Рис. 12. Определение радиуса кривизны мокрого зеркала.
и будет фокусное расстояние зеркала. В ходе тонкой шлифовки и полировки это фокусное расстояние может слегка измениться, но в основном оно задается во время обдирки. Чем больше глубина вогнутой поверхности зеркала (эта глубина в центре заготовки называется стрелкой кривизны), тем короче фокусное расстояние. Кстати говоря, радиус кривизны зеркала в два раза больше его фокусного расстояния.
В пасмурные дни поступим иначе: рядом с яркой лампой установим экран так, чтобы он был защищен от прямого света лампы. Устанавливаем зеркало так, чтобы зайчик света падал на экран (рис. 12). Приближая или удаляя зеркало от экрана, добиваемся того, чтобы зайчик света стал маленьким и принял форму волоска лампы. Добившись максимальной резкости, измерим расстояние от зеркала до экрана. Если экран и лампа одинаково удалены от зеркала, то это расстояние и есть радиус кривизны зеркала, который в свою очередь равен двум фокусным расстояниям. Делим расстояние от зеркала до экрана пополам и получаем величину фокусного расстояния зеркала.
Фокусное расстояние можно измерить и другим способом. Измерим просвет между зеркалом и прямолинейным краем металлической линейки (стрелку кривизны). Для этого нарежем неширокие (5 мм) полоски бумаги, например тетрадной. Сложим 20--30 полосок стопкой и измерим толщину стопки, плотно сжав ее. Разделив толщину стопки на число бумажек, получим толщину каждой бумажки. Подкладывая бумажки в центре зеркала, будем время от времени прикладывать линейку до тех пор, пока линейка не ляжет плотно на бумажки. После этого, умножив число полосок на толщину одной полоски, получим величину стрелки прогиба поверхности зеркала, а затем и фокусное расстояние по формуле
где R -- радиус кривизны зеркала, D -- диаметр зеркала, х -- стрелка кривизны.
Если на первых порах точность определения фокусного расстояния описанным методом приблизительно равна точности "мокрого" метода и составляет примерно 
мм, то при переходе к тонкой шлифовке точность непосредственного измерения фокуса смоченного зеркала резко возрастает. На последних стадиях шлифовки эта точность составляет 
мм.
Ї 8. КАКИМ ДОЛЖПО БЫТЬ ФОКУСНОЕ РАССТОЯНИЕ ЗЕРКАЛА?
Прежде всего введем новое понятие: относительное отверстие. Относительным отверстием объектива (зеркала или линзы) называется отношение диаметра объектива к его фокусному расстоянию. Относительное отверстие всегда выражается дробью с единицей в числителе, например 1/3, 1/10, 1/6,5 и т. д. Между прочим, значения "диафрагмы", нанесенные на оправу фотообъектива,-- это знаменатели относительных отверстий объектива. Если "диафрагма" равна 2,8, то относительное отверстие объектива равно 1/2,8. В астрономической оптике "диафрагма" называется относительным фокусным расстоянием или "относительным фокусом". Например, если фокусное расстояние нашего зеркала равно 1200 мм, а его диаметр равен 150 мм, то относительное отверстие равно 1/8, а относительный фокус 8.
Чем меньше относительное отверстие, тем меньше сказывается на качестве изображения сферическая аберрация зеркала, которая состоит в том, что лучи параллельного пучка света после отражения от сферической поверхности не собираются в одну точку, так как фокусное расстояние центральной части сферического зеркала больше фокусного расстояния крайних зон. Эта разница обычно невелика, но ее достаточно, чтобы заметно портить изображение (рис. 13).
Сфера
Рис. 13. Отражение пучка параллельных лучей от сферического и параболического зеркала.
Совершенно свободно от сферической аберрации параболоидальное зеркало. Параболоид вращения имеет на крайних зонах меньшую, чем в центре, кривизну. Благодаря этому фокусное расстояние крайних зон несколько больше, чем у сферического зеркала. Но сделать параболоидальное зеркало сложнее.
Впрочем, при достаточно малых относительных отверстиях сферическая аберрация так мала, что изображение практически не искажается, и такое зеркало может быть названо идеальным. Табл. 5 дает наименьший относительный фокус V сферического зеркала для выбранного диаметра D, при котором изображения становятся идеальными. Разумеется, можно выбрать относительный фокус еще больше (а относительное отверстие меньше), и изображения будут оставаться по-прежнему идеальными, но нельзя выбирать относительный фокус меньше, чем указано в таблице.
Т а б л и ц а 5
|
D |
70 |
100 |
130 |
150 |
200 |
250 |
300 |
|
V |
6,30 |
7,05 |
7,70 |
8,08 |
8,89 |
9,58 |
10,18 |
В табл. 6, наоборот, показана зависимость диаметра зеркала от выбранного относительного фокуса.
Т а б л и ц а 6
|
V |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
10 |
|
D |
7,7 |
18,2 |
35,5 |
63,3 |
97,4 |
145,4 |
284,0 |
Таким образом, наше 150-миллиметровое зеркало должно иметь относительный фокус не менее 8,08. Иначе говоря, его фокусное расстояние должно быть в 8,08 раза больше диаметра. Нетрудно подсчитать, что фокусное расстояние зеркала не должно быть короче 1212 мм. Конечно, нет нужды выдерживать эту величину с высокой точностью. Достаточно принять фокусное расстояние равным 1200 мм или 1300 мм. Остановимся, например, на первой величине. Проверяя фокусное расстояние у смоченного водой зеркала, остановим обдирку, когда фокусное расстояние станет приблизительно равным выбранному. Лучше, если оно будет на 2--3 см больше, так как в ходе тонкой шлифовки оно несколько уменьшится. Ї 9. ШЛИФОВАЛЬНИК
Для тонкой шлифовки нужен шлифовальник. Проще всего его сделать, подобрав металлический или пластмассовый круг тех же, что и зеркало, диаметра и толщины. Кроме того, потребуется примерно 50-- 60 мл эпоксидной смолы. Для изготовления шлифовальника положим зеркало на горизонтальную поверхность рабочей стороной вверх (рис. 14).
Рис. 14. Зеркало с бумажным бортиком перед изготовлением шлифовальника.
Кружок полиэтилена еще не уложен на зеркало.
Сделаем бортик из толстой бумаги, который должен приподниматься над краем зеркала на 2,5-- 3 мм. Пространство между бортиком и фаской на зеркале заделаем пластилином, предварительно скатав его тонким жгутиком. Важно, чтобы в пластилине не оказалось ямок, лежащих ниже поверхности зеркала. В эти ямки затечет смола, образовав выступы, которые потом не дадут "стянуть" шлифовальник с зеркала. Обильно смажем зеркало маслом со всех сторон (можно применить любое масло, в том числе подсолнечное или сливочное). Поверх смазанной поверхности уложим круглый лист полиэтилена того же, что и зеркало, диаметра.
Нужно проследить за тем, чтобы между краем полиэтилена и бортиком не было больших щелей, куда может затечь смола. Поэтому щель между бумажным бортиком и полиэтиленом лучше заделать пластилином, как и фаску. Смажем маслом и бортик. Все эти меры необходимы для того, чтобы эпоксидная смола не приклеилась к зеркалу. В небольшой посудине разведем смолу, тщательно перемешав собственно смолу-компаунд и отвердитель.
Рис. 15. Канавки на поверхности эпоксидной смолы. Поверхность смолы уже пришлифована к зеркалу.
После тщательного перемешивания смолы выльем ее на полиэтилен. Заливаем до тех пор, пока смола не поднимется до края бортика. Нельзя перемешивать смолу уже на полиэтилене, так как она может подтечь под него. После этого кладем на поверхность смолы приготовленную металлическую или пластмассовую пластину. Для того чтобы смола лучше приклеилась к металлу, с поверхности металла надо удалить следы жира, для чего ее надо тщательно протереть ацетоном или спиртом и сильно поцарапать.
Оставим диск на смоле и дадим ей затвердеть. Обычно на это уходит 8--12 часов. Для верности снимем шлифовальник с зеркала через сутки.
После того как мы снимем с зеркала шлифовальник и полиэтилен, мы увидим поверхность, далекую от идеальной сферы. На поверхности смолы будут видны небольшие ямки и бугорки, которые, впрочем, в основной своей массе будут сошлифованы и не помешают работе шлифовальника.
Для того чтобы абразивный порошок легче распределялся по всей поверхности шлифовальника, надо ножовкой по металлу пропилить в смоле канавки (рис. 15) через 30--40 мм. Канавки помогают быстрому перемещению абразивной суспензии и равномерному ее распределению на поверхности шлифовальника, Кроме того, канавки полезны еще и потому, что в них проваливаются случайные крупные зерна абразива, не успевая поцарапать поверхность зеркала. Если канавок нет, это зерно будет кататься между шлифовальником и зеркалом до тех пор, пока не разрушится. В этом случае оно успеет прочертить длинную царапину. Ї 10. ШЛИФОВКА
Получив нужное нам углубление, мы должны сгладить матовость на поверхности зеркала. Это делается с помощью более тонких абразивов. Шлифовальник теперь располагается внизу, а зеркало наверху. Вспомним, что эпоксидная смола, которой покрыт наш шлифовальник, мягче стекла, поэтому матовость на зеркале получается примерно вдвое тоньше, чем при шлифовке металлическим шлифовальником. Начиная шлифовку на пластмассовом шлифовальнике, применим все тот же абразив No 25, следя за тем, как матовость становится тоньше по мере шлифовки. Только хорошо прошлифовав этим номером абразива, перейдем к No 12, а затем к No 6.
Вообще надо стремиться к тому, чтобы по мере уменьшения размеров зерен их диаметры уменьшались вдвое. Конечно, можно перейти к абразиву, размеры зерен которого меньше предыдущего в 1,4 раза, но крайне нежелательно переходить через более крутую ступеньку, когда средний размер зерен фракции меньше предыдущего в 3 или 4 раза. В этом случае тоже можно хорошо прошлифовать поверхность, затратив больше, чем обычно, времени, но лучше не рисковать так как можно не заметить мелких ямок, оставшихся от предыдущего номера абразива. Эти ямки, если их много, сильно рассеивают свет и снижают контраст изображения в телескопе. Поэтому лучше при переходе к следующему номеру абразива придерживаться уменьшения размера зерен в 2 или 1,4 раза.
Рис. 16. Движение шлифовальника и зеркала при шлифовке.
Шлифпорошки No 25, No 12, No 6 наносим на шлифовальник чайной ложечкой, а воду рукой, смачивая в воде пальцы и брызгая на шлифовальник. Микропорошки М28, М20, М14 и т. п. наносим иначе. Насыплем в мягкую пластмассовую бутылочку с завинчивающейся крышкой микропорошок. Нальем кипяченой воды и, взболтав абразивную суспензию, дадим ей отстояться и сольем излишек воды. Сделаем в крышке толстой иглой. отверстие диаметром около 1 мм. Еще лучше, если крышка снабжена трубочкой, как, например, у бутылочек для бензина к зажигалкам.
Взбалтываем абразивную суспензию, наклоняем бутылочку отверстием вниз и, нажимая на стенки, выдавливаем струйкой суспензию на шлифовальник. Взбалтывать суспензию надо не до дна, так как на дне бутылки бывают случайные крупные частички, которые могут поцарапать зеркало.
Во время шлифовки применяем только центральный штрих (когда центр зеркала движется по диаметру шлифовальника) со смещением центра зеркала на 1/3 диаметра. Вынос делаем всегда в одну сторону, например от себя. Сдвинув таким образом зеркало, возвращаем его обратно. После двух-трех штрихов поворачиваем столик с укрепленным на нем шлифовальником на 300 и одновременно поворачиваем зеркало правой рукой в противоположную сторону примерно на половину угла поворота шлифовальника. После этого делаем еще 2--3 штриха. Впрочем, не обязательно выдерживать такую последовательность штрихов и поворотов. Важнее другое -- шлифовка должна идти равномерно по разным азимутам, зеркало должно сдвигаться в среднем на 1/3 диаметра, но не больше (рис. 16). Некоторые любители шлифуют, сдвигая зеркало в обе стороны на 1/3 радиуса зеркала. Штрихи длиннее 1/3 радиуса приводят к тому, что на краю зеркала появляется "завал", уменьшение кривизны крайней зоны зеркала или, что одно и то же, увеличение радиуса кривизны. Этот дефект в сильно утрированном виде показан на рис. 17,а. Штрихи короче 1/4 диаметра приводят к появлению зональных ошибок, а также "подвернутого края", когда в центре кривизна меньше, чем на краях (рис. 17, б),
Рис. 17. Наиболее часто встречающиеся ошибки поверхности вогнутого зеркала:
завал края (а) и подвернутый край (б).
Чтобы проверить, имеет ли зеркало эти отступления от сферы, промоем зеркало и шлифовальник и высушим их. Прочертим на зеркале простым карандашом несколько диаметральных линий. Осторожно уложим зеркало на сухой шлифовальник и сделаем несколько штрихов. В случае завала карандашные линии сотрутся на средних зонах, а при подвернутом крае - на краю и в центре.
Нельзя злоупотреблять, этими испытаниями, так как на сухом без абразива шлифовальнике зеркало может легко поцарапаться. Поэтому к этим исследованиям прибегнем только в том случае; когда зеркало при движении по шлифовальнику начинает "цепляться". Это указывает на возможный завал края. Если же зеркало движется слишком легко и как бы стремится соскользнуть со шлифовальника, то это указывает на возможный подвернутый край.
Если обнаружен завал края, укоротим штрих до 1/4--1/5 диаметра, если подвернутый край -- увеличим штрих до 2/5 диаметра.
Надо избегать быстрых и резких движений; они должны быть плавными, а чисто полных штрихов не должно превышать двух в секунду при диаметре зеркала 150 мм. Ї 11. ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ СКОРОСТЬ ШЛИФОВКИ?
Скорость шлифовки прежде всего зависит от абразива, которым она ведется. Табл. 7 показывает относительную твердость различных естественных и искусственных материалов, применяемых в качестве шлифующих абразивов.
Во время обдирки стараются применить самые твердые материалы. Те же материалы применяются при грубой шлифовке. На последних стадиях шлифовки
Т а б л и ц а 7
|
Наименование материала |
Относительная твердость |
Наименование материала |
Относительная твердость |
|
Кварцевый песок Наждак Корунд |
1.0 1,4 2,0 |
Карбид кремния Карбид бора Алмаз |
2,9--3,3 4,8--4,9 10,0 |
применяются несколько более мягкие абразивы, например корунд. Из электрокорунда приготавливаются микропорошки от М40 и мельче.
Конечно, мы не можем рассчитывать на то, что удастся достать искусственный алмаз, но можно постараться достать карбид кремния или карбид бора, разумеется, нескольких номеров.
Во-вторых, большое влияние на скорость шлифовки, впрочем, как и полировки, оказывает давление на зеркало, Считается [12], что наилучшее давление на инструмент 800 г на 1 см2.
Однако для того, чтобы наше 150-миллиметровое зеркало, имеющее площадь 177 см3, подвергнуть такому давлению, надо поставить на него груз массой более 140 кг. Ни профессионалы, ни любители не используют оптимальное в смысле скорости шлифовки давление и обычно ограничиваются давлением около 5 кПа (50 Г/см2). Для того чтобы создать такое давление на шлифовальнике, надо поставить на зеркало груз массой около 9 кг. Практически в любительской практике применяются еще меньшие давления, так как трудно передвигать зеркало, если на нем стоит тяжелый груз, Поэтому 150-миллиметровое зеркало нагружается грузом массой 2--3 кг, и удельное давление составляет 1--1,5 кПа или 10-- 15 Г/см2.
Нужно помнить еще об одном обстоятельстве, которое принуждает избегать больших давлений при обработке астрономических зеркал. Речь идет о деформациях заготовки при больших нагрузках, что может привести к грубым ошибкам на поверхности зеркала. Поэтому на последних стадиях тонкой шлифовки примем давление 1--1,5 кПа как оптимальное и не будем намного превышать эту величину.
На однородности матирования сказывается продолжительность шлифовки одним номером абразива. Очевидно, что чем дольше мы шлифуем одним номером, тем равномернее будет матирование. Однако продолжительная шлифовка увеличивает вероятность попадания крупных зерен, которые могут поцарапать поверхность зеркала. Поэтому необходимо выбрать некую оптимальную продолжительность, когда матовость от предыдущего абразива совершенно явно сошлифована. Для электрокорунда эта продолжительность составляет примерно 15--20 минут, если каждый последующий номер имеет зерна в 1,4 раза меньше зерен предыдущего номера. Если "лестница"" номеров "круче" и каждый последующий абразив мельче предыдущего в 2 раза, время шлифовки надо увеличить, до 1--1,5 часа. При этом имеется в виду, что удельное давление составляет 1-- 1,5 кПа. Увеличение давления приводит к прямо пропорциональному увеличению скорости сошлифовывания стекла и, значит, к обратно пропорциональному сокращению времени шлифовки одним номером абразива. Поэтому во время обдирки и на первых стадиях шлифовки надо применять как можно большее давление, помня, что даже усилие на зеркале в 10 кГ приведет к удельному давлению всего около 6 кПа (60 Г/см2).
Долгое время считалось, что на поздних стадиях шлифовки давление должно быть резко уменьшено. из-за опасности появления царапин. Исследования последних лет показывают, что число царапин совершенно не зависит от давления [12].
По мере того как стекло сошлифовывается, а абразив измельчается, на поверхности шлифовальника собирается большое количество шлама (отработанного абразива и измельченного стекла), который сам практически не принимает участия в процессе шлифования, но очень мешает шлифовке свежим абразивом, так как зеркало "плавает" на этом слое шлама и недостаточно прижимается к шлифовальнику. Чтобы этого избежать, необходимо своевременно убрать шлам. Для этого достаточно время от времени (через 2 - 3 порции абразива добавлять много воды, которая смоет отработанный шлам, и он по канавкам в шлифовальнике стечет на ее края. Однако через некоторое время нужно зеркало полностью отмыть от шлама. Чаще всего эта процедура совпадает с мытьем зеркала и шлифовальника перед переходом на более мелкий абразив. Ї 12. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА МАТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Самое неприятное в ходе тонкой шлифовки -- царапины и остатки матовости от предыдущих номеров абразива. Поэтому, прежде чем переходить на более мелкий абразив, нужно внимательно осмотреть матовую поверхность зеркала в косо падающем солнечном свете или свете сильной лампы, стараясь рассмотреть возможные ямки--"точки", которые выделяются на ровном фоне матовой поверхности, как яркие блестки.
При рассматривании отражения в матовой поверхности зеркала большого не слишком яркого объекта, например окна днем (при косом падении света на зеркало), надо обращать внимание на то, что некоторые участки зеркала могут иметь более матовую поверхность, чем остальные. Однако надо помнить, что вид поверхности зависит и от угла падения света: при более скользящем падении поверхность блестит больше. Покачивая зеркало, внимательно выискиваем матовость в виде кольца или пятна в центре, концентричного с краем зеркала. Эта матовая зона говорит о том, что дело не в косом падении света, а действительно в остатках матовости после грубой шлифовки.
Хорошие результаты можно получить, рассматривая поверхность зеркала в сильную лупу, а еще лучше -- в микроскоп с увеличением 50--100 раз. Имея слабый объектив от какого-нибудь старого микроскопа и окуляр, микроскоп можно сделать самому. Установив его на простом штативе из толстой проволоки, можно получить прекрасный инструмент (рис. 18).
Рис. 18. Микроскоп для осмотра шлифованной поверхности зеркала.
Конечно, невозможно осмотреть всю поверхность зеркала в микроскоп; достаточно осмотреть несколько зон. Для этого надо от самого края зеркала пройтись. вдоль радиуса зеркала до самого центра. В тех случаях, когда на фоне мелкого матирования видны крупные ямки, надо осмотреть эту зону внимательнее, двигаясь по окружности вдоль зоны.
Как оценить размер попадающихся ямок? Для этого в фокальную плоскость окуляра надо ввести кончик тонкой проволоки. Фокальная плоскость расположена там, где установлена так называемая полевая диафрагма окуляра; у обычных окуляров к микроскопу эта диафрагма установлена между линзами. Поэтому окуляр надо разобрать, вывинтив одну из линз. Впрочем, в некоторых микроскопах применяются окуляры с полевой диафрагмой, расположенной перед передней (не глазной) линзой. Тогда установить проволочку вообще не составит труда. Надо добиться, чтобы проволочка была видна резко одновременно с матовой поверхностью зеркала.
Следующий шаг заключается в том, что надо измерить диаметр поля зрения микроскопа в пространстве предметов. Для этого будем рассматривать миллиметровую линейку в микроскоп. Предположим, что в поле зрения видно одновременно 1,5 деления. Это значит, что поле зрения микроскопа составляет 1,5 мм в диаметре. Допустим, проволочка видна такою размера, что ее толщина составляет 1/40 диаметра поля зрения. Это значит, что в пространстве предметов проволочка проецируется размером 1,5 : 40=0,04 мм или 40 мкм.
Как оценивать размер ямок? Глядя в микроскоп, сравниваем размер ямки с видимой толщиной проволочки. Предположим, что ямка имеет размер около 1/3 толщины проволочки, значит, настоящий диаметр ямки равен 40 мкм : 3 =13 мкм
Получив размер ямки, мы можем решить, каким образом ее можно сошлифовать.
Практика показывает, что при шлифовке с давлением около 1 кПа (10 Г/см2) ямка сошлифовывается за 15--20 мин, если шлифовка ведется абразивом со средней величиной зерна того же размера, что и диаметр ямки. В нашем примере ямка будет сошлифована за 15--20 минут микропорошком М14.
Не нужно думать, что для оценки качества поверхности зеркала обязательно нужен микроскоп. Большинство любителей обходится лупой. Но микроскоп позволяет просто и быстро решать вопрос об устранении ямок или царапин. Ї 13. КАК ИЗБЕЖАТЬ ЦАРАПИН?
Надо сразу сказать, что универсального средства полностью избежать царапин нет. Проблема царапин настолько сложна, что даже в профессиональном производстве существуют допуски, позволяющие считать поверхность совершенной, если на ней есть некоторое число небольших царапин. ГОСТ предусматривает для астрономических объективов и зеркал класс чистоты VII. Это означает, что допускается некоторое число царапин шириной не более 0,1 мм, если их суммарная длина не превышает двух диаметров объектива, В нашем случае ГОСТ допускает несколько царапин общей длиной около 300 мм. На оптических деталях размером с наше зеркало не учитываются одиночные точки, если их диаметр не превышает 1,0 мм, а число не больше 0,5 D (D -- диаметр зеркала в мм). На нашем зеркале может быть не более 75 точек диаметром до 1 мм.
Вообще же царапин и точек можно в значительной степени избежать, если в основу положить принцип:
"Во всем абсолютная чистота и аккуратность". С этой целью не мешает лишний раз залить абразивы водой, взболтать и дать отстояться.
Для баночек, где хранятся микропорошки, ни в коем случае нельзя применять стеклянные пробки. Пробки должны быть корковые или пластмассовые.
Для взмучивания абразивов надо применять только хорошо отстоявшуюся свежевскипяченную воду.
В значительной степени при работе помогают канавки на шлифовальнике, куда крупные частицы проваливаются, не причинив вреда.
На рабочем месте не должно быть ничего лишнего. Для того чтобы отработанный абразив не скапливался на столе, надо почаще снимать и мыть клеенку, которой застелен стол и на которой установлен станок. Многие любители используют вместо клеенки стопу старых газет, грязные газеты снимают и выбрасывают при переходе к более мелкому абразиву.
Часто в толще стекла попадаются мелкие пузырьки. Они не страшны. Но если такой пузырек расположен в непосредственной близости к поверхности зеркала, он может в ходе шлифовки вскрыться. В этом случае ямку надо рашлифовать с помощью мелкого абразива и гвоздя, установив гвоздь в ямку и вращая его пальцами. Это устранит еще одну опасность--скапливание в ямке отработанного абразива. Расшлифованная ямка практически не мешает работе зеркала. У 2,6-метрового телескопа Крымской астрофизической обсерватории одно из вспомогательных зеркал имеет два расшлифованных пузырька диаметром примерно 6--7 мм.
Во время тонкой шлифовки чрезвычайно мелкий отработанный абразив слипается в прочные комочки. Эти комочки собираются на краю шлифовальника, где отработанный абразив быстро сохнет. Попав между зеркалом и шлифовальником комочек не может быстро разрушиться и некоторое время катается по поверхности зеркала, производя царапины. Эти царапины в микроскопе выглядят не так, как обычные, образованные крупными зернами абразива Если последние оставляют царапины, напоминающие овраги с рваными краями и очень неровным дном, то царапины от слипшихся комочков имеют совершенно плоское дно. Создается впечатление, что часть матовой поверхности осела на некоторую глубину. Чтобы избежать, этих царапин, надо не давать высыхать абразиву на краю шлифовальника. Для этого край шлифовальника время от времени надо смачивать водой, следя за тем, чтобы он оставался всегда мокрым.
При рассматривании отшлифованной поверхности или в процессе полировки иногда можно заметить, что одна из зон явно хуже отшлифована и имеет более грубую матовость. Эта зона обычно располагается в том месте, где добавлялся абразивный порошок. Возникает матовость от того, что на этой зоне абразив всегда крупный, еще не успевший разрушиться, тогда как на другие зоны он попадает заметно измельченным. Чтобы предотвратить это, надо наносить абразив не только на этой зоне, но и на самом краю, и на центральных зонах.
Опасно оставлять на шлифовальнике мало абразива. Шлифовка с недостаточным количеством абразива--также одна из причин появления царапин. Особенно опасно класть зеркало на шлифовальник без абразива. Здесь даже самая мелкая соринка может оставить роковой след.
Канавки на шлифовальнике, защищая зеркало от царапин во время шлифовки, могут стать источником царапин при перемене номера абразива: поэтому мыть шлифовальник надо особенно тщательно, лучше всего со щеткой. Ї 14. КАК ИЗМЕНИТЬ РАДИУС КРИВИЗНЫ ЗЕРКАЛА?
В ход шлифовки время от времени полезно смачивать зеркало водой и определять его фокусное расстояние, а, следовательно, радиус кривизны. Мы помним, что фокусное расстояние равно половине радиуса кривизны.
Давно замечено, что если две плоские стеклянные пластины долго шлифовать одна о другую, то верхняя пластина становится вогнутой, а нижняя -- выпуклой. У профессиональных оптиков есть выражение "план пошел на радиус". Это значит, что плоская поверхность стала приобретать кривизну. Между прочим, на протяжении многих лет это свойство шлифуемых поверхностей использовалось для того, чтобы придать, зеркалу вогнутость, а стеклянному шлифовальнику выпуклость. Тех, кого это заинтересует, отсылаем к книге М. С. Навашина "Телескоп астронома-любителя",
Нас сейчас интересует только возможность изменять радиус кривизны зеркала. При шлифовке пластмассовым шлифовальником постоянное положение зеркала сверху приводит к тому, что его радиус кривизны, а значит, и фокусное расстояние постепенно уменьшаются. Например, при обработке автором зеркала диаметром 160 мм микропорошками М40, М28, М20, М14 в течение трех часов фокусное расстояние зеркала уменьшилось с 1000 мм до 940 мм.
Чтобы увеличить фокусное расстояние, нужно зеркало и шлифовальник поменять местами зеркало положить на стол, а шлифовальник сверху. Меняя положение зеркала и шлифовальника, можно сохранять величину радиуса кривизны и фокусного расстояния, если оно близко к расчетному. Впрочем, некоторое изменение фокусного расстояния не страшно, так как от этого только несколько изменится длина трубы. Единственное, за чем надо следить,-- это чтобы величина относительного фокуса не уменьшалась до величин, значительно меньших, чем приведены в табл. 5. В противном случае у отполированного зеркала величина сферической аберрации будет превышать допустимую. Ї 15 КОГДА ЗАКАНЧИВАТЬ ШЛИФОВКУ?
Чем тоньше матовость, тем проще и быстрее идет полировка. Но при использовании слишком мелких микропорошков вероятность возникновения царапин резко возрастает. На это жалуются почти все любители. Поэтому ограничим себя микропорошком М10. На пластмассовом шлифовальнике он дает очень тонкую матовость, которая соответствует матовости от порошка No 7 на металлическом или стеклянном шлифовальнике. В то же время микропорошок М10 еще не дает тех царапин, которые характерны для номеров М7 или М5. Можно остановиться и на порошке М14. При этом в два раза увеличится время полировки.
После осмотра отшлифованной поверхности, как было сказано выше, можно решиться на переход к полировке, если на матовой поверхности зеркала нет недопустимых дефектов. Здесь, полезно еще раз отметить, что отдельные царапины не сказываются на качестве изображения, но сеть, мельчайших и многочисленных царапин очень страшна. Отдельные точки, хотя бы и крупные, не страшны, в отличие от больших площадей с мелкой матовость. Поэтому, если на поверхности зеркала обнаружены многочисленные царапины или ямки, которые значительно глубже основной матовости, надо возвратиться к шлифовке с более крупным абразивом, прежде чем перейти к полировке. Можно затратить много часов непрерывной полировки, но так и не сполировать ямок диаметром 30-40 мкм. Ї 16. КАК ПРИГОТОВИТЬ ПОЛИРОВОЧНУЮ СМОЛУ?
Полировочная смола состоит из каменноугольного пека (битума, сапожного вара), канифоли и воска (без которого можно обойтись). В табл. 8 приведены составляющие полировочной смолы в зависимости от рабочей температуры помещения.
На разостланной газете разобьем пек (или битум) и канифоль на кусочки размером в 0,5--1 см, измельчим воск. Перемешаем в пропорциях, указанных в
Т а б л и ц а 8
|
Марка смолы |
Канифоль, г |
Воск, г |
Пек, г |
Рабочая температура, С |
|
П10, 5 |
840 |
10 |
150 |
40--35 |
|
П10 |
700 |
10 |
290 |
35--30 |
|
П9, 5 |
600 |
10 |
390 |
30-25 |
|
П9 |
500 |
10 |
490 |
25-20 |
|
П8,5 |
380 |
10 |
610 |
23--20 |
|
П8 |
150 |
10 |
840 |
20--15 |
таблице, и всыплем в металлическую баночку, в которой будем варить смолу. Смесь должна нагреваться на медленном огне, и при варке нельзя допускать, чтобы смола закипела. Тщательно перемешаем массу палочкой. Сначала на палочке налипнет почти вся смола, но по мере постепенного разогревания она равномерно заполнит банку. После получасового нагревания и помешивания смолу можно считать готовой. Теперь из смолы надо устранить возможные твердые крупинки. Для этого смолу надо процедить через марлю. Ї 17. КАК СДЕЛАТЬ ПОЛИРОВАЛЬНИК ?
Если шлифовка шла на достаточно твердом шлифовальнике, то полировка производится на относительно мягком полировальнике. Существует довольно много способов изготовления полировальников -- нанесения смолы на металлическую основу. Мы опишем три из них.
Первый напоминает изготовление шлифовальника из эпоксидной смолы. На лицевую поверхность зеркала кладем пару кругов из промокательной или другой мягкой пористой бумаги, которая должна защитить зеркало от резкого перегрева в момент выливания на него смолы. Поверх промокательной бумаги укладываем круг из алюминиевой фольги, которую можно купить в хозяйственных магазинах.
Вокруг зеркала сделаем бортик из мокрой толстой бумаги в два слоя высотой в 5 мм над поверхностью зеркала. Теперь выливаем на фольгу разогретую до консистенции сметаны смолу. Когда уровень смолы выровняется с верхним краем бортика, положим на смолу подогретый металлический диск, протерев его предварительно скипидаром, и оставим остывать на смоле. Толщина слоя смолы должна быть около 5 мм.
Через 10 минут смола достаточно затвердеет, и мы сможем снять основание полировальника вместе со смолой. Перевернем его смолой вверх и удалим фольгу, которая снимается очень легко (рис. 19, а).
Окончательную форму полировальнику мы придадим на отшлифованной поверхности зеркала, но сначала нужно изготовить канавки, назначение которых станет ясным несколько позже.
Для изготовления канавок на жало электропаяльника прикрутим толстой медной проволокой наконечник из жести (рис. 19, б). Нарежем полоски газеты длиной примерно 150 мм и шириной 20 мм. Смочим и уложим их на поверхность смолы параллельно друг другу с интервалом 5 мм. На края банки со смолой установим полировальник вертикально, рабочей стороной к себе и полосками вертикально. Подведем наконечник паяльника к одному из промежутков между полосками газеты и начнем прорезать горячим наконечником канавку, ведя паяльник снизу вверх и касаясь его жалом металлического диска (рис. 19, б). Расплавленная смола по желобку наконечника будет стекать вниз в баночку со смолой. Прорезав ряд канавок в одном направлении, укладываем мокрые полоски газеты в перпендикулярном направлении к уже прорезанным канавкам и прорезаем второй ряд канавок.
Рис. 19. Изготовление полировальника: а) Сдирание фольги с затвердевшей смолы после грубой отливки полировальника, б) наконечник паяльника, в) прорезание канавок на смоле паяльником, г) полировальник после окончательной формовки на мокром зеркале.
Обратите внимание на несимметричное расположение канавок относительно центра полировальника, отмеченного кружком. Глубина канавок должна равняться толщине слоя смолы, так, чтобы каждый квадратик действовал как маленький самостоятельный полировальник. Важно проследить, чтобы все квадратики были аккуратными и одинаковыми. Но важно также и то, чтобы в целом сетка канавок не была симметричной. Для этого надо, чтобы с центром полировальника не совпадали канавка и центр квадратика (рис. 19, г).
После того как все канавки прорезаны, отформуем полировальник окончательно. Нагреем его в теплой (50--600) воде, смочим теплой водой зеркало и, уложив теплый полировальник на станок, а поверх него зеркало (рис. 9), начнем "полировку" без крокуса, делая это точно так же, как и при шлифовке. Слишком больших давлений здесь не нужно, так как канавки могут искривиться. Наша задача добиться того, чтобы вначале неровная и довольно матовая поверхность смолы стала ровной и зеркально блестящей (рис. 19, г). Нужно проследить за тем, чтобы на поверхности квадратиков не было ямок от мелких пузырьков воздуха, которые попадают между стеклом и смолой. Один-два пузырька не страшны, но сеточка мелких пузырьков на той или иной зоне непременно приведет к зональной ошибке. Впрочем, при описанном способе получения полировальника этот дефект встречается очень редко.
Если на полировальнике образовался скол, нужно держа кусок смолы над сколом, поднести к нему нагретый наконечник паяльника и дать капле смолы стечь в ямку скола. После того как ямка заполнится смолой, мокрым пальцем грубо подравняем смолу и заново отформуем зеркало. Надо помнить, что во время формовки полировальника зеркало должно постоянно быть мокрым, иначе оно может накрепко приклеиться к смоле, и тогда придется нагревать полировальник и снимать зеркало вместе со смолой. Если такое случится, то сдирать смолу со стекла можно только деревянной палочкой, чтобы не поцарапать зеркало. Затем остатки смолы надо стереть ваткой, смоченной в бензине или керосине, и после этого вымыть зеркало водой с мылом.
Втор