RU2545381C1 - Method of profiling aspherical polished surface - Google Patents
Method of profiling aspherical polished surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545381C1 RU2545381C1 RU2013158506/28A RU2013158506A RU2545381C1 RU 2545381 C1 RU2545381 C1 RU 2545381C1 RU 2013158506/28 A RU2013158506/28 A RU 2013158506/28A RU 2013158506 A RU2013158506 A RU 2013158506A RU 2545381 C1 RU2545381 C1 RU 2545381C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spherometer
- profile
- indicator
- radius
- deviations
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к механическим средствам измерения контуров и профилей и может быть использовано при формообразовании осевых и внеосевых высокоточных асферических поверхностей крупногабаритных оптических деталей, в частности зеркал телескопов.The invention relates to mechanical means for measuring contours and profiles and can be used in the shaping of axial and off-axis high-precision aspherical surfaces of large optical parts, in particular telescope mirrors.
Известны способы измерения профиля асферической поверхности с помощью трехточечного сферометра, например, по авт. свид. СССР №619779, опубл. 15.08.1978 г. В корпусе сферометра закреплены две измерительные опоры и измеритель (датчик), расположенные на одной линии, и три регулируемых упора. В процессе измерения сферометр перемещают по контролируемой поверхности позонно от точки к точке, вдвигают и выдвигают упоры, контактируют измеритель с контролируемой поверхностью и фиксируют отклонение стрелки кривизны в каждой заданной точке. Процесс измерения довольно громоздок и трудоемок.Known methods for measuring the profile of an aspherical surface using a three-point spherometer, for example, according to ed. testimonial. USSR No. 619779, publ. 08/15/1978 Two measuring supports and a meter (sensor) located on the same line and three adjustable stops are fixed in the housing of the spherometer. During the measurement, the spherometer is moved around the controlled surface zone from point to point, the stops are pushed and extended, the meter contacts the controlled surface and the deviation of the arrow of curvature is recorded at each given point. The measurement process is quite cumbersome and time consuming.
Известен механизированный способ измерения профиля асферического зеркала телескопа (Proc. of SPIE Vol.7018, 701818, p.701818-10÷701818-12, 2008), согласно которому измерительную головку, закрепленную на поворотной наклонной штанге, последовательно перемещают механически по большим дугам по контролируемой поверхности и с помощью самописца снимают показания индикатора измерительной головки. Однако из соображений жесткости штанги и необходимой точности измерений способ применим для контроля зеркал относительно небольшого диаметра (не более 1.5 м).There is a mechanized method for measuring the profile of an aspherical mirror of a telescope (Proc. Of SPIE Vol.7018, 701818, p.701818-10 ÷ 701818-12, 2008), according to which the measuring head, mounted on a rotary inclined rod, is sequentially moved mechanically along large arcs along controlled surface and using the recorder take the readings of the indicator of the measuring head. However, for reasons of rod rigidity and the necessary measurement accuracy, the method is applicable for monitoring mirrors of a relatively small diameter (not more than 1.5 m).
Ближайшим к предлагаемому по технической сущности может служить способ контроля процесса обработки асферической поверхности оптической детали по авт. свид. СССР №413117, опубл. 30.01.1974 г., согласно которому с помощью трехточечного сферометра или металлической линейки с двумя агатовыми ножками на концах и пружинной индикаторной головкой с ценой деления 0.1 мкм, установленной посередине, с базой сферометра, равной «а» (расстоянию между двумя крайними агатовыми ножками сферометра), измеряют стрелки прогиба вдоль диаметрального направления или по хорде, касательной к центральному отверстию на детали (для деталей с центральным отверстием), последовательно смещая сферометр на величину а/2 таким образом, чтобы одна крайняя ножка сферометра перемещалась в положение центральной ножки, центральная в положение второй крайней ножки, а вторая крайняя ножка в новое положение, таким образом с шагом в половину базы сферометра проходя весь диаметральный отрезок или хорду, при этом радиус детали (диаметр, хорду) разбивают на отдельные промежутки «а», укладывающиеся на полном радиусе детали, сравнивают результаты с расчетными величинами стрелок прогиба для каждого положения сферометра и по данным измерениям строят относительный профиль отклонений от ближайшей асферической поверхности для выполнения процесса шлифования.Closest to the proposed technical essence can serve as a way to control the processing of the aspherical surface of the optical part according to ed. testimonial. USSR No. 4131117, publ. 01/30/1974, according to which, using a three-point spherometer or a metal ruler with two agate legs at the ends and a spring indicator head with a division price of 0.1 μm, installed in the middle, with a spherometer base equal to "a" (the distance between the two extreme agate legs of the spherometer ), measure the deflection arrows along the diametrical direction or along the chord tangent to the central hole on the part (for parts with a central hole), sequentially shifting the spherometer by a / 2 in such a way that one extreme The spherometer’s throat leg moved to the position of the central leg, central to the position of the second extreme leg, and the second extreme leg to a new position, thus passing the entire diametrical segment or chord with a step of half the base of the spherometer, and the radius of the part (diameter, chord) is divided into Separate gaps “a”, lying on the full radius of the part, compare the results with the calculated values of the deflection arrows for each position of the spherometer and, based on these measurements, construct a relative profile of deviations from the nearest ac of spherical surface for performing the grinding process.
Обычно для устойчивости сферометра на вогнутой или выпуклой поверхности и для разгрузки его веса сферометр снабжают хотя бы одной вспомогательной боковой ножкой-упором. Так, при контроле асферических поверхностей согласно патентной заявке RU 2013 147718/28, приор. 28.10.2013, используют сферометр с тремя дополнительными опорными ножками, из которых одна расположена сбоку от индикатора (датчика) и может регулироваться по высоте.Usually, for the stability of the spherometer on a concave or convex surface and for unloading its weight, the spherometer is equipped with at least one auxiliary side leg-stop. So, when controlling aspherical surfaces according to patent application RU 2013 147718/28, prior. 10.28.2013, use a spherometer with three additional support legs, of which one is located on the side of the indicator (sensor) and can be adjusted in height.
Указанный способ не решает поставленную задачу, т.к. дискретность построенного профиля составляет половину базы сферометра, уменьшение базы сферометра приводит к увеличению погрешности определения профиля, а также не определяет вершинный радиус поверхности и эксцентриситет. Полученный профиль отклонений от ближайшей асферической поверхности может существенно отличаться от требуемого, особенно для высокоасферичной поверхности (до 1000 мкм на диаметре до 4 м) с очень малыми допусками на отклонения от вершинного радиуса и эксцентриситета, которые обрабатываются в настоящее время.The specified method does not solve the problem, because the discreteness of the constructed profile is half the base of the spherometer, a decrease in the base of the spherometer leads to an increase in the error in determining the profile, and also does not determine the vertex radius of the surface and eccentricity. The resulting deviation profile from the nearest aspherical surface can significantly differ from that required, especially for a high aspherical surface (up to 1000 μm in diameter up to 4 m) with very small tolerances for deviations from the vertex radius and eccentricity that are currently being processed.
Техническим результатом изобретения является построение абсолютного профиля отклонений формы асферической поверхности оптической детали от требуемой теоретической с необходимой точностью (отклонение вершинного радиуса от заданного менее 0,03-0,05%) и достижение данного значения вершинного радиуса в процессе формообразования.The technical result of the invention is the construction of an absolute profile of deviations of the shape of the aspherical surface of the optical part from the required theoretical with the required accuracy (deviation of the vertex radius from the specified less than 0.03-0.05%) and the achievement of this value of the vertex radius in the process of forming.
Технический результат достигается тем, что в способе определения профиля шлифованной асферической поверхности путем помещения ножек трехточечного линейного сферометра с базой «а» с индикатором посередине в заранее рассчитанные точки, последовательного перемещения сферометра по диаметру, снятия показаний индикатора о стрелках прогиба и расчета отклонений формы поверхности от теоретической, в отличие от известного используют сферометр с дополнительной боковой регулируемой по высоте ножкой, сферометр обнуляют на контрольном стекле с известным радиусом поверхности, близким к интервалу радиусов асферической поверхности, устанавливают крайними ножками перпендикулярно диаметральному сечению в краевую зону детали с радиусом Ri, перемещают сферометр крайними ножками в зону с радиусом
Способ поясняется рисунками, где:The method is illustrated by drawings, where:
на рис.1 изображена схема установки ножек сферометра на поверхности и схема для расчета установочных точек;Fig. 1 shows a diagram of the installation of the spherometer legs on the surface and a diagram for calculating the installation points;
на рис.2 - схема расположения индикатора;Fig. 2 is an indicator layout;
на рис.3 - схема опорных точек и отрезков;Fig. 3 is a diagram of reference points and segments;
на рис.4 - график построения измеряемого профиля.Fig. 4 is a graph of the construction of the measured profile.
Предложенный способ реализуется следующим образом. Измерения проводили на зеркале диаметром 3700 мм со световым измеряемым диаметром 3670 мм, вершинным радиусом кривизны асферической поверхности, равным 14639,0 мм, конической константой К=1,03296, диаметром отверстия 720 мм. Для измерений используют линейный трехточечный сферометр с индикаторной головкой посредине с ценой деления 0,1 мкм, с базой «а» (расстояние между крайними ножками сферометра), равной 1020 мм, и боковой регулируемой по высоте вспомогательной ножкой, закрепленной сбоку индикатора на расстоянии 40 мм. Для обнуления индикатора было изготовлено контрольное (пробное) стекло с радиусом 14727,0 мм, учитывая, что радиус ближайшей к асферике сферы равен 14700,55 мм.The proposed method is implemented as follows. The measurements were carried out on a mirror with a diameter of 3700 mm with a light measured diameter of 3670 mm, a vertex radius of curvature of the aspherical surface equal to 14639.0 mm, a conical constant K = 1.03296, and a hole diameter of 720 mm. For measurements, a linear three-point spherometer is used with an indicator head in the middle with a division price of 0.1 μm, with a base “a” (the distance between the extreme legs of the spherometer) equal to 1020 mm and a side height-adjustable auxiliary leg fixed to the side of the indicator at a distance of 40 mm . To zero the indicator, a control (test) glass was made with a radius of 14727.0 mm, given that the radius of the sphere closest to the aspheric is 14700.55 mm.
Сферометр с базой «а» (A1-B1 на рис.1), расстоянием «b» до 4-й боковой ножки от центральной (рис.2), обеспечивающей нормальное к поверхности положение сферометра, помещают на контрольное стекло, обнуляют, устанавливают крайними ножками на измеряемую деталь перпендикулярно диаметральному сечению и по нормали к поверхности (рис.2) в первую краевую зону детали (в точки A1, B1, рис.1, рис.3) с радиусом RA1 в плоскости XY, в которой отклонение профиля принимается равным P1=0, снимают показания сферометра Δs1,измер относительно эталонной сферы в точке Т2 на зоне с расстоянием от центра на
Δsi,теор, определяется из уравнения асферической поверхности, которое в общем виде записывается следующим образом:Δs i, theor , is determined from the equation of the aspherical surface, which is generally written as follows:
, ,
где S2=x2+y2;where S 2 = x 2 + y 2 ;
c=1/R0 - величина, обратная вершинному радиусу;c = 1 / R 0 is the reciprocal of the vertex radius;
K=-e2, где e - эксцентриситет поверхности;K = -e 2 , where e is the eccentricity of the surface;
A1, A2, A3, A4 - коэффициенты асферики для поверхностей более высокого порядка (выше 2-го).A 1 , A 2 , A 3 , A 4 - aspheric coefficients for surfaces of a higher order (above the 2nd).
В зависимости от величины конической константы различают следующие формы поверхности:Depending on the value of the conic constant, the following surface forms are distinguished:
K<-1 - гиперболоидK <-1 - hyperboloid
K=-1 - параболоидK = -1 - paraboloid
-1<K<0 - эллипсоид вращения относительно главной оси (эллипсоид или вытянутый сфероид)-1 <K <0 - ellipsoid of revolution relative to the main axis (ellipsoid or elongated spheroid)
K=0 - сфераK = 0 - sphere
K>1 - эллипсоид вращения относительно малой оси (сплюснутый сфероид)K> 1 - ellipsoid of revolution relative to the minor axis (oblate spheroid)
Определяем значения zA1, zA2, zT2, определяем стрелку с вычетом стрелки эталонной сферы arrowсферы:We determine the values of z A1 , z A2 , z T2 , determine the arrow minus the arrows of the reference sphere arrow of the sphere :
Δsi,теор=(zA1-zT2-arrowсферы)·cos(α),Δs i, theor = (z A1 -z T2 -arrow spheres ) cos (α),
где угол α - угол между вертикалью и нормалью к поверхности в измеряемой точке.where angle α is the angle between the vertical and the normal to the surface at the measured point.
На рис.4 приведены результаты расчета профиля по описанной методике. На графике приведены полученные отклонения Дельтаасф (на рис.4 Yтр.ноги, Zтр.ноги - третья стационарная ножка). ПСтеор и ПСфакт - теоретические и фактические отклонения стрелки прогиба от эталонной сферической поверхности, Y - координата профиля вдоль радиального направления от края детали к центру, Zтеор и Zфакт - теоретическое и фактическое значение координаты Z. Асф.теор и Асф.факт - теоретическая и полученная фактическая величина асферичности от ближайшей сферы. В последней графе Попр. деф. - величина поправки в показаниях сферометра, учитывающая деформации сферометра при наклонном его положении относительно рабочей поверхности. Данная поправка определяется экспериментально для различных углов наклона сферометра а (рис.2) относительно вертикального положения. Учет данной деформационной поправки значительно повышает точность измерений.Figure 4 shows the results of calculating the profile according to the described method. The graph shows the obtained deviations of the Delta asf (in Fig. 4 Y tr . Legs , Z tr. Legs - the third stationary leg). PS theory and PS fact - theoretical and actual deviations of the deflection arrow from the reference spherical surface, Y - coordinate of the profile along the radial direction from the edge of the part to the center, Z theory and Z fact - theoretical and actual value of the Z coordinate. Asf. Theory and Asf. fact - theoretical and obtained actual value of asphericity from the nearest sphere. In the last column of Arr. def. - the value of the correction in the readings of the spherometer, taking into account the deformation of the spherometer when it is inclined relative to the working surface. This correction is determined experimentally for various angles of inclination of the spherometer a (Fig. 2) relative to the vertical position. Taking this strain correction into account significantly increases the accuracy of measurements.
Фактические измерения вершинного радиуса, выполненные после предварительной прополировки поверхности, дали величину R0=14639±5 мм (требуемое значение ±7 мм), что составляет величину отклонения от заданного значения 0,03%.Actual measurements of the vertex radius made after preliminary polishing of the surface gave a value of R 0 = 14639 ± 5 mm (the required value is ± 7 mm), which amounts to a deviation from the set value of 0.03%.
Результаты, приведенные на рис.4, показывают высокую эффективность и надежность предложенного метода измерения профиля шлифованной асферической поверхности и практически подтверждают достижение технического результата: построение абсолютного профиля отклонений формы асферической поверхности оптической детали от требуемой теоретической с необходимой точностью (отклонение вершинного радиуса от заданного менее 0,03-0,05%) и достижение данного значения вершинного радиуса в процессе формообразования.The results shown in Fig. 4 show the high efficiency and reliability of the proposed method for measuring the profile of a polished aspherical surface and practically confirm the achievement of the technical result: constructing an absolute profile of deviations of the shape of the aspherical surface of the optical part from the required theoretical one with the required accuracy (the deviation of the vertex radius from the set is less than 0 , 03-0.05%) and the achievement of a given value of the vertex radius in the process of shaping.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013158506/28A RU2545381C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Method of profiling aspherical polished surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013158506/28A RU2545381C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Method of profiling aspherical polished surface |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2545381C1 true RU2545381C1 (en) | 2015-03-27 |
Family
ID=53383289
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013158506/28A RU2545381C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Method of profiling aspherical polished surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2545381C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU413117A1 (en) * | 1970-07-20 | 1974-01-30 | ||
SU1176171A1 (en) * | 1983-07-01 | 1985-08-30 | Предприятие П/Я Р-6681 | Arrangement for testing spherical surfaces |
SU1728632A2 (en) * | 1990-07-23 | 1992-04-23 | Новосибирский Институт Инженеров Геодезии Аэрофотосъемки И Картографии | Method of check of contour of aspherical surfaces of parts |
US7140119B2 (en) * | 2004-04-23 | 2006-11-28 | Corning Incorporated | Measurement of form of spherical and near-spherical optical surfaces |
US20080030743A1 (en) * | 2004-05-06 | 2008-02-07 | Carl Mahr Holding Gmbh | Measuring Device Having An Optical Probe Tip |
-
2013
- 2013-12-30 RU RU2013158506/28A patent/RU2545381C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU413117A1 (en) * | 1970-07-20 | 1974-01-30 | ||
SU1176171A1 (en) * | 1983-07-01 | 1985-08-30 | Предприятие П/Я Р-6681 | Arrangement for testing spherical surfaces |
SU1728632A2 (en) * | 1990-07-23 | 1992-04-23 | Новосибирский Институт Инженеров Геодезии Аэрофотосъемки И Картографии | Method of check of contour of aspherical surfaces of parts |
US7140119B2 (en) * | 2004-04-23 | 2006-11-28 | Corning Incorporated | Measurement of form of spherical and near-spherical optical surfaces |
US20080030743A1 (en) * | 2004-05-06 | 2008-02-07 | Carl Mahr Holding Gmbh | Measuring Device Having An Optical Probe Tip |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8243284B2 (en) | Method for measuring the roundness of round profiles | |
CN105627947B (en) | A kind of measuring method and its measurement apparatus of the unknown aspheric surface error of rotational symmetry | |
CN101408412B (en) | Method for measuring three-dimensional shape | |
CN108981614A (en) | A kind of device and method measuring spindle rotation error with Circular gratings and autocollimator | |
CN101949691A (en) | Method for detecting nonzero digit compensation light-degree optical aspheric surface profile | |
CN108871229A (en) | A kind of measurement method of ball nut spiral interior rollaway nest curved surface and outer diameter | |
CN103557791B (en) | A kind of large-caliber aspheric surface primary mirror secondry constants measurement mechanism and method | |
TWI534410B (en) | Linear shape measurement method and linear shape measuring device | |
CN105937886B (en) | Shape measuring device, machining device, and method for correcting shape measuring device | |
RU2545381C1 (en) | Method of profiling aspherical polished surface | |
CN105627945A (en) | Device and method of measuring deviation between center of aspheric element and center of outer circle | |
US9664604B2 (en) | Measurement apparatus, measurement method, and method of manufacturing article | |
CN104101285A (en) | Cylindrical roller bearing outer ring blocking edge thickness size measurement method and device | |
JP4013986B1 (en) | Method for measuring bending stress of fixed structure, recording medium, and computer | |
CN108061503A (en) | A kind of method that conical part outer diameter is detected on JD25-C horizontal metroscopes | |
Semenov et al. | Manufacturing methods of testing the large-sized optics at the stage of grinding, aspherical surface centering, and interface elements positioning before gluing | |
CN108267061A (en) | A kind of method that elevation carrection is determined on JD25-C horizontal metroscopes | |
CN108917689B (en) | Curvature radius measuring apparatus and measuring method thereof | |
US20190283207A1 (en) | Screw rotor processing method and screw rotor lead correction calculation device | |
CN108020203B (en) | Electronic level with instrument high real-time accurate measurement function and use method thereof | |
Abdulkadyrov et al. | Method of determining the ground aspheric surface profile of large astronomical mirrors | |
CN107843557B (en) | Method for measuring geometric initial defects of outer wall of circular steel tube | |
JP6914610B2 (en) | Runout measurement jig and measuring device using this | |
RU49220U1 (en) | DEVICE FOR RADIUS CONTROL OF THE FORMING CYLINDRICAL CURVED SURFACE | |
CN110319760A (en) | Rock deformation extensometer caliberating device and scaling method |