Шлифоване и тестване на огледала за телескопи – част 3

Полиране

Полирането е крайния стадий на обработка, при който повърхността приема точната си геометрична форма със завършен огледален вид. Микрограпавините намаляват размера си от няколко µm до няколко nm, т.е. над 1000 пъти и стават сравними с размерите на самите атоми. На атомно равнище, процесът и до ден днешен не е добре изучен. Приема се, че е съвкупност от надраскване на окисния слой образуван върху стъклото от частиците на полиращата суспензия и един вид микро замазване на грапавините чрез приплъзване на атомните слоеве като следствие от притриването на повърхностите [4].

На този етап, процесът на обработка на огледалото продължава с изготвяне на специален полировалник. Представлява отново цементова отливка, обмазана с епоксидна смола и с кривина, отговаряща на кривината на вдлъбнатото стъкло. Върху работната си повърхност полировалникът се покрива с дебел слой (5 – 10 mm) от специална смола за полиране, която е основно смес от колофон, пек и малко пчелен восък. Пекът се получава при дестилацията на катран (въглищен или дървесен) с последващо разделяне на твърда фракция (пек) и течна (креозотно масло). Последното се използва за импрегнация на дървени детайли, като ж.п. траверси и др. В оптиката, дървесният пек е за предпочитане.

Смолата се приготвя чрез стапяне и смесване на компонентите на слаб огън до хомогенизиране на сместа [3]. Важно е смолата да не завира, защото прегаря много лесно и губи полиращите си качества. В слоя смола нанесен върху работната повърхност на полировалника, с помощта на горещ поялник (или по друг начин), се прорязват канавки, така че да се образува квадратна мрежа по същия начин, както при изготвянето на шлифовалника.

Най-важното качество на оптичната смола е способността и да тече. Буквално! Макар и твърда на външен вид, по физичните си свойства тя е течност с огромен вискозитет. Отделните квадрати на полировалника работят самостоятелно и карат смолата да следва кривината на стъклената повърхност с огромна точност. Като следствие, повърхността е не само полирана напълно, но и точната и геометрична форма може да бъде постигната. Друго важно качество е, че смолата позволява частиците на полиращата суспензия да се вкопават в нея и така да полират стъклото.

За полиращо вещество служат водни суспензии на някои неорганични окиси. Най-използвани са цериевият двуокис (CeO₂) или двужелезният триокис (Fe₂O₃), известен още като крокус, английско червено, охра или червен руж. Цериевият двуокис полира най-бързо, но крокусът дава най-финна повърхност и е предпочитан в последните етапи от полирането при фигуризацията на огледалото.

Движенията на полировалника върху огледалото (или на огледалото върху полировалника) са плавни и овални, като двата детайла неперкъснато се въртят един спрямо друг. Звукът от процеса на полиране е съсвсем тих, подобен на леко свистене и както обичат да казват майсторите-оптици Огледалото пее. Повърхността периодически се проверява с помощта на малък микроскоп до пълното изчезване на каквито и да са следи от шлифовалния мат. Когато процесът на полиране е напълно завършен и повърхността на стъклото е придобила безупречен огледален блясък, се пристъпва към последната фаза от обработката – фигуризацията.

Фигуризация

Този етап има за цел да доведе огледалната повърхност до окончателния ѝ геометричен профил. При взаимното притриване с овални движения повърхността се стреми да приеме формата на идеална сфера, тъй като сферата има един и същ радиус на кривината за всички радиални зони спрямо оста на симетрия. В идеалния случай това се получава от само себе си, но в реалността не винаги е така. Повърхността на огледалото се оказва, че е съставена от зони с различни кривини и затова се налага да се правят зонални корекции. На този стадий, полирането върви ръка-за-ръка с изследването на повърхността чрез оптични методи, описани в следващата четвърта част.

Зоналните корекции се извършват или чрез ретуширане (надраскване) на повърхността на полировалника, за да се промени скоростта на обработка за дадената зона или чрез по-малък полировалник движещ се само в определена зона [2][4][5]. Сега е важно да се полира кратко, а да се отделя много повече време за тестове и анализ преди следващото полиране и т.н. За пример, при производството на метрови оптични огледала, на етапа на крайната фигуризация, цикълът на работа е следния. Полира се зонално около 10 – 20 минути и огледалото се оставя за денонощие да се темперира, т.е. да се изравни температурата в целия обем на стъклото. Следва ден посветен за тестване на повърхността, а следващите няколко дена екипът от специалисти обсъжда резултатите и взима решение как да продължи. И така, след седмица, цикълът се повтаря. Този стадий трае месеци и дори година. Това е съвсем разбираемо имайки предвид, че само за няколко минути неправилно полиране, многоседмичен труд може да се провали и работата да се върне на много по-ранен етап [1][6].

Фигуризацията е важна не само за изправянето на зоналните грешки, но най-вече, за придаване на окончателната математическа форма на повърхността. В случай на асферично огледало, т.е. с профил съвпадащ с някое от коничните сечения – елипса, парабола или хипербола, се налага плавно да се променя радиусът на кривината за отделните радиални зони. В този случай има два подхода: или слоят смола се оформя под специален шаблон така, че да полира с различна скорост в отделните зони, или се прави отделен малък полировалник със специална форма имащ същата цел. На фигурата по-долу са показани и двата случая.

Както споменахме преди, фигуризацията е най-важна и изисква много спокойствие, търпение и разсъдителност. За много хора докоснали се до това умение, този етап е по-скоро мистика, отколкото точна наука и нашият опит го потвърждава. Често се случва след зонално полиране, противно на всякаква логика, резултатът да е точно обратния на този, който сме очаквали или дори да е съвсем различен. Уви, така е в действителност и искаме ли да успеем, трябва да сме готови за всякакви изненади.

От друга страна, методите за тестване на огледалата лежат върху строга научна основа. Има голямо разнообразие в подходите и техниките за изпитване на оптичните повърхности. В последната част от поредицата, ще опишем някои оригинални методи за тестване на асферични огледала, разработени от нас и използвани в нашата практика.

В първата част от нашия разказ можете да научите още за историята на телескопостроенето и за развитието на оптичната наука.

Литература

1. Pacini et al. Optical telescopes of the future, ESO Conference, Geneva, 1978.
2. Максутов Д. Изготовление и исследование астрономической оптики, Наука, 1984.
3. Навашин М. Телескоп астронома-любителя, Наука, 1979.
4. Наумов Д. Изготовления оптики для любительских телескопов-рефлекторов и ее контроль, Наука, 1988.
5. Сикорук Л. Телескопы для любителей астрономии, Наука, 1982.
6. Щеглов П. Проблемы оптической астрономии, Наука, 1980.