40047

Расчёт и исследование технологической системы разгрузки космического зеркала менисковой формы с переменной толщиной мениска вдоль радиального направления

Дипломная

Астрономия и авиация

Исследование особенностей технологической системы разгрузки космического астрономического зеркала с целью обеспечения разгруженного состояния зеркала в процессе его контроля и обеспечению технологических условий с условиями эксплуатации зеркала в космическом пространстве...

Русский

2015-01-18

14.64 MB

11 чел.

Расчёт и исследование технологической системы разгрузки космического зеркала менисковой формы с переменной толщиной мениска вдоль радиального направления.

Аннотация

Дипломный проект посвещен исследованию особенностей технологической системы разгрузки космического астрономического  зеркала с целью обеспечения разгруженного состояния зеркала в процессе его контроля и обеспечению технологических условий  с условиями эксплуатации зеркала в космическом пространстве. Оправа должна создавать разгруженное состояние зеркала с точностью, превышающей требования спецификации  на форму поверхности  и обеспечивать ее неизменное состояние при развороте зеркала на данной технологической оправе. Актуальность работ по исследованию технологической системы разгрузки вызвана постоянно растущими требованиями к качеству формы поверхности астрономических зеркал, появлению тонких активных зеркал, увеличению апертуры зеркала и сокращением его фокусного расстояния, конструкционными и эксплуатационными параметрам прецизионных изделий  оптических элементов, используемых в оптико-электронной промышленности.

В работе представлены результаты разработки и исследования  мембранно-пневматической системы разгрузки зеркала диаметром 1715 мм проекта «Спектр-УФ» (Т-170), предназначенного для ультрафиолетового диапазона, на базе ранее разработанных оправ под аналогичные проекты, рассмотрено влияние разновысотности  опор на деформации рабочей  поверхности, предложен метод стабилизации системы разгрузки при развороте зеркала на оправе на 120 градусов для обеспечения работоспособности оправы и достижения качества обработки рабочей поверхности зеркала в соответствии с требованиями спецификации.


СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ МЕМБРАННО - ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РАЗГРУЗКИ 5

2. СПЕЦИАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ 11

2.1. Описание конструкции. 11

2.1.1. Технические характеристики и составные части оправы 11

2.1.2. Нормальные условия эксплуатации 14

2.1.3. Устройство и принцип работы 14

2.1.4. Принцип работы технологической оправы 15

2.1.5. Меры безопасности 17

2.1.6. Подготовка к работе 17

2.1.7. Порядок работы 18

2.1.8. Контроль за работой технологической оправы 19

2.2. Конструктивные характеристики мембранно-пневматической опоры. 20

2.3.  Процесс процедуры аттестации мембранно-пневматической опоры 20

2.3.1. Конструкция стенда аттестации опор 21

2.3.2. Порядок работы стенда 24

3. ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 26

3.1. Технологические характеристики мембранно-пневматической опоры 26

3.2.  Результат аттестации опор 31

4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ 36

4.1 Анализ деформации зеркала на мембранно-технологической разгрузке в основном положении 37

4.2.  Анализ деформации зеркала на мембранно-технологической разгрузки с разворотом на 120 градусов. 46

4.3 Анализ полученных результатов. 50

5. Безопасность жизнедеятельности. 52

5.1. Анализ опасных и вредных факторов при проведении исследований. 52

5.2. Разработка технических мер безопасности при проведении исследований. 56

5.3. Экологическая эксплуатации ПЭВМ системы и разработка мер по охране природы. 59

6. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ. 62

6.1. Актуальность проекта и постановка исследования. 62

6.1.1. Актуальность проекта. 62

6.1.2. Постановка исследования. 62

6.2. Расчет затрат на проект 63

6.2.1 Расчет затрат на покупные изделия 63

6.2.2 Затраты на заработную плату исполнителей 64

6.2.3 Затраты на электроэнергию 64

6.2.4 Затраты связанные с работой оборудования (амортизация оборудования установки) 65

6.2.5 Прочие расходы 66

6.2.6 Смета затрат на проведение исследования 67

6.3. Определение технико-экономических показателей проекта 67

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 71

 ВВЕДЕНИЕ

Высокоразрешающие оптические системы наземного, воздушного и космического базирования, применяемые в интересах обороноспособности страны, исследований космического пространства, глобального мониторинга поверхности Земли, состояния ее атмосферы, а также для наземных оборонных комплексов наблюдения и обнаружения быстро перемещающихся  атакующих объектов, требуют практически дифракционного  качества формируемого этими системами изображения исследуемого объекта.

Изготовление таких оптических элементов стало возможным благодаря созданию научной методологии, разработке  и практической реализации систем базирования и разгрузки оптических элементов в процессе формообразования, созданию специализированного оборудования для обработки деталей диаметром до 6 м, созданию специальных средств и методов  оптического контроля формы поверхности, разработке  программно-математического анализа процесса обработки результатов контроля и расчета целенаправленных сеансов обработки поверхностей.

Для обработки поверхностей оптических деталей важное значение имеют системы разгрузки зеркал в процессе их контроля, от которых во многом зависит успех успешной доводки оптической поверхности до высокого качества.

Оправа должна создавать разгруженное состояние зеркала с точностью, превышающей требования спецификации  на форму поверхности  и обеспечивать ее неизменное состояние при развороте зеркала на данной технологической оправе. Актуальность работ по исследованию технологической системы разгрузки вызвана постоянно растущими требованиями к качеству формы поверхности астрономических зеркал, появлению тонких активных зеркал, увеличению апертуры зеркала  и сокращением его фокусного расстояния, конструкционными и эксплуатационными параметрам прецизионных изделий  оптических элементов, используемых в оптико-электронной промышленности.

В работе представлены результаты исследования  мембранно-пневматической системы разгрузки для главного  зеркала менисковой формы диаметром 1715 мм проекта космического телескопа «Спектр-УФ» для ультрафиолетового диапазона:

- изучены методы исследования и аттестации как отдельного элемента мембранно-пневматической разгрузки, так и всей оправы в целом;

- исследована возможность использования мембранно-пневматической системы разгрузки зеркала вместо механической штатной разгрузки;

- определены ошибки формы поверхности, возникающие при использовании мембранно-пневматической разгрузки вместо механической;

- исследовано влияние разновысотности опор на деформации рабочей  поверхности, предложен метод стабилизации системы разгрузки при развороте зеркала на оправе на 120 градусов для обеспечения работоспособности оправы и достижения качества обработки рабочей поверхности зеркала в соответствии с требованиями спецификации.

1. ОБЗОР РАБОТ ПО РЕШАЕМОЙ ПРОБЛЕМЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Разгрузка оптической детали может быть:

- штатной, когда зеркало установлено в ту оправу, в которой оно будет работать в оптической системе (рис. 1.1);

- ленточной, когда разгрузка оптической детали осуществляется в ленте (рис. 1.1);

- мембранно-пневматической, когда разгрузка осуществляется на мембранах, расположенных в горизонтальной плоскости (рис.1.2), имитирующих условие невесомости или штатную разгрузку.

Мембранно-пневматическая оправа (далее оправа) - специальное установочное приспособление, позволяющее производить как формообразование астрономического зеркала  на  шлифовально-полировальных станках так и контроль формы оптической  поверхности в вертикальной схеме. Она является частью стенда вертикального контроля и входит в состав контрольно-технологического оборудования для обработки и контроля формы оптической  поверхности зеркала.

  диаметром до 600 мм;         до 1000 мм                 до 2400 мм

Рисунок 1.1. Механические и ленточные  оправы для деталей диаметром до 6000 мм

Исполнительные элементы оправы предназначены для выполнения следующих функций:

  •  базирование и сохранение относительно оправы пространственного положения зеркала при контроле;
  •  равномерная разгрузка зеркала, установленного в оправу, с целью поддержания стабильности формы  оптической поверхности;
  •  межоперационная транспортировка зеркала, установленного на оправу в  условиях оптического производства;

1. Мембранно-технологическая оправа обеспечивает сохранение стабильности формы рабочей поверхности зеркала  за счет приложения к его тыльной поверхности равных реактивных усилий, которые развиваются системой осевых мембранно-пневматических опор разгрузки, расположенных в расчетных точках. Минимальная величина рассогласования опорных усилий обеспечивается аттестацией и настройкой всех опор системы, которая заключается в установке жестких центров опор в номинальное положение по высоте. Настройкой компенсируются погрешности изготовления и сборки опор.

2. Обеспечение постоянства параметра  высоты мембран в пневмосистеме мембранно-пневматических опор разгрузки при изменяющихся внешних условиях (атмосферное давление, температура) осуществляется блоком стабилизации положения зеркала, управляемым датчиком стабилизации положения.

Характеристики оправ приведены в таблице 1.1.

Необходимо разработать мембранно-пневматическую оправу для обеспечения разгрузки менискового зеркала проекта Т-170 диаметром 1715 мм  (рис. 1.3) с площадками для размещения опор системы разгрузки (рис. 1.4) во время контроля формы поверхности, исследовать  мембранно-пневматическую систему разгрузки:

- изучить методы исследования и аттестации как отдельного элемента мембранно-пневматической разгрузки, так и всей оправы в целом;

- исследовать возможность использования мембранно-пневматической системы разгрузки зеркала вместо механической штатной разгрузки;

- определить ошибки формы поверхности, возникающие при использовании мембранно-пневматической разгрузки вместо механической;

- исследовать влияние разновысотности опор на деформации рабочей  поверхности, предложен метод стабилизации системы разгрузки при развороте зеркала на оправе для обеспечения работоспособности оправы и достижения качества обработки рабочей поверхности зеркала в соответствии с требованиями спецификации.

                      Зеркало диаметром 1500 мм; Зеркало диаметром 4100 мм

Рис. 1.2 Мембранно-пневматические оправы для деталей диаметром до 4000 мм

Таблица 1.1.Технологические системы разгрузки и стабилизации формы поверхности высокоточной оптики

Конструктивные параметры

Тип системы

Назначение

Торцевая разгрузка

Установлен-ная деталь

Конструктивные особенности

1

2

3

4

5

Универсальные  быстроперенала-
живаемые системы разгрузки

Разгрузка и базирование крупногабаритных оптических деталей в технологическом цикле контроля и доводки в станках серии АД

Мембранно-гидравлическая. Допустимая нагрузка на опору - до 100Н. Погрешность разгрузки - 0,5%
Количество опор - 18...36, расположе
нных на трех окружностях

Диаметры устанавливаемых деталей - 500..1000 мм

Система радиального базирования при помощи сильфонно-кулачковых механизмов, обеспечивающих равномерность усилий зажатия

Технологическая система разгрузки для предварительного формообразования

Предварительное формообразование на станках СПА-1500

Мембранно-гидравлическая. Количество опор - 36, установленных на трех концентрических окружностях. Рабочая нагрузка на опору - 100Н. Погрешность разгрузки 0,5%.

Диаметр 1540 мм, толщина 270 мм, сотовая структура облегчения

Радиальное базирование на центральном стакане и 6 мембранно-гидравлических механизмов передачи крутящего момента, обеспечивающих равные усилия в шести точках на тыльной поверхности зеркала

Технологические оправы-спутники

Разгрузка и базирование линзовых оптических деталей при доводке на станке АД-1000 и контроле в горизонтальной схеме на просвет

Сильфонно-гидравлическая. Количество опор - 18.
Допустимая нагрузка на опору 20Н.
Погрешность разгру
зки 5%.

Оптические детали диаметром 600 мм с выпуклой, вогнутой и плоской формой базовой поверхности

Быстрая переналадка при изменении формы базовой поверхности устанавливаемой детали.
Система радиальной разгрузки за периферию линзы при контроле в проходящем свете

Вакуумная технологическая система разгрузки

Разгрузка и базирование оптических деталей при обработке на станке АД-2000 и контроле в вакуумной установке УВК 6/70

Мембранно-пневматическая в вакуумном исполнении.
Количество опор - 36, на трех конце
нтри-ческих окружностях.
Рабочая нагрузка на опору 100Н.
Погрешность разгру
зки - 0,1%.

Диаметр 1500 мм,
толщина 270 мм,
сотовая структура облегчения

Автоматическая система регулирования давления в опорах, обеспечивающая поддержание параметров настройки системы при вакуумировании и контроле в установке контроля.

Штатно-технологическая система разгрузки тонкого зеркала

Разгрузка и базирование тонкого зеркала при обработке и контроле. Испытание конструкции зеркала при изменении его пространственного положения

Мембранно-пневматическая.
Количество опор - 54, на трех концентрич
еских окружностях.
Рабочая нагрузка на опору - 50Н.
Погрешность разгру
зки - менее 0,1%

Диаметр 1550 мм, толщина 75 мм,
форма детали - ра
внотолщинный мениск

Автоматическая система регулирования давления. 36 опор вертикальной разгрузки, возможность разгрузки при произвольном пространственном положении зеркала (заклон оптической оси от 0 до 90, а также вращении вокруг оптической оси).
Тип вертикальной разгрузки - рычажно-пневматическая, п
огрешность - 0,5%

Узел тонкого адаптивного зеркала

Доводка зеркала на станке АД-4000.
Испытание конс
трукции зеркала в произвольном пространственном положении.
Исследование си
стемы адаптации

Мембранно-пневматическая.
Количество опор - 120, на пяти конце
нтрических окружностях.
Погрешность разгру
зки - менее 0,1%.

Диаметр 3300 мм,
толщина 75 мм,
форма детали - м
ениск

60 опор вертикальной разгрузки.
Автоматическая система регул
ирования давления при заклоне узла с зеркалом.
Система адаптивных приводов и блоков управления, обеспеч
ивающих заданное реверсивное силовое воздействие на зеркало в 54 точках.
Погрешность отработки заданных силовых воздействий - не более 0,05Н

Рис. 1.3. Зеркало проекта Т-170 (макетный образец)

Рис. 1.4. Площадки для размещения опор на тыльной поверхности менискового зеркала диаметром 1715 мм.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1. Технологические характеристики мембранно-пневматической опоры

Конструкция мембранных опор удовлетворяет техническим требованиям,  приведенным в таблице 2.1.

В качестве базы сравнения в таблице 2.1 приведены характеристики мембранных опор, ранее использовавшихся в конструкциях технологических систем разгрузки зеркал.

Содержание технических  требований

Базовая мембрана

Новая конструкция мембраны

1

2

3

Собственная жесткость мембраны, как упруго элемента, г/мм.

Полная жёсткость мембранной опоры под внешней нагрузкой 4,5 кг, в г/мм

Рабочий ход мембраны “hf”, мм с линейной характеристикой полной жёсткости.

25 * 30


180 * 200

± 1,5

5 * 10


80 * 140

± 3

                                                                                            Таблица 2.1

Эксплуатационные преимущества подобных опорных элементов, таких как одинаковость геометрических размеров мембран, высокая нагрузочная способность опор, нечувствительность к радиальным и тангенциальным усилиям, действующим на систему технологической разгрузки зеркал в процессе их обработки полноразмерными инструментами и т.д., оказались недостаточными для равномерной разгрузки тонких зеркал, в которой должно быть обеспечено рассогласование разгружающих усилий  ≤ ± 10г. Это рассогласование возможно обеспечить за счет снижения полной жесткости опоры и погрешности  разгружающего  усилия, воспроизводимого единичной опорой, которая должна быть менее 5 г.

В таблице 2.2. приведены результаты испытаний разработанных мембранных опор и их конструктивные параметры. Для оснащения системы торцевой разгрузки тонких зеркал принята конструкция мембраны Ø 120/MI, показанная на рис. 2.1,  которая удовлетворяет поставленным требованиям. Мембраны изготавливаются  методом вулканизации в прессформе.

В результате экспериментального определения конструктивных параметров мембраны, жесткого центра и деталей заделки практически исключено изменение эффективной площади мембраны при изменении внутреннего давления, в опорах (в диапазоне хода h = ±  3 мм).

Таблица 2.2.

NN

П/П

Наименование

мембраны

Толщина мембранного полотна

Форма мембраны

Форма мембраны в рабочем положении

Собственная жесткость мембраны

Участок рабочего хода с линейной хар-кой жесткости

Полная жёсткость мембраны при нагретом

Fp = 4кг

1

Ø120/М1

0,45 мм

2 г/мм

6 мм

90 г/мм

2

Ø120/М2

0,45 мм

2 г/мм

8 мм

120 г/мм

3

Ø120/М3

0,45 мм

5 г/мм

3 мм

80 г/мм

4

Базовая конструкция

0,55 мм

25 г/мм

3мм

200 г/мм

Рис. 2.1. Конструкция мембранной опоры

На рис. 2.2 приведен пример графо-аналитической коррекции, фиксируемых на стенде параметров испытываемых опор. Для получения действительных значений высоты "аттестуемой" опоры, из измеренных значений высоты "аттестуемой" опоры необходимо вычесть соответствующие изменения высоты "эталонной"  опоры. При аттестационных испытаниях всего комплекта опор системы разгрузки изменения высоты "эталонной" опоры определяются от единой технологической базы, что снижает погрешности аттестационных измерений.

На рис. 2.2 разброс точек характеристики Fp-f(h) аттестуемой опоры после введения коррекции значительно уменьшается. Расхождение ветвей характеристики  Fp -f(h)   при нагружении и снятии нагрузки объясняется тем, что временные интервалы данной характеристики, выдерживаемые при изменении нагрузки,  оказались недостаточными для полной релаксации внутренних напряжении в материале мембраны.

На рис. 2.3 показан график изменения высоты той же опоры при изменении внешней нагрузки при более длительном времени отстоя в точках изменений нагрузки после введения соответствующей коррекции по "эталонной" опоре.

Полученная характеристика не имеет релаксационных задержек и соответствует полной обработке перемещения мембраны от изменения приложенной нагрузки.

При совмещения графиков рис. 2.2 и рис. 2.3 получен график рис. 2.4, по которому определено соответствие графика полной отработки перемещения среднеарифметическим значениям точек ветвей нагружения и снятия нагрузки при наличии релаксационных задержек в отработке перемещений мембраной.

На основании этого возможно применить графически метод определения действительной характеристики мембранной опоры по характеристикам ускоренных аттестационных измерений имеющих релаксационные задержки отработки перемещения.

Рисунок 2.2. Пример графо-аналитической коррекции, фиксируемых на стенде параметров испытываемых опор

Рис. 2.3. График изменения высоты опоры при изменении внешней нагрузки

Рис. 2.4. График отработки перемещений мембраны

  1.  Конструктивные характеристики мембранно-пневматической опоры.

Мембранно-пневматическая опора является основной функциональной частью устройства (рис. 2.5). Опора  состоит из корпуса 1, имеющего в центре глухое отверстие, предназначенное для базирования опоры на верхней плоскости узла установки мембранно-пневматической опоры, мембраны 2 и уплотнительного кольца 3. К тарельчатой части мембраны приклеен жесткий центр 4, который в рабочем положении мембраны контактирует элементами приклеенных разгрузочных опор зеркала.

Рис. 2.5. Конструкция осевой опоры

2.3.  Процесс процедуры аттестации мембранно-пневматической опоры

2.3.1. Конструкция стенда аттестации опор

Назначение:

Система технологической разгрузки зеркала  обеспечивает  деформационные  изменения формы поверхности зеркала в процессе технологического и аттестационного контроля  в  допустимых пределах,  меньших по амплитуде, чем требуемый размах ошибок поверхности обрабатываемого зеркала.

В результате проведенной работы  собрана технологическая оправа для доводки и аттестации разнотолщинного мениского крупногабаритного зеркала  диаметром 1715 мм.

Мембранно-пневматические элементы оправы выдерживают нагрузку на опору до 100 кг и обеспечивают погрешность разгружающих усилий торцевой разгрузки не более  10 г.

Стенд для аттестации мембранно-пневматических элементов обеспечивает отклонение базовой плоскости от горизонтальности не более 0.1 мм/м, обеспечивает измерение высоты опоры с точностью не хуже 0.01 мм, снабжен системой подачи сжатого воздуха и системой стабилизации положения  опоры  относительно  базовой  плоскости, аналогичной системе стабилизации оправы контролируемого зеркала.

Оправа системы  разгрузки  тонкого  зеркала  менисковой формы эксплуатируется  в  закрытом  помещении  на  оптическом   станке АД-2000 в стенде вертикального контроля. В соответствии с разработанной технической документацией, она обеспечивает  базирование и  сохранение  относительно  оправы  пространственного положения  зеркала менисковой формы диаметром 1715 мм при контроле.

Мембранно-пневматические опоры располагаются на соответствующей высоте, на заданных диаметрах относительно оси зеркала:

    D1 – 573.4 мм   9 шт.

    D2 – 794.0 мм   18 шт.

    D3 – 1036.0 мм   18 шт.

    D4 – 1267.0   мм   18 шт.

    D5 – 1559.0 мм 18 шт.

       Всего 63 опоры.

Оправа системы  разгрузки  тонкого  зеркала  содержит систему стабилизации положения зеркала,  обеспечивающую сохранение  его пространственного положения относительно оправы. Она обеспечивает погрешность разгружающих усилий осевой разгрузки  не  более 10 г,  обеспечивает погрешность стабилизации положения зеркала до 0.1 мм и обеспечивает нормальные режимы работы при температуре окружающей среды в диапазоне 20 5С.

Состав стенда:

Стенд (рис. 2.6) предназначен для определения рабочих характеристик мембранных опор пневматических оправ  крупногабаритных оптических деталей, с целью их дооснащения компенсационными пластинами и последующей установкой в технологическую оправу.

Рис. 2.6.

  1.  Стол
  2.  Несущая плита (материал ситалл СО-115М)
  3.  Чаша с грузами (три поз.)
  4.  Эталонная опора
  5.  Аттестуемая опора
  6.  Индикаторы часового типа
  7.  Датчик системы  стабилизации рабочего давления
  8.  Регулятор  подачи воздуха
  9.  Блок автоматической системы  стабилизации рабочего давления

Назначение элементов стенда:

  1.  Стол предназначен для крепления несущей плиты и блока автоматической системы  стабилизации рабочего давления. Стол установлен на виброизоляционные опоры.
  2.  Несущая плита выполнена из ситалла СО-115М. Рабочие участки плиты в зонах установки мембранных опор имеют отступления от плоскости не более 1 мкм. Плита снабжена металлическими площадками для установки исполнительных устройств. Плита имеет отверстия для чаш.
  3.  Чаша с грузами предназначена для создания рабочей нагрузки на опору.
  4.  Эталонная опора предназначена для проведения компенсационного метода измерений, когда исключается влияние внешних дестабилизирующих факторов.
  5.  Аттестуемая опора является сменным элементом. По результатам измерений  высот опор рассчитываются компенсирующие пластины под опоры, необходимых для создания одинаковых реактивных усилий в опорах  в рабочем состоянии.
  6.  Индикатор предназначен для измерения высот эталонной и аттестуемой опор в процесс работы стенда.
  7.  Датчик системы  стабилизации рабочего давления предназначен для прекращения подачи воздуха в опоры  при достижении номинального давления. Это позволяет проводить независимые во времени  измерения рабочих характеристик опор.
  8.  Регулятор подачи воздуха производит независимое наполнение опор от магистрали сжатого воздуха.
  9.  Блок автоматической системы  стабилизации рабочего давления производит впуск или выпуск воздуха для точной установки номинального давления в опорах. Включает в себя: опору, чашу с грузами, систему пневмоклапанов, электронные реле, плату управления, блок питания (24V).

2.3.2. Порядок работы стенда

  1.  На базовую поверхность стола под датчик системы  стабилизации рабочего давления установить набор калиброванных плиток высотой H0.
  2.  Произвести установку датчика на высоте H0. 
  •  Включить блок питания.
  •  Закрыть вентили регулятора подачи воздуха.
  •  Закрепить датчик в нейтральном положении (загорание зеленой лампочки).
  •  Установить опору системы стабилизации (ОСС).
  •  Открыть вентиль ОСС.
  •  Загорание зеленой лампочки свидетельствует о достижении номинального давления в системе.
  •  Контроль правильной установки ОСС осуществляется индикатором.
  1.  Произвести измерение высоты положения жестких центров эталонной и аттестуемой опор.
  •  Установить эталонную и аттестуемую опоры на базовые поверхности блоков измерения эталонной и аттестуемой опор соответственно. В качестве эталонной использовать любую опору из комплекта системы разгрузки.
  •  Надеть соединительные трубки на штуцеры опор, открыть запорные вентили и заполнить опоры сжатым воздухом.
  •  Выдержать опоры на стенде при данных условиях в течение не менее 1 часа.
  •  Произвести 4 измерения положения жесткого центра HЭТ.i для эталонной и 4 измерения положения жесткого центра HАТ.i  для аттестуемой опор.
  •  Перекрыть запорный вентиль аттестуемой опоры, снять соединительные трубки с её штуцера и снять аттестуемую опору со стенда.
  •  Произвести измерения следующей аттестуемой опоры, повторив действия по п.3.
  1.  По результатам измерений всей партии опор определить максимальный и минимальный отсчеты положения жесткого центра эталонной опоры и определить их среднее арифметическое значение:

- Вычислить корректированные значения Hкорр.i  положений жестких центров аттестуемых опор по формуле:

Hкорр.i= HАТ.i + HЭТ.ср. - HЭТ.i

  •  Определить среднеарифметическое значение Hкорр.ср.  полученных значений Hкорр.i для каждой из аттестуемых опор.
  •  Вычислить фактические значения Hоп  высоты аттестуемых опор по формуле:

Hоп = H0 - Hкорр.ср

  •  Рассчитать высоту компенсатора для каждой опоры системы разгрузки по формуле:

Hк = Hнастр - Hоп ,

Hк - высота компенсатора для каждой опоры системы разгрузки;

Hнастр - расстояние от верхней плоскости оправы до тыльной поверхности зеркала (назначается из конструктивных соображений).

  1.  Результаты измерений оформить в виде протоколов.

- Приложение №1

- Приложение №2

Точностные характеристики:

Стенд обеспечивает проведение линейных измерений с общей погрешностью 0.015мм, что обеспечивает рассогласование усилий, создаваемых системой мембранных опор торцевой разгрузки не более 7 грамм.

3. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

3.1. Технические характеристики и составные части оправы

Мембранно-пневматическая оправа состоит из следующих составных частей (таблица 3.1):

Таблица 3.1

Узел

Количество, шт.

План                                                                                          

Площадка для узла установки датчика стабилизации положения

Площадка для узла установки мембранно-пневматической опоры

Площадка для узла технологического подъема

Площадка для узла фиксации

Площадка для транспортирования

Площадка для базировки на станке

Узел установки датчика стабилизации положения

Узел установки мембранно-пневматической опоры

Узел технологического подъема

Узел фиксации

1

1

63

6

6

6

6

1

1

6

6

Вид технологической оправы представлен на рис 3.1.

Технические характеристики оправы представлены в таблице 3.2

Таблица 3.2

Диаметр подложки

2000 mm 

Высота подложки с зеркалом

500 мм 

Масса подложки

2400 kg

Размеры изготавливаемой детали:

наружный диаметр

толщина

1715 мм

30-110  мм

Тип осевой разгрузки

пневматический, мембранный с автоматической стабилизацией положения зеркала

Количество опор осевой разгрузки

63

Погрешность разгружающих усилий

осевой  разгрузки не более

±10 g

Погрешность стабилизации положения зеркала

0.1 mm

Напряжение электросети в системе стабилизации

положения зеркала (частота 50 гц)

220 V

Напряжение в цепи управления системой стабилизации положения зеркала (постоянный ток)

24 V

Рисунок  3.1. Технологическая оправа для зеркала Т-170

Расположение опор разгрузки зеркала представлено в таблице 2.3

Таблица 2.3

Номер окружности расположения опор

Диаметры окружностей расположения опор, мм

Количество опор на окружности

1

573.4

9

2

794.0

18

3

1036.0

18

4

1267.0   

18

1559.0

18

3.2. Нормальные условия эксплуатации

Для нормальной эксплуатации оправы необходимо соблюдение следующих основных условий:

- Оправа должна эксплуатироваться в закрытом помещении на столе оптического станке  АД-2000, столе шлифовально-полировального станка и в стенде вертикального контроля.

- Условия эксплуатации должны соответствовать температуре окружающей среды от +18° до +25° С).

  1.  Устройство и принцип работы

Основной базовой деталью оправы является план (рис. 3.3). Верхняя поверхность плана служит для установки площадок под механизмы исполнительных узлов оправы.

Мембранно-пневматическая опора является основной функциональной частью устройства (рис. 3.1).

Датчик стабилизации положения является электромеханическим устройством, предназначенным для управления пневмосистемой с целью поддержания стабильного положения зеркала при проведении контроля.

Узлы технологического подъема – винты (рис. 3.4),  имеющие регулировку в осевом  направлении, используются при установке зеркала на оправу для предотвращения повреждения мембранно-пневматических опор, при транспортировке и обработке для фиксации зеркала от перемещения в осевом направлении. Узлы имеют антифрикционные прокладки контактирующие с тыльной поверхностью зеркала при его установке и центрировании в оправе.

Узлы фиксации (рис. 3.5) - кронштейн с винтом,  имеющий регулировку в радиальном направлении, используются для центрирования зеркала и его фиксации при транспортировке.

Пневмосистема технологической оправы состоит из 63 мембранно-пневмотических  осевых опор, соединенных между собой трубопроводом. Пневмосистема соединена с системой стабилизации положения зеркала.

Система стабилизации положения зеркала обеспечивает сохранение его пространственного положения относительно оправы. Система настроена на поддержание линейного параметра Н = const (рис. 3.1).

Рисунок  3.1. Осевая опора

Рисунок 3.2. Зеркало на оправе

  1.  Принцип работы технологической оправы

Сохранение стабильности формы рабочей поверхности зеркала обеспечивается за счет приложения к его тыльной поверхности равных реактивных усилий, которые развиваются системой осевых мембранно-пневматических опор разгрузки, расположенных в расчетных точках. Минимальная величина рассогласования опорных усилий обеспечивается аттестацией и настройкой всех опор системы, которая заключается в установке жестких центров опор в номинальное положение Н (рис. 2.1). Настройкой компенсируются погрешности изготовления и сборки опор.

Рис. 3.3.  Оправа в сборе

Рисунок 3.4. Узел технологического подъема

Рисунок 3.5. Узел фиксации

Обеспечение постоянства параметра  Н в пневмосистеме мембранно-пневматических опор разгрузки при изменяющихся внешних условиях (атмосферное давление, температура) осуществляется блоком стабилизации положения зеркала, управляемым датчиком стабилизации положения.

  1.  Меры безопасности

Захват, подъем, транспортирование оправы производить с использованием грузоподъемных средств оптического цеха.

К работе с оправой допускаются лица, прошедшие обучение на рабочем месте и изучившие правила эксплуатации.

Оправа заземляется  и подключается к общей системе заземления цеха.

  1.  Подготовка к работе

Установить технологическую оправу на рабочее место. Выставить верхнюю (базовую) плоскость основания  в горизонтальное положение с  помощью  уровня. Отклонение от горизонтальности должно быть не более 0.1 мм/м.

Подключить оправу к общей системе заземления цеха.

Выставить три жесткие торцевые опоры узла технологического подъема в размер H1 мм, на  0.5 мм меньше расчетного (H1 = Н – 0.5) от верхней плоскости основания оправы.

Произвести контрольное взвешивание зеркала, установленного в грузозахватное устройство, с помощью весов крановых. Зафиксировать вес зеркала с грузозахватным устройством (М – вес зеркала с грузозахватным устройством).

Не снимая зеркало, установленное в грузозахватное устройство, с весов крановых произвести его опускание на три жесткие осевые опоры узла технологического подъема до достижения веса (М – 275) 25 кг,  тем самым предотвращая возможность перегрузки зеркала.

Установить три узла фиксации зеркала (рис. 3.5).

Центрировать зеркало относительно оси оправы, используя винты узла фиксации зеркала.

Используя измерительное приспособление произвести замеры расстояния между образующей зеркала М1 и торцевыми поверхностями корпусов мембран. По результатам замеров произвести центрировку устройства относительно образующей зеркала М1. Завершить операцию центрировки по достижении разницы показаний измерительного приспособления не превышающей 0.1 мм. Угловая ориентация зеркала осуществляется по нуль-марке зеркала М1, которая совмещается с меткой на подложке с точностью 0.5 мм.

Произвести полное опускание зеркала краном.

Удалить грузозахватное устройство.

Подготовить к работе систему стабилизации:

- подключить систему стабилизации к источникам питания: реле электронное - к сети  переменного тока 220 В, 50 Гц; блок пневмоклапанов - к сети постоянного тока 24 В;

- подключить систему стабилизации к источнику сжатого воздуха 49 kPa ± 30%.

  1.  Порядок работы

Зеркало должно находиться на мембранно-пневматических опорах системы разгрузки технологической оправы в следующих случаях:

- выдержке перед оптическим контролем;

- во время проведения оптического контроля в вертикальной схеме.

Система стабилизации положения зеркала должна быть включена:

- два раза в сутки через каждые 12 часов на период 5-10 мин при длительном хранении зеркала;

- за 1 час до проведения оптического контроля формы поверхности зеркала.

  1.  Контроль за работой технологической оправы

При    включении    системы    стабилизации    осуществляется визуальный контроль за работой системы, по включению индикаторных ламп на панели электронного реле и срабатыванию пневмоклапанов.

Срабатывание клапанов и переключение лампочек сразу после включения системы с последующим снижением частоты срабатывания и стабилизацией системы (включение зеленой лампочки на панели реле) свидетельствует о нормальной работе системы.

При включенной индикаторной лампе (красного цвета) напуска воздуха в пневмосистему на панели электронного реле  визуально контролируется отсутствие зазора между наконечником датчика системы стабилизации и тыльной поверхностью зеркала. При появлении зазора немедленно отключается система стабилизации.

Непрекращающееся включение клапанов и переключение лампочек свидетельствует о разгерметизации пневмосистемы оправы. В этом случае необходимо восстановить герметичность системы.

После устойчивого включения зеленой лампочки на панели электронного реле (5 минут после включения системы) возможны отдельные редкие срабатывания клапанов от внешних воздействий (вибрация, прикосновение к зеркалу), что не является показателем неисправности.

После выключения системы зеркало должно в течение суток незначительно изменять свое пространственное положение. Значительное изменение пространственного положения (до касания жестких опор) свидетельствует о разгерметизации системы.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

3.2.  Результат аттестации опор

Протокол аттестации мембранно-пневматических опор, используемых для разгрузки главного зеркала проекта ARIES диаметром 3700 мм, выполненной в соответствии с описанной методикой измерений, представлен в таблице 3.3.

Таблица 3.3.

№ опоры

№ измерений

H Атт. i (мм)

H ср. i (мм)

H Корр. i (mm)

H Корр. ср. (мм)

136

1

38,23

38,99

38,24

38,22

2

38,22

39,02

38,20

3

38,21

38,99

38,22

4

38,22

38,99

38,23

194

1

37,26

39,00

37,26

37,27

2

37,29

39,02

37,27

3

37,27

39,01

37,26

4

37,28

39,01

37,27

144

1

37,29

38,98

37,31

37,28

2

37,28

38,98

37,30

3

37,28

39,01

37,27

4

37,28

39,03

37,25

284

1

38,51

39,01

38,50

38,50

2

38,49

39,01

38,48

3

38,52

38,98

38,54

4

38,48

38,99

38,49

3

1

39,47

38,97

39,50

39,49

2

39,48

38,99

39,49

3

39,48

38,97

39,51

4

39,45

38,98

39,47

61

1

38,3

39

38,30

38,29

2

38,29

38,99

38,30

3

38,29

39,00

38,29

4

38,27

38,99

38,28

137

1

38,06

39,01

38,05

38,07

2

38,05

39

38,05

3

38,08

38,99

38,09

4

38,08

39,01

38,07

135

1

37,65

39,01

37,64

37,63

2

37,65

39,02

37,63

3

37,63

39,00

37,63

4

37,63

39,00

37,63

83

1

37,87

38,99

37,88

37,89

2

37,91

39,03

37,88

3

37,92

39,01

37,91

4

37,87

38,97

37,90

107

1

37,29

39,01

37,28

37,29

2

37,31

39,01

37,30

3

37,33

39,02

37,31

4

37,29

39,01

37,28

65

1

37,37

39,01

37,36

37,37

2

37,39

39,00

37,39

3

37,40

39,02

37,38

4

37,35

39,00

37,35

48

1

37,78

39,01

37,77

37,77

2

37,75

39,02

37,73

3

37,81

39,03

37,78

4

37,78

39,00

37,78

122

1

37,95

39,03

37,92

37,93

2

37,96

39,04

37,92

3

37,98

39,03

37,95

4

37,97

39,05

37,92

214

1

38,63

39,02

38,61

38,63

2

38,63

38,99

38,64

3

38,66

38,99

38,67

4

38,62

39,01

38,61

178

1

36,65

38,99

36,66

36,65

2

36,67

38,99

36,68

3

36,63

38,98

36,65

4

36,63

39,02

36,61

63

1

38,75

39,00

38,75

38,75

2

38,73

39,02

38,71

3

38,76

39,01

38,75

4

38,79

39,02

38,77

77

1

37,80

38,99

37,81

37,83

2

37,83

38,97

37,86

3

37,80

39,00

37,80

4

37,80

38,97

37,83

126

1

38,05

39,00

38,05

38,05

2

38,06

38,99

38,07

3

38,03

39,00

38,03

4

38,05

38,99

38,06

47

1

37,02

39,00

37,02

37,02

2

37,03

39,01

37,02

3

37,05

39,00

37,05

4

37,00

39,00

37,00

76

1

39,48

39,00

39,48

39,46

2

39,46

38,99

39,47

3

39,46

39,03

39,43

4

39,46

38,99

39,47

180

1

36,62

38,99

36,63

36,61

2

36,61

39,00

36,61

3

36,61

39,02

36,59

4

36,61

39,00

36,61

75

1

39,21

39,00

39,21

39,20

2

39,20

39,01

39,19

3

39,18

39,00

39,18

4

39,23

39,03

39,20

171

1

37,47

38,96

37,51

37,49

2

37,50

39,02

37,48

3

37,46

38,97

37,49

4

37,47

38,98

37,49

159

1

37,63

38,99

37,64

37,63

2

37,62

38,98

37,64

3

37,60

38,97

37,63

4

37,58

38,98

37,60

256

1

39,35

39,01

39,34

39,35

2

39,35

38,98

39,37

3

39,35

39,00

39,35

4

39,34

39,00

39,34

145

1

38,30

39,00

38,30

38,30

2

38,29

38,99

38,30

3

38,28

38,98

38,30

4

38,33

39,02

38,31

57

1

38,23

39,00

38,23

38,20

2

38,18

39,00

38,18

3

38,20

39,00

38,20

4

38,20

39,00

38,20

150

1

37,10

38,99

37,11

37,10

2

37,12

38,99

37,13

3

37,08

39,02

37,06

4

37,09

38,98

37,11

123

1

38,30

39,00

38,30

38,29

2

38,31

39,02

38,29

3

38,29

38,98

38,31

4

38,27

39,01

38,26

67

1

38,57

39,02

38,55

38,57

2

38,58

39,00

38,58

3

38,56

39,01

38,55

4

38,59

39,00

38,59

60

1

37,47

39,00

37,47

37,45

2

37,44

39,03

37,41

3

37,44

38,99

37,45

4

37,45

39,00

37,45

51

1

38,61

39,01

38,60

38,61

2

38,63

39,01

38,62

3

38,61

39,00

38,61

4

38,61

39,00

38,61

85

1

37,76

39,00

37,76

37,75

2

37,77

39,01

37,76

3

37,75

39,00

37,75

4

37,73

39,00

37,73

167

1

39,48

38,99

39,49

39,48

2

39,50

39,03

39,47

3

39,48

39,02

39,46

4

39,48

39,00

39,48

79

1

37,10

38,97

37,13

37,11

2

37,13

39,01

37,12

3

37,08

39,00

37,08

4

37,09

38,98

37,11

56

1

38,55

38,97

38,58

38,58

2

38,59

38,99

38,60

3

38,58

38,97

38,61

4

38,56

39,02

38,54

185

1

37,63

39,04

37,59

37,64

2

37,64

39,01

37,63

3

37,67

39,01

37,66

4

37,66

39,00

37,66

39

1

38,22

38,98

38,24

38,20

2

38,21

39,02

38,19

3

38,20

39,01

38,19

4

38,20

39,02

38,18

64

1

37,71

39,00

37,71

37,69

2

37,69

39,02

37,67

3

37,67

39,02

37,65

4

37,69

38,98

37,71

102

1

37,40

39,00

37,40

37,36

2

37,36

39,00

37,36

3

37,35

39,01

37,34

4

37,36

39,03

37,33

173

1

37,37

39,02

37,35

37,38

2

37,39

38,97

37,42

3

37,41

39,01

37,40

4

37,36

39,00

37,36

129

1

39,02

38,97

39,05

39,02

2

39,02

38,98

39,04

3

39,03

38,99

39,04

4

38,98

39,02

38,96

52

1

37,75

39,01

37,74

37,77

2

37,76

39,01

37,75

3

37,79

39,00

37,79

4

37,78

39,00

37,78

191

1

37,48

39,01

37,47

37,48

2

37,51

39,03

37,48

3

37,50

39,00

37,50

4

37,48

39,02

37,46

34

1

38,64

38,99

38,65

38,62

2

38,58

38,97

38,61

3

38,59

38,98

38,61

4

38,59

38,97

38,62

74

1

38,77

39,01

38,76

38,76

2

38,77

39,02

38,75

3

38,78

39,04

38,74

4

38,79

39,02

38,77

59

1

37,77

39,02

37,75

37,77

2

37,79

38,98

37,81

3

37,77

39,01

37,76

4

37,75

39,00

37,75

72

1

39,09

39,00

39,09

39,06

2

39,04

39,00

39,04

3

39,04

39,01

39,03

4

39,06

38,98

39,08

46

1

37,38

38,97

37,41

37,36

2

37,35

39,01

37,34

3

37,36

39,00

37,36

4

37,35

39,01

37,34

82

1

37,99

39,00

37,99

37,99

2

37,97

39,01

37,96

3

37,99

39,00

37,99

4

37,99

38,98

38,01

58

1

37,14

38,98

37,16

37,14

2

37,16

39,01

37,15

3

37,12

39,00

37,12

4

37,14

39,00

37,14

182

1

37,49

38,99

37,50

37,46

2

37,46

39,00

37,46

3

37,45

39,01

37,44

4

37,45

39,00

37,45

81

1

37,67

39,03

37,64

37,64

2

37,63

38,99

37,64

3

37,63

39,01

37,62

4

37,65

39,01

37,64

66

1

38,03

39,01

38,02

38,03

2

38,04

39,02

38,02

3

38,03

38,98

38,05

4

38,02

39,01

38,01

62

1

38,61

39,01

38,60

38,60

2

38,63

39,02

38,61

3

38,58

39,01

38,57

4

38,60

39,00

38,60

6

1

39,10

39,00

39,10

39,08

2

39,08

39,00

39,08

3

39,06

39,01

39,05

4

39,09

39,02

39,07

190

1

37,92

38,98

37,94

37,90

2

37,92

39,00

37,92

3

37,88

38,99

37,89

4

37,87

39,01

37,86

204

1

37,22

39,00

37,22

37,22

2

37,24

39,01

37,23

3

37,20

39,01

37,19

4

37,23

39,01

37,22

208

1

37,79

39,03

37,76

37,80

2

37,83

39,01

37,82

3

37,82

39,00

37,82

4

37,79

39,01

37,78

133

1

36,55

39,02

36,53

36,54

2

36,56

39,00

36,56

3

36,54

39,00

36,54

4

36,54

39,01

36,53

5

1

39,03

39,01

39,02

39,01

2

39,00

38,98

39,02

3

38,98

39,00

38,98

4

39,01

39,00

39,01

73

1

37,03

39,01

37,02

37,02

2

37,03

39,02

37,01

3

37,00

38,98

37,02

4

37,02

38,98

37,04

69

1

37,86

38,99

37,87

37,87

2

37,86

39,00

37,86

3

37,87

38,98

37,89

4

37,87

39,00

37,87

26

1

39,18

39,01

39,17

39,15

2

39,15

39,00

39,15

3

39,15

39,01

39,14

4

39,14

38,99

39,15

140

1

38,65

39,00

38,65

38,65

2

38,66

39,00

38,66

3

38,62

38,99

38,63

4

38,65

38,99

38,66

70

1

38,93

39,00

38,93

38,95

2

38,94

39,02

38,92

3

38,97

39,00

38,97

4

38,97

39,00

38,97

172

1

37,34

39,01

37,33

37,33

2

37,34

38,97

37,37

3

37,33

38,99

37,34

4

37,30

39,02

37,28

49

1

38,04

39,00

38,04

38,03

2

38,05

39,01

38,04

3

38,03

39,01

38,02

4

38,03

39,00

38,03

169

1

38,30

39,00

38,30

38,29

2

38,29

38,99

38,30

3

38,27

38,99

38,28

4

38,29

39,00

38,29

168

1

36,87

39,03

36,84

36,88

2

36,90

39,01

36,89

3

36,89

39,00

36,89

4

36,89

38,98

36,91

183

1

37,66

38,98

37,68

37,65

2

37,65

38,98

37,67

3

37,63

39,00

37,63

4

37,63

39,00

37,63

ОАО «ЛЗОС» по контракту с фирмой AMOS выполняет работы по изготовлению главного и вторичного зеркал  телескопа DOT (Devasthal Optical Telescope) для ARIES  (Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences). Главное зеркало имеет  диаметр 3700 мм, вершинный радиус  14639 мм  (F/1.96), коническую константу -1.03296, асферичность 111 мкм.

Требуемое отклонение волнового фронта по спецификации – 40 нм (среднеквадратичное отклонение волнового фронта, RMS(W)).

Именно для этого зеркала рассматривается технологическая система разгрузки. Зеркало разгружается на 69 мембранно-пневматических опорах (рис. 4.1), центры которых совпадают с центрами приклеенных к тыльной поверхности зеркала инваровых элементов. Эти инваровые элементы являются упорами, через которые передается силовое воздействие  на зеркало, установленное в  штатной оправе телескопа, для активного управления банным зеркалом.

Как было описано, мембраны аттестуются на определенную рабочую высоту и при использовании их для разгрузки зеркала рассчитываются компенсаторы, чтобы обеспечить одинаковое усилие в точке их приложения к зеркалу. Высота мембраны с компенсатором должна сохраняться с точностью в 0.02-0.03 мм.  Для проверки работоспособности оправы и доказательства того факта, что зеркало разгружается на оправе с точностью более высокой, чем требуется по спецификации на готовое зеркало, зеркало поворачивают на оправе на 60 или 120 градусов, снова устанавливают на оправу и контролируют полученный волновой фронт. Если изменения формы волнового фронта лежат в пределах спецификации, то это означает, что разгрузка дает надежное разгруженное состояние зеркала.

Что касается главного зеркала ARIES M1, то заготовка его была изготовлена фирмой SCHOTT, в том числе и площадки, на которые приклеены инваровые элементы. Сами площадки изготовлены с точностью ±0.5 мм. Поэтому, при развороте зеркала на 60 или 120 градусов возникает разновысотность мембранных опор, что приведет к деформациям зеркала.

Расчеты разгруженного состояния зеркала на штатной разгрузке были выполнены как в AMOS, так и в ОАО «ЛЗОС» и показали сходные значения. Расчеты деформаций зеркала на технологической мембранно-пневматической разгрузке показали некоторое различие – возникает зональная ошибка на поверхности детали. Было принято решение – выполнять обработку зеркала на технологической разгрузке, а зональную ошибку вычитать.

4.1 Анализ деформации зеркала на мембранно-технологической разгрузке в основном положении

Фома поверхности зеркала контролируется интерферометром с корректором волнового фронта. Корректор волнового фронта преобразует плоский волновой фронт в асферический, в соответствии с формой поверхности, отраженный фронт снова возвращается в интерферометр и сравнивается с плоским эталонным волновым фронтом. (рис. 4.2).

На рис. 4.3. представлена форма волнового фронта отраженного от зеркала на штатной разгрузке зеркала в телескопе, выполненная заказчиком, фирмой AMOS. Среднеквадратичеая ошибка поверхности (RMS) составляет 9.102 нм. Данные расчеты были проверены и пересчитаны. Результаты представлены на рис. 4.4. Среднеквадратичная ошибка волнового фронта (RMS(W)=0.021 ) равна  6.6 nm, что близко к значениям, полученным AMOS.

Рисунок 4.1. Схема расположения 69 инваровых элементов,  которые базируются на мембранно-технологической разгрузке

а)

б)

в)

Рисунок 4.2. Контроль формы поверхности зеркала   c интерферометром с  корректором волнового фронта: а) схема контроля; б) корректор волнового фронта; в)  интерферометр с корректором.

На рис. 4.5 представлены результаты расчета деформаций волнового фронта при помещении зеркала на технологическую разгрузку в те же точки детали. В этом случае ошибка волнового фронта RMS(W)=0.097 , что составляет величину 30.7 нм на поверхности детали.

Появление зональной ошибки на детали объясняется следующим образом. На штатной разгрузке используются неодинаковые силы реакции в точках приложения усилий, а на мембранно-пневматической оправе они одинаковые. За вычетом данной зональной ошибки карта волнового фронта такая же, как для случая штатной разгрузки (рис. 4.4).

Рисунок 4.3. Расчетная  форма волнового фронта зеркала на штатной разгрузке

Для данного случая рассчитаны компенсаторы для мембранно-пневматических опор зеркала, задача которых получить разгруженное состояние зеркала, близкое к представленному на рис. 4.4.

Результаты расчетов представлены в таблице 4.1. В таблице  приведены  высоты опор технологической оправы от базовой плоскости (2-я колонка). Самая низкая площадка в 4-м ряду взята за «0» и в 3-й колонке приведены значения высот относительно нулевой площадки. В скобках приведена поправка к данной высоте, которую необходимо добавить к величине компенсатора. В 5-й колонке приведены высоты площадок детали (в соответствии с сертификатом SCHOTT, рис. 4.6). Все они находятся ниже номинального уровня и поэтому данную поправку необходимо вычесть из высоты  компенсаторов.

Рисунок 4.4. Расчетная интерферограмма и карта волнового фронта на штатной разгрузке  (внешний диаметр 3600 мм, внутренний 1166 мм). Основные регулярные ошибки исключены.

Рисунок 4.5 Расчетная карта волнового фронта на пневмоопорах  (внешний диаметр 3600 мм, внутренний 1166 мм). RMS(W)=0.097 .

Рисунок 4.6. Пример величин высот площадок на заготовке главного зеркала ARIES, Target Value – требуемая высота площадки, Actual Value- действительная высота площадки.

Таблица 4.1

№ опоры

Высота опор

(mm)

Поправка высоты относительно уровня 4-го ряда, (мм)

 dh1 

Высоты площадок (мм)

Поправка высоты (мм)

dh2

1 ряд

1

177.10

86.30 (0.70)

96.90

-0.10

2

177.09

86.29 (0.71)

96.91

-0.09

3

177.07

86.27 (0.73)

96.91

-0.09

4

177.10

86.30 (0.70)

96.92

-0.08

5

177.10

86.30 (0.70)

96.91

-0.09

6

177.12

86.32 (0.68)

96.94

-0.06

7

177.12

86.32 (0.68)

96.94

-0.06

8

177.10

86.30 (0.70)

96.95

-0.05

9

177.15

86.35 (0.65)

96.84

-0.16

10

177.10

86.30 (0.70)

96.56

-0.44

11

177.10

86.30 (0.70)

96.92

-0.08

12

177.11

86.31 (0.69)

96.91

-0.09

13

177.11

86.31 (0.69)

96.64

-0.36

14

177.13

86.33 (0.67)

96.58

-0.42

15

177.10

86.30 (0.70)

96.64

-0.36

16

177.09

86.29 (0.71)

96.51

-0.49

17

177.14

96.34 (0.66)

96.62

-0.38

18

177.15

86.35 (0.65)

96.59

-0.41

19

177.10

86.30 (0.70)

96.78

-0.22

20

177.11

86.31 (0.69)

96.83

-0.17

21

177.12

98.32 (0.68)

96.86

-0.14

22

177.12

86.32 (0.68)

96.87

-0.13

23

177.10

86.30 (0.70)

96.88

-0.12

24

177.10

86.30 (0.70)

96.90

-0.10

2 ряд

25

143.49

52.69 (-0.19)

62.17

-0.33

26

143.51

52.71 (-0.21)

62.21

-0.29

27

143.51

52.71 (-0.21)

62.14

-0.36

28

143.44

53.44 (0.06)

62.13

-0.37

29

143.52

52.72 (-0.22)

62.46

-0.04

30

143.50

52.70 (-0.20)

62.46

-0.04

31

143.50

52.70 (-0.20)

52.46

-0.04

32

143.45

52.65 (-0.15)

62.09

-0.41

33

143.45

52.65 (-0.15)

62.14

-0.36

34

143.50

52.70 (-0.20)

62.21

-0.29

35

143.50

52.70 (-0.20)

62.47

-0.03

36

143.45

52.65 (-0.15)

62.34

-0.16

37

143.47

52.67 (-0.17)

62.27

-0.33

38

143.45

52.65 (-0.15)

62.11

-0.39

39

143.47

52.67 (-0.17)

62.39

-0.11

40

143.49

52.69 (-0.19)

62.29

-0.21

41

143.47

52.67 (-0.17)

62.46

-0.04

42

143.47

62.67 (-0.17)

62.14

-0.36

3 ряд

43

112.85

22.05 (1.45)

33.33

-0.17

44

112.79

21.99 (1.51)

33.23

-0.27

45

112.75

21.95 (1.55)

33.24

-0.26

46

112.75

21.95 (1.55)

33.23

-0.27

47

112.72

21.92 (1.58)

33.06

-0.44

48

112.82

22.02 (1.48)

33.30

-0.20

49

112.69

21.89 (1.61)

33.23

-0.27

50

112.90

22.10 (1.40)

33.34

-0.16

51

112.73

21.93 (1.57)

33.27

-0.23

52

112.80

22.00 (1.50)

33.35

-0.15

53

112.75

21.95 (1.55)

33.26

-0.24

54

112.80

22.00 (1.50)

33.21

-0.29

55

112.74

21.60 (1.90)

33.33

-0.17

56

112.73

21.93 (1.57)

33.25

-0.25

57

112.81

22.01 (1.49)

33.37

-0.13

4 ряд

58

90.85

-0.05

9.93

-0.07

59

90.83

-0.03

9.90

-0.10

60

90.83

-0.03

9.88

-0.12

61

90.84

-0.04

9.69

-0.31

62

90.83

-0.03

9.84

-0.16

63

90.83

-0.03

9.86

-0.14

64

90.81

-0.01

9.87

-0.13

65

90.80

0.00

9.84

-0.16

66

90.80

0.00

9.89

-0.11

67

90.81

-0.01

9.82

-0.18

68

90.82

-0.02

9.91

-0.09

69

90.85

-0.05

9.90

-0.10

В таблице 4.2 приведены номера опор и их гравировка на корпусе (в скобках), измеренная высота мембраны при высоте эталонной мембраны 39.00 мм, вычисленная высота компенсатора 43-Hкорр.ср.. В последней колонке окончательная высота компенсатора после суммирования поправок dh1 и dh2.

Таблица 4.2

Hнастр. = 43 мм

№ опоры

H кор. ср. (мм)

Высота

компенсатора мм

Поправка на высоту опор (мм)

dh1

Поправка на высоту площадок (мм) dh2

Окончательная высота компенсаторов (мм)

1 ряд

1 (1222)

37.93

5.07

0.70

-0.10

5.67

2 (2142)

38.63

4.37

0.71

-0.09

4.99

3 (1362)

38.22

4.78

0.73

-0.09

5.42

4 (1373)

38.07

4.93

0.70

-0.08

5.55

5 (1672)

39.48

3.52

0.70

-0.09

4.13

6 (602)

37.45

5.55

0.68

-0.06

6.17

7 (1442)

37.28

5.72

0.68

-0.06

6.34

8 (632)

38.75

4.25

0.70

-0.05

4.90

9 (1782)

36.65

6.35

0.65

-0.16

6.84

10 (652)

37.37

5.63

0.70

-0.44

5.89

11 (792)

37.11

5.89

0.70

-0.08

6.51

12 (562)

38.58

4.42

0.69

-0.09

5.02

13 (1852)

37.64

5.36

0.69

-0.36

5.59

14 (512)

38.61

4.39

0.67

-0.42

4.64

15 (392)

38.20

4.80

0.70

-0.36

5.14

16 (2843)

38.50

4.50

0.71

-0.49

4.72

17 (1692)

38.29

4.71

0.66

-0.38

4.99

18 (1353)

37.63

5.37

0.65

-0.41

5.61

19 (762)

39.46

3.54

0.70

-0.22

4.02

20 (772)

37.82

5.18

0.69

-0.17

5.70

21 (852)

37.75

5.25

0.68

-0.14

5.79

22 (2562)

39.35

3.65

0.68

-0.13

4.20

23 (1802)

36.61

6.39

0.70

-0.12

6.97

24 (482)

37.77

5.23

0.70

-0.10

5.83

2 ряд

25 (522)

37.77

5.23

-0.19

-0.33

4.71

26 (53)

39.01

3.99

-0.21

-0.29

3.49

27 (1943)

37.27

5.73

-0.21

-0.36

5.16

28 (1232)

38.29

4.71

0.06

-0.37

4.40

29 (672)

38.57

4.43

-0.22

-0.04

4.17

30 (1502)

37.10

5.90

-0.20

-0.04

5.66

31 (1712)

37.49

5.51

-0.20

-0.04

5.27

32 (63)

39.08

3.92

-0.15

-0.41

3.36

33 (752)

39.20

3.80

-0.15

-0.36

3.29

34 (1452)

38.30

4.70

-0.20

-0.29

4.21

35 (1592)

37.63

5.37

-0.20

-0.03

5.14

36 (33)

39.49

3.51

-0.15

-0.16

3.20

37 (1682)

36.88

6.12

-0.17

-0.33

5.62

38 (613)

38.29

4.71

-0.15

-0.39

4.17

39 (622)

38.60

4.40

-0.17

-0.11

4.12

40 (572)

38.20

4.80

-0.19

-0.21

4.40

41 (662)

38.03

4.97

-0.17

-0.04

4.76

42 (812)

37.64

5.36

-0.17

-0.36

4.83

3 ряд

43 (492)

38.03

4.97

1.45

-0.17

6.25

44 (1333)

36.54

6.46

1.51

-0.27

7.70

45 (742)

38.76

4.24

1.55

-0.26

5.53

46 (592)

37.77

5.23

1.55

-0.27

6.51

47 (1832)

37.65

5.35

1.58

-0.44

6.49

48 (722)

39.06

3.94

1.48

-0.20

5.22

49 (1073)

37.29

5.71

1.61

-0.27

7.05

50 (462)

37.36

5.64

1.40

-0.16

6.88

51 (822)

37.99

5.01

1.57

-0.23

6.35

52 (2083)

37.80

5.20

1.50

-0.15

6.55

53 (582)

37.14

5.86

1.55

-0.24

7.17

54 (833)

37.89

5.11

1.50

-0.29

6.32

55 (1822)

37.46

5.54

1.90

-0.17

7.27

56 (1262)

38.05

4.95

1.57

-0.25

6.27

57 (472)

37.02

5.98

1.49

-0.13

7.34

4 ряд

58 (262)

39.15

3.85

-0.05

-0.07

3.73

59 (342)

38.62

4.38

-0.03

-0.10

4.25

60 (1402)

38.65

4.35

-0.03

-0.12

4.20

61 (1292)

39.02

3.98

-0.04

-0.31

3.63

62 (1912)

37.48

5.52

-0.03

-0.16

5.33

63 (702)

38.95

4.05

-0.03

-0.14

3.88

64 (1732)

37.38

5.62

-0.01

-0.13

5.48

65 (2043)

37.22

5.78

0.00

-0.16

5.62

66 (732)

37.02

5.98

0.00

-0.11

5.87

67 (1722)

37.33

5.67

-0.01

-0.18

5.48

68 (1022)

37.36

5.44

-0.02

-0.09

5.33

69 (692)

37.87

5.13

-0.05

-0.10

4.98

4.2.  Анализ деформации зеркала на мембранно-технологической разгрузки с разворотом на 120 градусов.

Для проверки работоспособности оправы и доказательства того факта, что зеркало разгружается на оправе с точностью более высокой, чем требуется по спецификации на готовое зеркало, зеркало поворачивают на оправе на 60 или 120 градусов, снова устанавливают на оправу и контролируют полученный волновой фронт. Если изменения формы волнового фронта лежат в пределах спецификации, то это означает, что разгрузка дает надежное разгруженное состояние зеркала.

С учетом разброса высот в площадках заготовки зеркала был вычислен волновой фронт зеркала, который будет в точ случае, если компенсаторы мембранно-пневматических опор оставить без изменений при развороте зеркала на 120 градусов. Результаты представлены на рис. 4.7. RMS(W) = 0.146, что составляет величину 89.9 нм, что существенно превышает параметры спецификации (40 нм).

Таким образом, при развороте зеркала на 120 градусов необходимо учитывать разновысотность площадок зеркала (±0.5 мм), которые через инваровые элементы базируются на мембранно-технологической оправе, и вычислять новые компенсаторы под мембраны. Поэтому поправка на высоту площадок  dh2 колонка 5 также развернется на 120 градусов и значения компенсаторов будут другие (таблица 4.3).

Таблица 4.3

Hнастр. = 43 мм

№ опоры

H кор. ср. (мм)

Высота

компенса-тора мм

Поправка на высоту опор (мм)

dh1

Поправка на высоту площадок (мм) dh2

Окончатель-ная высота компенсато-ров (мм)

1 ряд

1 (1222)

37.93

5.07

0.70

-0.16

5.61

2 (2142)

38.63

4.37

0.71

-0.44

4.64

3 (1362)

38.22

4.78

0.73

-0.08

5.43

4 (1373)

38.07

4.93

0.70

-0.09

5.54

5 (1672)

39.48

3.52

0.70

-0.36

3.86

6 (602)

37.45

5.55

0.68

-0.42

5.81

7 (1442)

37.28

5.72

0.68

-0.36

6.04

8 (632)

38.75

4.25

0.70

-0.49

4.46

9 (1782)

36.65

6.35

0.65

-0.38

6.62

10 (652)

37.37

5.63

0.70

-0.41

5.92

11 (792)

37.11

5.89

0.70

-0.22

6.37

12 (562)

38.58

4.42

0.69

-0.17

4.94

13 (1852)

37.64

5.36

0.69

-0.14

5.91

14 (512)

38.61

4.39

0.67

-0.13

4.93

15 (392)

38.20

4.80

0.70

-0.12

5.38

16 (2843)

38.50

4.50

0.71

-0.10

5.11

17 (1692)

38.29

4.71

0.66

-0.10

5.27

18 (1353)

37.63

5.37

0.65

-0.09

5.93

19 (762)

39.46

3.54

0.70

-0.09

4.15

20 (772)

37.82

5.18

0.69

-0.08

5.79

21 (852)

37.75

5.25

0.68

-0.09

5.84

22 (2562)

39.35

3.65

0.68

-0.06

4.27

23 (1802)

36.61

6.39

0.70

-0.06

7.03

24 (482)

37.77

5.23

0.70

-0.05

5.88

2 ряд

25 (522)

37.77

5.23

-0.19

-0.04

5.00

26 (53)

39.01

3.99

-0.21

-0.41

3.37

27 (1943)

37.27

5.73

-0.21

-0.36

5.16

28 (1232)

38.29

4.71

0.06

-0.29

4.48

29 (672)

38.57

4.43

-0.22

-0.03

4.18

30 (1502)

37.10

5.90

-0.20

-0.16

5.54

31 (1712)

37.49

5.51

-0.20

-0.33

4.98

32 (63)

39.08

3.92

-0.15

-0.39

3.38

33 (752)

39.20

3.80

-0.15

-0.11

3.54

34 (1452)

38.30

4.70

-0.20

-0.21

4.29

35 (1592)

37.63

5.37

-0.20

-0.04

5.13

36 (33)

39.49

3.51

-0.15

-0.36

3.00

37 (1682)

36.88

6.12

-0.17

-0.33

5.62

38 (613)

38.29

4.71

-0.15

-0.29

4.27

39 (622)

38.60

4.40

-0.17

-0.36

3.87

40 (572)

38.20

4.80

-0.19

-0.37

4.24

41 (662)

38.03

4.97

-0.17

-0.04

4.76

42 (812)

37.64

5.36

-0.17

-0.04

5.15

3 ряд

43 (492)

38.03

4.97

1.45

-0.20

6.22

44 (1333)

36.54

6.46

1.51

-0.27

7.70

45 (742)

38.76

4.24

1.55

-0.16

5.63

46 (592)

37.77

5.23

1.55

-0.23

6.55

47 (1832)

37.65

5.35

1.58

-0.15

6.78

48 (722)

39.06

3.94

1.48

-0.24

5.18

49 (1073)

37.29

5.71

1.61

-0.29

7.03

50 (462)

37.36

5.64

1.40

-0.17

6.87

51 (822)

37.99

5.01

1.57

-0.25

6.33

52 (2083)

37.80

5.20

1.50

-0.13

6.57

53 (582)

37.14

5.86

1.55

-0.17

6.98

54 (833)

37.89

5.11

1.50

-0.27

6.34

55 (1822)

37.46

5.54

1.90

-0.26

7.18

56 (1262)

38.05

4.95

1.57

-0.27

6.25

57 (472)

37.02

5.98

1.49

-0.44

7.03

4 ряд

58 (262)

39.15

3.85

-0.05

-0.16

3.59

59 (342)

38.62

4.38

-0.03

-0.14

4.21

60 (1402)

38.65

4.35

-0.03

-0.13

4.19

61 (1292)

39.02

3.98

-0.04

-0.16

3.78

62 (1912)

37.48

5.52

-0.03

-0.11

5.38

63 (702)

38.95

4.05

-0.03

-0.18

3.84

64 (1732)

37.38

5.62

-0.01

-0.09

5.52

65 (2043)

37.22

5.78

0.00

-0.10

5.68

66 (732)

37.02

5.98

0.00

-0.07

5.91

67 (1722)

37.33

5.67

-0.01

-0.10

5.56

68 (1022)

37.36

5.44

-0.02

-0.12

5.30

69 (692)

37.87

5.13

-0.05

-0.31

4.77

Рисунок 4.7 Расчетная интерферограмма и карта волнового фронта на пневмоопорах  при развороте зеркала на 120 градусов. RMS(W)=0.146 .

4.3 Анализ полученных результатов.

По результатам выполненного анализа формы поверхности зеркала в двух положениях с разворотом детали на мембранно-технологической оправе на 120 градусов можно заключить, что в этом случае необходимо вести перерасчет толщин компенсаторов мембранных опор:

- чтобы скомпенсировать разновысотность площадок на тыльной поверхности зеркала в процессе контроля формы отраженного волнового фронта;

- чтобы разгрузка зеркала на оправе позволила получить форму поверхности зеркала, удовлетворяющую требованиям спецификации на форму поверхности зеркала.

Сравнительные толщины компенсаторов технологических мембран для компенсации разновысотности площадок тыльной поверхности зеркала и установочных площадок самой технологической оправы приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Окончательная высота компенсаторов

(основное положение)

(мм)

Окончательная высота компенсаторов

(разворот на 120 градусов)

(мм)

Окончательная высота компенсаторов

(основное положение)

(мм)

Окончательная высота компенсаторов

(разворот на 120 градусов)

(мм)

1 ряд

2 ряд

5.67

5.61

4.71

5.00

4.99

4.64

3.49

3.37

5.42

5.43

5.16

5.16

5.55

5.54

4.40

4.48

4.13

3.86

4.17

4.18

6.17

5.81

5.66

5.54

6.34

6.04

5.27

4.98

4.90

4.46

3.36

3.38

6.84

6.62

3.29

3.54

5.89

5.92

4.21

4.29

6.51

6.37

5.14

5.13

5.02

4.94

3.20

3.00

5.59

5.91

5.62

5.62

4.64

4.93

4.17

4.27

5.14

5.38

4.12

3.87

4.72

5.11

4.40

4.24

4.99

5.27

4.76

4.76

5.61

5.93

4.83

5.15

4.02

4.15

3 ряд

5.70

5.79

6.25

6.22

5.79

5.84

7.70

7.70

4.20

4.27

5.53

5.63

6.97

7.03

6.51

6.55

5.83

5.88

6.49

6.78

4 ряд

5.22

5.18

3.73

3.59

7.05

7.03

4.25

4.21

6.88

6.87

4.20

4.19

6.35

6.33

3.63

3.78

6.55

6.57

5.33

5.38

7.17

6.98

3.88

3.84

6.32

6.34

5.48

5.52

7.27

7.18

5.62

5.68

6.27

6.25

5.87

5.91

7.34

7.03

5.48

5.56

5.33

5.30

4.98

4.77

5. Безопасность жизнедеятельности.

5.1. Анализ опасных и вредных факторов при проведении исследований.

Разработка метода и исследования особенностей технологической системы разгрузки астраномического зеркала производиться с помощью ПЭВМ.  На мониторе типа ЖК, 19 дюймов с максимальным разрешением 1600×1200 (UXGA).  

При работе ПЭВМ на пользователя постоянно или периодически действуют следующие травмирующие и вредные факторы:

  •  длительное пребывание в одном и том же положении и повторении одних и тех же движений;
  •  нерациональная организация рабочего места;
  •  несоответствие эргономических характеристик оборудования нормируемым величинам;
  •  умственное перенапряжение, обусловленное характером решаемых задач;
  •  большой объем перерабатываемой информации;
  •  монотонность труда;
  •  нервно-психические нагрузки;
  •  нервно-эмоциональные стрессовые нагрузки;
  •  отсутствие или недостаток естественного света;
  •  недостаточная освещенность рабочей зоны;
  •  повышенная яркость света;
  •  пониженная контрастность;
  •  прямая и обратная блесткость;
  •  повышенная пульсация светового потока (мерцание изображения);
  •  широкий спектр излучения от дисплея;
  •  возникновение на экране монитора статических зарядов, заставляющих частички пыли двигаться к ближайшему заземленному предмету. Часто им оказывается лицо разработчика;
  •  повышенный уровень статического электричества при неправильно спроектированной рабочей зоне;
  •  загрязнение воздуха вредными веществами, пылью, микроорганизмами;
  •  несоответствие параметров микроклимата нормам;
  •  повышенный уровень шума на рабочем месте;
  •  опасный уровень напряжения в электрической цепи,  замыкание  которой может произойти через тело человека;
  •  опасность возникновения пожара.

Использование вычислительной техники ПЭВМ во всех сферах производственной деятельности  выдвигает проблему оздоровления и оптимизации условий труда оператора ввиду формирования при этом целого ряда неблагоприятных факторов:

  •  высокая интенсивность труда;
  •  монотонность производственного процесса;
  •  гипокинезия и гиподинамия;
  •  специфические условия зрительной работы;
  •  наличие электромагнитных излучений, тепловыделений и шума от технологического оборудования.

Работа оператора требует повышенных умственных усилий и большого нервно-эмоционального напряжения, решения в ограниченное время сложных задач, высокой концентрации внимания и особой ответственности за качество выполняемого задания.

Высокие требования к органу зрения, нервное напряжение, а также монотонный характер труда и вынужденная рабочая поза вызывают большое количество жалоб работающих на повышенное общее и зрительное утомление.

Выполнение многих операций на ПЭВМ требует длительного статического напряжение мышц спины, шеи, рук и ног, что приводит к быстрому развитию утомления. У 52,9% операторов ПЭВМ отмечается болезненность и одеревенелость мышц шеи и плечевого пояса, у 42,9% - боли в спине, у 15,2% - болезненность и одеревенелость мышц рук и ног.

   Условия труда операторов ПЭВМ характеризуются возможностью воздействия на них комплекса производственных факторов:

  •  шума;
  •  тепловыделений;
  •  вредных веществ;
  •  специфических условий зрительной работы;
  •  параметров технологического оборудования и рабочего места.

Шум. Основным источником шума в помещениях, оборудованных ПЭВМ, являются принтеры, множительная техника и оборудование для кондиционирования воздуха в помещении, в самих ПЭВМ - трансформаторы и вентиляторы систем охлаждения. Уровень шума в таких помещениях иногда достигает 80дБА при норме по ГОСТ 12.1.003-83*.

Нормируемые уровни шума обеспечиваются путем использования малошумного оборудования, применения звукопоглощающих материалов для облицовки помещений, а также перегородок, кожухов, прокладок и т.д.

 Тепловыделения. Ввиду того, что видеотерминалы являются источником тепловыделений, это может привести к повышению температуры и снижению влажности на рабочих местах, способствующих раздражению кожи.

Микроклиматические условия в помещениях с ПЭВМ должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 3.1.