Улучшение метрологических характеристик импульсных лазерных дальномеров путем финишной электронно-лучевой обработки их оптических деталей

Для попередження негативного впливу зовнішніх термічних дій на метрологічні характеристики (точність, діапазони вимірювання та ін.) імпульсних лазерних далекомірів прицільних комплексів практичне значення має фінішна електронно-променева обробка поверхонь їх оптичних елементів, яка запобігає виникненню дефектів на поверхні елементів (тріщин, відшарувань, сколів, напливів та ін.), що призводять до різкого погіршення характеристик приладів та їх відмов при експлуатації. Метою роботи є покращення метрологічних характеристик імпульсних лазерних далекомірів при експлуатації в умовах зовнішнього термовпливу. Проведено експериментальні дослідження та встановлено критичні значення параметрів зовнішніх термодій (теплового потоку та часу його дії), перевищення яких призводить до утворення на поверхні елементів негативних дефектів, що призводять до їх руйнування. Встановлено оптимальні діапазони зміни параметрів електронного променю (густини теплової дії Fn = 7 106…8 108 Вт/м2 та швидкості переміщення V = 5 10-3…5 10-2 м/с), в межах яких спостерігається максимальне покращення властивостей поверхневих шарів оптичних елементів. При цьому не відбувається утворення негативних дефектів на їх поверхнях, збільшується коефіцієнт пропускання ІЧ-випромінювання елементами у 1,4…1,6 рази, що дозволяє збільшити точність та розширити діапазони вимірювання дальності імпульсними лазерними далекомірами у 1,2…1,5 разу.To prevent the negative impact of external thermal actions on metrological characteristics (precision, measurement ranges, etc.) of impulse laser rangefinders of sighting systems the practical importance is finishing electron-ray surface processing of optical elements, which prevents defects on the elements surface (cracks, delaminations, chips, flows etc.), leading to a sharp deterioration of devices and their failures during operation. The aim is to improve the metrological characteristics of impulse laser rangefinders when operating under conditions of external thermal impact. The experimental research is conducted and it established the critical values of external thermal impact (heat flow and time of its action), the excess of which leads to the formation on the elements surface the negative defects that lead to their destruction. The optimal ranges of changes of parameters of the electron ray (thermal action density Fn = 7 106…8 108W/m2 and the speed of movement V = 5 10-3…5 10-2 m/s), within which there is maximum improvement of properties of the surface layers of the optical elements. There is no formation of negative defects on their surfaces, it increases the transmittance coefficient of infrared radiation elements in 1,4...1,6 times, that lets to increase the accuracy and to expand the ranges of distance measurement by impulse laser rangefinders in 1,2 ... 1,5 times.Для предотвращения негативного влияния внешних термических воздействий на метрологические характеристики (точность, диапазоны измерения и др.) импульсных лазерных дальномеров прицельных комплексов практическое значение имеет финишная электронно-лучевая обработка поверхностей их оптических элементов, которая предотвращает возникновение дефектов на поверхности элементов (трещин, отслоений, сколов, наплывов и др.), приводящих к резкому ухудшению характеристик приборов и их отказам при эксплуатации. Целью работы является улучшение метрологических характеристик импульсных лазерных дальномеров при эксплуатации в условиях внешних термовоздействий. Проведены экспериментальные исследования и установлены критические значения параметров внешних термовоздействий (теплового потока и времени его воздействия), превышение которых приводит к образованию на поверхности элементов негативных дефектов, приводящих к их разрушению. Установлены оптимальные диапазоны изменения параметров электронного луча (густини теплової дії Fn = 7 106…8 108 Вт/м2 та швидкості переміщення V = 5 10-3…5 10-2 м/с), в пределах которых наблюдается максимальное улучшение свойств поверхностных слоев оптических элементов. При этом не происходит образование негативных дефектов на их поверхностях, увеличивается коэффициент пропускания ИК-излучения элементами в 1,4...1,6 раза, что позволяет увеличить точность и расширить диапазон измерения дальности импульсными лазерными дальномерами в 1,2...1,5 раза

Improving the reliability of pulsed laser rangefinder and infrared devices of homing and surveillance by final electron beam processing of their optical components

To prevent the negative impact of external thermal actions on reliability of devices for measurement and thermal testing of objects of various physical nature the practical importance has electron beam processing of surfaces of optical elements has practical importance, because it prevents appearance of defects on the surface of elements which lead to a sharp degradation of performance of devices and their failures during operation. Aim: The aim of this research is to develop a method for improving the reliability of devices for measurement and thermal control of various physical nature objects by final electron-beam processing of optical elements. Materials and Methods: To study the influence of parameters of the electron beam on the properties of the surface layers of the optical glass elements of marks K8, K208, BK10 and ceramics marks KO1, KO2, KO3, KO5, KO12 used discs with a diameter of 3∙10-2…5∙10-2 m and thick 4∙10-3…6∙10-3 m, hemispherical cowl with diameter 4∙10-2…8∙10-2 m. For research was used developed specialized electron-beam equipment; the main characteristics of strip electron beam were as follows: width – 5∙10-4…5∙10-3 m, length – 6∙10-2…8∙10-2 m, density of thermal action – Fn = 5∙106…9∙108 W/m2 and velocity – V = 3∙10-3…10-1 m/s. Results: Experimental studies were held and found the critical values of external thermal actions (heat flux, time of action, etc.), the excess of which leads to the formation on the surface of negative defects that lead to their destruction. The results of the research determined the optimal range of change of parameters of the electron beam (density of thermal action Fn =7∙106…8∙108 W/m2 and the velocity V = 5∙10-3…5∙10-2 m/s) within which observed substantial improvement of the properties of the surface layers of the optical elements

ПОЛІПШЕННЯ МЕТРОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРСТИК ІМПУЛЬСНИХ ЛАЗЕРНИХ ДАЛЕКОМІРІВ ФІНІШНОЮ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОЮ ОБРОБКОЮ ЇХ ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ

To prevent the negative impact of external thermal actions on metrological characteristics (precision, measurement ranges, etc.) of impulse laser rangefinders of sighting systems the practical importance is finishing electron-ray surface processing of optical elements, which prevents defects on the elements surface (cracks, delaminations, chips, flows etc.), leading to a sharp deterioration of devices and their failures during operation.The aim is to improve the metrological characteristics of impulse laser rangefinders when operating under conditions of external thermal impact.The experimental research is conducted and it established the critical values of external thermal impact (heat flow and time of its action), the excess of which leads to the formation on the elements surface the negative defects that lead to their destruction.The optimal ranges of changes of parameters of the electron ray (thermal action density Fn = 7∙106…8∙108 W/m2 and the speed of movement V = 5∙10-3…5∙10-2 m/s), within which there is maximum improvement of properties of the surface layers of the optical elements.There is no formation of negative defects on their surfaces, it increases the transmittance coefficient of infrared radiation elements in 1,4...1,6 times, that lets to increase the accuracy and to expand the ranges of distance measurement by impulse laser rangefinders in 1,2 ... 1,5 times.Для предотвращения негативного влияния внешних термических воздействий на метрологические характеристики (точность, диапазоны измерения и др.) импульсных лазерных дальномеров прицельных комплексов практическое значение имеет финишная электронно-лучевая обработка поверхностей их оптических элементов, которая предотвращает возникновение дефектов на поверхности элементов (трещин, отслоений, сколов, наплывов и др.), приводящих к резкому ухудшению характеристик приборов и их отказам при эксплуатации.Целью работы является улучшение метрологических характеристик импульсных лазерных дальномеров при эксплуатации в условиях внешних термовоздействий. Проведены экспериментальные исследования и установлены критические значения параметров внешних термовоздействий (теплового потока и времени его воздействия), превышение которых приводит к образованию на поверхности элементов негативных дефектов, приводящих к их разрушению.Установлены оптимальные диапазоны изменения параметров электронного луча (густини теплової дії Fn = 7∙106…8∙108 Вт/м2 та швидкості переміщення V = 5∙10-3…5∙10-2 м/с), в пределах которых наблюдается максимальное улучшение свойств поверхностных слоев оптических элементов.При этом не происходит образование негативных дефектов на их поверхностях, увеличивается коэффициент пропускания ИК-излучения элементами в 1,4...1,6 раза, что позволяет увеличить точность и расширить диапазон измерения дальности импульсными лазерными дальномерами в 1,2...1,5 раза.Для попередження негативного впливу зовнішніх термічних дій на метрологічні характеристики (точність, діапазони вимірювання та ін.) імпульсних лазерних далекомірів прицільних комплексів практичне значення має фінішна електронно-променева обробка поверхонь їх оптичних елементів, яка запобігає виникненню дефектів на поверхні елементів (тріщин, відшарувань, сколів, напливів та ін.), що призводять до різкого погіршення характеристик приладів та їх відмов при експлуатації.Метою роботи є покращення метрологічних характеристик імпульсних лазерних далекомірів при експлуатації в умовах зовнішнього термовпливу. Проведено експериментальні дослідження та встановлено критичні значення параметрів зовнішніх термодій (теплового потоку та часу його дії), перевищення яких призводить до утворення на поверхні елементів негативних дефектів, що призводять до їх руйнування.Встановлено оптимальні діапазони зміни параметрів електронного променю (густини теплової дії Fn = 7∙106…8∙108 Вт/м2 та швидкості переміщення V = 5∙10-3…5∙10-2 м/с), в межах яких спостерігається максимальне покращення властивостей поверхневих шарів оптичних елементів.При цьому не відбувається утворення негативних дефектів на їх поверхнях, збільшується коефіцієнт пропускання ІЧ-випромінювання елементами у 1,4…1,6 рази, що дозволяє збільшити точність та розширити діапазони вимірювання дальності імпульсними лазерними далекомірами у 1,2…1,5 раз