Киевский клуб любителей астрономии "Астрополис"

astromagazin.net
* *
Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
17 Января 2017, 21:15:48


Автор Тема: Металлические зеркала для любительского "кассегрена"  (Прочитано 965 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Владимеч

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 137
  • Благодарностей: 26

ЗЕРКАЛА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ
ДЛЯ ЛЮБИТЕЛЬСКОГО ТЕЛЕСКОПА КАССЕГРЕНА
(опыт изготовления)

Любители телескопостроения в качестве материала для своих зеркал в настоящее время используют стекло. И это оправдано. Обработка стекла, оптические качества которого не играют никакой роли, сравнительно несложна, и оно хорошо принимает полировку. Металлическое покрытие, тускнеющее со временем, легко возобновляется. Вместе с тем, опрометчивым будет утверждение, что стекло, в случае небольших любительских телескопов, является лучшим материалом для астрономических зеркал.
Условия, предъявляемые к стеклу, сводятся к двум основным: стекло должно быть хорошо отожженным (не закаленным) и иметь достаточную толщину. Третье, желательное, его свойство - это возможно малый коэффициент теплового расширения. Дело в том, что при перепадах температуры воздуха температура внешних и внутренних слоев зеркала в силу низкой теплопроводности стекла выравнивается очень медленно. Образующиеся механические напряжения искажают не только его размеры и кривизну, но и форму, особенно его краевой части ("эффект края").
Иллюминаторное стекло (наиболее ходовой сорт стекла в люби-тельском телескопостроении) сполна подвержено этой деформации. Достать же заготовку из специального оптического стекла для боль-шинства любителей - непреодолимая трудность. Но если материал обладает достаточно большой теплопроводностью, то при изменении температуры окружающей среды размеры и кривизна зеркала будут меняться, но форма его поверхности останется прежней.
Такому типу материалов соответствуют металлы.
Очевидно, что стекло служит лишь опорой для тончайшего (0,5 - 2 мк) металлического покрытия, без которого оно, безупречно отполированное, отражает 4 - 5% падающего на него света. Раз так, то придав цельнометаллической опоре (например, из нержавеющей стали) зеркальную оптически точную поверхность, мы получаем двойной выигрыш, а именно: используем материал с большой теплопроводностью и избавляемся от необходимости нанесения металлического покрытия, требующего аппаратуры, недоступной для любителя при работе в домашних условиях.
Этот путь и избрал автор, вручную изготовивший металлические зеркала для кассегреновского телескопа - главное, параболоидальное, диаметром 185 мм, и вторичное, 56-миллиметровоегиперболическое.
    Обработка нержавеющей стали вручную очень сложна. Не менее сложна и трудоемка фигуризация (ретушь) - придание зеркалу точной оптической поверхности. Но сама сложность задачи и побудила автора взяться за дело.
    Из листовой нержавеющей стали в результате применения газосварочной горелки и задействования металлорежущих станков вышли два диска-близнеца диаметром 185 мм и 15 мм толщиной.
На лицевой и задней сторонах одного из них, предназначенного для будущего главного зеркала, были проточены кольцевые канавки с двухмиллиметровой перемычкой между ними для центрального отверстия, через которое отраженный вторичным зеркалам свет попадает в окуляр. На другом диске, который готовился в качестве инструмента для обработки, были профрезерованы канавки в двух взаимноперпендикулярных направлениях, разбивающие поверхность на квадраты со стороной в 30 мм. Назначение канавок обеспечит легкое, равномерное распределение абразива на шлифовальнтке во время работы; компоновка их – ассиметрична по отношению к центру.
 Подготовленные таким образом диски предстояло обработать начерно: придать поверхности будущего зеркала вогнутую форму, будущего шлифовальника - выпуклую.
Наиболее экономичной является обработка заготовок на токарном станке, которая придает поверхности ступенчатую форму, причем огибающая ступеньки представляет собой сферу нужной кривизны .
Не имея такой возможности, автор для получения углубления в заготовке будущего зеркала применил саблевидные напильники. В заводских условиях, в"термичке" круглые и полукруглые напильники отпускались, им придавалась саблевидная форма, затем они повторно закалялись. Шлифовальники  обрабатываются  плоскими напильниками.
 Заготовки пришлифовывались друг к другу с соблюдением условий, обеспечивающих получение хорошей поверхности вращения: при чередовании штрихов с поворачиванием зеркала относительно шлифовальника.
 Шлифовальник, установленный на поворотном столике, посыпался электрокорундом и обильно смачивался водой. Зеркало накладывалось сверху.  Сделав с большим давлением на зеркало два-три центральных штриха  с выносом на треть его радиуса в каждую сторону, автор левой рукой поворачивал столик со шлифовальником на 20-30 градусов против часовой стрелки, а правой - зеркало на 15 - 20 градусов по часовой стрелке, затем снова движение от себя и к себе и - очередной поворот. И так на всем протяжении шлифования.
   Стрелка кривизны измерялась следующим образом: в просвет между центром зеркала и краем металлической линейки, положенной ребром, укладывались стопкой половинки лезвий для бритвы толщиной 0,1 мм пока линейка не оказывалась плотно прижатой к лезвиям и краям зеркала. Количество лезвий указывало на величину углубления. (при диаметре зеркала 185 мм и фокусном расстоянии 925 мм стрелка кривизны равнялась 2,3 мм).
   Тонкая шлифовка осуществлялась на винипластовом шлифовальнике, соответствующего зеркалу поперечника, который после грубой обработки напильниками под шаблон был пришлифован к зеркалу. В ходе тонкой шлифовки последовательно применялись все более мелкозернистые абразивы. Автор приготовил "минутники" (М40, М28, М20, М14, М10), отмучивая отработанный в ходе грубой шлифовки электрокорунд.
   На этом этапе стрелка кривизны измерялась индикатором часового типа с ценой деления 0,01мм, закрепленном в центре металлического бруска, рабочие поверхности которого были тщательно обработаны.
   По окончании тонкой шлифовки в зеркале было досверлено центральное отверстие, через которое отраженный вторичным зеркалом свет попадает в окуляр.
   Основой полировочного смоляного притира служил металлический шлифовальник, выпуклая форма которого  имеет существенное значение: толщина слоя полировальника на всей площади полировальника одинакова.
   Канавки, расположенные на поверхности полировальника ассиметрично по отношению к краям, наносились "дедовским" паяльником молоткового типа (клиновидным куском красной меди на длинной рукоятке из толстой проволоки), который нагревался на огне до 80-100 градусов.
 Окончательная формовка полировальника осуществлялась поверхностью зеркала. На нагретый  в горячей воде (55 - 60 градусов) полировальник накладывалось смоченное теплой водой зеркало. Двигая его по всем направлениям и поворачивая столик, автор добивался, чтобы его поверхность стала гладкой до блеска, а канавки - прямыми и одинаковой глубины на всем протяжении.
  Центральная часть полировальника была снята кружком, равным диаметру отверстия в зеркале.
  Полировка осуществлялась водным раствором окиси хрома (порошок зеленого цвета).
  Испытывая теневым методом зеркало из центра его кривизны, автор ретушью придал его поверхности плоский теневой рельеф.
   Параболизовал главное зеркало автор на отформованном в виде восьмилучевой звезды полировальнике, испытывая его теневым методом по схеме Ричи. Фигуризация велась до получения плоской теневой картины.
    Из листовой  нержавеющей стали толщиной  10 мм автор изготовил два диска, одному из которых предстояло стать вторичным зеркалом. Сначала они были высверлены по окружности и вырублены зубилом на металической плите. Затем, после грубой обработки на электроточиле, автор напильниками придал им правильную форму и точный размер (56 мм).
    Полностью отполированное вторичное зеркало испытывалось в автоколлимации с плоским эталонным зеркалом. Главное зеркало вместе со вторичным устанавливалось на оптической скамье на рассчитанном расстоянии (694 мм) между ними. Перед входным отверстием "кассегрена" устанавливался плоский эталон. Вторичное зеркало легко вынималось из оправы для доработки и снова точно вставлялось на место.
   В начале фигуризации (гиперболизации) на вторичном зеркале наблюдался теневой рельеф, похожий на рельеф параболоида при испытании из центра кривизны: яма в центре и заваленный край. Максимальная площадь полировальника, отформованного в виде шестилепестковой розетки, была на зоне 70 %. Ретушь велась до получения плоской теневой картины.


   Итак, в случае небольших любительских телескопов металл вполне может соперничать со стеклом, а по некоторым характеристикам превосходит его.
   Изготовление астрономического зеркала из нержавеющей стали вручную - тернистый путь, но он ведет к звездам.
   

   
 
     
   











Записан

Олег Малий

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 1777
  • Благодарностей: 307

А где ссылка на оригинальную статью?
Записан
Скачиваем и тестируем дистрибутив Ubuntu Astronomy

Владимеч

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 137
  • Благодарностей: 26

В статье вместо "... толщина слоя полировальника" следует читать "толщина слоя смолы"
Записан

Серега

  • Онлайн Онлайн
  • Сообщений: 5773
  • Благодарностей: 250

на Ютубе есть канал, где чувак всякое по этой теме показывает. Но чувак псих-одиночка, конструктивную критику не воспринимает абсолютно и начинает беситься.
Записан

Саша Наумов

  • Клуб Астрополис
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 659
  • Благодарностей: 151
  • Астроманьяк - початківець

А где ссылка на оригинальную статью?

А вот и оригинальная статья.

Вот я совсем не понял, зачем делать тут репост с других сайтов?
На Хабре, к примеру, это просто запрещено.
Да и у нас не приветствуется! см. Правила, п.2.5
« Последнее редактирование: 13 Июня 2016, 16:27:23 от Саша Наумов »
Записан
Explore Scientific ED127 CF APO + FTF3035 + 100° + 82° + Celestron AVX
AstroTech AT-72ED + QHY-5L-II
SBIG ST-8E NABG + CFW-8 + IBM T43 (under construction)

Саша Наумов

  • Клуб Астрополис
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 659
  • Благодарностей: 151
  • Астроманьяк - початківець

В любом случае, очень интересно узнать о судьбе изготовленных зеркал.
Если это возможно, поделитесь фотографиями?
Записан
Explore Scientific ED127 CF APO + FTF3035 + 100° + 82° + Celestron AVX
AstroTech AT-72ED + QHY-5L-II
SBIG ST-8E NABG + CFW-8 + IBM T43 (under construction)

Edward

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 1689
  • Благодарностей: 371
  • Be free!

Стоит напомнить, что все астрономические зеркала изначально были металлическими(Ньютон, Гершель, Росс и т.д.). Но с изобретением серебрения стекла Либихом и Штейхелем, стекляные зеркала победили. Причин много. Начиная от малой отражающей способности металла и заканчивая его плохой стойкостью, низким качеством полированной поверхности, деформацией при освобождении внутрених натяжений. С изобретением стеклокерамики и производством плавленого кварца, проблемы с температурными деформациями отошли на третий план и мет. зеркала потеряли свою актуальность. Для любителя стекляное зеркало - однозначно лучше.
Максутов в 30-х годы занимался металлическими зеркалами и даже продвигал проект трехметрового зеркала из нержавейки, но за рамки лабораторных экпериментов это не пошло, именно из-за трудностей полировки металла. Из аматоров, в 70-е годы кажется Михеев тоже экпериментировал с металлическими зеркалами, но ничего внятного по этому поводу не известно. Так, что если беретесь строить телескоп - найдите нормальную стеклянную/ситалловую/ кварцевую заготовку.
« Последнее редактирование: 13 Июня 2016, 20:21:29 от Edward »
Записан
"Запалiть факела, все закiнчено…"(с)


Yvk

  • Клуб Астрополис, Администратор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 4146
  • Благодарностей: 166

А где ссылка на оригинальную статью?

А вот и оригинальная статья.

Вот я совсем не понял, зачем делать тут репост с других сайтов?
На Хабре, к примеру, это просто запрещено.
Да и у нас не приветствуется! см. Правила, п.2.5


К примеру, автор оригинальной статьи начал эту тему.
Записан

Серега

  • Онлайн Онлайн
  • Сообщений: 5773
  • Благодарностей: 250

ссылка на ютуб канал по полировке зеркал из нержавейки. https://www.youtube.com/channel/UC8btzG-DqwnOTlxo-k7p_qQ
Записан

Edward

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 1689
  • Благодарностей: 371
  • Be free!

ссылка на ютуб канал по полировке зеркал из нержавейки. https://www.youtube.com/channel/UC8btzG-DqwnOTlxo-k7p_qQ
Рукастый хлопец, но стекло лучше, особенно по качеству полированной поверхности. Рассеянный свет - большая помеха в небольшом любительском телескопе. Но любитель - на то и любитель, что любительствовать может на чем угодно... ;D
ПС. Меня лично, в "ньютоне" выводят два стекляных поалюминированых зеркала... :gigi:
ПС1. Кстати, первичную вогнутую форму металлическому зеркалу удобно предавать ударами кувалды, :gigi: чего нельзя сделать со стеклянной заготовкой, правда в некоторых случаях можно и по ней пройтись, в конце, после доводки...:super:
ПС2. Когда-то, одному моему другану снилось, что он лепил руками размягченную при большой температуре стеляную заготовку. Ото "стадия" у чувака была.... :SLA:
« Последнее редактирование: 13 Июня 2016, 18:52:54 от Edward »
Записан
"Запалiть факела, все закiнчено…"(с)

AR81

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 197
  • Благодарностей: 18

Стекло конечно лучше. Но если вдруг хочется экспериментов с металлами то может лучше с алюминия ?http://telescop1.ucoz.ru/Strong.pdf
Записан
Измени свое мнение о тех вещах которые тебя окружают и ты будешь в полной безопасности от них. (М. Аврелий)

artembond

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 444
  • Благодарностей: 5

Упс!
http://www.optotl.ru/mat/K8
Температурный коэффициент линейного расширения  at,
    оС-1 винтервале -30¸+70оС
7.1• 10-6
http://tehtab.ru/guide/guidephysics/guidephysicsheatandtemperature/heatexpansioncoefficient/linearextensionmanymaterials/
Сталь нержавеющая ферритная (410)   9.9   5.5
------------
Снова обманули. :(
« Последнее редактирование: 13 Июня 2016, 18:38:03 от artembond »
Записан
Вам хорошо, а у меня окуляра нет. :(

artembond

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 444
  • Благодарностей: 5

Стекло конечно лучше. Но если вдруг хочется экспериментов с металлами то может лучше с алюминия ?http://telescop1.ucoz.ru/Strong.pdf
У аллюминия коэффициент расширения

Алюминий   22.2
Записан
Вам хорошо, а у меня окуляра нет. :(

Серега

  • Онлайн Онлайн
  • Сообщений: 5773
  • Благодарностей: 250

ПС2. Когда-то, одному моему другану снилось, что он лепил руками размягченную при большой температуре стеляную заготовку. Ото "стадия" у чувака была.... :SLA:
:gigi: знатно накрыло
Записан

Серега

  • Онлайн Онлайн
  • Сообщений: 5773
  • Благодарностей: 250

Упс!
http://www.optotl.ru/mat/K8
Температурный коэффициент линейного расширения  at,
    оС-1 винтервале -30¸+70оС
7.1• 10-6
http://tehtab.ru/guide/guidephysics/guidephysicsheatandtemperature/heatexpansioncoefficient/linearextensionmanymaterials/
Сталь нержавеющая ферритная (410)   9.9   5.5
------------
Снова обманули. :(
у металлов при их большем ТКЛР есть одно преимущество перед стеклом - лучшая теплопроводность.
Записан

Naboka Igor

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 5563
  • Благодарностей: 925

Если коротко: Д.Д.Максутов "Изготовление и исследование астрономической оптики", Глава II-Материалы для зеркал.
 Дабы не развивать репост до флуда - с каждого по 5копеек. ;)
Записан
Обсерватория. Sky Stalker - Ньютон 406/4,7.
Сказали спасибо

artembond

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 444
  • Благодарностей: 5

Если коротко: Д.Д.Максутов "Изготовление и исследование астрономической оптики", Глава II-Материалы для зеркал.
 Дабы не развивать репост до флуда - с каждого по 5копеек. ;)
Нагуглил по.  "Д.Д.Максутов "Изготовление и исследование астрономической оптики"
В общем маталлы наше все, стекло г-но, но металлурги подкачали.

PS: У Webb телескопа, зеркала из бериллия.
Записан
Вам хорошо, а у меня окуляра нет. :(

Edward

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 1689
  • Благодарностей: 371
  • Be free!

Немногим любителям удалось закончить "мерцала" из стекла, что уж говорить о металле... Труд достоен уважения, но тема неактуальная. Рецидив типа " вперед в прошлое".
Записан
"Запалiть факела, все закiнчено…"(с)

artembond

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 444
  • Благодарностей: 5

Рецидив типа " вперед в прошлое".
Там а в чем проблема все же? Ну вот на Хаббле, зеркало стеклянное. На всех крупных земных телескопах, тоже стекло.
Записан
Вам хорошо, а у меня окуляра нет. :(

Naboka Igor

  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 5563
  • Благодарностей: 925

Причин много. Начиная от малой отражающей способности металла и заканчивая его плохой стойкостью, низким качеством полированной поверхности, деформацией при освобождении внутрених натяжений.
А наносить хром, полировать, а потом алюминий, какой смысл?
Записан
Обсерватория. Sky Stalker - Ньютон 406/4,7.