香港天文史上第二件大事!!!

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opa
夸克星
文章: 2250
註冊時間: 週四 09 9月, 2004 00:06
來自: HK

文章 opa » 週日 31 12月, 2006 16:24

opa 寫:
layanata 寫:蔡sir的意思, 應該是金屬膨脹未必會是平均膨脹或收縮,
就好像鏡面形狀由 y=x^2 變成 y=x^4 (此為比喻)

在製作過程中, 因溫度可能較高, 儘管成了形, 但冷凍後的鏡面形狀便會改變.
同樣道理, 高膨脹系數的金屬更為明顯, 在不同溫度, 可能使完本的形狀有很大的改變.

如果金屬能平均地膨脹, 我們的8吋鏡子加熱後, 便可以當作8.1吋鏡子用了.
此等機床是專為開發光學模胚而設計, 有關溫度系數問題我想他們不會沒考慮吧...他運行中使用的冷卻液可能就不是般機床所使用的. 機器在香港, 公司老闆亦是圈內高人, 可不安排一次技術訪問呢?
補充: 除了金屬, 此類機器的 diamond tip 應該可以直接在玻璃材料加工的..

蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週一 01 1月, 2007 00:39

請不要怪我在這裹拋書包,如果金屬鏡面的問題能夠解決的話,便早已實際大量應用了,那會等到今天還在摸索?正如layanata笑言,如果金屬真的能平均膨脹......那麼如何解決焦點改變的問題?一夜間焦距隨氣溫不斷變化,如何以作長時間曝光攝影?鏡面的材質,熱處理方法和形狀支配著面形翹曲和變形程度。
我曾經看過一篇有關選擇反射鏡坯的文章,文中指出一面以退火極佳的玻璃磨製出來拋物面,在某一溫度呈拋物面,當溫度下降,會稍微表現出雙曲特性,當溫度高於某溫度,又會變為橢球面。若用沒有退火或很差的玻璃造的鏡面,鏡面隨溫度變化後,卻不會回復變形前的面形,跟本沒有可逆性和可預測性。
金屬的情況也與此相似,而且應力的釋放還有時效作用。當口徑增大時,這現象還會進一步惡化,可能連瑞利條件的最低要求也無法滿足了!
金屬與玻璃的膨脹系差最小也達數倍,在數據支下持還是玻璃較可取。現舉一些數字供各位參考。


膨脹系數(K^-1)
X10^-6
鋁 : 23
鋼 : 11
銦鋼 : 1
硅硼玻璃 : 3.2
微晶玻璃 : 0.05
比重: 2.7, 7.75, 8.13, 2.23, 2.53

參考資料:Sky & Telescope 1996 Feb P78
天文望遠鏡原理和設計/程景全 著 中國科學技術出版社 第2章

苏鲁锭
主序星
文章: 280
註冊時間: 週六 19 8月, 2006 21:34

文章 苏鲁锭 » 週一 01 1月, 2007 09:15

蔡sir 寫:請不要怪我在這裹拋書包,如果金屬鏡面的問題能夠解決的話,便早已實際大量應用了,那會等到今天還在摸索?正如layanata笑言,如果金屬真的能平均膨脹......那麼如何解決焦點改變的問題?一夜間焦距隨氣溫不斷變化,如何以作長時間曝光攝影?鏡面的材質,熱處理方法和形狀支配著面形翹曲和變形程度。
我曾經看過一篇有關選擇反射鏡坯的文章,文中指出一面以退火極佳的玻璃磨製出來拋物面,在某一溫度呈拋物面,當溫度下降,會稍微表現出雙曲特性,當溫度高於某溫度,又會變為橢球面。若用沒有退火或很差的玻璃造的鏡面,鏡面隨溫度變化後,卻不會回復變形前的面形,跟本沒有可逆性和可預測性。
金屬的情況也與此相似,而且應力的釋放還有時效作用。當口徑增大時,這現象還會進一步惡化,可能連瑞利條件的最低要求也無法滿足了!
金屬與玻璃的膨脹系差最小也達數倍,在數據支下持還是玻璃較可取。現舉一些數字供各位參考。


膨脹系數(K^-1)
X10^-6
鋁 : 23
鋼 : 11
銦鋼 : 1
硅硼玻璃 : 3.2
微晶玻璃 : 0.05
比重: 2.7, 7.75, 8.13, 2.23, 2.53

參考資料:Sky & Telescope 1996 Feb P78
天文望遠鏡原理和設計/程景全 著 中國科學技術出版社 第2章
您讲的有道理!
但是:
1)好的材料做的镜子(应该指内应力很小吧),在不同的温度中,只要温度平衡了,抛物面的还是抛物面,球面的还是球面,我做过这个实验,是用刀口仪检测的(至少在刀口仪的灵敏度范围内看不出误差)。当然这个前提是这块镜子必须是无内应力的。在金属内应力消除不好或温度没有达到平衡时,正如您说的,面型是很复杂的。
2)当镜子的膨脹系數与镜框的膨脹系數相差越大,由于温度不同引起的间隙越大,光轴变化越大。当镜子的膨脹系數与镜筒的膨脹系數相差越大,由于温度不同引起的焦点相对漂移越大。
金属与玻璃相比有 A)膨脹系數大 B)导温率高 C)脆性大粘性差 D)耐腐蚀性差。
金属比玻璃更容易精密退火,更容易加工,和镜框镜筒的膨脹系數相差小,镜子用于温度平衡的时间短…………这是它的优点。金属比重大,不易抛光……是它的缺点,现在只能在金属基上镀一层薄铬,抛光修改这层铬,再在铬上镀反射膜。

蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週三 03 1月, 2007 01:13

在理想條件下,經過精密退火的鏡面,在溫度平衡狀態,拋物面一定會回復拋物面,但口徑愈大,厚度相對愈大,表面與中心溫度形成梯度變化,實際上很難達到所謂平衝,只要不超越設計要求範圍已算合格了。
金屬雖然導熱系數高,容易平衡,但實際上一塊金屬材料,不同部位的金相結構都不盡相同,機械強度,內應力都不同,再經冷加工和熱處理後,實在無法精 確預測面形變化量,就算精密拋光後也很難保證不會變形,加上因自重變形引致的翹曲,支承物料和設計,溫度變化和不同金相引起的局部變化等,相信有金相學知識的都會明白,這也是業餘製作無法逾越的難題。
蘇先生,我很有信心你有能力衝破這個死胡同,在下翹首以待 !

Chanlunlun
夸克星
文章: 3828
註冊時間: 週四 09 10月, 2003 21:06

文章 Chanlunlun » 週三 03 1月, 2007 08:43

蔡sir 寫:金屬雖然導熱系數高,容易平衡,但實際上一塊金屬材料,不同部位的金相結構都不盡相同,機械強度,內應力都不同,再經冷加工和熱處理後,實在無法精 確預測面形變化量,就算精密拋光後也很難保證不會變形,加上因自重變形引致的翹曲,支承物料和設計,溫度變化和不同金相引起的局部變化等,相信有金相學知識的都會明白,這也是業餘製作無法逾越的難題。
Dear Mr. Choi,

However in the history of science development there existed giant astronomical telescope using zinc-copper alloy for their primary mirrors which produced astonishing astronomical dsicoveries.

The famous ones are William Lassel's 24 inch Newtonian, William Herschel's 6 inch and 20 inches Newtonian, Lord Ross's 72 inch Newtonian. All these telescopes were once important scientific tools in history and they all used zinc-copper alloy annealed by primitive methods.

I think that metal, when suitably annealed, could be a very good material for making astronomical mirrors.

Best regards
Chan Yuk Lun
最後由 Chanlunlun 於 週五 05 1月, 2007 06:52 編輯,總共編輯了 1 次。

苏鲁锭
主序星
文章: 280
註冊時間: 週六 19 8月, 2006 21:34

文章 苏鲁锭 » 週三 03 1月, 2007 09:16

蔡sir 寫:……蘇先生,我很有信心你有能力衝破這個死胡同,在下翹首以待 !
我们相互学习共同探讨吧。
我没有经济能力做这个试验,等科研部门研究出了成熟的技术,我们学着做就行了。

蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週四 04 1月, 2007 00:03

Mr.Chan:
我們沒有人看過那時的金屬望遠鏡,事實很難以今天的知識水平去衡量當時的工藝技術,那時是一個知識開拓的年代,有別於今日知識爆炸的時代。
金屬鏡面當然並非一無是處,但個中技術問題卻絕非你我此等業餘愛好所能企及,需要大量財力,科研力量在背後支持,在這裏我們只有討論的份兒而已!

BKSo
原恆星
文章: 115
註冊時間: 週二 28 12月, 2004 09:35

文章 BKSo » 週五 05 1月, 2007 04:20

其實不用回望過去, hubble 的主鏡也是金屬做的.

Chanlunlun
夸克星
文章: 3828
註冊時間: 週四 09 10月, 2003 21:06

文章 Chanlunlun » 週五 05 1月, 2007 06:51

BKSo 寫:其實不用回望過去, hubble 的主鏡也是金屬做的.
Dear Mr. So,

the primary mirror of Hubbe Space Telescope is made of thin sheets of glass fused together, not by metal.

BEST REGARDS
Chan Yuk Lun

BKSo
原恆星
文章: 115
註冊時間: 週二 28 12月, 2004 09:35

文章 BKSo » 週一 08 1月, 2007 05:36

Oops :oops:
but the new JWST would be using a beryllium mirror
http://www.jwst.nasa.gov/mirror.html

BJDF
主序星
文章: 143
註冊時間: 週日 26 2月, 2006 10:52
來自: 北京

文章 BJDF » 週日 14 1月, 2007 11:59

这可是个大新闻, :shock:

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hunter_大祭司
紅巨星
文章: 416
註冊時間: 週二 01 3月, 2005 18:30
來自: 神的國度

文章 hunter_大祭司 » 週五 16 2月, 2007 18:00

用車床製鏡都幾方便ga喎! :shock: :P :P :P

Chanlunlun
夸克星
文章: 3828
註冊時間: 週四 09 10月, 2003 21:06

文章 Chanlunlun » 週六 17 2月, 2007 09:00

hunter_大祭司 寫:用車床製鏡都幾方便ga喎! :shock: :P :P :P
The mirror is not made by lathe. Instead it is being made by conventional grinding and polishing method, by Tinsley, the world famous optical firm for aerospace and minitary.

Best regards
Chan Yuk Lun

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Wongsir
壇主
文章: 3257
註冊時間: 週六 28 6月, 2003 12:03
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文章 Wongsir » 週日 08 4月, 2007 17:19

磨鏡機經過六個月的論證,最後選取非搖臂式, 也不是數控車床切割模式, 而是由電腦控制的磨鏡機.
理由:
a) 搖臂式磨鏡機 ---工具板(模具)尺寸大, 約6至8成主鏡直徑,精度基於磨鏡者的經驗, 以人為本。
b) 數控切割車床 --- 精度約1/5波長, 輸入資料便直接自動切割成鏡面,不需幼磨拋光,非常方便. 但大口徑機器非常非常昂貴, 並且要求恆温工作環境和穩定平台(約3至4米深三合土地基)。制作小口徑工模成品較適宜, 大量生產大口徑鏡面似乎不合經濟原則。
c) 電腦控制的磨鏡機 --- 電子感應電腦控制驅動, 工具板尺寸相對小, 約15% 至30% 主鏡直徑, 一旦建立數學模型, 便可由電腦自動操作, 精度基於輸入的資料數據。

LATP磨鏡機設計要點:
1) 工作枱和工具模速度完全由電腦控制
2) 工作枱可以作90度垂直移動,方便測試,避免因移動主鏡位置測試後,不能準確再放回原位,影響研磨精度
3) 容許安裝各種在線測試儀器
4) X,Y和Z軸移動誤差少於0.05mm
5) 工作枱轉動 5~10 rpm
6) 工具模轉動 0~100 rpm
附加檔案
grinding machine b.JPG
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grinding machine a.JPG
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最後由 Wongsir 於 週日 08 4月, 2007 18:22 編輯,總共編輯了 1 次。

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Wongsir
壇主
文章: 3257
註冊時間: 週六 28 6月, 2003 12:03
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文章 Wongsir » 週日 08 4月, 2007 17:21

工具模控制部份:
為了要建立數學模型(mathematical modeling), 工具模除xyz移動外, 更加要自行轉動, 並不是傳統的由工作枱主鏡帶動工具模.
原因是在某種情況下, 工具模的運動是自由的不可測的, 故後期設計便增加一副摩打控制工具模的運行.
工具模可上下運動保持壓力均衡.
模壓力由重物調節.
工具模由十字接頭連結,容許xy方向移動.

工具模:
a) 可更換模具尺寸形狀.
b) 雙層組合設計:
1) 上層接頭連結轉動軸,以鐵或鋁制造
2) 下層研磨板由鋁,瀝青或聚合脂(polyurethane)制造
附加檔案
grinding machine d.JPG
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grindung machine c.JPG
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