Юстировка рефрактора

[Ihtamnet II]

Сразу назрел такой вопрос. Вот у меня апо-триплет 80мм Meade 6000. Этот же объектив использовали и другие производители подобных телескопов. В нем есть три группы по три винтика для центровки этих трех линз. Там простые винтики под плоский шлиц, что-то типа М4. Стоят себе на месте, даже не сказать, чтобы сильно чем-то залиты. Бархатным кольцом заклеены сверху, по которому бленда скользит. Не знаю, пластик там, шарик с пружинкой или еще что. Т.е. конструкция проста как грабли. При этом такие рефракторы на тестах в подвале сплошь и рядом дают штрель 0.95 и выше. И вот вырисовывается противоречие - либо эти поперечные смщения не столь критичны, либо эта юстировка так проста и надежна, что даже элементарная конструкция на китайском ширпотребе позволяет производителю безупречно отъюстировать массовый продукт и сохранять эту юстировку без проблем годами.

[Boris Green]

Там простые винтики под плоский шлиц, что-то типа М4

Бывает, что каждый винтик законтрен вторым винтиком.  На всякий случай.

[ysdanko]

Что то в тексте про разрезное кольцо вы перемудрили - такие кольца нужны для мягкого прижимания по трём точкам с малым давлением оптических точных поверхностей, которые так же базируются на три точки в оправе -

Не однозначно все это… К примеру, если приклеить три опорных штырька к линзе и оправе, то смещение за счет упругости будет иметь место и весьма значительное. На картинках линза висит на стальных штырьках, на первой картинке длина штырька 3мм, на второй 20мкм, диаметр штырьков 3мм…Смещение линзы под собственным весом и в первом и во втором случае несколько микрон...

Этим "более существенным" наши конструктора предлагали герметик: заполнить им те самые юстировочные отверстия для фиксации положения в оправе съюстированных линз

 А что будет если штырьки не стальные, а из герметика у которого модуль упругости в 40000 раз меньше чем у стали? Очевидно же, что  линза в оправе будет плавать по всему температурному зазору. И толку от такого крепления не будет…

  Скорее всего,  цетровку в типовой конструкции объектива не большого ахромата, все же держит упругое кольцо, тем более, что поверхности линзы не плоские а сферические. И именно поэтому в оправе объектива ОСК-2 радиальных винтов нет, а герметик в технологических отверстиях служит всего лишь для защиты внутреннего объема объектива от влияния вредных внешних факторов. (последнее ИМХО)

[Boris Green]

линза в оправе будет плавать по всему температурному зазору

Если линзы слипнутся по прокладкам и\или будет вогнутая\выпуклая форма, то линзы смогут достаточно единообразно плавать. 

[ekvi]

рефракторы на тестах в подвале сплошь и рядом дают штрель 0.95 и выше.

Число Штреля - как и ЧКХ - энергетический критерий, который лучше всего характеризует фотографическую систему.
Визуальную систему корректней характеризовать волновой ошибкой: размахом Wmax < Л / 4 (критерий Рэлея) или dWsq < Л / 14 (критерий Марешаля). Смею Вас заверить: редкий рефрактор, даже в узком спектральном диапазоне, удовлетворяет этим критериям. Только АПО (и то не все) в монохроме оказываются на уровне этих требований.
Что касается нерасстраиваемости рефракторов.
У ахроматов только в узком спектральном диапазоне возможно получить желаемые характеристики. Но у них слишком мал запас для варьирования допусками. Зато у АПО такая возможность имеется: 2х-, а то и 4х-кратный запас по качеству изображения - именно поэтому они так непритязательны к децентрировкам.

Посмотрим всё это на конкретном примере. На илл. - АПО Ф50х250 мм: параметры и различные результаты тестирования.

[ekvi]

А теперь посчитаем допуски для этого АПО, руководствуясь разными критериями.
Самые послабленные требования к децентрировке - по пятну рассеяния (2ro), а самые жесткие - по числу Штреля (Кш).
Благодаря сборочной юстировке допуски dR, dd и dC могут быть 2х-кратно расширены. В "Справочнике конструктора ОМ приборов" указывается, что такое расширение применимо к "векторным ошибкам" - к ошибкам, склонным к взаимной компенсации.

С увеличением габаритов (и фокделя F/D) допуски начнут расширяться, но ахромат так и останется зажатым в тиски имеющегося у него качества. Это слишком обширная область, чтобы излагать её на полях Форума. 
Сомневающиеся могут задать себе труд поэкспериментировать в расчётной программе, чтобы убедиться / разувериться в своих догадках.

[nolv]

Допуски в РОС можно посчитать по заданному критерию (Илл.1):

Я так понимаю для ахромата программа считает независимо dC всех четырех поверхностей. Это как-бы допуск на децентровку поверхностей при изготовлении линз, насколько я помню, он жёстче, чем допуск на юстировку.

Мне интересно проверить расчет программы.
Для визуальных систем обычно используют критерий Рэлея, если по нему допуск посчитать, насколько кардинально результат будет отличаться от например от расчета программы по Марешалю, или Кш>0.8?
Расчет идёт для каких-то линий 380-710. Не великоват ли диапазон для визуальной системы?
Какая аберрация даёт основной вклад в снижение качества изображения? Мне кажется поперечный хроматизм, или нет?

[ekvi]

штырьки не стальные, а из герметика

?!
При М4 капля герметика растечется по зазору: там образуется плотная прокладка Ф6х0.5 мм.
Капельница с острым носиком = идеальный дозатор.

[ekvi]

Да, допуски на отдельные поверхности

жёстче, чем допуск на юстировку.

самих деталей. Поэтому

Благодаря сборочной юстировке допуски dR, dd и dC могут быть 2х-кратно расширены

По классификации "Справочника конструктора ОМ приборов" из 4х технологических ошибок, принятых РОС к рассмотрению, только ошибка формы поверхностей  (Asfer) является скалярной. Остальные три (dR, dd и dC) относятся к векторным: dR и dd компенсируются изменением воздушных зазоров и перефокусировкой, а dC - взаимными разворотами и смещениями.
В том же Справочнике для m "векторных" ошибок приводится уж очень "демократичная" формула (8.7): dC = 1.41*dC1/sqrt(m), по которой при m = 9 допуск можно расширить в 5 раз (?!).
В РОС "своя рука = владыка" - там позволено только 2х-кратное расширение. Почему? Дефекты стёкол, разница в КТР и масса других факторов, оставленных без внимания. Лучше иметь запас за счёт ущемления своих прав, чем полагаться на авось.

Расчет идёт для каких-то линий 380-710. Не великоват ли диапазон для визуальной системы?

Визуальный диапазон от 380 до 770 нм и в нём взяты - для большей убедительности, что перед нами настоящий АПО (или даже супер-АПО?) - 5 сп. линий так, чтобы средняя (№ 2) линия, принятая за ведущую (альт-линия), приходилась на Л = 555 нм.
Можете брать - и число линий, и спектральный диапазон, и ведущую линию - какие душе угодно.

Для визуальных систем обычно используют критерий Рэлея

Это если волновая ошибка меняется плавно (при малых Ф и больших F/D). Но обычно, даже любители, все стремятся к коротким, светосильным системам, а у них волновая ошибка уже не S-образная, а SS-образная. В этом случае уместней критерий Марешаля.
Если появится необходимость, можно в РОС  ввести новую опцию - расчёт допусков по критерию Рэлея.

Какая аберрация даёт основной вклад в снижение качества изображения?

На этот вопрос отвечает ВСЯ вычислительная оптика. У каждой конкретной ОС - своя Ахиллесова пята.
Почитайте литературу и Справку к РОС и задайте конкретные вопросы в теме https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,105909.0.html.

Для визуальных систем обычно используют критерий Рэлея, если по нему допуск посчитать, насколько кардинально результат будет отличаться от например от расчета программы по Марешалю, или Кш>0.8? ...
Какая аберрация даёт основной вклад в снижение качества изображения? Мне кажется поперечный хроматизм, или нет?
.................................
Мне интересно проверить расчет программы.

А что этому мешает?

[ysdanko]

штырьки не стальные, а из герметика

?!
При М4 капля герметика растечется по зазору: там образуется плотная прокладка Ф6х0.5 мм.
Капельница с острым носиком = идеальный дозатор.

Стальные взяты для сравнения. Даже для стали у которой модуль упругости примерно в 40000 раз больше чем у герметика будет иметься радиальный сдвиг линзы под собственным весом около 2 мкм (это при размере штырька - прокладки: диаметр 3мм, высота 20мкм.). Очевидно что для прокладки из герметика, сравнимых размеров, все будет намного хуже и такая система не попадет в обозначенные вами допуски. Понятно что две линзы вывешенные на герметике будут смещаться примерно одинаково. Однако остается открытым вопрос, насколько одинаково? Поскольку при свободном растекании герметика при его нанесении, диаметр пятна на линзе никак не контролируется, и это может вызвать не одинаковое смещение линз относительно друг-друга. 

[ekvi]

радиальный сдвиг линзы под собственным весом около 2 мкм (это при размере штырька - прокладки: диаметр 3мм, высота 20мкм.

По Гуку сжатие / растяжение стержня длиной L c площадью сечения S, изготовленного из материала с модулем упругости E и  находящегося под нагрузкой F, определяется по формуле (размерности - в кГ и см): dL = F*L/ES.
Для стали:
- нагрузка (вес линзы), кГ: F = 1,
- длина стержня, см: L = 0.05,
- диаметр стержня, см: d = 0.3,
- модуль Юнга, кГ/см²: E = 2*10⁶,
- площадь сечения стержня, см²: S = pi*d²/4 = 0.071.
Получаем: dL = 1*0.05/(2*10⁶*0.071) = 3.5*10^-7 см = 3.5*10^-6 мм = 3.5*10^-4 мкм = 0.35 нм.

Для каучука:
- нагрузка (вес линзы), кГ: F = 1,
- длина стержня, см: L = 0.05,
- диаметр стержня, см: d = 0.6,
- модуль Юнга, кГ/см²: E = 0.00008*10⁶,
- площадь сечения стержня, см²: S = pi*d²/4 = 0.282.
Получаем: dL = 1*0.05/(0.00008*10⁶*0.282) = 22*10^-4 см = 22*10^-3 мм = 22 мкм.

Источник: М.Н.Рудицын и Ко. "Справочное пособие по сопромату", Вышэйшая школа, Минск, 1970, с. 29, 42, Табл. 2.1 и 2.2.

Так сжимался бы нижний "штырёк" из герметика, будь он только один. Однако верхние два "штырька", будучи приклеенными к линзе, работают на растяжение, уменьшая нагрузку на нижний "штырёк". Следовательно, перемещения линзы будут в два раза меньше, т.е. не 22 мкм, а только 11.
А если разгрузить не на одну, а на две тройки, полученную цифру можно многократно уменьшить.

[ysdanko]

Получаем: dL = 1*0.05/(2*106*0.071) = 3.5*10-7 см = 3.5*10-6 мм = 3.5*10-4 мкм = 0.35 нм.

 
Блин! Вот и надейся на современные проги. Похоже что моя, при такой геометрии (3мм. х 20мкм.) безбожно врет. Вместо равномерного растяжения под нагрузкой в 1кг, рисуется некая деформация, которой не должно быть. Скорее всего при такой значительной разнице в геометрических размерах, неправильно создается мкэ сетка. Однако надо разбираться... 

Закреплено за верхнюю площадку. Распределенная нагрузка по площади на нижнюю...

[ekvi]

Вот и надейся на современные проги

Я посчитал на логарифмической линейке: это намного быстрее, чем на калькуляторе!

[ysdanko]

Вот и надейся на современные проги

Я посчитал на логарифмической линейке ...

То есть герметик для небольшого объектива вполне работает?

[ekvi]

То есть герметик для небольшого объектива вполне работает?

Вся тонкость - в равномерной поточечной прихватке линзы к оправе.

[ysdanko]

Вся тонкость - в равномерной поточечной прихватке линзы к оправе.

Это понятно.
 А вот с равномерным растеканием герметика по поверхности линзы остаются вопросы. Насколько критичен разброс в диаметрах пятна герметика при такой технологии? Ведь если для оправы все вполне определенно, то на линзе   при растекании герметика диаметр такой прокладки может быть разным для разных точек крепления. И при этом зависимость от диаметра квадратичная...

[ekvi]

с равномерным растеканием герметика по поверхности линзы остаются вопросы.

Метод апроброван. Объяснять, как он работает - удел "пишущих истории".

[SAY]

В ахромате СВ 15012 (черно-белая труба) кома на оси устраняется центрированием линз тремя бумажными лепестками под 120 град. Средний зазор между оправой и торцем линзы порядка 0,09 мм при комнатной температуре. Никаких боковых резьбовых отверстий для дополнительных юстировочных винтов (боковое смещение линз) делать не нужно, они вероятнее всего потребуются для скрещивания ахромата с Хромакором, который сам не безгрешен и может своей комой на оси гадить, при этом совершенно не факт что зазора хватит (а ещё и запас нужен для более низких температур эксплуатации). В этом рефракторе конструкция оправы в линзовом блоке наиболее продумана в Синте, по уму не хватает только 3 тонких прокладок под 120 град. на фланце под флинтовую линзу (в тех же местах, где и меж линзовые прокладки).
В СВ 1206 (синяя труба) конструкция оправы упрощенная и устранить кому децентровки без боковых отверстий (по конструктивным параметрам оправы нарезать их весьма не просто, требуется ювелирная точность) удалось принудительным боковым смещением линз в нужном направлении наклейкой прокладок в оправе, благо технологический зазор в этой трубе приличный.
В ахромате типа ДС 80/600 мм (прижимное кольцо внутри объектива) устранить кому децентровки и с боковыми резьбовыми отверстиями абсолютно нереально (разве что на специальном стенде с объективом без трубы) из-за максимально возможного упрощения конструкции - алюминиевое прижимное кольцо прямо в стекло линзы упирается. Помог резиновый пассик от старого советского магнитофона, случайно сохранившийся в качестве запчасти более 40 лет.

[Boris Green]

"Яркая сердцевина изображения звезды желтая, центральная часть имеет треугольную форму. Дифракционный рисунок замылен. При использовании зеленого #56 фильтра дифракционный рисунок прорезался - демонстрируя рисунок классической комы примерно в 1/2.5-1/3 длины волны. То есть имеем разъюстировку объектива (смещение его положительного и отрицательного элементов относительно друг друга). Кроме того анализ внефокалов выявил умеренную недокомпенсированную сферическую аберрацию. "
http://astro-talks.ru/forum/viewtopic.php?f=7&t=3528 

Похоже, что большинство недорогих телескопов имеют проблему с юстировкой. Но бытует мнение "рефракторы юстировать не нужно" в пику Ньютонам, которые легко настраиваются за минуту перед каждым наблюдением. 

[ekvi]

"сердцевина изображения звезды желтая, центральная часть имеет треугольную форму. Дифракционный рисунок замылен" (цитата из обозрения Эрнеста)

Чего можно требовать от ахромата Ф90х500 (илл.1), когда даже АПО  едва справляется со спектральной щёлкой в 170 нм (илл.2).
Так что юстировка тут ни при чем: при такой светосиле, она - что есть, что её нет. Поэтому китайцы и не надсажаются: всё равно, как визуал, это - бросовый "девайс", который не знаешь, куда девать - только выкрасить, да выбросить!