PANORAMICA SU TUTTE LE SESSIONI DI LAVORO
La lavorazione dello specchio è stata eseguita con una macchina di tipo mirror-o-matic, caratterizzata da un piano rotante e da un braccio oscillante sul quale è fissato l’utensile. Quest’ultimo può essere posizionato in diversi punti lungo il braccio, permettendo di variare l’offset rispetto al centro dello specchio e quindi modulare l’azione di lucidatura. Per migliorare la stabilità del supporto, sul piano rotante è stato applicato un disco di materiale morbido, utile ad assorbire eventuali irregolarità del piano di appoggio e a ridurre la probabilità di generare astigmatismo durante le fasi di lavorazione. A questo accorgimento, sempre per limitare l’insorgenza di astigmatismo, si è aggiunta la rotazione casuale dello specchio ogni 10–15 minuti, una pratica semplice ma efficace per distribuire in modo uniforme le pressioni e prevenire deformazioni indesiderate della superficie ottica.
Il piano rotante ruota a circa 8 giri/min e il braccio oscilla circa 22 volte al minuto.
Qui sotto il grafico con l’andamento delle aberrazioni al variare delle sessioni di lavoro.
In particolare, si possono distinguere varie macro-fasi, che verranno descritte in dettaglio nei capitoli successivi:
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- La prima, in cui è stato utilizzato un utensile molto piccolo (30%) con il quale sono state provate alcune tecniche.
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- Una seconda, con utensile al 75% del diametro dello specchio, in cui ho iniziato ad uniformare la superfice ottica e identificare la posizione “neutra” dell’utensile, in grado di lavorare in modo uniforme e generare naturalmente la sfera.
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- Una terza, un po’ sperimentale, che mi ha permesso di abbattere le principali aberrazioni (astigmatismo e trifoglio).
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- E l’ultima, sempre con utensile al 75%, per l’ultima fase di uniformazione della superfice ed eliminazione dei residui di sferica.
Figura 6. Grafico dell’ andamento delle aberrazioni durante le sessioni di lavoro
SESSIONE DI LAVORO #3
Nella sessione di lavoro 3 è stata adottata una tecnica mirata per la riduzione dell’aberrazione sferica primaria mediante l’impiego di un utensile sub-diametro pari al 30% del diametro dello specchio. L’approccio si è basato su corse tangenziali controllate, pensate per insistere in modo preferenziale sulla “gobba” dell’aberrazione sferica, massimizzando l’azione abrasiva nella regione dove la deviazione dal profilo ideale risultava più evidente. In realtà, in questa specifica sessione di lavoro, l’obiettivo principale era capire se fossi in grado di prevedere il risultato di una sessione di lavoro, note le impostazioni della macchina. Una lavorazione o un’altra sarebbe stata indifferente visto l’obiettivo della sessione, ma già che c’ero ho deciso di impostare i movimenti della macchina in modo tale da ridurre perlomeno l’entità dell’aberrazione sferica.
Figura 7. Sessione di lavoro descritta (d:30%)
La zona di lavorazione è stata definita tra il raggio 75 mm e il raggio 195 mm, con il massimo dello scavo previsto intorno ai 135 mm. Poiché un utensile solitamente ha un’efficacia reale limitata al 65% del proprio raggio operativo, è stato necessario calibrare con attenzione la posizione delle oscillazioni. La zona corrispondente al 60-65% del raggio dell’utensile è quindi stata fatta coincidere con i 75 mm dal centro dello specchio nella posizione più interna, mentre alla massima escursione del braccio di lavoro tale regione utile doveva trovarsi a circa 195 mm.
Figura 8. Impostazioni parametri macchina
Sotto l’immagine del profilo di errore rispetto alla sfera presente in sessione 2, con sovrapposte le linee che indicano la zona di lavoro impostata. Le linee verdi tratteggiate indicano i bordi dell’utensile, le linee arancioni la zona al 65% del raggio dell’utensile e la linea rossa, la zona prevista di maggior lavoro.
Questa impostazione ha permesso di definire con precisione il volume di materiale da rimuovere lungo il profilo radiale, ottenendo uno scavo che, come mostrato nella mappa sottostante, si è sviluppato esattamente nella fascia prevista. L’immagine sotto rappresenta la differenza tra la misurazione di sessione 3 e la misura fatta in sessione 2, ovvero rappresenta esattamente il volume di vetro asportato durante la sessione di lavoro..
Figura 11 immagini del vetro rimosso durante la sessione di lavoro #3.
Oltre a confermare la coerenza tra previsione e risultato ottenuto, l’esperimento ha fornito anche una valida stima della capacità di rimozione dell’utensile, quantificando l’asportazione in termini di nm/min (8 nm/min con 2kg di peso sull’utensile), dato fondamentale per la pianificazione delle lavorazioni successive.
Questo particolare settaggio della macchina non è ideale per il proseguo della lavorazione in quanto tende a scavare in modo molto specifico attorno alla zona 135mm dall’asse dello specchio, e non a lavorare in modo ideale su tutta la superfice. Inoltre, la piccola dimensione dell’utensile (30%) non è riuscito minimamente a migliorare l’astigmatismo, né il trifoglio, né le altre aberrazioni. Per migliorare l’intera superfice e proseguire verso una buona sfera ho deciso di proseguire con un utensile più grande 75%.
SESSIONE DI LAVORO CON UTENSILE 75%
Qualche considerazione sulle sessioni di lavoro effettuate con l’utensile di dimensioni pari al 75% del diametro dello specchio.
In tutte queste sessioni ho lavorato in quasi “fixed post” ovvero con utensile praticamente fermo in una determinata posizione e lasciato solamente libero di ruotare. Dico quasi fixed post, perché in realtà lascio sempre al braccio oscillante della macchina una corsa di circa 25/30mm questo per evitare che il bordo utensile passi sempre sulla stessa zona dello specchio creando solchi. Anche l’offset radiale dell’utensile rispetto al centro specchio lo facevo variare ogni 10/15 min circa in un range tra 0 e 20 mm anch’esso per evitare errori zonali.
Figura 12. Impostazioni parametri macchina con utensile al 75%
L’utensile sbordava dal bordo dello specchio per circo il 18/20% del diametro utensile.
Questa posizione (suggerita anche da programmino PolSim e verificata sperimentalmente) consente di lavorare in modo uniforme tutta la superfice.
Figura 13. Simulazione di lucidatura tramite il software PolSim
Qui sotto il grafico dell’andamento delle principali aberrazioni durante le sessioni di lavoro. Come si può vedere l’entità dell’astigmatismo non è variato durante le sessioni di lavoro, mentre il trifoglio ha mostrato un leggerissimo ma costante miglioramento. Anche la sferica mostra un trend di miglioramento, tranne in quelle sessioni evidenziate dal cerchio, durante le quali ho fatto variare il debordo dell’utensile per individuare la posizione “neutra”, ovvero quella posizione dell’utensile, che scava uniformemente lo specchio indirizzandolo naturalmente verso la sfera. Durante tutte queste sessioni si nota anche un costante miglioramento di sferica terziaria, coma e astigmatismo secondario.
RIDUZIONE ASTIGMATISMO E TRIFOGLIO
Nonostante l’impiego di un utensile pari al 75% del diametro dello specchio, montato in fixed post con un decentraggio studiato per ottenere una lavorazione neutra, l’astigmatismo presente sulla superficie non accennava a migliorare, mentre il trifoglio mostrava soltanto un’evoluzione minima. Dopo numerosi tentativi, ho deciso di sfruttare a mio vantaggio un fenomeno solitamente indesiderato: l’insorgere spontaneo di astigmatismo quando lo specchio non appoggia in modo uniforme sul piano rotante della macchina. Ho pensato dunque, di introdurre artificialmente appoggi non uniformi (con degli spessorini) per forzare la comparsa di un astigmatismo opposto a quello esistente.
Ho eseguito molte prove utilizzando come spessori, gommini (grandi e piccoli) stecche di plastica (lunghe, larghe, fini, corte), ma il risultato migliore l’ho ottenuto con spessori in gomma a mezzaluna, posizionati vicino al bordo dello specchio ed in corrispondenza dei picchi dell’astigmatismo.
Questa configurazione induce una lieve deformazione dello specchio, sollevando proprio le zone “alte” dell’astigmatismo obbligando l’utensile a lavorare intensivamente su quelle aree. Sotto un esempio di come sono state disposti i due spessori a mezzaluna prima di una sessione di lavoro e il conseguente scavo sullo specchio dopo la sessione. È evidente come l’aberrazione principalmente corretta sia stato proprio l’astigmatismo.
Figura 15. A Sx i pad di gomma utilizzati per l’Astig. A Dx immagine delle zone maggiormente scavate.
Per il trifoglio ho adottato un approccio simile, ma invece di due spessori, ho utilizzato tre gommini più piccoli, collocandoli nei punti corrispondenti alle zone “alte” dell’aberrazione. Nel caso in cui astigmatismo e trifoglio fossero presenti simultaneamente, i tre appoggi venivano disposti seguendo i picchi delle aberrazioni combinate.
Sotto sempre un esempio di come sono state disposti i tre spessori prima di una sessione di lavoro e il conseguente scavo sullo specchio dopo la sessione. In questo caso sono stati corretti principalmente trifoglio e astigmatismo. È stato corretto anche l’astigmatismo e non solo esclusivamente trifoglio, perché gli appoggi non sono stati disposti su un triangolo equilatero, ma volutamente lungo un triangolo allungato allineato proprio lungo la direzione dell’astigmatismo. In questo modo sono riuscito a diminuire entrambe le aberrazioni.
Figura 16. A Sx i pad di gomma utilizzati per il Trif. A Dx immagine delle zone maggiormente scavate.
La lavorazione è sempre stata eseguita con utensile al 75% del diametro in fixed post a decentraggio neutro, così da mantenere un’azione prevedibile dello scavo.
Iterazione dopo iterazione, questo metodo mi ha permesso di ridurre progressivamente sia l’astigmatismo sia il trifoglio, mentre in parallelo eliminavo l’aberrazione sferica, avvicinandomi in modo stabile e continuo alla forma sferica desiderata.
Sotto l’andamento delle aberrazioni al proseguire delle sessioni di lavoro. È evidente come dal momento in cui ho iniziato a posizionare gli spessori sotto allo specchio (da sessione #13 alla sessione #25), le aberrazioni di astigmatismo e trifoglio hanno iniziato a diminuire in modo significativo fino a ridursi quasi del tutto.
ULTIME SESSIONI E RAGGIUNGIMENTO DELLA SFERA
Le ultime sessioni di lavorazione sono state dedicate all’uniformazione della superficie ottica e alla completa eliminazione dei residui di sferica.
Durante queste fasi più delicate, lo specchio è stato ruotato periodicamente sul suo piano di appoggio per mantenere sotto controllo le principali aberrazioni: astigmatismo, coma e la caratteristica deformazione a trifoglio che può emergere quando le pressioni non sono perfettamente simmetriche.
Sotto è riportata un’immagine del test di Ronchi a 4 l/mm: la presenza di linee dritte e regolari testimonia il raggiungimento di una sfera ben corretta, uniforme fino al bordo.
Parallelamente sono stati acquisiti numerosi interferogrammi, uno dei quali mostrato qui sotto. Anche in questo caso la linearità delle frange è un chiaro indicatore della buona qualità della figura ottica.
Sono stati acquisiti decine di interferogrammi, ruotando anche lo specchio in modo da eliminare gli astigmatismi del set-up di misura.
La media dei molti interferogrammi acquisiti, riportata di seguito, fornisce una valutazione affidabile e stabile della forma finale raggiunta.
Ora che è stata raggiunta una buona sfera, è possibile passare alla fase di parabolizzazione.