Avtomatizirovannyi kompleks dlya proizvodstva krupnogabaritnoi astronomicheskoi optiki
2.03.1997 17:46 | M.A. Abdulkadyrov, S.P. Belousov, A.P. Semenov, Yu.A. Sharov/Vselennaya i My

                        Kogda vdali ugasnet svet dnevnoi   
                        I v chernoi mgle, sklonyayusheisya k hatam,   
                        Vse nebo zaigraet nado mnoi,   
                        Kak kolossal'nyi dvizhushiisya atom...   
                                                      N. Zabolockii. 

Nauchno-tehnicheskie dostizheniya poslednih desyatiletii vyzvali znachitel'nyi pod'em v mirovom teleskopostroenii, kotoroe razvivaetsya po puti modernizacii staryh instrumentov i izgotovleniya principial'no novyh teleskopov.

Dlya sozdaniya vysokorazreshayushih opticheskih sistem nazemnogo, vozdushnogo i kosmicheskogo bazirovaniya v interesah oboronosposobnosti strany, issledovanii kosmicheskogo prostranstva, global'nogo monitoringa poverhnosti Zemli, sostoyaniya ee atmosfery i t.p., ispol'zuyut opticheskie elementy special'noi konstrukcii, dlya obespecheniya trebuemyh opticheskih parametrov sistemy, s odnovremennym snizheniem ee masso-gabaritnyh harakteristik. Poetomu, v nastoyashee vremya trebuyutsya:

- opticheskie detali s asfericheskimi poverhnostyami vtorogo i vysshego poryadkov;

- opticheskie vysokoaperturnye detali;

- opticheskie detali s oblegchennoi strukturoi;

- tonkie adaptivnye opticheskie elementy dlya upravleniya formoi otrazhennogo volnovogo fronta;

- sostavnye komponenty glavnyh zerkal opticheskih teleskopov s razlichnoi konfiguraciei vneshnih granic i asfericheskoi formoi poverhnosti;

- opticheskie elementy s vneosevymi asfericheskimi poverhnostyami;

- opticheskie detali iz netradicionnyh materialov (karbid kremniya, berillii i t.d.).

Integral'noi harakteristikoi tochnosti obrabotki poverhnosti opticheskoi detali yavlyaetsya srednekvadraticheskoe otklonenie formy poverhnosti (RMS) ot trebuemoi. Raspredelenie normal'nyh otklonenii poverhnosti ot trebuemoi opisyvaetsya topograficheskoi kartoi otklonenii s maksimal'nym razmahom oshibki (P-V) i regulyarnymi oshibkami na poverhnosti (astigmatizm, koma i t.p.). Kachestvo opticheskoi poverhnosti harakterizuetsya koncentraciei energii v zadannom kruzhke rasseyaniya v fokuse opticheskoi sistemy.

Diapazon gabaritnyh parametrov opticheskih komponentov dostigaet 8 metrov, a trebovaniya k tochnosti poverhnosti po srednekvadraticheskomu otkloneniyu ot trebuemoi formy soctavlyayut /40-/80 (=0.6328 mkm).

Metody klassicheskoi opticheskoi tehnologii ne pozvolyayut obespechit' poluchenie trebuemoi tochnosti obrabotki takih slozhnyh po forme opticheskih elementov. Trebovalos' sozdanie takoi sovremennoi tehnologii, kotoraya pozvolila by obespechit' obrabotku vysheperechislennyh opticheskih elementov.

Proshlo nemalo vremeni s momenta nachala nablyudenii na teleskope BTA SAO v Zelenchuke s 6-ti metrovym zerkalom, kotoroe izgotavlivali v podmockovnom gorode Lytkarine. V nastoyashee vremya v opticheskom zale, gde ego obrabatyvali, proizoshli sushestvennye izmeneniya. Sozdan sovremennyi tehnologicheskii kompleks dlya formoobrazovaniya i tochnoi dovodki poverhnostei krupnogabaritnyh opticheskih detalei avtomatizirovannym sposobom.

V osnovu razrabotannoi tehnologii polozheno komp'yuternoe upravlenie avtomatizirovannym kompleksom po formoobrazovaniyu poverhnostei opticheskih detalei s komp'yuternoi obrabotkoi informacii o forme poverhnosti, raschetom, utochneniem i prognozirovaniem tehnologicheskih rezhimov, upravleniem dvizheniem malogo instrumenta, raschetom konstrukcii opticheskih elementov.

V sostav avtomatizirovannogo kompleksa vhodyat:

- avtomatizirovannye stanki, upravlyaemye ot komp'yutera, serii AD (AD-250, AD-400, AD-1000, SD-1000, AD-2000, AD-4000) dlya formoobrazovaniya opticheskih detalei razmerom 100-4000 mm s ispol'zovaniem malogo oscilliruyushego instrumenta;

- vakuumno-dovodochnyi kompleks, upravlyaemyi ot komp'yutera, dlya avtomatizirovannogo formoobrazovaniya opticheskih poverhnostei ionnym puchkom;

- komplekt interferometrov dlya kontrolya formy poverhnosti na vseh tehnologicheskih stadiyah, vklyuchayushii avtomatizirovannuyu fotoelektricheskuyu sistemu registracii i obrabotki interferogramm povernosti;

- gamma razgruzochno-bazirovochnyh tehnologicheskih oprav membranno-pnevmaticheskogo tipa dlya razgruzki i stabilizacii formy poverhnostei opticheskih elementov na stadii ih obrabotki i kontrolya, v tom chisle s avtomaticheskim podderzhaniem parametrov nastroiki pri izmenenii vneshnih vozdeistvii (atmosfernoe davlenie, temperatura);

- sistema aktivnogo vozdeistviya (sistema adaptacii) na formu rabochei poverhnosti opticheskogo elementa;

- kompleks tehnologicheskih programm KCPM, AD2, PLANK-ASTRO, primenyaemyh dlya obrabotki interferogrammy volnovogo fronta kontroliruemoi detali v real'nom masshtabe vremeni, rascheta tehnologicheskih parametrov avtomatizirovannogo formoobrazovaniya, avtomaticheskoi korrekcii tehnologicheskogo processa po rezul'tatam seansa avtomatizirovannoi obrabotki, optimizacii sistem razgruzki dlya izgotovleniya i kontrolya opticheskih komponentov.

Cikl avtomatizirovannogo formoobrazovaniya nachinaetsya s kontrolya formy rabochei poverhnosti.

Detal' raspolagaetsya v special'no razrabotannoi shtatno-tehnologicheskoi oprave ili tehnologicheskoi razgruzochnoi lente, kotorye obespechivayut ee stabil'noe sostoyanie v processe kontrolya, dlya provedeniya uspeshnogo seansa avtomatizirovannogo formoobrazovaniya.

Dlya kontrolya formy poverhnosti ispol'zuetsya kompleks po avtomatizirovannoi obrabotke interferogramm, predstavlyayushii soboi televizionnuyu sistemu obrabotki signala izobrazheniya interferogrammy. On vklyuchaet blok fotoelektricheskoi registracii, vypolnennyi na matrichnom fotoelektricheskom preobrazovatele na PZS razmerom 256x256 elementov. Vremya nakopleniya okolo 3 ms.

Pri ispol'zovanii dannogo kompleksa, vremya obrabotki interferogramm kontroliruemoi poverhnosti sokratilos' v 20-40 raz po sravneniyu s ranee provodimoi ruchnoi obrabotkoi na koordinatno-izmeritel'nom mikroskope.

V osnovu tehnologii formoobrazovaniya byl polozhen metod upravleniya malym instrumentom, kotoryi peremeshaetsya po zadannoi traektorii po poverhnosti detali v trehmernoi dekartovoi sisteme koordinat. Pri etom minimiziruetsya vliyanie ryada faktorov, okazyvayushih deistvie na process polirovki pri vzaimodeistvii instrumenta i detali. Skorost' obrabotki ostaetsya postoyannoi, za schet oscillyacii malogo instrumenta s postoyannym ekscentrisitetom. Usilie na instrument tak zhe postoyannoe. Upravlyayushim faktorom yavlyaetsya vremya prebyvaniya poliroval'nika v predelah elementarnoi ploshadki, kotoroe realizuetsya medlennym peremesheniem centra vrasheniya instrumenta v predelah elementarnoi ploshadki.

Razrabotannaya avtomatizirovannaya tehnologiya proizvodstva vysokotochnoi optiki pozvolila poluchit' kachestvennyi skachok v tochnosti formoobrazovaniya opticheskih komponentov s ploskimi, sfericheskimi i asfericheskimi poverhnostyami dlya opticheskih detalei s proizvol'noi konfiguraciei vneshnei formy, chto ranee bylo nevozmozhno poluchit' metodami tradicionnoi tehnologii. Tochnost' obrabatyvaemyh poverhnostei, kak pokazal opyt obrabotki ryada unikal'nyh opticheskih detalei, na poryadok vyshe (RMS=0.02-0.05 ), chem dostigalas' pri klassicheskoi tehnologii (RMS=0.2-0.6 ), a dlya ryada opticheskih detalei razrabotannaya tehnologiya yavlyaetsya edinstvennoi vozmozhnoi dlya polucheniya trebuemoi tochnosti.

K nastoyashemu vremeni v AO "LZOS" v g. Lytkarine s ispol'zovaniem avtomatizirovannoi tehnologii obrabotany ploskie, sfericheskie i asfericheskie poverhnosti diametrom 100-1600 mm. Dostignutoe RMS otklonenie poverhnosti ot ploskosti ravno 0.015 , razmah otklonenii poverhnosti ot trebuemoi men'she 0.1 .

Iz prakticheskih rezul'tatov formoobrazovaniya opticheskih poverhnostei mozhno zaklyuchit', chto reshena zadacha vysokotochnoi dovodki asfericheskih poverhnostei krupnogabaritnyh opticheskih detalei diametrom do 2 m s dostizheniem RMS poverhnosti 0.015 . Polucheno eksperimental'noe podtverzhdenie osnovnyh teoreticheskih polozhenii.

Razrabotannoe programmno-matematicheskoe obespechenie avtomatizirovannogo kompleksa pozvolyaet issledovat' osobennosti povedeniya materiala zagotovok detalei, deformacionno-teplovye effekty, voznikayushie v processe obrabotki i v processe operacii transportirovki i ustanovki detali v kontrol'nuyu shemu.

Na osnovanii poluchennogo eksperimental'nogo materiala po obrabotke poverhnostei krupnogabaritnyh opticheskih detalei opredeleny obshie principy bazirovaniya opticheskih detalei v tehnologicheskom processe obrabotki i kontrolya i obosnovany etapy tehnologicheskogo processa, obespechivayushie uspeshnuyu dovodku poverhnostei opticheskih detalei.

Avtomatizirovannyi kompleks s uspehom ispol'zovalsya pri izgotovlenii krupnogabaritnoi optiki. Osobo sleduet vydelit' formoobrazovanie giperbolicheskih poverhnostei oblegchennyh opticheskih detalei diametrom 1540 mm iz sitalla SO-115M. Massa posle oblegcheniya 377 kg. Koefficient oblegcheniya - do 70 %. Maksimal'noe otklonenie ot blizhaishei sfery - 8.3 mkm. Obrabotannye poverhnosti imeyut RMS okolo 0.015 .

S takoi zhe tochnost'yu izgotovleny otdel'nye opticheskie detali i detali komplektov teleskopov dlya firm SShA i Germanii diametrom do 1 m. Plodotvornoe sotrudnichestvo s zarubezhnymi firmami v nastoyashee vremya prodolzhaetsya i uspeshno razvivaetsya. Nasha zadacha - proizvodit' optiku vysokogo klassa i, zhelatel'no, ne tol'ko dlya zarubezhnyh partnerov, no i dlya nashih rossiiskih potrebitelei.

Kak napisal Yu.N. Efremov v stat'e "Zvezdnoe nebo nad nami" v 1-m nomere zhurnala "Vselennaya i my": "Posle trevog povsednevnosti my priglashaem Vas vzglyanut' na zvezdnoe nebo". Ochen' interesno na nego vzlyanut', tem bolee seichas, kogda pishutsya eti stroki, na nebe vidna kosmicheskaya gost'ya - kometa Heila-Boppa. A my priglashaem Vas dlya sotrudnichestva s nami v izgotovlenii novoi astronomicheskoi optiki, chtoby svet, prishedshii k nam iz proshloi zhizni ot dalekih zvezd i kvazarov, rasskazal nam kak mozhno bol'she ob istorii teh samyh ob'ektov, ot kotoryh on prishel.