/d0 =к 1) наблюдается на подлож-
подложках,'расположенных от оси вращения на
расстояниях / sj 0,5ft, если расположение
испарителя определено радиусом s =
= 0,7-ь0,8Л.
Нанесение покрытий с заданным рас-
распределением толщины на поверхности оп-
оптической детали. Покрытия, равномерные
по толщине, применяются в серийном про-
производстве, когда требуется одновременное
получение однородных по толщине покры-
покрытий на большом числе подложек. Заданная
равномерность достигается за счет эксцен-
20
120
100
80
60
40
20
\
г.
^-.—
,-—
—^
NN.
0,2 0,if 0,6 0,81 jh
0 0,1 0,4 0,6 0,8 1,0 г/Л
Рис. 7.7. Распределение конденсата паров вещества на
поверхности подложки
тричного расположения испарителя и вращения подложек [12]. В этом случае распре-
распределение толщины определяется формулой G.7), в которой /—расстояние по радиусу от
точки на плоскости подложки до центра вращения, as— расстояние по горизонтали
от испарителя до оси вращения. По расчету, приведенному в работе [25], минималь-
минимальное изменение толщины слоя на подложке, расположенной на расстоянии / = 0,5ft,
достигается с испарителем малой площади, находящимся от оси вращения подложек
на расстоянии s ~ 0,7н-0,8ft. Такое расположение подложек и испарителя можно
рассматривать как первое приближение. Для каждой конкретной системы оптималь-
оптимальное расположение испарителей и деловых деталей уточняется путем варьирования их
взаимного расположения. Если в данной схеме расположения обеспечить вращение
подложек вокруг собственной оси (планетарное, двойное вращение), неоднородность
по толщине значительно уменьшается [8]. При планетарном вращении на подложках
диаметром 25—80 мм неоднородность толщин слоев Ad/d0 будет минимальной и достиг-
достигнет 0,1-0,2 "п.
Покрытия, неравномерные по толщине, используют для асферизацни оптических
поверхностей, при создании оттенителей для^ широкоугольных объективов и др.
297

Неравномерные с центральной симметрией покрытия наносятся на вращающуюся де-
деталь через неподвижную маску с вырезом, ширина которого по зонам (...°) задается в
зависимости от требуемого распределения толщин по радиусу детали. При использо-
использовании маски (рис. 7.8) толщина слоя в центре меньше, чем на краях детали; в случае
негативного исполнения маски распределение толщин обратное. Использование масок
дает хорошие результаты для выравнивания толщин на деталях больших размеров.
Неравномерные с линейным распределением толщины покрытия наносятся на вра-
вращающуюся деталь, перед которой {перемещается маска-экран, постепенно открываю-
открывающая чистые участки поверхности подложки. Учиты-
Учитывая [зависимость плотности слоя от скорости пере-
передвижения маски, можно получить заданное рас-
распределение], толщины ,слоя иа подложке.
7.3. Нанесение покрытий
ионно-плазменным распылением
пленкообразующих материалов в вакууме
В процессе получения покрытий ионно-плаз-
менным (катодным) распылением, материал катода
(мишени) подвергается воздействию ионов, распы-
распыляется, переносится к подложке, конденсируется
на ней, образуя слой.
Распыление пленкообразующих материалов.
Положительные ионы рабочего газа, получив энер-
энергию в электрическом поле, взаимодействуют с ка-
катодом, вызывая его распыление. Процесс характе-
характеризуется коэффициентом распыления Кр, который,
являясь средней статистической величиной, определяется отношением числа выбитых
из мишени атомов к числу бомбардирующих ионов. Коэффициент Кр зависит от массы
пги и энергии Еи иона, массы атома мишени Мм, угла падения иона и состояния
поверхности мишени. Он вычисляется по формуле
к __ к тпМы Еи
Рис. 7.8. Маска для обра-
образования покрытии, неравно-
неравномерных по толщине
где Я (£п) — средняя длина свободного пробега иона в мишени, зависящая от £„;
Ki — коэффициент, характеризующий физическое состояние мишени.
Для каждой комбинации распыляемого материала и рабочего газа существует
пороговая энергия, ниже которой распыление не происходит; с увеличением энергии
иона коэффициент распыления увеличивается, а при очень больших энергиях умень-
уменьшается из-за глубокого проникновения ионов в мишень. Распыление не зависит от
температуры катода.
Скорость распыления катода ш определяется количеством материала (г), распы-
распыленного с 1 см2 в 1 с, и связана с напряжением между анодом и катодом 0, плот-
плотностью тока в разряде /, давлением рабочего газа р, расстоянием между катодом и
подложкой D. Ее возможно вычислить по формуле
где UKp — критическое напряжение, ниже которого распыление незначительно;
k2 — постоянная, зависящая от природы газа и материала катода, а также от геометрии
системы распыления. и ■ >
Выбор оптимальных параметров (напряжения U и плотности тока /) разряда,
в котором происходит катодное распыление, осуществляется по вольт-амперным и
нагрузочным (выходным) характеристикам блока питания. Точки пересечения вольт-
амперных характеристик при заданном давлении газовой смеси pi (pi > Pi> p*>
> р^ > р:,) с нагрузочной кривой определяют режим распыления (рис. 7.9).
Формирование потока частиц. При распылении около 99 % эмиттированных
частиц составляют нейтральные атомы, а приблизительно 1 % — нейтральные
молекулы и ионы. Формирование потока ;i томов при катодном распылении обеспечи-
обеспечивается выбором формы катодов и подложки, имеющих соизмеримые размеры и рас-
298
J
Рис. 7.9. Режим ионно-
плазменного распыления
материалов
положенных параллельно. Оптимальная скорость осаждения атомов на подложку
достигается за счет выбора определенного давления р, при котором ширина темного
катодного пространства D' равна расстоянию между катодом и подложкой D, и при
соблюдении соотношения
pD' = const = А
(величина А различна для разных газов и материалов катода).
Для получения оптических покрытии широко используются катоды из следующих
пленкообразующих материалов: Та, Ti, Zr, Nb, Si, ZnS, CeO2, SiO2 и др.
Конденсация пленкообразующих материалов иа
подложке. Процессы конденсации в вакууме при катод- у
ном [распылении и термическом киспаренни различны,
так как распыленные атомы^имеют энергию Е =а
i=» 5-т-10 эВ, превышающую на одип-два порядка
энергию испаренных атомов. ^Попавший на поверх-
поверхность подложки распыленный атом может остаться на
ней, быть отраженным, проникнуть в_глубь материала
и вступить в химическое взаимодействие с атомами
поверхности. Вероятность каждого из этих процессов
зависит от массы и энергии атома, угла падения,
структуры, химической активности, а также темпе-
температуры и чистоты подложки. Важным в процессе кон-
конденсации является наличие на поверхности подлож-
подложки распределенного отрицательного заряда и молекул
остаточного газа. На подложке электронами создается
отрицательный статический заряд (потенциал может достигать более 100 В). К под-
подложке направлены потоки положительных ионов остаточных газов, загрязняющих
слой; рабочего газа, способствующего десорбции; ионов распыленного материала
катода и др. Остаточные газы вызывают «загрязнения» слоя. В катодных установках
с целью снижения возможности загрязнения создают постоянный во времени поток
инертного газа при давлении 13,3—1,3 Па (диодные системы) и 0,7—0,07 Па (триод-
ные и высокочастотные системы). Содержание газа в слоях высокое. Например, при
парциальном давлении остаточных газов 1,33-10~4 Па объемная доля кислорода
в слое тантала составляет 10% . Использование высокочастотного разряда и напряже-
напряжения смещения па подложке обеспечивает уменьшение загрязнений слоя. Плотность
потока атомов на подложке при катодном распылении на порядок ниже, чем при
термическом испарении, поэтому скорость образования слоев при распыле-
распылении ниже.
Получение покрытий с равномерным распределением толщины на поверхности
подложки. Условия получения равномерного распределения толщины слоя на под-
подложке при катодном распылении и термическом испарении [5] различны. При катод-
катодном распылении неравномерность распределения конденсата по поверхности детали
определяется двумя факторами.
1. Краевым эффектом, обусловленным угловым распргделением распыленного
материала, которое зависит от угла падения иона и отличается от закона косинуса при
наклонном падении, а также локальным увеличением плотности ионного тока за счет
изменения траектории ионов около края мишени и бомбардировки ее под более
острыми углами. Краевой эффект практически полностью устраняется, если диа-
диаметры катода и детали связаны зависимостью Окат = 2£>дет-
2. Градиентом температуры по поверхности образца, связанным с неравномер-
неравномерным прогревом детали, обусловленным теплообменом между образцом и технологи-
технологической оправой. Равномерный прогрев обеспечивается в условиях изоляции детали
от металлической арматуры. . i ■ \~-
При условии распыления мишени равномерным потоком ионов распределение
конденсата на детали легко оценить по формуле
где г — расстояние от проекции центра мшнеин па плоскость подложки до заданной
точки; R — радиус мишени; D — расстояние между мишенью и подложкой.
299

Вышеприведенная формула справедлива при коэффициенте конденсации, равном
единице. Прн равномерном прогреве деталей и исключении краевого эффекта можно
снизить неравномерность распределения конденсата до 0,1 % на части поверхности
детали, характеризуемой £>Раб « 0,5£>дет, при планетарном вращении деталей.
7.4. Контроль технологических режимов и параметров слоев
в процессе формирования покрытий
В процессе формирования в вакууме тонкослойных покрытий контролируются:
вакуум, парциальные давления газов, температура и скорость вращения подложек
и т. д. Рассмотрим подробнее эти параметры.
Вакуум и парциальные давления остаточных газов. Для измерения давления
в вакуумных установках применяют термоэлектрические и ионизационные приборы
124]. Для измерения парциальных давлений используется омегатрон марки ИПДО-1
(см. табл. 7.5).
Температура подложек и испарителей. Температура подложки в процессе напы-
напыления может меняться от 150 до 600 °С. Для воспроизводимости характеристик покры-
покрытия необходима стабильность температуры ±10°С. При измерении температуры
подложки в большинстве промышленных установок используют проволочные термо-
термопары (хромель—копель) и регистрирующие (или показывающие) потенциометры
с регуляторами. К недостатку проволочных термопар относится возможность наруше-
нарушения теплового контакта между чувствительным элементом и подложкой. Поэтому
предпочтительно использовать пленочные термопары, которые могут быть нанесены
непосредственно на подложку или образец (свидетель), укрепляемый рядом с под-
подложкой. Термопарный метод используют также при измерении н регулировании тем-
температуры нагрева испарителя, которая характеризует скорость испарения. В этом
случае применяют платинородиевые термопары, так как температура нагрева испари-
испарителей может достигать более 2000 °С. Температура испарителей также может косвенно
оцениваться по потребляемой мощности. Для измерения температуры испарителя
часто используются методы пирометрии, позволяющие по радиационной, цветовой
или яркостной температурам оценить истинную температуру испарителя.
Скорость вращения подложек. Центральный и боковые образцы, на которые
наносят покрытие, вращаются с частотой 60—90 об/мин. Изменение частоты вращения
Аи в процессе нанесения слоев приводит к появлению неоднородности толщин слоев.
Применение автоматического регулирования частоты вращения двигателя [24]
обеспечивает ее постоянство в пределах Аи = ±2 % при одном обороте (при работе
в течение нескольких часов Av = ± 10 %).
Толщины и скорости нанесения слоев. Термическим напылением или катодным
распылением изготовляют тонкослойные покрытия толщиной от десятков до несколь-
нескольких сотен нанометров в диапазоне скоростей напыления (распыления) от долен до
нескольких десятых нанометров в секунду. Контроль толщины и скорости нанесения
оптических покрытий базируется на частотном и фотометрическом методах.
Частотный метод основан на регистрации изменения частоты кварцевого резона-
резонатора Д/ при увеличении его массы в процессе конденсации слоя.
По данным работы [15], взаимосвязь Л/ с массой н толщиной осажденного слоя
определяется соотношениями:
Л/ = fjmo Am; G.8)
Ad = yadjy Д/, G.9)
где Д/ — изменение резонансной частоты кристалла, вызываемой осаждением слоя,
Гц; /о — резонансная частота кристалла, Гц; Am и та — массы осажденного слоя и
кристалла, г; у и уд — плотность материала слоя и кварца, г/см3; Ad и d0 — толщины
осажденного слоя и кристалла кварца, см.
Точность определения толщины слоя связана с погрешностями измерения
Л/, /о и V-
Прибор для измерения толщины слоя состоит из двух кварцевых генераторов:
частота одного из них постоянна, частота другого, расположенного в вакуумной
камере, зависит от толщины напыляемого слоя. Разностная частота генераторов А/
усиливается и затем измеряется. Точность измерения определяется точностью при-
применяемого частотомера. Можно также измерять разностную частоту методом нулевых
300
Таблица 7.9. Характеристики
приборов с кварцевыми датчиками
биений, для чего эталонный генератор выполняется перестраивающимся по частоте.
Преимущество такого способа в постоянной цене деления шкалы частотомера и боль-
большей точности измерений. Определение толщины диэлектрических полупроводниковых
и проводящих слоев по формуле G.9) возможно при известных значениях плотности.
Поскольку эту величину определить трудно, строят экспериментальные кривые
зависимости толщины слоя от смещения частоты Д/ измерительного кварцевого гене-
генератора для различных материалов. Метод получил широкое применение благодаря
высокой точности и простоте. В табл. 7.9 указаны основные характеристики кварце-
кварцевых приборов. Максимальная суммарная толщина слоя, напыляемого па кварцевый
датчик, определяется максимальным сдвигом частоты, указанным в таблице. При
превышении данной величины чувствительность прибора падает. Существенным
недостатком данных приборов является
то, что помимо градуировки по напыля-
напыляемому материалу необходима периодиче-
периодическая чистка кварцевых датчиков. Однако
метод универсален и позволяет измерять
толщину любых по составу покрытий.
Фотометрический метод основан на
явлении интерференции света в тонких
слоях. Если показатель преломления на-
наносимого материала ниже (выше), чем у
подложки, то при монохроматическом
освещении системы подложка—слой ин-
интенсивность отраженного излучения
уменьшается и достигает минимума (мак-
(максимума) при оптической толщине слоя,
равной Я/4 (Я — длина волны падающего
излучения). При дальнейшем росте тол-
толщины слоя интенсивность отраженного света увеличивается н достигает максимума
(минимума) при оптической толщине слоя, равной Я/2. Измеряя число минимумов
(максимумов), можно определить оптическую толщину слоя по формуле
Марка
прибора
КИТ-1
КИТ-2
мэк-1
СТО-
га
г*
VO
£.?.
3 300
10 000
6 200
се-
~
5 о
VBCTBt
сть
2
22
90
к
Гц/
бру,
о.
5
6
я о а
= ои
га =• .
аксим
ВИГ
тчика
50
600
100
га
3 я
э су
If
±3
±2
±3
■""■?
га
отоме
о
5
nd = тЯ/4,
G.10)
где т — число минимумов (максимумов) отраженного света; Я — длина волны
падающего излучения; п — показатель преломления слоя.
Аналогично производится определение оптической толщины слоя при регистра-
регистрации проходящего излучения. Схема фотометра [24] на основе монохроматора ММ-1
для контроля толщин слоев в проходящем свете представлена на рис. 7.10. Свет от
источника 3, расположенного внутри вакуумной камеры 5, пройдя объектив 2,
зеркало 1, образцы 4, по которым ведется контроль толщин слоев в процессе напыле-
напыления, линзу 6 и отразившись от зеркала 7, собирается линзой 8 на входной щели 9
монохроматора 11. Излучение заданной длины волны после выходной щели 10 попа-
попадает на фотоприемник 13. Электрический сигнал от фотопрнемника регистрируется
отсчетным устройством 14 (УФ-206). В качестве приемников в этом случае исполь-
используются фотоумножители с торцевым оптическим входом типа ФЭУ-39А, ФЭУ-32,
ФЭУ-51, ФЭУ-62, ФЭУ-28, позволяющие регистрировать излучение в области длин
волн 160—1150 нм (питание на ФЭУ подается от стабилизированного выпрямителя 12).
Источником света служит кварцевая йодная лампа КИМ-9-75 или галогенная лампа
КГМ9-75. Для контроля толщин слоев в области спектра от 0,2 до 12 мкм исполь-
используются фотометры, содержащие монохроматор ММ-1, снабженный приставкой с боло-
болометром (или фотосопротивлением) н модулятором (ММ-1 представляет собой мало-
малогабаритный монохроматор со сменными дифракционными решетками, перекрываю-
перекрывающими область спектра от 0,2 до 12 мкм).
Изложенный метод контроля получил название контроля при фиксированной
длине волны. Его точность повышается при использовании устройства ЭВ-173,
содержащего дифференцирующий усилитель.
При нанесении многослойных интерференционных покрытий часто используется
фотометрический способ контроля толщин по спектральному распределению коэффи-
коэффициентов пропускания (отражения), который обладает большей точностью, чем кон-
контроль при фиксированной длине волны.
301

При этом методе проводят сравнение спектральных коэффициентов пропускания
для двух длин волн Ях и А8, связанных зависимостью
Контроль сводится к сравнению коэффициентов пропускания т». и т» причем
сигналом к прекращению процесса иаиесения очередного слоя служит достижение
заданного соотношения между тя и тх (например, тх = т, )
Рис. 7.10. Схема фотометра для контроля толщин слоев в проходящем свете
7.5. Свойства оптических покрытий
Свойства оптических покрытий определяются конструкцией интерференционных
систем, методом нанесения слоев, их природой и материалом оптической детали (под-
(подложки) [2, 19]. Контроль технологических параметров и режимов нанесения слоев
в процессе формирования покрытий обеспечивает высокую воспроизводимость
свойств покрытий. Для этого обязательно использование чистых пленкообразующих
материалов для нанесения покрытий (материалы с маркой «Предназначено для
оптических целей»); нанесение покрытий в специальных помещениях структура
запыленность и микроклимат которых удовлетворяют требованиям, предъявляемым
к специализированным участкам вакуумных тонкопленочных покрытий; проведение
чистки оптических деталей с использованием химических реагентов термообработки
и ионной бомбардировки. '
Подготовка подложек к нанесению покрытий. Подложка должна быть прозрач-
прозрачной нлн обеспечивать поглощение в заданной области спектра, химически инертной,
обладать высокой механической прочностью, выдерживать пребывание в вакууме
при повышенной температуре (часто до 300 °С) и очистку в тлеющем разряде. Кроме
того, подложка должна быть оптически однородной и допускать полирование, должна
быть совместимой с материалами покрытий (некоторые комбинации слоев и подложек
ие обеспечивают хорошей адгезии, другие дают трещины нлн из-за большой разницы
коэффициентов термического расширения разрушаются при нагреве), а также выдер-
выдерживать все условия эксплуатации и внешние воздействия. Наличие загрязнений на
подложке оказывает существенное влияние на адгезию и на свойства покрытий.
Существует множество видов загрязнений, например волокнами?нейлона и
целлюлозы, силикатами (песком, золой, пеплом), окислами, маслами, жирами, метал-
302
Метод
очистки
Химиче-
Химическая обра-
обработка:
раствори-
растворителями
растворами
щелочей
растворами
кислот
(концен-
(концентрация
и режим
обработки
опреде-
определяются эм-
эмпирически
для каж-
каждого типа
подложек)
Таблица 7.10.
Реагент
Петролейный эфир
(фракция кипения
при 40—70 °С)
Этиловый гидро-
гидролизный спнрт выс-
высшей очистки D %
Н2О)
Этиловый осушен-
осушенный спнрт B %
Н2О)
Смесь петролей-
ного эфира
с 96 %-ным спиртом
или 98%-ным.
Объемная доля эфи-
эфира 88—90 % и спир-
спирта 12—10%
КОН или NaOH
Хромовая, плави-
плавиковая, азотная кис-
кислоты, смесь хромо-
хромовой и серной кислот
Методы очистки подложек
Действие реагента
Растворяет мине-
минеральные, животные
и растительные жи-
жиры, воск, смолу
Удаляет следы
«чистых» пальцев,
растворяет мыла
Удаляет мазки
Уменьшает элек-
электризацию поверхно-
поверхности подложки; обес-
обеспечивает легкое сня-
снятие пылинок
Омыляет жиры,
снижает поверх-
поверхностное натяжение
Взаимодействует
с загрязнениями,
превращает их в бо-
более растворимые со-
соединения
Примечание
—
Плохо растворяет
минеральные масла,
животные жиры; из-
за медленного испа-
испарения воды при очи-
очистке возможно воз-
возникновение мазков
Смесь легко уле-
улетучивается. Реко-
Рекомендуется для окон-
окончательной очистки
Использование
ИМРРТ ОГПЯНИЧРНИЯ
*11*1 СС 1 \Jl U d П tl *.\Z tl xl /I
из-за недостаточной
химической стойко-
стойкости материала под-
ложкн
303

Продолжение табл. 7.10
Метод
очистки
Химическая
обработка
водой и
изопро-
ПИЛОВЫ 1
спиртом
(парооб-
(парообразным)
Термооб-
Термообработка
Ионная
обработка
(очистка
тлеющим
разрядом,
ионное
травление)
Реагент
Деионизированная
вода (желательно
наличие нейтраль-
нейтральном атмосферы)
Отжиг в вакууме
при высокой темпе-
температуре 200—300 °С
и более в зависимо-
зависимости от природы ма-
материала подложки
Электроны и ионы
Действие реагента
Удаляет осадки,
возникшие в про-
процессе предыдущей
очистки
Удаляет влагу и
поверхностно сорби-
сорбированные газы (де-
(дегазация)
Обеспечивает на-
нагрев и десорбцию
примесей, расщеп-
расщепляет органические
молекулы с образо-
образованием летучих со-
соединений. Удаляет
поверхностный слой
подложки при ион-
ионном травлении
Примечание
Вода может содер-
содержать следы органи-
органических соединений,
поэтому необходимо
удаление ее центро-
фугированием или
струей воздуха. Для
хранения подложек
применяют обеспы-
обеспыленные контейнеры
с крышкой или экси-
эксикаторы
Применение огра-
ограничено для деталей
больших размеров и
для нетермостойких
подложек
Режимы тлеющего
разряда и типы
ионов подбираются
эмпирическим путем
для каждого типа
подложек. Для сте-
стекол с высоким со-
держанием SiO24H-
стка тлеющим раз-
разрядом ведется в кис-
кислороде
лами, ионными примесями и др. Метод очистки (подготовки) подложек подбирается
эмпирическим путем, критерием правильности является процент выхода годных изде-
изделий и надежность работы покрытия. Очистка предполагает разрыв адсорбционных
связен между подложкой и загрязнениями без нарушения поверхности подложки.
Она может осуществляться посредством механической обработки, химических реак-
реакций, термообработки и ионной бомбардировки. В табл. 7.10 приведено сравнение
различных методов очистки поверхности подложек.
Подготовка пленкообразующих материалов для иа 'есеиия покрытий. Материалы,
используемые для нанесения покрытий, должны обеспечивать прозрачность или
поглощение в заданной области спектра, высокую химическую устойчивость и ме-
механическую прочность, хорошую адгезию к подложке и слоям из других материалов,
постоянство оптических свойств при изменении температуры, влажности воздуха
и других факторов, возможность вакуумного осаждения в виде тонких слоев с вос-
воспроизводимыми свойствами. Подготовка материалов к нанесению покрытий преду-
предусматривает процессы прокаливания, обезгаживания и таблетирования в соответствии
с ТУ на материалы для оптических целей.
Характеристики исходных (массивных) материалов и тонких слоев представ-
представлены в табл. 7.11.
Оптические свойства однослойных покрытий. Одпослоппыи прозрачные покры-
покрытия, имеющие геометрическую толщину d2 и показатель преломления п2, обеспечи-
304
вают экстремальные значения коэффициента отражения [3], определяемые следу-
следующими соотношениями:
Л2
для Я =
2ft+1 '
/Я» — Я, \2
= ( ~г~ для Я =
где n3, /ij и «! - показатели преломления подложки, слоя и окружающей среды;
ft = б, 1, 2, 3
Спектральные коэффициенты отражения однослойного покрытия р зависят от
оптической толщины n2d2 и френелевских коэффициентов отражения на границах
раздела сред — р12 и р23. Зависимость р от фазового угла 4ял2Л,/Я для стекла К8
представлена на рис. 7.11.
Однослойные непрозрачные покрытия, имеющие геометрические толщины d2 $
§ d0 (d0 — толщина, при которой свойства слоев и массивных веществ близки)
и комплексный показатель преломле-
р
ния п — Ik, обеспечивают в воздухе
(n1=l) коэффициенты отражения, опре-
деляемые следующими соотношениями:
(»2 + £2J — 1 .
q)x %
но
60
40
20
0
/—
/
Ps
ГЗ
——■»_
Л
0,2 0,6
где ст— проводимость; е — диэлектри-
диэлектрическая проницаемость; v — частота
электромагнитного излучения.
Рис. 7.11. Зависимость
коэффициента отражения
однослойного покрытия от
параметров слоя диэлектрика
/ Л,мим
so
70
5С
J0
W
0,2 0,6 1,0 J,0 5,0 Л,мкм 15,0
Рис. 7.12. Коэффициенты отражения
и пропускания покрытий из металлов
/
/ i
}
«/
г
=
^2
BE
==
Спектральные коэффициенты пропусканиях и отражения рв области длин
волн 0,2—15 мкм представлены на рис. 7.12 для слоев А1, когда dt < da при раз-
различных значениях интегрального отражения р,- в белом свете (рис. 7.12, а);
А1, когда d2 > d0 (рис. 7.12, б); Ag, Au, Pt, когда d2 > dg (рис. 7.12, в, кривые 1,
2, 3 относятся к Ag, Au, Pt соответственно).
Оптические свойства многослойных покрытий. Фильтрующие покрытия или
интерференционные фильтры (ИФ) [13, 14, 22, 24, 28] представляют собой много-
многослойные системы диэлектрических слоев (с чередующимися высоким и низким
305

306
п п
1
-
-
!
7
fS
Пленкообразую-
Пленкообразующие материалы
Алюминии А1
Золото Ли
Медь Си
Никель Ni
Палладии Pd
Платина Pt
Серебро Ag
Хром Сг
Т а бл
Плот-
Плотность,
г/см3
2,7
19,3
8,9
8,9
12
21,5
10,5
7,0
ица 7.11. Характеристики
Температура
'пл _ „с
'уел
660
1220
1063
1400
1084
1260
1450
1530
1550
1460
1770
2100
961
ИЗО
1900
1400
исходных материалов
Материал испарителя
конструкции
лодочка
W
W, Мо
W, Мо, Та
W, воль-
вольфрамовая
фольга,
покрытая
окисью
алюминия
—
Мо, Та, W
W, Та
тигель
BN
Мо, С
Мо, С,
А12О3
Туго-
Тугоплавкие
окислы
А12О3
ThO2, ZrO2
Мо, С
эли •
+
+
+
+
+
+
+
+
и тонких слоев
Примечание
Смачивает материалы испарителя; об-
образует сплавы с вольфрамом; реагирует
с графитом. Предпочтительны тигли
из нитридов
Реагирует с танталом, смачивает воль-
вольфрам, молибден
Практически не взаимодействует с ту-
тугоплавкими материалами
Образует сплавы с тугоплавкими ме-
металлами; предпочтительно ЭЛИ
Образует спл;в с тугоплавкими ме-
металлами; возможна сублимация
Образует сплавы с тугоплавкими ме-
металлами; предпочтительно ЭЛИ
Не смачивает вольфрам. Наиболее
долговечны тигли из молибдена
Предпочтительно ЭЛИ
9
10
11
II Г.
12
13
14
Кадмий Cd
Титан Ti
Родин Rh
Пленкообразую-
Пленкообразующие материалы
Кремний Si
Германий Ge
Окись алюми-
алюминия А12О3
8,6
4,5
12,4
Н
и
с
С Р,
2,4
5,4
3,97
321
205
1700
50
1906
ТЮ4(Г
Темпе-
Температура
'>сл '
Н10
Т35(Г
940
ТШ
2030
1800
W, Мо, Та
W. Та
Окислы
С, ThO2
Т1Ю2, ZrO2
Матери;!.i испар 1теля
кои с грукцпи
лодочка
W, Мо, Та
тигель
BeO, ZrO2,
ThO2, С
W, С,
А12О3
—
+
+
+
ЭЛИ
+
+
+
Сублимируется; осаждение на стенки
приводит в негодность вакуумную си-
систему
Вступает в реакцию с тугоплавкими
металлами. Предпочтительно ЭЛИ
Предпочтительно ЭЛИ
Показатель
прелого
ел
лен и я
эя
3,3
4
1,61—1,65
G"подл ~
= 300 °С)
Область
спектра
?ч—л2, мкм
h> 1-3
0,20 7
Примечание
Тигли разру-
разрушаются расплав-
расплавленным кремнием;
наиболее чистые
слои при ЭЛИ
Смачивает туго-
тугоплавкие металлы;
растворимость
в вольфраме пло-
плохая
МСП: А1, О,
А1О, О2, А1.2О,
(А1ОJ

Продолжение табл. 7.11
.V:
II П
15
16
17
18
19
20
Пленкообразую-
Пленкообразующие материалы
Двуокись крем-
кремния SiO2
Двуокись цир-
циркония ZrO2
Двуокись церия
СеО2
Двуокись тита-
титана TiO2
Моноокись ти-
титана TiO
Моноокись
кремния SiO
л
н
с
О
\\
с L-
2,2
5,9
7,13
4,17
4,9
2,1
Темпе-
Температура
'пл оГ
• угл
1730
1200
2700
2000
2600
1600
1640
1750
1800
1705
1080
Материал испарителя
конструкции
лодочка
—
W
—
W
Мо, Та
тигель
А12О3
—
эли
+
+
+
+
+
—
Показатель
преломления
слоя
1,45—1,46
1,95—2,05
(Т'подл —
= 200 °С)
1,8
(Т'подл =
= 20 °С)
2,4
(Т'подл =
= 350 °С)
2,4
(Тпоцл —
- 250 °С;
Ро2 =
= 3-Ю Па)
1,49—1,9
Область
спектра
Xi—Яг, мкм
0,20 8
0,35—7
0,4—16
0,35 12
0,8—8
Примечай не
МСП: SiO, O2
МСП: ZrO, O2
Предпочтитель-
Предпочтительно ЭЛИ
МСП: TiO, Ti,
ТЮ2
Показатель пре-
преломления зависит
от скорости испа-
испарения и давления
кислорода
СО
8
[
21
22
23
24
25
2б'
27
Окись магния
МрО
Трехокись мо-
молибдена МоО3
Трехокись воль-
вольфрама WO3
Окись неодима
Nd2O3
Окись иттрия
Y2O3
Окись лантана
La2O8
Окись индия
1п2О3
3,6
4,1
7,16
7,24
4,84
6,51
—
2800
1560
795
610
1473
1140
2272
1900
2410
2400
2250
2300
—
Mo, Pt
Mo, Pt
W
W
Pt
А12О3
—
А12О3
+
—
+
+
+
1,7
2,07
('подл =
= 250 °С)
1,83
('подл =
= 20 °С)
1,68
1,77
(Т'подл —
= 20 °С)
1,88
(Т'подл =
= 300 °С)
1,7
(^подл =
= 20°С)
1,86
('подл =
= 350 °С)
1,76
(Т'подл =
= 20 °С)
1,75
0,25-8,5
Ях > 0,36
Ях > 0,36
^i > 0,24
Я > 0,26
Я^О.26
*!>0,4
МСП: MgO, Mg,
О2, О
МСП: МоО3,
МоО2
МСП: WO3, WO2
—
МСП: In, O2,
1п2О

Продолжение табл. 7.11
1
.Vj
II п
28
29
30
31
32
33
34
35
1
Пленкообразую-
Пленкообразующие материалы
Двуокись олова
SriQs
Двуокись тория
ТЮ2
Окись висмута
Bi2O3
Окись самария
Sm2O3
Окись европия
Еи2О3
Окись гадоли-
гадолиния Gd2O3
Окись диспро-
диспрозия Dy2O3
Окись гольмия
Но2О3
1
А
Н
О
О
^ о
Си
—
9,86
8,9
1
Темпе-
Температура
'уел
--
Зб50
300
820
800
2350
2050
2340
2340
2365
Материал испарителя
конструкции
лодочка
W
Pt, Mo
тигель
SiO2
1
1
эли
+
+
—
+
+
+
+
+
1
Показатель
преломления
слоя
>1,85
1,86
('подл =
= 200 °С)
1,97
2,03
2,03
1,83
1,91
2,00
1
Область
спектра
%1 — к2. мкм
h > 0,4
0,25—2
>Ч> 0,35
\ > 0,3
>Ч> 0,3
>Ч> 0,34
1.х > 0,28
>Ч > 0,25
Примечание
МСП: SnO, O2
Радиоактивен
36
37
38
39
41
42
43
Окись эрбия
Ег2О3
Окись туллия
Ти2О3
Окись иттербия
Yb2O3
Окись лютеция
Lu2O3
Двуокись гаф-
гафния НЮо
Окись скандия
Sc2O3
Сернистый цинк
ZnS
Сернистый
кадмий CdS
4,8
2290
2390
2346
2465
2777
2470
1850
970
1405
680
Mo, Та
W, Mo, Та
1,95
1,91
1,92
2,02
1,87—2,0
(Тподл =
= 20 °С)
1,94
(Уподл =
= 30 0 °С)
1,78
W подл ==
= 20 °С)
1,96
дл
= 350 °С)
2,3
2,5
0,25
0,29
0,28
> 0,23
> 0,24
> 0,22
0,39—14,1
0,6—7
Сублимируется

to
to
Продолжение табл. 7.11
V:
Ii П
44
45
46
47
48
49
50
51
52
Пленкообразую-
Пленкообразующие материалы
Сернистая сурь-
сурьма Sb2S3
Теллуристый
свинец РЬТе
Теллуристый
кадмий CdTe
Теллуристый
циик ZnTe
Селенистый
кадмий CdSe
Селенистый
цинк ZnSe
Фтористый ма-
магний MgF2
фтористый
стронций SrF;
Фтористый це-
церий CeF3
Плотность,
г/см3
4,1
8,2
5,8
6,3
5,8
5,4
3,1
—
6,2
Темпе-
Температура
'уел
550
300
917
1100
1042
900
1238
800
1350
200
1526
500
1263
ИЗО
—
1460
1260
Материал испарителя
конструкции
лодочка
Мо, Та
Мо, Та, W
тигель
—
W
эли
—
Нет
дан-
данных
—
+
—
+
Показатель
преломления
слоя
3
5
3,05
5,3
2,4
2,58
1,38
1,43
1,63
Область
спектра
Xi — к2, мкм
0,5—1,0
4—20
0,9—15
0,75—25
0,6—15
0,21—10
?ц > 0,85
0,30—5
Примечание
МСП: MgF2,
(MgF2J, (MgF2K
со
СО
1
53
54
55
56
57
58
59
00
61
62
СЛОЯ1»
Фтористый
иттрий YF3
Криолит
Na3AlFe
Фтористый
кальций CaF2
фтористый нео-
неодим NdF3
Фтористый лан-
лантан LaF3
фтористый сви-
свинец PbF2
Фтористый то-
торий ThF4
Фтористый ли-
литий LiF
фтористый на-
натрий NaF
Фтористый ба-
барий BaF2
2,9
3,2
6,5
6,0
8,2
6,3
2,64
2,85
4,83
1136
—
1000
860
1360
—
1410
1300
1750
1200
855
Too"
1110
950
870
870
988
1280
—
Мо, W
Мо, Та
Мо, Та
Мо, Та, W
Мо, Та, W
Мо, W, Pt
Мо, Та
Мо, Та, W
Мо, Та
W
—
Окислы
+
+
+
+
+
+
—
+
.,;:..,-vY>. ад. я,4<-*
1,54—1,56
1,35
1,23—1,46
1,61
1,59
1,75
1,52
1,31 1,30
1,29—1,30
1,38—1,4
h > 0,3
0,20 14
0,15—12
0,25-2
0,22 2
0,25—17
0,25 12
0,11—7
0,25—14
0,22—9
• ■ - ■ -'
—
Ра, неактивен
Гигроскопичны
—
Примечания: 1. Плюс ( + ) в графе означает возможность электронно-лучевого испарения материала. 2. В области спектра
, прозрачность 0,8 < Пл ^ 1, где П\ определяется коэффициентами пропускания т и отражения р на заданной длине волны к,
'т,/A — р.). 3. МСП—молекулярный состав пара. 4. Приведенные в таблице данные по пленкообразующим материалам и тонким
изложены в работах [2, 6, 7, 10, 24, 25].
* ЭЛИ — электронно-лучевое i
испарение.

показателями преломления пв и ян) или металлических и диэлектрических. В зависи-
зависимости от структуры многослойной системы спектр пропускания, определяемый много-
многолучевой интерференцией, содержит полосы прозрачности различной ширины и формы.
Варьируя показателями преломления, толщинами, числом и порядком чередования
слоев, можно изменять форму спектральной кривой пропускания и ее положение
в спектре. В зависимости от формы спектральной кривой и назначения ИФ разделяют
на отрезающие, полосовые и узкополосные. Отрезающие фильтры пропускают излу-
излучение в спектральном диапазоне, ограниченном со стороны коротких длин волн.
Полосовые и узкополосные — про-
пропускают излучение в спектральном
диапазоне, ограниченном со стороны
коротких и длинных воли, и отли-
отличаются шириной области пропускания.
На рис. 7.13 представлены спектраль-
спектральные кривые пропускания интерферен-
интерференционных отрезающих (рис. 7.13, а),
полосовых (рис. 7.13, б) и узкополос-
узкополосных фильтров (рис. 7.13, б) и приве-
приведены обозначения основных характе-
характеристик фильтров: среднего тср и мак-
максимального тШах коэффициентов про-
пропускания, полуширины АА„,5, т. е.
ширины полосы пропускания на
уровне т = 0,5тср (или т =0,5тшах);
ширины полосы пропускания ДЯод
на уровне т=0,1тСр (или т =
= 0,1тшах); фона тф, т. е. коэффи-
коэффициента пропускания в нерабочем диа-
диапазоне длин волн; длин волн Якп и Ядп,
соответствующих пропусканию т =
= 0,1трР на вторичных коротковол-
коротковолновой и длинноволновой полосах про-
пропускания; крутизны коротковолнового
фронта пропускания фильтра kp =
— Ягр/Як, где Як — длина волны, на
которой коэффициент пропускания
т = 0,6тср; Ягр — коротковолновая
граница пропускания, на которой
коэффициент пропускания т = 0,1тср.
Состав и основные характеристики
фильтров приведены в табл. 7.12—7.16.
Отражающие покрытия разде-
разделяют на светоделительные (свето-
(светоделители) и зеркальные (зеркала).
Светоделительные покрытия яв-
являются частично отражающими про-
прозрачными покрытиями и обладают коэффициентом пропускания при длине волны
Ят = 100—(р+а)=^0.
Интерференционные светоделители представляют собой многослойную систему
чередующихся диэлектрических слоев с высоким и низким показателями преломле-
преломления имеющими оптическую толщину, равную Я/4, и коэффициент поглощения a = 0.
Металлические светоделители (нейтральиые ослабители) состоят из одного слоя ме-
металла, коэффициент поглощения которого а=^0, или двух слоев: металла и ди-
диэлектрика. Коэффициенты отражения диэлектрических светоделителей приведены
в табл. 7.17.
Зеркальные покрытия разделяют на металлические, металл-диэлектрические и
диэлектрические. Металлические и металл-диэлектрические покрытия состоят из
непрозрачных слоев металла; металла и диэлектриков, а диэлектрические зеркала
состоят из чередующихся прозрачных слоев с высоким и низким показателями пре-
преломления, обладающих оптическими толщинами, равными Я0/4. Максимальный
коэффициент отражения диэлектрических зеркал ргаах > 99 %, а у металлических
314
Рис. 7.13. Коэффициенты пропускания
интерференционных фильтров: отрезаю-
отрезающего, полосового и узкополосного
Таб
Фильтры
Отрезаю-
Отрезающие:
элемен-
элементарные
набор эле-
элементарных
Полосовые:
первого
типа — П1
второго
типа - П2
третьего
типа — ПЗ
Узко-
полосные:
элемен-
элементарные
диэлектри-
диэлектрические
лица 7.12. Классификация интерференционных фильтров
Структура фильтров
Состоят пз чередующихся слоев с высо-
высоким и низким показателями преломления пв
и лн, которые имеют оптическую толщину,
равную Я0/4. Крайние слои обладают вы-
высоким показателем преломления и оптиче-
оптической толщиной, равной Я0/8. Структура
фильтра 0,5ВНВН ... ВН0,5В
Состоят из нескольких (i) с различными
длинами волн Ящ; элементарных фильтров,
которые соединены согласующими слоями,
имеющими низкий показатель преломления
и оптическую толщину, равную (Яо; +
+ ^о i+i)/8. Структура набора фильтров
0,5ВНВ ... ВН0.5В (Н) 0.5ВНВ ... ВН0,5В
Состоят из чередующихся слоев с высоким
и низким показателями преломления пв
и лн, которые имеют оптическую толщину,
равную Яо/4. Последний слой обладает низ-
низким показателем преломления и оптической
толщиной, равной Ящ/8. Структура фильтра
ВНВ ... НВ0,5Н
Состоят из чередующихся слоев с высоким
и низким показателями преломления пв
и ян, которые имеют оптическую толщину,
равную Я0/2 и Яо/4. Крайние слои имеют
высокий показатель преломления. Струк-
Структура фильтра 2ВН2В ... 2ВН2В
Состоят из чередующихся слоев с высоким
и низким показателями преломления пв
и пя, соотношение оптических толщин ко-
которых 3:1. Структура фильтра
1,5В0,5Н1,5В ... 1,5В0,5Н1,5В
Состоят из чередующихся слоев с высоким
и низким показателями преломления пв
и пн, которые имеют оптические толщины,
равные Я0/4. Оптическая толщина среднего
слоя равна йЯшах/2, где k= 1,2,3 ...
Крайние слои имеют высокий показатель
преломления; средний слой в зависимости
от общего числа слоев может иметь высокий
или низкий показатель преломления. Струк-
Структура фильтра ВНВ ... /г2В ... ВНВ или
ВНВ ... 62Н ... ВНВ
Примечание
—
Расширяет об-
область длин волн,
в которой пропуска-
пропускание минимальное
Относительная по-
лvшиpина фильтра
АЯ05/Яср> 0,25
Относительная по-
полуширина фильтра
ЛХоУХшах < °'25-
В 'зависимости от
значения k фильтр
называется филь-
фильтром 1-го, 2-го по-
порядка и т. д.
315

Продолжение табл. 7.12
Фильтры
элемен-
элементарные
металл-
диэлек-
диэлектрические
Составные
или кон-
контрастные
Структура фильтров
Состоят из трех слоев: металла, диэлек-
диэлектрика и металла. Слои металла частично
прозрачны, средний слой — диэлектриче-
диэлектрический имеет оптическую толщину, равную
k^mas'2. Структура фильтра МДМ
Состоят из нескольких идентичных эле-
элементарных узкополосных фильтров, кото-
которые соединены между собой слоем с низ-
низким показателем преломления, имеющим
оптическую толщину, равную Хшах/4
Примечание
Относительная по-
полуширина фильтра
ДХмЛтах < 0,25.
В зависимости от
значения k фильтр
называется фильт-
фильтром 1-го, 2-го по-
порядка и т. д.
Для контрастных
фильтров характер-
характерна П-образная по-
полоса пропускания.
В контрастных узко-
узкополосных фильтрах
^шах заменяется на
Примечание. Символами В и Н обозначены слон с высоким и низким
показателями преломления, имеющие оптические толщины, равные Я.,/4. Коэффи-
Коэффициент перед В или Н определяет оптическую толщину, например: 0,5В —слой
с высоким показателем преломления, оптическая толщина которого равна 0,5Л0/4 =
= Я../8.
o
4hcj
слое
11
13
11
13
11
11
13
13
15
15
11
11
13
13
11
13
11
13
17
19
21
Таблица
Материал
слоев
Сульфиды,
фториды
Полупро-
Полупроводники,
фториды
Окислы
Примечани
'.13. Основные характеристики отрезающих фильтров
Hi
РИ
ИЭ
мкм
0,4—1,5
0,4—1,5
0,7—1,5
0,7—1,5
1—7
7—12
1—7
7—12
1—7
7—12
3-7
7—10
3-7
7—10
2—6
2—6
2—10
2—10
0,43—0,9
V
МКМ
2,5
2,5
2,5
2,5
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
8
8
20
20
2,5
и
*Р
0,92
0,95
0,92
0,95
0,93
0,93
0,95
0,95
0,97
0,97
0,95
0 95
0,97
0,97
0,95
0,96
0,95
0,96
0,96—
0,97
0,97
0,98
^-кп
0,75
0,75
0,75
0,75
0,68
0,68
0,66
0,66
0,65
0,65
0,52
0,52
0,52
0.52
0,61
0,6
0,57
0,55
0,74
тср. %•
не менее
80—85
80—85
80—85
80—85
90—80
80-65
90—80
80—65
85—75
75—60
85—80
80—60
85—75
75—55
85—80
85—80
80—65
80—60
85
е. РИ и ИЭ — резистивние и электроннолучевое исп^р
*ф. %.
не более
1
1
1
1
1
1
0,5
0,5
0,1
.0,1
0,5
0,5
0,1
0,1
1
0,5
0,5
0,1
0,5
0,2
0,1
"■ние.
1
Тип филь-
фильтра
П2
П1
П2
П1
П2
ПЗ
П1
П2
П1
П1
1
Число слоев
11
12
13
14
11
11
12
13
14
14
16
а б л и ц а
Мате-
Материал
слоев
Суль-
Сульфиды
фториды
Окислы
7.14.
М«тод по-
получения
РИ
ИЭ
Основные
>-ср.
мкм
0,5-1,2
0,5-1,2
0,5—1,2
0,5-1,2
1,2—10
1,2—10
1,2—10
1,2—10
1,2—10
0,5—1,0
0,5—1,0
характеристики полосовых фильтров
тср'
%
70—85
75—85
70—80
75—80
75—80
70—80
80—85
75—80
75—80
80
Л\,,5
Vp
0,42
0,80
0,44
0,76
0,38
0,31
0,74
0,36
0,70
0,87—
0,88
0,88—
0,89
'■ср
0,48
0,85
0,5
0,81
0,43
0,37
0,79
0,41
0,75
—
^-кп
'■ср
0,64
—
0,6
—
0,68
0,72
0,56
0,70
0,55
—
*"ДП
1,66
1,92
1,65
1,92
1,77
1,66
2,2
1,77
2,20
1,1 — 1,2
1,12—
1,14
й>
X
Й
О)
О)
1,5
1,5
1,5
1
1
1
1,5
1
1,5
1
0,5
316
покрытий определяется природой слоя (см. рис. 7.12). Для диэлектрических зеркал
максимальные коэффициенты отражения и ширина спектральной области, в которой
коэффициент отражения составляет р > (Ртах — 1), зависят от соотношения показа-
показателей преломления и числа слоев. Эта зависимость представлена в табл. 7.18.
Коэффициенты отражения и пропускания многослойных зеркальных и свето-
делительных покрытий представлены на рис. 7.14. Кривые /, 2, 3, 4 (рис. 7.14, а)
определяют коэффициенты отражения для девяти-,пяти-.трех- и однослойного покры-
покрытий с чередующимися высоким (яв«2,3) и низким (ян«1,38) показателями преломле-
преломления; кривые 5, 7, 8, 9 (рис. 7.14, б) определяют коэффициенты отражения для девят-
девятнадцати-, девяти-, пяти- и трехслойных покрытий с чередующимися высоким (яв ~
« 2,1) и низким (ян » 1,45) показателями преломления; кривая 6 определяет коэф-
коэффициенты отражения для девятислойных покрытий с чередующимися высоким
(яв «2,7) и низким (ян я= 1,45) показателями преломления. На оси абсцисс отло-
отложены значения Х/Хо, где Хо — длина волны, на которую рассчитано покрытие.
Поляризующие покрытия (интерференционные поляризаторы) предназначены
для получения линейно-поляризованного света. Представляют собой многослойные
диэлектрические покрытия иа основе окислов или сульфидов и фторидов, нанесен-
нанесенных на гипотенузную грань призмы, склеиваемой с аналогичной призмой без по-
покрытия, или нанесенных на поверхность стеклянной пластины [20]. Интерферен-
Интерференционные покрытия состоят из чередующихся слоев с высоким и низким показателями
преломления, имеющих оптические толщины, равные четверти длины волны в на-
направлении распространения излучения. Излучение, падающее па гипотенузную
поверхность или на стеклянную пластину с многослойным покрытием, разделяетси
на отраженное и проходящее, которые поляризованы во взаимно перпендикулярных
плоскостях. Ширина спектральной области ДХ с высокой степенью поляризации за-
зависит от числа и показателей преломления слоев (пв и ян). Область высокой степени
поляризации можно расширить, нанося на гипотенузные грани призмы покрытия
Для длин волн Хо и \'о, связанных соотношением л', = Хо -f- AX.
Выбор показателей и углов призм и спектральные характеристики интерферен-
интерференционных поляризаторов приведены в табл. 7.19.
317

ШШщШ^^^^ ■■
* St
о. cs
"•§■
1
1
2
1
2
1
1
1
3
1
1
S3
о
Ч
О
ч
о
V
3
23
23
27
29
3
15
23
23
27
19
1
Мате-
Материал
слоен
.Металл,
диэлек-
диэлектрик
Фто-
Фториды,
суль-
сульфиды
.Металл,
диэлек-
диэлектрик
\
Т
>.
О
с
< к
ц
РИ
а 6 л и ц а 7.
Л ГП е'1 \'
МКМ
0.20—0,33
О.'.'Н— 0,33
0,25-0,35
0,25—0,35
0,23-0,35
0,30—0,40
0,35—1,0
0,23-0,3
0,22—0,3
,22—0,3
0,22—0,3
0,3—0,5
.5. Основные характеристики узкополосных
т. %
15—30
20- 30
50- 75
50- 70
50- - 65
35
20-50
60—70
60—70
60—70
60—70
60—70
U> 5
max
0,05—0,15
0,05—0,15
0,01
0,008
0,0055
0,004
0,02—0,06
0,015
0,010
0,006
0,0065
0,015
'"шах
0,15—0,45
0,15—0,45
0,4
0,3
0,25
0,012
0,06—0,2
0,045
0,02
0,015
0,015
0,06
Л,
'■max
0,9
—
фильтров
Л,
max
—
1,15
1,15
1,15
1,10
—
Тф. /о
1
0,05
1,5
1,5
1,5
1
0,01—0,5
1
1
1
1
0,5
Примечап не
Фильтры 1-го и
2-го порядков склеи-
склеиваются с цветными
стеклами типа
Фильтры неста-
нестабильны, необходима
герметизация. По-
Побочные максимумы
срезаются цветным
стеклом
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
о
1
о
1
1
1
1
1
3
гт
27
19
23
23
27
27
23
27
23
11
11
13
13
13
15
17
9
11
13
9
1 ^
Окислы
Суль-
Сульфиды,
фториды
Примечание.
у*
ИП
РП
0,3—0,45
0,3—0,45
0,45—0,8
0,45-0,8
0,45—0,8
0,45-0,8
0,4-0,8
0,8—1,1
0,8 — 1,1
1,1-1,5
0,40—0,10
0,40—1,0
0,40—1,3
0,40-1,3
0,40—1,3
0,40—1,3
0,40—1,3
1,1 — 10
1,1—10
1,1 — 10
1,1—6,0
60—70
60—70
70-80
60—70
60—70
50—60
55—05
60—70
60-70
70- ЬО
90
90
85
80
80
80
80
85—70
80-65
80—65
70—75
0,0025
0,0040
0,0045
0,0035
0,0030
0,0025
0,0050
0,0060
0,0040
0,0060
0,017—0,020
0,015—0,018
0.012—0,015
0,010—0,013
0.07—0,01
0.007—0,008
0,0045—0,006
0,03
0,02
0,013
0,010
ИП — нонно-плазмениое (катодное) распыление.
0,01
0,01
0,010
0,010
0,01
0,008
0,015
0,020
0,015
0,015
0,075
0,05—0,06
0,040-0,05
0,33—0,043
0,23—0,033
0,022—0,025
0,015-0,020
0,09
0,06
0,033
0,025
—
0,08
0,83
0,84
0,85
0,86
0,84
0,84
0,78
0,78
0,77
0,85
—
1,26
1,25
1,25
1,24
1,23
1,25
1,25
1,47
1,47
1,5
1,28
0,1
0,1
0.5
0,1
0,1
0,1
0,1
0,5
0.1
0,5
1,5
1,5
1.0
1,0
1,0
0,7
0,5
2,0
1,5
1,0
1,5
Фильтры абсо-
абсолютно стабильны
Фильтры неста-
нестабильны, необходима
герметизация

Таблица 7.16. Основные характеристики составных фильтров
Продолжение Табл. 7.17
Число ЭФ
2
2
2
2
3
5
2
2
3
2
4
Число слоев
в ЭФ
< 3
11
15
19
11
19
19
11
11
15
15
Мате -
риал
слоев
Металл-
диэлек-
диэлектрик
Суль-
Сульфиды
и фто-
фториды
?.Ср, мкм
0,22--0,33
0,42—1,2
0,42—1,2
0,42—1,2
0,42—1,2
0,42—1,2
0,42—1,2
1,1—10
1,1 — 10
1,1—10
1,1—10
*ср- %
20
75—85
75—85
75—80
80—85
80—85
75—80
80—70
75—70
80—70
70—60
Д?'0,5
*ср
0,05—
0,15
0,084
0,06
0,038
0,19
0,2
0,038
0,07
0,15
0,05
0,18
■"■0,1
0,15—
0,45
0,145
0,12
0,06
0,23
0,23
0,06
0,14
0,24
0 09
0,25
'•кп
—
0,8
0,8
0,85
0,7
0,77
0,85
0.77
0.74
0,78
0,79
^"ДП
—
1,3
,36
,3
,42
,45
,3
,49
.5
,45
,49
1 —
0,05
1,5
1
1
2,5
1
1
2
2,5
1
1
Примечания: 1. ЗФ — элементарный фильтр. 2. Метод получения слоев —
резистнвное испарение.
т
■ Число
слоев
3
5
7
9
3
5
7
1
3
5
7
9
11
13
15
2
4
6
8
10
12
а б л и ц а
Мате -
риалы
слоев
f
Суль-
Сульфиды,
фториды
Окислы
7.17. Основные характеристики
« у
£ =*-
С § t
< ~ г
РИ
ип
иэ
Спектраль-
Спектральная область
применения,
м к м
0,4—1.5
0,4—1,5
0,4—1,5
0,4—1,5
1,5—5,0
1,5—5,0
1,5-5,0
0,4-1,5
0,3—3
Г) 0/
"max- '«
65
85
93
97
80
91
98
24—27
48—52
68—72
80—85
89—92
94—96
97—98
98—98,5
27
58
80
91
96
97,5
:ветоделительных покрытии
Примечание
При изменении толщины
последнего слоя возможно
получить светоделители с за-
заданным значением р/х'
Светоделители, получае-
получаемые электронно-лучевым ис-
испарением, содержат защит-
защитный слой. Слои с высоким по-
показателем преломления пв >■
>2,1
320
Число
слоев
1
3
5
7
9
11
13
15
17
Мате-
Материалы
слоев
Окислы
е- 1
иэ
Спектраль-
Спектральная область
применения,
мкм
0,3—3
^тах' %
20—23
40—48
60—67
74-83
84—90
90—94
94—97
97—98,5
98-99,2
Примечание
Слои с высоким показате-
показателем преломления пв кз 1,9
Таблица 7.18. Основные характеристики зеркальных покрытий
Число
слоев
13
15
11
21
15
17
19
13
21
17
14
23
Материал
слоевг
Сульфиды,
фториды
Окислы
Метод
полу-
получения
РИ
ип
иэ
Спектраль-
Спектральная область
применения,
мкм
0,5—1,5
0 5—1 5
1,2—5
0,22—0,30
0,24—0,30
0,30—0,45
0,40—0,80
0,45—0,80
0,8-1.5
1,1—1,5
0,4—1,5
Максимальный
коэффициент
отражения
Ртах. %
99
99,5
99,5
99
99
99
99—99,5
99
99
99
99
99,6
Относительная
ширина области
спектра ДАДо
0,25
0,27
0,32
0,1
0,14
0,14
0,15
0,18
0 15
0,17
0,2
0,15
Примечание. В области спектра ДА коэффициент отражения р 5» (Pmax ~ О %■
Просветляющие покрытия уменьшают отражение светового потока от поверх-
поверхности оптической детали. Широко используются двух-, трех-, пяти- и шестислойные
просветляющие покрытия, снижающие отражение вблизи заданной длины волны
или в широкой области спектра [27]. Состав и основные характеристики просветля*
ющих покрытий приведены в табл. 7.20 и 7.21. На рис. 7.15, а—е представлены козф"
фициенты отражения Следующих видов просветляющих покрытий: однослойных
(л2 = 1,38) на стекле с п3 — 1,75 (кривая 6); двухслойных (п2 = 1,45 и п3 = 1,9)
на стеклах с л4 = 1,52, /г4 = 1,75, /г4 = 1,67 (кривые 1, 7, 8); трехслойных на стек-
стеклах с п = 1,58 и п = 1,52 (кривые 2 и 3); пятислойных на стеклах с п = 1,69 и
п = 1,61 (кривые 4 и 5).
Светопоглощающиг покрытия применяются йри создании приемников радиации,
преобразователей солнечной энергии и в светозащитных устройствах оптических
приборов (диафрагмах светозащитных бленд, высокоточных шкалах и сетках).
Кузнецов С. М. и др.
321

Таблица 7.19. Основные характеристики поляризующих покрытий
20
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Я/Л
5)р,%
20
0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 Х/Л.о
Рис. 7.14. Коэффициенты отражения и пропускания многослой-
многослойных зеркальных н светоделительных покрытий
Поляри-
Поляризаторы
Прнз-
менные
Пла-
стинча-
стинчатые
Материал
и число
слоев N
Сульфиды,
фториды,
N= 15
Сульфиды,
фториды,
N = 30
Окислы,
ЛГ> 19
Параметры
призм
(пластины)
©■
£
>>
45° 10'
45°
45° 10'
45°
50—60°
Показатель
преломле-
преломления
1,67
1,64
1,68
1,64
1,52
Степень поляри-
поляризации, %
>99
Пропускание р-со-
ставляющей в об-
области Д^., %
86
~90
>99
о
<
0,5
0,6
1
0,02
Область
применения
Видимая об-
область спектра
В видимой и
ближней инфра-
инфракрасной областях
спектра
Работают на ла-
лазерных длинах
волн
а)р,%
2,0-
1,5
1,0
0,5
\
\
/
/
0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 Л,мнм
%
1,0
0,5
V
J
г
——•*■
Ш ОМ 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70Л.шм
\Ч0 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 Л.шм
0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 Л.мнм
Рис. 7.15. Коэффициенты отражения просветляющих по-
покрытий
322
11"
323

Таблица 7.20. Просветляющие покрытия
L
Подложка
Марка
стекла и
материал
Кварц
К8
К8, БФ7
и др.
ТК14,
ТК16
и др.
БФ16,
ТФ8 и др.
п
1,46
1,52
1,52—1,60
1,61—1,65
1,67—1,69
Р. У.
3,5
4,2
4,2—5,3
5,5
6,5—6,6
Показатели преломления и оптические толщины в долях к0
Слои
1-й
A,84-2,0)/@,16н-0,09)
A,8ч-2,0)/@,34~0,040)
1,66/0,25
1,38; 1,45/0,25
A,8ч-2,0)/@,19^0,10)
A,8н-2,0)/@,31^0,40)
1,66/0,25
1,45/0,25
1,38; 1,45/0,25
1,85/0,25
A,9-н2,0)/@,16ч-0,12)
2,0/0,14
1,66/0,25
1,55/0,25
1,38; 1,45/0,25
2,0/0,50
1,55/0,25
2-й
1,45/0,31
1,45/@,20-^-0,17)
2,0/0,50
1,45/@,27-^0,31)
1,45/@,22-г-0,18)
2,0/0,50
1,38/0,25
1,45/0,25
1,45/0,28
1,45/0,28
2,0/0,50
1,38/0,25
1,38/0,25
1,38/0,25
3-й
1,38/0,25
—
1,38/0,25
1,55/0,25
1,38/0,25
1,55/0,50
1,55/0,25
4-й
—
—
2,0/0,50
2,0/0,50
2,0/0,50
5-й
—
—
1,38/0,25
1,38/0,25
1,38/0,25
325
иЁйЙШ:чЛ
ТФ4,
ТФ5 и др.
ТФ10,
ТБФ5 и др.
ИКС25,
ИКС29
ИКСЗО
Кремний
Германий
Арсенид
галлия
Алюмо-
иттриевый
гранат
Ниобат
лития
1,74—1,78
1,81
2,9
2,6
2,4
3,3
4
3,4
1,83
2,24
•МИ "
7,5
8,2
24
20
19
28,5
36
29,7
8,6
1.4
1,38; 1,45/0,25
2,0/0,25
1,38; 1,45/0,25
2,0/0,50
1,66/0,50
1,65/0,25
1,4/0,12
1,4/0,16
1,4/0,09
2,2/0,25
1,84/0,25
1,38/0,25
1,45/0,25
1,82/0,25
1,38/0,25
1,38/0,25
2,0/0,50
1,45/0,25
2,2/0,075
2,2/0,27
2,2/0,12
—
—
—
1,38/0,25
—
1,38/0,25
1,55/0,25
—
—
2,0/0,50
—
—
1,38/0,25
—
Примечание. В числителе приведен показатель преломления, а в знаменателе — оптическая толщина.

Таб
Марка
стекла и
материал
Кварц
К8
К8, БФ7
и др.
ТК14,
ТК16 и др.
БФ16,
ТФ8 и др.
ТФ4,
ТФ5 и др.
ТФЮ,
ТБФ5
и др,
ИКС25,
ИКС29,
иксзо
Алюмо-
нттриевый
гранат
Ннобат
лнтня
лица 7.21. Оптические свойства просветляющих покрытий
Спектральные характеристики
Рабочая
область
- спектра,
мкм
0,4—2,0 *
0,4—0,75
0,4—0,75
0,4—2 0
0 4—2,0
0,4—2,0 *
0,4—0,75
0,4—0,75
ОД—2,0
0,4—2,0 *
0,4—0,75
0,4—0,8
0,4—2,0
0,4—0,7
0,4—0,75
0,4—2,0
0,4—0,85
0,4—2,0
0,4—0,65
0,4—0,7
0,4—0,75
3—12
2-5
1—5
• Ширина област1
S
V О. _
я с 5?
а о
о „
1,83
—
1,60
1,83
1,67
1,5
—
—
—
—
Ширина области
спектра, мкм,
с рост, ие более, %
0,5
0,41 —
0,68
—
0,4—0,73
0,4—0,67
0,43—
0,65
0,42—
0,63
0,42—
0,63
0,4—0,66
0,4—0,72
—
—
спектра с рост <
0,8
0,4-0,73
—
0,40—
0,67
0 41—
0,83
0,41—
0,65
0,4—0,83
0,41—
0,65
—
—
—
Рост.
ие более,
0,2
0,5—0,6
0,8
1,3
2,6
0,2
0,5
0,8—1,8
0,2
0,5
0,8
0,4—1 2
0,5
0,6
0,2—0,9
0,5
0,1
0,5
0,5
0,8
0,5
0,5
0,1-0,2
0,1 % составляет 0,1
Тип покрытия
Двухслойное
Ахроматическое
Однослойное
Двухслойное
Ахроматическое
Однослойное
Двухслойное
Ахроматическое
Однослойное
Ахроматическое
Однослойное
Ахроматическое
Однослойное
Ахроматическое
Двухслойное
Однослойное
t -
:?
S
3
а.
326
—
С
ГС
S
X
О)
р.
о
ю
о
;иен'
а
s
•&S
•в- X
о S
о
X
X ^
о
** та
к =
§1
с
X
1чес
ОПТ!
к
X
X
ЕР
я
X
со
о
—.'
"^1
-
—*
о
~"
о
со
о
о
о
о
о
о
'■< 3 v Z,
О о о °
С Й
к
2
о.
о
с
ю
та
f-
Сос
к
'si §
и
Г-- СО
сч о
сч' о '-О
сч^о_
СЧ О СО
Г— эо
сч о
см" о" со
О) °
см" о со
GO —■
СМ —i
О)" О СО
см —■
О)" О СО
о) ZZ
см" о" со
СП СЧ
СЧ —|
сч о" со
О GO
СО —|
см" о'со
ю
Tf О)
(NON
е-« £
о
с75
ея
о"
,7Сг
о
ю
со"
—'
о"
О)
о"
о"
да
о"
о
О)"
сч
—'
о
7
см
о.
о
с/5
оо
о
i я
o"i/3 i/5
да
О)"
■^"
—."
сч
—'
о"
О)
о"
■f
о"
о
—'
да
__7
ю
п
а.
9
in
со
о"
oN(/J
—' О) СО
1
1
Tf CM
со" о" о
со
1
1
со" о" о
со
1
1
ю
■* со
со" о" о
со
ю со
со* о"—■
со
1
я.
и
о"
1
,5Сг
о
о
to"
о
О)
о
СП
1
1
о
со"
1
1
см
о.
см
и§
"°.о"
о"
1 1
ю t2 Q
о" ос/}
—' СЧ СО
1
1
о
■*
о
—'
1
1
О)
о"
1
1
о
со"
t
1
Q.
см
и.
о" о" с/} с/)
—'О1 СО ■*
2
к
о.
Е
я
о.
0)
1
!
ИЧИ1
вел
ч
X
J3
я
L00
X
я
н
X
<и
а
о
о.
ра
к
о
н
я
я
а
к
к
X
В"
я
к
со
V
X
X
я
3*
£
S
327

бветопоглощающие покрытия состоят из собственно поглощающего слоя, нане-
нанесенного на полированную поверхность, и антиотражающего покрытия — интерфе-
интерференционной системы из одного или двух слоев, обеспечивающей уменьшение отраже-
отражения [17]. Характеристики слоев поглощающего и антиотражающего покрытия, их
спектральное отражение приведены в табл. 7.22, 7.23.
Таблица 7.23. Характеристики поглощающих
и антиотражающнх покрытий
Обл асть
спектраль-
спектрального про-
просветления,
мкм
0,2-0,4
0,4—1,5
Поглощающие слон
Состав
0,4Сг—0,6SiO2
0,7Cr—0,3SiO2
Толщина,
мкм
0,5
1,2
Коэффи-
Коэффициент отра-
отражения, %
15 -
14—16
Аитиотражающие слои
Состав
SiO2
ZrO2 и SiO2
Толщина,
мкм
0,03—
0,04
Коэффи-
Коэффициент отра-
отражения, %
1,5
4
Электропроводящие покрытия используют для обогрева оптических деталей и
смотровых стекол с целью устранения их запотевания и обледенения, в качестве
прозрачных электродов в электрооптических, фотоэлектрических, жидкокристал-
жидкокристаллических устройствах для. снятия зарядов с поверхностей оптических деталей
и др. ,
Электропроводящими свойствами обладают слои^двуокиси олова и окиси индия,
получаемые вакуумными и химическими методами [9]. Для электропроводящих
покрытий характерны высокие эксплуатационные свойства. При химическом методе
получения слоев SnO2 на химически нестойкие подложки необходимо нанести под-
подслой двуокиси кремния электронно-лучевым или химическим способом. Для повы-
повышения прозрачности (уменьшения отражения) на электропроводящие слои нано-
наносится просветляющий слой SiO2 электронно-лучевым методом.
Электрические и оптические свойства электропроводящих слоев приведены
в табл. 7.24.
Эксплуатационные характеристики оптических покрытии. К эксплуатацион-
эксплуатационным характеристикам покрытий относят: химическую устойчивость, определяемую
по степени устойчивости к действию растворителей, кислот, щелочей и т. д.; влаго-
устойчивость, определяемую степенью устойчивости к действию влажной атмосферы,
пресной и морской воды; механическую прочность, характеризуемую числом оборо-
оборотов, которые выдерживают покрытия при исследовании на приборе GM-55; термиче*
скую прочность, оцениваемую по степени устойчивости к воздействию заданной тем*
пературы, действию термоудара и т. д.
Покрытия, получаемые в вакуумных камерах при давлении р= 1,33-10~3-^
-5- 1,33-10~4 Па резистивным испарением, устойчивы к сухой атмосфере, по ме-
механической прочности относятся к группам II и III. Для повышения эксплуатаци-
эксплуатационных характеристик этих покрытий часто используют тонкие защитные слои, на-
например защитный слой 12К. Покрытия, получаемые электронно-лучевым испарением
окислов, устойчивы во влажной атмосфере, а по механической прочности относятся
к группам 0—1.
Покрытия могут быть нанесены на плоские детали любой формы и на сферические
небольшого радиуса кривизны. Размеры деталей определяются размерами вакуум-
вакуумной камеры. Покрытия, получаемые методами нонно-плазменного (катодного) рас-
пылеиия, устойчивы к влажной атмосфере, воде, растворам кислот (кроме плавико-
плавиковой) и щелочей, а также к органическим растворителям. По механической прочности
оии относятся к нулевой группе. Покрытия термостойки и могут быть нанесены на
плоские детали любой формы, размеры которых не превышают 60—100 мм.
328
s
i
о
с
X
ж
C5
о
a.
с
о
a.
S
н
еская
вост
Хи
усто
аточиое
ажение
ИК-обла-
спектра
стат
траж
в ИК
сти
Ост
отр
И
x g s
!|
§1
Я О
о <i>
ess»
<L> f- И О
О О SU
S О -
J3 S
оти
е,
к ш о
Я^§
Высо
снят
тре
Вы
сн
iSigif
^ э § g g £.
IfilH
Л
xSss
g-Og-o
2 %
= 20
0
1
s s л га :s
я о о о S
а ч о.
и а ч с ч u
|1С ^
ю|
6 S [lT
4 о
с, «
О
7
о
Электронно-лу-
Электронно-лучевой (испарение
SnO2 в вакууме)
к
!£
О
>,
СО
s|s|-i.i4
(- Н g^gU ся"
" Я- S. " °* о с II -
II it" «ir-.s
СО V °ГО
те
пр
во
. SCO
a.
с
«О
°С;
О
о
I °
Sill til
Я ncN" S "-
II С
о
СМ
Электронно-лу
ой и рези
ивный (испаре
ие в вакууме)
Эл
чево
ив
НД
S
О
329

7.6. Химические методы получения тонких покрытий
К основным химическим методам нанесения оптических покрытий относят:
1) взаимодействие поверхности стекол с водными растворами кислот (метод
травления);
2) образование оксидных пленок из растворов гидролизующихся соединений;
3) осаждение органических полимерных пленок из растворов в органических
растворителях.
Метод травления. Этот метод предназначается для просветления оптических
деталей из силикатных стекол различной конфигурации и размеров. Процесс про-
просветления заключается в обработке деталей разбавленными растворами кислот:
уксусной концентрацией 0,1 н. или азотной концентрацией 0,5 и. [3, 23]. В резуль-
результате взаимодействия с растворами кислот из поверхностного слоя стекла выщелачи-
выщелачиваются растворимые окислы и соли, а на поверхности остается нерастворимый крем-
кремнезем в виде равномерного прозрачного слоя с показателем преломления близким
к 1,44.
Полное уничтожение отражения света поверхностью стекла достигается при
показателе преломления поверхностного слоя, равном корню квадратному из пока-
показателя преломления стекла, и при оптической толщине слоя, равной 1/4 длины
волны света той области спектра, в которой необходимо уменьшить отра-
отражение.
Минимальные значения коэффициента отражения, которые могут быть достиг-
достигнуты для деталей из различных марок стекол, приведены в табл. 7.25. Кремнеземи-
Кремнеземистые пленки механически прочны и химически устойчивы к воде и разбавленным кис-
кислотам.
Таблица 7.25. Значения коэффициента
отражения стекол в зависимости
от их показателя преломления
Таблица 7.26. Состав
пленкообразующих растворов
Тип стекла
Кроны (К)
Баритовые
кроны (БК)
Тяжелые
кроны (ТК)
То же
Кронфлин-
ты (КФ)
Баритовые
флинты
(БФ)
То же
»
Легкие
флинты
(ЛФ)
Флинты (Ф)
Тяжелые
флинты
(ТФ)
То же
»
Показатель
преломления hq
1.5108—1,53
1,5302—1,57
1,57—1,62
1 63—1 66
1,50—1,52
1,525—1,57
1,58—1,635
1,64—1,665
1,54—1,58
1,61—1,63
1,65—1,72
1,72—1 75
1,75—1,80
Коэффи-
Коэффициент
отраже -
ння р, %
3 0—2,6
2,6—2,1
2,1 — 1,8
1,7—1.4
3,0—2,7
2,7—2,1
2,1—1,8
1,7—1,6
2,4—2,1
1,9—1,7
1,6-1,3
1,3—1,0
1,0—0,7
Пленко-
образую-
образующее во -
щество
Тетра-
ЭТОКСИ-
снлаи
То же
»
Тетра-
этокси-
титан
То же
»
Хлор-
окись
гафния
Хлор-
окись
цирко-
циркония
Нитрат
тория
а;
ю
к
о
- о
с; ~
У о
га а;
S. 3
2—9
10—21
22—26
2—9
10—15
16—20
5—25
5—25
5 25
Массо-
Массовая доля
этпло-
BjIO
спирта,
98.0—
96,0
96,0—
92,0
90,0
97 5—
98,5
99,0—
99 2
99.2—
99,5
99,5
99,5
99,5
§s = g
g с^о
| 5 д о t-
о о о га га
U к ~ к Р-
0.05—
0,10
0.15
.0,20
0,075—
0,20
0,2—0,6
0,6—1,1
—
—
—
330
Получение оптических покрытий из растворов гидролизующихся соединений.
Назначение этого метода состоит в получении просветляющих покрытий, многослой-
многослойных диэлектрических интерференционных светоделителей, светофильтров и поляри-
поляризаторов иа деталях из стекол различного состава, кристаллов и полупроводниковых
материалов.
Метод основан на реакциях гидролиза ряда органических и неорганических
соединений в растворах в присутствии незначительного количества воды, в резуль-
результате которого выделяются нерастворимые оксидные соединения в виде прозр ачных
пленок 123].
Пленкообразующими веществами могут быть алкоксисоединения элементов
групп III и IV периодической системы и соли минеральных кислот (хлориды и ии-
траты). Алкоксисоединения представляют собой такие соединения, в молекуле ко-
которых атом кремния или другого элемента (М) связан через кислород с органиче-
органическими радикалами по схеме:
Н5С2О
\
oqh5
Веществами, которые могут быть использованы в качестве пленкообразующих,
являются также мономеры и полимеры кремнийорганических соединений. Сочетание
оксидных покрытий с кремнийорганическими или органическими полимерами поз-
позволяет получать малопористые, гидрофобные или более эластичные покрытия.
Например, при совмещении двуокиси кремния с фосфорсилоксаном образуются
гидрофобные и иесмачиваемые органическими жидкостями покрытия, обладающие
высокой адгезией к поверхности стекла. Покрытие, представляющее собой сочетание
двуокиси титана с эпоксидной смолой, характеризуется большей эластичностью по
сравнению с оксидной пленкой и повышенной адгезией, в связи с чем применяется
для просветления деталей из органического стекла.
Состав алкоксисоединений и солей, используемых в виде растворов в этиловом
спирте, содержащем незначительное количество воды, приведен в табл. 7.26. В ка-
качестве катализатора в растворы вводят в небольшом количестве соляную кислоту.
Свойства оксидных пленок определяются соотношением в растворе исходного ве-
вещества, растворителя, воды и катализатора. Оптимальные соотношения компонентов
раствора должны, с одной стороны, одновременно обеспечить быстрый гидролиз
в растворе с сохранением его прозрачности в виде золя, а с другой — мгновенный
полный гидролиз в тонком слое на поверхности стекла. Растворитель и продукты гид-
гидролиза, не входящие в состав пленки, должны быстро испаряться при комнатной
температуре.
Растворы пленкообразующих веществ становятся пригодными для образова-
образования пленок лишь после завершения процесса нх созревания, время которого зависит
от свойств вещества. Так, например, растворы тетраэтоксисилана становятся год-
годными для образования пленок через 10—16 дней, а растворы тетраэтоксититана
в присутствии значительно меньшего количества воды пригодны для нанесения
пленок через 6—10 ч [23].
Для ускорения процесса созревания растворов тетраэтоксисилана и для сохра-
сохранения растворов тетраэтоксититана стабильно прозрачными вводится незначитель-
незначительное количество соляной кислоты.
Созревание растворов протекает в несколько стадий:
1) сольволиз или образование промежуточных продуктов, ускоряющих гидролиз;
2) частичный гидролиз пленкообразующих соединений;
3) конденсация продуктов гидролиза с образованием полимолекул.
Окончательный гидролиз происходит в тонком слое на поверхности стекла.
Термообработка приводит к завершению реакции разложения и к полному удалению
растворителя, органических остатков и воды.
После дегидратации остаются пленки окислов элементов, прочно соединенные
химическими связями с поверхностью стекла. Получение однородных покрытий с вос-
воспроизводимыми оптическими характеристиками во многом определяется стабильно-
стабильностью атмосферных условий помещения, в котором наносятся покрытия. Помещение
по чистоте и микроклимату должно быть категории 1, а именно: с температурой
B2 ± 2) °С н относительной влажностью E0 ± 5) %. Помещение должно быть
331

обеспыленным (не более 50 частиц в 1 л воздуха при Максимальном размере ЧастйЦ
2 мкм по анализатору запыленности типа АЗ-4).
Для стабилизации атмосферных условий помещения рекомендуется использо-
использовать кондиционеры типа: К.ТА — для помещения площадью 36—40 м2 и К.Т-10
(КД) — площадью 40—100 м2.
В случае получения покрытий из растворов гидролизующихся соединений в ус-
условиях более высокой влажности гидролиз протекает слишком энергично, а испа-
испарение растворителя замедляется, что приводит кформированию неоднородной пленки.
При относительной влажности менее оптимальной, наоборот, процесс гидролиза за-
задерживается и покрытие образуется недостаточно прочным. Особое внимание к ста-
стабильности атмосферных условий требуется при нанесении покрытий из растворов
хлорокисей циркония и гафния. Получение прозрачных однородных пленок окислов
циркония и гафния возможно лишь при относительной влажности, не превышающей
45 %. Прочность закрепления покрытий зависит также от состояния поверхности де-
детали. На поверхности оптических деталей из химически неустойчивых материалов
легко образуется слой адсорбированной воды, приводящей к гидролизу компонентов
стекла, или слой частично выщелоченной поверхности стекла, препятствующей об-
образованию прочных покрытий. Дефекты поверхности после нанесения покрытий ста-
становятся отчетливо заметными в виде серых и цветных пятен и сети мелких заполиро-
заполированных царапин.
В связи с этим особого внимания требует подготовка поверхности деталей из
стекол, относящихся по химической устойчивости к группам III и IV в соответствии
с ГОСТ 13659—78.
Наиболее трудные в этом отношении стекла типа ТК., ТФ, содержащие в своем
составе большое количество окислов бария и свинца, а также большинство несили-
несиликатных стекол типа СТК, ОФ и ФК- Для таких стекол требуется особая технология
изготовления деталей. После процесса полирования промывка их должна осущест-
осуществляться сухими и нейтральными органическими растворителями. Поверхности
деталей после извлечения из растворителя должны быть быстро высушены.
Отполированные детали из вышеуказанных стекол не могут долго находиться
без защиты. В качестве защиты наиболее удобно покрытие из высокомолекулярного
фторорганического полимера Ф32Л марки В, толщина слоя которого должна быть
около 20 мкм.
Детали из стекол различных групп могут находиться между процессами поли-
полирования и нанесения покрытий без защиты в течение следующего времени:
Группа Время.^ч
IV <8—12
III «24
II «43
I «48
Перед процессом нанесения покрытий поверхности химически неустойчивых
стекол должны быть подвергнуты полированию.
Технологический процесс получения покрытий состоит из следующих этапов:
1) нанесение пленкообразующих растворов на поверхность деталей;
2) термообработка;
3) контроль оптических характеристик и механической прочности покрытий.
Нанесение покрытий производят на специальных станках для просветления
оптических деталей типа СП [11]: СП-15, СП-150, СП-300М и СП-1000М для
деталей размером соответственно до 15, 150, 300 и 1000 мм, а также на трехшпин-
дельном станке СПД-50 для покрытия торцов стержней диаметром от 3 до 50 мм
и длиной до 500 мм. Обрабатываемая деталь в зажимных цангах или в самоцентриру-
самоцентрирующих патронах помещается на оси шпинделя и приводится во вращение со строго
регулируемой частотой. Частота вращения в зависимости от размера детали нс-
пользуется в пределах от 200 до 18 000 с. Чем меньше деталь, тем больше частота
вращения. После очистки поверхности детали этиловым спиртом или смесью его
с петролейным эфиром на центр ее подается в небольшом количестве @,03 мм3
на 1 см2) пленкообразующий раствор. Толщина покрытия регулируется концентра-
концентрацией раствора и частотой вращения [23].
Термообработка деталей с покрытиями осуществляется в электропечах типа
СНОЛ (ГОСТ 13474—70) или в специально построенных печах для крупногабарит-
крупногабаритных деталей с точностью регулируемой температуры, равной ± 1 °С.
332
Температура обработки определяется температурой отжига стекла и требова-
требованиями, предъявляемыми к покрытиям. Например, просветляющие покрытия про-
прогреваются до температуры 250—350 °С в зависимости от марки стекла, которая па
20—30 СС меньше нижней температуры отжига.
Свойства покрытий из растворов гидролизующихся соединений. Покрытия, полу-
получаемые из растворов гндролизующихся соединений, представляют собой твердые пре-
преимущественно аморфные слои. В пленках окислов титана, циркония, гафния и тория
начало появления кристаллической фазы наблюдается лишь после прогрева при тем-
температуре выше 300—350 СС. Пленки двуокиси кремния аморфны даже при прогреве
до 1000 °С. Пленки окислов — мелкопористые (после термообработки пленок дву-
двуокиси кремния при 120—150 °С размер пор 0,5—0,8 нм). С повышением температуры
пористость кремнеземных пленок уменьшается и при температуре выше 660 °С на-
наблюдается их спекание. Размер пор пленок из окислов титана, циркония и гафния
с повышением температуры увеличивается вследствие появления кристаллической
фазы, причем объем пор почти не изменяется. Пленки окислов характеризуются вы-
высокой адгезией к поверхности стекла, обусловленной химическими связями с его
гидратированным поверхностным слоем. Покрытия из окислов термостабильны
и химически устойчивы. Оптические свойства покрытий из некоторых окислов при-
приведены в табл. 7.27.
Таблица 7.27. Оптические характеристики пленок
из окислов различных элементов
'" Исходное пленкообразующее
вещество
ТетраэтокСисилан
Тетраэтоксититан
Тетраэтоксигерманий
Тетраэтоксиолово
Хлорокись гафния
* циркония
Нитрат тория
Тантал хлористый
Ниобий »
Сурьма хлористая
Висмут хлористый
Вольфрам »
Алюминий »
Изопропоксиалюминий плюс
тетраэтоксисилан
Хлорид скандия
» лантана (или нитрат)
Тетраэтоксититан плюс эпо-
эпоксидная смола
Вещество
пленки
SiO2
TiO2
GeO2
SnO2
HfO2
ZrO,
ThO2
Ta2O5
Nb2O5
Sb2O3
Bi2O3
wo3
A12O3
A12O3 + SiO2
Sc2O3
La2O3
TiO2 + эпо-
эпоксидная смола
Показатель
преломления
при длине
волны
Я = 0,5 мкм
1,44
2,15—2,2
1,66
1,76
1,98
2,03
2,05
2,0
2,1
2 05
2,36
2 05
1,54
1,54
1,80
1,80
1,8—2,1
Область
спектрального
пропускания,
мкм
0,185—7,0
(и св. 30,0)
0,36—9,5
0,23—10,0
0,34—9,0
0,20—9,0
0,25—9 0
0,20—11,0
0,35—10,0
0,35—10,0
0,33—12,0
0,35—9,0
0,36—10,0
0,25—9,0
0,25—10,0
0,22—9,0
0,2—9,0
0,4—1,2
Контроль оптических характеристик покрытий. Значения показателей прелом-
преломления, коэффициент отражения и оптическая толщина покрытий могут быть опреде-
определены спектрофотометрическим методом и методом эллипсометрии [3, 10].
Основной характеристикой просветленной поверхности является остаточный
коэффициент отражения света, значение которого зависит от показателей преломле-
преломления стекла и пленки, от длины волны и угла падения света. Значение коэффициента
отражения наиболее точно определяется от одной поверхности по спектру в зависи-
зависимости от длины волны.
Наиболее простым способом контроля в условиях производства является срав-
сравнение с эталонами цвета просветляющих покрытий. Эталоны характеризуются спект-
спектральным и интегральным отражениями.
333

LO
CO
T а б л и ц а 7.28. Оптические характеристики просветляющих покрытий
Конструкция покрытия
Однослойное:
«А = 0,25Х; пх = 1,44
Двухслойное:
л^! = 0,1 IX; nx
ЛаЛа= 0,31Х; п2
= 2,0-4-2,2;
= 1,44
«1^ = 0,! IX; nx= 1,90;
«2Л2 = 0.31Я; я2 = 1,44
*1= 0, ИХ; nj = 2,0;
Л2 = 0,3IX; п2= 1,44
Состав слоев
SiO3
TiO2 + SiO2
HfO2 + SiO2
ZrO2 + SiO2
Оптические характеристики
Прозрачно в области длин волн 0,18—
9,0 мкм и свыше 30 мкм. Коэффициент
отражения в зависимости от показателя
преломления стекла:
nD . . . .
р, % ...
Яд ....
Р, % ...
Яд ....
р, % ...
Яд ....
р, % ...
1,5—1,53
3,0—2,5
1,59—1,64
2,0—1,5
1,71 — 1,78
1,0—0,9
1,54—1,58
2,4—2,1
1,65—1,7
1,45—1,1
1,8—1,9
0,7—0,3
1,91—2,2
0,25—0,1
Прозрачно в области длин волн 0,4—
2,7 мкм (без полос поглощения). Изби-
Избирательно уменьшает коэффициент отра-
отражения до 0—0,3 % для определенной
длины волны
Прозрачно в области длин волн 0,2—
2,7 мкм (без полос поглощения). Изби-
Избирательно уменьшает коэффициент отра-
отражения до 0—0,3 %
Назначение
Для оптических дета-
деталей, работающих в уль-
ультрафиолетовой, види-
видимой и инфракрасной об-
областях спектра
Для видимой и инфра-
инфракрасной областей спек-
спектра до 2,7 мкм
Для ультрафиолето-
ультрафиолетовой, видимой и близкой
к инфракрасной обла-
областей спектра
■*««**'
«!*!= 0,5Х; пх= 2,1н- 2,2;
л2л2 = 0,25Х; я2 = 1,44
1h1= 0,5X; щ= 1,9-4-2,2;
= 0.25Х; п., = 1,44
fix= О, ИХ; П1= 1,8-4-1,9;
>12 = 0,3IX; п2= 1,44
Трехслойное:
/;,.'11= 0,25Х; их = 1,65ч-1,84
п.,/12= 0,5Х; я2 = 2,2;
/!,/1з= 0,25Х; я3= I.44
Л = 0.25Х;
Ju = 0,5Х;
з/1з= 0,25Х;
t= 1,65ч-1,84
.= 1,9;
|= 1,44
TiO2 + SiO2
Смесь TiO., и
SiO2 4- SiO2
Смесь эпоксидной
смолы и ТЮ2 -|-
+ SiO2
Смесь (ТЮ2 и
SiO2) + ТЮ2 4-
4- SiO.,
Смесь (НЮ2 4-
- SiO.,) + HfO2 4-
- SiO,
Прозрачно и уменьшает отражение
в более широкой области спектра. У сте-
стекол с яд = 1,46-4-1,75 на спектральной
кривой коэффициента отражения наблю-
наблюдаются два минимальных значения ко-
коэффициента отражения р = 0,1-4-0,3 %.
У стекол с яд = 1,76ч-1,95 остаточное
отражение равномерно, например р =
= 0,2-4-0,6 % в области длин волн 485—
740 или 550—900 нм
Прозрачно в широкой области спек-
спектра. На спектральной кривой коэффи-
коэффициента отражения наблюдается два ми-
минимальных значения р = 0,2-4-0,4 %
Избирательно
до 0,1—0,5%.
0,4—1,2 мкм
уменьшает
Прозрачно
отражение
в области
Прозрачно в широкой области спектра
и равномерно уменьшает отражение до
0,2—0,6%, например в области длин
волн 0,45—0,7, 0,5—1,0 или 0,6—1,2 мкм
Для видимой и близ-
близкой к инфракрасной об-
областей до 1,2 мкм
Для стекол в видимой
и близкой к инфракрас-
инфракрасной областях
Для деталей из орга-
органического стекла
Для видимой и близ-
близкой к инфракрасной об-
областей спектра. Для
всех оптических стекол
Уменьшает отражение равномерно до
0,25—0,8% в пределах 0,36—0,7 мкм и
далее до 2 мкм
Для ультрафиолето-
ультрафиолетовой и видимой областей
спектра. Для кварца,
флюорита и стекол (не
применимо для стекол
типа ТФ)

о м »
IS
II
0>
s x 5
x з
P У 00
О S
a.1
о .
ЯСО
a co
1
a» x
;я га
я ч
aj a>
f- c а
° m s
>=s
oioo'
9 +
bo
N
•I- ..
—" of —Г
Й Й С
о о" о"
о g 2 g<i §
QJ Й t- ^~*
н о о <о =s
о ч ю о
_ щ ca s к -
■= - *= а "
ш й en S я ш
ж °± У oi
я з
о я а
я ч
a
to
со &
Я J _
я о |
if
f
ЙО
Jcfc?
ЮЮ O)
o" o" o"
336
Спектральное отражение от плоских поверхностей может быть измерено на
спектрофотометрах, снабженных приставками. Приставка ФМ-40 [23] для спектро-
спектрофотометров типа СФ-4 и СФД-2 предназначена для измерения отражения от поверх-
поверхности деталей диаметром от 20 до 90 мм в области спектра 250—1100 нм, а приставка
ФМ-124 — для измерения пластин размером до 300 мм. Для спектрофотометров
СФ-16 и СФ-26 может быть использована приставка ФМ-142. Измерение производится
путем сравнения интенсивности потоков света, отраженных от поверхностей эта-
эталонного и измеряемого образцов, последовательно вводимых в световой поток.
Интегральное отражение измеряют на фотоэлектрических рефлексометрах.
Например, рефлексометр КЮ373М предназначен для измерения отражения'от пло-
плоских и сферических деталей [10]. Рефлектометры могут быть дополнены набором
светофильтров,, позволяющим произво-
производить измерение отражения от сфериче-
сферических поверхностей в различных участках
спектра.
Рассеяние света поверхностью плоско-
плоскопараллельных пластин с просветляющими
покрытиями, работающими в проходящем
свете, контролируют на приборе ИФ-136.
Прибор дает суммарное значение от двух
поверхностей, усредненное для всего телес-
телесного 'угла, в котором рассеянный свет
собирается сферическим зеркалом прибора.
400 457 500 550" 600 850 Л НМ
Рис. 7.16. Коэффициент отражения
стекол_с"однослойным покрытием
Краевой луч зеркала образуете осью пер-
первичного пучка угол 14°24'. Для контроля
рассеяния в отраженном свете зеркаль-
вых и просветляющих покрытий (при угле
рассеяния 35°) предназначен фотоэлектрический фотометр ЮС-36. Индикатриса рас-
рассеяния различными покрытиями сильно вытянута, вследствие чего рассеяние, изме-
измеренное в разных углах наблюдения, может быть различным.
Контроль прочности закрепления покрытий на поверхиости оптических деталей
и устойчивости их к истиранию осуществляется иа приборе СМ-55 [23]. Прочность
на истирание характеризуется частотой вращения деталей под плотным резиновым
наконечником при усилии 2-10" Н, дающим царапину в покрытии. Покрытия,
выдерживающие не менее 3000 оборотов без нарушения их качества, относятся
к группе 0 прочности, выдерживающие 2000 оборотов — к группе I и менее 1000 обо-
оборотов — к группе II.
Просветляющие покрытия. Эти покрытия, получаемые из растворов гидроли-
зующихся соединений, могут быть одно-, двух-, трех- и пятислойными (табл. 7.28).
Однослойные покрытия для уменьшения отражения света ультрафиолетовой (УФ),
видимой и близкой инфракрасной (ИК) областей спектра состоят из двуокиси крем-
кремния. Их получают из растворов тетраэтоксисилана. На рис. 7.16 представлен коэф-
коэффициент спектрального отражения р стекол с щ> — 1,52 и по — 1,72 без покрытий
(кривые / и 2 штриховые) и соответственно для тех же стекол с пленкой двуокиси
кремния (кривые 1 и 2 сплошные). Эффективность уменьшения отражения от по-
поверхностей стекол и кристаллов будет тем больше, чем больше разница в показате-
показателях преломления детали и покрытия при оптической толщине покрытия nh, равной
Х/4 (где к — оптимальная длина волны области спектра, в которой требуется мини-
минимальное остаточное отражение).
В табл. 7.28 приводятся оптические характеристики одно-, двух- и трехслой-
трехслойных просветляющих покрытий и указано их назначение.
Для уменьшения отражения ИК-излучения от поверхностей изделий из полу-
полупроводниковых материалов с показателем преломления выше 3,5 (германий, кремний,
арсенид галлия и др.) используют однослойные покрытия из окислов титана, цир-
циркония, гафния и вольфрама или из смеси их с двуокисью кремния. На рис. 7.17
приведена зависимость коэффициента спектрального пропускания т германия без
покрытия (кривая 3) и с пленкой двуокиси титана оптической толщиной 0,87 и
1,25 мкм (кривые 2 и 1) соответственно.
Для изделий из материалов с показателем преломления менее двух пригодно
однослойное покрытие, состоящее из смеси окислов алюминия и кремния, прозрач-
прозрачное до ллины волны 9 мкм. Например, для оптической керамики марки КО5
337

коэффициент отражения р с 7,5 % может быть уменьшен до 1 %, как показано на
рис. 7.18, на котором кривые 3 и 2 относятся к пленкам оптической толщиной 0,9
и 1,2 мкм, а прямая 1 характеризует отражение К.О5 без покрытия.
Двухслойные просветляющие покрытия состоят из двух слоев: первого прилега-
прилегающего к стеклу с большим показателем преломления и второго с меньшим показате-
показателем преломления, чем у стекла. Предназначаются они для уменьшения отражения
света от поверхностей оптических деталей в различных относительно узких областях
спектра [3, 23].
Двухслойные покрытия могут быть различной конструкции. Наиболее часто
применяются покрытия со следующими характеристиками слоев:
первый слой — п^хх = 0,1 IX, пх = 1,9-ь2,2;
второй слой — n2h2 = 0,31Я, «2=1,44,
где «х и п2 — показатели преломления; «А и n2h2 — оптические толщины; К —
длина волны света, для которой необходимо максимальное уменьшение отражения
света.
100
80
60
40
20
/i
t
/
к
J
\
-
—
\
■f 7 1
7 9
У
1 7
\
\
f 7
—,
<
Я ■
r
.
7 4
/ i.
3
Phc. 7.17. Коэффициент пропускания Рис. 7.18. Коэффициент отражения опти-
германия с пленками двуокиси титана ческой керамики КО5
ния света, измеренные на рефлексометре с источником света — лампой накаливания
и с селеновым фотоэлементом без корригирующего фильтра, следующие:
Длина волны, отвечающая
минимальному отражению
Я, им
450
500
520
530
540
560
580
600
620
640
660
Интеграль-
Интегральный
коэффициент
отражения
света, %
1,9 — 2,3
1.5
1,1 — 1.3
1.0—1,2
1,0
0.9-1,1
0.9-1.1
0.9-1,1
1.5-2,1
2,5 — 3,1
2,5-3.7
Количество отраженного света от поверхности стёкла может меняться в за-
зависимости от угла падения света, это изменение особенно заметно при углах падения
х
г\
Ч
\
\
\
\
\
' Ч
У
V
/
\
—
У
/
/
<
У
/
■
-
350 330 430 470 510 550 530 630 670 710 750 730 830, 810 Л,н
Рис. 7.19. Коэффициент отражения стекол с двухслойными покрытия-
покрытиями, уменьшающими отражение в различных областях спектра
В качестве первого слоя используются окислы титана, гафния, циркония, в ка-
качестве второго — двуокись кремния. Для уменьшения отражения ультрафиолето-
ультрафиолетового излучения используются покрытия, состоящие из окислов циркония и крем-
кремния. С целью уменьшения отражения света видимой и близкой инфракрасной обла-
областей спектра в пределах 0,4—2,5 мкм практически наиболее удобны покрытия из
окислов титана и кремния [23].
Двухслойные покрытия первой конструкции характеризуются избирательным
уменьшением отражения, при этом остаточное отражение света определенной длины
волны составляет 0—0,3 %.
Вторым вариантом конструкции двухслойных покрытии являются так назы-
называемые ахроматические двухслойные покрытия того же состава, но с иным соотноше-
соотношением толщин слоев, а именно:
первый слой — njti = 0,5Х, пх = 1,9-5-2,1;
второй слой — «2^2 = 0,25Я,, п2 = 1,44.
Такие покрытия позволяют уменьшить отражение в более широкой области
спектра, они предназначаются для получения одновременно минимального значения
в двух областях спектра (преимущественно для стекол с по = 1,46-т- 1,75) и для рав-
равномерного значительного уменьшения отражения в широкой области спектра от
поверхностей оптических деталей из стекол с по = 1,76-^2,0 (при этом остаточный
коэффициент отражения составляет 0,2—0,6 %).
Спектральное отражение стекла с двухслойными покрытиями разных толщин
(уменьшающими отражение в различных областях спектра) приводится на рис. 7.19.
Кривые 1—5 относятся к покрытиям, у которых оптическая толщина слоя из дву-
двуокиси титана равнаО,ПА,и из двуокиси кремния равна0,31?.; при этом?, соответственно
равна 450, 520, 590, 650 и 800 нм. Значения интегрального коэффициента отраже-
338
света выше 30°. Значения коэффициента отражения света от поверхности стекла
с двухслойным просветляющим покрытием при изменении угла падения света от 0
до 90° следующие:
Угол падения света, ...° Коэффициент
отражения
света, %
0 0,0
15 . 0,01
25 0.15
35 0.56
45 1,55
55 ' 3.88
65 9.39
75 ; 23,30
85 60.53
90 100,0
Трехслойные ахроматические просветляющие покрытия уменьшают отражение
света в широком диапазоне длин волн независимо от показателя преломления стекла.
Покрытия представляют собой сочетание трех слоев со строго определенными
значениями показателей преломления и оптическими толщинами.
Трехслойные покрытия могут состоять из различных окислов. Выбор состава
покрытий определяется их назначением (см. табл. 7.28). В качестве первого слоя,
прилегающего к стеклу, используются смеси окислов титана и кремния или гаф-
гафния и кремния. Требуемое значение показателя преломления слоя достигается при-
применением смесей растворов исходных пленкообразующих веществ в определенном
соотношении.
Для второго слоя используют окислы с высоким показателем преломления
титана, тория или гафния; в качестве третьего слоя — двуокись кремния.
339

Трехслойные покрытия также могут быть разнообразны по конструкции и со-
составу. Наиболее часто используются два варианта. Первый вариант представляет
собой покрытие общей оптической толщиной, равной длине волны X той части спектра,
в которой необходимо максимальное увеличение светопропускания. Оптические тол-
толщины отдельных слоев трехслойного покрытия соответственно равны: к/А, Я/2 и
Я/4 при соотношении показателей преломления
«DCT < «1СЛ < «2СЛ > ПЗСЛ.
где идет—показатель преломления стекла при спектральной линии D; п1сл, п2сл.
пзсл — показатели преломления слоев.
Второй вариант трехслойных покрытий представляет собой покрытие общей оп-
оптической толщиной 1.25Я при следующем соотношении оптических толщин: Я/2,
Я/2 и Я/4 и при показателях преломления отдельных слоев:
Я£)ст > «1сл < П2сл > пзсл-
Первый вариант применим для стекол с пд = 1,444- 1,76, второй предназначен
для стекол с пд = 1,77-=- 1,95. Значения показателя преломления первого слоя,
прилегающего к стеклу, зависят от показателя преломления стекла и могут быть
в пределах от 1,64 до 1,85 (для первого варианта) и от 1,71 до 1,84 (для второго
варианта).
В табл. 7.29 для стекол с показателем преломления П£>ст=1,46-ь 1,90 приведены
значения показателей преломления первого слоя трехслойного покрытия и соот-
соотношение пленкообразующих растворов (из смесей тетраэтоксититана с тетраэтокси-
силаном и хлорокиси гафния с тетраэтоксисиланом), обеспечивающее их получение.
Показатели преломления второго и третьего слоев не зависят от стекла и соответст-
соответственно равны 2,15 и 1,44 (или 2,0 и 1,44). В результате нанесения трехслойных пленок
отражение от поверхностей различных стекол может быть уменьшено в различных
областях спектра.
Таблица 7.29. Значения показателя преломления
первого слоя трехслойного покрытия в зависимости от по ст
Ва-
Вариант
I
II
"Дет
1,46-1,51
1,52—1,60
1,61—1,70
1,71—1,76
1,76—1,80
1,80—1,82
1,83—1,87
1,88—1,90
"!сл
1,64—1,65
1,66-1,72
1,73-1,77
1,78—1,84
1,71 — 1,74
1,75—1,76
1,77—1,80
1,81—1,84
Соотношение растворов равных
концентраций в смеси
Ti(OC.HsL : Si(OC2H5L
0,6 : 1
0,8: 1
0,9: 1
1,0: 1
1,1 : 1
1,5: t
1,0: 1
1,1 : 1
1,2 : 1
1,5; 1
НЮС12-8Н2О : Si(OQ,HBL
A,34-2,0) : 1,0
B,1-1-2,3) : 1,0
C,54-4,0) : 1,0
E,04-8,0) : 1,0
—
В качестве примера на рис. 7.20 приведен коэффициент спектрального отражения
стекол с трехслойными покрытиями (кварцевого стекла в УФ-области, кривая /,
и стекла К8 в видимой области, кривая 2). На рис. 7.21 показан коэффициент р
спектрального отражения стекла К8 с трехслойным покрытием на окислов титана
и кремния для близкой ИК-области.
340
Уменьшение остаточного отражения в несколько более широких пределах до-
достигается нанесением ахроматических многослойных покрытий. Пятислойные по-
покрытия состоят из слоев с различными показателями преломления. Конструкция
их может быть различной: равнотолщинной, когда все слои оптической толщиной
по Я/4, и неравнотолщинной, при которой общая толщина равна одной длине волны
Значения показателей преломления отдельных слоев для различных стекол приве-
р,%
2.0
\.
1
у
/
/
220 JOO J80 460 540 620
Рис. 7.20. Коэффициент отражения кварцевого стекла и
стекла К8 с трехслойными покрытиями
р
2,0
\
__—'
/
1,0 1,1 1,2 1,3 _ 1,4 1,5 1,6 1,1 1,BA,mhm
Рис. 7.21. Коэффициент'отражения стекла с трех-
трехслойной пленкой в близкой ИК-области спектра
дены в табл. 7.30. Получение слоев с соответствующими показателями преломления
обеспечивается использованием отдельных окислов или их смесей. Покрытия умень-
уменьшают остаточное отражение до 0,2—0,5 % для стекол с пдСт = 1,51ч-1,57 в области
длин волн 420—720 нм.
Таблица 7.30. Оптические характеристики слоев
пятислойных просветляющих покрытий
Л» слоя
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Оптическая
толщина в до-
долях длины
волны Я.
Разнотолщинные
0,25
0,14
0,18
0,18
0,25
Равнотолщинные
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Показатель преломления слоев nt^%
пятислойные покрытия на
«лст= 1,46-е-1,6
1,75
2,12
2,05
1,98
1,44 или 1,38
пятислойные покрытия на
«Лст= 1,46-М,7
1,60-1,68
1,86—1,82
2,19—2,00
2,04—2,02
1,38-1,44
стеклах с по ст
Я£>ст = 1,64-1,8
1,74-1,85
2,12—2,15
2,05
1,97—2,0
1,44 или 1,38
ггеклах с по ст
П£>Ст= 1,74-1,8
1,62—1,65
1,71-1,73A,52—1,53)
2,12—2,14 A,85)
2,12B,0)
1,41
Многослойные диэлектрические покрытия. Метод образования пленок из раство-
растворов позволяет получать сложные многослойные покрытия, существенно изменяющие
отражение и пропускание света. Наибольшее распространение получили многослой-
многослойные покрытия на основе окислов титана, циркония, тория и кремния. Покрытия
341

Таблица 7.31. Оптические характеристики
многослойных высокоотражающих покрытий
Состав покрытия
В (однослойное, полу-
полученное из раствора тетра-
этоксититана)
НВ (двухслойное)
ВНВ (трехслойное)
ВНВ -+- Н (трехслойное
с защитным слоем)
(ВНJВ (пятислойное)
(ВНKВ (семислойное)
(ВН)'В (девятислойное)
(ВНMВ (одиннадцати-
слойное)
(ВНNВ (тринадцати-
слойное)
Bt (однослойное, полу-
полученное из раствора нитрата
тория)
BjHBx (трехслойное)
(BiH)'-^ (пятислойное)
(В1Н)"В1 (га равно 3; 4;
5; 6 и 7)
В2 (однослойное, полу-
полученное из раствора хлор-
окиси гафния)
В2НВ2 (трехслойное)
(В2НJВ2 (пятислойное)
(B2H)"B, (л равно 3; 4;
5; 6 и 7)
В3 (однослойное, полу-
полученное из раствора хлор-
окиси циркония)
(В3Н)-Вз (трехслойное)
Примечания: 1. В
Максимальное
значение коэффи-
коэффициента отражения
Ртах' %
лист- • • 1-52 1,62
р, % ... 25 21
лист- • • 1,52 1,70
р, % ... 30 36
45—50
45—50
64—67
85—90
90—95
95—97
97—98
23
45
68
80—98
22
40—45
60—70
80—98
22
40-45
, В[, В2 и В. — слои
ления; II — слои с низким показателем преломления
Область
спектраль-
спектрального отра-
отражения, Мкм
0,4—2,5
0,4—1,2
0,4—1,2
0,22—0,40
0,26—3,0
0,26—1,2
0,22—0,4
0,22-0,4
0,26—1,2
Размер,
форма деталей
Пчясткш 1 пм-
I l»4aL 1 ИПЫ , ДИ
ски диаметром
до 700 мм, приз-
призмы несложной
формы
Пластины диа-
диаметром до 300 мм
Пластины диа-
диаметром до 200 мм
Пластины диа-
диаметром до 100 мм
и призмы не-
несложной формы
Пластины диа-
диаметром до 800 мм
с высоким показателем прелом-
. 2. Покрытия,
имеющие слои Bi,
В,, И,, наносятся на стекла кварцевое и К.Н для приборов, работающих в УФ-области
спектра.
Состав покрытий
(ВНOВ (пятна-
дцатислойпое)
(BjHfBi (сем-
надцатислойное)
Примечанн
i о
п ■■•--*
99
99
Спектральные
области приме-
е. ВН
пары слоев с чередующимися
низким показателями
Bj — СЛОИ ИЗ ОКИСЛОВ
нения в пре-
пределах длин
волн, мкм
0,4—0,7
и 0,7—1,06
0,2—0,4
и В,Н —
высоким и
преломления- В и
титана
и тория.
342
характеризуются отсутствием поглощения и стабильностью во времени. Многослой-
Многослойные покрытия находят применение в качестве светоделителей и устойчивых зеркал
и поляризаторов [10, 20].
В табл. 7.31 даны различного состава многослойные светоделители и характер-
характерные для них максимальные значения коэффициента отражения в различных обла-
областях спектра.
Высокоотражающие покрытия приведены в табл. 7.32, в которой показано, что
при помощи пятнадцатислойного покрытия из окислов титана и кремния может быть
получено зеркало, отражающее 99 % света в видимой и близкой ИК-областях спект-
спектра, а при помощи семнадцатислоиного покрытия из окислов тория и кремния полу-
получают зеркало, отражающее 99 %
света в УФ-области. Таблица 7.32. Многослойные
Светоделитель ные и зеркаль- высокоотражающие зеркальные покрытия
ные покрытия состоят из череду-
чередующихся слоев с высоким и низ-
низким показателями преломления.
Покрытия могут быть равнотол-
щинные оптической толщинойЯтах/4
и неравнотолщинные. В зависимо-
зависимости от числа слоев и разницы между
значениями их показателей пре-
преломления покрытия отражают
20—99 % (и более) падающего
света.
На рис. 7.22 приведены спек-
спектральные кривые /, 2, 3 коэффи-
коэффициента отражения р соответственно
девяти-, семи-, пятислойных отра-
отражателей, состоящих из чередую-
чередующихся слоев двуокисей титана
и кремния для видимой части
спектра. Аналогичные отража-
отражатели могут быть получены для ультрафиолетовой и близкой инфракрасной
областей спектра. Вторичные максимумы отражения могут быть снижены за счет
использования слоев неравной толщины. Неравнотолщинные отражатели исполь-
используются в качестве спектроотделителей, селективных зеркал, дихроических зеркал
для цветоделптельных узлов в камерах цветного телевидения [21]. На рис. 7.23
показаны спектральные кривые коэффициента отражения р цветоделительных зеркал:
синего (кривая /) и красного (кривая 2).
Покрытия выдерживают склеивание со стеклом и могут быть использованы для
изготовления светоделительных кубиков, свето- и цветоделительных призменных
блоков. На рис. 7.24 показаны кривые спектрального коэффициента отражения р
светоделительных кубиков с многослойными покрытиями из двуокисей титана и
кремния (/ и 2 — пятислойные покрытия на стеклах К8 и ТФЗ соответственно;
3 — трехслойное).
Ахроматические многослойные покрытия находят применение в виде полу-
полупрозрачных светоделителей равной интенсивности в соотношении 1 : 1 без окраски
изображения. На рис. 7.25 кривая / соответствует «холодному зеркалу», равномерно
отражающему 90—95 % света в видимой области спектра при низком отражении
в смежных областях, а криваи 2 — полупрозрачному трехслойному покрытию из
окислов титана и кремния. Холодное зеркало состоит из 21 слоя. Аналогичные полу-
полупрозрачные покрытия могут быть также получены для ультрафиолетовой и близкой
инфракрасной областей спектра.
Узкополосные интерференционные фильтры типа фильтров Фабри—Перо со-
состоят из чередующихся слоев двуокисей тория и кремния для УФ-области (в пре-
пределах 200—400 нм) или из двуокисей титана и кремния для видимой области спектра
НО]. Они пропускают в максимуме 25—60 % света при полуширине максимальной
области пропускания 5—15 нм в отсутствие фона (рис. 7.26) и представляют собой
комбинацию из двух систем пяти- и девятислойных высокоотражающпх зеркал, раз-
разделенных слоем оптической толщиной Я/2 (или кратном толщиной), п, как правило
с низким показателем преломления. ' ' '
343

Интерференционные поляризаторы для УФ-области спектра, получаемые из
растворов, состоят из 11 — 13 чередующихся слоев двуокисей кремния и тория опта»
ческой толщиной ^Шах/4 (^Шах — расчетная длина волны, для которой степень поля-
поляризации максимальна) в направлении хода луча в слоях, нанесенных на гипотенузу
прямоугольной призмы из плавленого
кварца. Призма с покрытием склеивается
с аналогичной призмой без покрытия.
В табл. 7.33 приведены поляризаторы
разного состава и"_их характеристики (сте-
(степень поляризации, пропускание р-соста-
вляющей^рабочей области спектра и ши-
ширина области).
100'
80
60
АО
20
О
Рис. 7.23. Коэффициент отражения
цветоделительиых многослойных
зеркал
20
400 500 600
Рис. 7.22. Спектральные характе-
характеристики пяти-, семи- и девятислой-
ных отражателей из чередующихся
слоев с высоким и низким показа-
показателями преломления
i
\
1
1
1
МП Я00 600 \»М
Свет, падающий на поверхность с многослойной пленкой, разделяется на от-
отраженный и проходящий, поляризованный во взаимно перпендикулярных плоско-
плоскостях без потерь света на поглощение и отражение (если рабочие грани просветлены).
р.%
60-
20
Рис. 7.24. Коэффициент спек-
тралБНОго отражения светодели-
тельных кубиков с многослойны-
многослойными покрытиями из двуокиси тита-
титана и двуокиси кремния
400
J
500
— ' —
600
Я, им
100
80
$0
40
20
- -
— 1
2
W0
500
600
700Я, Ш
Рис. 7.25. Коэффициент спек-
спектрального отражения многослой-
многослойных ахроматических зеркал из
окислов титана и кремния
Степень поляризации света приблизительно равна 100%. Интерференционные по-
поляризаторы для видимой области состоят из 9—13 чередующихся слоев двуокисей
титана и кремния на поверхности призмы из стекла К8, а для УФ-области в пре-
пределах 260—300 им — из двуокисей тория и кремния на поверхности призмы из квар-
кварцевого стекла. Спектральные характеристики т^ и т ц поляризаторов призменного
■344
Рис. 7.26. Коэффициент спектраль-
спектрального пропускания узкополосных
интерференционных фильтров типа
Фабри—Перо нз двуокисей тория
и кремния для УФ-областн^
50
40
30
20
10
)
(\
1
\
/
i
200 300 Ш 500 600
Т а б л и ц aJ7.33. Характеристики поляризаторов различного состава
Состав покрытий
(ВхН)^!
(BxHpBi -
(BiHfBi для XJ =
= 300 нм (на гипоте-
гипотенузе первой призмы)
(В1НMВ1 для Л,„ =
= 340 им (на гипоте-
гипотенузе второй призмы)
(ВНLВ
(ВНMВ
(ВНLВ для к'о =
= 450 им (на гипоте-
гипотенузе первой призмы)
(ВНLВ для XI =
— 650 нм (на гипоте-
гипотенузе второй призмы)
(ВН)?В (пятнаДцатй-
слойное)
Степей ь
поляри-
поляризации,
%
Коэффи-
Коэффициент
пропускания
р-, s-состав-
ляющнх *,
0/
/о
Ширина
спектраль-
спектральной области
при степени
поляризации
>99 %
ДА.До. мкм
Призмениые поляризаторы
99
100
98—99
99
100
98—99
82—90
82—90
~80
84—88
84—88
80
0,25
0,25
0,3—0,35
0,25—0,3
0,25—0,3
0,35—0,4
Пластинчатый поляризатор
99—100
_90—95**
Назначение
Для УФ-обла-
УФ-области
Для УФ-обла-
УФ-области (ахроматиче-
(ахроматический поляриза-
поляризатор)
Для видимой
области
Для видимой
области (ахрома-
(ахроматический поля-
поляризатор)
Для одной дЛи-
ны волны в пре-
пределах 0,4—
1,06 мкм (моно-
(монохроматический
поляризатор)
Примечание, р-, s-составляющие — составляющие поляризованного света
с колебаниями светового
вектора параллельно н перпендн кулярно к плоскости па-
дення света соответственно; к'о, ^0 -
крытий на гранях первой
н второй
- расчетные длины волн для
прнзм, нм.
• Без просветляющего покрытия на входной и выходной
"■• Коэффициент пропускания s-составляющей менее 10 %.
многослойных по-
грянях призмы.
345

типа для ультрафиолетовой и видимой областей спектра приведены на
рис. 7.27.
Преимущества интерференционных поляризаторов: исключается применение
дефицитных двупреломляющих материалов, создается возможность изготовления
поляризаторов больших габаритов, а также одновременного использования двух
составляющих. Могут быть изготовлены для монохроматического света также поля-
поляризаторы пластинчатого типа без заклеивания в стекло [20].
80
60
40
20
г
1
->-
I
1
^-*—
—X >
30
20
10
250 300 350 400 -450 500 550 600 650 Я,нм
Рис. 7.27. Спектральные характеристики интерферен-
интерференционных поляризаторов призменного типа
Узкополосные фильтры отражающего типа состоят из 2—4 и более узкополос-
узкополосных высокоотражающих зеркал 1-го и 2-го порядков с чередующимися слоями и
с малой разницей показателей преломления. За счет многократного отражения фон
фильтров становится малым (менее 10~3%) при интенсивности полосы отражения
света до 70 % и более и полуширине около 10 нм. Применение их особенно перспек-
перспективно в УФ-области спектра короче 250 нм, когда стеклянный фильтр, работающий
р.%
100
/il
^
1
1
1
80
60
40
20
О LW
. . 200 -
300
400 500 600 Я, нм
Рис. 7.28. Спектральные характеристики узкополосных
отражающих фильтров для УФ-областн, состоящей из
двух одиннадцатислойных зеркал 1-го и 2-го порядков (из
двуокиси тория и кремния)
на пропускание, с высокими оптическими характеристиками изготовить практически
невозможно, а также в тех случаях, когда требуется высокий контраст [10]. На
рис. 7.28 показана зависимость спектрального коэффициента отражения р узко-
узкополосного отражающего фильтра для УФ-области спектра (кривая 3), состоящего
из двух одиннадцатислойных зеркал 1-го и 2-го порядков (кривые / и 2), состоящих
в свою очередь из слоев двуокисей тория и кремния.
Осаждение органических полимерных покрытий из растворов в органических
растворителях. Полимерные покрытия используют с целью просветления и защиты
оптических деталей из кристаллов и других материалов, прозрачных для ИК-излу-
чения [29, 30].
346
В табл. 7.34 представлен ряд органических полимерных соединений, которые
могут быть использованы в качестве просветляющих покрытий для определенных
оптических материалов, а также приведены пределы применения этих полимеров
в ИК-области спектра. Покрытия могут быть толщиной от десятых долей микрометра
до 10—20 мкм [23].
Таблица 7.34. Полимерные покрытия
для просветления оптических деталей
Состав
полимерных покрытий
Полиметилмет-
акрилат
Фенилметнлполи-
силоксан
Полистирол
Фторорганический
полимер
Хлорированный
натуральный каучук
Исходное вещество
Полиметилмет-
акрилат
Смола марки
КМФ-29
Полистирол эмуль-
эмульсионный марки С
или блочный (про-
(прозрачный) марки
ПОЧД
Ф32Л марки Н;
Ф32Л марки В
ХНК20
Оптические материалы
KRS-5, оптиче-
оптическая керамика КО2
и КО4
КО2, КО4, ИКСЗО
KRS-5, бескисло-
бескислородные стекла
То же
КО6
Спектраль-
Спектральная область
применения
в пределах
длин волн,
мкм
0,6—25,0
1,0—6,0
1,0—6,8;
7,0—12,5;
24,0—45,0
0,6—7,5
1,0—25,0
Раствор полиметилметакрилата в толуоле применяют для просветления деталей
с показателем преломления nD = 1,8-^-2,6, прозрачных в области спектра 0,6—
25,0 мкм.
Раствор фенилметилполисилоксана марки КМФ-23 в бутилацетате служит по-
покрытием для термостойких стекол и оптической керамики марок КО2 и Кр4.
100
во
60
(
i
-\
i
i
■1
\
s
л
в
1
л
3-
1
' а 15 П 13 2
1 7,
ч
Т 7
Ч 7
8
7 7
-—
9 31 3
Т 7
ч г
\
'Я 1
Рис. 7.29. Коэффициент спектрального пропускания стекол
ИКС24, ИКС25 и кристалла KRS-5 без покрытий и с покры-
покрытиями из полистирола
Раствор полистирола (эмульсионного марки С или блочного марки ПСМД)
применяют для просветления деталей из материалов с показателем преломления
nD = 2,4-^2,8 для областей спектра в пределах длин волн 1,0—6,8; 7,0—12 5 и
24,0—45,0 мкм.
На рис. 7.29 показаны значения коэффициента светопропускания стекол т
марок ИКС24, ИКС25 (кривые / и 2) и кристалла KRS-5 (кривые 3 и 4) с покрыти-
покрытиями и без покрытий (кривые 5—8).
Просветление деталей с показателем преломления пд = l,7-f-2,2 производят
фторорганическим полимером Ф32Л марки Н, который прозрачен до длины волны
7 мкм. Полимер Ф32Л марки В представляет собой малогазопроницаемое защнтное
покрытие от водяных паров и воды для стекол и кристаллов.
Раствор полимера готовят в смеси: амилацетат и ацетон.
347

Получение оптически однородных покрытий из органических полимеров состоит
из приготовления растворов (при этом растворитель подбирается для каждого ве-
вещества по возможности с низкой температурой испарения), нанесения их на по-
поверхность вращающейся детали или путем погружения детали в раствор, а затем
термообработки.
7.7. Защитные покрытия
Покрытия для защиты от разрушения водяными парами. Поверхности оптиче-
оптических деталей могут быть защищены: воскованием поверхностного кремнеземистого
слоя, модификацией поверхности стекла путем прививки кремнийорганических
веществ и защитой органическими полимерными покрытиями [23, 30]. Травление
поверхности силикатного стекла разбавленным раствором уксусной кислоты при-
приводит к образованию слоя кремнекислом. Такой слой при толщине около 100 нм
затрудняет доступ водяных паров к поверхности стекла и одновременно служит
просветляющим. Дополнительная обработка его в окисленном расплавленном воске
значительно повышает устойчивость стекла по отношению к разрушающему
действию водяных паров. При этом стекла группы В по налетоопасности
(ГОСТ 13659—78) переходят в группу А, а стекла группы III по пятнаемости пере-
переходят в смежную высшую группу.
Аналогичное повышение устойчивости стекол с просветляющими покрытиями
(однослойным и двухслойным), в которых внешний слой представляет собой двуокись
кремния, также достигается обработкой в расплавленном воске.
Такое защитное покрытие прозрачно и не изменяет [оптических характеристик
просветленного стекла. Защита оптических деталей с просветляющими покрытиями
может быть также осуществлена путем нанесения тонких B5—30 нм) гидрофобных
покрытий из кремнийорганических или фосфоркремнийоргаиических соединений.
Например, гидрофобное силиконовое покрытие может быть получено гидролизом
паров диметилдихлорсилана или из спирто-водного раствора диметилдиэтоксисилана;
это покрытие применимо для оптических стекол различного химического состава.
И, наконец, просветленная оптическая деталь может быть защищена более термо-
термостойким и плотным покрытием из смеси двуокиси кремния и фосфорсилоксана [23].
В'качестве защитных покрытий для оптических деталей из кристаллов, про-
прозрачных для инфракрасного излучения, применяются органические соединения и
органические полимеры. Например, полистирол, полиметилметакрилат, которые при
определенной толщине служат и в качестве просветляющих (см. табл. 7.34).
Фторорганический полимер Ф32Л марки В применим не только для защиты изде-
изделий, прозрачных для ИК-излучения До Я, — 7,5 мкм, во и для Защиты химически
неустойчивых стекол в процессе технологии их изготовления.
В табл. 7.35 приведены свойства различных видов защитных покрытий, предо'
храняющих поверхности оптических деталей от разрушения при соприкосновении их
с водяными парами и водой.
Покрытия для защиты от биологических обрастаний. На поверхности оптиче-
оптических деталей, находящихся в условиях тропического влажного климата, наблюда-
наблюдается появление плесневых грибов. Споры грибов могут попадать в прибор при его
изготовлении, упаковке, хранении и эксплуатации. Развитие спор наступает при
повышенных температуре (>20 °С) и влажности воздуха, а также при наличии иа
поверхности следов питательных веществ (органического и неорганического про-
происхождения).
В условиях влажного климата вокруг гиф наблюдается повреждение поверхности
стекла в виде пятен травления органическими кислотами. Используется несколько
фуигицидиых защитных покрытии, предохраняющих оптические детали от биологи-
биологических образований [1].
1. Защита предназначается для поверхностей оптических деталей из стекол,
отиосищихся по химической активности к группам А и I. Защита основана на об-
образовании фуигицидной пленки Р-метокси-а-ацетоксимеркурацетата. Защиту про-
производят после просветления деталей химическими методами и катодным распыле-
распылением металлов.
Технологический процесс защиты состоит в обработке стекла толуольным раст-
раствором винилхлорсилана, а затем метанольным раствором уксуснокислой ртути.
По механической прочности к истиранию покрытие относится Ч группе I.
348
S ев
О) О) О) Д
3
п
f
я га
ч
11 US
3S
о
ill
> 01 С
f я п !
U
1 х к
3 я
я ч
8" о о
Ю си с
о. <и н
U UO
о
Н
CDCJ
га о
a.
о
Е-
гао
О
кс
sill
S g оГ я
я ^ щ
Ч О II О
оГ 6
и п
5
я =я
а, о
h
II
D.U О U^f
о
II
24 а,
я о
га m
Ч н а)
Я о н
s«a
я S-S
В X и
•s >s
о о
а
я
е-
а»
§ж
01
^8
I
к
S
я
S
S
и о
КС ч
01 о
•е-
6
° « я
| § а.
Ч О) о
Я Я г«
Ч ее
I
III
о о. in
css
С КС
<и о ч
О S
в" о
Ч Н
>5
S
8
О 2
о. Е
И
©
349

2. Защита предназначается для деталей из химически нестойких стекол групп
СТК, ОФ, ФК и других несиликатных и цветных стекол, а также деталей из кристал-
кристаллов исландского шпата.
Технологический процесс защиты состоит в нанесении на поверхность детали
покрытия из смеси этанольных растворов винилтриэтоксисилана и диметилдиэто-
ксисилаиа с последующим нанесением фунгицидного покрытия из метанольного
раствора уксуснокислой ртути. Покрытие гидрофобно, краевой угол смачивания не
менее 90°. По механической прочности относится к группе I [23].
3. Защита [1] предназначается для оптических деталей из химически нестой-
нестойких силикатных, несиликатных и цветных стекол, а также деталей из флюорита и
германия. Защита заключается в нанесении на поверхность -детали одновременно
гидрофобного и фунгицидного покрытий из смеси растворов фосфорсилоксана ФС-3
[1, 23] и триэтилметакрилокснстаннана ТЭМС.
Покрытие гидрофобно, краевой угол смачивания 94—96°. По механической проч-
прочности к истиранию иа стеклах оно относится к группе I, на флюорите — к группе П.
4. Защита [1, 23] предназначается для деталей из кристаллов фтористого
лития и флюорита. Процесс защиты заключается в нанесении на поверхность детали
покрытия из смеси фторорганического полимера на основе фторопласта 3-Ф32Л
марки В и триэтилметакрилоксистаннана ТЭМС. После нанесения покрытия детали
подвергают термообработке при 130 °С. Покрытие устойчиво к перепадам темпера-
температуры, выдерживает испытание при 98 % относительной влажности и 40 °С в течение
10 сут, гидрофобно, краевой угол смачивания не ниже 90°.
Все работы по защите оптических деталей гидрофобными и фунгицидными по-
покрытиями должны проводиться в специальных помещениях при выполнении особых
санитарно-гигиенических и профилактических мероприятий. Испытания на грибо-
устойчивость должны производиться в соответствии с ГОСТ 9.048—75 и
ГОСТ 9.052—75.
Глава 8
СОЕДИНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
8.1. Склеивание оптических деталей
Склеивание оптических деталей применяется для увеличения светопропуска-
ния системы благодаря уменыпению-отражения, для повышения качества изображе-
изображения за счет ослабления влияния неточности изготовления соединяемых поверхностей
и для крепления оптических деталей друг к другу [3].
Коэффициент отражения света от свободных (внутренних) поверхностей двух
линз
Р = 1 - A - /к) A - гф).
Здесь
Гк —
где пк и пф — показатели преломления крона и флинта; п0 — показатель прелом-
преломления среды, находящейся между рассматриваемыми поверхностями.
Если линзы не склеены, то для обычных пар крон—флинт коэффициент отраже-
отражения равен приблизительно 10 %. После соединения клеем, показатель преломления
которого имеет промежуточное значение между пк и «ф, коэффициент отражения
снижается до «0,1 %. k-j
Ослабление влияния неточности изготовления поверхности объясняется умень-
уменьшением разности показателей преломления сред, разделяемых этой поверхностью.
Например, если ошибка в изготовлении поверхности стекла, граничащей с воздухом,
создает разность хода лучей, равную 2Х, то после соединения поверхностей клеем,
показатель преломления которого отличается от показателя преломления стекла на
0,1 (обычно это различие еще меньше), разность хода уменьшается до 0,ЗЯ.
К склеенным оптическим деталям предъявляют следующие основные требования:
1) высокое светопропускание в заданной области спектра, бесцветность и чи-
чистота склейки, т. е. отсутствие механических включений, воздушных пузырьков,
расклеек;
2) оптическая однородность;
3) отсутствие существенной деформации оптических поверхностей;
4) поверхности склеенных линз должны быть центрированы, т. е. их центры
кривизны должны располагаться на одной прямой;
5) механическая прочность, в частности сопротивляемость механическим воз-
воздействиям оправы;
6) сохранение оптических и механических свойств в заданном температурном
интервале (обычно в интервале ±60°С);
7) устойчивость к воздействию влаги;
8) стабильность свойств во времени;
9) возможность расклеивания деталей.
Чистота склейки имеет особенно большое значение для сеток и марок, лежащих
в фокальных плоскостях оптики прибора.
8.2. Физико-химические основы процесса склеивания
Склеивание оптических деталей заключается в заполнении зазора между ними
прозрачной жидкостью (клеем) с последующим превращением этой жидкости в про-
прозрачное твердое вещество.
Поверхностное натяжение органических жидкостей значительно ниже спободной
поверхностной энергии неорганических стекол и кристаллов, поэтому оигический
351

клей, как правило, хорошо смачивает соединяемые Поверхности. Для того чтобы
можно было быстро заполнить зазор между деталями клеем и выдавить случайно
попавшие пузырьки воздуха, клей берется в избытке (фактический расход клея
в 5—20 раз превышает количество, рассчитанное умножением площади склейки
на толщину слоя).
Растекание клея подчиняется закономерностям динамики вязкой несжимаемой
жидкости. Под давлением верхней детали клей растекается, заполняет зазор между
склеиваемыми поверхностями и вытекает в межфасочное пространство. По мере вы-
вытекания клея поверхности сближаются и скорость течение клея в зазоре толщиной Я,
пропорциональная Я2, быстро падает. Толщина слоя постепенно приближается к сво-
своему окончательному значению. Вязкость клея нарастает. В этот период произво-
производится центрирование деталей. Клей вытекает из зазора до тех пор, пока не превра-
превратится в гель (студень). После гелеобразования процесс отвердеваняя клея продол-
продолжается и происходит небольшое дальнейшее сближение склеиваемых поверхностей
вследствие уплотнения (усадки) клея.
Так как клей берется в избытке, окончательная толщина слоя практически не
зависит от исходного количества клея. Она зависит от размеров и конфигурации
склеиваемых деталей, от исходной вязкости, от скорости нарастания вязкости и,
наконец, от силы, сжимающей детали при склеивании. Если эта сила постоянна,
то окончательная толщина слоя Я (мкм) выражается приближенной формулой [8]
Я= FD2k4\j\-ll2W-'l\
где F — множитель, зависящий от формы склеиваемых поверхностей; D — размер
склеиваемых поверхностей, мм; k — коэффициент, учитывающий усадку клея после
гелеобразования; тH — вязкость клея в начальный момент растекания, Па-с; т3 —
время увеличения вязкости в е раз (время загустения клея), с; W — усилие при
склеивании, Н.
В зависимости от формы контура склеиваемой площади размер D обозначает:
диаметр окружности, ось эллипса, сторону квадрата или ширину прямоугольника.
Множитель F равен: для плоских дисков 0,38; для квадратов 0,46; для эллипсов
0,54(£ + £3)~'/2; для прямоугольников 0,65 (Е + is3)""'/2, где Е—отношение раз-
размера D к длине другой оси эллипса или другой стороны прямоугольника; для сфе-
сферических поверхностей линз, ограниченных окружностью, 0,38 cos2 (ос/2), где а =
= arcsin ID/B.R) ] и R — радиус кривизны.
Множитель к близок к единице (ft< 1), ft = 1 — 0,01У, где У — объемная
усадка после ^образования геля, %. Реологические характеристики клея тH и т3
могут быть найдены из кривой зависимости вязкости клея от времени. Усилие W
кроме веса верхней детали может включать также дополнительную силу, сжимающую
склеиваемые детали (например, вес дополнительного груза или,силу давления
пресса). В очень редких случаях (тонкие крутые мениски) имеет значение также
наличие гидростатической подъемной силы.
На основании многолетнего опыта принято считать, что оптимальная толщина
склеивающего слоя составляет 10—20 мкм. В более толстых слоях становится за-
заметной окраска и оптическая неоднородность клея, в более тонких может наблю-
наблюдаться нежелательная интерференционная окраска и увеличивается вероятность
возникновения расклеек из-за взаимного отступления формы соединяемых поверх,
иостей, а также из-за случайного попадания пылинок.
Прочность склеивания в значительной степени определяется значением адгезии
клея к соединяемым поверхностям, т. е. силами молекулярного взаимодейстВяя ме-
между адгезИвом (клеем) и субстратом (подложкой). Полированные силикатные стекла
покрыты пленкой кремнекислоты. Поверхностные гидроксйЛьные группы кремне-
кислоты весьма активны и могут участвовать в образовании адсорбционных, а в не-
некоторых случаях и химических связей с активными группами молекул, входящих
в состав клея. Например, высокая прочность склеивания стекол эпоксидными кле-
клеями (ОК-50П, ОК-72ФТ) объясняется взаимодействием ОН-групп поверхности
стекла и эпоксидных групп молекул клея с образованием ковалентной сложно-
эфирной связи по схеме
О ОН
■ H2C-CH ► =Si-O-CH2-CH-
к
352
8.3. Оптические клеи
Перечисленные выше требования к соединенным деталям определяют следу-
следующие требования к клеям:
1) высокая прозрачность и бесцветность в заданной области спектра, чистота
клея;
2) определенный показатель преломления клея после его отвердевания, жела-
желательно средний между показателями преломления склеиваемых материалов;
3) оптическая однородность, достаточная для того, чтобы при прохождения света
через склеивающий слой не возникала недопустимая разность хода;
4) сохранение оптических свойств в заданном температурном интервале;
5) отсутствие существенных напряжений в слое отвердевшего клея;
6) согласование динамики нарастания вязкости клея с особенностями технологии
склеивания: обеспечение начальной вязкости, приемлемой для соединения деталей
без воздушных пузырей и для получения слоя оптимальной толщины; сохранение
вязкости, близкой к начальной, в течение достаточно длительного времени (жизне-
(жизнеспособность); нарастание вязкости со скоростью, позволяющей производить центри-
центрирование деталей;
7) достаточная собственная прочность (когезия) и прочность сцепления со
склеиваемыми материалами (адгезия) после отвердевания и сохранение прочности
в интервале заданных значений температуры и влажности;
8) высокая эластичность клея при отсутствии заметной пластичности;
9) сохранение оптических и механических свойств отвердевшего клея в течение
многих лет.
Так как требования 1—6 являются специфическими, обычные конструкционные
клеи им не удовлетворяют. Поэтому разработаны специальные оптические клеи.
Следует учитывать, что требования 1 и 3 относятся к толщине слоя 10—20 мкм.
Толстые слои оптических клеев, как правило, заметно окрашены. Окраска клеев,
предназначенных для работы в видимой области спектра, обычно не превышает по
интенсивности окраску 5-10~3 % водного раствора бихромата каляя. В 5 см3 клея
допускается присутствие не свыше десяти пылинок или мелких ворсинок, видимых
на темном фоне при шестикратном увеличении в сходящемся световом пучке, создава-
создаваемом осветителем ОИ-9.
Для склеивания большинства оптических деталей пригодны клеи с показателем
преломления от 1,49 до 1,65. При склеивании некоторых специальных главным об-
образом поляризационных призм показатель преломления должен подбираться в каж-
каждом отдельном случае с точностью до нескольких единиц третьего знака.
Теплостойкость склейки ограничивается снижением прочности на сдвиг или
окрашиванием клея при повышенных температурах. Морозостойкость склейки тем
выше, чем меньше разность коэффициентов линейного расширения склеенных мате-
материалов, чем больше их прочность, чем больше когезия и адгезия отвердевшего клея
и чем выше его эластичность, которую можно характеризовать относительным удли-
удлинением при разрыве. Кроме того, эластичные клеи меньше деформируют склеенные
детали.
Как показывает опыт, оптимальная начальная вязкость оптического клея в за-
зависимости от размеров и формы склеиваемых деталей находится обычно в пределах
0,07—2,0 Па- с. Так как вязкость оптических клеев зависит от напряжения сдвига,
то для ее измерения рекомендуется применять вискозиметр Митчела, работающий
В условиях, близких к условиям склеивания. Основное свойство любого клея — спо-
способность к ускоренному нарастанию вязкости. Наиболее технологичны клеи, нара-
нарастание вязкости которых происходит по экспоненциальному закону. Они обладают
достаточной^жизнеспособностью и явно выраженным периодом высокой вязкости,
прн которой удобно произвести окончательное центрирование.
Для определения соответствия клея стандартным требованиям контролю под-
подвергают внешний вид, цвет, чистоту, вязкость (для бальзама — чясло пенетрации),
показатель преломления и жизнеспособность. При разработке новой марки клея
определяют предел прочности при разрыве и сдвиге по ГОСТ 14759—69, прозрач-
прозрачность— по ГОСТ 9411—75, теплостойкость, морозостойкость, влагостойкость,
стойкость к циклическому термоудару. Испытания производят как па закатанных
в оправу, так и на незакатанных деталях.
12 Кузнецов С. М. и др. 353

Современные оптические клеи — это синтетические (за исключением бальзама),
органические (кроме ТКС-1) клеи. По природе полимерной основы они относятся
к нескольким классам: клеи бальзамин и бальзамин М— карбинольные; ОК-5011,
ОК-72ФТ5 и ОК-72ФТи — эпоксидные; акриловый и ММА —акрилатные; ОК-СОМ —
полиэфирный; УФ-215М — кремнийорганический.
8.4. Свойства оптических клеев
По рабочей области спектра клеи разделяются на клеи для видимой (большин-
(большинство клеев) ультрафиолетовой (УФ-215М) и инфракрасной (ИК-Ш, ТКС-1) областей.
По механизму роста вязкости оптические клеи делятся на термопластичные, или
клеи-расплавы, отвердевающие при остывании (бальзам, ТКС-1); клеи-растворы,
отвердевающие при испарении растворителя (акриловый и др.) и полимеризующиеся
клеи отвепдевающие в результате химической реакции соединения молекул, входя-
входящих 'в состав клея (бальзамин, бальзамин М, ОК-50П, ОК-72ФТ5, ОК-72ФТ15,
УФ-2Г5М, ММА, ОК-90, ИК-lM). Основные характеристики оптических клеев (до
отвердевания) приведены в табл. 8.1. Плотность клеев, за исключением ТКС-1,
близка к 1,0 г-см~3.
Бальзам [3] изготовляется из пихтовой живицы путем ее специальной очистки
с последующей отгонкой растворителя и части терпенов. Он представляет собой
стекповидную желтую или оранжевую легкоплавкую массу, растворимую в эфире,
спирте ацетоне. Применяются бальзамы различной твердости, отличающиеся содер-
содержанием льняного масла. Твердость характеризуется числом пенетрации по
ГОСТ 22S0—76. Твердые бальзамы обеспечивают более теплостойкую, мягкие —
более морозостойкую склейку.
Бальзамы предназначаются для склеивания оптических деталей из силикатных
стекол всех марок, точная центрировка которых обеспечивается за счет индивидуаль-
индивидуального крепления и фиксации в оправах, для склеивания шкал и сеток с фотослоем;
не рекомендуются для склеивания тройных линз. В настоящее время бальзамы в зна-
значительной степени вытеснены синтетическими клейми.
Бальзамин [3] — светло-желтая жидкость, которая готовится растворением
1,0—1,5 массовых частей инициатора полимеризации — перекиси бензоила
(ГОСТ 14888—69) в 100 массовых частях перегнанного диметилвинилэтинилкарби-
нола с последующим фильтрованием и частичной полимеризацией. Диметилвинил-
этинилкарбинол — бальзамин-мономер, полученный перегонкой технического кар-
карбинола или карбинольного сиропа при давлении 1,3—2,7 кПа. Его можно исполь-
использовать для приготовления клея в течение трех суток. Частичная полимеризация до
требуемой вязкости проводится в термостате при 50—60 С при освещении электро-
электролампой мощностью 150 Вт.
Бальзамин более прочно, чем бальзам, соединяет центрированные линзы, вы-
вызывая в них ограниченные напряжения. Возможно появление деформации склеен-
склеенных деталей При 80 °С он интенсивно желтеет. Предназначается для склеивания
оптических деталей из силикатных стекол всех марок. Ограниченно применим для
склеивания деталей со светоделительными покрытиями и светофильтров. Детали
приборов с повышенными требованиями к качеству изображения бальзамином не
Бальзамин М [1 ] —прозрачная бесцветная жидкость, которую получают
смешением 98,7 массовых частей перегнанного диметилвииилэтинилкарбинола (баль-
(бальзамина-мономера) с одной массовой частью инициатора полимеризации — продукта
23 и 0 25—0 30 массовой части ускорителя полимеризации — парадиметиламино-
бензаль'дегида. При необходимости склеивания нескольких партий деталей за смену
из-за малой жизнеспособности клея готовят два раствора: один — с инициатором
@ 2 г на 10 г раствора), другой - с ускорителем @,06 г на 10 г раствора). Рас-
твопы фильтруют и незадолго до склеивания смешивают в равных объемах.
В отличие от обычного бальзамина бальзамин М отвердевает при комнатной
температуре что упрощает технологию склеивания. При обычной конфигурации
склеиваемых деталей бальзамин М не вызывает заметной деформации поверхностей
деталей Этот клей предназначен для склеивания оптических деталей из силикатных
стекол различных марок, деталей со светоделительными покрытиями, светофильтров
и поляроидов, а также крупногабаритных деталей.
354
Та
Наименова-
Наименование клея
Бальзам
Бальзамин
Бальза-
Бальзамин М
Акриловый
ОК-50П
ОК-72ФТ5
ОК-72ФТ15
MMAi
ММ2
ОК-90М
УФ-215М
ик-ш
ТКС-1
П р н
блица 8.1.
Показатель
преломления
1,52—1,54
1,48—1,49
1,48—1,49
1,486
—
1,51—1,52
1,51—1,52
1,515
1,405
1,541
мечанне. Б
• Для бальзама (
•* 1
Свойства оптических клеев (до
Вязкость прн 20 "С,
Па-с
107 *; 10
A00 °С)
0,2—0,5
(для линз);
0,5—2,0
(для призм)
0,2-0,5
(для линз);
0,5—2,0
(для призм);
0,07—0,1
(для крупногаба-
крупногабаритных деталей)
0,2—0,5
0,2—0,5
1,0
0,8
0,04—0,06
0,04—0,06
0,2—0,3
0,2—0,3
0,2—0,5
0,2—0,3
A60—170 9С)
Жизнеспо-
Жизнеспособность
при 20 °С,
мин
Неогра-
Неограниченна
180
40
Неогра-
Неограниченна
(в герме-
герметичной
таре)
40
40
55
25
60
360
30—60
2-3 сут
(в герме-
герметичной
таре)
Неогра-
Неограниченна
отвердевания)
Температура
склеивания, °С
130—135; 70—75 **
70—80, затем 50—55
A5 ч)
18—26 A сут)
50—60 E—6 сут);
80—90 *** C—4 сут)
или 18—26****
(до высыхания)
18—26 A сут);
60 *** C—5 ч)
18—26 A сут);
65 *** E—7 ч)
18—26 A cvt);
65*** E—7 ч)
18—26 A сут);
65 E—6 ч)
18—26 A сут);
65 E—6 ч)
18—26 E сут)
18—26 A сут)
18—26 B сут)
160-170
скобках дана продолжительность склеивания.
; числом пенетрации
7рн скленваннн деталей с фотослоем
•** Для придания
56-58.
повышенной прочности и влагостойкости.
**** Для поляроидов микроскопов.
12*
355

Акриловый клей — прозрачный, бесцветный или светло-желтый высыхающий
склеивающий раствор низкомолекулярного сополимера метилметакрилата
(ГОСТ 20370—74) и бутилметакрилата в ксилоле. Вязкость клея зависит от содержа-
содержания ксилола. Этот клей применяется для склеивания линз, призм и других опти-
оптических деталей из силикатных стекол всех марок размером до 30 мм для приборов,
не допускающих люминесценции; поляризационных призм из кальцита, поляроидов,
фильтров и клиньев с желатиновыми и поливиниловыми пленками; деталей из квас-
квасцов для зеркальных объективов и силикатного стекла с металлами. Высушивание де-
деталей размером более 30 мм требует очень длительного времени и не приводит к пол-
полному удалению растворителя, поэтому склеивающий слой ие удовлетворяет полно-
полностью предъявляемым к нему требованиям.
Клей ОК-50П [7] — прозрачная светло-желтая жидкость, представляющая со-
собой раствор, состоящий из эпоксидной смолы, активного разбавителя и отвердителя.
Готовится смешением двух компонентов Ап и Б в массовом соотношении 10 : 1.
Компонент А" состоит из очищенной эпоксидной смолы ЭД-20 промышленного вы-
выпуска (ГОСТ 10587—76) и активного разбавителя — эпихлоргидрина. Компо-
Компонент Б — отвердитель, представляющий собой фракцию полиэтиленполиаминов
с температурой кипения 85—120 °С. Компоненты клея в герметичной таре могут хра-
храниться неограниченно долго.
Клей предназначен для склеивания оптических деталей из силикатных стекол
при повышенных требованиях к механической прочности склейки, консольно под-
подвешенных деталей, стекол с металлами за исключением олова, хрома, инвара, ковара.
Клей ОК-72ФТЪ [9] — прозрачная светло-желтая жидкость, которая пред-
представляет собой раствор, состоящий из эпоксидной смолы, активного разбавителя,
пластификатора и отвердителя. Он готовится смешением двух компонентов АфТ
и Бф в массовом соотношении 100 : 31. Компоненты клея в герметичной таре могут
храниться неограниченно долго.
Клей предназначен для склеивания оптических деталей приборов, к которым
предъявляются повышенные требования по прочности склеивания, влагостойкости,
а также вибро- и ударопрочное™, работающих в разнообразных климатических ус-
условиях, в частности в условиях влажных тропиков. При разности коэффициентов
линейного расширения склеенных материалов до 30-10"' К склеенные детали прак-
практически не деформируются после нагревания до +60 °С и охлаждения до —60 С.
Клей ОК-72ФТ1Ъ по внешнему виду, составу и приготовлению аналогичен пре-
предыдущему клею. Отличается от клея ОК-72ФТ6 повышенной эластичностью после
отвердевания. Он предназначен для склеивания тонких оптических деталей (отно-
(отношение толщины к диаметру порядка 1 : 10 и менее); деталей приборов, работающих
в разнообразных климатических условиях, в частности в условиях влажных тропи-
тропиков; для герметизации межфасочиого пространства деталей, склеенных бальзамом
и бальзамином, с последующей установкой и закаткой их в оправу иа клее ОК-72ФТ1В.
Этот клей не вызывает заметной деформации склеенных деталей после нагрева до
+80 °С и охлаждения до — 60 °С [2].
Клей ММА — прозрачная светло-желтая жидкость, представляющая собой
раствор, состоящий из эпоксидной смолы, моио- и трифуикциоиальиого мономеров,
инициатора и ускорителя полимеризации. Ои готовится смешением двух компонен-
компонентов — А и Б в массовом соотношении 1:1. Компоненты в герметичной таре могут
храниться в холодильнике при 0—4 СС до 6 мес. Клей ММА имеет низкую вязкость
и предназначен для склеивания оптических деталей диаметром до 250 мм из силикат-
силикатных стекол. Ои ие деформирует склеенные детали после нагревания при 80 °С в те-
течение 5 ч [2]. Детали, склеенные клеем MMAi, устойчивы в условиях влажного тро-
тропического климата. Клей ММА2 отличается повышенной жизнеспособностью, но
менее влагостоек.
Клей ОК-90М — прозрачная светло-желтая жидкость. Ои представляет собой
раствор, состоящий из ненасыщенной полиэфирной смолы, моиомера-разбавителя,
инициатора и ускорителя полимеризации, промотора адгезии и пластификатора.
Он предназначен для склеивания линз.
Клей УФ-215М — прозрачный бесцветный раствор, содержащий низкомолеку-
низкомолекулярный диметилсилоксановый каучук марки СКТН А (ГОСТ 13835—73), винил-
ацетат и катализатор К-18. Он предназначен для склеивания деталей из кварца,
флюорита, фтористого лития и других материалов, прозрачных в ультрафиолетовой
области спектра.
356
Клей ИК-1М — прозрачный бесцветный раствор. Предназначен для склеивания
оптических деталей, работающих в области спектрального пропускания от 0,4 до
12 мкм.
Клей ТКС-1 [5] — термопластичный клеящий состав, представляющий собой
тяжелую стеклообразную массу с высоким показателем преломления. Он прозрачен
в области спектрального пропускания отО,6 до 170 мкм, причем в интервалах X =
= 25—35 и 40—60 мкм имеет полосы поглощения. Клей хрупок и не выдерживает
резких перепадов температуры. Нерастворим в органических растворителях и кисло-
кислотах. Разрушается в щелочных растворах. Предназначен для склеивания оптических
деталей, работающих в области спектрального пропускания 0,6—25 мкм. При скле-
склеивании материалов, имеющих различные коэффициенты температурного расширения,
прочность склейки не гарантируется.
8.5. Технология склеивания
Участок склеивания целесообразно размещать вблизи от ОТК химической об-
обработки оптических деталей. Он должен отделяться от общего коридора тамбуром.
С помощью общеобмепмой вентиляции на участке создается избыточное давление
воздуха в несколько паскалей. Полы должны быть покрыты линолеумом. Дважды
в смену должна производиться влажная уборка помещения. Помещение оборудуется
приточно-вытяжной вентиляцией. На рабочих столах размещается местная вытяжка.
Скорость воздуха в сечении выходного патрубка размером 200x300 мм должна быть
не ниже 3 м/с. Помещение должно быть хорошо освещено. Рекомендуется, чтобы
каждое рабочее место имело отдельный источник света.
Вдоль стен размещают столы, оборудованные контрольно-юстировочными при-
приборами, черными матовыми экранами высотой до 500 мм, электроплитками с регу-
регулируемой температурой, столиками с регулировочными винтами для придания пло-
плоскости столика горизонтального положения по уровню. На столах располагаются
следующие вспомогательные приспособления: емкости с растворителями, беличьи
и колонковые кисточки в таре, защищающей от пыли, пинцеты, обезжиренные сал-
салфетки, лупы с шестикратным увеличением, квадраты из черного бархата и тонкой
упаковочной бумаги.
Склеивание оптических деталей следует производить после нанесения про-
просветляющих покрытий (ло нанесения защитных покрытий). После чистки посред-
посредством протирки батистовыми салфетками, смоченными смесью одного объема этило-
этилового спирта с девятью объемами петролейного эфира (для чистки деталей с фотослоем
Обычно используется петролейный эфир), детали комплектуют попарно таким обра-
образом, чтобы для каждой пары деталей, например флинтовой и кроновой линз, взаим-
взаимное отступление склеиваемых поверхностей ие превышало Трех-пяти интерфереици*
оиных колец, наблюдаемых при взаимном наложении этих поверхностей с воздуш-
воздушным промежутком. При склеивании изделий низкой точности допускается взаимное
отступление поверхностей до десяти колец. Рекомендуется комплектовать пары «иа
яму», т. е. с промежутком в центре при соприкосновении поверхностей по контуру.
Чистота полированной поверхности детали, поступающей на склеивание, должна
соответствовать требованиям ГОСТ 11141—76.
Перед склеиванием некоторыми клеями детали подогреваются иа электроплитке
При температурах: для склеивания бальзамом 130 °С; для склеивания бальзамином
70— 80 °С; для склеивания клеями ОК-50П, ОК-72ФТ6 и OK-72<&Ti6 30—40 °С (де-
(детали, ие допускающие деформации, склеивают эпоксидными клеями без предвари-
предварительного нагревания); для склеивания клеем ТКС-1 160—170 °С. Бальзам перед
склеиванием расплавляют, клей ТКС-1 нагревают до 160—170 °С.
Детали располагают на столе, покрытом черным бархатом. Пары линз диамет-
диаметром до 200 мм укладывают вогнутой линзой вниз. Призмы располагают так, чтобы
плоскость склеивания была горизонтальна (если необходимо, используют приспособ-
приспособления). Детали окончательно очищают, оставшиеся пылинки смахивают чистой бе-
беличьей или колонковой кистью.
На одну из склеиваемых поверхностей, вогнутую или плоскую, наносится
некоторое количество клея, зависящее от площади склеиваемой поверхности и от
ее формы. При одинаковой площади на поверхность с прямоугольным или тре-
треугольным коггтуром требуется наносить больше клея, чем па поверхность, ограничен-
ограниченную кругом. На призмы клей наносят обычно вдоль длинной стороны прямоуголь-
357

ника или треугольника. На клей осторожно, стараясь не захватить воздушные пу-
пузыри, накладывают вторую, выпуклую или плоскую, склеиваемую поверхность.
Отдельные случайно захваченные пузыри и пылинки должны быть удалены путем
надавливания на верхнюю деталь. Образовавшаяся клиновидность слоя между лин-
линзами устраняется посредством вращения кроновой линзы относительно флинтовой.
Линзы помещают на горизонтальную поверхность стола, выверенную по уровню.
Производят центрирование линз, т. е. совмещение их оптических осей, с помощью
прибора СТ-41М. Центрирование повторяют несколько раз. Центрированные детали,
склеенные бальзамином и акриловым клеем, помещают в термостат; детали, склеен-
склеенные другими клеями, выдерживают при комнатной температуре, а затем, если необ-
необходимо, прогревают в термостате. Температурно-временные режимы при склеива-
склеивании указаны в табл. 8.1.
Точные призмы юстируют с помощью специального приспособления в соответствии
с требованиями к прибору, в котором будет работать призма. Склеенные призмы раз-
размещают так, чтобы склеивающий слой располагался в вертикальной плоскости над
продольной канавкой на столе, не соприкасаясь со столом или покрывающей его бу-
бумагой. Фильтры, состоящие из двух защитных плоских стекол и поляризующей или
окрашенной пластины, склеиваются под давлением.
Склеивание крупногабаритных линз производится на специальном приспособ-
приспособлении, состоящем из стола, имеющего 12 или 18 опор, расположенных по окруж-
окружности, диаметр которой равен 2/3 диаметра линзы, а также из корпуса, изолирующего
линзы от окружающего воздуха, и центрирующего устройства. Опоры оканчиваются
качающимися на подшипниках пятками, обтянутыми кожаными подушками. Флин-
товая линза с помощью подъемника помещается на опоры, над ней на бандаже под-
подвешивается кроновая линза. Линзы длительное время (не менее 12 ч) выдерживают
внутри корпуса в атмосфере, осушенной силикагелем или алюмогелем, для удаления
с поверхностей адсорбированной влаги и выравнивания температуры линз. После
очистки поверхностей от случайных пылинок на флинтовую линзу наливают необ-
необходимое количество клея и плавно опускают кроновую линзу, которую затем освобо-
освобождают от бандажа, после чего удаляют избыток клея и центрируют линзы. Склеен-
Склеенную пару линз выдерживают на приспособлении не менее пяти суток, причем в поме-
помещении поддерживается температура 19—22 °С.
Склеивание гигроскопических кристаллов, прозрачных в ИК-области спектра,
производится после выдержки в эксикаторе над силикагелем или хлористым каль-
кальцием для удаления адсорбированной поверхностями воды, которая дает поглощение
при длине волны примерно 2,9 мкм.
При заклеивании фотографических шкал" и сеток используются мягкие бальзамы.
Температура электроплитки устанавливается не выше 45 °С. Для получения тонкого
слоя бальзама применяются обогреваемые прессы.
При склеивании оптических деталей должны соблюдаться требования техники
безопасности. Процессы приготовления клеев, склеивания и сушки деталей должны
проводиться при исправно действующей вентиляции. Продукт 23, перекись бензоила,
гидроперекись изопропилбензола нельзя подвергать ударам, трению, нагреванию,
непосредственному контакту с ускорителями полимеризации и другими восстанови-
восстановителями. Запас продукта 23 следует хранить в темной стеклянной байке, закрытой
резиновой пробкой с отверстием, при 0—15 9С, под слоем воды. Отбор и перемешива-
перемешивание продукта 23 производится пластмассовой или деревяниой лопаточкой (соприкос-
(соприкосновение продукта 23 с металлом не допускается). Высушивание продукта 23 произ-
производится между слоями фильтровальной бумаги, а затем в эксикаторе иад хлористым
кальцием —до постоянной массы. Хранение сухого продукта в рабочем помещении
допускается в количествах, не превышающих недельного запаса. Срок хранения при
20—25 °С один месяц.
8.6. Свойства склеивающих слоев
Плотность оптических клеев после отвердевания находится в пределах 1,02—
1,24 г-см (кроме клея ТКС-1, плотность которого равна 3,47 г-см"). Модуль
упругости бальзамина при 20 °С равен 5000 МПа, клея ОК-72ФТ6 — 2200 МПа,
клея ОК-90М — 1200 МПа, клея ОК-72ФТ16 — 250 МПа. Удлинение при разрыве
клея ТКС-1 менее 1 %, бальзамина и акрилового клея — около 1 %, бальзамина
М —4—8%, клея ОК.-72ФТ5 — 5%. Наиболее эластичен клей ОК-72ФТ15,
358
Т а б л
I tan менование
клея
Бальзам
Бальзамин
Бальзамин М
Акриловый
ОК-50П
ОК-72ФТ5
ОК-72ФТ15
ММА,
ММА2
ОК-90М
УФ-215М
ИК-1М
ТКС-1
* Иптегр;иты1Г
I ц а 8.2. Оптические свойства склеивающих слоев
1
Показатель
преломления п^
1,53—1,54
1,517—1,519
1,517—1,519
1,485-1,487
1,578—1,532
1,586—1,588
1,570—1,580
1,552
1,552
1,540—1,542
1,407
1,584
2,348 (при длине
волны 0,65 мкм);
2,214 (при длине
волны 2,2 мкм);
2,199 (при длине
волны 7,0 мкм)
я прозрачность.
!3авнспмость прозрач
Длина волны.
мкм
0,30
0,36
0,37
0,38—2.7
0,36
0,44
0,52—2,7
0,28—0 36
0,44—2,7
0 28
0,36—2,7
0,28
0,36-2,7
0,28
0,36—2,7
0,28
0,36—2,7
0,32—1,0
0,32—1,0
0,28
0,36—2,7
0,20
0 21
0 22
0,24- 0 32
0,32—2,5
0 40—3,1
3,2—3,6
3 6—5,5
5,5-6,0
6,0—6,5
6,5—12,0
0,60—25.0
1,0-13,5
пости от длины полны
Прозрачность
в слое толщиной
0,01 мм, %
10
73
90
97--98
30
92
94— 95
83—87
97—98
20
97-99
20
98-99
20
98—99
20
98—99
98—99
98—99
20
97—98
70
80
88
96—98
98
97—98
75 *
97—98
94 *
97—98
93 *
75 *
90 *
359

склеивающих слоев приведены в табл. 8.2.
В табл. 8.3 приведены эксплуатационные свойства склеенных деталей. Следует
иметь в виду, что данные по прочности на разрыв, теплостойкости, морозостойкости,
стойкости к термоудару, влагостойкости и допустимой разности коэффициентов тем-
температурного расширения деталей являются ориентировочными, так как они зависят
от природы склеенных поверхностей, от формы и размеров склеенных деталей.
Т а б л и
Наименование
клея •
Бальзам
Бальзамин
Бальзамин М
Акриловый
ОК-50П
ОК-72ФТ5
ОК-72ФТ1з
MMAj
ММА2
ОК-90М
УФ-215М
ИК-1М
ТКС-1
Прнме>
ц а 8.3. Эксплуатационные свойства склеенных деталей
Проч-
Прочность на
разрыв
при
20 °С,
МПа
4—6
4-6
4-5
10
10
10
10
4,5
4,5
16
3
8,5
2,5
эпустимая раз-
сть температур-
IX коэффициентов
нейного расши-
ния Да- 10', Кг1
30
30
30;
13 **;
5 ***
30
10
60
60
60
60
10***
53
30
30
Тепло-
стой-
стойкость,
°С
30—50 *
60
ПО
80;
50 ***
130
140
140
150
150
200
180
200
90
Морозо-
Морозостойкость
°с
(-40)-
(-25) *
—60
—90
—60;
_ю ***
— 170
— 170
— 170
— 160
— 160
— 120
—60
— 196
— 120
1 а н и я: 1. Стойкость к термоудару детален
соединенных клеем ИК-IM, приведена при температурах от —
зостойкость деталей, соединенных клеем TKC-I,
ратуры 5 К/ч.
* В зависимости от марки.
** В приборах, работающих при 80 °С, с
честву изображения.
*** Для
**•* Для
крупногабаритных деталей.
деталей из кальцита (исландского
определена
*
Стой-
Стойкость
к" термо-
УДару
при
±60 °С,
циклы
0
5
10
5—7
30
65
65
37
37
5—10
30
200
0
диаметром до
196 до 20 °С. 2.
при изменении
повышенными требованиями
шпата).
№
5—7
8—10
6—8
5—7
7-10
70
80
65
3
20
20
4
30
5 мм,
Моро-
темпе-
к ка-
После склеивания проверяют точность взаимной юстировки склеенных деталей,
В частности для линз — точность центрирования, чистоту склеивающего слоя (на
темном фоне в отраженном свете электролампы мощностью 60—100 Вт с непрозрач-
непрозрачным абажуром), чистоту и точность формы внешних рабочих поверхностей.
Опыт работы с бальзамом и бальзамином показывает, что в условиях средней
полосы СССР склеенные оптические детали надежно работают более 20 лет. В усло-
условиях влажного тропического климата более 10 лет работают детали, склеенные кле-
клеями ОК-72ФТ5 и ОК-72ФТ15. Предел работоспособности оптических клеев еще не
установлен. Плесневыми грибами склеивающие слои не поражаются.
360
8.7. Дефекты, возникающие при склеивании
При склеивании могут возникнуть расклейки, пузыри в склеивающем слое и
деформации деталей. Расклейки [6] могут иметь форму овалов, пятен, листьев,
звездочек. Они на пути светового потока увеличивают светорассеяние. Особенно
вредны расклейки в фокальной плоскости прибора, так как вызывают искажение
изображения. Как правило, расклейки, возникшие в процессе склеивания, в дальней-
дальнейшем сохраняют свои размеры, а появившиеся в готовом приборе часто увеличива-
увеличиваются и могут привести прибор в негодность. По форме расклеек обычно удается
установить их причину. Наиболее частые причины: перегрев деталей в процессе
склеивания, нарушение плавности изменения температуры при термической обра-
обработке склеенных деталей, преждевременная и обильная промывка растворителями
или протирка салфетками, обильно смоченными растворителями.
Деформация склеенных деталей может происходить при их термической обра-
обработке вследствие различия коэффициентов термического расширения деталей. Легко
деформируются детали с отношением толщины к диаметру менее 1 : 10. При необ-
необходимости уменьшения деформации рекомендуется использовать пластичный клей —
бальзам с обязательным отжигом напряжений после склеивания или клеи, отверде-
отвердевающие без нагревания, — бальзамин М, ОК-72ФТ5 и особенно ОК-72ФТ15 и ММА.
С высокой прочностью склейки при использовании современных полимеризу-
ющихся клеев связаны неизбежные трудности при расклеивании. Расклеивание
бракованных деталей производится:
1) нагреванием между листами асбеста на электроплите с закрытыми спиралями
(обычно до помутнения слоя) с последующим сдвигом одной детали относительно
другой (бальзам, бальзамин, бальзамин М, акриловый клей, ММА) или в термостате
(клей ТКС-1);
2) ударом деревянного молотка после предварительного охлаждения до тем-
температуры от —10 до — 20 °С (бальзамин);
3) охлаждением с помощью жидкого азота, подаваемого на вату, на которой
уложена склеенная пара кроновой линзой вниз (бальзамин);
4) выдержкой в ацетоне (не подвергавшийся прогреву бальзамин М, клеи ММА,
УФ-215М, ОК-90М) или в ксилоле (акриловый клей);
5) нагреванием в глицерине при 240—260СС (бальзамин, клеи ОК-50П,
ОК-72ФТ5, ОК-72ФТ15).
После расклеивания поверхности деталей проверяют и, если необходимо, пере-
полировывают.
8.8. Склеивание стекла с металлами
Для крепления оптических деталей из стекла, в том числе органического, и кри-
кристаллов в оправах, а также к другим опорным поверхностям из материалов с другими
Таблица 8.4. Свойства герметиков
Свойства
Цвет
Жизнеспособность, ч
Предел прочности на
разрыв, МПа
Сопротивление от-
отслаиванию от анодиро-
анодированного алюминиевого
сплава Д-16, Н/см
Относительное удли-
удлинение, %
Теплостойкость, °С
Моро;«'стойкость, ГС
УТ-34
Серый или
черный
3—20
1,0
15
150
130
—60
ВИТЭФ-1
Бежевый
2-8
1,5
20
150
150
—60
Виксинт
У-2-28
Белый,
розовый
или темно-
серый
3-8
1,9
13
210
250
- 60
ВГО-1
Белый
0.2—0,7
2,0
17
(с подслоем
П-11 или
П-12Э)
250—600
250
-60
361

коэффициентами линейного расширения применяются эластичные герметики. Ос-
Основные свойства некоторых герметиков приведены в табл. 8.4.
Вулканизация герметиков УТ-34, ВИТЭФ-1, Виксинт У-2-28 происходит при
температуре B5 + Ю) °С в течение 24—72 ч. Герметик ВГО-1 после выдержки при
указанной температуре в течение 4 ч подвергают термообработке при 60—70 °С в те-
течение 6 ч.
8.9. Соединение деталей методом оптического контакта
Оптический контакт представляет разновидность разъемного адгезионного соеди-
соединения и образуется в результате поверхностного взаимодействия плотно прилега-
прилегающих друг к другу полированных поверхностей [4].
Неразъемное соединение получают воздействием на оптический контакт темпе-
температурного поля. При этом взаимодействующие поверхности подвергают специальной
обработке. Прочность соединения практически сравнима с прочностью соединяемых
материалов.
Оптический контакт может быть образован между полированными оптическими
поверхностями, величина микронеровностей которых соответствует 14-му классу
шероховатости, а состояние (чистота, загрязненность) допускает возможность их
полного сопряжения. В оптическом контакте действуют электрические, молекуляр-
молекулярные и упругие силы, которые могут усиливать или, наоборот, ослаблять взаимодей-
взаимодействие. Первые два вида сил проявляются на чрезвычайно малом расстоянии между
твердыми телами. На практике поверхности соединяемых контактом деталей де-
деформируют до полного их сопряжения. При этом вследствие несоответствия формы
поверхностей и их деформации возникают упругие силы, ослабляющие контакт.
Эти силы прямо пропорциональны модулю упругости и обратно пропорциональны
квадрату коэффициента Пуассона.
Для образования надежного контакта необходимо, чтобы параметры оптической
поверхности находились в пределах: N = 0,5-^1,0; AJV = 0,1; Р = II1-MV.
Отполированные поверхности, подлежащие соединению оптическим контак-
контактом, подвергаются очистке с целью удаления жировых налетов, остатков полирую-
полирующего абразива и других веществ. В качестве промывочных сред применяют ректифи-
ректифицированный этиловый спирт (ГОСТ 5962—67), абсолютный спирт, очищенный бен-
бензин (ГОСТ 1012—72), ацетон (ГОСТ 2768—69), эфир этиловым. Указанные веществ;:
применяют как в отдельности, так и в различных сочетаниях. Наиболее эффективна
спирто-эфирная смесь, состоящая из 15—20 %, спирта и 85—80 % эфира. Для очистки
поверхности используют обезжиренную вату (ГОСТ 10477—75) и батистовые сал-
салфетки (ГОСТ 8474—72). Непосредственно перед соединением поверхностей обезжи-
обезжиренной беличьей кисточкой удаляют пыль. Подготовленные поверхности накладывают
одну на другую н плотно сжимают. При этом во избежание повреждения поверх-
поверхностей не допускается их перемещение относительно друг друга. Если ориентация
установленных на контакт деталей не соответствует заданной, то детали разъединяют
и процесс повторяют целиком.
При установке на контакт деталей, ограниченных плоскостями, в приспособле-
приспособлении типа угольника взаимный разворот составляет от 5 до 30". При соединении кон-
контактом линз достижение децентрировки менее 0,01 мм представляет значительную
трудность. Кроме того, неопределенность и непостоянство условий осуществления
оптического контакта влияют на прочностные характеристики.
Наиболее перспективным является способ образования оптического контакта
с использованием жидкости. Основой способа является возможность испарения жид-
жидкости через тонкую щель вследствие дискретности контакта и наличия зазора между
взаимодействующими поверхностями. При отсутствии на контактных поверхностях
жировых налетов и различных загрязнений жидкость, если она смачивает поверх-
поверхность, покрывает ее тонким слоем, надежно изолируя от воздействия окружающей
среды. Время существования пленки жидкости, находящейся на поверхности, опреде-
определяется ее теплотой испарения. Если две поверхности, покрытые пленками жидкости,
соединить между собой и затем жидкость испарить, то тела, сблизившись на расстоя-
расстояние, на котором действуют поверхностные силы, образуют прочное соединение.
Прикладывая сжимающее усилие, повышают надежность соединения и уменьшают
вероятность проникновения в контактную область частиц ныли. Жидкость допускает
относительное перемещение деталей, что необходимо для достижения требуемой точ-
362
ности их взаимной ориентации. Для осуществления процесса контактирования при-
применяют бидистиллированную воду. Жидкость наносят при окончательной очистке
поверхностей. В этом случае для полного удаления частиц пыли под углом 35—40°
к очищаемой поверхности на нее подают струю воды. При этом детали сообщают
вращательное движение навстречу истечения жидкости. Очистка производится в те-
течение 2—4 мин. Скорость истечения струи не менее 20 м/с, частота вращения детали
от 1000 до 3000 об/мин, диаметр сопла 2—5 мм, температура воды 30—35 °С.
Для удаления жидкости соединение подогревают до 45—50 °С, не изменяя сжи-
сжимающей нагрузки, или помещают в вакуумную камеру на 15—20 мин. Давление воз-
воздуха в камере 100—700 Па. Благодаря этому достигают не только точной ориен-
ориентации, но на 40—45 % повышают прочность соединения.
Эффект упрочнения во времени проявляется при создании на поверхности
оптимального рельефа. Соединение в этом случае образуется между поверхностями,
одна из которых соответствует 13-му, а вторая — 14-му классу шероховатости
(ГОСТ 2789—73).
Неразъемное соединение [10] получают термической обработкой оптического
контакта, причем на одну или обе поверхности предварительно наносят пленки
SiO2. Изменения в пленках, происходящие при нагреве соединения, приводят к по-
появлению между поверхностями характерных для монолитного стекла валентных свя-
связей кремния и кислорода. Эти связи способствуют образованию соединения, проч-
прочность которого сравнима с прочностью соединяемых материалов. Неразъемное соеди-
соединение может быть получено между деталями из оптического стекла (силикатного,
ГОСТ 3514—76, и кварцевого, ГОСТ 15130—69), ситаллов и ряда кристаллов.
При этом соединяют детали не только из одной марки стекла, но и разнородные по
химическому составу.
Отклонения формы контактных поверхностей не должны превышать: N =
= 0,5; ДЛ/ = 0,1; чистота оптических поверхностей—не ниже 111 класса
(ГОСТ 11141—76). Допустимая разность коэффициентов термического расширения
Да = A5-^20) 10~7 К. Разность хода, характеризующая напряжения в направле-
направлении, перпендикулярном плоскости контакта, составляет при этом 2—4 нм/см.
Технологии подготовки деталей из силикатного и кварцевого стекла различают
по способу нанесения пленки.
Кремнеземистые пленки наносят травлением в уксусной или азотной кислотах,
испарением SiO2 в вакууме или поливом раствора эфира ортокремниевой кислоты.
Пленку можно наносить как на одну, так и па обе соединяемые поверхности. Проч-
Прочность соединения зависит от толщины пленки. Если она нанесена на обе поверх-
поверхности, то наибольшую прочность соединения получают при толщине каждой пленки
80—100 нм. Если из-за конструктивных особенностей деталей или трудности полу-
получения однородной пленки ее можно нанести лишь на одну поверхность, наибольшую
прочность соединения получают при толщине 15 нм.
Наиболее универсальным способом для деталей с любой контактной поверх-
поверхностью (круглые, некруглые) является нанесение пленки SiO2 гидролизом паров
четыреххлористого кремния. В присутствии влажного воздуха пары SiQ4 гидроли-
зуются, образуя ортокремниевую кислоту в дисперсном состоянии. Отдавая воду
и адсорбируясь на поверхности стекла, она образует ровный прозрачный слой,
прочно удерживающийся на поверхности. Рекация протекает по уравнениям:
SiCl4 + 4Н2О = Si(OHL + 4HC1;
Si(OHL ^ SiO2 + 2Н2О.
После термической обработки контактную зону контролируют на отсутствие
дефектов, а весь узел проверяют на прочность соединения элементов. Контроль осу-
осуществляют визуально с применением лупы шестикратного увеличения. Проверку
прочности осуществляют либо в конкретных условиях эксплуатации, либо нагрева-
нагреванием соединения инфракрасной лампой в течение 10 мин. Узел может быть также
охлажден эфиром, при этом его предварительно нагревают до 50—70 °С. Неразъем-
Неразъемное соединение не требует дополнительной защиты зоны контакта от воздействия
окружающей среды.

Глава 9
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ОПТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
9.1. Общие тенденции развития
Интенсивное развитие оптической науки и техники в последние деситилетия
привело к резкому увеличению выпуска оптических приборов, использованию их
в самых различных областях народного хозяйства. Постоянно увеличивается ассор-
ассортимент используемых оптических материалов, а также расширяется диапазон их
физико-механических и физико-химических^ свойств, определяющих особенности
технологии изготовления оптических деталей.
Расширяется номенклатура оптических деталей, происходит усложнение их
геометрических и точностных параметров. Одновременно с этим резко возрастает
серийность производства, что вызывает необходимость снижения трудоемкости
их изготовления. Перечисленные выше обстоятельства привели к новым тенденциям
развития разработки и производства технологического оборудования для изгото-
изготовления оптических деталей. Происходит интенсивная специализация оборудовании
как для выполнения отдельных технологических операций, так и для изготовления
деталей определенной конфигурации, а также различных типоразмеров.
Создание инструментов из сверхтвердых материалов, синтетических полимер-
полимерных материалов, появление абразивных порошков и других вспомогательных мате-
материалов с улучшенными технологическими свойствами определили возможность
разработки принципиально новых типов станков, работающих на интенсивных
и скоростных режимах. Это позволило создавать оборудование, в котором качество
осуществтения технологического процесса определяется не квалификацией оптика,
а самим станком работающим в полуавтоматическом или автоматическом режимах.
Благодаря этому открылись возможности сокращения трудоемкости и увеличения
объема производства оптических деталей.
Интенсивно ведутся работы по механизации и автоматизации всех технологи-
технологических операций (не только основных, но и вспомогательных), таких как сборка
и разборка блоков, межоперационная и окончательная промывка деталей, очистка
и промывка наклеечного инструмента, межоперационная транспортировка деталей,
их упаковка, очистка перед нанесением покрытий и ряд других.
Осуществилась возможность перехода к новому принципу производства опти-
оптических деталей когда автоматизированное оборудование с учетом технологической
последовательности объединяется в поточную или автоматическую линию. При
этом в зависимости от конфигурации детали интересна тенденция изготовления их
не блочным способом, а поштучно.
Следующее направление автоматизации технологического процесса, особенно
перспективное для изготовлении высокоточных деталей сложной формы, например
с асферическими поверхностями, заключается в создании программных станков
с обратной связью, корректирующей программу формообразовании.
Естественно что за последнее время резко возрастает номенклатура оборудова-
оборудования повышается его точность, усложняются конструкции за счет широкого при-
применения электрических, пневматических, гидравлических, вакуумных узлов и агре-
агрегатов Поэтому конструкторская мысль направлена на создание типоразмерного
ряда оборудования с базовой моделью и возможно большей степенью унификации
деталей и узлов Одновременно с этим имеется тенденция к созданию агрегатных
станков когда в зависимости от условий и потребности производства станок ком-
компонуется из необходимого числа единичных модулей. Ниже приводятся основные
типы станков современного оптического производства.
364
9.2. Распиловочные станки
Эти станки предназначены для резки блоков оптических материалов отрезными
алмазными кругами. Их основные технические характеристики приведены в табл. 9.1.
Крепление кругов осуществлиется на специальной оправке, на которой возможна
одновременная параллельная установка нескольких отрезных алмазных кругов.
В таблице представлены: алмазно-отрезные станки 2405, К-8611, 8Б-607, АОС-200;
алмазно-отрезной полуавтомат 8805; полуавтомат для резки слитков полупровод-
полупроводниковых материалов В1.М 3104000; универсальный отрезной станок К-8618.
Таблица 9.1. Характеристики распиловочных станков
Техническая
характеристика
Размеры обра-
обрабатываемой заго-
заготовки, не более.
мм:
диаметр
длина
ширина
высота
Диаметр отрез-
отрезного круга, мм
Частота враще-
вращения инструмен-
инструмента, с
Диапазон по-
подач, мм. мин
Потребляемая
мощность, кВт
Габаритные раз-
размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
2405
35
—
—
—
200
50; 66,6;
83,3
—
1,65
970
842
11 450
550
О
О
О
3104
5
ю
50
—
—
—
200
38,3
—
1,6
875
1145
1945
820
8805
—
80
60
60
200
47,5
—
0,8
—
—
—
700
8Б-607
—
150
80
70
160—200
47 5;
63,3
—
0,6
870
770
1480
600
АОС-200
—
200
200
70
200—300
24; 47,5
5—200
3,7
1050
880
1600
900
ОО
US
—
—
—
90
200
47,5
—
1,1
—
—
—
700
К-8618
—
—
—
180
400—500
18,3
—
3,0
—
—
—
1200
Для распиловки крупногабаритных заготовок оптического стекла исполь-
используются универсальные металлорежущие фрезерные или расточные станки, а также
следующие виды специального оборудовании:
портальный станок модели СР-1500 с отрезным алмазным кругом диаметром до
800 мм для блоков стекла размером до 2500 X 1500 X 250 мм;
стаиок рамного вида модели С-30 с набором алмазных полосовых пил для рас-
распиловки блоков стекла на пластины с размером в плоскости реза до 600 х 600 мм
при минимальной толщине 10 мм;
специальный станок модели С-29 с гибким бесконечным стальным тросом с ал-
алмазосодержащими втулками для распиловки блоков стекла диаметром до 3 м.
9.3. Сверлильные станки
Эти станки предназначены для сверлении отверстий в оптических деталях и
обработки их внутренних поверхностей, а также для высверливания штабнкои при
изготовлении заготовок оптических деталей. Для этой цели используются модели
305

т
Техническая характеристика
Наибольший диаметр сверления,
мм
Наибольшая глубина сверления,
мм
Размеры рабочей поверхности
стола, мм
Частота вращения шпинделя ин-
инструмента, с
Величина подачи, мм/об
Потребляемая мощность, кВт
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
а б л и ц г
2Н-106П
6
—
200X200
16,6—
13,3
—
0,4
560
405
625
80
9.2. Характеристики сверлильных станков
2М-112
12
—
250X250
1,5—7,5
—
0,6
775
370
820
120
2H-11S
18
150
—
3—46,6
0,1—0,56
1,5
870
590
2080
450
2431
18
—
320X560
1,25—50
—
2,2
2120
1250
430
3735
2Н-125
25
—
450X400
0,75—
3,33
—
2,2
ИЗО
805
2290
980
2Ш-52
25
—
560X1120
1,5—16,6
—
1,5
1750
1175
1915
1290
2Н-135
35
—
560X450
23,6
—
2,2
1245
815
2690
1100
2М-55
50
400
—
0,33—
33,3
0,056—
2,5
4,0
2665
1030
3470
4800
4772А
40
0 300
—
—
1,6
1360
1060
2080
1560
Таблица 9.3. Характеристики круглошлифовальных станков
Техническая характеристика
Размеры заготовки, мм:
наибольший диаметр
наибольшая длина
Частота вращения шпинделя инструмен-
инструмента, с
Частота вращения шпинделя изделия, с
Частота вращения ведущего ролика, с
Скорость перемещения стола, мм/мин
Диаметр шлифовального инструмента, мм
Мощность, кВт
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
БШС-10
10
160
46,6
—
5,6
—
125
0,75
850
550
1150
320
ЗВ-10
100
—
46,6
1,6
—
—
—
0,75
1900
1600
1400
2400
ЗВ-ПОА
140
—
41,6
2,5
—
—
—
1,2
1860
1880
1600
2200
ЗБ-153
140
500
27
1,3—13,3
—
100—5000
400
4,0
2650
1600
1650
3200
ЗБ-12
200
—
37,5
1,3
—
—
—
3,0
2650
1750
1750
3000
ЗБ-157
200
630
55,6
1,05—6,6
—
100—6000
450—600
7,5
3100
2100
1500
4000
ЗБ-161
280
900
18,6
1,05-6,6
—
10—6000
450—600
7,5
4100
2100
1560
4300

металлорежущих станков с заменой сплошных шпинделей на полые, через которые
осуществляется подача смазочно-охлаждающей жидкости. Сверление и обработка
осуществляются в основном трубчатыми алмазными инструментами. Для изгото-
изготовления отверстий фасонного профиля используется ультразвуковой прошивочный
универсальный станок модели 4772А.
В табл. 9.2 представлены технические характеристики следующих типов стан-
станков: настольно-сверлильного повышенной точности 2Н-106П; настольно-сверлиль-
ного вертикального 2М-112; вертикально-сверлильных одношпиндельных 2Н-118,
2Н-125; вертикально-сверлильного одношпиндельного универсального облегченно-
упрощенного 2Н-135; радиально-сверлильного 2М-55; радиально-сверлильного
переносного 2Ш-52; координатно-расточного одностоечного особой точности 2431;
ультразвукового прошивочного универсального 4772А.
9.4. Станки для круглого шлифования
Эти станки предназначены для круглого шлифования заготовок оптических
деталей. В данной группе кроме специализированного станка для бесцентрового
круглого шлифования модели БШС-10 представлены следующие модели металло-
металлорежущих станков с техническими характеристиками, приведенными в табл. 9.3:
круглошлифовальный универсальный станок ЗВ-Ю; круглошлифовальный уни-
универсальный станок повышенной точности ЗВ-110А; круглошлифовальный полуав-
полуавтомат ЗБ-12; круглошлифовальные станки повышенной точности ЗБ-153, ЗБ-157,
ЗБ-161. Круглое шлифование крупногабаритных заготовок можно также произво-
производить на станке «Алмаз-800» и на ряде
шлифовальных станков для металло-
металлообработки.
9.5. Станки для грубого
шлифования
Такие станки предназначены для
предварительного формообразовании
поверхности заготовок оптических
деталей, обрабатываемых одиночно
или блоком.
Таблица 9.4. Характеристики
обдирочных станков
Техническая
характеристика
Диаметр план-
планшайбы, мм
Количество
шпинделей, шт.
Частота враще-
вращения шпинделя,
с
Потребляемая
мощность, кВт
Габаритные раз-
размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
о
ю
и
О
350
1
3,5—
10,1
1,6
850
850
950
300
woo
о
о
о
1000
1
2,75—
3,75
4,0
1180
1180
950
НПО
Таблица 9.5. Характеристики
обдирочио-шлифовальиого станка
Техническая
характеристика
Диаметр планшайбы,
мм
Размер обрабатывае-
обрабатываемой детали по высоте, мм
Количество шпинде-
шпинделей, шт.
Частота вращения
шпинделя, с
Частота качаний по-
поводка (число двойных
ходов в минуту)
Максимальный размах
качания поводка, мм
Максимальное смеще-
смещение стрелы и тяги экс-
эксцентрика, мм
Максимальное усилие
на поводке, Н
Потребляемая мощ-
мощность, кВт
Давление сжатого воз-
воздуха, кПа
Габаритные размеры,
мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
ОС-1500
1500
250
1
0 46; 0,68;
0,88; 1,36
13,8; 20,7;
27,3; 42,3
750
475
4500
10
4000
3225
3300
1800
1700
368
Данная группа станков представлена станками для шлифования свободным
абразивом, станками для шлифования алмазным инструментом при скоростных
режимах как специальными для обработки оптических материалов, так и заимство-
заимствованными из парка металлорежущих станков.
Технические характеристики обдирочных станков и обдирочно-шлифовальных
с использованием свободного абразива приведены в табл. 9.4 и 9.5.
Обдирочные станки ОС-350 и ОС-1000М имеют вращающуюся планшайбу и ис-
используются при ручной обработке, обдирочно-шлифовальный станок ОС-1500 кроме
планшайбы имеет верхнее звено, обеспечивающее при работе относительную осцил-
осцилляцию заготовки или планшайбы и необходимое давление при обработке. В послед-
последнее время станки типа ОС успешно заменяются станками для алмазной обработки,
которые представлены следующими группами станков.
Стайки типа «Алмаз» . Гамма станков типа «Алмаз» представлена моделями
«Алмаз-15-III», «Алмаз-70-ИЬ), «Мениск-70», «Алмаз-250-I», «Алмаз-500» и «Ал-
«Алмаз-800». Они предназначены для обработки выпуклых и вогнутых сферических
и плоских поверхностей кольцевым алмазным инструментом. Все станки, за исклю-
исключением станка «Алмаз-800», балансирного типа, станки «Алмаз-15-III» и «Ал-
маз-70-III» работают в автоматическом режиме, остальные — в полуавтоматическом.
Станки имеют вертикальную компоновку с верхним расположением инструменталь-
инструментального шпинделя. Их технические характеристики приведены в табл. 9.6.
Станки сферошлифовальные моделей АШС-40М, АШС-70, АШС-100М, Ш-150К-
Полуавтоматические станки АШС-40М, АШС-ЮОМ, Ш-150К предназначены для пред-
предварительного шлифования блоков сферических выпуклых и вогнутых деталей.
Рабочее движение инструмента осуществляется вдоль его оси. Станок Ш-150К
является усовершенствованной моделью станка АШС-ЮОМ. Станок-автомат АШС-70
предназначен для обработки одиночных заготовок взамен станка устаревшен модели
«Алмаз-70-Ш». Подача заготовки в зону обработки и ее шлифование осуществляются
за счет вертикального перемещения шпинделя изделия. Все станки имеют вертикаль-
вертикальную компоновку. Их технические характеристики приведены в табл. 9.7.'
Т а б л
Техническая
характеристика
Размеры обра-
обрабатываемой заго-
заготовки, мм:
диаметр
радиус кри-
впзны
наибольшая
высота
Количество
шпинделей изде-
изделия, шт.
Частота враще-
вращения, с:
шпинделя
изделия
шпинделя
инструмен-
инструмента
пц а 9.6.
-
I—
аз-
«Алм
5—15
5—со
15
1
10,8
500
Характеристики станков типа
аз-
«Ал\
14—70
14—со
20
1
8,3
200
О
О
о
g
15—120
10—со
60
1
8,3
100
д.
о
аз-
«Алл
70—250
35—со
130
1
3,6
50
«Алмаз»
о
о
1
250—500
125—со
250
1
1; 1,5; 3
25
О
аз-
?■
250—800
500—со
400
1
0,025—
0,25
12,5
36!)

Продолжение табл. 9.6
1е\ни ческа я
характеристика
Диапазон по-
подач, мм/мпп
Максимальная
величина снимае-
снимаемого припуска,
мм
Производитель-
Производительность (количе-
(количество обработан-
обработанных поверхно-
поверхностей в час)
Точность обра-
обработки:
по отклоне-
отклонению стрел-
стрелки кривиз-
кривизны от за-
заданной,
мкм, для
диаметра,
мм
по толщине
заготовки
(при обра-
обработке пло-
плоскостей),
мм
Способ подачи
смазочно-охла-
ждающей жидко-
жидкости
Вид крепления
заготовки
Потребляемая
мощность, кВт
Габаритные
размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
—
2
«Алм
0,1 — 10
3
120-300
±2/10 *
±0,01
~
О
аз-
0,2—15
4
100—240
±5/45 *
±0,01
о
' -
г;
0,1—22
10
30- 100
±5/45 *
±0,01
о
«Алм
0,1—25
22
5—50
±10'1Е0 *
±0,01
О
О
1
0,1—20
32
2—20
±10/150 *
±0,01
Через центр шпинделя инструмента
В цанговом iiа1]one
1,8
850
770
1440
400
* P. <u амеи ате.'Н' мрпнед*
2,8
1120
1000
1490
450
3,2
980
550
1550
400
iiii шачеипя диаметр:
В цанго-
цанговом или
вакуум-
вакуумном
патроне
6,3
1440
870
1710
1800
о
о
00
аз-
«Алм
0,15—1,5
50
—
—
0,02
Через
боковой
патру-
патрубок
В механическом
пли вакуумном
патроне
12,0
2000
1350
2100
3300
16,2
3120
2100
2500
9000
370
Таблица 9.7. Характеристики
Техническая характеристика
Размеры обрабатывае-
обрабатываемой заготовки, мм:
диаметр
радиус кривизны
наибольшая высота
Количество шпинделей
изделия, шт.
Частота вращения, с:
шпинделя изделия
шпинделя инструмента
Диапазон подач, мм/мин
Максимальная величина
снимаемого припуска, мм
Производительность (ко-
(количество обработанных по-
поверхностей в час)
Точность обработки:
по отклонению стрел-
стрелки кривизны от за-
заданной, мкм, для
диаметра, мм
по толщине заготовки
(прп обработке пло-
плоскостей), мм
Способ подачи смазоч-
но-охлаждающей жидкости
Вид крепления заго-
заготовки
Потребляемая мощность,
кВт
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
АШС-40М
15—40
10—25
20—55
1
8,3
150
0,5—20
3
40—90
±3/30 *
±0,01
Через
боковой
патрубок
В цанговом
патроне
5,5
750
1300
17С0
1600
* 11 'inлменателе прпнодеп ы шачеипн
сферошлифовальиых станков
АШС-70
20—70
14
20
1
8,3
150
0,5—20
5
60—240
±5/450 *
±0,01
Через
боковой
патрубок,
через
шпиндель
инстру-
инструмента
В вакуум-
вакуумном
патроне
2,6
1150
700
1530
800
диаметра.
АШС-Ю0М
40—120
25—75
55
1
5
300
0,5—20
6
20—50
±5/100 *
±0,02
Через
боковой
патрубок
Ш-150К
40—170
25
80
1
0,83—4,1
200
0,5—20
10
20-50
±5/100 *
±0,02
Через
боковой
патрубок,
через
шпиндель
инстру-
инструмента
В цанговом патроне
5,5
750
1300
1700
1600
2,5
700
1100
1600
1500
371

Металлообрабатывающие плоскошлифовальные станки. Эти станки исполь-
используются для шлифования, как правило, крупногабаритных плоских поверхностей
заготовок деталей или блоков с заготовками. Изделия закрепляются на них при
помощи магнитной плиты на вращающемся при обработке горизонтальном столе.
Шлифование производится торцевой поверхностью кольцевого алмазного круга,
установленного на шпинделе шлифовальной бабки, имеющем настроечное и рабочее
перемещения в вертикальном направлении. Основные технические характеристики
этих станков приведены в табл. 9.8.
Таблица 9.8. Характеристики плоскошлифовальиых станков
Таблица 9.10. Характеристики станков для тонкого алмазного шлифования
Техническая характеристика
Максимальные размеры
обрабатываемой заготов-
заготовки, мм:
диаметр
высота
Частота вращения сто-
стола, с
Диаметр инструмента,
мм
Частота вращения ин-
инструмента, с
Осевая подача инстру-
инструмента, мм/мин
Потребляемая мощность,
кВт
МШ-155
600
300
5,00-29,8
400
0,25
0,015—0,6
19,0
ЗБ-756
800
350
5,85—29,8
400
0,26
0,015—0,6
36,3
мш-ш
1000
650
5,0—29,0
500
0,26
0,16—1,6
38,0
3488А
1500
400
4,0—21,5
600
0,25—0,28
0,4—1,0
26,6
Металлообрабатывающие фрезерные станки. Такие станки применяют для тор-
торцевого шлифования алмазными кругами плоских поверхностей, а также для сверле-
сверления отверстий и высверливания штабиков, изготовления выемок, пазов и других
профильных поверхностей, а также для ряда других операций. Технические харак-
характеристики станков приведены в табл. 9.9.
Таблица 9.9. Характеристики фрезерных станков
Техническая характеристика
Размеры стола, мм
Частота вращения инстру-
инструмента, с
Подачи стола, мм/мни:
продольная
вертикальная
Потребляемая мощность,
кВт
6Р-80
200X 800
0,83—
37,3
13—400
13—400
3,0
6Р-П
250Х 1000
0,83—
26,6
20—1000
6,5—333
5,5
6Р-12
320X1250
0,52—
26,6
20—1000
8,0—400
7,5
6P-821II
320 X 1250
0,52—
26,6
20—1250
8,0—400
7,5
6Р-13,
6Р-83
400X1600
0,52—
26,6
25—1250
8,3-
10,0
9.6. Станки для шлифования и полирования
Стайки, предназначенные для выполнения этих операций, разделены на следу-
следующие группы: станки для тонкого шлифования алмазным инструментом и для шли-
шлифования и полирования с использованием свободного абразива.
Станки для тонкого шлифования алмазным инструментом. В данную группу
включены как специальные станки для тонкого шлифования алмазным инструментом
моделей 2ШЛ-40 и 2ШЛ-100, так и модернизированный шлифовально-полировлль-
шлй станок 9ШП-50ЛШ. Их характеристики приведены в табл. 9.10.
372
•4.
Техническая характеристика
Диаметр обрабатываемой заготовки,
мм
Радиус обрабатываемой заготовки,
мм:
наибольший
наименьший
Количество шпинделей, шт.
Частота вращения шпинделей, с
Частота вращения шпинделя на по-
поводке, с
Частота качаний поводка (число двой-
двойных ходов в минуту)
Максимальный размах качания по-
поводка, мм
Максимальный угол качания повод-
поводка, ...°
Усилие на поводке, Н
Точность обработки:
общая ошибка, количество интер-
интерференционных полос
отклонение толщины, мм
отклонение диаметра от сферы, мм
Система включения шпинделей
Способ подачи эмульсии
Потребляемая мощность, кВт
Давление сжатого воздуха, кПа
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
2ША-40
25—70
±25
±10
2
14,1; 28,
—
24
—
5—100
6
0,5
0,01
Через
1,77
3
2ША-Ю0
60—120
±70
±25
2
13,3; 20,8
—
38
—
30—250
6
0,5
0,01
9ШП-50ЛШ
4
Одновременная
центр инстру-
инструмента
400—600
800
690
1340
800
1,77
400—600
880
740
1460
850
15—50
—
—
9
,1; 6,2; 8,3
N,1
40; 60; 80
100
30
10—150
1,5
—
—
Через
боковой
патрубок
2,0
—
2400
1100
1290
950
373

Таблица 9.11. Характеристики шлифовальио-полировальиых станков
для микрооптики
Техническая характеристика
Диаметр обрабатываемой заготовки, мм
Количество шпинделей, шт.
Частота вращения шпинделя, с
Частота качаний поводка (число двойных
ходов в минуту)
Угол качания поводка, ...°
Усилие на поводке, Н
Способ подачи суспензии
Потребляемая мощность, кВт
Давление сжатого воздуха, кПа
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
5Ш-30
5—30
5
9; 11,6; 15
50, 75, 100
±45
1—20
Подмазка кистью
0,8
400—600
1100
650
1310
450
10П-32
5—32
10
4,1; 6,6; 1,5
50, 75, 100
±45
1—20
—
1,2
400—600
2300
580
1260
840
Таблица 9.12. Характеристики специальиых полировальных
Техническая характеристика
Диаметр обрабатываемого изделия, мм
Радиус обрабатываемых поверхностей, мм
Количество шпинделей, шт.
Частота вращения шпинделя, с
Частота качаний поводка (число двойных хо-
ходов в минуту)
Угол качания поводка, ...с
Усилие на поводке, Н
Система включения шпинделей
Способ подачи суспензии
Потребляемая мощность, кВт
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
2П-40
25—50
10—25
2
14,1; 28,3
24-38
0—30
10—150
станков
2П-100
60—120
25—70
2
7,5; 15
42—67
0—30
40—400
Одновременная
Через центр инструмента
1,1
800
690
1340
800
1,6
880
740
1460
850
374
х
2
х
л
га
я
о
о.
К
= S
S s
II
II
о о,
О. О
i
i
V
Г
к
4
vo
И
МОЙЕ-ШГП
й-огк-ume
i-0bi:-um£
wose-ume
г-оОБ-игпэ
1-006-ШП9
моог-итэ
wooi-nrn9
L"ot'-irm6
СТИКс
S
а.
<и
со
хар;
ехническая
н
о
ю
со
о
о
см
о
ю
СГ
о
см
о
L/
с
3
3
о
о
см
о
ю
СГ
3
3
о
см
о
о
<N
о
о
о
о
J
о
о
о
о
см
100
-100
6
ю
—50
ю
к
2
о
S
си
га
m
3
га
VD
га
о,
о
о
О.
t-
CU
га
К
Г[
оо
с-
з"
"оо
о"
со" to
сом~^
t~- со"
—"со"
об" со
те Г~~
о"—"
см"—"
ш — см и
о* см"
CTi 00
^СЯ~1ЛС
— -^t1
со со
о"—"
СО
аз" J_
ю"
см"
1
о
шт.
деля
S с
S3
11
м
ичество шг
'ота враще
s ч Б
, о га
to
23—8
о
о
7
ю
; 42;
о ю о
со -* ст>
о
о
7
ОО
о
' 1
ю
см
0 ■*
s^
°"оюо
СО ■* C5
о
[--
CN
о
to
со"
-^-
; 60;
о
о
ч
а
X
V
га
°
ш
о
•я
s:
гота качан
Б
га
о
о
о
ОО
>-,
а:
s
и
1
3
I
О
га
rt
180
240
о
-^*
240
о
ОО
о
ОО
о
ОО
о
со
о
о
с:
га
кач
X
га
ЗМ
га
О-
симальный
га
5?
о
см
200—7
о
о
о
1
о
ю
о
с-
'
о
ю
см
о
о
7
о
to
о
о
ОО
^
о
о
ОО
1
о
о
о
о
с
о
—300
150
с
3
3
"
га
X
о
а:
s
tc
О
у
о О п.
.
§
:а, мм
1ие на пов
§>,
с
с
CD
ндел
s
ени!
ема включ
о
(J
ГО О
ъ и
Сц о
-1
s|
п. 5
#1
m °5
-lepe
1—' t_'
VO
s
ss
о. x
о
VO
га
1вой п;
и
i£
О
VO
[а я,
3 шт.
Через
-1" о
со
д;
0)
с
сус:
об подачи
D0I
к-
патр>
га
о
о
С
J
taTpi
и;
га
tc
о
со
Q
vo СО
СО
те"
g°-
VO ^~
to
о
о
CM
CQ
J3
H
о
о
X
[ПОИ
) ебляемая
Q
с
1Я СО О §
ОО О L/3 1^3
СМ — to to
CM — — —
00 О i/З О
см — to ю
см — — —
см о to о
— — — C5
см — — —
о о о о
1/3 G5 to СО
см — см
Г^ 00 1/3 to
Ю C5 tO О
см — см
1/3 СО ;О О
to аэ — те
CN — —
о о о о
0001Ю
ОО CM CM CN
см — — —
000)9
см — —
з"
Сц
1
СО
га
а.
си
3 га и
5= ш га a
е- га с н
pl§3
|§айУ
375

Станки для шлифования и полирования с использованием свободного абразива.
Специальные станки для шлифования и полирования деталей микрооптики, харак-
характеристики которых приведены в табл. 9.11, представлены моделями 5Ш-30 (для
шлифования) и 10П-32 (для полирования) с использованием свободного абразива.
Специальные полировальные станки моделей 2П-40 и 2П-100 предназначены
для полирования блоков оптических деталей на скоростных режимах в серийном
и массовом производстве. Их характеристики даны в табл. 9.12.
Универсальные шлифовально-полировальные станки для обработки заготовок
диаметром до 350 мм предназначены для шлифования и полирования свободным
абразивом заготовок оптических деталей или блоков. Данная многочисленная группа
станков представлена наиболее современными и хорошо зарекомендовавшими себя
моделями. Характеристики этих станков приведены в табл. 9.13. '
Шлифовально-полировальные станки для обработки заготовок диаметром более
350 мм, характеристики которых приведены в табл. 9.14, предназначены для шли-
шлифования и полирования свободным абразивом заготовок оптических деталей или
блоков. Данная группа станков представлена моделями ШПЗ-500М, ШП-700М
и ШП-1000.
Таблица 9.14. Характеристики универсальных
шлифовальио-полировальных станков для обработки блоков диаметром
свыше 350 мм
Таблица 9.15. Характеристики доводочных станков
Техническая характеристика
Диаметр обрабатываемого изделия,
мм
Число шпинделей, шт.
Частота вращения шпинделя, с
Частота качаний поводка (число двой-
двойных ходов в минуту)
Максимальный размах качания по-
поводка, мм
Номинальное расстояние от центра
колебания поводка до его оси, мм
Изменение радиуса колебания по-
поводка, мм
Максимальное усилие на поводке, Н
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
ШПЗ-500М
350—500
0,21—0,85
6—25
300
480
±75
1350
1300
830
1300
800
ШП-700М
350—700
ШП-1000
500—1000
1
0,091; 0,13; 0,18; 0,28
7,0; 11,0; 15,0; 23,0
360
600
1170
±180
950
2010
2150
1570
1180
2475
2710
1580
2000
9.7. Станки для полирования и доводки
Эти станки предназначаются для полирования и доводки свободным абразивом
оптических деталей и блоков, к которым предъявляются повышенные требования
по точностным параметрам. Данная группа станков представлена наиболее совре-
современными и хорошо зарекомендовавшими себя моделями.
Доводочные станки моделей СД-2 и СД-3 (СД-120), характеристики которых
даны в табл. 9.15, используются для полирования и доводки прн ручной обра-
обработке.
Технические характеристики доводочных станков группы ПД и ШПД при-
педены в табл. 9.16. Станки типа ПД предназначены для полирования и доводки
особоточных плоских и сферических поверхностей. На станках типа ШПД, кроме
того, предусмотрена возможность шлифования. Станок ШПД-700 позволяет также
iipomviiiTi, обработку асферических поверхностен, как и станки моделей СПА-1000
и СПЛ-1ГH0 (см. н."9.9).
.476
Г
*
Техническая характеристика
Диаметр обрабатываемого изделия, мм
Число шпинделей, шт.
Частота вращения шпинделя, с
Потребляемая мощность, кВт
. Габаритные размеры, мм:
* длина
ширина
высота
Масса, кг
СД-2
СД-3 (СД-120)
До 50
1
11,3 | 10,55; 23,3
0,4
760
610
922
150
9.8. Станки для центрирования и фасетирования
Станки предназначены для центрирования и снятия фасок оптических деталей
алмазным шлифовальным кругом. Они представлены центрировочиыми полуавтома-
полуавтоматами моделей ЦС-10, ЦС-50, ЦС-350, ЦСМ-10, ЦСМ-50, ЦСМ-100 и автоматами
моделей АЦСМ-25 и АЦСМ-50. В полуавтоматах крепление заготовки осущест-
осуществляется в самоцентрирующих и иаклеечных патронах, а в автоматах — только
в самоцентрирующих патронах.
В табл. 9.17 приведены технические характеристики этих станков.
9.9. Станки для изготовления асферических поверхностей
К данной группе станков для изготовления асферических поверхностей отно-
относятся станки следующих типов: «Планета» — для шлифования и полирования упру-
упругим инструментом, «Парабола» — для шлифования и полирования ножевым ин-
инструментом, СПА — для шлифования, доводки и асферизации крупногабаритных
деталей и ШПА — для шлифования и полирования цилиндрических поверхностей.
Станки типа «Планета» с использованием упругого инструмента представлены
моделями «Планета-50», «Планета-100», «Планета-250» и «Планета-350-500»
в табл. 9.18. «Планета-250» и «Планета-350-500» предназначены для изготовления
асферических поверхностей, описываемых любым уравнением без точек перегиба,
диаметром до 250 и 5С0 мм соответственно.
Стайки типа «Парабола» с использованием ножевого инструмента представлены
моделями «Парабола-70-I», «4-Парабола-63», «Парабола-150-1», «Парабола-250»
в табл. 9.19.
Станок «Парабола-70-I» применяется для изготовления асферических выпук-
выпуклых и вогнутых поверхностей вращения второго порядка (параболоидов, эллипсо-
эллипсоидов, гиперболоидов).
Станки «4-Парабола-63», «Парабола-150-1» и «Парабола-250» предназначены для
изготовления выпуклых и вогнутых параболических поверхностей вращения.
Станки типа СПА для полирования, доводки и асферизации крупногабаритных
деталей представлены моде/ями СПА-1000, СПА-1500 в табл. 9.20.
Шлифовально-полировальный станок модели ШПА-500 предназначается для
шлифования и полирования свободным абразивом выпуклых и вогнутых цилиндри-
цилиндрических поверхностей. Техническая характеристика этого станка приведена
в табл. 9.21.
9.10. Оборудование для получения оптических покрытий
В данную группу оборудования включены стайки для получения оптических
покрытий методом нанесения их из растворов, а также вакуумные установки для
получения оптических покрытий вакуумным методом.
В табл. 9.22 представлены следующие последние модели модернизированных
станков для получения химических покрытий методом нанесения их из растворов
типа СП: СП-15М, СП-150М, СП-300М, СП-1000М.
377

00
Техническая
характеристика
Диаметр обраба-
обрабатываемого изделия,
мм
Количество шпин-
шпинделей, шт.
Частота враще-
вращения шпинделя, с
Частота качаний
поводка (число двой-
двойных ходов в минуту)
Максимальный
размах качания по-
поводка, мм
Усилие на повод-
поводке, н
Система включе-
включения шпинделей
Способ подачи
суспензии
Потребляемая
мощность, кВт
Габаритные раз-
размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
Та б
6ПД-100М
25—100
6
0,16—1,66
7—70
130
2,5—100
л и ц а 9.16.
2ПД-200М
100—200
2
0,16—1,66
5—50
180
20—300
Через боковой патрубок
1.4
2650
900
1300
1300
0,76
1300
750
1150
1100
Характеристики полнровально-доводочных станков
4ПД-200
100—200
4
0,83—1,6
5—100
180
5—300
ЗПД-350
200—350
3
0,83—1,6
5—50
240
40—450
ЗПД-320
200—350
3
0,03—0,6
2—40
240
10—500
ПД-500М
350—500
1
0,06—0,6
4—40
350
30—1000
Одиночная
Через
шпиндель
или
поводок
2,3
2280
980
1650
1460
Через
боковой
патрубок
3,3
2400
1100
1160
1400
Через
шпиндель
или
поводок
2,5
2280
1100
1650
1630
ШПД-700
350—700
1
0,04—0,9
3,15—63,5
450
80—1850
Через боковой патрубок
0,75
1310
1120
1250
1000
3,1
1490
1430
1560
1500
ШПД-1000
500— 1000
1
0,013—0,26
0,5—25
600
50- 2500
Через
шпиндель
12,0
3000
2500
1500
3000
'. Техническая
характеристика
379
Диаметр обраба-
обрабатываемого изделия,
мм
Количество шпин-
шпинделей, шт.
Частота враще-
вращения шпинделя изде-
изделия, с
Частота вращения
шпинделя инстру-
инструмента, с
Диаметр алмаз-
алмазного круга, мм
Радиальная пода-
подача инструмента иа
одни оборот шпинде-
шпинделя изделия, мм
Максимальная ве-
величина снимаемого
припуска, мм
Максимальная де-
центрнровка для де-
деталей с углом, рав-
равным нлн боль-
большим 17°, мм
Потребляемая
мощность, кВт
Габаритные раз-
размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
Т
цс-ю
3—10
1,0; 1,3;
2,1; 3,3
66,6
150
0,013; 0,018;
0,027; 0,038;
0,0550;
0,077
2,0
0,01
0,45
640
500
1250
350
а б л и ц а 9
ЦСМ-10
3—10
6,7; 1,5
54,3
150
0,012; 0,020;
0,032
2,0
0,01
0,36
615
560
1075
400
17. Характеристики центрнровочных станков
ЦС-50
10—50
1,0; 1,5;
2,0; 3,3
46,6
200
0,03; 0,05;
0,08
3,5
0,01
0,87
895
985
1490
700
ЦСМ-50
10—50
1
2,7; 4,1; 6,6
47,3
200
0,012; 0,035
3,5
0,01
1,0
810
670
1190
700
ЦСМ-100
50—100
1,7; 2,6; 4,1
47,3
200
0,020; 0,050
3,5
0,005
1,35
810
670
1190
700
ЦС-350
100—350
0,2; 0,4;
0,7; 1,5
41,6
250
0,010; 0,020
10,0
0,015
3,27
1340
1100
1900
1500
АЦСМ-25
10—25
2,7; 4,1; 6,6
47,3
200
0,012; 0,030
3,5
0,005
0,8
1265
930
1620
840
АЦСМ-50
25—50
2,7; 4,1; 6,6
47,3
200
0,020; 0,050
3,5
0,005
1,18
1265
930
1620
860

Таблица 9.18. Характеристики станков
для обработки асферических поверхностей упругим инструментом
Техническая характеристика
Диаметр обрабатывае-
обрабатываемого изделия, мм
Крутизна обрабатывае-
обрабатываемого изделия, не более, ...°
Асферичность, не более,
мкм
Число шпинделей, шт.
Частота вращения шпин-
шпинделей, с:
изделия
инструмента
Частота качаний карет-
каретки шпинделя инструмента
(число двойных ходов в ми-
минуту)
Величина изменения раз-
размаха каретки, мм
Усилие прижима детали
к инструменту, Н
Потребляемая мощ-
мощность, кВт
Габаритные размеры,
мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
«Планета-50»
25—50
30
300
2
0,16—16
0,33—20
7,5—15
0—50
0—150
1,8
1060
1050.
1650
1500
«Плане-
«Планета -100»
50—100
30
500
2
0,16—16
0,33—20
7,5-15
0-50
0—300
1,8
1060
1050
1650
1500
«Плаие-
та-250»
70—250
15
1000
2
0,2; 0,4;
0,8; 1,6
3,9; 5,9;
1,16
15—30
0—70
20—700
6,4
1560
1150
1880
2500
«Плане-
та-350-500»
250—500
30
3500
2
0,08—0,83
0,33—10
3;6; 12
0—150
100—1500
15,0
1970
2120
2930
6300
Таблица 9.19. Характеристики станков
для обработки асферических поверхиостей ножевым инструментом
Техническая характеристика
Диаметр обрабатывае-
обрабатываемого изделия, мм
Число шпинделей, шт.
Частота вращения шпин-
шпинделя, с
Число двойных ходов
инструмента в минуту
Рабочий ход инструмен-
инструмента, мм
Усилие прижима инстру-
инструмента, Н
Потребляемая мощ-
мощность, кВт
Габаритные размеры,
мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
«Парабо-
ла-70-I»
10-80
1
0,13—2,3
16—110
80
0—20
1,4
1290
800
1300
700
«4-Парабо-
ла-63»
30—70
4
0,66—3,3
60—200
160
10—100
0,45
2000
980
1300
1300
«Парабо-
ла-150-I»
70-200
1
0,13—8,3
24—160
120
10-80
1,4
1290
800
1300
700
«Парабо-
ла-250»
150—350
1
0,16—1,3
10—80
150
5-50
1,1
1450
900
1500
1300
380
Таблица 9.20. Характеристики станков
для обработки крупногабаритных деталей
Техническая характеристика
Максимальные размеры обрабатываемых за-
заготовок, мм:
диаметр
высота
Частота вращения шпинделя изделия, с:
I ступень
II ступень
Частота вращения кривошипа, с:
I ступень
II ступень
Потребляемая мощность, кВт
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
СПА-юоо
1000
150
0,03—0,11
0,18—0,39
0,03—0,33
0,003—0,03
4,5
4 950
5 350
3 120
17 300
СПА-1500
1500
200
0,01—0,04
0,04—0,16
0,03—0,16
0,008—0,04
12,3
5 220
6 400
3 120
18 100
Таблица 9.21. Характеристика станка
для обработки цилиндрических поверхиостей
Техническая
характеристике
Наибольший размер
обрабатываемой заготов-
заготовки, мм
Диапазон обрабаты-
обрабатываемых радиусов, мм
Число шпинделей, шт.
Частота качаний повод-
поводка (число двойных ходов
в минуту)
Диапазон перемещений
Доводка, мм
Число двойных ходов
стола в минуту
ШПА-500
300X500
50—200
1
15—100
0—200
15—100
Техническая
характеристика
Диапазон перемеще-
перемещений стола, мм
Усилие на поводке, Н
Потребляемая мощ-
мощность, кВт
Давление сжатого воз-
воздуха, кПа
Габаритные размеры,
мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
ШПА-500
0-240
160—1200
1,0
400—600
1600
1080
1400
1500
381

Таблица 9.22. Характеристики станков
для нанесения химических покрытий
Техническая характеристика
Диаметр подложки, мм
Число шпинделей, шт.
Частота вращения шпин-
шпинделя, с
Способ подачи раствора
Вид крепления подлож-
подложки
Потребляемая мощность,
включая мощность форва-
куумных насосов, кВт
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
СП-15М
3—25
100—300
СП-150М
20—150
СП-300М
150—300
1
16,7—100
8,3—41,6
Вручную
сп-юоом
300—1000
1,7—23,3
Дозатором
В вакуумном или цанговом патронах
0,66
1100
600
1050
230
1,6
1300
1010
1170
900
1,6
1160
1090
1170
1150
6,3
3700
2660
3600
4600
Таблица 9.23. Характеристики вакуумных установок
для нанесения покрытий
Техническая характеристика
Предельный,вакуум в рабочей
камере, Па
Время достижения предельного
вакуума, мин
Размеры рабочей камеры, мм:
диаметр
высота
Число испарителей, шт.:
резистивных
электронно-лучевых
катодны х
Температура нагрева подлож-
подложки, °С
Максимальный диаметр под-
подложек, мм
Суммарная мощность в уста-
установившемся режиме, кВт
Диапазон фотометрического
контроля, мкм
Давление технической воды,
кПа
Расход технической воды, дм3/ч
Расход технической горячей
воды с температурой 80—90 °С,
дм3/ч
Площадь, занимаемая установ-
установкой, м2
Масса, кг
В Ь' -1 А
2,66- 10'5
40
700
690
3
1
—
100—400
530
18
0,25—8
200—400
500
200
8
1500
УРМЗ.279.011
6,5- 10-5
130
500
650
3
1
—
100—400
330
10
—
200—400
500
200
5
1250
УРМЗ.279.014
1,33-Ю-4
90
500
415
—
—
1
100—500
60X40, 2.шт.
18
—
200—400
500
—
5
1300
382
X
X
з
cd
S
X
3
х
.л
X
1
я
н
и
1
t-
а
а.
cd
X
.24.
en
га
=Г
X
ч
о
га
Н
0)
3
03
э
1СТНН
о.
о
*
га
U,
со
х
га
■*■
Техниче;
?
ш
CQ
00
с
Ш
BE 27
со
Ш
CQ
ю
44А-
ш
ш
ш
рэ
ш
ш
CN
ш
РЭ
1
1
1
1
1
ю
00
о"
—
о
CD
Гочность,
О)
CD
-J
CN
СО
-J
to
-J
+
-J
<M
<M
||
о
о
о
000
500
|
ex
<D
та
p^
3
^3
X
1 ОЧНОСТЬ,
~i аибольш
go
ю°
о
—
о
о о
о со
go
о
о о
2 ~
о
о
CD
LO
IS
s о
||
к CL
га t~l
S га
S а:
ч s
кг ч
к к
га га
Чаибольш
^аибольш
риха, мм
Э
О
ю
о
со
IX
о
00
1
1
о
СО
i
со
1
§
1
о
CD
t
1
о
со
•*
о
о
т
00
хов
S
о.
а
><
3
им:
8
X
cd
X
о
количеств
линуту
m
и:
3
CL
QJ
СО
та
Си,
GJ
абаритны
о о о ю
О N0CC4
г- г- сч —
СЧ ■—' —-•
1700
750
1250
800
ооою
Г™- t"~"~ C^l —
см —. —.
•=1* О О О
СО СЯ (М (М
—-• — — .—.
1240
500
700
700
длина
ширина
высота
4асса, кг
о о
2 t-
s I i
m И — Я
- = и
S S s
га ч ~,
ю 4d
'CQ
s
a:
ганов
и
:Х
О
ровочн
X
о
ч
ю
л)
а:
X
н
U
п.
О)
н
Э.25. Харак
га
Я
ю
га
Н
СО
РБМ-
:тнка
ктер!
а я х а р а
О)
я-
X
X
X
СО
а
ВМ]
РИС!
характе
екая
й.
я-
S
я
а.
Ю
С
-НИ
к
дени
охлаж
к
CQ
о4
о
та
m
си
iarp
та
CL
грат;
ату-
CL
емпе
а до т
, мин
С J
О CL
та ■
н =х
X Ч'
|о
пнетр
ерывно]
[НОГО
непр
•и s
га с
к га
CL
о
X
ество
3"
J
-
о
о.
X
X
та
камер
ш
X
СУ
2
о
со
>>
1НСТ
грева и
га
к
с
~
га
X
га"
и
3
<м
со"
О
та
о
VO
о
Lf
С
га
мен
инстру
етр
га
J3
с
раз»
-к
^-1 —
н /^
о
а:
о
со
о
см
CW
>.
кнр
о
эин;
S
s
s
%
X
га
ров
ку тарп
о
л
п
2
1600
700
1350
2
4
о"
+1
X =
si
л пресс
центр!
1 Ь
CL X
s °
о
- и
о
s
относи
я
о
S
га
m
320
г.
та
J5
bfi"
О
;>■>
383

В табл. 9.23 приведены технические характеристики наиболее современных
серийных вакуумных установок с резистивными и электронно-лучевыми испарите
лями моделей ВУ-1А, УРМЗ.279.011, а также установки для катодных методов
получения покрытий модели УРМЗ.279.014.
9.11. Оборудование
для делительно-граверных работ
Эта группа оборудования представлена круговыми и линейными делительными
машинами. К круговым относятся делительные машины BE 24, BE 44 и их новые
модификации BE 44A и BE 44A-5; они предназначены для нанесения круговых
шкал на плоские, конические или цилиндрические поверхности. К продольным
относятся делительные машины BE 26, BE 27, BE 28 и их новые модификации
BE 26A и BE 27A, используемые для нанесения делений на штриховые меры
длины.
Технические характеристики делительных машин приведены в табл. 9.24.
Указанная в таблице точность означает: для моделей BE 44, BE 44A и BE 44A-5 —
максимально допустимую погрешность угла между диаметрами изготовленного
лимба, измеренного по ГОСТ 13424—68; для модели BE 24 — максимально до-
допустимую погрешность угла между штрихами наделенного машиной лимба; для
линейных делительных машин L означает номинальную длину делимой меры в ме-
метрах.
9.12. Оборудование для механизации вспомогательных
операций при изготовлении оптических деталей
К Данной группе оборудования, представленной в табл. 9.25—9.28, относятся
перспективные модели станков, разработанные в последнее время: установка для
блокирования оптических деталей модели РБМ-3; установки для разблокирования
оптических деталей моделей УЗР-2М, УЗР-2, и автомат для межоперационной про-
промывки и сушки блоков модели АМПБ-2М.
Таблица 9.27. Характеристика
разблокировочиой ультразвуковой
установки
Таблица 9.28. Характеристика
установки для промывки и сушки
блоков
Техническая
характеристика
Диаметр блоков, мм
Мощность ультразву-
ультразвукового генератора
УЗГ-1-4, кВт
Общая потребляемая
мощность, кВт
Количество обрабаты-
обрабатываемых блоков в час
Давление сжатого воз-
воздуха, кПа
Габаритные размеры,
мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг (без \ЗГ-1-4)
yq D О
У Or*/
25—120
4,5
7,5
140
200—400
1280
780
1700
ЯОО
Техническая
характеристика
Диаметр блока, мм
Радиус кривизны, мм
Время промывки, с
Расход воды на про-
промывку одного блока, дм3
Давление воды, кПа
Время обдува и суш-
сушки, с
Расход воздуха, м3/мин
Число одновременно
промываемых и осушае-
осушаемых блоков, шт.
Габаритные размеры,
мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
АМПБ-2М
25—120
±B5--70)
10—40
1—4,5
50—150
20—40
4—8
1
800
600
1500
200
9.13. Специальные станки
для изготовления корпусов инструмента
В табл. 9.29 приведены технические характеристики наиболее употребляемых
сферотокарных специальных станков моделей МК-6031, МК-6032 и МК-6034 для
обработки наружных и внутренних сферических поверхностей инструмента.
Таблица 9.29. Характеристики сферотокарных станков
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемой
детали, мм
Наибольшая длина обтачивания, мм
Радиус растачиваемой сферы, мм
Наибольший радиус обтачиваемой
сферы, мм
Частота вращения шпинделя, с
Мощность электродвигателя привода
главного движения, кВт
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
МК-6031
300
900
25—200
150
0,2—26,6
3160
1190
1580
3000
MK-01U2
300
500
25—200
150
0,2—26,6
10
2470
1190
1580
2500
МК-С0.Ч4
350
До 800
До 800
0,2—26,6
2190
1620
1390
1900
9.14. Питатели (помпы) для подачи смазочно-охлаждающей
жидкости (СОЖ) и абразивной суспензии
f * Питатели эмульсии предназначаются для автоматической непрерывной подачи
смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обрабатываемой заготовки при
обработке ее алмазным инструментом. Питатели эмульсии в зависимости от кон-
конструкции могут быть снабжены устройствами для очистки СОЖ от шлама при по-
мощн отстойников, центрифуг, гидроциклона или бумажной фильтрующей ленты.
В серийно выпускаемых питателях используются три первых способа очистки
СОЖ. Такими питателями комплектуются распиловочные, сверлильные, кругло-
Таблица 9.30. Характеристики питателей абразивной суспензии
Техническая характеристика
Производительность,
дм3/мин
Объем бака, дм3
Давление, кПа
Потребляемая мощность,
кВт
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг (без СОЖ)
Шифры питателей эмульсии
957.09.000
22
15
50
0,12
400
280
330
15
1945.0003.000
45
25
50
0,18
560
340
500
15
1917.0029.000
30
75
50
0,75
820
460
700
60
Питатель
эмульсии
для станков
АСШ-40М,
АСШ-ЮОМ.
Ш-150К
22
60
50
0,12
700
500
500
40
1
384
13 Кузнецов С. М. и
др.
385

шлифовальные, центрировочные станки, а также станки для плоского и сферического
шлифования алмазным инструментом. Как правило, эти питатели изготовляют
с использованием стандартных серийных помп типа ПА-22, ПА-45, ПА-90 и ПА-180.
Цифры указывают на производительность помпы в кубических дециметрах подава-
подаваемой СОЖ в минуту.
Технические характеристики наиболее употребительных питателей эмульсии
приведены в табл. 9.30. Выпускается вариант питателя эмульсии 957.09.000, снаб-
снабженный баком для эмульсии, он имеет шифр 1861.0010.000.
Питатели абразивной суспензии предназначаются для автоматической непре-
непрерывной подачи водной суспензии шлифующего или полирующего порошка в зону
контакта инструмента с заготовкой (блоком) при обработке свободными абразивами.
Такими питателями комплектуются шлифовально-полировальные станки. При поли-
полировании на скоростных режимах, когда в процессе работы выделяется значительное
количество тепла, используются помпы с терморегулированием. Технические харак-
характеристики наиболее распространенных питателей абразивной суспензии приведены
в табл. 9.31.
Таблица 9.31. Характеристики терморегулируемых питателей
абразивной суспензии
Техническая характеристика
Производительность, дм3/мин
Объем бака, дм3
Давление, кПа
Потребляемая мощность, кВт
Пределы регулирования температуры суспен-
суспензии, °С
Точность регулирования, °С
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
Шифры
питателей
абразивной суспензии
801.00.000
30
10
50
0,25
—
—
470
460
440
15
1910.0023.000
30
25
50
0,25
20—35
±1
650
600
630
60
9.15. Комплектация оборудования для поточных линий
изготовления сферических оптических деталей
При крупносерийном изготовлении сферических оптических деталей с исполь-
использованием жесткого метода крепления заготовок целесообразна организация поточно-
автоматизированных линий. Эти линии комплектуются из основного станочного и
вспомогательного оборудования, причем количество единиц оборудования каждого
типа входящего в линию, определяется его производительностью на всех операциях.
Линия ЛП-1 для обработки блоков диаметром до 50 мм имеет следующий при-
примерный состав оборудования:
Сферошлифовалъиый полуавтомат АШС-40М, шт 1
Шлифовальный станок 2ША-40, шт. . 1
Полировальный станок 2П-40, шт. 5
Установка механизированной блокировки РМБ-ЗМ, шт. 1
Автомат межоперациониой промывки АМПБ, шт 2
Полуавтомат разблокировки УЗР-2М, шт 1
Линия ЛП-2 для обработки блоков диаметром до 100 мм имеет следующий
состав оборудования:
Сферошлифовальиый полуавтомат АСШ-100М, шт. 1
Шлифовальный станок 2ША-100, шт 1
Полировальный станок "Ш-ЮО, шт 5
Установка механизированной блокировки РМБ-ЗМ, шт. 2
Автомат межоперациоииой промывки АМПБ-2, шт. 2
Полуавтомат разблокировки УЗР-2М, шт. 1
Примерная сменная производительность линии ЛП-1 составляет 500 блоков,
линии ЛП-2 — 300 блоков.
Глава 10
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В ОПТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
10. К Технико-экономические принципы
и задачи проектирования
Общие принципы проектирования технологических процессов в оптическом
производстве наиболее целесообразно рассматривать с позиций общей технологии
машиностроения [2—4, 8, 10] —науки, которая в методологическом отношении
является базовой для технологии приборостроения [1,8] вообще и для оптического
[5—7, 9] — в частности.
В основу проектирования технологических процессов положены два принципа'
технический и экономический [2]. Технический принцип предусматривает выпол-
выполнение всех требований чертежа и технических условий на изготовление а экономи-
экономический — выполнение этих условий с минимальными затратами труда и издержками
производства. Задача решается путем поиска оптимального для данных производ-
производственных условий варианта перехода от заготовки к готовой детали и сбопочной
единице. у
Из нескольких возможных вариантов технологического процесса равноценных
с точки зрения технических принципов, выбирается наиболее производительный
и рентабельный. При равной производительности — наиболее рентабельный при
равных рентабельностях — наиболее производительный. Обычно выбранный ва-
вариант представляет известный компромисс между техническими возможностями
и экономической целесообразностью. В условиях современного оптического произ-
производства, характеризующегося значительным удельным весом единичного и мелко-
мелкосерийного производства (до 70%), частой сменой номенклатуры деталей и как
следствие этого, не всегда сбалансированной и ритмичной загрузкой всех групп
оборудования и рабочих основных профессий, за основу может приниматься наи-
наиболее производительный вариант процесса, так как в конечном счете он может ока-
оказаться и наиболее рентабельным в данных конкретных условиях. Это объясняется
тем, что сопоставление показателей производительности" и рентабельности взятых
по отдельным элементам технологического процесса без учета конкретных условий
не дает однозначной оценки. Поэтому более целесообразно пользоваться укрупнен-
укрупненными показателями, более полно учитывающими опыт данного предприятия Диф-
Дифференцированная же оценка наиболее целесообразна для установившегося крупно-
крупносерийного и массового производства.
Недостатком большого удельного веса индивидуального и мелкосерийного
производства является большая продолжительность и стоимость его подготовки так
как при этом технологические процессы и технологическая оснастка разрабатываются
индивидуально. F F
Технологическая подготовка производства предусматривает разработку техно-
технологического процесса изготовления деталей и сборочных единиц, разработку всех
видов технологической оснастки и специальных измерительных средств установле-
установление норм времени на изготовление и калькуляцию затрат. При этом выпуска-
выпускается различная технологическая документация (см. п. 10.3), которая позволяет
определить необходимые средства производства, трудоемкость и себестоимость
изделия.
На основе этой документации устанавливают планы снабжения материалами
и изделиями, поставляемыми по кооперации, планы календарного планирования
обеспечения транспортом, планы по труду и т. п. [2].
И*
10 387

10.2. Общая методика проектирования
Исходные данные. Исходными данными для проектирования технологического
процесса являются:
рабочий чертеж, определяющий марку и качественные характеристики мате-
материала заготовки, тип и размеры детали, точность формы и взаимного расположе-
расположения поверхностей, их чистоту и шероховатость, характеристики и способы нанесе-
нанесения покрытий;
программное задание с разбивкой по срокам (поквартальный, помесячный
и т. п. выпуск);
сведения о наличии и загрузке оборудования, квалификации исполнителей,
план по труду;
справочные и нормативные материалы в виде каталогов и паспортов оборудо-
оборудования, альбомов приспособлений и приборов, ГОСТов и ОСТов на материалы, об-
обрабатывающий инструмент, нормативы шероховатости, чистоты и точности обра-
обработки, тарифно-квалификационные справочники и прочие руководящие мате-
материалы.
Общие принципы проектировании. В целях сокращения длительности и трудоем-
трудоемкости проектирования технологического процесса рассмотрение и оценку вариантов
производят сначала на предварительных, а потом и на промежуточных стадиях
разработки [2]. Из нескольких вариантов, полностью обеспечивающих требования
чертежа, методом сопоставления их эффективности и рентабельности отбирают один
или несколько равноценных. Затем варианты конкретизируют и сравнивают вновь.
Глубина разработки определяется типом производства и опытом решения подобных
задач. Подробная и тщательная разработка характерна для массового производства 1
или, наоборот, для индивидуального производства уникальных деталей, например
крупногабаритных астрозеркал, деталей со сложными и точными асферическими
поверхностями и т. п. Для однотипных деталей разрабатывают унифицированные
технологические процессы (см. п. 10.5). В единичном производстве деталей средней
сложности и простых обычно ограничиваются сокращенной разработкой, например
расчетом блока, инструмента, установлением коэффициента запуска и составлением
общего маршрута (маршрутно-эскизная технология), так как более подробная раз-
разработка нецелесообразна.
В любом случае проектирование технологического процесса представляет собой
решение комплекса взаимосвязанных вопросов: определение типа производства,
выбор вида заготовки, выбор баз, установление маршрута способов установки и об-
обработки заготовок, методов контроля поверхностей, расчет припусков, назначение
технологических допусков, расчет блочности, выбор оборудования, расчет и проек-
проектирование специального инструмента и приспособлений, установление режимов
обработки, методов и средств контроля, норм времени и квалификации исполни-
исполнителей, оформление технической документации. В зависимости от конкретных усло-
условий отдельные этапы разработки могут исключаться или, наоборот, вводиться до-
дополнительно.
Выбор вида заготовки. Вид заготовки определяют конструктивная форма и га-
габариты детали; марка и требуемые качественные характеристики материала детали
и программа выпуска, сроки поставки заготовок.
Выбранный вид заготовки должен обеспечивать наименьшую себестоимость
готовой детали (см. п. 5.4). Из-за стремления получить «чистую» заготовку с малыми
припусками увеличивают сроки поставки и повышается ее стоимость, но при этом
снижаются издержки производства при ее первичной обработке на заводе-изготови-
заводе-изготовителе. Такое решение целесообразно при массовом или крупносерийном производстве.
В мелкосерийном производстве (особенно при небольших размерах деталей) размеры
заготовки, как правило, кратны двум, четырем и более штукам деталей. В индиви-
индивидуальном производстве крупногабаритные заготовки поставляются со значитель-
значительными припусками и прополированными сторонами. Заготовки меньших размеров
получают «из подбора» (из кусков, ригеля, заготовок большего размера и т. д.).
1 Одним из перспективных направлений оптической технологии является обработка
оптических деталей по методу технологического комплекса. Однако из-за большой сложности
оборудования, технологической осиастки, средств технологического контроля и т. п. этот
прогрессивный метод не нашел еще широкого применения. Поэтому в качестве возможных
вариантов нами он не рассматривается.
388
Выбор баз. Исходными данными для выбора баз являются: чертеж детали и тех-
технические условия на ее изготовление; вид заготовок; тип производства и степень его
механизации и автоматизации; тип и точность станков, приспособлений и т. п.;
методы и средства контроля.
В оптическом производстве [5—7, 9] аналогично технологии машиностроения
[1, 4, 8] применяют следующие схемы базирования (см. п. 5.6): по технологическим
базам; по настроечной базе; по промежуточному установочному элементу (клея
щему слою).
Принятая схема базировании определяет конструкцию приспособлений и точ-
точность детали. Наибольшая точность обеспечивается при выполнении условия совме-
совмещения установочной, измерительной и сборочной баз. При невозможности соблюде-
соблюдения этого принципа, например из-за недостаточной устойчивости заготовки при
малых размерах измерительной базы, за установочную базу принимают поверх-
поверхность с большей площадью или большим радиусом, более точной формой и т. п.
При этом большое значение имеет шероховатость базовых поверхностей, например
расположение шамотной стороны у заготовки.
Выбор и составление маршрута обработки поверхностей. Основной целью со-
составления маршрута является формирование общего плана обработки заготовки,
определение содержания операций, установление типов станков, всех видов техно-
технологической оснастки, методов и средств контроля, определение загрузки оборудова-
оборудования по участкам, потребного количества исполнителей, их квалификации и т. п.
Сначала выбирают общую схему технологического процесса, которая должна
предусматривать наиболее полное использование технических возможностей средств
производства и контроля. На основании исходных данных, вида заготовки, выбран-
выбранных баз и порядка их смены, а также с учетом использования технологических
характеристик методов механической обработки (см. гл. 5) составляют несколько
вариантов маршрута обработки поверхностей заготовки. При этом выходные пара-
параметры заготовки (размер, качество поверхности) предыдущей операции должны быть
согласованы с входными последующей. Количество возможных вариантов выпол-
выполнения операций может быть довольно большим. Все они различны по эффективности
и рентабельности.
Рис. 10.1. Оптические детали типа пластины и клина:
а—и — различной конфигурации; к — комплексная де-
деталь
Выбор окончательного варианта маршрута являетси наиболее ответственной
задачей проектирования технологического процесса. Варианты маршрута и обра-
обработки в зависимости от типа производства, типа детали и требований к точности ее
конструктивных параметров и др. приведены в табл. 10.1—10.3. Таблицы предусмо-
предусмотрены для групп деталей, обладающих общими конструктивно-технологическими
признаками. Возможные варианты выполнения основных технологических операций
процесса изготовления пластин и клиньев (рис. 10.1, а—к) рассмотрены в табл. 10.1,
прямоугольных призм (рис. 10.2, а~г) — в табл. 10.2, линз (рис. 10.3, а—э) —
в табл. 10,3. Номера вариантов даны в порядке возрастания степени механизации
389

Таблица 10.1.
Варианты маршрута обработки заготовок пластин и клиньев
в зависимости от типа производства
Наименование
операции s
Распиливание
Грубое шлифо-
шлифование плоскостей
Грубое шлифо-
шлифование боковых
поверхностей
Круглое шли-
шлифование боковых
поверхностей
Номер и содержание варианта
1.1. Наклеивание или сжатие исходных заготовок: кусков,
пластин и т. п. Станок типа ПК-400. Обрабатывающий ин-
инструмент — алмазный отрезной круг формы АОК с зерни-
зернистостью 60/25 или 125/100, концентрацией 75%. Меритель-
Мерительный инструмент — штангенциркуль, универсальный угло-
угломер. Погрешность линейных размеров ±@,5ч-2,0) мм, угло-
угловых — ±(Зн-5)'
2.1. Наклеивание или свободная установка заготовок
в металлическом сепараторе. Станок типа ПШМ-100. Обра-
Обрабатывающий инструмент — чугунная планшайба. Шлифо-
Шлифовальный порошок № 10—5. Мерительный инструмент —
штангенциркуль, толщиномер, универсальный угломер. Не-
Непараллельность поверхностей при обработке в сепараторе
±@,1н-0,2) мм, с приклеиванием — ±@,02н-0,05) мм
2.2. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении. Станок типа ЗБ756. Обрабатывающий инструмент —
алмазный круг формы АПВ с зернистостью 63/50, кон-
концентрацией 100%. Мерительный инструмент — штанген-
штангенциркуль, толщиномер, универсальный угломер. Непарал-
Непараллельность поверхностей ±@,02—0.05) мм
3.1. Склеивание заготовок в столбик и обработка вруч-
вручную. Станок типа ШО. Обрабатывающий инструмент —
чугунная планшайба. Шлифовальный порошок № 12—6 и
микропорошок М40. Мерительный инструмент — штанген-
штангенциркуль, толщиномер, универсальный угломер. Погреш-
Погрешность линейных размеров + @,1-^0,5) мм. угловых —
±B-5)'
3.2. Сжатие заготовок в приспособлении и обработка
вручную. Станок типа ШО. Обрабатывающий инструмент —
алмазный плоский круг формы АП с зернистостью 63/50,
концентрацией 100 %. Мерительный инструмент — штанген-
штангенциркуль, толщиномер, универсальный угломер. Погреш-
Погрешность линейных размеров -+- @,1 — 0,5) мм, угловых —
±B-5)'
3.3. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении. Станок типа ЗБ756. Обрабатывающий инструмент —
алмазный плоский круг формы АПВ с зернистостью 63/50,
концентрацией 100 % . Мерительный инструмент — штан-
штангенциркуль, толщиномер, универсальный угломер. Погреш-
Погрешность линейных размеров +@,1 — 0,5) мм, угловых —
±B-5)'
4.1. Склеивание заготовок в столбик или соединение
через слой бумаги в центрах. Круглошлифовальный стаиок
типа ЗВ-10. Обрабатывающий инструмент — алмазный пло-
плоский круг формы АПП с зернистостью 63/50, концентра-
концентрацией 100%. Мерительный инструмент — штангенциркуль,
толщиномер, универсальный угломер. Погрешность диа-
диаметра ±@,02—0,1) мм, углов — ±Bч-5)'
390
Продолжение табл. 10.
Наименование
операции
Фрезерование
пазов
Сверление от-
отверстий
Тонкое шлифо-
шлифование и полиро-
полирование рабочих
поверхностей
Номер и содержание варианта
5.1. Сжатие заготовок в приспособлении. Горизонтально-
фрезерный станок типа 6Н82. Обрабатывающий инстру-
инструмент — алмазный круг фасонного профиля с зернистостью
125/100, концентрацией 75%. Мерительный инструмент —
штангенциркуль, глубиномер. Погрешность линейных раз-
размеров ±@,05—0,2) мм
6.1. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособлении
сверлильного станка. Обрабатывающий инструмент — сталь-
стальное трубчатое сверло, шлифовальник. Шлифовальный поро-
порошок № 12—6 или микропорошок М40. Мерительный ин-
инструмент— штангенциркуль. Погрешность диаметров
±@,05-0,2) мм
6.2. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособлении
сверлильного станка. Обрабатывающий инструмент — ал-
алмазное сверло, алмазный шлифовальник с зернистостью
63/50, концентрацией 100%. Мерительный инструмент —
калибр предельный. Погрешность диаметров ± @,05ч-0,1) мм
7.1. Наклеивание (эластичное) заготовок на приспособле-
приспособление от одной установочной базы. Станок типа ШП. Обра-
Обрабатывающий инструмент — металлическая планшайба и смо-
смоляной полировальник. Микропорошок М20, М10 или М7,
полирит. Интерферометр, автоколлиматор. Погрешность
формы^ N=@,1 — 0,3); AN = @,05н-1,0), клиновидность
6= 5"—15'. Погрешность углов клиньев а = 5"—15'
7.2. Наклеивание (жесткое) заготовок на приспособление
от одной установочной базы. Обрабатывающий инструмент —
металлическая планшайба и смоляной полировальник.
Станок типа ШП или ПД. Микропорошок М20, М10 или М7,
полирит. Средства контроля — интерферометр, автоколли-
автоколлиматор. Погрешность формы N = @,5—5,0); AN = @,2—2,0),
клиновидность 6= 5"—15', погрешность углов клиньев
<т= 5"-15'
7.3. Наклеивание заготовок (жесткое) на приспособление
от одной установочной базы. Станок типа ШП. Обраба-
Обрабатывающий инструмент — металлическая планшайба и по-
полировальник из волокнистого материала. Микропорошок
М20, М10 или М7, полирит. Погрешность формы не нор-
нормируется. Клиновидность 9 :> 15'
7.4. Крепление заготовок на приспособление оптическим
контактом стороны, предварительно обработанной по ва-
варианту 7.1. Станок типа ШП. Обрабатывающий инстру-
инструмент — металлическая планшайба и смоляной полироваль-
полировальник. Микропорошок Н20, М10 или М7, полирит. Погреш-
Погрешность формы N = @,1—1,0); AN = @,054-0,5), клиновид-
ности 9 = Aч-10)", погрешность углов клиньев а = Bч-10)"
391

Продолжение табл. 10.1
Наименование
операции
Доводка пло-
плоскостей, парал-
параллельности сторон
и углов клиньев
Номер и содержание варианта
8.1. Свободная установка заготовок в стеклянном сепара-
сепараторе. Станок типа ПД. Обрабатывающий инструмент —
смоляной полировальник. Абразив —■ полирит. Средства
контроля — интерферометр, автоколлиматор. Погрешность
формы N=@,01 — 0,1); AN = @,01 — 0,05), клиновидность
6= @,5—2)", погрешность углов а= @,5—2)"
Таблица 10.2. Варианты маршрута обработки заготовок прямоугольных призм
в зависимости от типа производства
Наимеиоваиие
операции
Распиливание
Грубое шлифо-
шлифование боковых
(нерабочих) по-
поверхностей
Грубое шлифо-
шлифование рабочих
поверхностей
Номер и содержание варианта
1.1. Наклеивание или сжатие исходных заготовок: кусков,
пластин и т. п. Станок типа ПК-400. Обрабатывающий ин-
инструмент— алмазный отрезной круг формы АОК с зер-
зернистостью 60/25 или 125/100, концентрацией 75%. Мери-
Мерительный инструмент — штангенциркуль, универсальный
угломер. Погрешность линейных размеров ±@,5—2,0) мм,
угловых — ±C—5)'
2.1. Наклеивание или свободная установка заготовок
в металлическом сепараторе. Станок типа ПШМ-100. Обра-
Обрабатывающий инструмент — чугунная планшайба. Шлифо-
Шлифовальный порошок Л1> 10—5. Мерительный инструмент —
штангенциркуль, толщиномер, глубиномер, универсальный
угломер. Непараллельность поверхностей при обработке
в сепараторе ±@,1 — 0,2) мм, с приклеиванием ±@,02—
-г 0,05) мм
2.2. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении. Станок типа ЗБ756. Обрабатывающий инструмент —
алмазный круг формы АПВ с зернистостью 63/50, концен-
концентрацией 100%. Мерительный инструмент — штангенцир-
штангенциркуль, толщиномер, универсальный угломер. Непараллель-
Непараллельность поверхностей ±@,02-^0,05) мм
3.1. Склеивание заготовок в столбик и обработка вруч-
вручную. Станок типа ШО. Обрабатывающий инструмент — чу-
чугунная планшайба. Шлифовальный порошок № 12—6 и
микропорошок М40. Мерительный инструмент — универ-
универсальный угломер, автоколлиматор. Погрешность угловых
размеров ±A-нЗ)'
3.2. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении и обработка вручную. Станок типа ШО. Обрабаты-
Обрабатывающий инструмент — алмазный плоский круг формы АП
с зернистостью 63/50, концентрацией 100%. Мерительный
инструмент — универсальный угломер, автоколлиматор. По-
Погрешность угловых размеров ±C±5)'
392
Продолжение табл. 10.2
Нанмеиоваиие
операции
Грубое шлифо-
шлифование рабочих
поверхностей
Нанесение кон-
конструкторских фа-
фасок
Фрезерование
пазов
Тонкое шлифо-
шлифование и полиро-
полирование рабочих
поверхностей
Номер и содержание варианта
3.3. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении. Станок типа ЗБ756. Обработка производится от раз-
разных установочных баз. Обрабатывающий инструмент — ал-
алмазный плоский круг формы АПВ с зернистостью 63/50,
концентрацией 100%. Мерительный инструмент — универ-
универсальный угломер, автоколлиматор. Погрешность угловых
размеров до ±5'
3.4. Склеивание заготовок в столбик или сжатие в при-
приспособлении. С одной установки обрабатывается несколько
позиций. Станок типа А1454. Обрабатывающий инстру-
инструмент — алмазный чашечный круг формы АЧК с зерни-
зернистостью 63/50, концентрацией 100%. Мерительный ин-
инструмент — универсальный угломер, автоколлиматор. По-
Погрешность угловых размеров 30"—Г
4.1. Обработка в свободном состоянии вручную поштучно.
Станок типа ШО. Обрабатывающий инструмент — чугунная
планшайба. Шлифовальный порошок № 12—6 и микропо-
микропорошок М40. Мерительный инструмент — штангенциркуль,
универсальный угломер. Погрешность линейных размеров
±@,1 — 0,05) мм, угловых — ± E-М 0)'
4.2. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении и обработка вручную. Станок типа ШО. Обрабатываю-
Обрабатывающий инструмент — алмазный плоский круг формы АП с зер-
зернистостью 63/50, концентрацией 100%. Мерительный ин-
инструмент — штангенциркуль, универсальный угломер. По-
Погрешность линейных размеров ±@,1-^-0,5) мм, угловых —
до ±5'
4.3. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении. Горизонтально-фрезерный станок типа 6Н82. Обра-
Обрабатывающий инструмент — алмазный круг формы АПП
с зернистостью 63/50, концентрацией 100%. Мерительный
инструмент — штангенциркуль, универсальный угломер. По-
Погрешность линейных размеров ±@,1 — 0,5) мм, угловых —
±C-5)'
5.1. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении. Горизонтально-фрезерный станок типа 6Н82. Обраба-
Обрабатывающий инструмент — алмазный круг плоского профиля
формы АПВД с зернистостью 125/100, концентрацией 75 %.
Мерительный инструмент — штангенциркуль, глубиномер.
Погрешность линейных размеров ±@,05-н0,2) мм
6.1. Наклеивание (эластичное) заготовок. Станок типа ШП.
Обрабатывающий инструмент — металлическая планшайба и
смоляной полировальник. Микропорошок М20, М10 или М7,
полирит. Интерферометр, автоколлиматор. Погрешность
формы N = @,5—3,0); АЛГ= @,1-0,3). Погрешность угло-
угловых размеров ±C—5)'
393

Продолжение табл. 10.2
Наименование
операции
Тонкое шлифо-
шлифование и полиро-
полирование рабочих
поверхностей
Доводка пло-
плоскостей и углов
Номер и содержание варианта
6.2. Наклеивание (жесткое) заготовок иа приспособлеиие.
Станок типа ШП. Обрабатывающий инструмент — металли-
металлическая планшайба и смоляной полировальник. Микропоро-
Микропорошок М20, М10 или М7, полирит. Интерферометр, автоколли-
автоколлиматор. Погрешности формы N = A-4-5); AN = @,2-4-1,0).
Погрешности угловых размеров ±E-4-10)'
6.3. Крепление заготовок в приспособлении гипсом. Ста-
Станок типа ШП. Обрабатывающий инструмент — металличе-
металлическая планшайба и смоляной полировальник. Микропоро-
Микропорошок М20, М10 или М7, полирит. Интерферометр, автоколли-
автоколлиматор. Погрешность формы N = @,5-4-3,0); AN = @,2-М,0).
Погрешность угловых размеров ±C-4-5)'
6.4. Крепление заготовок иа приспособлении оптическим
контактом стороны, предварительно обработанной по ва-
вариантам 6.1—6.3. Обрабатывающий инструмент — металли-
металлическая планшайба и смоляной полировальник. Станок
типа ШП или ПД. Микропорошок М20, М10 или М7, по-
полирит. Интерферометр, автоколлиматор. Погрешность формы
N= @,2-4-3,0); AN= @,14-1,0). Погрешность угловых
размеров от 1 до 5'
7.1. Свободная установка заготовок в стеклянном сепара-
сепараторе. Станок типа ПД. Обрабатывающий инструмент —
смоляной полировальник. Микропорошок полирит. Сред-
Средства контроля — интерферометр, автоколлиматор. Погреш-
Погрешность формы N = @,01-4-0,1); AN = @,01-1-0,05). Погреш-
Погрешность угловых размеров ±@,1 — 1,0)"
Таблица 10.3. Варианты маршрута обработки заготовок лииз
в зависимости от типа производства
Наименование
операции
Распиливание
Грубое шлифо-
шлифование плоскостей
Номер и содержание варианта
1.1. Наклеивание или сжатие исходных заготовок: кусков,
пластин и т. п. Станок типа ПК-400. Обрабатывающий ин-
инструмент — алмазный отрезной круг формы АОК с зер-
зернистостью 60/25 или 125/100, концентрацией 75%. Мери-
Мерительный инструмент — штангенциркуль, универсальный
угломер. Погрешность линейных размеров ±@,5-4-2,0) мм,
угловых — ±C-4-5)'
2.1. Наклеивание или свободная установка заготовок в ме-
металлическом сепараторе. Станок типа ПШМ-100. Обрабаты-
Обрабатывающий инструмент — чугунная планшайба. Шлифоваль-
Шлифовальный порошок № 10—5. Мерительный инструмент — штан-
штангенциркуль, толщиномер, универсальный угломер, глубино-
глубиномер. Непараллельность поверхностей при обработке в се-
сепараторе ±@,1-н0,2) мм, с приклеиванием — ±@ 02—
0,05) мм
394
Продолжение табл. 10.3
Наименование
операции
Грубое шлифо-
шлифование плоскостей
Круглое шли-
шлифование поверх-
поверхностей
Грубое шлифо-
шлифование сфериче-
сферических и плоских
поверхностей
Тонкое шлифо-
шлифование и полиро-
полирование сфериче-
сферических и плоских
рабочих поверх-
поверхностей
Доводка по-
поверхностей и ис-
исправление разио-
толщиииости (ко-
сииы)
Номер и содержание варианта
2.2. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении. Станок типа ЗБ756. Обрабатывающий инструмент —
алмазный круг формы АПВ с зернистостью 63/50, кон-
концентрацией 100%. Мерительный инструмент — штанген-
штангенциркуль, толщиномер, универсальный угломер. Непарал-
Непараллельность поверхностей ±@,02-^0,05) мм
3.1. Склеивание заготовок в столбик или соединение через
слой бумаги. Круглошлифовальный станок типа ЗВ-10.
Обрабатывающий инструмент — алмазный круг формы АПП
с зернистостью 63/50, концентрацией 100%. Мерительный
инструмент — штангенциркуль, толщиномер. Погрешность
диаметра ±@,02-4-0,1) мм
4.1. Обработка в свободном состоянии вручиую поштучио.
Станок типа ШО. Обрабатывающий инструмент — чугунная
чашка (гриб). Шлифовальный порошок № 10—5. Мери-
тельиый инструмент — радиусный шаблон, притир или иа-
кладиой сферометр. Погрешность стрелки кривизны ±@,03-4-
0,05) мм, толщины по центру — ±@,02-4-0,1) мм, тол-
толщины по краю — ±@,05-4-0,2) мм
4.2. Наклеивание заготовок или сжатие в приспособле-
приспособлении. Станок типа «Алмаз». Обрабатывающий инструмент —
алмазный круг формы АК или АЧК с зернистостью 63/50,
концентрацией 100%. Мерительный инструмент— радиус-
радиусный шаблон, притир или накладной сферометр. Погреш-
Погрешность стрелки кривизны ±@,03-4 0,05) мм, толщины по цен-
центру _ ±@,03н-0,15) мм, толщины по краю — ±@,05-4-
0,2) мм
5.1. Наклеивание (эластичное) заготовок. Станок типа ШП.
Обрабатывающий инструмент — металлический шлифоваль-
ник и смоляной полировальник. Микропорошок М20, М10
или М7, полирит. Интерферометр или пробное стекло.
Погрешность формы N=±@,5-4-5,0); AN = ±@,1-4-0,5),
толщины по краю ±@,05н-0,2) мм
5.2. Наклеивание (жесткое) заготовок на приспособление.
Станок типа ШП специализированный. Обрабатывающий
инструмент — алмазный круг формы АК или АЧК с зер-
зернистостью 20/14 и 10/7A4/10), полирит. Интерферометр
или пробное стекло. Погрешность формы N = ±@,5-4-5,0);
AN = ±@,1-4-0,5), толщины по краю ±@,1-4-0,2) мм
6.1. Свободная установка заготовок в стеклянном сепара-
сепараторе. Станок типа ПД. Обрабатывающий инструмент —
смоляной полировальник. Абразив — полирит. Средства
контроля — интерферометр или пробное стекло. Коси-
иомер. Погрешность формы N=±@,01-4-0,1); AN =
= ±@,01-4-0,05), толщины по краю — ±0,01 мм
395

Продолжение табл. 10.3
Наименование
операции
Центрирование
и нанесение кон-
конструкторских фа-
фасок
Номер и содержание варианта
7.1. Приклеивание заготовок к патрону. Станок типа ЦС.
Обрабатывающий инструмент — алмазный круг формы АПП
или АЧК с зернистостью 63/50, концентрацией 100 % . Авто-
Автоколлиматор типа ЮС-13, толщиномер или скоба. Децеитри-
ровка С= @,01-гО, 1) мм, погрешность диаметра ±@,02-н
0,1) мм
7.2. Сжатие заготовок в~ самоцентрирующем патроне или
предварительная установка в приспособлении с помощью
автоколлиматора типа ЮС-13 и приклеивания. Стаиок
типа ЦС. Обрабатывающий инструмент — алмазный круг
формы АПП или АЧК с зернистостью 63/50, концентра-
концентрацией 100%. Децентрировка С= @,003-^0,05) мм, погреш-
погрешность диаметра ±@,01-ь0,03) мм
их выполнения. Выбор последовательности выполнения основных технологических
операций в зависимости от вышеописанных факторов сводится к вписываиию в марш-
маршрутную карту номеров (кода) операций в установленном порядке. Операции, не
предусмотренные чертежом детали, пропускаются.
Рис. 10.2. Прямоугольные призмы: а—в — с раз-
разными фасками и пазами; г — комплексная деталь
а)
Рис. 10.3. Линзы основных типов: а—е — простые; ж,
з — комплексные детали
При единичном изготовлении пластины или клииа с малыми значениями угла
@ ^ о) заготовка может иметь любой вид (прессованная, одиночная или кратная
и др.).
Поэтому первой операцией может быть распиливание по варианту 1.1, затем
грубое шлифование плоскостей по варианту 2.1, грубое шлифование боковых поверх-
поверхностей по варианту 3.1 или круглое шлифование по варианту 4.1, при необходи-
необходимости — фрезерование пазов по варианту 5.1 или сверление отверстий по варианту
6.1. Тонкое шлифование и полирование рабочих поверхностей выполняют по ва-
вариантам 7.1—7.4, доводку — по варианту 8.1 при необходимости. Кодовое обозна-
обозначение выбранного маршрута: 1.1—2.1—3.1 D.1)—5.1—6.1—7.1 G.2—7.4)—8.1.
396
При крупносерийном производстве такого типа деталей кодовое обозначение
маршрута будет: 2.2—3.3 D.1)—5.1—6.2—7.4.
При единичном изготовлении прямоугольной призмы средних размеров с пара-
параметрами по точности Л' = 0,5н-3,0; AN = 0,1 + 0,5; 645„ < 5'; я = 5' наиболее ^це-
^целесообразно запустить в производство число заготовок, кратное четырем, что обес-
обеспечивает симметричную конструкцию блока. При отсутствии подходящих по раз-
размерам и качеству материала прессованных заготовок их получают распиливанием
куска стекла по варианту 1.1. Операция шлифования боковых нерабочих поверх-
поверхностей может быть выполнена по варианту 2.1. Грубое шлифование рабочих поверх-
поверхностей наиболее целесообразно начинать с обработки катетов по варианту 3.1, по-
поскольку приспособления для механизированной обработки, как правило, рассчи-
рассчитаны на большое число заготовок. Замыкается размерная цепь обработкой гипоте-
гипотенузы с выдерживанием высоты, пирамидальное™ и разности углов 45°. Этот по-
порядок обработки удобно сохранить при выполнении операций тонкого шлифования
и полирования по вариантам 6.1—6.4. Являясь в организационно-техническом отно-
отношении наиболее универсальным, этот вариант в то же время обеспечивает сохра-
сохранение значении углов при контроле блока по разнотолщинности. Кодовое обозначе-
обозначение выбранного маршрута: 1.1—2.2—3.1—6.1.
В крупносерийном производстве такой призмы целесообразно использовать
прессованную заготовку. Грубое шлифование нерабочих поверхностей целесооб-
целесообразно вести по варианту 2.2, рабочих — по варианту 3.4, которые обеспечивают наи-
наибольшую производительность и точность при высокой экономичности. Порядок
смены позиций: катет — гипотенуза — катет, предусматривающий выход инстру-
инструмента при обработке последней грани в направлении угла, равного 90е, обеспечивает
отсутствие выколок на острых углах заготовок. Тонкое шлифование и полирова-
полирование может быть выполнено по вариантам 6.3—6.4. Кодовое обозначение выбранного
маршрута: 2.2—3.4—6.3 F.4). При необходимости нанесения конструкторских фасок
в условиях единичного производства используется вариант 4.1, серийного—4.3.
Фрезерование пазов независимо от типа производства выполняют по варианту 5.1.
В единичном и мелкосерийном производстве для исправления углов и доводки
поверхностей может использоваться вариант 7.1.
Аналогичным образом строится схема технологического процесса изготовле-
изготовления линз.
При единичном производстве обычной линзы средних размеров (рис. 10.3, а—е)
с параметрами точности Л'— Зн-5; АЛ' — 0,5-М; С= 0,05 мм последовательность
выполнения операций: 1.1—2.2—3.1—4.1—5.1—7.1. При крупносерийном произ-
производстве таких линз последовательность операций: 4.2—5.2—7.2. При производстве
линз сложной конструкции (рис. 10.3, ж—з) шлифование конструкторских фасок
производится по варианту 4.1.
Доводка поверхностей (N = 0,1+0,5; AW = 0,05) высококачественных объек-
объективов диаметром 70—150 мм производится в сепараторе по варианту 7.1.
Построение операций механической обработки. Основой для проектирования
отдельных операций являются: маршрут обработки заготовки, схема базирования
и закрепления, характеристики обрабатываемых поверхностей, характеристики
поверхностей, обработанных на предшествующих операциях, точность взаимного
расположения поверхностей, величина припуска с допуском на выполнение данной
операции, а также программа выпуска.
Задачами проектирования являются: определение размеров и формы блока
и согласование их с типом стайка, расчет обрабатывающего инструмента, разработка
схемы и технического задания на проектирование приспособления, установление
настроечных параметров, выбор метода и средств контроля, схемы и методики иа-
ладки [2].
Оценка вариантов производится также в соответствии с технико-экономическим
принципом проектирования. Например, точность выполнения углов призм в зави-
зависимости от способа блокирования возрастает в следующей последовательности:
жесткий способ блокирования с приклеиванием иа металлическое приспособление
A5—30'), эластичный способ блокирования на металлическом приспособлении
E—6'), блокирование гипсованием E—6'), блокирование с помощью оптического
контакта A—5"), доводка в сепараторе без блокирования @,5—1"). Коэффициент
заполнения блока призм одного и того же диаметра в зависимости от способа блоки-
блокирования возрастает в следующей последовательности: доводка в сепараторе @,25—
397

0,3), с помощью оптического контакта @,4—0,5), жестким и эластичным способом
с приклеиванием на металлическое приспособление @,6—0,7), гипсованием @,8—
0,9). Критерием оценки эффективности является штучное время, которое достаточно
объективно отражает техническую сторону разработки.
Назначение режимов обработки и ноом apt еии на операцию. Определение ре-
режима обработки описано в п. 5.3 настоящего а равочника.
Основным расчетным элементом техпроцесса является операция. Время и себе-
себестоимость ее выполнения служат критерием, характеризующим целесообразность
ее построения в условиях заданной производственной программы. Технически об-
обоснованная норма времени — это время, необходимое для выполнения технологи-
технологической операции в определенных организационно-технических условиях, наиболее
благоприятных для данного производства. Его устанавливают в соответствии с экс-
эксплуатационными возможностями оборудования и оснастки, опыта работы и т. п.
факторами, которые отражены в соответствующей документации (технических пас-
паспортах, инструкциях, нормах и т. д.). На основе технически обоснованных норм
устанавливают расценки, определяют производительность оборудования, осуще-
осуществляют календарное планирование производства и т. д.
10.3. Технологическая документация
В соответствии с ЕСТД установлены следующие виды технологической доку-
документации.
Карты технологического процесса — КТП, содержащие описание процесса
изготовления детали по всем операциям, выполняемым на одном участке, в строго
определенной последовательности с указанием оборудования, всех видов оснастки,
переходов, режимов обработки, средств контроля, трудовых нормативов и т. д.
Карты типового технологического процесса — КТТП, содержащие описание
типового технологического процесса, выполняемого на одном участке с расчлене-
расчленением на операции и переходы и указанием оборудования, режимов работы и трудо-
трудовых нормативов.
Ведомости сферического инструмента и приспособлений — ВСИП (формы 3,
За), в которых содержится перечень инструмента и приспособлений, необходимых
для оснащения технологического процесса.
Ведомости пробных стекол — ВПС, в которые включаются перечни основных,
контрольных и рабочих пробных стекол, необходимых для оснащения технологи-
технологического процесса.
Ведомости вспомогательных материалов — ВВМ, в которых содержится пере-
перечень вспомогательных материалов и норм их расхода, необходимых для обеспечения
технологического процесса.
Карты эскизов — КЭ, на которых приводятся эскизы, схемы, таблицы, необ-
необходимые для выполнения технологического процесса, операции или перехода.
Ведомости заготовок оптических деталей — ВЗОД, в которых содержатся дан-
данные о материале, габаритах и массе.
Технологическая документация является не только техническим документом.
Она имеет и большое юридическое значение, поскольку в конфликтных ситуациях,
например при нарушении технологии, травматизме, авариях, пожарах и т. п., 'рас-
'рассматривается в качестве основного документа.
10.4. Критерии оценки технологических процессов
Для сопоставления различных вариантов технологического процесса исполь-
используют абсолютные и относительные критерии оценки.
К абсолютным критериям относятся:
1. Суммарное основное время по всем операциям обработки. Но оно не дает
однозначной оценки и поэтому должно использоваться вместе с другими критериями.
2. Трудоемкость обработки как сумма штучного времени по всем операциям
процесса.
3. Цеховая себестоимость обработки, являющаяся суммой основной зарплаты
производственных рабочих и остальных цеховых расходов.
4. Себестоимость детали, представляющая собой сумму себестоимости заготовки
и цеховой себестоимости обработки.
398
К относительным критериям относятся:
1. Коэффициент основного времени, представляющий собой отношение основ-
основного времени к штучному. Чем выше его значение, тем производительнее исполь-
используется станок.
2. Коэффициент использования материала, являющийся отношением массы
готовой детали к массе заготовки.
3. Коэффициент заполнения блока, равный отношению площади, занимаемой
заготовками, к общей площади блока. Чем выше его значение, тем производительнее
используется станок, тем меньше штучное время.
4. Коэффициент загрузки оборудования, характеризующий отношение расчет-
расчетного количества станков к фактическому. Применяется для оценки как отдельных
операций, так и всего процесса в целом.
Наиболее объективная оценка производится по совокупности всех критериев.
При этом относительные критерии используются как дополнение к абсолютным.
Самостоятельного значения они не имеют. При сопоставлении однородных по струк-
структуре технологических процессов их оценку можно производить по операциям, име-
имеющим различное построение, например, сравнивая операционное время, штучное
время на операцию, себестоимость операции, коэффициент основного времени,
коэффициент загрузки оборудования.
10.5. Проектирование унифицированных
и групповых технологических процессов
Различные технологические процессы изготовления идентичных деталей, раз-
разный уровень организации производства в цехах, неодинаковые нормы затрат труда
и т. п. приводят к различию в себестоимости одинаковых деталей. Унификация
технологических процессов позволяет значительно сократить сроки подготовки
производства, уменьшить количество технической документации и номенклатуру
технологической оснастки, внедрить новые прогрессивные методы обработки, более
широко использовать механизацию и автоматизацию трудоемких процессов произ-
производства. Общие правила разработки типовых технологических процессов и операций
рекомендованы ГОСТ 14.303—73.
Под типизацией технологических процессов понимается классификация детален
по конструктивно-технологическим признакам на классы и типы, для которых раз-
разрабатываются типовые технологические процессы. По ним можно составить кон-
крегнын процесс обработки любой детали данной классификационной группы для
заданных производственных условий.
Сущность типизации технологических процессов сводится к следующему.
1. Все детали группируются в классы, подклассы и типы в зависимости от
конфигурации, размеров, точности обработки, качества поверхности, общности схем
базирования, последовательности операций, типов оборудования и оснастки, мето ев
и средств контроля.
2. Для каждого класса конструктивно и технологически сходных деталей раз-
разрабатывают типовой процесс или несколько вариантов его, которые можно применить
при обработке каждой детали, входящей в данный класс. Обычно варианты вы-
выбираются в зависимости от серийности.
Наиболее прогрессивной является групповая технология. Сущность ее сводится
к следующему.
1. Все детали группируются в классы, подклассы и типы в зависимости от вида
обработки и общности маршрута, общих приспособлений, настройки станка, средств
контроля. При этом за основу берут наиболее характерную деталь данной группы,
которая содержит в себе все геометрические элементы деталей данной группы (см.
рис. 10.1—10.3). Такая деталь называется комплексной.
2. Разрабатывают технологический процесс, который с небольшими дополни-
дополнительными подналадками оборудования применим для изготовления любой детали
данной группы. Комплексная деталь может быть реальной или условной. В качестве
реальной берут наиболее сложную деталь данной группы, обеспечивающую функцию
комплексной детали, а в качестве условной — деталь, содержащую все элементы
(поверхности, углы и т. п.) детален данной группы.
3. Проектируют групповые приспособления и инструментальные наладки, мо-
модернизируют при необходимости оборудование.
399

Метод групповой технологии включает в себя унификацию не только техноло-
технологии, а всего комплекса подготовки производства, например проектируемых при-
приспособлений (см. п. 10.7) и их отдельных элементов (хвостовиков, переходников,
пластин, плашек и т. д.).
10.6. Проектирование технологической оснастки
Проектирование основных видов технологической оснастки станочных при-
приспособлений и инструмента согласно ГОСТ 14.301—73 производят, учитывая сле-
следующие факторы: тип производства и его организационную структуру; вид изде-
изделия и программу его выпуска; характер намеченной технологии; возможности груп-
группирования операций; максимальное применение имеющейся стандартной оснастки,
ее отдельных элементов и оборудования; равномерность загрузки оборудования.
Задача конструирования приспособлений в общем виде сводится к конкрети-
конкретизации принятой схемы установки, выбору конструкции и размеров установочных
элементов и приспособления, определению размеров направляющих элементов и ме-
метода закрепления заготовки, общей компоновке и установлению допусков на изго-
изготовление и сборку.
Исходными данными для проектирования приспособлений являются: чертежи
деталей и заготовок; операционные чертежи заготовок на предшествующую и вы-
выполняемую операции; карты технологического процесса на данную операцию с ука-
указанием схемы базирования, оборудования, режимов обработки, направления усилий
резания, запроектированной производительности на данной операции; ГОСТы
и нормали на детали и узлы приспособлений, альбомы нормализованных конструк-
конструкций и т. д.
По числу одновременно обрабатываемых заготовок приспособления могут быть
одноместными и многоместными.
По целевому назначению приспособления делятся на станочные, служащие для
установки и закрепления заготовок; станочные, предназначенные для закрепления
рабочего инструмента; сборочные, применяемые для взаимного ориентирования
и фиксации соединяемых деталей; контрольные, обеспечивающие определенное по-
положение контролируемых элементов заготовки или детали относительно рабочих
органов измерительного прибора.
Станочные приспособления по виду выполняемых операций, в свою очередь,
подразделяются на фрезерные, шлифовально-полировальные (наклеечные), кон-
контактные, сверлильные, центрировочные, для просветления и т. д. Около 90 % всех
приспособлений относятся к станочным. При использовании станочных приспо-
приспособлений устраняется выверка положения заготовок при их установке на станке,
повышается точность и производительность обработки, расширяются технологиче-
технологические возможности оборудования, улучшаются условия труда и безопасность работы,
повышается общая культура производства.
Выбор схемы приспособления базируется на классификации деталей по видам
обработки, габаритам, а также возможности использования имеющихся подобных
схем базирования и закрепления, получивших положительную оценку. При этом
выбираемые базовые поверхности должны не только удовлетворять технологическим
требованиям (неизменности положения заготовки в процессе обработки, наименьшим
погрешностям установки, жесткости и устойчивости под действием закрепляющих
усилий и т. п.), но и обеспечивать быструю и легкую установку заготовок в при-
приспособлениях и снятие с них. В зависимости от геометрической формы установочных
поверхностей, точности их взаимного расположения и т. д. применяются различные
методы и схемы базирования заготовок при установке их в приспособлениях. В осо-
особых случаях в конструкцию заготовок вводятся дополнительные технологические
базы: отверстия, выступы, плоскости, пазы, лыски и т. д. Правильный выбор схем
базирования позволяет широко использовать универсальные или переналаживаемые
приспособления для заготовок широкого параметрического ряда, а также заготовок
сложной конфигурации [2].
При проектировании приспособлений конструктор должен учитывать произ-
производственные возможности предприятия, характеристики оборудования, схему тех-
технологического процесса, особенности и трудоемкость изделия, размер партии и т. д.
Методика проектирования сводится к следующему: изучению исходных данных;
анализу уже используемых в производстве приспособлений-аналогов; разработке
400
схемы или эскиза приспособления; расчетам на точность установки, прочности, уси-
усилий зажима, жесткости; согласованию с технологией; определению экономической
целесообразности выбранного варианта конструкции приспособления; выпуску
,/ рабочих чертежей. Техническое задание на проектирование, например, групповых
• приспособлений составляют на основе анализа конструктивных и технологических
особенностей деталей данной группы, выявления характера установочных баз и
способа крепления.
Выбор и проектирование обрабатывающего инструмента производят с учетом
тех же факторов, что и при проектировании приспособлений. Методы расчета на-
клеечных приспособлений и инструмента даны в гл. 5.
10.7. Совершенствование системы
технологической подготовки производства
Процесс совершенствования выполняется в два этапа. Первым является уни-
унификация конструкций и типоразмеров оптических деталей, технологических про-
процессов и их элементов, технологической оснастки и ее элементов. Она базируется
на изучении и классификации вышеперечисленных объектов проектирования, си-
систематизации их основных параметров в виде математических моделей, которые
языком логических схем, таблиц и уравнений описывают свойства и взаимосвязь
этих объектов.
Вторым этапом является автоматизация технологической подготовки произ-
производства (АТПП), базирующейся на созданных ранее математических моделях и сред-
средствах вычислительной техники [10]. Решение этой задачи ведется по следующим
основным направлениям рядом ведущих технологических институтов.
1. Автоматизация проектирования составных частей технологических процессов,
например режимов обработки; решение вспомогательных задач, например расчет
оптимальных размерных цепей; расчет блоков, приспособлений и инструментов.
2. Создание классификаторов деталей, поверхностей, типовых технологических
операций и переходов, типовых технологических процессов директивных (базовых)
технологий, на основании которых строятся машинные библиотеки (память), содер-
содержащие запись процесса или отдельных его частей. В этом случае по установленным
разработчиками правилам в соответствии с классом деталей, а также в зависимости
от поверхностей, операций и переходов ЭВМ осуществляет печать необходимых
данных, хранящихся в памяти.
3. Нахождение скрытых связей с помощью ЭВМ между элементами технологии,
а также законов их функционирования, что обеспечивает проектирование техноло-
технологических процессов, выявление общих законов технологического проектирования
и построение универсальной для любых классов деталей автоматизированной си-
системы.
4. Установление законов и правил алгоритмизации, создание алгоритмической
структуры, обеспечивающей технологическое проектирование для любого класса
деталей с помощью ЭВМ.
При решении этих проблем вычислительная техника является только эффектив-
эффективным средством ускорения работы и повышения ее качества. Никакая ЭВМ сама по
себе не способна решать эти задачи, поскольку только работа высококвалифициро-
высококвалифицированного специалиста в области технологии, использующего совершенную вычисли-
вычислительную технику, даст необходимый результат [2].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
К гл. 1
1. Барачевский В. А., Лашков Г. И., Цехомский В. А. Фотохромизм и его
применение. М.: Химия, 1977. 280 с.
2. Бартенев Г. М. Сверхпрочные и высокопрочные неорганические стекла.
М.: Стройиздат, 1974. 338 с.
3. Безбородое М. А. Синтез и строение силикатных стекол. Минск: Наука
и техника, 1968. 448 с.
4. Безбородое М. А. Вязкость силикатных стекол. Минск: Наука и техника,
1975. 350 с.
5. Бережной А. И. Ситаллы и фотоситаллы. М.: Машиностроение, 1966. 347 с.
6 Вейиберг В. Б., Саттаров Д. К. Оптика световодов. Л.: Машиностроение,
1977. 320 с.
7. Войшвилло Н. А., Гуревич М. М. Каталог светорассеивающих стекол.
Л.: ГОИ, 1975. 56 с.
8. Гомельский М. С. Тонкий отжиг оптического стекла. Л.: Машиностроение,
1969. 150 с.
9. Дарвойд Т. И., Коломиец Б. Т., Петровский Г. Т. Таллий и его приме-
применение. М.: Цветметинформация, 1968. 70 с.
10. Квантовая электроника: Маленькая энциклопедия/Под ред. М. Е. Жабо-
тин ского. М.: Сов. энциклопедия, 1969. 432 с.
11. Механические и тепловые свойства и строение неорганических стекол/Под
ред. Г. М. Бартенева. М.: Стройиздат, 1972. 388 с.
12. Никогосяи Д. Н. Кристаллы для нелинейной оптики. — Квантовая элек-
электроника, 1977, т. 4, № 1, с. 5—27.
13. Пряиишииков В. П. Система кремнезема. Л.: Стройиздат, 1971. 236 с.
14. Рубашев М. А., Бердов Г. И., Мусатов М. И. Термостойкие диэлектрики
и их спаи с металлом. М.: Атомиздат, 1980. 240 с.
15. Физико-химические основы производства оптического стекла/Под ред.
Л. И. Д е м к и н о й. Л.: Химия, 1976. 456 с.
16. Ходаковская Р. Я. Химия титансодержащих стекол и ситаллов. М.: Химия,
1978. 282 с.
17. Ходкевич Л. П., Лево В. К- Кварцевое стекло в производстве электро-
электровакуумных изделий. М.: Энергонздат, 1981. 90 с.
Список литературы
К гл. 2
1. Грамматин А. П., Деген А. Б. Оценка технологичности оптических систем.
ОМП, 1973, № 7. 70 с.
2. Смирнов В. И., Зубаков В. Г. Требования к литым оптическим деталям из
полиметилметакрилата. — ОМП, 1973, № 1. 38 с.
Список литературы
К гл. 3
1. Афанасьев В. А. Оптические измерения. М.: Недра, 1968. 263 с.
2. Бубис И. Я-, Кузнецов А. И., Розов В. Я. Применение оптических мето-
методов для контроля формы шлифованных поверхностей. —ОМП, 1974, № П,
с. 69—70.
402
3. Бубис И. Ям Робачевская В. И., Савии В. А. Исследование точных астро-
астрономических поверхностей с помощью эталонов существенно меньшего размера. —
В кн.: Новая техника в астрономии. М.: Наука, 1970, вып. 3, с. 219—224.
4. Дуиин-Барковский И. В., Карташова А. Н. Измерения и анализ шерохо-
шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение, 1978.
232 с.
5. Духопел И. И. Интерференционные методы и приборы для контроля пло-
плоскостей оптических деталей. —ОМП, 1971, № 9, с. 63—69.
6. Духопел И. И., Качкин С. С, Чуиин Б. А. Изготовление и методы кон-
контроля асферических поверхностей. Л.: Машиностроение, 1975. 86 с.
7. Евласов С. Е. Фотоэлектрический метод исследования качества оптических
деталей. — ОМП, 1960, № 3, с. 7—12.
8. Заказное Н. П., Горелик В. В. Изготовление асферической оптики. М.:
Машиностроение, 1976. 248 с.
9. Зверев В. А., Родионов С. А., Сокольский М. Н. Технологический кон-
контроль главного зеркала БТА. — ОМП, 1977, № 3, с. 3—5.
10. Куке В. Г., ЛиповецкийЛ. Е., Сюткин В. А. Измерение деталей с асфери-
асферическими поверхностями на сферометре ИЗС-7.—ОМП, 1972, №4, с. 39—41.
11. Контроль больших асферических поверхностей с помощью круговых искус-
искусственных голограмм/Г. И. Аверьянова, Н. П. Ларионов, А. В. Лу-
Луки н и др. — ОМП, 1975, № 6, с. 60—63.
12. Кривовяз Л. М., Пуряев Д. Т., Знаменская М. А. Практика оптической
измерительной лаборатории. М.: Машиностроение, 1974, с. 94—116.
13. Лукин А. В., Мустафии К- С., Рафиков Р. А. Контроль профиля асфери-
асферических поверхностей с помощью одномерных искусственных голограмм. — ОМП,
1973, № 6, с. 67—68.
14. Максутов Д. Д. Изготовление и исследование астрономической оптики. Л.:
Гостехиздат, 1948. 280 с.
15. Никитин В. А. Методы и средства измерения радиусов сферических поверх-
поверхностей оптических деталей. — ОМП, 1970, № 10, с. 57—64.
16. Оптические приборы для измерения линейных и угловых величин в машино-
строении/Ю. В. К о л о м и й ц о в, И. И. Духопел, А. И. И н ю ш и н,
И. В. А р т е м ь е в. М.: Машиностроение, 1964. 254 с.
17. Оптические приборы в машиностроенин/М. И. А п е н к о, И. П. А р а е в,
В. А. Афанасьеви др. М.: Машиностроение, 1974. 238 с.
18. Пуряев Д. Т. Методы контроля оптических асферических поверхностей.
М.: Машиностроение, 1976, с. 105—244.
19. Русинов М. М. Несферические поверхности в оптике. М.: Недра, 1973,
с. 244—289.
20. Савии В. А., Федина Л. Г. Неравноплечий интерферометр. — В кн.: Новая
техника в астрономии. М.: Наука, 1970, вып. 3, с. 207—212.
21. Соколова Н. С. О допусках на центрировку линз объективов. —ОМП, 1973,
№ 7, с. 53—56.
22. Сосиов А. Н., Кузнецов С. М., Зубаков В. Г. Новые приборы для контроля
цилиндрических линз. — ОМП, 1973, № 4, с. 42—44.
23. Справочник по производственному контролю в машиностроении/
К- И. А б а д ж и, А. Н. Бойцов, Ф. П. В о л о с е в и ч и др. М.: Машино-
Машиностроение, 1974. 377 с.
24. Харитонов А. И., Горшков В. А., Симонова Е. С. Двухлучевой интерферо-
интерферометр с боковым и радиальным сдвигом волновых фронтов. — ОМП, 1975, № 8,
с. 31—32.
25. Bergern R. Analysis of interferograms.—Opt. Spectra, 1970, № 11,
p. 491—497.
Список литературы
К гл. 4
1. АрдамацкийА. Л., Воронцова Н. М. Полирование оптических деталей алмаз-
алмазным инструментом. — ОМП, 1976, № 12. 66 с.
2. Винокуров В. М. Исследование процесса полировки стекла. М.: Машино-
Машиностроение, 1967. 192 с.
403

3. Исследование процесса полирования стекла инструментом из алмазов и ку-
бонита/В. В. Р о г о в, В. Т. Ч а л ы й, В. Д. Г о р о б и н с к а я и др. — Синте-
Синтетические алмазы, 1975, № 6, с. 41—43.
4. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмаз-
алмазного инструмента/Под ред. В. Н. Б а к у л я. М.: Машиностроение, 1975. 296 с.
5. Перспективы создания инструмента из сверхтвердых материалов на поли-
полимерной связке для полирования оптических деталей/В. В. Рогов, В. Т. Чалый,
А. П. Денисенко и др. — Сверхтвердые материалы, 1979, № 2, с. 28—35.
6. Резников А. Н. Абразивная и^алмазиая обработка материалов. Справочник.
М.: Машиностроение, 1977. 391 с.
7. Шехнер Ю. И., Бурман Л. Л., Лепитова Н. П. Новый состав СОЖ для
шлифования стекла. — Синтетические алмазы, 1970, № 5, с. 4—6.
Список литературы
К гл. 5
1. Ардамацкий А. Л. Алмазная обработка оптических деталей, Л.: Машино-
Машиностроение, 1978. 230 с.
2. Балай В. В. Метод, технология и автоматизированное оборудование для
алмазной обработки призматических оптических деталей. — ОМП, 1976, № 8,
с. 30—33.
3. Васин Л. Н., Фоломеев А. В., Тугаринов С. А. Сверление глубоких отвер-
отверстий в оптических заготовках. — ОМП, 1973, № 5, с. 45—46.
4. Винокуров В. М. Исследование процесса полировки стекла. М.: Машино-
Машиностроение, 1967. 196 с.
5. Голованова М. Н., Сергеев О. А. Энергетические соотношения при абра-
абразивном диспергировании. — В кн.: Формообразование оптических поверх-
поверхностей/Под ред. К. Г. К у м а н и н а. М.: Оборонгиз, 1962, с. 57—69.
6. Зубаков В. Г., Вдовкина В. В. Применение ультразвука для разблокировки
заготовок оптических деталей. — ОМП, 1975, № 6, с. 45—47.
7. Качкин С. С, Орлова Л. А. Влияние разрушенного слоя на механическую
прочность стекла К8. — ОМП, 1971, № 10, с. 50—52.
8. Клейменов А. С, Чудакова В. А. Прецизионная блокировка оптических
деталей. — ОМП, 1971, № 10, с. 52—53.
9. Кривовяз Л. М., Пуряев Д. Т., Знаменская М. А. Практика оптической
измерительной лаборатории. М.: Машиностроение, 1974. 334 с.
10. Кузнецов С. М. Базировка плоских поверхностей. —В кн.: Формообразо-
Формообразование оптических поверхностей/Под ред. К. Г. К у м а н и н а. М.: Оборонгиз,
1962, с. 297—314.
11. Кузнецов С. М., Бурман Л. Л. Об упрочнении поверхностного слоя стекла. —
Стекло и керамика, 1970, № 3, с. 11—13.
12. Маслов Е. Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974.
319 с.
13. Матвеева П. С, Горожанкин Г. Б. Точная оптическая ориентировка полу-
полупроводниковых кристаллов типа АШВУ. •— ОМП, 1973, № 2, с. 47.
14. Прохорчик С. М. Производительность процесса шлифования стекла ' алмаз-
алмазным инструментом. —ОМП, 1967, № 6, с. 43—49.
15. Скрипко Г. Ф., Пащенко Н. Г. Сверление глубоких отверстий сверлами из
синтетических алмазов.—Синтетические алмазы, 1972, №4, с. 31.
16. Френкель Ш. Т. Алмазный инструмент для сверления отверстий в неметал-
неметаллических материалах. — Синтетические алмазы, 1974, № 2, с. 52—55.
17. Шило А. В., Степаненко Н. М., Прудников Е. Л. Изготовление алмазных
трубчатых сверл методом гальванопластики. —Синтетические алмазы, 1970, № 1,
с. 61—63.
Список литературы
К гл. 6
1. Антонов Э. А., Кондратьев Ю. Н. Изготовление асферических оптических
деталей методом моллирования. — ОМП, 1972, № 7, с. 52—53.
2. Бубне И. Я- Опыт изготовления зеркальных крупногабаритных оптических
поверхностей епталловых заготовок. — ОМП, 1978, № ц, с. 40—43.
404
3. Введение в интегральную оптику/М. Бариоски.П. Тьеи, Дж. Г о е л л
И др. М.: Мир, 1977, с. 103—143.
4. Введение в фотолитографию/Ю. С. Боков, В. С. Корсаков,
В. П. Л а в р и щ е в и др. М.: Энергия, 1977, 400 с.
5. Вейнденбах В. А. Классификация шкал, сеток и других аналогичных де-
талей оптического приборостроения. — ОМП, 1972, № 9, с. 60—66.
6. Вейдеибах В. А., Левина П. И. Резольвометрия галогенидосеребряных
слоев и оценки качества изображения в точной фотографии.—Журнал научной
и прикладной фотографии и кинематографии, 1975, т. 20, № 6, с. 430—432.
7. Вейденбах В. А., Малыгина Г. Г. Исследования фотопроцесса на свето-
чувствительных слоях пз хромированного поливинилового спирта. — Успехи пауч-
ной фотографии, 1972, т. 16, с. 40—43.
8. Вейко В. П., Либенсон М. Н. Лазерная обработка. Л.: Лениздат, 1973,
с. 134—183.
9 . Глазков И. М. Оборудование для производства фотошаблонов п выполне-
пня операций фотолитографии. М.: Сов. радио, 1975. 72 с.
10. Даффин Э. Ф., Армстронг Э. Травление: Справочник по печатным схемам.
М.: Сов. радио, 1972, с. 285—376.
11. Демин В. В., Готра 3. Ю., Матвийков М. Д. Прогрессивные методы произ-
водства микросхем. Львов: Каменяр. 1973, с. 59—61.
12. Духопел И. И., Качкин С. С, Чунин Б. А. Изготовление и методы контроля
асферических поверхностей: Практическое руководство. Л.: Машиностроение,
1975. 85 с.
13. Заказное Н. П., Горелик В. В. Изготовление асферической оптики. М.:
Машиностроение, 1978. 248 с.
14. Качкий С. С, Чуннн Б. А., Винокур С. И. Способы формообразования асфе-
рических поверхностей.—В кн.: Формообразование оптических поверхностей.
М.: Оборонгиз, 1962, с. 228—276.
15. Куприянов И. П. Технологический микроклимат. М.: Сов. радио, 1976.
176 с-
16. Лейкин Н. Н. Конструирование пресс-форм для изделий из пластических
масс. М.—Л.: Машиностроение, 1966. 244 с.
17. Максутов Д. Д. Изготовление и исследование астрономической оптики.
M.—Л.: Гостехиздат, 1948. 280 с.
18. Малов А. Н., Законников В. П. Обработка деталей оптических приборов.
М.: Машиностроение, 1976, с. 286—300.
19. Марек О., Томка М. Акриловые полимеры. М.: Химия, 1966. 230 с.
20. Михельсон И. И. Оптические телескопы. М.: Наука, 1976. 510 с.
21. Новиков А. В., Семибратов М. Н. Обработка плоских оптических поверх-
ностей на основе применения управляемых процессов шлифовки и полировки. —
ОМП, 19 60, № 2, с. 1—8.
22. Новые отечественные делительные машины/А. А. Р а м о н и с, Б. П. Бе-
к е р и с, А. Ю. Дирвалис, Ю. П. Куметайтис. — Станки и инструменты,
1973, № 5, с. 18—25.
23. Оптические материалы для инфракрасной техники/Е. М. В о р о н к
Б. Н. Г р е ч у ш н и к о в, Г. И. Д и с л е р, И. П. Петров. М.: Наука,
335 с.
24. Основы конструирования и расчета деталей из пластмассы и технической
оснастки для их изготовления/Р. Г. М и р з о е в, И. Д. К у г у ш е в, В. А. Б р а -
гинский, Ю. В. Казаиков. Л.: Машиностроение, 1972. 415 с.
25. Парфенов О. Д. Технология микросхем. М.: Высшая школа, 1977, с. 73—
106, 194—211.
26. Попов Г. М., Попова М. Б. Шлифовка и полировка больших высокоточных
поверхностей, используемых в астрономической оптике. — ОМП, 1970, № 8,
с. 46—49.
27. Русинов М. М. Несферические поверхности в оптике. М.: Недра, 1973.
296 с.
28. Способ изготовления асферических поверхностей с малыми отступлениями
от сферы/М. Н. Г о л о в а и о в а, С. С. Качка и, Е. И. Крыл о в а и др. —
ОМП, 1968, № 4, с. 40—43.
405
о в а,
1965.

29. Справочник конструктора оптико-механических приборов/М. Я- К р у -
г е р, В. А. Панов, В. В. Кулагин и др. М.; Л.: Машиностроение,
1980. 742 с.
30. Стрельцов К. Н. Пневматическая переработка термопластов Л : Химиздат,
1965. 176 с.
31. Технология оптических деталей/М. Н. Семибратов, В. Г. Зуба-
к о в, С. К. Ш т а н д е л ь, С. М. К у з н е ц о в. М.: Машиностроение, 1978. 415 с.
32. Торбин И. Д., Нижин А. М. Применение полпмерпзующихся клеев для
копирования оптических поверхностей. — ОМП, 1Р73, № 3, с. 56—59.
33. Федотов А. И. Технология автоматизированного нанесения штрихов и
знаков. Л.: Машиностроение, 1977. 302 с.
34. Фотолитография и оптика/И. Н. Р у б ц о в. И. Ш и л л и н г, В. В. В о л -
Ц и т п др. Москеэ; Берлин: Сов. радио — Техника, 1974. 392 с.
35. Фролова Н. П., Травникова Н. А., Иванова В. М. Получение заданного
рисунка на оптических материалах и покрытиях методом ионного травления. —
ОМП, 1981, № 2, с. 35—37.
36. Чунин Б. А., Соснов А. Н. Некоторые вопросы изготовления анаморфотной
оптики.— ОМП, 1972, № 1, с. 55—57.
37. Demarcq I. Problem in Contemporary Optics. Paris: Firenca, 1956, p. 388—411.
38. Jones P. J. Optimization of computer controlled polishing. — Applied Optics,
16, 1, 1977, p. 218—224.
39. Malvick A. Z. Theoretical Elastic Deformation of Steward Observatory 230-cm
mirror. — Applied Optics, 11, 3, 1972, p. 575—579.
40. Twymen F. Prism and Lens making. London, 462, 1952.
Список литературы
К гл. 7
1. Байгожин А. А., Родионова М. С, Панфиленок Е. И. Методы защиты опти-
оптических деталей из химически неустойчивых стекол от биологических обрастаний. —
ОМП, 1977, № 7, с. 37—39.
2. Борисевич И. А., Верещагин В. Г., Валидов М. А. Инфракрасные фильтры.
Минск: Наука и техника, 1971. 224 с.
3. Гребенщиков И. В., Власов А. Г., Суйковская Н. В. Просветление
оптики. М.—Л.: Гостехиздат, 1946. 212 с,
4. Грошковский Я. Техника высокого вакуума. М.: Мир, 1975. 622 с.
5. Данилин Б. С, Киреев В. Ю. Получение пленок равномерной толщины
при ионном распылении.—Зарубежная электронная техника, 1972, № 23,
с. 36—56.
6. Дементьев А. В., Придатко Г. Д. Свойства слоев двуокиси церия, получен-
полученных испарением в вакууме. — ОМП, 1975, № 5, с. 36—39.
7. Дементьев А. В., Придатко Г. Д. Свойства редкоземельных элементов, по-
полученных электронно-лучевым испарением в вакууме. — ОМП, 1977, № 1,
с. 41—44.
8. Жиглинский А. Г., Путилин Э. С. Оптимальные условия формирования
тонких пленок. — ОМП, 1971, N° 9, с. 46—49.
9. Крыжановский Б. П., Колчев Б. С, Иванова И. С
проводящих покрытий трехокиси индия. — Приборы и
1978, № 6, с. 176—177.
10. Крылова Т. Н. Интерференционные покрытия.
1973. 224 с.
11. Куртц Л. Ю., Девдариани А. К-, Свиридова А. И. Нанесение химическим
способом светоделнтельных покрытий на крупногабаритные детали. — ОМП, 1970,
№ 3, с. 41—44.
12. Майссел Л., Глэнг Р. Технология тонких пленок. Справочник. Т. 1—2.
М.: Сов. радио, 1977, 1429 с.
13. Мотовилов О. А. Узкополосные интерференционные фильтры для ультра-
ультрафиолетовой области спектра. — Опт. и спектр., 1967, т. 22, с. 986—988.
14. Мотовилов О. А., Лаврищев А. П., Смирнов А. М. Стабильные узкополос-
узкополосные интерференционные фильтры для видимой области спектра. — ОМП, 1974,
№ 5, с. 43—44.
406
Получение прозрачных
техника эксперимента,
Л.: Машиностроение,
15. Николаев В. Т., Антоловский М. С, Игнатенко С. Н. Измеритель скорости
роста пленок в приборах КИТ-1, КИТ-2. —Электронная техника, 1973, вып. 1
E3), с. 24—28.
16. Парфенов О. Д. Технология микросхем. М.: Высшая школа, 1977, 255 с.
17. Первеев А. Ф., Фролова Н. П. Поглощающие покрытия для УФ-области
спектра. — ЖПС, 1977, т. 27, вып. 2, с. 357—358.
18. Путиловский Ф. Д., Шнейдер Н. Г. Теоретическое рассмотрение распре-
распределения конденсата паров веществ по выпуклой сферической поверхности. — В кн.:
Физика и техника вакуума. Казань: изд. Татарского респ. правл. НТО машиностр.
пром-сти, 1974, с. 125—130.
19. Розенберг Г. В. Оптика тонкослойных покрытий. М.: ГИФМЛ, 1958. 546 с.
20. Соколова Р. С, Серебряков В. А., Разумовская Н. А. Стойкие интерферен-
интерференционные поляризаторы для ОКГ. — ОМП, 1977, № 9, с. 56—57.
21. Соколова Р. С. Интерференционные покрытия для приборов, передающих
цветное изображение. — ОМП, 1977, № 7, с. 51—53.
22. Суетин В. Ф., Черепанова М. Н., Первеев А. Ф. Светофильтры с коротко-
коротковолновой границей пропускания А. = 0,4-г 10 мкм. —ОМП, 1963, № 6, с. 15—20.
23. Суйковская Н. В. Химические методы получения тонких прозрачных пле-
пленок. Л.: Химия, 1971. 200 с.
24. Фурман Ш. А. Тонкослойные оптические покрытия: Л.: Машиностроение,
1977. 257 с.
25. Хасс Г. Физика тонких пленок. Т. 1—6. М.: Мир, 1967—1973. 3046 с.
26. Черепанова М. Н., Титова Н. Ф. Многослойные вакуумные покрытия на
основе слоев двуокиси титана и двуокиси кремния.—ОМП, 1979, № 11,
с. 59—61.
27. Шихов В. А., Придатко Г. Д. Многослойные ахроматические просветляю-
просветляющие покрытия.—ОМП, 1979, № 11, с. 36—39.
28. Яфаева В. Б., Валеев А. С. Полосовые интерференционные светофильтры. —
Опт. и спектр., 1964, т. 17, с. 102—112.
29. Широкшина 3. В. Просветление деталей из оптической керамики КО6. —
ОМП, 1978, № 2, с. 66—67.
30. Широкшина 3. В. Просветление деталей из галогенндов таллия. — ОМП,
1978, № 3, с. 74—75.
Список литературы
К гл. 8
1. Иванова В. Г., Сергеев Л. В., Выдрова И. С. Модернизация бальзамина. —
Оптико-мех. пром-сть, 1969, № 6, с. 42—46.
2. Иванова И. В., Мизелева Н. Б., Сергеев Л. В. Исследование интерферен-
интерференционным методом деформаций склеенных оптических деталей — ОМП, 1973, № 10,
с. 3-6.
3. Куртц Л. Ю. Склеивание оптических деталей. М.: Оборонгиз, 1944. 130 с.
4. Лисицын Ю. В. Природа оптического контакта и его применение в сбороч-
сборочных процессах. — В кн.: Автоматизация сборочных работ в приборостроении. М.:
МВТУ им. Баумана, 1975.
5. Мельникова Е. И., Мельников В. В., Сергеев Л. В. Термопластичный
склеивающий состав, прозрачный в ИК-области спектра. — ОМП, 1973, № 3,
с. 68—69.
6. Сергеев Л. В. Расклейки оптических деталей.—ОМП, 1957, № 1,
с. 45—49.
7. Сергеев Л. В., Ишмуратова М. С. Оптический клей из эпоксидной смолы,
выпускаемой промышленностью. — Пр-во и перераб. пласт, масс, синт. смол и
стекл. волокон, 1968, № 2, с. 55—56.
8. Торбин И. Д. О толщине слоя клея между оптическими деталями. — ОМП,
1971. № 2, г. 41—43.
9. Тропикоустойчивый оптический клей на эпоксидной основе/М. С. Ишму-
Ишмуратова, Л. В. Сергеев, Э. Н. Ж е л у д к о в а, Л. В. С к р ы л о в а,
Е. М. Б л я х м а и. — ОМП, 1968, № 2, с. 42—44.
10. Технология оптических деталей/М. Н. С е м и б р а т о в, В. Г. 3 у б а к о в,
С. К. Ш т а н д е л ь, С. М. Кузнецов. М.: Машиностроение, 1978. 415 с.
407

Список литературы
К гл. 9
1. Ардамацкий А. Л. Алмазная обработка оптических деталей. Л.: Машино-
сгроение, 1978. 232 с.
2. Михнев Р. А., ШтандельС. К. Оборудование оптических цехов. М.: Машино-
Машиностроение, 1981. 368 с.
3. Сулим А. В. Производство оптических деталей. М.: Высшая школа,
1975. 316 с.
4. Технология оптических деталей/М. Н. Сем и братов, В. Г. Зуба-
ков, С. К- Ш т а н д е л ь, С. М. Кузнецов. М.: Машиностроение,
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
1978. 416 с.
Список литературы
К гл. 10
1. Гаврилов А. Н. Основы технологии приборостроения. М.: Высшая школа,
1976. 328 с.
2. Корсаков В. С. Основы технологии машиностроения. М.: Высшая школа,
1974. 333 с.
3. Митрофанов С. П. Научная организация машиностроительного производ-
производства. Л.: Машиностроение, 1976. 712 с.
4. Соколовский А. П. Научные основы технологии машиностроения. М.: Ма-
Машиностроение, 1955. 552 с.
5. Сулим А. Т. Производство оптических деталей. М.: Высшая школа,
1975. 316 с.
6. Технология обработки оптических деталей/Б. 3. Быков, А. А. Ефре-
Ефремов, В. П. Законников, Ю. В. Сальников, М. Н. Сем и братов.
М.: Машиностроение, 1975. 208 с.
7. Технология оптических деталей/М. Н. Семибратов, В. Г. Зуба-
к о в, С. К- Ш т а н д е л ь, С. М. Кузнецов. М.: Машиностроение,
1978. 415 с.
8. Точность производства в машиностроении и приборостроении/Н. А. Б о -
родачев, Р. М. Абдрашитов, И. М. Веселова, А. Н. Гаврилов,
В. А. К о л е м а е в, А. Н. К у р а п о в, Н. С. Р а и б м а н, Л. К- С и з е н о в.
М.: Машиностроение, 1973. 567 с.
9. Формообразование оптических поверхностей. М.: Оборонгиз, 1962. 431 с.
10. Челищев Б. Е., Боброва И. В. Автоматизированные системы технологиче-
технологической подготовки производства. М.: Энергия, 1975. 136 с.
Абразив полирующий 154, 156
— шлифующий 151, 154
Автоколлиматор 122, 124
— скользящего луча 121
Алкоксисоеди нения 331
Асферичность поверхности 220
, градиент 220
Асферометр автоколлимационный 147
, методика измерения 149
База, выбор 389
Бальзам 354
Бальзамин 354
Барий, фторид 33
Блоки, приспособления 202, 206
—, разборка 206
—, расчет 197
—, сборка 195, 197
В
Вакуум, контроль давления 300
—, получение и измерение 226
—, контроль температуры подложки п
испарителя 300
-—, — толщины и скорости напыления
слоя 300
Вакуумные установки 283
для катодного распыления 284
термического испарения 282
Верде постоянная 28
Волоконные жгуты 40
— жгуты, обработка 255
— пластины 40
, обработка 255
— световоды 41
Воск наклеечный 158
Газы остаточные, анализ 290
Гартмана метод 116
Германий 34
Гиперболоид, изготовление 238
Гипс 158
Глубиномер 94
Головка пружмппо-оптнчсская 97
Гошюметр 124
Гранат 35
Д
Деление шкал 271
Детали из полимеров 257
, литье под давлением 258
, полимеризация 228, 260
, прессование 259
— крупногабаритные 246
, материалы 247
, обработка 249
, разгрузка 252
— склеенные, дефекты 361
, требования 351
Децентрировка 73
—, измерение 127
—, определения 120
Дисперсия 8
Длиномеры 96
Документация технологическая 398
Ж
Жидкость для промывки заготовок 160
— смазочно-охлаждающая 156
3
Заготовка, выбор 190
—, припуск на обработку 191
И
Износ стекла, интенсивность 177
, технологические факторы 177
Изображение детали на чертеже 75
Инструмент для полирования 181
распиливания 168
сверления 171
шлифования грубого 174
круглого 172
тонкого 176
Интерференция двухлучевая 108
— многолучевая 108
Интерферометр голографический 141
— неравноплечий 112
-— полярный 136
— сдвига 141
— с рассеивающей пластинкой 114
409

Интерферометр, характеристики ПО
Испарители резистивные 285, 292
— электронно-лучевые 282, 292
Иттрий, алюминат 35
Калибры 95
Калий, днгидрофосфат 36
Кальций, фторид 31
Карта поверхности контурная 113
Керамика оптическая 38
Клей оптический акриловый 356
ММА 356
ОК 356
, свойства 354
, слои 358
ТКС 357
Клиновидность 72
—, контроль 125
Комона метод 109
Конденсация вещества на подложку
299
—, распределение конденсата 295
Конструкция детали, технологичность
42
, чертежи 45
Контакт оптический 362
неразъемный 363
, технология 362
Контроль нормативный 62
— технологический 62 ,
Конус, изготовление 239
—, контроль
Коэффициент запуска, процентные над-
надбавки 187
Кристаллы, заготовки 184
—, ориентация 183
—, полирование 186
—, требования 67
—, шлифование 185
Л
Лак защитный 160
Лейкосапфир 33
Лимбы, изготовление 268
Линейки 93
Линзы, изготовление 213
—, параметры 74
— шаровидные, изготовление 262
Литий, фторид 31
Лучепреломление двойное 9, 61
М
Магний, фторид 32
Материалы наклеечные 157
— протирочные 161
Машины делительные 269
Мнкронптерферометр 93
Микрометр 94
410
Микропрофилометр 131
Микротвердость 20
Н
Надежность конструкции 61
Насосы вакуумные 289
Натрий, хлорид 31
Ниобаты 36
О
Обработка оптических материалов, вы-
выбор режимов 398
, операции 168—182
, полирование 166
, способы 163—167
Однородность оптическая 9, 63
— партии заготовок 9
Оптиметр 97
Ослабления показатель 11
Оснастка технологическая, проектиро-
проектирование 400
Отрезки фокусные, измерение 118, 120
П
Параболоиды, изготовление 236
Парафин наклеечный 158
Пирамидальность, контроль 121
Питатель абразивной суспензии 386
— эмульсии 385
Пластины, деформации от напряжений
207
—, при закреплении 194
— мнкроканальиые 41
, обработка 256
—, параметры 74
— плоскопараллельные, изготовление
207—210
Плоскости, контроль 105
Поверхности асферические 2-го по-
порядка 135
, изготовление 221—240
, контроль 135, 220
, крутизна 220
, показатели 222
, характеристики технологиче-
технологические 226
, центрирование 245
— детали, взаимное расположение 72,
73
, радиусы 68
■ , форма 75
— крупногабаритные, контроль 115
—, нарушенный слой 166
— плоские и сферические, инструмен-
инструменты 187
, полирование 182
— стекла, строение, 165—167
— сферические, контроль 111
—, формообразование 162
— цилиндрические, изготовление 241
Покрытия защитные 348
—tлакокрасочные 83
— оптические 83
вакуумные 296, 299
многослойные 305
однослойные 304
отражающие 314
поглощающие 327
поляризующие 317
просветляющие 324
, свойства 302, 304
электропроводящие 328
, материалы 83
, обозначения 83
, подложки 302
химические просветляющие 330
высокоотражающие 343
кремиийорганические 331
многослойные 341
, свойства 333
, термообработка 333
, трехслойные 339
— полимерные 346
Полимеры 67
—, оптические детали 43
Полировальник, корпус 181
—, расчет 179
—, материалы 159
Полирование 166—168
Постоянные оптические 8, 63
Преломления показатель 8
Прибор светового сечения 131
Призмы, изготовление 210
—, параметры 74
Припуски операционные 190
Просветление травлением 330
Профилограф-профилометр 130
Процесс технологический, проектиро-
проектирование 399
Прочность лучевая 21
Прустит 37
Радиус кривизны, измерение 103
, контроль 99
Размеры габаритные 75, 78
— справочные 75, 77
Расклеивание 361
Расклейки 361
Распиливание, режимы 169
Распыление высокочастотное 85
— катодное, методы 285
, техника 298
—, формирование потока частиц 298
Раствор пленкообразующий 330
, влажность атмосферы 332
, созревание 331
Рефлексометр 134
Рубин 35
Рулетка 93
Сверление 169
Селлаит 33
Сетки (шкалы), запуск 90
—, чертеж 87
Ситалл оптический 30
Склеивание гигроскопических кри-
кристаллов 358
— оптических деталей 351—361
— стекла с металлом 358
—, техника безопасности 358
—, условия 355, 358
— фильтров 358
Скобы контрольные 95
Слой нарушенный 166
— упрочненный 167
Смолы наклеечные 157
— полировочные 159
Сплав низкотемпературный иаклееч-
ный 158
Сталь, обработка 257
Станки делительно-гравериые 384
— для алмазного тонкого шлифова-
шлифования 372
изготовления асферических по-
поверхностей 377
корпусов инструмента 385
химических покрытий 377
круглого шлифования 368
полирования, доводки 376
, — и асферизации крупнога-
крупногабаритных деталей 377
предварительного шлифования
368
центрирования и фасетирования
377
— металлообрабатывающие плоско-
плоскошлифовальные 372
фрезерные 372
— обдирочные 369
— обдирочно-шлифовальные 369
— распиловочные 365
— сверлильные 365
Стекло атермальное 30
— бескислородное 22
— блочное 13
—, гигроскопичность 15
—, заготовки 13
—, коэффициент напряжения 16
—, номенклатура 6
—, однородность 9
—, — партии заготовок 13
—, определение 5
— оптическое, двойное лучепреломле-
лучепреломление 10
, изготовление 30
, категории 8—11
кварцевое 29
, требования 67
411

Стекло оптическое, отжиг 9
, плотность 18
, — оптическая 12
, поставка 12
, прессовки 13
, признаки 5, 6
, пузырность 11
, пятнаемость 15
, расчет показателей качества 64
, расширение термическое 16
светорассеивающее 25
, состав химический 7
, спекание 18
, твердость по сошлифовыванию
19
, типы 6
, требования 44
, устойчивость радиационная 12
, — химическая 15
фотохромное 27
цветное 24
— ■ , требования 66
— пробное 96
■—, физико-механические свойства 20
Стронций, титанат 33
Сферометр 111
Сферы, контроль 111, 113
Т
Технологичность оптической системы
44
—, отработка конструкции 62
— сборочной единицы 88
Течи вакуумные, выявление 291
Толщемер 96
— пневматический 98
Угломер 120
Углы призм, контроль 121, 123
Угольник 120
Установка вакуумная для катодного
распыления 284
оптических покрытий 377
термического испарения 282
Установка для блокирования и разбло-
разблокирования заготовок 384
промывки и сушки блоков 384
Ф
Фарадея эффект 28
Фаски, размеры и обозначения 78
Фильтры интерференционные 315
отрезающие 316
узкополосные 318, 341, 343
Фотографирование точное 273
Фотометрирование 301
Фотослон, свойства 273
Фототехнология шкал и сеток 279
Фотохромизм 27
Ц
Цинк, селенид 34, 37
Ч
Чертеж, анализ 63
—, —■ изображения детали 75
—, — текста 78
Чистота поверхности 75
, контроль 129
Ш
Шаблон радиусный 99
Шероховатость поверхности 79
, измерение 129
Шкала Мооса 20
Шкалы, заготовки 268
—, запуск 90
—, изготовление 271
—, классификация 266
—, конструкция 87
—, материалы 267
Шлифование алмазное 175
— грубое 174—180
— кристаллов 185
— круглое 171
— тонкое 177
Штангенциркули 94
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Глава 1. Оптические материалы
.1. Отличительные свойства оптических материалов
.2. Номенклатура оптических стекол
.3. Система нормируемых параметров, определяющих показатели качества
оптического стекла
.4. Условия и формы поставки оптического стекла
.5. Система справочных параметров, определяющих показатели качества
оптического стекла
.6. Оптические стекла для инфракрасной области спектра
.7. Оптические цветные стекла
.8. Стекла для активных элементов лазеров
.9. Светорассеивающие, фотохромные н другие разновидности оптических
стекол
.10. Кварцевое стекло
.11. Оптические ситаллы
.12. Оптические монокристаллы
.13. Кристаллы для использования в инфракрасной области спектра. . . .
.14. Кристаллы для генерации лазерного излучения
.15. Кристаллы для управления оптическим излучением
.16. Оптические поликристаллы (оптическая керамика)
1.17. Волоконно-оптические элементы
Глава 2. Оптические детали
2.1. Технологические основы конструирования
2.2. Контроль и отработка чертежей на технологичность.
Глава 3. Контроль параметров оптических деталей . . . .
3.1. Контролируемые параметры
3.2. Измерение габаритных размеров
3.3. Контроль радиусов кривизны
3.4. Контроль формы плоских оптических поверхностей. . .
3.5. Контроль формы сферических поверхностей
3.6. Измерение фокусных отрезков
3.7. Контроль угловых размеров
3.8. Контроль взаимного расположения поверхностей линз .
3.9. Контроль чистоты полированных поверхностей
3.10. Контроль шероховатости поверхностей
3.11. Контроль асферических поверхностей
Глава 4. Абразивы, вспомогательные материалы
4.1. Абразивы
4.2. Вспомогательные материалы
Глава 5. Механическая обработка оптических материалов
5.1. Способы формообразования сферических и плоских поверхностен.
5.2. Способы механической обработки оптических материалов. . .
5.3. Операции механической обработки оптических материалов , . .
5.4. Особенности механической обработки кристаллов
5.5. Определение количества, вида и размера заготовок
5.6. Способы установки заготовок на приспособлениях
5.7. Выбор способа сборки блока
5.8. Расчет блоков заготовок
5.9. Расчет наклеечиых приспособлений
5.10. Разборка блоков
5.11. Изготовление плоскопараллельных пластин
5.12. Изготовление призм
5.13. Изготовление линз
8
12
14
22
23
24
25
28
29
31
34
35
36
37
39
42
62
92
99
105
111
117
120
126
129
135
151
156
162
163
168
183
187
193
195
197
202
206
207
210
213
413

Глава 6. Технология изготовления нетиповых оптических деталей Jl9
6.1. Определение иетиповых деталей —
6.2. Технологические свойства деталей с асферическими поверхностями . . . —
6.3. Методы формообразования асферических поверхностей. 221
6.4. Устройства для изготовления деталей с асферическими поверхностями 242
6.5. Центрирование деталей с асферическими поверхностями 245
6.6. Изготовление крупногабаритных деталей 246
6.7. Изготовление детален волоконной оптики 254
6.8. Оптическая обработка стали 256
6.9. Изготовление деталей из полимеров 257
6.10. Изготовление шаровидных линз 260
6. II. Изготовление шкал и сеток 265
Глава 7. Технология получения оптических покрытий 282
7.1. Оборудование для получения покрытий в вакууме —
7.2. Нанесение покрытий путем термического испарения пленкообразующих
материалов в вакууме 291
7.3. Нанесение покрытий нонно-плазменным распылением пленкообразую-
пленкообразующих материалов в вакууме 298
7.4. Контроль технологических режимов и параметров слоев в процессе фор-
формирования покрытий 300
7.5. Свойства оптических покрытий 302
7.6. Химические методы получения тонких покрытий 330
7.7. Защитные покрытия 348
Глава 8. Соединение оптических деталей 351
8.1. Склеивание оптических деталей —
8.2. Физико-химические основы процесса склеивания —
8.3. Оптические клеи 353
8.4. Свойства оптических клеев 354
8.5. Технология склеивания 357
8.6. Свойства склеивающих слоев 358
8.7. Дефекты, возникающие при склеивании 361
8.8. Склеивание стекла с металлами —
8.9. Соединение деталей методом оптического контакта 362
Глава 9. Технологическое оборудование оптического производства 364
9.1. Общие тенденции развития —
9.2. Распиловочные стаикн 365
9.3. Сверлильные станки —
9.4. Станки для круглого шлифования 368
9.5. Станки для грубого шлифования —
9.6. Станки для шлифования н полирования 372
9.7. Станки для полирования н доводки 376
9.8. Станки для центрирования и фасетнрования 377
9.9. Станки для изготовления асферических поверхностей —
9.10. Оборудование для получения оптических покрытий —
9.11. Оборудование для делительио-граверных работ 384
9.12. Оборудование для механизации вспомогательных операций при изготов-
изготовлении оптических деталей —
9.13. Специальные станки для изготовления корпусов инструмента .... 385
9.14. Питатели (помпы) для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ)
и абразивной суспензии —
9.15. Комплектация оборудования для поточных линий изготовления сфери-
сферических оптических деталей 386
Глава 10. Общие принципы проектирования технологических процессов в опти-
оптическом производстве 387
10.1. Технико-экономические принципы и задачи проектирования —
10.2. Общая методика проектирования 388
10.3. Технологическая документация 398
10.4. Критерии оценки технологических процессов —
10.5. Проектирование унифицированных и групповых технологических про-
процессов 399
10.6. Проектирование технологической оснастки 400
10.7. Совершенствование системы технологической подготовки производства 401
Список литературы 402
Предметный указатель 409
ИБ № 1547
Исак Яковлевич БУБИС. Виктор Аркадьевич ВЕЙДЕНБАХ
Иван Иванович ДУХОПЕЛ и др.
СПРАВОЧНИК
ТЕХНОЛОГА-ОПТИКА
Редакторы Р. Н Михеееа, Г. Г. Степанова
Художественный редактор С. С. Венедиктов
Технический редактор Л. В. Щетинина
Корректоры: Г. Н. Гринчук, 3 С. Романова
Переплет художника В. Э. Нефедовича
омСаДЛпЛп.а/б°Р °*Л1-82- Подписано в печать 27.05.83 М-42288
тРьМавТЫсо^я° /^сл.^еМчГалТИ2П6ОГ0РаФ^Г % V&T^ ™УР
Тираж ,0 000 эк». Заказ № 294^" Це'на Vp. 20 k^ ^
Ленинградское отделение ордена Трудового Красного Знамени
1 г., „ Дательства «Машиностроение»,
191065, Ленинград, ул. Дзержинского, In
по делам издательств, полиграфии „ книжной торговли
193144. Ленинград, ул. Моисееико, 10.

В 1984 г.
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ВЫПУСТИТ СЛЕДУЮЩИЕ КНИГИ:
Иванова Т. А., Кирилловский В. К. Проектирование
и контроль оптики микроскопов. 16 л.
Трубко С. В. Расчет двухлинзовых склеенных объек-
объективов. 12 л.
Вычислительная оптика: Справочник; Под общ. ред.
М. М. Русинова. 40 л.
Указанные книги можно приобрести или заказать
в магазинах технической книги
Издательство заказов не принимает