Оптический жидкостный компенсатор и способ его изготовления

 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано в геодезических и астрономических приборах для сохранения постоянства положения визирных линий при наклонах корпуса прибора. Сущность изобретения: оптический жидкостный компрессор содержит корпус 1, три горизонтальные плоскопараллельные прозрачные пластины 2-4,. соединенные между собой посредством оптических соединительных элементов 5, пространство между которыми заполнено прозрачной жидкостью. Новым в устройстве компенсатора является то, что плоскости главных сечений остаточных клиньев двух а (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 С 5/02, 15/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4834575/10 (22) 08.06,90 (46) 07,03.93. Бюл. N 9 (71) Киевскии инженерно-строительный институт и Киевский филиал Научно-исследовательского технологического института приборостроения (72) В. Г, Бурачек, В, А. Боровой и С. Д.

Крячок (56) Кочетов Ф, Г. Нивелиры с компенсатбрами, — М.: Недра, 1985, с. 55-56, Авторское свидетельство СССР

hh 1500635, кл. G 01 С 17/36, 1989, Авторское свидетельство СССР

М 109177, кл. G 01 С 05/02, 1956, Зубаков В.Г. и др.. Технология оптических деталей. — M.: Машиностроение, 1985, с. 194 †2.

„„5U„„ 1800264 Al (54) ОПТИЧЕСКИЙ ЖИДКОСТНЫЙ КОМПЕНСАТОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано в геодезических и астрономических приборах для сохранения постоянства положения визирных линий при наклонах корпуса прибора. Сущность изобретения: оптический жидкостный компрессор содержит корпус 1, три горизонтальные плоскопараллельные прозрачные пластины 2 — 4,. соединенные между собой посредством оптических соединительных элементов 5, пространство между которыми заполнено прозрачной жидкостью. Новым в устройстве компенсатора является то, что плоскости главных сечений остаточных клиньев двух

1800264

20

45 нижних плоскопараллельных пластин 3 и 4 развернуты в горизонтальной плоскости на

180 по отношению к плоскости главного сечения остаточного клина верхней пластины 2, а две смежные исполнительные поверхности верхней 2 и средней 3, а также средней 3 и нижней 4 пластин попарно параллельны. Способ изготовления компенсатора основан на одновременной обработке поверхностей оптических деталей и включает шлифование и полирование исполнительИзобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано в оптических, например, геодезических или астрономических приборах для сохранения постоянства положения луча при наклонах корпуса прибора.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния .ошибки, обусловленной наличием остаточных клиньев плоскопараллельных пластин.

На фиг, 1 изображен предлагаемый компенсатор, вертикальный разрез (входная грань компенсатора занимает горизонтальное положение); на фиг. 2 — то же, при наклоне жидкостного компенсатора на угол

a: на фиг. 3 — определение базисных направлений и закрепление их метками при изготовлении прозрачных плоскопараллельных.пластин; на фиг. 4 — расположение конструкционных элементов (столбиков) на поверхности приспособления для их крепления; на фиг, 5 — расположение конструкционных элементов на поверхности прозрачных плоскопараллельных пластин при сборке компенсатора; на фиг. 6 — кондуктор для сборки жидкостного компенсатора по меткам.

Жидкостной оптический компенсатор содержит корпус 1 из двух колец, коэффициенты линейного расширения которых и прозрачных плоскопараллельных пластин 2-. 4 равны между собой, конструкционные элементы — столбики 5, прозрачную жидкость 6 и 7 с тем же показателем преломления, что и пластины, метки 8, нанесенные по краю исполнительных поверхностей пластин 2 — 4. (Для упрощения чертежа метки 8 совпадают с основаниями остаточных клиньев пластин

2 — 4). устройство работает следующим образом.

Пусть входная грань прозрачной пластины 2 занимает горизонтальное положение (фиг, 1), Отвесный луч света $, пройдя главное сечение ее остаточного клина, изных поверхностей, Новым в способе изготовления компенсатора является нанесение меток 8 на пластины 2-4, благодаря которым при сборке компенсатора осуществляется разворот на 180 двух нижних пластин

3 и 4 относительно верхней 2, а также изго"товление соедини1ельных элементов 5 размером поперечного сечения, меньшим диаметра пластин 2 — 4, чтобы их смежные исполнительные поверхности были попарно параллельны, 2 с и 1 з, и. ф-лы. 6 ил. менит свое направление к основанию клина на величину

y=(n — 1)д, где n — показатель преломления вещества плоскопараллельной пластины; д — величина остаточного клина в угловой мере.

Поверхность жидкости 6 и выходная грань пластины 3, благодаря равной высоте столбиков 5, будут паоаллельны и представляют.собой однородную в оптическом отношении плоскопараллельную пластину, так как жидкость 6 и пластина 3 имеют одинако-. вый показатель преломления п. Поэтомулуч света S, пройдя ее, не изменит своего на- правления. Поверхность жидкости 7 и выходная грань прозрачной пластины 4 образуют эквивалентный остаточный клин с основанием, развернутым на 180 по отношению к остаточному клину верхней пластины 2 и также величиной д благодаря равной высоте столбиков 5, Поэтомулуч света S будет преломлен эквивалентным клином на ту же величину у =ln — 1/д, но в противоположную от верхнего клина сторону. Поэтому луч света после выхода из бптичес кого жидкостного ком пенсатора

30 остается в итоге вертикальным, При наклоне корпуса компенсатора на угол а (фиг. 2) луч света S, направленный перпендикулярно к выходной грани про- . зрачной пластины 2, после прохождения через главное сечение остаточного клина первой прозрачной пластины изменит свое направление на величину у1 = (n — 1 ) д к основанию клина. Поверхность жидкости 6 и нижняя грань прозрачной пластины 3 образуют эквивалентный клин с углом а и основанием, развернутым на 180 относительно клина верхней пластины 2. пройдя который луч света S отклонится на величину у = — (n — 1 ) д к его основанию. Поверх1800264 ность жидкости 7 и выходная грань прозрачной пластинки 4 составляют эквивалентный клин величиной (а + д ), поэтому луч света S отклонится им на величину, уз = — (n —,1 ) (а+д) в том же направлении, что и через средний эквивалентный клин. Тогда луч света S, выйдя из оптического жидкостного компенсатора отклонится на величину

fоб =/1+/2+óç (n — 1 )д — (и — 1)х

xa — (и — 1) (а+д) = — (n — 1) 2а, Чтобы световой луч, пройдя оптический .жидкостной компенсатор, занял отвесное положение, необходимо выполнение следующего условия: уоб = тогда — (и — 1 ) 2 а = — а, откуда п=1,5. Показатель преломления прозрачной жидкости и прозрачных плоскопараллельных пластин равен 1,5, В данном оптическом компенсаторе использованы три прозрачные плоскопараллельные пластины, создающие два резервуара для жидкости, так как конструкции компенсаторов, имеющих один резервуар, три и более, не устраняют погрешность в положении визирного луча после выхода из компенсатора, вызванную остаточной клиновидностью прозрачных плоскопараллельных пластин, при использовании данной методики ее исключения, Способ изготовления оптического жидкостного компенсатора, основанный на одновременной обработке поверхностей оптических деталей, включает основные этапы изготовления прозрачных плоскопараллельных пластин и конструкционных элементов, например столбиков: одновременное с одной установки (посредством сборки в блок заготовок) грубое шлифование первой исполнительной поверхности, контроль; разборка блока, промывка; сборка блока заготовок; грубое шлифование второй исполнительной поверхности, контроль; разборка блока, промывка; сборка заготовок в столбик; обработка по диаметру, контроль; разборка столбиков, промывка, контроль; фасетирование, промывка, контроль;; тонкое шлифование .первой исполнительной поверхности, промывка, контроль; полирование первой исполнительной поверхности, промывка, контроль, защита; разборка блока, промывка, контроль; сборка блока; тонкое шлифование второй исполнительной г1оверхности, промывка, контроль; полирование второй испол нител ь ной поверхности, 40 редственно само основание, являющееся приспособлением для крепления заготовок.

5

35 промывка, контроль, защита; нанесение на торцовую поверхность меток, характеризующих одинаковую ориентацию плоскопараллельных пластин относительно выбранного базисного направления в плоскости обработки (для конструкционных элементов у столбиков эта операция отсутствует); разборка блока, промывка, контроль.

Клиновидность прозрачных плоскопараллельных пластин возникает при обработке исполнительных поверхностей за счет неточностей базирования и наклеивания заготовок. На конечном этапе обработки пластин — полировании второй исполнительной поверхности погрешность базирования возникает и за счет клиновидности приспособления для крепления плоскопараллельных пластин, так как базы — первые исполнительные грани плоскопараллельных пластин — расположены на верхней поверхности приспособления для крепления, которое имеет клин относительно своей нижней поверхности в пределах 1 — 2".

Вследствие этого величины и направления остаточных клиновидностей плоскопараллельных пластин — стенок клиновидности приспособления для крепления и не могут быть меньше этой клиновидности.

Влияние клиновидности приспособления для крепления хорошо видно на примере изготовления оптических клиньев. Для получения заданной клиновидности под заготовки оптических клиньев при обработке подкладывают приспособления для крепления — плашки с величиной клиновидности, которую должны иметь оптические клинья.

В случае с плоскопараллельными пластинами в роли таких плашек выступает непосТогда остаточные клиновидности плоскопараллельных пластин, находящихся на приспособлении для крепления, будут равны между собой и параллельны направлению остаточного клина приспособления для крепления, но направлены в противоположную сторону.

Ъ

Применяемый способ крепления заготовок пластин к стеклянному приспособлению — оптический контакт — вносит минимальную погрешность крепления по сравнению с известными способами и позволяет величины и направления клиновидностей и.плоскопараллельных пластин сохранить максимально схожими между собой. По нашим данным, в этом случае величина расхождения клиновидности трех . смежных плоскопараллельных пластин составляет 0,2 — 0,3.

1800264

Из вышесказанного следует, что плоскости главных сечений (фиг, 3) равных по величине остаточных клиньев АОВСД прозрачных плоскопараллельных пластин 2 — 4, находящихся на стеклянном приспособлении 9 (для оптического контакта), ориентированы параллельно друг другу в направлении, противоположном направлению остаточного клина 10 стеклянного приспособления 9, Сразу же после операции полирования второй исполнительной поверхности, еще Ъе нарушив оптического контакта пластин и стеклянного приспособления, наносят на верхние исполнительные поверхности плоскопараллельных пластин

2 — 4 метки 8, относительно которых плоскости главных сечений АОВСД остаточных клиньев всех трех плоскопараллельных прозрачных пластин развернуты на равные углы в плоскости обработки.

Особенности обработки прозрачных плоскопараллельных пластин;

1. Прозрачные плоскопараллельные пластины должны быть неподвижны одна относительно другой и стеклянного приспособления с момента начала полирования второй исполнительной поверхности и до конца процесса нанесения меток (нанесе-, ние оптического контакта).

2, Процесс полирования исполнительных граней производить до получения допуска на отступление or плоскости в пределах от 0,1 до 0,2 кольца (0,1 N = 0,2), 3. Для изготовления данного оптического жидкостного компенсатора используются три смежные плоскопараллельные пластины, расположенные на приспособлении для крепления (для уменьшения влияния неплоскостноети верхней поверхности этого приспособления).

4. Выбирается и закрепляется произвольно базисное ориентированное направление в плоскости обработки исполнительных поверхностей, 5. Параллельно базисному направле нию на исполнительных поверхностях трех смежных пластин определяют направления, каждое из которых проходит через геометрический центр данной плоскопараллельной пластины.

6. Закрепляют направления, для чего наносят на верхний исполнительной поверхности плоскопараллельных пластин (no краям) в диаметрально и ротивоположн ых точках метки. Например, вход направления обозначают одним штрихом, а выход с поверхности плоскопараллельной пластины— двумя параллельными штрихами (фиг. 3), Направления KL для трех смежных пластин

5 стин — разборки блока, промывки, контроля — на их исполнительные поверхности, где

35

45

D:(2d+a), 55

2-4 взаимопараллельны и параллельны базисному направлению, 7, При необходимости после конечного этапа обработки плоскопараллельных плаотсутствуют метки, наносят гидрофобное покрытие, служащее для уменьшения эффекта смачивания прозрачной жидкостью материала плоскопараллельных пластин, Тогда метки будут дополнительно указывать, на какой из исполнительных поверхностей имеется гидрофобное покрытие.

Вход направлений KL закрепляют меткой, например одной штриховой линией, к краю рабочей поверхности плоскопараллельной пластины, выход направления KL— иной меткой, например двумя параллельными линиями.

Таким образом, плоскости главных сечений остаточных клиньев АОВСД плоскопараллельных пластин 2-4 будут развернуты на равныеуглы Р относительно направлений К, закрепленных метками 8.

Конструкционные оптические элементы, например столбики, соединяющие прозрачные плоскопараллельные пластины между собой и имеющие размер поперечного сечения, в несколько раз меньший диаметра плоскопараллельных пластин, обрабатывают по технологии обработки плоскопараллельных пластин, приведенной выше. При этом при сборке блока для.проведения операции шлифования и полирования второй исполнительной поверхности эти конструкционные элементы 5 минимально сближают друг с другом на поверхности контактного приспособления 9 и закрепляют на нем посредством оптическоro контакта (фиг. 4). Размещение столбиков идет группами по три, Так как поперечное сечение конструкционных элементов (например, столбиков) в несколько раз меньше диаметра плоскопараллельных пластин, равного внешнему диаметру прокладок - конструкционных элементов прототипа, то при минимальном сближении столбиков (как показано HB фиг.

4) разница их высот будет меньше после обработки, чем у кольцевых прокладок.

Соотношение разниц высот столбиков и кольцевидных прокладок равно: где D — диаметр кольцевой прокладки;

d — диаметр столбика; а — минимальное расстояние сближения столбиков при их обработке. Например. при

1800264

15

25

40

D=5 см; d=8 мм; а=1 мм соотношение разниц высот будет равно 2,9, При сборке оптического жидкостного компенсатора конструкционные элементы (например, столбики) разносят на максимальное расстояние друг от друга в пределах размера прозрачных плоскопараллельных пластин. На фиг. 5 столбики 5 диаметром d разнесены на расстояние S друг от друга в пределах плоскопараллельной пластины 4 диаметром D, Следует отметить, что на данной плоскопараллельной пластине размещены те три конструкционных элемента, которые составляют отдельную тройку при обработке.

Если существует какой-то способ обработки поверхностей оптических деталей, дающий минимальную клиновидность, например в сепараторе, то использование его в заявленном способе изготовления компенсатора для обработки конструкционных элементов — столбиков, имеющих размер поперечного сечения, в несколько раз меньший диаметра плоскопараллельных пластин, позволяет уменьшить разницу высот этих конструкционных элементов в большей степени, чем.если бы этим способом обрабатывались прверхности кольцевых прокладок диаметром, равным диаметру самой плоскопараллельной пла. стины, как у прототипа.

Разнесение конструкционных элементов (например, столбиков) на расстояние S (фиг. 5) позволяет уменьшить эффект от их различной высоты, приводящий к непараллельности нижней и верхней плоскопараллельных пластин, соединяемых этими элементами в К раз: где 0,7 = cos 30 — размещение столбиков в вершинах равностороннего треугольника, вписанного в окружность плоскопараллельной пластины;

D — диаметр окружности плоскопараллельной пластины;

d — диаметр конструкционного элемента — столбика.

Например, для вышеприведенных данных: D=5 см; 0=8 мм; K=3,7.

Ужесточение требований к разнице высот конструкционных элементов (например. столбиков), соединяющих между собой прозрачные плоскопараллельные пластины, вызвано тем, что необходимо обеспечить максимальную параллельность смежных граней этих пластин, позволяющую, в свою очередь, максимально совместить плоскости главных сечений их остаточных клиньев в одной общей плоскости, а также свести к минимуму остаточную клиновидность, возникающую при заполнении оптического компенсатора прозрачной жидкостью.

Требования, предъявляемые при сборке оптического жидкостного компенсатора:

1. Конструкционные элементы (например, столбики) размещать на той исполнительной поверхности. которая имеет метки.

При этом меток не закрывать, 2, Вокруг основания конструкционного элемента (например, столбика) в месте оптического контакта его с плоскопараллельной стеклянной пластиной нанести защитное покрытие для защиты оптического контакта от проникновения прозрачной жидкости, заливаемой) в компенсатор. к которому не агрессивна прозрачная жидкость.

З.Для ориентации по меткам 8 (фиг. 6) и главных сечений остаточных клиньев двух нижних плоскопараллельных стеклянных пластин 4 и 3 на 180 относительно остаточного клина верхней пластины 2 применить кондуктор 11. Он состоит из двух колец 12 с внутренним диаметром, достаточным для свободного опускания плоскопараллельных пластин 2-4, Кольца 12 скреплены между собой при помощи четырех взаимно перпендикулярных ребер жесткости 13, из которых два диаметрально противоположные имеют по визиру 14 для совмещения меток

8 в одной плоскости.

Формула изобретения

1, Оптический жидкостный компенсатор, содержащий корпус; две частично заполненные прозрачной жидкостью компенсационные камеры, выполненные в виде верхней, средней и нижней горизонтальных прозрачных плоскопараллельных пластин и двух оптических соединительных элементов, последовательно закрепленных между плоскопараллельными пластинами, отличающийся тем, что, с целью пОвышения точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной наличием остаточных клиньев плоскопараллельных пластин, плоскости главных сечений остаточных клиньев средней и нижней плоскопараллельных пластин развернуты в горизонтальной плоскости на 180 относительно плоскости главного сечения остаточного клина верхней плоскопараллельной пластины, при этом величины остаточных клиньев всех плоскопараллельных пластин равны между собой, верхние поверхности верхней и нижней плоскопараллел ьн ых пластин и нижняя поверхность средней плоскопараллельной пластины параллельны между собой, а показатель преломления

1800264

12 плоскопараллельных пластин равен показателю преломления прозрачной жидкости.

2, Способ изготовления оптического жидкостного компенсатора, включающий обработку поверхностей трех плоскопараллельных пластин и двух оптических соединительных элементов, при которой производят грубое и точное шлифование с последующим полированием каждой из поверхностей, закрепление соответствующих соединительных элементов между верхней и средней, а также средней и нижней плоскопараллельными пластинами и частичное заполнение пространства между плоскопараллельными пластинами прозрачной жидкостью, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности за счет обеспечения возможности получения плоскопараллельных пластин с равными значениями остаточных клиньев и расположением главных сечений этих клиньев в одной отвесной плоскости, плоскопараллельные пластины обрабатывают одновременно, закрепив их на одном основании, после обработки перед снятием пластин с основания на каждой иэ них маркируютдвумя метками ориентирную прямую, проходящую через центр пластины и параллельную ориентирным прямым на

5 других пластинах, а при закреплении соединительных элементов располагают ориентирные прямые в одной вертикальной плоскости с разворотом средней и нижней плоскопараллельных пластин на 180 отно10 сительно верхней.

3. Способпоп,2,отличающийся тем, что каждый оптический соединительный элемент выполняют в виде трех отдельных опор с размером поперечного сечения, 15 меньшим размера поперечного сечения плоскопараллельн ых пластин, и ри обработ- ке поверхностей размещают опоры на одном основании в непосредственной близости друг от друга, а при их эакрепле20 нии между соответствующими плоскопараллельными пластинами устанавливают опоры в вершинах треугольника, расположенных на краевых точках одной из плоскопараллельных пластин.

1800264 g

7.иг.й

Составитель Ю.Бессонов

Техред М.Моргентал Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ

Редактор

Лроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1327 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5