ТЕХПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕТОК И ШКАЛ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

Сетки и их назначение.

Во многих оптических системах приборов имеются детали для различных отсчетов, измерений и наведения приборов на объект. Обычно на поверхности таких деталей наносят системы кривых или прямых линий, цифр, индексов или фигур различной формы. В зависимости от вида и взаимного расположения линий, фигур, индексов и др. ориентирующих элементов систему называют шкалой или сеткой. В большинстве случаев эти сетки и шкалы наносят на поверхности плоско-параллельных пластинок, но иногда и на поверхности плоско-выпуклых или сферических линз. В оптической системе сетки и шкалы размещают преимущественно в фокальной плоскости окуляров.

Сетки предназначаются, главным образом, для наведения прибора на объект. Шкалы служат для измерения различных линейных и угловых величин.

В оптическом приборостроении обычно не делают различия между терминами “шкала” и “сетка” и в большинстве случаев применяют последний.

Степень точности изготовления сеток определяют, главным образом, допусками на линейные и угловые размеры, ширины штрихов и интервалов между ними.

По степени точности изготовления сетки делятся на грубые, средние и высокоточные. Если допуски на линейные размеры выше 0,1мм, а на угловые – выше 5 мин., то сетки относятся к разряду грубых.

Сетки средней точности характеризуются допусками на линейные размеры в пределах 0,01-0,1мм и на угловые 1-5 мин.

При допусках, лежащих в пределах 0,001-0,01 мм и соответственно 1 сек. – 1 мин., сетки относятся к высокоточным.

Качество сетки, т.е. точность ее изготовления зависит не только от точности исполнения линейных и угловых размеров ее элементов, но и от качества стекла и чистоты поверхности детали, на которую она наносится.

Так как сетку рассматривают в плоскости изображения оптической системы, то все дефекты поверхности заготовки (точки, царапины, выколки) и внутренние дефекты (пузыри, свили и др.) резко видны в поле зрения, что затрудняет наблюдение. Поэтому стекло заготовки сетки не должно иметь каких-либо внутренних дефектов, а чистота полированной поверхности ее должна выдерживаться в пределах Ι – ΙΙΙ кл. (ГОСТ 11141-65).

Стекло, на которое наносят высокочастотные шкалы, например, для компараторных и дифракционных шкал или теодолитных лимбов, должно быть отожжено и иметь минимальный коэффициент теплового расширения (порядка 0,0001019).

Отклонение от плоскости поверхностей заготовок сеток не оказывает заметного влияния на качество изображения, поэтому допуски на качество поверхности (отклонения от плоскостности) задаются достаточно широкие до  колец интерференция, сто соответствует отклонению в 2-3 мм.

Выбор способа изготовления сеток.

В зависимости от назначения, конфигурация рисунка, толщины штриха и класса точности выбирается способ изготовления сетки. Существуют два принципиально различных способа нанесения сеток – способ деления и способ фотографический (фотолитографический).

Способ деления основан на применении определенного механизма делительной машины или пентографа. Элементы сетки наносятся резцом.

Существует несколько видов делительных работ. Основные из них:

1. Нанесение штрихов на поверхность стекла непосредственно резанием при помощи резца (рис.7)

Этот способ называется механическим. Применяется он при изготовлении сеток шириной от 0,01 до 0,0005 мм. Штрихи наносятся алмазными резцами, режущая кромка которых затачивается в виде трехгранной пирамидки.

Рис.7

2. Нанесение сеток прорезыванием защитного слоя, покрывающего поверхность стекла (рис.8) и последующим травлением кислотой обнаженного стекла до получения рельефных штрихов позволяет получать сетки с шириной штрихов в пределах 0,010-0,002 мм.

3. Фотографический способ нанесения сеток основан на фотохимических реакциях и включает большое число технологических приемов: получение качественного негатива сетки на специальном фотослое и получение копии негатива на заготовке сетки и т.д. Этот способ дает возможность получить штрихи с толщиной не менее 0,003 мм.

Фотолитография благодаря применению высокоразрешающих фоторезистов и создающего рисунок высокоточного оборудования позволяет получить сложные рисунки высокой точности размеров.

Рис.8

Глазирование по защитному слою для получения сеток травлением.

Метод заключается в нанесении элементов сетки на слое, покрывающем стекло, при помощи резца. Гравируемый слой выдавливают передней гранью резца и удаляют в виде сливной стружки, слой покрытия по сторонам остается нетронутым.

Чтобы получить высокое качество элементов сетки, наносимых гравированием по защитному слою, и оптимальные условия ведения процесса травления, необходимо предъявить особые требования к заготовкам сетки, к защитному слою, к резцам, к копиру-шаблону.

При гравировании этим способом большое значение имеет химический состав стекла, из которого изготавливается заготовка сетки. Обычно для этого служит стекло марки БК10 (БК110), которое обладает достаточной химической стойкостью и хорошо поддается травлению. Резанием и фотографическим способом следует наносить сетки на стекло марки К8 (К108), которое отличается высокой твердостью, химической устойчивостью и хорошо полируется.

Качество сеток, получаемое делением по защитному слою с последующим травлением, зависит от качества защитного слоя. Хорошим защитным материалом является пчелиный воск, специально приготовленный увариванием, с твердостью по пенетрометру Ричардсона от 8 до 17 единиц и температурой плавления 68-72°. Воск на поверхность подложки наносят кистью, предварительно его расплавляют. На детали должен получиться тонкий слой воска. Толщина слоя воска зависит от ширины штриха сетки и цены деления. Например, при ширине штрихов 2-5 мм толщина слоя воска должна быть порядка 3 мм.

Для гравирования штрихов до 2 мм применяют алмазные резцы, а для более широких штрихов – стальные, из углеродистой стали марок У 10А и У 12А, легированной хромистой стали ХГ, хромокремнистой стали ХБ5 и ОХС. Резцы затачивают либо в форме пирамиды (рис.9 в, б), либо в форме конуса (рис.9 в) на точильных камнях, затем их закаливают и отпускают, доводят окончательно грани и притупляют до заданного размера Δ при помощи пасты на стеклянной плите. Притупляют резцы для того, чтобы избежать царапин поверхности детали и для получения определенной ширины штрихов элементов сетки.

Рис.9

Копировальная машина (пантограф), применяемая для нанесения сеток резцами по стеклу или на покрытия по стеклу, наносит сетку в виде подобного уменьшенного изображения ее эталона при помощи шарнирно-рычажных систем (рис.10). Увеличенный эталон сетки, выполненный в масштабе от 1:10 до 1:60 является шаблоном –копиром (1), по рельефным элементам которого движется свободный шпиль (2), передающий движение резцу (5) через шарнирно-рычажную систему. Шаблон (копир) и заготовки сетки (6) в процессе нанесения сетки неподвижны.

Рис.10

Пантографы бывают одношпиндельные и многошпиндельные. У многошпиндельных число резцов (шпинделей) не превышает 6-8. При обводке шпилем (2) штрихов копира координатный столик (3) копирует движение шпиля в установленном масштабе. Такое же движение выполняет резец (5), прорезывающий воск и оставляющий на нем требуемые штрихи.

Шаблон-копир представляет собой металлическую пластину с цифрами, штрихами и другими элементами сеток в виде углубленных канавок, по которым движется обводный шпиль пантографа. Шаблоны обычно изготовляют из бронзы и латуни специальных сортов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Малов А.Н., Законников Обработка деталей оптических приборов. Машиностроение, 2006. - 304 с.

2. Бардин А.Н. Сборник и юстировка оптических приборов. Высшая школа, 2005. - 325с.

3. Кривовяз Л.М., Пуряев Д.Т., Знаменская М.А. Практика оптической измерительной лаборатории. Машиностроение, 2004. - 333 с.