1. 回答人: 匿名 |
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| 牛頓式反射式天文望遠(yuǎn)鏡制作 牛頓式反射式天文望遠(yuǎn)鏡制作講義(文字部分) 講義編寫:臺(tái)大物理 吳俊輝,王紹權(quán),陳宣槐,黃郁升 網(wǎng)址:http://www. phys.ntu.edu.tw/lclab 一,主鏡的研磨 研磨的的磨粉大小從46,80,120,240,500,1000到2500,材料是氧化鋁.因?yàn)殓R子的材料BVC較軟的緣故,所以磨粉號(hào)數(shù)可以兩倍的速度更換(例:120->240).若是較用較硬的玻璃材料,一次就只能變1.5倍(例:120->180). A. 工作平臺(tái): 因?yàn)槟コ讨卸嘤嗟乃湍シ蹠?huì)流到桌上,故在桌子一角鋪上報(bào)紙后再墊上橡皮墊,保護(hù)鏡子與工具. B. 研磨方式: 雙手掌心的連線通過鏡心,四指靠在鏡邊緣,握太外面或太里面(太上或太下)都不好施力,磨的時(shí)候掌心不能超過底下的工具.范圍約前后1/6~1/4個(gè)直徑,不能超過1/3,兩手的力量最好一樣,邊磨邊向下施力.前后磨的路徑要直,不要左右晃. C. 一個(gè)程序: 先進(jìn)行一個(gè)小程序:前后來回磨4~6次,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏡子約 45度,握著鏡子人順時(shí)針轉(zhuǎn)約30度.重復(fù)小程序至人順時(shí)針走到底,再繼續(xù)小程序,唯換成握著鏡子逆時(shí)針轉(zhuǎn)30度.重復(fù)至人逆時(shí)針走到底,即完成一個(gè)程序. D. 程序與程序間: 工具逆時(shí)針轉(zhuǎn)約45度.若感覺已無摩擦力,則要加磨粉 1 水.把鏡子拿離工具時(shí),要注意不能讓工具邊緣磨到鏡子中心,要注意:致命的刮痕都是在拿鏡子的時(shí)候造成的. E. 加磨粉: 磨粉一湯匙,用水將粉充分噴濕,噴散.鏡子放上工具后,鏡子的圓心繞工具的圓心繞幾圈,使磨粉均勻后在開始磨.用奶粉的湯匙舀磨粉有異常的妙用,湯匙底部有小洞,可以慢慢的讓磨粉流出來,這樣便可以均勻且少量的灑在鏡面上.當(dāng)工具和鏡面接觸良好時(shí),磨粉便要慢慢減少,因?yàn)轭w粒越小的磨粉越容易粘成大的團(tuán)塊,易刮傷鏡面 F. 要注意干的磨粉: 干的磨粉顆粒會(huì)凝結(jié)變大,會(huì)嚴(yán)重刮傷鏡子,磨鏡時(shí)不能使手上和鏡子邊緣干的磨粉掉到工作范圍內(nèi).手臟不應(yīng)搓手,而用水桶洗手的方式. G. 測(cè)試曲率的方法: 三角儀的半徑是2公分,測(cè)的時(shí)候要稍微移動(dòng)位置,測(cè)到當(dāng)?shù)刈罡叩闹挡攀钦_的(因三角儀的圓周一定是靠在鏡面突起的部分).磨到2500的磨粉后,要用Ronchi test(做法見上學(xué)期報(bào)告)才能看出差別,因三角儀的精確度只有0.01公分.表面的均勻程度可用肉眼或輔以手電筒即可觀察出來,換另一號(hào)磨粉前需要將表面都磨制均勻. H. 修正曲率方式: 磨鏡時(shí)的位移若小一點(diǎn)(1/6以下)是均勻的磨到整個(gè)鏡面,同時(shí)改變整個(gè)鏡子的曲率;大一點(diǎn)時(shí)(1/6~1/3)則是重點(diǎn)磨深,局部影響曲率.鏡子在上工具在下時(shí)研磨到鏡子中央,相反則研磨到邊緣.例如鏡子在上時(shí)用大的位移則會(huì)讓中央部份磨深.依2照三角儀或Ronchi test測(cè)定的鏡子曲率,來作不同的修正. I. 環(huán)境的清潔: 換磨粉之前,或是前一次工作相隔時(shí)間長(zhǎng),就必須作清潔的工作.地板,磨鏡的桌子,柜子都用抹布和除塵拖把仔細(xì)清過一遍,不能有前次的大磨粉殘留,會(huì)刮傷鏡片.鏡子,工具和墊子也都用牙刷,牙膏仔細(xì)刷洗過. 用空罐子把磨粉分裝,從小的開始再裝大的,因?yàn)榇竽シ劾飬⒂行∧シ垡膊粫?huì)刮傷鏡片.分裝好的磨粉不要全放在一起,分開放置不同的柜子較不易污染.柜子還需要一個(gè)塑膠布來擋住,以免有外來顆粒入侵.使用時(shí)要用更小的藥罐先分裝,不要重復(fù)接觸大罐子,使表面有磨粉的機(jī)率增加. 廚房紙巾和靜電布要收藏在箱子里,要用時(shí)一次拿一張,以免沾上磨粉.換磨粉時(shí)最好也換一卷紙巾. J. 防止鏡邊緣破碎: 用炒菜鍋乘水和46號(hào)磨粉把鏡子的邊緣磨掉約4mm,用完后磨粉和剩下的水都不須清干凈,這樣濕潤(rùn)的磨粉較不易飛散,再直接放到測(cè)試桌下面的紙箱內(nèi)收妥.要隨時(shí)注意邊緣會(huì)不會(huì)太尖,以防碰撞而破碎. K. 若工具和鏡子吸住推不開: 研磨時(shí)要隨時(shí)注意水是否太少,不然工具和鏡子間的摩擦力和吸附例會(huì)太大以致于分不開.解決辦法有很多種.若從透明的工具看進(jìn)去,中間的水還沒有干掉,表示轉(zhuǎn)不開是由于周圍干掉,可從上面對(duì)工具中間加壓,把中央有水的部分壓開,分散附著力,同時(shí)在用手轉(zhuǎn)(不能用扳開的方式,以防危險(xiǎn)),就可以轉(zhuǎn)開.若還不行,就表示整個(gè)水分都快干掉的,可以把鏡子和工具一起放到約五十度熱水中,利用兩者膨脹系數(shù)的不同(BVC幾乎膨脹系3數(shù)為零),即可拆開. L. 刮痕: 通常是干掉的磨粉或是前一程序的殘留磨粉造成的.當(dāng)磨粉很細(xì)時(shí),會(huì)飄散到空中,所以清潔工作要很徹底,甚至連身上都需要先用除塵紙擦過.若有刮痕,可用手電筒觀察其深度,通常可以在下一個(gè)階段的磨粉可以被淡化,但無法消除.只要不是太嚴(yán)重,事實(shí)上對(duì)光學(xué)表現(xiàn)不會(huì)影響太大.所以通常不會(huì)為了一條刮痕再增加該磨粉的磨程時(shí)間. 二,主鏡的拋光 拋光通常和研磨一樣需要很多個(gè)磨粉的流程,但這次我們只有用一種大小的氧化銫,所以花的時(shí)間會(huì)較長(zhǎng).此外,原來工具的玻璃材料對(duì)拋光來說太粗糙,所以要在原來工具的表面在鋪上一層瀝青. A. 氧化銫磨粉: 因氧化銫比奶粉還要細(xì),會(huì)粘著任何容器,所以不易用湯匙拿取.因此把它和水1比4溶在裝西紅柿醬的瓶子里,直接用磨粉水的形式代替分別加磨粉和水,使用時(shí)要先搖晃均勻,使瓶子底部沒有磨粉沉淀. B. 瀝青工具的制作: 我們用有把柄的鍋?zhàn)雍透呱酵咚範(fàn)t將瀝青融化.融化的瀝青很像麥芽糖(這次用的是比較高級(jí)的瀝青,外表是黃色的.瀝青是混合物,其中成分的比例會(huì)影響他的軟硬度和色澤),加熱要用非常小的火,一來因?yàn)闉r青的熔點(diǎn)很低,二來加溫太高會(huì)產(chǎn)生非常多氣泡,使液體成分蒸散而改變成分比例.表面的一層泡沫可 4 以用湯匙挑掉,一邊加熱一邊要用筷子將底部融化的跟上層未熔的攪拌. 工具的邊緣用厚膠帶貼一圈,高出表面3公分左右,再把瀝青倒入,量約1公分厚才足夠,用筷子把氣泡挑掉.約五分鐘后(是瀝青干的程度),用鐵棍將表面壓成格子狀,把鏡子表面涂滿氧化銫溶液(鏡子要稍微用吹風(fēng)機(jī)加熱,以免鏡子和工具的溫度相差太多讓瀝青瞬間凝固),壓到工具上,人再壓上去約15分鐘,將瀝青壓成和鏡子曲率一樣.鏡子拿開后用磨粉的附著狀況判斷曲率(通常是中央沒被壓到,所以中間會(huì)沒有粉紅色的磨粉黏著),曲率未到可放到熱水中加熱工具,然后再壓一次. 壓好后工具的邊緣用榔頭敲掉,使瀝青的面積小于鏡子,壓的時(shí)候才不會(huì)有大于鏡面的部份壓不到而突起.瀝青碎片可稍微清一下,但因質(zhì)地很細(xì),就算有殘留也不會(huì)磨傷鏡子. C. 工作平臺(tái): 防滑墊因?yàn)橛袕椥詴?huì)抵銷力量,所以要換成用厚木板墊底,上面作四個(gè)木塊剛好夾住工具,再用兩個(gè)C型夾把木板固定在桌角.木塊的高度要小于工具的,這樣工具上的鏡子才能有位移.工具和木塊間的空隙用小的鍥型木塊塞住,磨的時(shí)候才不會(huì)前后動(dòng)或是轉(zhuǎn)動(dòng). D. 拋光方式: 用氧化銫拋光時(shí),附著力明顯大于以前任何一種磨粉,非常難移動(dòng)鏡子.磨粉水很不容易流失,因?yàn)橛袦喜鄣年P(guān)系,所以就算磨一整圈也不用加磨粉水.最好都以鏡子在上的方式拋光,這樣若有大顆粒的東西才容易從工具的勾槽流掉,鏡子在下容易刮傷.此時(shí)的位移只需要1/6,因?yàn)槭钦w拋光的關(guān)系,不用大位移來加強(qiáng)局部.因?yàn)殓R子在上,所以邊緣會(huì)比較難磨到,用直線來回磨幾次后可改為W行的磨法,增加邊緣磨的機(jī)會(huì). 5 E. 瀝青工具的校準(zhǔn): 隔一兩天以上重新要磨之前都需要再校準(zhǔn)工具的曲率,把工具放到熱水加熱,再用人的重量壓20分鐘.但施壓的人不可左右晃動(dòng),否則工具的邊緣曲率會(huì)太大超過預(yù)期,這樣拋光的時(shí)候,邊緣會(huì)接觸不到,只有鏡子中央被拋光. F. 測(cè)試曲率的方法: 一開始可用Ronchi test測(cè)鏡面和目標(biāo)球面相差多少,再改變工具和鏡子的位置,或是位移的大小來修正.最后用W型磨法拋物面化后(拋物面化只要約半小時(shí),因球面和拋物面相差甚少),可用Foucault test測(cè)其拋物面化的程度. 三,一般預(yù)期工作成果 以口徑32cm的鏡片為例,主鏡研磨和拋光的過程,研磨需約27個(gè)程序(46磨粉-3次,80磨粉-9次,120-7,240-2,500-2,1000-2,2500-2),拋光約20個(gè)程序,各需18到20個(gè)小時(shí),因此實(shí)際的磨鏡時(shí)數(shù)近40個(gè)小時(shí)可完成(不包含所有準(zhǔn)備與清潔時(shí)間).鏡面可能會(huì)有幾處刮痕,但應(yīng)不影響未來的整體表現(xiàn).整體鏡面的誤差可用Foucault test的軟體來計(jì)算,一般若控制在1/8個(gè)可見光波長(zhǎng)以下,已算是非常優(yōu)良的表現(xiàn),本實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)可達(dá)到1/20個(gè)可見光波長(zhǎng) 的準(zhǔn)確度約為25奈米.之后主鏡鏡面蒸鍍時(shí),鍍鋁約100 ~200nm兩層,和一層二氧化硅作為保護(hù). 望遠(yuǎn)鏡本體: 大部分采用鋁門窗的鋁制材料,座臺(tái)使用Dobsonian的設(shè)計(jì),目鏡座則用Crayford的設(shè)計(jì),斜鏡架,目鏡架,主鏡架都有三點(diǎn)微調(diào)6機(jī)制,可以調(diào)整斜鏡目鏡與主鏡的平面傾斜度,以調(diào)整光軸. 望遠(yuǎn)鏡能力 D(口徑) = 31.1cm F(焦距) = 146.75cm F-ratio(焦比)= 4.72 P(集光力)= 1974 M(極限星等)= 14.7 FOV(視場(chǎng))= 0.35度 解析力 = 0.41角秒 極限倍率 = 約44倍 ~ 550倍 適合搭配的目鏡約33mm-3mm 注:關(guān)于制作過程之圖片資料,可由以下網(wǎng)站下載: http://jhpw.phys.ntu.edu.tw |
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