Вимоги до оформлення креслень оптичних деталей

При зображенні оптичної деталі використовують загальні правила машинобудівного і приладобудівного креслення, проте унаслідок специфіки призначення і виготовлення оптичної деталі необхідно вказати деякі додаткові відомості, а також особливі нормативні і технологічні вимоги.

Правила виконання креслень і схем оптичних виробів встановлені ДСТУ2.412-81, вимоги і рекоменда­ції по оформленню робочих креслень типових оптичних деталей викладені в довідниках оптика-конструктора і оптика-технолога.

Розглянемо найбільш важливі з них.

1. Оптичні деталі (також схеми і вузли) слідує відображати на кресленні по ходу променя, що йде зліва направо.

2. Радіуси кривизни сферичних поверхонь деталей позначають буквою R, їх вибирають по ДСТУ 1807-75 (що об­условлено контролем пробними склами і уніфікацією параметрів інструменту). Асферичні поверхні лінз і дзеркал визначають координатами точок поверхні або рівнянням кривої, використаної для її побудови. Ци­ліндричні поверхні задають значенням її радіусу R, перед яким пишуть «Циліндр».

3. У правій верхній частині креслення оптичної деталі містять таблицю, що складається з трьох частин: у першій частині вказують вимоги до матеріалу, з якого виготовлена оптична деталь, в другій — вимоги до виготовлення самої оптичної деталі і в третій — її розрахункові дані (відмітимо, що для оптичних складальних одиниць таблиця складається лише з вимог до виготовлення і оптичних характеристик)

У першій частини таблиці для деталей з некольорового оптичного скла поміщають наступні вимоги до матеріалу: категорію і клас по показнику заломлення і середній дисперсії; категорію по оптичній однорідності; категорію по подвійному променезаломленню; категорію по показнику ослабіння; категорію і клас бессвільності; групу, категорію і клас пузирності; категорію по радіаційно-оптичній стійкості (скло серії 100).

Для деталей з кольорового оптичного скла в таблиці слід вказувати категорії по спектральній характеристиці (показник поглинання або ослабіння), подвійному променезаломленню, категорії і класи бессвільності і пузирності.

Для деталей з інших оптичних матеріалів (кварцеве скло, природні та штучні кристали, опти­чна кераміка і ін.) першу частину таблиці заповнюють відповідно до ДСТУ 23136-93 і технічними умовами, що діють, на ці матеріали.

Відмітимо, що деякі з нормованих показників якості роблять вплив не лише на оптичні характери­стики системи, але і на точність конструктивних параметрів.

Наприклад, свілі — області, що відрізняються від основної маси скла хімічним складом, а отже, опти­чними і механічними властивостями, — викликають як де­формацію хвильового фронту відбитого або прошедшего випромінювання, так і місцеві погрішності форми N, поверх­ні в тих ділянках, де вони виходять назовні.

Залишкова напруга, що характеризується подвійним променезаломленням, не лише спотворює хвильовий фронт, але і впливає на загальне N і місцеве N,  відхилення поверхні.

Друга частина таблиці містить вимоги до виго­товлению деталі, в якій, залежно від типа оптичної­ деталі вказують:

загальну N і місцеву N, погрішності форми робочої по­верхні;

клас чистоти полірованої поверхні Р;

допустиму клиновидність пластин ;

пірамідальність призм ;

допустиму різницю рівних за номіналом кутів призм ;

роздільну здатність  (при необхідності);

залишкову фокусность пластин і призм (при необхідності);

клас точності пробного скла R або граничне відхилення від розрахункового значення радіусу у відсотках (для пло­ских поверхонь при необхідності).

Величина N — допуск на загальне відхилення форми рабо­чої поверхні оптичної деталі від еталону (форми по­верхні пробного скла), виражений числом інтерфе­ренційних кілець або смуг, спостережуваних при накладанні пробного скла на поверхню, що повіряється.

У виробничому ужитку інтерференційну кар­тину зазвичай називають кольором. Цей параметр визначає точність, з якою буде виконаний радіус кривизни сфери­чної поверхні або відступ від площинності в пло­скій поверхні

Величина N — допуск на місцеве (нерегулярне) відхилення форми робочої поверхні від еталонної (або інакше — місцеві помилки), виражене числом інтерференційних кілець або смуг.

Відмітимо, що у ряді випадків (великі поверхні, асфе­ричні поверхні) контроль форми поверхні деталі здійснюється не пробними склами, а за допомогою сфе­рометров, інтерферометрів і інших методів і засобів, що обумовлює також і іншу систему завдання допусків на погрішності форми робочої поверхні (у відсотках, лиінійній мірі, кутовій мірі, долях довжини хвилі світла, диф­ракційним кружком розсіяння, значенням асферичності).

Допуск на місцеві помилки встановлюють жорсткіший  в порівнянні з допуском на загальну помилку (при­близно в 5-10 разів), оскільки місцеві погрішності форми бі­льш сильно впливають на якість зображення і не можуть бути компенсовані (наприклад, зміною повітряних промі­жків між компонентами оптичної системи).

Зазвичай поля допусків на N і N встановлюють симе­тричними відносно номінала і знак відступів не вказують.

У особливих випадках їх вказують із знаками плюс або мінус. При знаку плюс спостерігається повітряний зазор на краю (торкання в центрі — «загальний горб»), а при знаку мінус — за­зор в центрі (торкання на краю — «загальна яма»). Для плоскої поверхні це означає, що при знаку плюс вона злегка о­пукла, а при знаку мінус — злегка увігнута.

При призначенні неоднакових допусків для різних по­верхонь однієї деталі або різних зон однієї і тій же поверхні позначення цих допусків слід вказувати з буквеними індексами, кожне в окремому рядку. Ці ж індекси слід ставити у відповідних поверхонь або  їх зон на зображенні деталі в полі креслення. Для деталей, що не підлягають контролю пробними склами, відхилення N і N не вказуються.

У відповідальних випадках допуски на N і N розраховуються виходячи з необхідної якості зображення.

Конструктор може призначити також допуски по ана­логії, орієнтуючись на їх рекомендовані значення. Природно, що і тут також як і при виборі показників якості оптичних матеріалів потрібно враховувати не лише тип деталі, але і матеріал, з якого вона виго­товлена, можливі технологічні методи виготовлення, спектральний діапазон роботи, її розташування в оптичній системі (встановлена вона в широкому або вузькому пучку променів), вигляд оптичної системи, її конструктивні параме­три і характеристики, габаритні розміри деталі і таке інше.

Наприклад, захисне скло (світлофільтр) може стояти як перед об'єктивом (тоді допуски на N і ∆N мають бути жорсткішими), так і за окуляром (де вказані допу­ски будуть ширшими). Деталі, виготовлені з оптичних по­лимеров зазвичай мають відносно невисоку точність форми робочих поверхонь (N = 8 - 10, N=1-2). Більш точна форма поверхні досягається на матеріалах з високою твердістю, в порівнянні з матеріалами, маючими низьку твердість. Допуск на погрішності форм робочих поверхонь лінзи (виконаною із скла) об’­ектива, що працює у видимому спектральному діапазоні, має бути жорсткіший, ніж ці допуски на подібну лінзу (виконаною, наприклад, з германію) об'єктиву, що працює в далекій ІЧ-області спектру. Технологічна точність форм робочих поверхонь зер­кал, що досягається, захисних стекол, лінз при їх виготовленні залежить від співвідношення товщини по осі і найбільших розмірів (діаметрів) цих деталей.

Допуск на дефекти чистоти полірованих робочих по­верхонь оптичних деталей виражають в класах чисто­ти Р по ДСТУ 11141-84, яким обумовлені розміри і число дефектів — подряпин, крапок, їх скупчень (до них відносять також розкриті міхури, сліди недополіро- вок, клея, виколювання).

Вимоги обумовлені дванадцятьма класами від I до 1Ха для поверхонь, віддалених від площини зображення, і ще строгішим класом РО з підрозділами 0-10, 0-20 і 0-40 для поверхонь, розташованих в площинах зо­браження предметів

Допустимі клиновидність  пластин, пірамідальність  і різниця однакових кутів  призм розраховуються виходячи з допустимих значень дефек­тів: відхилення пучка променів від розрахункового напряму і аберації оптичної системи (поперечного хроматизму, коми, дисторсії).

За відсутності вимог до якого-небудь з розглянутих параметрів у відповідній графі ставлять прочерк. У особливих випадках у відповідній графі дається знак сно­ски, а нормування параметра наводиться текстом в техні­чних вимогах.

У третій частині таблиці вказуються оптичні характеристики деталі. Так, для лінз наводять фокусну відстань і фокальні відрізки, а також світлові діаме­три на її робочих поверхнях, для призм — геометричну довжину ходу променя і світловий діаметр.

4. Допуски на шорсткість поверхонь різні для робочих і неробочих (базових, технологічних, вільних) поверхонь оптичних деталей.

Робочі (оптичні) заломлюючі поверхні більшості деталей (за виключенням, на­приклад, матових стекол, екранів), що відображають, поліруються до висо­ти нерівностей профілю по параметру (див. ДСТУ 2789-73) R_z рівному 0,05 мкм.

Неробочі поверхні можуть мати різні значення параметрів шорсткості, залежно від їх призначення, властивостей матеріалів деталей, методів їх здобуття і оброб­ки (литво, пресування, штампування, різання, шліфування, поліровка, травлення), характеристик і зернистості  інструменту (абразиву). Найчастіше шорсткість таких поверхонь, що досягається видаленням шару матеріалу, нормується параметром R_а, рівним 2,5 мкм.

У випадках, коли матеріал деталі (наприклад, берилій, карбід кремнію, титанові і алюмінієві сплави, з ко­трих часто виготовляють дзеркала космічних телескопів) не дозволяє отримати оптичної поверхні, на неї на­носят конструкційне покриття (скляне, мідне, ні­келеве), яке потім обробляють (поліровкою, алмаз­ним точінням) для здобуття необхідної шорсткості і точності форми поверхні.

Відмітимо, що оптичні поверхні деталей, що працюють з потужним лазерним випромінюванням, обробляються із застосуванням методів глибокого шліфування і поліровки  для підвищення їх променевої міцності.

5. Допуски на товщину (розмір) оптичних деталей уздовж осі пучка променів (лінз, пластин, клинів) встанавлюються зазвичай симетричними (±), такими, що дають велику сво­боду дій оптику, в порівнянні з однобічним полем допуску, оскільки окрім товщини деталі він повинен витримувати також допуск (строгіший) на точність форми робо­чих поверхонь (N і ∆N).

6. На силову деталь (лінзу, дзеркало) встановлюють до­пустиме значення її децентрування. Під децентруванням розуміють зсув центру(ов) кривизни її робочої по­верхні з базової осі деталі або неперпендикулярність її плоскої робочої поверхні до цієї осі. У ряді випадків (наприклад, для циліндрових робочих поверхонь, деталей з некруглими бічними поверхнями) під де­центруванням розуміють зсув або непаралельність центру кривизни або осі циліндра робочої поверхні відносно базових поверхонь. Методи призначення допусків на децентрування були розглянути раніше. Приклади позначення децентрувань на кресленні показані на рис. 15.1

  Рекомендації, що до призначення розглянутих вимог на типові оптичні деталі плоскої і сферичної форми приведені в табл. 15.1 і 15.2.

 

 

                                                                               

 

                Рис 15.1 Приклади позначення децентрувань                                  

 

 

                                                                                      

                                                                                  Таблиця 15.1

Допуски на нормовані елементи плоских оптичних деталей                                                 

Параметр	Призми					Клини			Пластини					Дзеркала
	Пентапризми (перед телескопічною системою)	Розділові (світо ділильні призми)	Відбивні	Обертальні (призми бінокля, призми Дове)	Біпризми (фотометричні прилади)	Ахроматизовані (склеєні кронфлінти)	Компенсаційні (вимірювальних приладів)	Прості (одинарні для поєднання зображення)	Інтерференційні	Компенсатори зсуву зображення (вимірювальні геодезичні прилади)	Захисні стекла перед зоровою трубо	Сітки та шкали	Світлофільтри за окуляром	З зовнішнім покриттям		З внутрішнім покриттям
														Перед зоровою трубою	Всередині приладів
	3В	2А	2В	3В	4В	2В	2В	3В	1А	2В	4В	4В	Спектр. хар. 2к	---	---	2В
	3В	2А	2В	3В	4В	2В	2В	3В	1А	2В	4В	4В	Спектр. хар. 2к	---	---	2В
Однорідність	2	2	2	2	3	1—2	2	3	1—2	2	2—3	3	4	2	2	2
Двопроменезаломлення	2	2	2	2	3	1—2	2	3	1—2	2	3	3	4	2	2	2
	2	2	2	2	3	3	3	3	2--3	4	2--5	3--5	К00,005	---	----	2—4
Безсвільність	1А	1А	1А	1А	1А	1Б	1Б	1Б	1Б	1Б	1Б	1Б	1Б	---	---	1Б
Пузирність	4Г	3А	3А	3В	2Б	3В	(2 3)В	3Г	2Б	3Г	3Г	1А	3Г	(3 4)В	(2 3)В	2В
(в кільцях)	3—5	2—3	2—3	3—5	5—10	0,5—3	0,5—3	3—10	0,5—3	1--2	3—5	До 10	До10	0,3—0,5	1—5	3—5
(в смугах)	0,3—0,5	0,2—0,3	0,2—0,3	0,3—0,5	0,5—1	0,05—0,3	0,05—0,3	0,3—1	0,05—0,2	0,1—0,2	0,3—0,5	2	2	0,1--0,3	0,1—0,3	0,3-0,5
	VI--VII	III--IV	IV--V	IV--V	II--III	V	VI--VII	V--VI	II	V--VI	V--VII	0--20	IV--V	V--VII	V	IV—V
	3’	3--5’	3—5’	5’	5—10’	---	---	---	30’’—1’	20’’—5’	1—15’	5—10’	5—10’	---	---	5—10’
	1—5’	1—5’	1—5’	5’	1—5’	5’’—3’	5’’—3’	3—30’	---	---	---	---	---	---	---	---
(пірамідальність)	2—3’	1—5’	1—5’	5’	5’	5’’—3’	5’’—3’	3—30’	---	---	---	---	---	---	---	---
(розподіль	---	---	---	---	---	---	---	---	---	---	2’’	1—2’’	3’’	1—2’’	1—2’’	2’’

 

Таблиця15.2

Допуски на сферичні оптичні деталі

Параметр	Мікрооб’єктиви до 40^х	Об'єктиви коліматорів	Об'єктиви фотографічні і проекційні	Об’єктиви телескопічних систем			Обертальні системи	Колективи	Окуляри (лінзи, лупи)	Лінзи конденсорів
				великого збільшення (дальноміри, нівеліри)		малого збільшення (біноклі, зорові труби)
				1-ий компонент	фокусуючи лінза
	1А	(1 - 2)А, Б	2Б	(1 - 2)А, Б	2В	2В	2Б	3Б	3В	4Г
	1А	(1 - 2)А, Б	2Б	(1 - 2)А, Б	2В	2В	2Б	3Б	3В	4Г
Однорідність	1	1	2	2	2	3	2	3	3	4
Двопроменезал	1	2	2	2	2	3	2	3	3	3 – 5
	1 - 2	2 - 4	2	2 - 4	2 - 4	4	1 - 3	3	3 - 5	4 – 5
Безсвільність	1Б	1Б	1Б	1Б	1Б	1Б	1Б	1Б	1Б	2Б
Пузирність	3В	4В	3В	4В	4В	4В	4В	2А	3В, Г	5Г, Д
(в кільцях)	1 - 2	1 - 2	1 – 3	1 - 3	3 - 5	3 - 5	2 - 3	5	3 - 5	5 – 10
(в смугах)	0,1 – 0,2	0,1 – 0,2	0,1 – 0,3	0,1 – 0,3	0,3 – 0,5	0,3 – 0,5	0,2 – 0,3	0,5	0,3 – 0,5	0,5 – 1,0
	I - II	V - VI	IV – V	V – VI	IV	V – VI	III – IV	I – II	III – IV	IV – VI
, %	0,1 – 0,2	1	1 – 2	2	3	2 – 3	0,5	1	0,5	1
, мм	0,005 – 0,01	0,01 – 0,02	0,01 – 0,03	0,03	0,02	0,03 – 0,05	0,02	0,1 – 0,2	0,03 – 0,05	0,05 – 0,1
, мм	0,05	0,5	0,1	0,2	0,2	0,2	0,05 – 0,1	0,1	0,1	0,2 – 0,5
- для від’ємних лінз	h8	h8; f9	h8; f9	h8; f9	f9; f11	h9; f11	h8; f9	-	f9	-
- для додатних лінз	C11	C11	C11	C11	-	C11	C11	f11; C11	f11	C11; f11

 

На кромках оптичних деталей, як правило, наносять фаски. Фаски підрозділяють:

на захисні (технологічні), слугуючи для видалення мікротріщин і виколювань, що з'явилися в процесі обробки деталі, що оберігають її від можливих сколів, тріщин і руйнувань при закріпленні і експлуатації в наслідок великої напруги в цих дефектах під дією різних сил, а також для виключення травм персоналу при виготовленні і збірці деталей в наслідок гострих кромок і задирок;

конструктивні для видалення надлишків скла або для базування деталі (центрування, вітримування повітряних проміжків між деталями) по плоскій, П-образній, конічній, сферичній формам буртика;

для кріплення завальцовкою, приклеюванням, планками.

Захисні фаски і фаски для кріплення завальцовкою нормалізовані для круглих оптичних деталей. Розмір (ширина) фаски залежить від діаметру деталі, від того на склеюваній або несклеюваній стороні вона наноситься, а кут нахилу фаски залежить від відношення її діаметру D до радиу­су R. Розмір захисних фасок на кутах і ребрах некруглих оптичних деталей (наприклад, призм) встановлюють в за­лежності  від довжини найбільш короткого ребра. Фаски наносять перпендикулярно бісектрисам тригран­них або двогранних кутів. Необхідні рекомендації відносно розміру фасок приведені в довіднику оптика- конструктора.

На заломлюючі і відбиваючі робочі поверх­ні оптичних деталей, зазвичай наносять оптичні по­криття — тонкі плівки різних речовин: металів, оксидів металів, діелектриків, полімерних з'єднань, кремнійорганічних з'єднань і ін.

 

Оптичні покриття дозволяють змінювати оптичні характеристики деталей, додавати їм нові фізичні і хімічні властивості. Залежно від призначення покриття  підрозділяються на наступні групи:

 

    просвітлюючі, дзеркальні, світлоділильні, по­глинаючі (вони змінюють інтенсивність пройшовшого і відбитого випромінювання);

фільтруючі, поляри­зуючі, спектроподільні (що змінюють спек­тральный склад, стан поляризації і фазові ха­рактеристики випромінювання);

електропровідні і захисні (вони призна­чені для обігріву деталей, тимчасового і постійного захисту­ деталей, виготовлен­их з хімічно- і вологонестойких оптичних матеріалів, для гидрофоб­ного і фунгіцидного захисту деталей, що працюють в умовах морського і тро­пічного клімату, а так­же абразивного захисту недостатньо міцних матеріалів).

Умовні позначення видів покриттів на кресленнях оптичних деталей вказуються згідно ДСТУ 2.412.-81.

Покриття можуть бути одно-, двох-, трьох- і багатошарові. На кресленні оптичної деталі, на контурі поверхні ста­влять умовне графічне позначення покриття, а на полі креслення, в технічних умовах, після умовного графічного знаку типа покриття вказують наступні відомості про покриття (згідно ГСТУ 3-1901-85).

1.Позначення (умовне, цифрове) вихідного плівко­утворюючого матеріалу першого шару покриття.

2.Позначення (умовне буквене) способу нанесення першого шару покриття.

3.Багатошарові покриття, що складаються з шарів, що чергуються, можна позначити скорочено по наступних формулах:

• для парного числа шарів (a,b) n/2;

• для непарного числа шарів (a,b) (n-1/2)а, де a і b-шари, що чередуються; n-кількість шарів.

 

Лекція № 52.Вимоги до оформлення оптичних схем. Лінзи і лінзові блоки