Повышение качества оптических поверхностей элементов приборов алмазным шлифованием на сверхточных станках (1025559), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

1.1. В Таблице 1 приведены основныетребования к оптической поверхности элемента.Рис. 1.1. Подложка измерительной шкалы для голографического датчикалинейных перемещений15Таблица 1.Основные требования по шероховатости и погрешности формы для подложкиизмерительной шкалы для голографического датчика линейных перемещенийПараметрЗначениеМатериал подложкиизмерительной шкалыСиталл СО115М (ОСТ3-104-77)Шероховатость поверхности А,Оптическая чистота поверхностиДопуск на отклонение отплоскостности,интерференционных колецМестная ошибка,интерференционных полосI класс (ГОСТ 11141-84)А–1ΔNА – 0,2Как видно из Рис. 1.1 и Таблицы 1, основными показателями качестваповерхности является шероховатость Ra не более 10 нм и погрешность формы:допуск на плоскостность - 1 интерференционное кольцо (0,6 мкм), местнаяошибка - 0,2 интерференционных полос (0,12 мкм). После механическойобработкинаподложкуизмерительнойшкалынаносятсянесколькоотражающих и защитных слоев, которые позволяют реализовать проекционныйметод считывания сигнала и обеспечить работу голографического датчикалинейных перемещений.НаРис.1.2приведенчертежполусферическогорезонаторатвердотельного волнового гироскопа.

Резонатор изготавливается из кварцевогостекла марки КУ1. Шероховатость поверхностей Б и В составляет Ra 5 нм, наповерхностях не допускаются царапины и сколы.Волновой твердотельный гироскоп принадлежит к классу датчиковинерциальной информации [1]. Полусферический резонатор твердотельногогироскопа – чувствительный элемент, в котором возбуждаются изгибныеколебания.Твердотельныйволновойгироскопвысокойточностихарактеризуется тем, что его чувствительный элемент имеет высокую16изотропностьидобротность.Изотропностьрезонатораобеспечиваетсяпосредством выбора оптимального по свойствам материала – кварцевого стекла.Дляувеличениядобротностинеобходимоминимизироватьфакторы,приводящие к рассеянию энергии упругих колебаний [2].Рис.

1.2. Чертеж полусферического резонатора твердотельного волновогогироскопаНарушенныйслой,полученныйпослемеханическойобработкирезонатора, складывается из шероховатости обработанной поверхности итрещиноватого слоя и является причиной интенсивного внутреннего трения,которое приводит к рассеянию энергии упругих колебаний. Для снижениярассеянияэнергиимеханическойповерхностиобработкиполусферическогоподвергаютрезонаторахимическому травлению,послекотороеобеспечивает уменьшение трещиноватого слоя до 600 нм [1].Кольцевой лазерный гироскоп входит в состав системы спутниковойнавигации и является ее ключевым элементом [3-6].

Технологический процесс17изготовления лазерного кольцевого гироскопа включает в себя механическуюобработку, контроль и последующую сборку следующих деталей и узлов: корпусрезонатора, плоские или сферические зеркала, системы виброподвеса,стабилизации периметра и съема информации и др.Производстволазерныхгироскоповпредполагаетсочетаниеинновационных технологических процессов: оптическиетехнологии - механическая обработка деталей изстеклокерамических материалов, таких как ситалл и кварцевое стекло, соптической точностью; химические технологии – полирование с химическим воздействием итравление для обработки деталей из кварцевого стекла и ситалла;электровакуумныетехнологии–ионно-лучевоеполированиеоптических поверхностей; технологии вакуумного напыления для нанесения многослойныхинтерференционных отражающих покрытий зеркал [5].Ключевыми элементами кольцевого лазерного гироскопа являютсякорпус резонатора – Приложение П.1, Рис.

П.1 и диэлектрические зеркала,которые после сборки и юстировки образуют непосредственно резонатор.Диэлектрическое зеркало, в свою очередь, состоит из подложки, выполненной изстеклокерамическогоматериалаимногослойногоинтерференционногоотражающего покрытия [3-6].На точность работы прибора оказывает непосредственное влияниекачество обработки исполнительных поверхностей подложки диэлектрическогозеркала – величина шероховатости поверхности и глубина трещиноватого слоя.Снижение шероховатости обработанной поверхности необходимо дляобеспечения минимального рассеяния лазерного излучения на исполнительныхповерхностях зеркал в направлении падающего пучка. Это необходимо дляуменьшения погрешности измерения угловой скорости и уменьшения порогачувствительностилазерногогироскопа[3].Качествоисполнительнойповерхности диэлектрического зеркала целиком определяется шероховатостью18подложки, так как даже после нанесения многослойного интерференционногоотражающего покрытия детали рельефа не сглаживаются, а фактически егоповторяют [5].Известно, что процесс механической обработки изотропных оптическихматериалов тесно связан с механизмом трещинообразования.

Именно благодаряобразованию и развитию трещин в обрабатываемом материале происходит егоразрушение. Факторами появления трещин на поверхности хрупких материаловявляетсяналичие«малопластичность»,начальныхкотораядефектовопределяетсяимикротрещин,тем,чтоприиегонагружениииндентором условия хрупкого разрушения достигаются раньше, чем условияпластичного деформирования [7,8].Наличие трещиноватого слоя на поверхности зеркал отрицательно влияетна долговременную стабильность прибора ввиду того, что при «залечивании»поверхностных трещин отсутствует геометрическое постоянство длины путипучка лазерного излучения [3]. Следовательно, при уменьшении глубинытрещиноватогослояпериод«залечивания»трещинсокращается,идолговременная стабильность увеличивается.На Рис. 1.3 приведен чертеж подложки диэлектрического зеркала (донанесения интерференционного покрытия), в Таблице 2 указаны основныетребования к шероховатости и погрешности формы соответствующихоптических поверхностей.Из Таблицы 2 и Рис.

1.3 следует, что шероховатость поверхностей А, Б, Вне должна превышать: Ra - 10 нм, Rz - 50 нм. При этом погрешность формыобрабатываемых поверхностей имеет следующие значения: допуск наплоскостность 1…0,5 интерференционное кольцо (0,6…0,3 мкм); местнаяошибка 0,1…0,2 интерференционных полос (0,06…0,12 мкм). Кроме того,необходимо обеспечить глубину трещиноватого слоя поверхности не более50 нм для повышения долговременной стабильности работы лазерногогироскопа.19Рис.

1.3. Чертеж подложки диэлектрического зеркала, используемого влазерном гироскопеТаблица 2.Основные требования по шероховатости и погрешности формы для подложекдиэлектрических зеркалПараметрМатериал подложки зеркалаДиаметр, ммШероховатость Ra поверхностейА, Б, В, нмОптическая чистота поверхностиКлиновидность подложек, секДопуск на отклонение отплоскостности,интерференционных колецМестная ошибка,интерференционных полосЗначениеСиталл СО115М (ОСТ3-104-77)Кварцевое стекло КУ1 (ГОСТ 15130-86)24…30I-II класс (ГОСТ 11141-84)– 0,5Б,Г – 1,0АΔNА – 0,1ΔNБ,Г – 0,220Из рассмотренных примеров оптических поверхностей элементовприборов можно сделать вывод, что основными параметрами, определяющимикачество поверхности, являются шероховатость поверхности и глубинатрещиноватого слоя, которые определяют величину рассеяния направленного наповерхность излучения, и эффективность и точность работы приборов в целом.Корпуса резонаторов, подложки зеркал и шкал изготавливаются изситалла и кварцевого стекла, которые склонны к трещинообразованию примеханической обработке.

Необходимо подробно рассмотреть процессы,приводящие к образованию трещин при механической обработке, и разработатьпредложения по уменьшению глубины трещиноватого слоя.1.2. Особенности технологии обработки оптических поверхностейэлементов приборовТрадиционная технология обработки поверхностей элементов изоптических изотропных материалов включает в себя: шлифование связаннымабразивом, шлифование и полирование свободным абразивом с применениемразличных по составу суспензий. Для уменьшения глубины трещиноватого слоямогут быть задействованы процессы химико-механического полирования,травления и ионно-лучевой обработки [5].Укрупненно рассмотрим типовой процесс обработки оптическойповерхности подложки диэлектрического зеркала резонатора лазерногогироскопа из ситалла марки СО115М (Рис.

1.3). Основные операциимеханической обработки и показатели качества (шероховатость и глубинатрещиноватого слоя) обработанной поверхности представлены в Таблице 3.Для операций получистового и чистового шлифования используетсяплоскошлифовальный станок модели САШ-420М, на котором реализуетсяплоское врезное шлифование торцем круга.

Диаметр поворотного стола станкаравен 420 мм [9].Для операций полирования задействован полировально-доводочныйстанок модели 2ДП-200 с диаметром поворотного стола 200 мм.21Таблица 3.Типовой процесс механической обработки оптической поверхности подложкидиэлектрического зеркала№1ОперацияОборудованиеИнструмент6А2300х3х8х76,2х20х6АСМ D602 100 В35 м/сГОСТ 53923-2010ПлоскоешлифованиеторцемРежимы резанияn1  8000 об/минn2  8 об/минS prod  10,5 м/минS pop  0, 02 м/минt  0, 2 ммПараметрыкачестваповерхностиRa  0, 08 мкмHtr  0,05 мм4 проходаTо  40 минn1  10000 об/мин2ПлоскоешлифованиеторцемСтанокплоскошлиф.моделиСАШ420М6А2300х3х8х76,2х20х6АСМ D852 100 В35 м/сГОСТ 53923-2010n2  6 об/минS prod  7,9 м/минS pop  0, 01 м/минt  0, 06 ммRa  0, 05 мкмHtr  0, 03 мм3 проходаTо  60 минn1  18000 об/мин34567ПлоскоешлифованиеторцемПолирование(предварительное)S pop  0, 005 м/минАлмазный порошокАСМ 3/2ГОСТ 9206-80w p  0,5 мкм/минПолирование(предварительное)Станок Алмазный порошокАСМ 1/0,5полироГОСТ 9206-80вальнодовоПолирование дочный Алмазный порошокмодели(предвариАСМ 0,5/0,12ДП-200тельное)ГОСТ 9206-80Полирование(финишное)n2  6 об/минS prod  7,9 м/мин6А2300х3х8х76,2х20х6АСМ D14/10 100 В35 м/сГОСТ 53923-2010Полиритоптический ТУ 951161-83t  0, 04 мм4 проходаTо  160 минt  0, 02 ммTо  25 минt  0, 005 ммw p  0,3 мкм/минTо  17 минt  0, 005 ммw p  0,15 мкм/минTо  33 минt  0, 005 ммw p  0, 05 мкм/минTо  100 минRa  0, 025 мкмHtr  0,015 ммRa  0, 020 мкмHtr  0,003 ммRa  0, 015 мкмHtr  0,003 ммRa  0, 010 мкмHtr  0,003 ммRa  0, 010 мкмHtr  0,001 мм22Таблица 3 - продолжение8Полировальныйпорошок «ЭлпазК» марки ВТУ 48-4-433-81Химикомеханическоеполированиеt  0, 003 ммw p  0,007 мкм/минTо  429 минRa  0, 004 мкмHtr  0,0005ммВ Таблице 3 указаны следующие режимы обработки: n1 - частотавращения шлифовального круга; n2 - частота вращения поворотного стола;S prod - скорость продольной подачи шлифовального круга или заготовки;S pop - скорость поперечной подачи шлифовального круга или заготовки; t суммарный припуск за операцию; w p - скорость съема обрабатываемогоматериала; Tо - основное время обработки.

Характеристики

Список файлов диссертации