Wie wird sichergestellt, dass beim Polieren eines Teleskopspiegels eine Parabel entsteht?

Ich verstehe, dass das Polieren des Spiegels mit einem immer feineren Schleifmittel eine Krümmung erzeugen kann, aber wie ist es möglich, beim Polieren von Hand eine gleichmäßige Kurve zu erhalten, die eine Parabel bildet?

Dies sind zwei nützliche Links: Joy of Mirror Making und Parabolizing a Telescope Mirror , beide von derselben sehr nützlichen Website.
@StephenG nette Seiten dort - aber leider keine Diskussion über einen Parabolschleifer, nur wie man die Kurve während des Prozesses testet. Ich erinnere mich an einige artikulierte Vorrichtungen, die auf dem Ansatz der Bleistift-und-Schnur-Geometrie basieren, gizmology.net/parabola.htm , mit denen Sie die Oberfläche parabolisch überlappen können, aber online kein Design finden können.
@CarlWitthoft Keine Vorrichtung wird jemals präzise genug sein, um eine Parabel in einen Teleskopspiegel zu polieren. Der akzeptable Fehler beträgt weniger als 0,1 Mikrometer. Bei diesem Prozess dreht sich alles um spezielle Poliertechniken, die eine anfängliche hochpräzise Oberfläche anpassen und sie in die gewünschte Form bringen.
@FlorinAndrei Ich habe Maschinen mit besserer Präzision gesehen, wenn auch teuer. Was ich jedoch vorschlug, war eine Vorrichtung, die zunächst eine parabolische Form schneidet, anstatt mit einer Kugel zu beginnen und sich über die radiusabhängige Schleifzeit in eine Parabel zu „verwandeln“.
@CarlWitthoft Wenn Sie über Maschinen zur Herstellung von Linsen und Spiegeln sprechen, habe ich selbst eine gebaut. Aber die Präzision der erzeugten Oberfläche kommt nicht von der Maschine, wie die meisten Leute denken – dh man kann nicht sagen, dass die Maschine eine Präzision von 0,1 Mikrometer oder weniger hat. Der Prozess hat diese Präzision, und das ist anders.
Außerdem ist beim Schleifen die Präzision viel zu gering, um überhaupt eine Rolle zu spielen, ob Sie auf eine Kugel oder eine Parabel zielen. Es spielt überhaupt keine Rolle. Verschwenden Sie nicht Ihre Zeit mit der Herstellung von Vorrichtungen. Dabei steht nicht die Präzision im Vordergrund, sondern der Glasabtrag (Grobschliff) und die Glättung der Oberfläche (Feinschliff). Erst später beim Polieren und Formen ist die Unterscheidung sinnvoll. Ich rede hier ausschließlich von Optiken für den IR/sichtbaren/UV-Bereich. All dies wäre viel klarer, wenn Sie den Prozess der Herstellung von Optiken tatsächlich mindestens einmal durchlaufen.

Antworten (1)

Wie wird sichergestellt, dass beim Polieren eines Teleskopspiegels eine Parabel entsteht?

Während eine sphärische Form ziemlich einfach zu erreichen ist, ist es eine parabolische Form definitiv nicht!

Es ist eine Kombination aus speziellen Polierstrichen und Feedback über Kontrolle und Tests.

https://stellafane.org/tm/atm/mirror-refs/strokes.html

Normale Polierstriche (Mitte über Mitte, Amplitude von 1/3 des Durchmessers) neigen dazu, eine Kugel zu erzeugen. Wenn alles gut geht, neigt die Oberfläche des Spiegels dazu, sphärisch zu werden oder ihr sehr nahe zu kommen. Das ist nicht anders als beim Schleifen, nur präziser. Wenn zwei Oberflächen in einem Kugelgelenk aneinander reiben, werden alle Unregelmäßigkeiten entfernt und beide Oberflächen "wollen" kugelförmig oder nahezu kugelförmig werden.

Bei der Herstellung von Teleskopspiegeln wird dies am besten mit dem sogenannten "Normalhub" erreicht.

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Nun, hier ist das wesentliche Detail: Egal, welche andere Kurve Sie zu erhalten versuchen (Parabel, Hyperbel, Ellipse), zum Zwecke der Herstellung von Teleskopspiegeln sind alle diese Kurven sehr nahe an einem Kreis, innerhalb eines Bruchteils eines Mikrometers.

Ein typischer Prozess hat also das anfängliche Ziel, eine Kugel herzustellen (Querschnitt ist ein Kreis). Dies ist nicht obligatorisch, aber es ist einfacher, zuerst eine Kugel zu erstellen und dann "Korrekturen" darauf anzuwenden. Sie können definitiv eine Parabel direkt erstellen, aber der Prozess ist komplexer.

Für Teleskopspiegel ist die benötigte Parabel im Grunde ein Kreis, der in der Mitte tiefer und zum Rand hin flacher ist. Wenn Sie also mit einem sphärischen Spiegel (Kreisabschnitt) beginnen und Polierstriche verwenden, die dazu neigen, die Mitte allmählich zu vertiefen, können Sie einer Parabel ziemlich nahe kommen. Dies ist als "parabolisierender Schlag" bekannt.

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Denken Sie daran, dass sich die Mitte beim Anwenden dieses Strichs immer weiter vertieft. Irgendwann wird die Korrektur tiefer als eine Parabel und der Spiegel wird hyperbolisch. Das ist manchmal das, was Sie tatsächlich brauchen (wenn Sie einen hyperbolischen Spiegel für ein Ritchey-Chretien-Teleskop bauen). Oder wenn Sie zu früh aufhören, ist der Spiegel elliptisch, was in anderen Designs verwendet wird. Die Parabel ist die dünne Kante zwischen den elliptischen und hyperbolischen Domänen.

Sie beginnen mit einem Spiegel, dessen Querschnitt ein Kreis ist (Kugelspiegel). Sie beginnen, den W-Strich anzuwenden. Der Kreis wird sofort zu einer sehr flachen Ellipse, die sich immer weiter vertieft. Irgendwann wird aus dieser Ellipse für kurze Zeit eine Parabel. Wenn Sie den W-Strich weiter ausführen, ändert sich die Parabel dann schnell und Sie haben jetzt eine Hyperbel, die nur immer tiefer wird.

Der Schlüssel hier ist das Testen. Sie wenden den parabolischen Strich für eine kurze Zeit an, halten dann an und testen den Spiegel. Es gibt viele Testtechniken; die Couder-Maske ist einfach genug und sehr beliebt; oder Sie könnten ein Interferometer verwenden, wenn Sie eines haben (oder bauen können). Ist es noch elliptisch? Parabolisiere weiter. Ist es hyperbolisch geworden? Setzen Sie auf eine Kugel zurück und versuchen Sie es erneut. Oder passen Sie den Strich an, wenn entweder der Rand oder die Mitte zu schnell korrigiert werden.

Wenden Sie parabolische Striche an. Prüfen. Modifizieren Sie die Technik, falls erforderlich. Wiederholen. Das ist alles dazu.

Hinweis: Ich verwende im obigen Text Fachjargon. „Tiefer“ bedeutet eigentlich „stärker gekrümmt“. „Seichter“ bedeutet eigentlich „weniger stark gekrümmt“. Der Unterschied zwischen Kreis und Parabel besteht darin, dass die Parabel in der Mitte stärker gekrümmt ist, während die Krümmung am Rand weniger stark ist. Der Kreis hat definitionsgemäß überall eine konstante Krümmung.

Dies bedeutet nicht unbedingt, dass die Mitte des Spiegels physisch tiefer liegt; Beim Streichen wird ständig die ganze Oberfläche poliert. Aber die relativen Krümmungen von Mitte und Rand können sich ändern.

Tiefer vs. flacher sind Begriffe, die den physikalischen Prozess widerspiegeln, ob das Werkzeug mehr oder weniger Druck auf einen bestimmten Bereich des Spiegels ausübt (das Polieren geht dort also schneller oder langsamer). Aber das geometrische Attribut, das der Prozess tatsächlich ändert, an dem wir interessiert sind, ist der Krümmungsradius. Wo das Werkzeug mehr Druck ausübt, nimmt der Krümmungsradius schnell ab (die Oberfläche wird stärker gekrümmt).

Tiefer und seichter sind praktische Begriffe, die sich auf Prozesse beziehen. Mehr oder weniger stark gekrümmt sind theoretische Begriffe aus der Geometrie. Wenn Sie Spiegel machen, verbinden sich diese Begriffe nach einer Weile in Ihrem Kopf.

Es hilft, wenn Sie mit den Kegelschnitten vertraut sind:

https://en.wikipedia.org/wiki/Conic_section

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rot = Kreis

orange = Ellipse

grün = Parabel

blau = Hyperbel

+1Ich hoffe, Sie haben nichts gegen die kleine Bearbeitung dieser hervorragenden Antwort! Zu Ihrer Information Ich habe gerade die folgende Frage zur Spiegelherstellung gestellt: Warum ist dieses Teleskop so kurz? Wie schwer ist es, eine so schnelle Vorwahl zu machen?
Wie wird sichergestellt, dass beim Polieren eines Teleskopspiegels eine Parabel entsteht?
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