Автор: Панов В.А. Кругер М.Я.
Теги: применение оптики в целом компьютерные технологии приборостроение оптика оптические приборы
Год: 1980
Текст
СПРАВОЧНИК
КОНСТРУКТОРА
оптико-
МЕХАНИЧЕСКИХ
ПРИБОРОВ
Третье издание,
переработанное и дополненное
Под общей редакцией
д-ра техн, наук В. А. ПАНОВА
ЛЕНИНГРАД «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
19 8 0
ВБ К 34.9м2
С74
УДК М5.К (О'1!)
Аморы: В. А. ПАНОВ, | М. Я. КРУГЕР |, В. В.
ЛАГНИ, Г. В. ПОГАРЕВ, А. М. ЛЕВИНЗОН, И. М
ЛИНСКИЙ, Н. А. МИХАЙЛОВ, Б. Г. РЕЗНИЦ1
М. И. КАЛИНИН, Р. М. РАГУЗИН
т “,к
ВГР.ШЕКА
ВСЕС I
SAK.l.kL Г ЧК »'«*'*' -л*??
ИНСТИТУТА
Справочник конструктора оптико-механи
С74 приборов./В. А. Панов, М. Я. Кругер, В. В.
гин и др.; Под общ. ред. В. А. Панова. — 3-,
перераб. и доп. — Л.: Машиностроение, Ле
отд-ние, 1980. — 742 с., ил.
В пер.: 2 р. 70 к.
В справочнике приведены крпткис сведении о фнчичес
метрической оптике, основные формулы рпсчети ounpiccKin
методика расчета аберраций, допуски ни ин» отопление и сборк
ских деталей и утлой
Третье мядмнно (2-е ихд 11Ш/ г ) дополнено нокым мп
по расисту важнейших элементом и уялпи приборов, о» нонам i
ропипни мехдпичсгиой части оптических прибором, мруитур)
литу подвижных систем, вешите от коррохим и покрытиим
В спрлпочпик включены новые данные по оптическим бесцвап
пым и еветорассеивающим стеклам, пластмассам, волоконном»
жгутам, свсторассеивающим экранам.
Справочник предназначен для инженерно-технических
ков оптико-механическнх предприятий.
СбЖ-80 25'~”- ЯМ0Ю11М "
© Издательство «Машижл ipoeiiHr,
ПРЕДИСЛОВИЕ
I
Современные оптико-механические приборы представляют собой
Южные технические устройства, построенные на основе использова-
1я разнообразных свойств световой энергии, электронно-оптических
сте.м и точных механизмов.
| Для дальнейшего научного и технического прогресса, повышения
Ьизводительности труда и качества выпускаемых изделий требуется
ггенсивная разработка и расширение производства новых совершен-
йх приборов. В связи с этим растет потребность в технической лите-
куре и справочниках.
; Со времени опубликования второго издания «Справочника кои-
руктора оптико-механических приборов» прошло более десяти лет.
1 этот период времени появились новые технические материалы,
ЭСТы, нормали, введена Единая система конструкторской докумен-
тны (ЕСКД) и т. д. В связи с этим возникла необходимость в третьем
)даиии данного справочника.
В настоящем справочнике материал по сравнению со вторым изда-
ием переработан и приведен в соответствие с появившейся новой
;хнической документацией по проектированию и расчету оптико-
еханических приборов.
Добавлены сведения по фотометрическим расчетам приборов, ясточ-
икам и приемникам световой энергии, светофильтрам, дифракционным
ешеткам, объективам, окулярам, гибким волоконно-оптическим жгу-
там, светорассеивающим стеклам и экранам, оптическому цветному
геклу, полимерам для оптических деталей, оптическому конструк-
иоиному стеклу, пластмассам и другим техническим материалам.
1риведены новые типовые конструкции оптико-механических узлов
дополнены примеры крепления оптических деталей. Расчеты допусков
рп изготовлении и сборке оптических деталей и узлов выделены в от-
ельную главу. В гл. 9 изложена новая методика анализа структуры
:ннематической схемы механизма.
' Включены сведения о функциональных назначениях механизмов
it подвижных систем оптических приборов, рассмотрены особенности
||роекгирования таких механизмов, внесены уточнения в их расчет.
1 1* . 3
Рассмотрены методы защиты деталей оптико-механических приборов
от коррозии, даны основные характеристики металлических и неметал-
лических неорганических покрытий, описаны трсбоплинн и рекомен-
дации по выбору покрытия, а также технические трсбопнпин к оптико-
механическим приборам и правила разработки конструкторской до-
кументации.
Авторы выражают глубокую благодарность инженерам В/К. Фило-
пенко, Ю. В. Степанову, Н. И. Валову, П. В. Головко и Б. Я. Хав-
кину, оказавшим практическую помощь в подборе материалов для
третьего издания справочника.
Активное участие н подготовке издания принял также
I Г. М. Городинский I.
ГЛАВА 1
ФИЗИЧЕСКАЯ ОПТИКА
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПРИРОДА СВЕТА
Светом принято называть тот вид электромагнитного излучения,
который вызывает зрительное ощущение. Кроме того, в понятие свет,
световое излучеине включаются и такие невидимые для,глаза излучения
как ультрафиолетовое и инфракрасное.
Свет обладает одновременно корпускулярными и волновыми свой-
ствами. Одни явления (дифракция, интерференция, поляризация света)
объясняются волновой природой света, другие (поглощение, фотоэлек-
трический эффект Столетова н т. д.) — корпускулярной теорией. Обе
теории взаимосвязаны и дополняют друг друга при изучении законов
оптики.
Электромагнитные волны.
Спектр электромагнитных колебаний
Электромагнитные волны характеризуются колебанием двух век-
торов: электрической напряженности Е и магнитной напряженности Н.
Оба вектора колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях
в одинаковых фазах. Направление движения потока энергии электро-
магнитной волны определяется направлением вектора Умова—Пойн-
тннга, перпендикулярного к векторам электрической и магнитной силы.
Численная величина вектора Умова—Пойнтиига равна S =
= cEHiAn, т. е. количеству электромагнитной энергии, протекающей
в единицу времени через площадку в 1 ма. В [изотропных средах на-
правление вектора Умова—Пойнтиига принимают за направление
луча света.
Соотношение между длиной волны 10 в вакууме и частотой коле-
бания v = с/1о, где с — скорость в вакууме.
Длина волны X в среде, показатель преломления которой равен п,
X = Еа/п.
Показатель преломления среды есть отношение скорости распро-
странения света в вакууме к скорости в данной среде: п = c/v.
При прохождении света через разные среды длина волны 1 изме-
ряется обратно пропорционально п, но частота колебаний v прн этом
остается величиной постоянной. Распределение энергии излучения
в зависимости от длины волны или частоты принято называть его спек-
тром. Условно принято делить спектр электромагнитных колебаний на
радноднапазон (длина волны X меняется от 1 мм до нескольких десятков
5
километров), оптический диапазон (X меняется от 50 А1 до I мм), и
диапазон у-лучей (длина волны 50 А). Оптический диапазон излу-
чений делят на четыре области со следующими границами длин волн:
рентгеновскую (от 0,1 до 50 А), ультрафиолетовую (от 50 А до 380 нм),
видимую (от 380 нм до
^акраснуюЛ(от 1770 "нм Таблииа 1-2. Длины ноли излучений,
£ Г мм)! Инфракрасную испУскаемЫх различными алементамн
область в спою очередь Таблица 1.1. Видимые цвета Область спектра Длина волны, нм Обозна- чение линий спектра Элемент
Видимые цвета Диапазон длин волн, нм Ультра- фиоле- товая 365,0 i Mg
Фиолето- вый Синий Голубой Зеленый Желто- зеленый Желтый Оранжевый Красный 380—450 450—480 480-510 510-550 550-575 575-585 585-620 620-780 Види- мая 404,7 434,1 435,8 480,0 486,1 546,1 587,6 588,3 643,8 656,3 766,5 h G' I F e d D C C A' Hg H Hg Cd H Hg Be Na Cd H К
подразделяют на коротковолновый участок (от 0,77 до 1,5 мкм),
средневолновый (от 1,5 до 20 мкм), длинноволновый (от 20 мкм до
1,0 мм). Указанные границы диапазонов и областей длин воли услов-
ны, а сами длины воли даны для вакуума. В табл. 1.2 приведены
длины воли излучений, испускаемых некоторыми элементами
Уравнения волнового движения
Колебание монохроматической волны может быть описано одним
из уравнений:
у = a sin 2л (t/T — х/Х);
у = a sin (2 л./У) (/ — х/о);
у = а sin (at — хх);
у = а sin 2л (vt — kx),
где V— фазовая скорость; <о= 2л/Т— угловая скорость; х — угло-
вое волновое число; v = 1/Т — частота; k = 1/Х — волновое число;
а — амплитуда колебания (наибольшее отклонение точки полны от
положения равновесия); к — длина волны — расстояние, на которое
* С 1 января 1080 г. в соответствии с СТ СЭВ 10S2—78 вместо единицы
длины ангстрем обязательному применению подлежит -единица длины метр
(1 А - 10- «• м).
6
распространяется фронт монохроматической волны за один период
колебания.
Для практики представляют интерес три вида волн:
1) плоские волны (параллельный пучок лучей), распространяю-
щийся в идеально прозрачной среде, имеющие постоянную амплитуду а
при любых зиачениях х;
2) сферические волны, в которых а убывает пропорционально х,
т. е. а = аа/х (а0 — начальная- амплитуда); энергия волн пропорцио-
нальна аг и убывает пропорционально х2;
3) плоские волны, распространяющиеся в поглощающей среде,
О.Х
т. е. яое 1 (а — коэффициент поглощения).
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНТЕРФЕРОМЕТРОВ
Под интерференцией света понимается явление, возникающее при
взаимодействии когерентных1 волн и состоящее в том, что интенсив-
ность результирующей световой волны в зависимости от разности фаз
взаимодействующих волн может быть больше или меньше суммы их
интенсивностей. При своем взаимодействии когерентные волны способны
образовывать новую волну, амплитуда колебания которой в каждой
ее точке получается как векторная сумма амплитуд отдельных колеба-
ний (рис. 1.1). В случае интерференции двух волн 0 и 1 с амплиту-
дами ад и Oi результирующая волна 2 характеризуется формулой
У = Уо + У1 = «о sin ф + ах sin (ф + 6);
У = о-1 sin (ф + Ф),
где /1о-1 — результирующая амплитуда;
A 5„t — («о + я, cos б)2 + (Я] sin о)8;
-1 = + af + 2аоах cos 3.
1 Когерентные волны — волны одинаковой частоты, колебания в которых
. отличаются постоянной разностью фаз, не изменяющейся во времени, доста-
точном для наблюдения.
7
Если п0 = at — а, то
= 2«2 (1 + cos 6) = 2а'111 -|- cos (2лД/Х)].
В случае интерференции н волн с амплитудами av, Of, о2, а„,
и одинаковой взаимной разностью фаз равнодействующая амплитуда
равна
(п \‘2/п
По + Zj ап COS,i I + I S ап sin
п
У ап s In лб
tg®=------.
«О + У, а„ cos nd
Возможность наблюдения интерференции практически ограничи-
вается углом 2о около осн светового пучка, выходящего из источника,
диаметр которого 2г, т. е. 2r sin о с л/4.
Оптическая длина пути
Если после разделения пучка спета па два пучка последние будут
распространяться в различных средах, то при подсчете приобретаемой
волнами разности фаз необходимо учитывать изменение длины волны
при переходе из вакуума в среду (лср = л/нСр)-
Оптической длиной пути называется произведение показателя
преломлении п на геометрическую длину пути d, I.
Область и поле интерференции (
Полем интерференции называется поверхность или плоскость»
в которых исследуется интерференционная киртипа, Полем интерфе"
ренции может быть фокальная плоскость лупы или микроскопа, через
которые рассматривается интерференционная картина, плоскость фото-
пластинки и т. н. Интерферометры, в которых осуществляется интер-
ференция в результате взаимодействия двух пучков лучей, называются (
двухлучевыми, трех пучков лучей — трехлучевымн, многих пучков
лучей — многолучевыми 144].
Входные и выходные зрачки и поле
интерферометров
Теорию интерферометров проще всего строят на основе вычисления
производных функций от разности хода, применяя при этом законы
геометрической оптики.
Большинство технических интерферометров имеет две ветви, каж-
дая из них представляет собой отдельную оптическую синему.
На рис. 1.2 дана принципиальная оптическая схема двухлучевого
интерферометра. Источник света L совмещен с входным зрачком иитер-
8
ферометра; плоскость В, в которой наблюдается интерференционная
картина, служит полем интерс
имеют общий входной зрачок и
ферометра дает изображение
входного зрачка, и, следова-
тельно, в общем случае имеют
два выходных зрачка и L2.
Интерферометр также имеет два
входных поля Bj и В2, явля-
ющихся изображением выход-
ного поля интерференции. В не-
ти. Две ветви интерферометра
поле. Каждая из ветвей интер-
которых конструкциях ишер- Рис. 1.2. Зрачки и окна интерферо-
ферометра и £2 или и В2 метра
совпадают друг с другом. Со- 1
вохупность входного зрачка
L и двух входных полей В2 и В2 можно отнести к пространству
предметов, а совокупность выходных зрачков L2 и £2 и выходного поля
В — к пространству изображений.
Ширина щели при нелокализованных полосах
Для получении хорошего контраста смещение интерференционных
полос от крайних точек входного зрачка (щели) не должно превышать
Рис. 1.3. Схема определения
щели при нелокализованных
ширины
полосах
Д Х/4. На рис. 1.3 пока-
зано, ЧТО Д = ОщР, поэтому
допустимая ширина щели
равна (Хщ, доп=== л/4р. Угол Р
зависит от расположения
входного зрачка и вход-
ных полей. Например, если
X = 0,55 мкм и Р = 20",
то ширина щели Ощ. Д0П =
1-г. 1,5 мм. При р — 1°
значение доп = 0,01 мм.
Критический размер щелн
йщ. кр = ^Р-
Рис. 1.4. Схема определения ширины
щели при локализованных полосах
Допустимый размер
входного зрачка
при локализованных
полосах
Локализованные полосы
появляются в результате ин-
терференции лучей, полу-
ченных из одного первичного
луча. Поэтому точка L вход-
ного зрачка и точки В2
и В2 входных полей распо-
ложены на одной пря-
мой. Разность хода, возникающую на краях входного- зрачка
(рис. 1.4) относительно точки L, можно вычислить по формуле Д =
— с<?щ/8г/ (г/ + с). Если q с, то Д = ca\l8q~ = со2/2. Для получения
хорошего контраста при Д = Х/4 необходимо, чтобы оД0П = V к/2с\
9
npwl — 0,55 мкм величина с= 0,02 мм, — 7*. Если с — 1!
то <т=- Г. Критический угловой размер круглой диафрагмы опре-
деляется из условия Л => к, т. е. о,кр =» V 2к/с.
Интерференция в пластинках
Явления интерференции в пластинках используются в различных
схемах интерферометра. Примеры интерференционных схем даны на
рис. 1.5:
1) источник света L (рис. 1.5, с) и поле интерференции В находятся
на произвольных конечных расстояниях от испытуемой пластинки
' ' типа);
2) источник излучения
расположен на произволь-
ном расстоянии (рис. 1.5,6),
а поле отнесено на беско-
нечность (наблюдаются по-
лосы ранного наклона);
3) источник света рас-
положен в бесконечности
(рис. 1.5, в), а поле находится
на произвольно конечном
расстоянии (наблюдаются
полосы равной толщины);
4) ноле Р и источник
спета L удалены в бесконеч-
ность (рис. 1.5, г). Плоскости
L и В сопряжены, поэтому
через каждую точку поля
можно провести множество
лучей.
В первых трех случаях источник света L не сопряжен с полем В,
поэтому через каждую точку поля проходят только два вполне опре-
деленных луча, показанных на рисунке.
Углы пересечения ю учитывают ширину интерференционных
Полос е — к/a. Угол 0 определяет критическую ширину источника
света (щели), при которой контрастность полос падает до нуля.
Полосы равного наклона — интерференционные полосы, локали-
зованные в бесконечности п образующиеся в результате прохождения
света через плоскопараллельный слой, причем одинаковому наклону
лучей в слое соответствует определенное положение интерференцион-
ной полосы (рис. 1.5,6).
Оптическая разность хода с учетом потери полуволны при отра-
жении от нерпой iioiiepxiioi'iи (п > н()
Л — — sin'-e----i-,
или
Л . 2nh cos е/-----(1.1)
изменение рднюеш хода и л.-ишепмоегн от изменения угла в
<1\ 2nh sin v’de’.
10
Полосы равной толщины — интерференционные полосы, образу-
ющиеся вдоль линий равных оптических толщин слоя (при угле па-
дения е= const), в котором происходит интерференция (рис. 1.5, в).
Из формулы (1.1) при постоянных е' н п следует, что dA = 2л cos е' dh.
Интерференционные полосы могут служить для очень точных изме-
рений толщин пластинки или для обнаружения небольших неровностей
на поверхности. Если принять, что чувствительность соответствует
0,1 ширины полосы (изменение разности хода на 0,1 X или 0,06 мкм),
то погрешность определения толщины (в мкм) при нормальном падевин
луча (е = 0) составляет
’ м - </А - °’0С________0)03
2n cose' ” 2п ~~ п
Для воздушных пластинок dh — 0,03 мкм.
С увеличением угла падения е чувствитель-
ность метода понижается.
Кольца Ньютона
Кольца Ньютона представляют частный
случай полос равной толщины. Они образу-
ются в тонком воздушном слое между двумя
поверхностями стеклянных деталей, из которых
одна обычно служит эталоном. При нормаль-
R
Рис. 1.6. Схема об-
разования колец
Ньютона
ном падении лучей (е = 0) на испытуемую деталь разность хода
Д = 2d + Х/2. В точке контакта деталей Д == Х/2. Система
интерференционных колец, наблюдаемых в отраженном свете, обра-
зует темный центр. При монохроматическом свете темные кольца
находятся от точки контакта на расстояниях, при которых 2d равно
целому числу воли 2d = NK(N — 0, 1, 2, 3, ...). Если радиус г сфериче-
ской поверхности испытуемой детали велик (рис. 1.6), то стрелка d =
R'l/2r. При наложении на такую нож-рхпость плоской эталонной
пластинки радиус ТУ-го кольца, наблюдаемого в отраженном свете,
равен /?т — К ri.N — cVN, радиус светлого кольца /?с =
= К rXj/w-f- 1/2= cKW + 1/2. По измеренному диаметру кольца
2R и его порядковому номеру при данной длине волны X можно вычис-
лить радиус сферической поверхности исследуемой детали. В табл. 1.3.
приведены формулы для вычисления разности радиусов испытуемой
поверхности и пробного стекла.
Каждое кольцо (полоса) соответствует приращению толщины
воздушного промежутка на Х/2. Если X = 0,5-10 ® мм, то число интер-
ференционных полос
Л/==Л2^_Д,
г2
Зависимость между фокусным расстоянием и числом интерферен-
ционных колец в плоскопараллельной пластинке, установленной перед
системой в качестве защитного стекла или светофильтра,
Г =;
W=A/1±/VS,
где //] и — числа колец на каждой стороне пластинки.
11
Таблица 1.3. Формулы для вычисления разности радиусоз
испытуемой поверхности и пробного стекла я отраженном свете
|>№11 OCTh ряднусон Предел измерении
Дг = 4Ага//Эа (О/г) < 1
Дг = kN cos а/2 (1 — cos а) (£)//•)> 1 при касании пробного стекла краями
Дг = A./V/2 (1 — cos а) (D/r) ?> 1 при касании пробного стекла серединой
Примечания: I. D = 2R — диаметр наблюдаемой интер-
ференционной картины; 2. sin а = D/2r.
У
Рис. 1.7. К расчету
контрастности ин-
терференционных
полос
Если обе поверхности пластинки являются одновременно выпук-
лыми или вогнутыми, то Ni и Nt складывают. Если одна из сторон
выпуклая, а другая — погнутая, то W равно разности чисел колец.
Пример. Определить допустимую разность N защитного стекла
(светофильтра), если его фокусное расстояние нс должно быть меньше
1000 м. Диаметр светофильтра 50 мм, п=1,5,
Х = 0,6 мкм.
N_ Di______________________________=
4Х(м —1)/' 4 0,5 6-IO’4 -10е
Принцип создания интерференционной
картины в интерферометре
Создание интерференционной картины ос-
новано на принципе разделения пучка лучей
на два самостоятельных пучка, которые после
прохождения внутри оптической системы снова
сводятся в один пучок.
Элементарная освещенность о некоторой
точке Р', создаваемая от источника света пло-
щадью tIS в случае tia а, а,
dLi = 2аа
В интерферометрах источник света (например, апертурная диаф-
рагма) имеет конечные размеры. Поэтому разность хода можно пред-
ставить суммой двух величин Д = До + 6Д (До — разность хода лучей,
исходящих из центра апертурной диафрагмы; 6Д — приращение
разности хода между осевым лучом и лучом, выходящим из некоторой
произвольной точки апертурной диафрагмы). По ней выбирается источ-
ник света для освещения интерферометра. Небольшое отклонение До
от нуля не вызывает заметного изменения контрастности. Однако при
12
(1.2)
cos 2л
значительном А вследствие недостаточной монохроматичности приме*
пяемого света контрастность интерференционных полос понижается.
Величина 6Д зависит от размеров апертурной диафрагмы. Суммарная
освещенность в данной точке Р найдется интегрированием формулы (1.2)
Е = 2a®S+2аj cos [ -— (Ао+8 А)] (1.3)
s
При вычислении освещенности в некоторой точке поля интер-
ферометра задача сводится к нахождению 6Д и вычислению интеграла
по площади действующей апертурной диафрагмы (прямоугольной,
круглой, щелевой н т. д.). Контрастность интерференционных полос
в данной точке
k --^гпах —£mm
^inax + E mln ’
где Етах и Emin — соответственно наибольшая и наименьшая осве-
щенность в рассматриваемой точке поля.
Для вычисления Етах и Ещщ формула (1.3) приводится к виду
£=2aa[s + Pcos^^r)-Qsin (^7^)]»
п г /2л6Д\ .„ л ( /2л6А\
Р- J cos (—£— ) dS, Q — J sin (——I aS.
(S) ('$)
На ряс. 1.7 по осям координат отложены отрезки Р и Q. Конец
вектора р (точка М) имеет координаты (Р н Q), <р — полярный угол
вектора р с осью х. Из рис. 1.7 следует
тогда
P«x=pcosqi, Q -r. sin <р, р V• |- Q®,
Е = 2d2 S + р cos (2я
цо
X
Наибольшая освещенность получается, когда
/ 2я А. , \ , 2л До , о
cos (—jj-2- + <р ) — 1 или —q> = 2nv,
где v = 0, 1, 2, 3, ..., и будет равна Етах = 2d2 (S + р).
Наименьшая освещенность соответствует cos (2л.Д0/л+ <р) = — 1,
т. е. при 2яДв/Л, + ф — (2v+ 1) л, тогда £mn = 2d2 (S — р).
Формула для контрастности интерференционных полос примет вид
р _ V
кв~ s s
В интерференционных фазовых микроскопах особое значение
имеет предел разрешения по глубине (фазовый предел разрешения),
так как здесь структура объекта наблюдается при сдвиге фазы. Для
отраженного света фазовый предел разрешения составляет около Х/20,
для проходящего света — Х/10 (п — 1) н не зависит от числовой апер-
туры, если принять во внимание, что оценка производится до одной
десятой полосы. Точность измерения сдвига фазы (толщины илв изме-
13
цмия показателя преломления) можно получить посредством допол-
нительного фотометрирования гораздо большей. В этом случае предел
разрешения может быть из порядок выше, т. е. 1/200 н 1/100 (л — 1).
Эти границы разрешения при определенных условиях могут быть
достигнуты при помощи многолучевой интерференции без фотометри-
ромния и даже превзойдены в некоторых конструкциях интерферен-
ционных микроскопов. Так, например, точность измерения сдвигов
фаз в ширине-микроскопе и микроскопе акад. А. А. Лебедева с кри-
сталлическими элементами при благоприятных условиях достигает
1/300.
Методы фазового н интерференционного контраста в микроскопе
и схемы интерференционных микроскопов для биологических микро-
скопов 1105].
ДИСПЕРСИЯ СВЕТА.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Явления, обусловленные зависимостью показателя преломления
вещества от длины волны света п — f (1), называют дисперсией. Для
всех прозрачных веществ п монотонно возрастает с уменьшением 1,
т. е. фиолетовые лучи преломляются сильнее красных, что соответствует
нормальной дисперсии. Для оптических стекол зависимость п от 1
для видимой области спектра определяется по эмпирической формуле
Гартмана
п = пв + с/(1 — Ig)1*.
При а =» 1 показатель преломления п определяется с точностью до
двух-трех единиц пятого знака в области длин воли от 440 до 660 им.
Постоянные Лд, с и 10 можно вычислить по трем известным значениям
длины волны 1 и соответствующим им показателям преломления п
дли данной марки стекла. Зависимость л - / (1) оптического стекла
СМ. гл. 22.
Принципиальная оптическая схема
спектральных приборов
В зависимости от способа разложения спет спектральные приборы
делятся на призменные, дифракционные и интерференционные [63, 97].
1'пс. 1.8.11рнпципиальпая оптическая схема прибора с лин-
зовой оптикой
Ilpiiimiiiin<uii.iiiiн схема спектрального прибора дана па рис. 1.8.
Осветгслыши снеп-ми I. изображает источник снега / на входную
щель .S', расположенную я передней фокальной плоскости объектива Oj
входного коллпмягорл. Вхоншш щель .S' и.юбражнется с помощью объек-
тивов Oi и Ой н э.'щией фокальной плоскости Р оГин-к пша Ot. Между
14
объективами Ot и Ог в параллельных пучках расположена диспергиру-
i ющая призма D. В плоскости Р может быть установлена фотопластинка
для регистрации спектров. Прибор, построенный по этой схеме, назы-
вается спектрографом. Если вместо фотопластинки применяется щель,
то прибор называется монохроматором. Вместо призмы D может быть
установлена плоская дифракционная решетка с некоторым изменением
осей входного и выходного коллиматоров.
, Светосила спектрального прибора
Светосила характеризует освещенность Ei в спектре, даваемую
прибором, пли лучистый поток Ф,д, проходящий через выходную щель
прибора [63]. Лучистый поток вычисляется по формуле
Фэд = ВдЗЯтд;
для спектральной линии
Ф3д = BfSQ'fy ДА,
для участка ДА напрерывного спектра, где Вд — яркость входной
щели, представляющая среднюю величину яркости по длинам волн
4 данного участка непрерывного спектра илн интегральную яркость
в случае отдельной спектральной ливни; 3 — площадь входной щели;
Тд — коэффициент светопропускания системы; ДА — определяется гео-
метрическим изображением входной щели.
Если лучистый поток полностью проходит через выходную щель
прибора и попадает на приемник (например, фотоэлемент), то светосила
J по лучистому потоку определяется выражением
? = фэхЖ = ЗОтд или Яд = ЗПтд ДА, (1.4)
В случае фотографирования спектра имеет значение освещенность,
создаваемая на фотопластинке. Освещенность Е^ соответственно для
спектральной линии н непрерывного спектра равна
или Ед^Вд-^-йтдДА, <16)
i где S' — площадь фотопластинки, на которую падает лучистый по-
ток Фэд,
Светосила в этом случае
S S
Яд = jr Йтд или Яд = -р- Йтд ДА.
Из сопоставления формул (1.4) и (1.5) следует, что светосила спек-
! трального прибора определяется различно при фотоэлектрической
и фотографической регистрации спектра. При визуально,^ рассмотрении
спектра светосила определяется освещенностью на сетчатке глаза.
Линейная дисперсия
призменных спектральных приборов
Линейный отрезок dl, соответствующий угловой дисперсии dy,
создаваемой призменной системой между двумя лучами с соответству-
> ющими длинами волн А и А + dA (рис. 1.9) в фокальной плоскости f't
объектива камеры, равен
АВ f2dy dl dy f’2
dl — Ts--— ИЛИ -s- = ----—,
1
V
где е — угол наклона плоскости спектра к оптической оси объектива
камеры. Величина dlldk называется линейной дисперсией прибора и
измеряется числом миллиметров, приходящихся па единицу интер-
вала спектра (мм/А, мм/пм, мм/мкм). Па практике обычно пользуются
величиной, обратной линейной дисперсии dk/dl п выражают ее А/мм,
нм/мм, мкм/мм. В табл. 1.4 даны линейная дисперсия и разрешающая
Рис. 1.9. Схема определения линейной дис-
персии
способность трех типов спектральных приборов. Линейная дисперсия
для любой длины волны, проходящей призму в минимуме отклонения,
равна
,, 26 sin ,
dl_________________2_______Гг _dn_
dk / (j~ sin в dk ’
где k — число призм; 0 — преломляющий угол призмы.
Таблица 1.4. Линейная дисперсия и разрешающая способность
спектральных приборов |63|
Гии прибор» Личей дан дисисренм на 1 мм Разрешающая способность
Призменные с малой и средней дисперсией Волынне призменные при- боры и дифракционные ре- шетки Интерференционные юо—10 А ю—1 А 0,1—0,01 А 103—10е 106—5- 10е До нескольких миллионов
16
Теоретическая разрешающая способность
спектральных приборов
Разрешающая способность ограничивается явлением дифракции
света от действующего отверстия призмы или от отверстия коллиматор-
ных; .объективов. При дифракции на одной щели (см. рис. 1.13) положе-
ние минимумов при нормальном падении света определяется формулой
asincp=/nX, (1.6)
где ср — угол дифракции; т — порядок минимума; а — ширина щели.
В основу оценки разрешения двух спектральных линий равной
интенсивности положен критерий Рэлея, в соответствии с которым
указанные спектральные линии
считаются разрешенными, если
центральный дифракционный мак-
симум второй линии совпадает
с первым минимумом первой линии
(см. рис. 2.20). Критерий Рэлея
является условным и в некоторых
случаях заниженным, например,
современные фотоэлектрические ус-
тановки и контрастная фотопла-
стинка регистрируют различие в ос-
вещенностях или в световых пото-
ках до 5% и менее.
Рис. 1.10. Определение величи-
ны основания призмы
Принимая во внимание ди-
фракцию в действующем отверстии СЕ = D (рис. 1.9) по формуле
(1.6) при т— 1, угол ср = Х/D (при малом угле ср) дает угловое
расстояние между центральным дифракционным максимумом и пер-
вым минимумом. По условию Рэлея этому угловому расстоянию
ср должно соответствовать угловое расстояние Ду между двумя
разрешенными спектральными линиями, отличающимися на АХ подлине
волны. Угловое расстояние Ду можно выразить через угловую диспер-
сию dyldk призмы: Ду — с/уДХ/с/Х. По условию Рэлея ср = Ду, тогда
Х/Ь = и
X „ dv
г = -ту = D ,
ал ал
(1-7)
т. е. разрешающая способность определяется двумя величинами: D —
действующим отверстием прибора (в данном случае отверстием призмы)
и угловой дисперсией призмы. Эта формула справедлива для всех
спектральных приборов.
Принимая во внимание тот случай, когда призма находится в ми-
нимуме отклонения, формуле (1.7) можно дать иное выражение
n
_ X 2D sin —
ДХ -1/------------------------(Г
dn
dX
Из рис.
1.10 при
2D sin -у-
1 — n2 sin2-^-
ИАУЧНО-ТЕХЙЙЧШУ!
БИБЛИОТЕКА
8СЕСОЮЗН&Г<:
ЗАОЧНОГО
ИНСТИТУТА
имеем
Л , dn
Г=лГ17)? 0-8)
т. е. разрешающая способность спектрографа пропорциональна основа-
нию вритмы (если она полностью заполнена пучком света) и дисперсии
ее мазерпала. Если прибор содержит А одинаковых призм, то
г —kL
dn
77
(1.9)
В случае неполного заполнения призмы пучком света вместо L
в формулу (1.8) следует подставить разность геометрических путей
Рис. 1.11. Дифракция от круглого от-
верстия объектива: а — общий вид ди-
фракционной картины; б — кривая
(распределения освещенности
крайних лучей 1 и 2, огра-
ниченных действующим от-
верстием Г) объектива
(рис. 1.10). Например, разре-
шающая способность призмы
Л'В'С равна разрешающей
способности призмы АВС
при одном в том же дей-
ствующем отверстии объек-
тива. Поэтому в формулу
(1.8) следует подставить ве-
личину L' — В'С'. Из этого
соотношения очевидно, что
нецелесообразно делан, раз-
меры призмы большими, чем
действующее отверстие объек-
тива коллиматора.
Фраунгоферова
дифракция от круглого
отверстия
Фраунгоферова дифрак-
ция от круглого отверстия
дает центральное светлое
пятно (диск Эри) диаметром х== 2X3,83 оптических единиц [85],
окруженное рядом темных и светлых концентрических колец
(рис. 1.11). Угол дифракции, соотяетствующнй радиусу первого тем-
ного кольца, может быть определен из условия
1.22Х.
sin cpmln ~ij—»
где D — динметр круглого отверстия.
Радиус верного темного кольца в задней фокальной плоскости
объектива, фокусное ршгюяние которого равен
<Э|>н Г sin •) пин “ -
1.22Л. ,, _ О,ЫЛ
D ~ sin Од,
18
Таблица 1.5. Зависимость Е|иах от х
№ светлого кольца X ®тах Распределение энергии по кольцам, %
Центральный диск Эри 83,78
1 5,13 1,75 7,22
2 8,42 0,416 2,77
3 11,62 0,160 1,46
4 14,80 0,078 0,91
Остальные кольца 17,95 0,044 Остальное
Итого 100
Освещенность Ер в некоторой точке Р, расположенной от оптиче-
ской оси на расстоянии у', вычисляется по формуле
Е _ 4/? (7)
р~ х* ’
— 2л
где х — -j—y ол, выражается в оптических единицах; ft— функция
Бесселя первого порядка.
Ер в центре дифракционного пятна принята за единицу. Е„ — О
при следующих значениях х: 3,83; 7,02; 10,17; 13,32; 16,47; 19,62 и
соответствует максимумам при значениях £, приведенных в табл. 1.5.
Увеличение прибора, имеющего
спектральные призмы
При испол»,:и>нинии в приборе епсктр.тлыюй призмы необходимо
рассматривать увеличения в двух плоскостях: в плоскости главного
сечения призмы и в плоскости, перпендикулярной главному сечению.
В главном сечении призма
обладает увеличением, которое
равно единице только для лу-
чей, идущих в минимуме от-
клонения [85].
Угловое увеличение призмы
в главном сечеиии равно от-
ношению выходного угла к вход-
ному для лучей, выходящих из
одной точки предмета (рис. 1.12)
г’р' гоч р спя в Рнс. 1.12. Угловое увеличение при-
у =:—, змы в главном сечении
det cos е) cos е£
При прохождении пучка лучей в минимуме отклонения линейное
увеличение системы равно
у О> fi 1 1
а ~ fi sin в ’
где а и а’ — соответственно ширина щели и ее изображение; в — угол
наклона фокальной плоскости прибора.
19
Так как входная щель располагается параллельно преломляющему
ребру призмы, то ее линейное увеличение в плоскости, перпендику*
лярной главному сечению, равно отношению V = h'/hи --/£//{, где
huh' — соответственно высота щелн н высота ее изображения.
Кривизна спектральных линий
Бесконечно удаленная прямая линия, параллельная ребру призмы
(например, изображение щели или спектральной линии S, располо-
женной в переднем фокусе объектива Ох коллиматора; см. рнс. 1.8)
и рассматриваемая через призму, кажется искривленной по дуге окруж-
ности с вогнутостью, обращенной в коротковолновую область спектра.
Когда призма не находится в положении наименьшего отклонения лу-
чей, кривизна и стрелка прогиба линий, рассматриваемых в задней
фокальной плоскости объектива О», соответственно равны [97, 99]
1 п« — 1 sin 9
Р в ТГ =-------П---------;----7-г
R п/., cosi’tcossj
. I г, л’-l tg2y . п
Лир «1 - ----sin О,
1 2 п cos с । cos е2
где у — угол, под которым на центра объектива Оа видна данная точка
лииин (июли), расположенная и плоскости изображения.
Если нризми находится и положении минимума отклонения, то
1 2(п2 —1) sln 2 2 (п« - 1) tg е,.
R nf'~ 2 • 2 « ” W
у 1 —n2sm2-y-
„ и2 — 1
, <>
sin -у
1— /i2sln2—у
Еслп п приборе имеется несколько призм, то кривизна, вызываемая
отдельными призмами, не просто складывается, а каждая кривизна р
должна быть умножена па увеличение в главном сечении следующих
За пен призм.
Спектр, даваемый призмой, менее удобен, чем нормальный спектр
дифракционной решетки, так как его фиолетовая часть растянута
значительно сильнее красной (см. табл. 2.12). Дисперсия в призмати-
ческом спектре меняется обратно пропорционально А3. Поэтому при
исследовании распределения интенсивности в непрерывных спектрах
следует всегда вносить поправку па зависимость дисперсии от длины
волны; чтобы получить cneiiip приближающимся к нормальному,
необходимо все ординаты интенсивностей призменного спектра разде-
лить на АА
20
Реальная разрешающая способность
спектрального прибора
Реальная разрешающая способность прибора зависит от следу-
ющих факторов:
1) ширины щели спектрального прибора и условия ее освещения
(когерентное или некогерентное освещение);
2) разрешающей способности приемника излучения (фотоэлемент,
фотопластинка, глаз и т. д.);
3) погрешности оптической системы.
Реальная разрешающая способность спектрографа (фотографиче-
ская регистрация спектра) определяется по формуле
— ^2
Гр ~~ &КР р sin е dk ’
где р — предельное разрешимое пластинкой расстояние в мм.
Разрешающая способность прямо пропорциональна f'2. Однако
светосила прибора резко уменьшается, если увеличить /$.
Эффективное действующее отверстие прибора определяется по
формуле о, .
ф р 2 sin е
Для определения разрешающей способности пользуются нормаль-
ной шириной входной щели [44, 63]: аа = ’kfjD = Kk, где f\ — фокус-
ное расстояние объектива переднего коллиматора. При этой ширине
щели геометрическое изображение ширины спектральной линии (а' =
= af’Jf'i) равно дифракционной ширине (аДНф = Xfj/D), т. е. той наи-
меньшей ширине, которую может обеспечить прибор при бесконечно
топкой щели.
Вследствие конечных размеров ширины
щелн практический предел рлпрсшепня
меньше теоретического н может быть иы-
чнслсн по формуле
/•пр = бгеор №/!’ + W'/(2sd4- V')]-1,
где s — ширина щели; f — фокусное рас-
стояние объектива коллиматора; d — дей-
ствующая ширина светового пучка.
Для оптимальной ширины щели SonT =
= 'kf'ld следует гПр = 0,75гтеор-
В инфракрасных лучах, когда работают
с широкой щелью, которая по энергетиче-
ским причинам превышает оптимальный
размер, частота спектра определяется усло-
вием
R = /теорЬ fsrf/f' + М-1-
Рис. 1.13. Схема про-
зрачной дифракцион-
ной решетки: а — ши-
рина щели; b — вели-
чина непрозрачного
промежутка; d = а +
+&—постоянная, или
период решетки
Дифракционные решетки
По форме рабочей поверхности дифракционные решетки делятся
на плоские и вогнутые, а по свойству материала — на прозрачные и
отражательные.
Прозрачная дифракционная решетка (рис. 1.13) представляет собой
совокупность строго параллельных щелей, разделенных непрозрач-
ными промежутками.
21
Современные решетки, как правило, работают на отражение.
Отражательные решетки представляют собой совокупность штрихов —
каиавок, расположенных на определенном расстоянии друг от друга
(рис. 1.14). Отражающим свет элементом служит отражающая грань.
каиавок, расположенных на определенном расстоянии друг от
Йис. 1.14). Отражающим свет элементом служит отражающая
аклои грани к общей плоскости
РР' решетки определяет угол "а
РР' решетки определяет угол
«блеска» решетки; при дифракции
света п направлении этого угла ре-
шетка дает максимальную интен-
сивность света.
Р
Рис. 1.14. Теоретический профиль штриха ступенча-
той решетки: — нормаль к поверхности решет-
ки; N2 — нормаль к грани решетки; е — угол па-
дения лучей; <р —угол дифракции
Угловая и линейная дисперсии решетки
Положение главных максимумов решетки определяется из основ-
ного уравнения [63, 97]
d(sin е-ф sin ф) = АХ, (1.10)
где k — положительные или отрицательные целые числа, так как угол ф
может быть расположен по обе стороны от регулярно отраженного
луча ф — к. Каждому значению k 1, 2, 3 и т. д. соответствуют спек-
тры I, 2, .... /г-го порядка.
Практически решетки применяются при углах в н ф до 65°, что
позволяет пиблюдап. предельную длину полны доХ|1р= 1,8d; поэтому
решетка с 3600 штр/мм пригодна только до 500 нм.
Изменение угла <р, соответствующее изменению длины волны на
единицу, носит название делолоЛ tltuni’pcuu решетки. Дифференцируя
(1.10) по длине волны X при постоянном угле падения и для всех длин
воли, получим формулу для вычисления угловой дисперсии
d<f _ k
d)<. d cos ф
Дисперсия минимальна при <|> ~~ 0°. При малых значениях ф
косинус П1мсниет< я медленно, поэтому угловая дисперсия практически
остается постоянной. Такне спектры с постоянной дисперсией, распо-
ложенные вблизи нормали к решетке, na.n,niaioT нормальными.
22
Разрешающая способность прибора
с дифракционной решеткой
С вопросом о разрешающей способности спектрографа связано по-
нятие о ширине спектральной линии. Для бесконечно узкой или «нор-
мальной» щели прибора принято считать, что ширина спектральной
линии определяется угловым размером Д<р центрального дифракцион-
ного максимума по формуле
А <р = к/Nd соз ф = А/1 cos ф. (1.11)
Его линейная ширина з = Дф/j/sin в; Nd — I — ширина заштрихован-
ной части решетки; /2 т фокусное расстояние объектива камеры.
Пример. А = 6000 А, /=100 мм, ф= 0°, тогда Дф = 6-10“*
или 1,2*. Формула (1.11) определяет угловой размер дифракционного
максимума при дифракции в действующем отверстии решетки, равном
Z cos ф для угла дифракции ф. Предел разрешения дифракционной ре-
шетки пропорционален порядку спектра k И числу штрихов N:
r = _£_^bN, . (1.12)
4А Л
где ДА — разность волн двух спектральных линий, дифракционные
максимумы которых видны раздельно; [1 — средняя длина волны
разрешаемых линий.
Предел разрешения можно вычислить по формуле
• Nd . . . , , I . . . ,
т = ~.(sin 8 + sin ф) =у (sin 8 + s,n ф)- (1.13)
Для автоколлимационной установки при е = ф имеем г —
— 2/ sin ф/А.
В предельном случае ф = 90°, поэтому г — Й//А.
С точки зрения понышеиня дисперсии прибора выгодно работать
в высшем порядке спектра. Так как интенсивность спектральных
линий быстро падает с увеличением порядка спектра, то обычно не
пользуются порядком выше четвертого.
В настоящее время широко используются копии с дифракционных
решеток (реплики), получаемые методом копирования на основе при-
менения полимеризирующихся пластмасс (см. гл. 4).
ИЗЛУЧЕНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
Монохроматическое и сложное излучение
Процесс испускания электромагнитных волн материальным телом
называется излучением. Излучения различаются по мощности (количе-
ственная характеристика) и по спектральному составу (качественная
характеристика).
Монохроматическое излучение — излучение вполне определенной
длины волны А; характеризуется мощностью илн потоком излучения.
Различают два вида сложного излучения:
1) излучение, состоящее из конечного числа монохроматических
излучений (прерывный линейчатый спектр}. Полная характеристика
такого излучения определяется мощностью входящих в его состав
монохроматических излучений;
23
^2
Рис. 1.15.
тральной
Рх излучения от длины вол-
ны X
2) излучение, состоящее из непрерывного ряда монохроматических
излучений; оно характеризуется общей мощностью и ее непрерывным
распределением по длинам волн внутри всего спектрального диапазона.
Если в спектральном промежутке от X до X + ДХ, энергетический
поток излучения равен то отношение | |rf 0 = =
= f (X) характеризует монохроматический поток излучения с длиной
волны Л и называется спектральной плотностью потока излучения.
Спектральной кривой лучистого потока пли кривой распределения
анергии но спектру называется такая кривая, у которой абсциссами
являются длины волн, а ординаты рх таковы, что pdk выражает мощ-
ность, передаваемую лучистым потоком в виде излучений, длины ноли
которых заключены между X и X-I-AZ.
(рис. 1.J5). Величина рк выражается
в единицах мощности на единицу
длины волны, например Вт/мкм.
Поток излучения в пределах длин
волн от 1| до равен
Kg Хя
ФэМх-М = J ЙФэХ = j №.
Xi Xi
Величина Ф 8 > определя-
ется заштрихованной площадью
(рис. 1.15).
Поток лучистой энергии можно
рассмнтрииять: 1) с энергетической
точки зрения и характеризовать
мощность Фа в ваттах; 2) с точки
зрения производимых им световых ощущений и характеризовать свето-
вым потоком Ф в люменах.
В каждом случае поток энергии характеризуется плотностью излу-
чения, яркостью, спектральным составом (плотностью распределения
энергии по длинам воли) и т. д. Для описания распределения лучистого
потока в пространстве служит система лучистых величин.
Между лучистыми величинами существуют те же соотношевия,
что н между световыми величинами. Однако, чтобы отличить световые
величины от лучистых для последних приняты особые краткие термины
(табл. 1.6) |83J.
На практике характеристика источников излучения какого-нибудь
тела определяется путем сравнения с характеристикой излучения
абсолютно черного тела (ЛЧТ).
•А
О
Зависимость спек-
плотпости потока
Т а б л и ц и 1.6. Сопоставление некоторых лучистых величии
Н'рмины, содержащие названия ни л,логичных световых величин Специальные термины
Эпер|i-iнческая освещенность » светимости » евлн света » яркость Облученность Излучательность Сила излучения Лучистость
24
Законы теплового излучения АЧТ
Согласно закону Кирхгофа для одной и той же точки тела отноше-
ние излучательной способности, оцениваемой спектральной интенсив-
ностью плотности излучения к его поглощательной способности,
оцениваемой спектральной поглощательной способностью (коэффи-
циентом поглощения) ах, для одной длины волны и температуры есть
величина постоянная r^/a^ = гм/ах2 = • • • = = f (КГ).
Тело, которое поглощает все падающее на него излучение (a?j- —
— 1), называется абсолютно черным телом.
При данной температуре АЧТ обладает наибольшей излучательной
способностью по сравнению с другими телами. Излучаемая телом энер-
гия пропорциональна коэффициенту поглощения. Величина этого
коэффициента зависит от физических свойств тела, состояния его по-
верхности, температуры, а также от спектра излучения, падающего
на тело. АЧТ является идеальным ламбертовым (косинусным) излуча-
телем [1, 32, 83, 104, 115].
В природе существует ряд веществ, которые по поглощательной
способности весьма близки к черному телу (сажа, платиновая чернь
и др.). АЧТ служит эталонным прибором, по которому калибруются
источники и приемники излучения.
Спектральная плотность энергетической светимости (излучатель-
ность) вычисляется (Вт-м" 2-мкм-*) по формуле Планка [102, 104, 115]
= 3,71 • 108Z.-5 (еИ380/Х7 — l)-i, (1,14)
где X выражается в мкм; Т — в К, е = 2,718 основание натурального
логарифма.
На основании закона Вина максимальное излучение имеет место
на длине волны (мкм) при дайной абсолютной температуре Т
и его плотность (Вт м 2-мкм"1) определяется соотношением
. / Т \5
'"“13о1о(тоот) • <116>
Для интервала спектра от Xj до Х2:
^<xl-x,) = j^- (1-17)
М
Интегральная энергетическая светимость по закону Стефана—
Больцмана
00
< и.п = J 4^ - оТ4, (1.18)
о
где а= 5,67-Ю'8 Вт-м'2-К~4.
Энергетическая яркость (лучистость) излучения определяется
формулами:
dB3f —
25
для интервала спектра от 1( до К,
Л* ________.... _L [ r’rfi.
'»ГХ, X,) = д - • л J гКал”
X,
интегральи,!;i snepiein'i!4 ьая ярм>си.
s* =^=J_L:(/X==^L = ^/JLy
’• ",|Т л пр я я \ 100 / ’
о
где — спектральная плотность энергетической яркости.
Лучистый поток, излучаемый во входной зрачок [оптической си-
стемы, можно вычислить по формулам:
ЛФ’К = nSA2dB’x = SA^dA;
Фэ (X,-?.,) — я^А2Вэ(Х1_Хг) — — SA2 J rKdK) (1.19)
Ki
00
®Z. инт = SAX ИНТ = SA2 j <dA = oT4SA2, (1.20)
0
где S — площадь поверхности АЧТ; A — входная числовая апертура
системы.
Для вычисления величины г£ можно воспользоваться единой изо-
термической кривой [102, 104], построенной по формуле
у = 142,32х'5 (е4’965 /х — 1)~1 = 142,32т-5 (ю2-16532/* — 1)'1,
полученной из формулы Планка (1.14), в которой А и /•{ заменены пере-
менными х — и у = Кривая имеет максимум при хт = 1
и Ут = 1. В табл. 1.7 даны значения у для достаточно близких друг
к другу значений х (в случае необходимости следует производить интер-
полирование).
Пример. Требуется определить г£ абсолютно черного тела для
А = 2 мкм при Т = 1000 К. По формулам (1.15), (1.16) последовательно
вычисляем Ат = 3; = 13 010 и х = А/Ат = 0,667. Из табл. 1.7
интерполированием определяем при х — 0,667, у = 0,6308, следова-
тельно, ~ уг^т = 0,6308-13 010 = 8200 Вт-м^-мкм'1.
х»
Входящий в формулу (1.19) интеграл J d'l. составляет часть
Xt
СО
полной мощности г* dl и определяется следующим образом:
6
X. I -м
/(') (1.21)
Л| I I»
26
Таблица f .7. Значения функции у =/ (х)
X У X У X У
0,10 4,7Х 10*1Ь 0,66 61,45 1,14 96,12
0,15 7,91X10** 0,67 63,78 1,15 95,63
0,20 7.37Х 10** 0,68 66,06 1,16 95,11
0,21 0,188X10** 0,69 68,25 1,17 94,56
0,22 0,437Х 10** 0,70 70,42 1,18 93,99
0,23 0,931X10** 0,71 72,48 1,19 93,26
0,24 1,85X10** 0,72 74,48 1,20 92,77
0,25 3,45Х 10** 0,73 76,42 1.21 92,14
0,26 6,10X10** 0,74 78,28 1,22 91,50
0,27 0,102X10*»* 0,75 80,05 1,23 90,85
0,28 0,162 0,76 81,74 1,24 90,19
0,29 0,254 0,77 83,36 1,25 89,51
0,30 0,380 0,78 84,91 1,26 88,82
0,31 0,550 0,79 86,36 1,27 88,12
0,32 0,774 0,80 87,74 1,28 87,41
0,33 1,062 0,81 89,04 1,29 86,70
0,34 1,425 0,82 90,26 1,30 85,98
0,35 1,870 0,83 91,40 1,31 85,26
0,36 2,42 0,84 92,46 1,32 84,53
0,37 3,051 0,85 93,45 1,33 83,79
0,38 3,801 0,86 94,35 1,34 83,05
0,39 4,667 0,87 95,19 1,35 82,30
0,40 5,618 0,88 95,95 1,36 81,55
0,41 6,76 0.89 96,63 1,37 80,80
0,42 8,00 0,90 97,24 1,38 80,04
0,43 9,36 0,91 97,78 1,39 79,09
0,44 10,81 0,92 98,26 1,40 78,53
0,45 12,45 0,93 98,68 1,41 77,77
0,46 14,18 0,94 99,04 1,42 77,01
0,47 16,02 0,95 99,34 1,43 76,26
0,48 17,97 0,96 99,59 1,44 75,51
0,49 20,03 0,97 99,78 1,45 74,76
0,50 22,10 0,98 99,90 1,46 74,01
0,51 24,39 0,99 99,97 1.47 73,27
0,52 26,70 1,00 100,00 1,48 72,52
0,53 29,06 1,01 99,98 1,49 71,78
0,54 31,48 1,02 99,91 1,50 71,04
0,55 33,95 1,03 99,79 1,51 70,31
0,56 36,45 1,04 99,63 1,52 69,56
0,57 38,98 1,05 99,44 1,53 68,83
0,58 41,52 1,06 99,20 1,54 68,10
0,59 44,08 1,07 98,92 1,55 67,38
0,60 46,63 1,08 98,60 1,56 66,66
0,61 49,17 1,09 98,26 1,57 65.94
0,62 51,70 1,10 97,88 1,58 6^,2
0,63 54,20 1,11 97,47 1,59 64,51
0,64 56,67 1,12 97,04 1,60 63,80
0,65 59,08 1,13 96,59 1,61 63,10
27
Продолжение табл. 1.7
X и X и X V
1,62 62,41 1,92 41,43 3,00 13,83
1.63 61,73 1,94 43,42 3,10 12,57
1,64 61,05 1,96 42,43 3,20 11,41
1,65 60,38 1,98 41,47 3,30 10,38
1,66 59,72 2,00 40,54 3,40 9,47
1,67 59,06 2,05 38,27 3,50 8,66
1,68 58,40 2,10 36,14 3,60 7,92
1,69 57,75 2,15 34,14 3,70 7,26
1,70 57,11 2,20 32,28 3,80 6,67
1,71 56,47 2,25 30,53 3,90 6,14
1,72 55,84 2,30 28,87 4,00 5,65
1,73 55,21 2,35 27,31 4,50 3,83
1,74 54,59 2,40 25,85 5,00 2,68
1,75 53,98 2,45 24,47 6,00 1,421
1,76 53,37 2,50 23,18 7,00 0,820
1,77 52,76 2,55 21,96 8,00 0,505
1,78 52,16 2,60 20,83 9,00 0,327
1,79 51,57 2,65 19,76 10,00 0,223
1,80 50,99 2,70 18,75 15,00 4,78X10-4
1,82 49,84 2,75 17,79 20,00 1,58X10’4
1,84 48,70 2,80 16,88 30,00 32,5Х 10-®
1,86 47,60 2,85 16,05 40,00 10,5Х 10-в
1,88 1,90 46,52 45,46 2,90 2,95 15,28 14,53 50,00 4.36Х 10-«
* Последующие значения (до значения 4,78Х10~*). у умножают на коэффициент 10—*
Таблица 1.8. Значения функции z =~ ф (х)
X // X и X //
0,26 6,4Х 10 ° 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 1,33 1.71 2,16 2,67 3,25 3,90 4,61 5,39 6,22 7.12 8,07 9,08 10,14 11,23 0,80 12,37
0,28 20,ЗХ К)'" 0,82 13,55
0,30 54,7X 10° 0,84 14,75
0,32 1,28Х IO'4 0,86 15,98
0,34 2.69Х 10~4 0,88 17,23
0,36 5.17Х IO'4 0,90 18,50
0,38 9,21 X 10’4 0,92 19,78
0,40 15,4 X 10’4 0,94 21,08
0,42 24. ЗХ 10-4 0,96 22,39
0,44 36,6Х 1(Г4 0,98 23,69
0,46 53,0 X 10‘4 1,00 25,00
0,48 71,4Х 10 4 1,02 26,32
0,50 I.005X 10 “* 1,04 27,63
Продолжение табл. 1.8
X У X У X 2
1,06 28,94 1,58 57,61 2,5 82,14
1,08 30,26 1,60 58,46 2,6 83,58
1,10 31,65 1,62 59,29 2,7 84,88
1,12 32,83 1,64 60,10 2,8 86,05
1,14 34,09 1,66 60,90 2,9 87,11
1,16 35,34 1,68 61,68 3,0 88,07
1,18 36,58 1,70 62,43 3,1 88,93
1,20 37,81 1,72 63,07 3,2 89,72
1,22 39,02 1,74 63,90 3,3 90,44
1,24 40,22 1,76 64,61 3,4 91,10
1,26 41,40 1,78 65,30 3,5 91,70
1,28 42,56 1,80 65,98 3,6 92,24
1,30 43,71 1,82 66,65 , 3,7 92,74
1,32 44,83 1,84 67,29 3,8 93,20
1,34 45,93 1,86 67,92 3,9 93,62
1,36 47,01 1,88 68,54 4,0 94,01
1,38 48,07 1,90 69,15 5,0 96,61
1,40 49,11 1,92 69,75 6,0 97,89
1,42 60,13 1,94 70,33 7,0 98,61
1,44 61,14 1,96 70,80 8,0 99,03
1,46 52,12 1,98 71,30 9,0 99,30
1,48 63,08 2,00 71,96 10,0 99,48
1,60 54,03 2,1 74,48 15,0 99,84
1,52 54,95 2,2 76,72 20,0 99,927
1,64 1,56 66,86 66,75 2,3 2.4 78,73 80,53 30.0 99,978
* Последующие значения умножают на коэффициент 10~2.
После замены Х= хКт и = уг*т уравнение (1.21) приводится
к виду
Хг оо /Ла Xt \ I 00
f(x)—.^ydx j ydx = M ydx — j ydx 1 H ydx. (1.22)
A', (I \o 0 /10
Для вычисления части полного интеграла приводится табл. 1.8
X сол
[102], в которой даиы значения функций г = ф (х) = | у dx!J у dx.
о о
Искомая функция f (х) равна разности двух табличных значений функ-
ции г, соответствующих заданному интервалу длин волн. Принимая
29
во внимание (1.17), (1.18) и (1.21), интеграл, входящий в (1.19), будет
равен
А, О
Излучение тел, не являющихся абсолютно
черными
Псе тела, отличающиеся „о характеру излучения от АЧТ, условно
делятся на селективные и серые.
Тела, для которых v^r — спсктрял..п.'1Я излучи тельная способ-
ность или спектральный коэффициент излучения — меняется с измене-
нием температуры п длины полны (т. е. излучение имеет селективный
Характер) на iijhhio тс я селект/нными телами.Они не подчиняются за-
конам Н1лучсппя АЧ Т, за исключением закона Кирхгофа. Примером
таких тел является вольфрамовая пить лампы накаливания. Для таких
тел можно iaiilic.nl>:
Гк ~ fkTrk-
ЛИ*' hK\ Л
А/ Хе
^э(Л.,-Л.а> = J dBsk = bKdk -
).t к,
в<....ir'-’p"-’.
(J
/А, 14/-- dk\
* Л
Xa A-j
: V j = j
Xi Aj«
no oo
-•Jm* -Lp^-.
II 0
И 1луч.тТСЛЫ1.ТЯ способное।ь серого телл I'm /('/') Pj- не за-
висит от длины волны. Величии,। е/ сильно зависит от характера об-
работки нонерхносги материала излучателя (1, 102]. Строго говоря,
в природе серых тел не существует, однако в пределах сравнительно
узких дн.тп.т юнон многие тела практически могут рассматриваться как
серые и i> ним можно применить следующие зависимости:
иТГк’
30
В x =
StM ft J Л
Xi
в = / a = ^-от4 = — 5,67 (;
э.ии1 л J x я я \ 100 /
0
R, И1П “ е7^».И1П c •’/<lr^ •'т'0,67 |QQ .
Кривая распределения энергии серого тела отличается от кривой
АЧТ при той же температуре только постоянным множителем.
Пример. Определить величину лучистого потока в интервале длин
волн от К = 2 до 6 мкм, испускаемого серым телом с поверхности S =
= 2 см2 и поступающего в оптическую систему с числовой апертурой
А = 0,1, если температура тела Т — 1500 К, а излучательная способ-
ность вг = 0,97. Воспользуемся формулой (1.19); найдем сначала
^э(Х,-хг)> затем по формуле (1.15) определяем Кт = 2 мкм; вычис-
ляем Xi = = 1; х2=А,2А/п = 3. Из табл. 1.8 находим гг =
= Ф (*i) = Ф (1) = 0,25; г2 = ф (х2) = Ф (3) = 0,88. Согласно фор-
муле (1.18) определяем R* = 5,67 (15)4 = 28,7-104. Следовательно,
х2
^э(Х1-х!) = J = (г2 —г1) Я* = 18,08-104 Вт-м”2. Принимая
Л1
во внимание (1.19), получим
Ф8(Х,-Х,) “ а?ф»(Х,-Х,) H/SA' (г, — К, «=
0,97 2 0,118,08 - 0,351 Вт.
Соотношения между энергетическими
и светотехническими величинами
Отношение светового потока к лучистому потоку этого излучения
V = Ф/Фэ (лм/Вт) называется световой отдачей сложного излучения.
Отношение = Ф^/ФэХ называется коэффициентом водности
или коэффициентом отдачи монохроматического излучения.
Коэффициент видности Vx есть функция длины волны А рассма-
триваемого монохроматического излучения.
На границах видимого спектра ординаты кривой приближаются
к нулю. Ее максимум Кщах приходится на длину волны 555 нм, т. е.
на такое излучение, для которого чувствительность глаза при равных
энергетических потоках максимальна.
Величина Vmax служит соотношением между энергетическим и све-
товым потоками и называется световым эквивалентом лучистого потока.
Практически установлено, что Итах= 683 лм/Вт, т. е. при-длине
волны А = 555 им монохроматический лучистый поток в 1 Вт эквива-
лентен монохроматическому световому потоку (желто-зеленого цвета)
683 лм. Отношение коэффициента видности при длине волны А к ма-
ксимальному значению этого коэффициента Vfflax называетси коэффи-
31
циентом относительной видности Кк для данной длины волны, т. е.
1'я
V тих
(1-23)
Па рис. 1.16 даны кривые относительной видности.
отложены длины волн, по оси ординат —
Рис. 1.16. График относительной ви-
димости при дневном (А) и сумереч-
ном (В) зрениях
По оси абсцисс
коэффициент относительной
водности К)_. Эти кривые при-
нято называть кривыми относи-
тельной спектральной чувстви-
тельности глаза. Кривая А име-
ет максимум, равный единице
для Л = 555 нм. За пределами
видимой области все ординаты
кривых равны нулю. Данные
относительной видности приве-
дены в табл. 1.9.
Для каждого монохромати-
ческого излучения световой по-
ток пропорционален лучистому
потоку, для различных моно,
хроматических излучений зна-
чение коэффициента пропор
циональности различно в со-
ответствии с коэффициентом
относительной видности. Поэтому для получения, например, от мо-
нохроматического излучения с длиной волны X = 620 нм (красный
Таблиц» 1.9. Относительная пидпость
монохроматических излучений
Длина волны, им Относи- тельная вид- кость Л' Длина волны, нм Относи- тельная вид- иость к Длина волны, им Относи- тельная вид- ность К Длина волны, нм Относи- тельная вид- кость К
Дневное зрение
380 0,0000 480 0,139 580 0,870 680 0,017
390 0,0001 490 0,208 590 0,757 690 0,0082
400 0,0004 500 0,323 600 0,631 700 0,0041
410 0,0012 510 0.503 610 0,503 710 0,0021
420 0,0040 520 0,710 620 0,381 720 0,00105
430 0,0116 530 0,862 630 0,265 730 0,00052
4-10 0,023 540 0,954 640 0,175 740 0,00025
450 0,038 550 0,995 650 0,107 750 0,00012
4(10 0,060 560 0,955 660 0,061 760 0,00006
470 0,091 570 0,952 670. 0,032 770 0,00003
Сумеречное (палочковое) зрение
412 0,063 496 0,929 529 0,911 582 0,178
455 0,399 507 0,993 540 0,788 613 6,020
486 0,834 518 0,973 550 0,556 —• —
32
цвет) и Л'* = 0,381 (табл. 1.9 и рис. 1.16, кривая А) такого же све«
тового потока, как от излучения с длиной волны 1 = 555 нм (желто-
зелспып цвет) и Ктах — 1. необходимо, чтобы лучистый поток первого
излучения был в 2,6 раза больше лучистого потока второго излуче-
ния: /(,„„/^=1/0,381=2,6.
Величина, обратная коэффициенту видности, называется удельным
потреблением излучения. Минимальное удельное потребление излуче-
ния называется механическим эквивалентом света. Он определяется
по формуле
А1 = 1/И,„,„ • I Bi/6,4.4 лм = 0,00146 Вт/лм. (1.24)
Этот эквивалент представляет собой минимальную мощность (Вт),
необходимую для создания светового потока в 1 лм при длине волны
к = 555 им.
Пример. Определить световой поток натриевой лампы мощностью
150 Вт, если она испускает в видимой области спектра лучистый по-
ток 20 Вт, длиной волны 1 = 590 нм.
Решение. Из табл. 1.9 находим Л) = 0,757, следовательно,
световой поток будет равен Ф — 683-К-20 лм = 9402 лм.
Из формул (1.23) и (J.24) следует, что Их = К\!М.
Согласно формуле (1.23) монохроматическому лучистому потоку
йФэХ длиной волны 1 будет соответствовать световой поток (лм)
ЙФЛ = а!ФэХ = VmaxK^ </ФэХ-
Распределение светового потока в сплошном спектре определяется
спектральной интенсивностью светового потока /х=
/х = d®3x/dl = Vx d®9x/dl = ^хРэх!
здесь Дэл, — спектральная интенсивность лучистого потока.
Световой поток сложного излучения со сплошным спектром (лм)
можно определить интегрированием
А. 7/0 Л-770
Ф = J ~ ^max J
Л—380 Л=380
где рэ\ dX — лучистый поток излучения, заключенный между длинами
воли Л и Х+ Д%. Тогда световую отдачу излучения можно определить
как отношение светового потока к лучистому потоку источника излу-
чения
ОО | СО
V = Ф/Фэ = 683 J ФэхКх dl IJ Фэх dl.
О I о
Расчет световых свойств потока
на основе кривой распределения энергии
по спектру
Требуется определить характеристику потока, если кривая распре-
деления энергии по спектру потока известна [104]. Длина волны 1
соответствует ординате этой кривой р — f (1) (см. рис. 1.15). Значе-
ния р могут быть выражены в произвольных единицах. Излучения,
длины волн которых заключены между 1 и 1 + d%, переносят лучистый
В. Л. Панов и др. 33
лоток, пропорциональный pd'k. Соответствующий световой поток
равен d® = aV^pd). или d® = aKipdlJM (и — постоянная, завися-
щая от масштаба ординат р). Световой ноток, соответствующий всей
рассматриваемой совокупноеш излучений, ранен <li oj Л\р di/M;
о
лучистый поток дли того же излучения Фэ = a j
о
К. II. Д. 1] =
= Л!Ф/ФЭ = J Kip d)J [ р dk; световая отдача V — Ф/Фэ = r)/Af;
О О
удельное потребление С = Фэ/Ф = М/г|.
Практически надо построить на миллиметровой бумаге спектраль-
ные кривые лучистого и светового потоков. Абсциссами обеих кривых
будут служить длины волн, ординатами первой кривой — значения р,
ординатами второй — значение z == Кр. Отношение двух площадей
дает величину t], затем по приведенным выше формулам легко опре-
деляются световая отдача и удельное потребление.
Пример. Даны кривая А — спектральная кривая лучистого по-
тока для излучения, испускаемого кратером обычной вольтовой дуги
Рис. 1.17. Спектральные кривые лучистого
В светового потоков излучения кратера
обычной вольтовой дуги
(подобная спектральной
кривой черного тела при
3750 К), и кривая В—
спектральная кривая све-
тового потока для того же
излучения (рис. 1.17).
Отношение двух площа-
дей непосредственно дает
т| = 0,068. Следовательно,
световая отдача излу-
чения V = 0,068 X 683 =
==46,4 лм/Вт; удельное
потребление С = 1/V —
=• 0,022 Вт/лм.
Фотометрические ха-
рактеристики какого-ли-
бо излучателя определя-
ются спектрофотометри-
ческим сравнением их с излучением абсолютно черного тела, ха-
рактеризуемого лвкоппмп Плапкз, Стефана—Больцмана, Вина и др.
Светотехнические величины
Светотехнические величины применяются для оценки визуального
действия лучистого потока. За основную светотехническую единицу
принята единица силы света — кандела (кд).
Сили ciic'in. Понятие сила света относится лишь к точечным источ-
никам. Часто встречаются случаи, когда размеры источника света очень
Малы по сравнению с рпсстоянисм от источника до освещаемой поверх-
ности, поэтому такой источник называют точечным, хотя размеры его
конечны. Если, например, используя, понятие силы спета, вычислить
34
освещенность поверхности в случае, когда расстояние до источника
в 10 раз больше его размеров, то получающаяся ошибка составляет
около 0,5%.
Сила света точечного источника в некотором направлении есть
приходящийся на единицу телесного угла световой поток, излучаемый
этим источником в данном направлении: / = d&ld£l или 1 = Ф/Й.
Единица силы света кандела соответствует силе света точечного
источника, который испускает световой поток в 1 лм, распределенный
равномерно внутри телесного угла в 1 ср.
Применительно к излучателю, представляющему собой абсолютно
черное тело, за единицу силы гнетя принята кандела (кд), равная силе
света, испускаемой с площади 1/G00 ООО м2 сечения полного излучателя
в перпендикулярном это-
му сечению направлении
при температуре излуча-
теля, равной температуре
затвердевания платины
при давлении 101 325 Па.
Средняя сферическая
сила света /0 представ-
ляет собой отношение
всего излучаемого источ-
ником светового потока
к максимальному телес-
ному углу Й, /0 =
= Фд/йд Фд/4 Л =
^Ф0/12,56.
Световой поток. Это
понятие определяется как
мощность лучистой энер-
Рис. 1.18. Освещенность площадки то-
чечным источником света, расположен-
ным на бесконечности
гни, оцениваемая по производимому ею свстоиому ощущению.
Единицей для измерения светового потоки ивлиеген люмен (лм). Люмен
равен световому потоку, испускаемому точечным источником в телес-
ном угле 1 ср при силе света 1 кд.
Мощность светового потока излучения пропорциональна силе
света I источника и телесному углу й, который это излучение заполняет:
</Ф = ZdQ, или Ф — /Ф. Световой поток можно определить как поток
излучения, оцененный светоадаптпрованным глазом согласно выра-
жению Ф = 683 J Ккрк dk.
о
Освещенность. Это понятие характеризуется плотностью свето-
вого потока, падающего иа поверхность. Она определяется отношением
светового потока к освещаемой площади: Е = d®/dS, или Е = Ф/S.
За единицу освещенности принят люкс, т. е. освещенность поверхности
площадью 1 м2 при падающем иа пес световом потоке 1 лм. Освещен-
ность можно выразить следующим соотношением: Е = 1 лм/1 м2= 1 лк.
Рассмотрим три случая освещенности от точечного источника света.
1. Телесный угол й = 0. Когда точечный источник света распо-
ложен иа большом расстоянии от освещаемой площадки или последняя
очень мала, можно считать, что падающие лучи будут параллельны
между собой (рис. 1.18). Если световой поток освещает площадку So,
перпендикулярную к падающим лучам, и площадку Se, наклонную
под углом в к этим лучам, то Es = £0 cos е, т. е. освещенность
2* . 35
поверхности наклонным пучком лучей прямо пропорциональна коси-
нусу угла падения лучей на поверхность.
2. Точечный источник света /. излучает расходящийся световой
поток Ф внутри телесною угла Q (рис. 1.19). Этот енотовой поток соз-
дает освпцсппос’п. нн плотлдкях S'i в 5\., перпендикулярных к осн пучка
лучей, /'.'j ’ (9/.S'(, /:„ • по .S’.,'/.S’, 47z';', тогда EJE2 — r'^/r2,
т. e. ochciiiciiihk'iь ii.iMCHHeicH обратно пропорционально квадрату рас-
стояния от освещаемой поверхности до источника света.
3. Общий случай. Предположим, что в вершине телесного угла
расположен источник света L, сила света которого / (рис. 1.19). Свето-
вой поток Ф, излучаемый источником внутри телесного угла й, создает
на наклонной площадке Se освещенность £е= Ео cos е, где Ео =Ф/5П —
освещенность, полученная тем же световым потоком на площадке So,
перпендикулярной к оси свето-
вой трубки, т. е. Ф = 1Q и
Q = S0/r2, тогда
Ф
Ее = -тг cos е =
/Й 1 ..
= -я— cose = —z-cos8. (1.25)
о3 г
Из формулы (1.25) следует,
что освещенность поверхности,
создаваемая точечным источ-
ником света, прямо пропор-
циональна силе света источ-
Рис. 1.19. Освещенность площадок
расходящимся пучком лучей
ника, косинусу угла падения лучей па поверхность и обратно про-
порциональна квадрату расстояния от источника света до освеща-
емой поверхности.
Пример. Определить освещенность, создаваемую электролампой
силой света 1 — 400 кд, на горизонтальной поверхности стола в центре
и иа расстояниях 1,0 и 2,0 м от центра, если лампа подвешена над
центром стола на высоте Л = 2 м от его поверхности.
Решение. Воспользуемся формулой (1.25). Для освещенности
в центре стола е = 0, cos в = 1, г = Л, Е = 400/22 = 100 лк.
Для освещенности в радиусе R = 1 м от центра стола r'f = R2 +
4- h2 «= 5, rt = И5, cos et = h/r = 2/^5^ Et = / cos et//? = 400 X
X 2/5 Кб = 71 лк.
Для освещенности в радиусе /?= 2 м от центра стола г? = R2 +
+ h2 ~~ 8, г2 — 2 И2, cos Bj = Л/г2 — ^2/2, Et = / cos e2/r^ = 400 X
X/2/16 =35 лк.
Светимость. Светимость какой-либо светящейся поверхности есть
световой ноток, испускаемый единицей поверхности, или плотность
излучаемого потока
Фр
S
Я =
1.26)
где R— спешмость поверхности; Фр — световой поток, испускаемый
поверхностью (лм); .S’ — площадь поверхности (м2).
Пример. (>н|>едч.т11 и свешмость листа белой бумаги площадью
S == 240 см'2, отражающей 90% падающего на него светового потока
Фо = 80 лм.
36
Примечание. Q — телесный угол; t — время; е — угол между нормалью к плоскости и лучом; Sj — излу-
чающая поверхность; Ss — облучаемая поверхность.
37
Решение. Величина светового потока, отраженного листом
бумаги, равна Фо«=0,9 Фй = 72 лм; тогда согласно формуле (1.26),
7? = Фр/$ ^ЗОО лм/№.
Яркость. Яркостью светящейся поверхности называется отно-
шение силы света, излучаемой п данном направлении, к проекции
светящейся понерхности на плоскость, перпендикулярную к направ-
лению излучения.
На рис. 1.20 S — светящаяся поверхность, е—угол между на-
правлением ОМ излучения и нормалью ON к светящейся поверхно-
сти, S'o — проекция светящейся поверхности на плоскость, перпен-
дикулярную к направлению излучения.
Пусть /е — сила света и направлении
излучения М, В — яркость светящейся
поверхности, тогда
Рис. 1.20. К вычислению
яркое in светящейся по-
верхности
Дли направления, перпендикуляр-
ного к светящейся площадке S (угол
е = О, cos е = 1), из формулы (1.27)
имеем
В = Io/S. (1.27а)
За единицу яркости принята 1 кд/м2.
Яркостью n 1 кд/м2 обладает равномерно
светящаяся плоская поверхность, излу-
чающая в перпендикулярном к ней
направлении свет силой в 1 кд с I м4; В = l0/S = 1 кд/1 м2.
До 1965 г. была принята другая единица яркости — стнльб (сб).
Стильб — яркость равномерно светящейся плоской поверхности,
излучающей в перпендикулярном направлении силу света 1 кд с 1 см?
поверхности.
Пример. Определить яркость вольфрамовой нити лампы накали-
вания в осевом направлении, если сила света лампы в том же направ-
лении /(, — 300 кд, а площадь светящейся поверхности нити равна
0,20 см2.
Применяя формулу (1.27а), получим В ™ la/S =» 300/0,00002 =
= 1,5-107 кд/м2.
В табл. 1.10 приведены основные энергетические и световые ве-
личины.
Излучение равнояркостных поверхностей
Светящиеся поверхности излучают или отражают свет с различной
яркостью в разных направлениях. Однако часто пользуются поверх-
ностями, которые диффузно излучают нлн отражают свет по закону
Ламберта с яркостью практически одинаковой во всех направлениях
(см. рис. 1.22, в) илн в пределах некоторых телесных углов (белая
матовая бумага, молочные стекла ламп накаливания, абсолютно чер-
ное тело и т. д.). Поскольку яркость во всех направлениях одинакова,
то из (1.27) и (1.27а) следует, что /г = /0 cos е; по этой формуле по-
строена фотометрическая кривая (окружность, касательная к поверх-
ности), характеризующая няснпечелепие силы света oi ранпояркосгного
источника (см. рис. 1.22, л) Световой поток, излучаемый в полу-
сферу плоской jiouepxnocibio конечных размерен, равен Ф= /ил.
38
Таблица 1.11. Соотношения световых величин
для равнояркостных излучающих нли
отражающих поверхностей *
Характеристики световых величин Формулы
Сила света в направлении, составляю- щем угол е с нормалью к испускающей энергию площадке (/0 — сила света вдоль нормали к поверхности) Яркость излучающей поверхности Световой поток отражающей поверх- ности (Ф и Ф' — падающий и отражен- ный потоки, р — коэффициент отраже- ния) Светимость отражающей поверхности Световой поток, излучаемый элемен- том dS поверхности внутри конуса, огра- ниченного углами е и е + de Световой поток в интервале от 0 до е Световой поток внутри полусферы * Матовые поверхности, имеющие по в ковую яркость, называются поверхностями поверхностям, имеющим направленное страз менимы. /е = 1ц cos е Л ф' = рф /? = J|_ = p~ = pE d® ~ 2лВ sin е cos в X X dedS Ф = лВЗ sin2 е Ф = лВЗ сем направлениям едина- Ламберта. К глянцевым кеиие, формулы не при-
Соотношении между светимостью н яркостью. Так как /qh/S =»
== R — светимость поверхности, a Ig/S — В — яркость этой поверх-
ности, то R — яВ. Если яркость выразить в кд/м®, то светимость по-
лучится в лм/м2 (лк).
Соотношения между освещенностью и яркостью. Так как R =
== рЕ и R = лВ, то £ = лВ/р или В = рЕ/л, где освещенность выра-
жена в лк, а яркость — в кд/м2, р — коэффициент отражения.
В табл. 1.11 даны соотношения световых величин для равнояркост-
ных излучающих илн отражающих поверхностей.
Реакция приемников лучистой энергии
на падающий поток излучения
Приемники лучистой энергии делятся на неселективные и селек-
тивные [12, 102, 115].
Реакция неселективных приемников (болометр, термоэлемент
и др.) зависит только от потока энергии и не зависит от длины волны,
Чувствительность приемника (г/Вт) равна
о dW
dV, >
где dIV' — реакция приемника; <1ФЭ — падающий потек излучения.
39
тока излучения ФЭ1 вычисляется
Рис. 1.21. Схема определения
интеграл иного коэффициента
пропускаппя
Размерность реакции приемника зависит от свойств самого прием-
ника. Например, г выражается в вольтах пли амперах при электриче-
ском токе, вызываемом в приемнике потоком излучения.
Пороговая чувствительность приемника — способность реаги-
ровать п,ч минимальный поток излучения.
Селективные приемники (<|>отоэлсмситы, 'РЭУ, гл.и, фотопластинки
и лр.) хирактсрнтуются спектральной и пи гы ральной чувствитель-
ностью.
Реакции приемника от действия па него монохроматического по-
по формуле dW — 5;.Ф3х, где Зд —
коэффициент, характеризующий
спектральную чувствительность
приемника.
Относительная спектральная
чувствительность приемника sA =
«= .W.S\ni,ix (5>1Мх — максималь-
ная чувствительность приемника
при длине волны Хтах).
В фотоэлектронных приборах
(фотоэлемент, ФЭУ и др.) преобра-
зующие лучистую энергию в элек-
трическую, чувствительность S
определяется отношением измене-
ния фототока к изменению пада-
ющего па приемник лучистого
потока .S = (мкА/Вт) или
светового потока S =
(м кА/лм).
Спектральная чувствительность определяется отношением измене-
ния фототока к изменению монохроматического излучения с длиной
волны X :.Sx = dhJd.Q-.,'), (мкА/Вт) или S^— (мкА/лм).
Интегральная чувствительность приемника — чувствительность
к неразложениому свету определенного источника излучения. Стан-
дартным источником света может служить лампа накаливания с воль-
(j рамовой спиралью, работающей в определенном режиме при темпе-
ратуре тела накала 2850 К- Иптегральпаи чувствительность приемника,
выраженная в энергетических едипнцих, рипна
оо по
S = J 3ХФМ dA j ФчА dX |А/Вт|.
а а
Пели п|пегрялы1.1я чупствнтслыюсть определяется как отношение
полного фототока к naflinomcMy спешному потоку, то
<*' Ан
S = j ,$АФА dX/683 J ХАФА dX,
о X,
где Aj и ХР — границы видимой области спектра,
Пределы iiinei риропаппя при определении величины фототока
могут быть сужены со стороны ультрафиолетовой области спектра гра-
ницей пропускании окна, через которое освещают фотоэлемент; со
стороны инфракрасною отлучении — пороюм фотоэффекта (фото-
элемент станопнтся печуаси.п 1СЛЫП ..м).
40
Таблица 1-12. Угол поляризации гр
Вещество при t = 20° С еР
Вода 1,333 53° 7'
Стекло марки К8 1,516 56° 36'
» > ТФ10 1,806 61° 1'
Периклаз Кристаллический кварц: 1,737 60° 4'
По 1,544 57° 4'
«е 1,553 57° 13'
Ромб Муни [113), имеющий п = 1,65 и преломляющие углы 6 =
= 60°, позволяют использовать пучки со значительным угловым рас-
хождением (рис. 1.24,6).
Виды поляризации света
Состояние светового вектора можно представить двумя взаимно
перпендикулярными слагающими х и у этого вектора в плоскости
волны [89]
«О
х = j a sin (<в/ 6j) da>;
о
ее
у г- j b sin (ml •]- 6S) du>.
о
Здесь а и & — амплитуды; и 62 — фазы, зависящие от угловой
скорости а>.
Исключая время t из уравнений, получим уравнение эллипса
4 + "ЯГ ~S’ ~ А) = sinS & ~»*)•
Рассмотрим частные случаи поляризации света:
1) 61 — 62 = 0 и kn — эллипс вырождается в прямую (линейная
поляризация) х/а ± ylb = 0;
2) бх — Cj — (2л + 1) л/2 и а = b — эллипс принимает вид круга.
Следовательно, различают три вида предельной поляризации
света; линейную, круговую и эллиптическую (с вращением вектора
вправо или влево; см. рис. 1.28).
Для полной характеристики состояния поляризации светового
пучка требуется знание четырех величин [113]: интенсивности есте-
ственного света; интенсивности подмешанного поляризованного света;
азимутов осей эллипса; эксцентриситета эллипса,
Линейно поляризованный свет вполне определяется только указа-
нием плоскости поляризации, т. е. плоскости, перпендикулярной ксве-
юному (электрическому) вектору.
43
Для характеристики света, поляризованного по кругу, достаточно
указать направление вращения. Для эллиптически поляризованного
необходимо определить азимут осей, эксцентриситет и направление
вращения. Все четыре признака полностью требуются для определения
состояния поляризованного света.
Потери света в оптических приборах
В оптических приборах различают три вида потерь света: потери
на отражение на преломляющих поверхностях; потери на поглощение
и рассеивание внутри массы стекла; поглощение света в отражающих
металлических поверхностях.
Коэффициенты отражения р, пропускания т и поглощения а све-
тового потока выражают долю отражаемой Фр, пропускаемой Фт
и поглощаемой Фа частей светового потока по отношению ко всему па-
дающему потоку Фо, т. е. р = Ф()/Ф(|, т = Ф,/Фо, а = Фа/Ф0. По-
скольку Ф() -|- Ф1 -|- Ф„ —- •Г’о, то р -|- т -|- а = I. Коэффициент отра-
жения света па преломляющей поверхности, разделяющей две среды,
вычисляется по формуле Френеля
= 1 Г tg2 л sin 8 (в' — е) 1
1 Ф„ 2 [ tg2(e'-|-e) п sin2(e' + e)J* u ’
Для малых углов паления применение закона преломления
п sin е - и' sin в' дает
р |(л' — п)/(п' [ Г»)|а. (1.28а)
где пип' — показатели преломления до и после преломления; для
углов 30—40° последнее выражение дает достаточно точное значение р.
Для значений пстекло/пвоздух >• 2,5 это выражение дает завышенный
результат, поэтому необходимо учитывать вторичные отражения [12].
Просветление стекол
Просветление стекол применяете!! с целью увеличения снетопро-
пускапня и повышения контрастности изображения вследствие устра-
нения рефлексов при отражении. Просветлен не оптики достигается
нанесением пленок пл iioncpxiiocin стекла. Пока t.Tiejii, преломления п
и толщин» пленки й inщбпрпю гея так, чтобы суммарнаи интенсивность
светового потока, отряженного от nonepxiiocin пленки и стекла вслед-
ствие интерференции спеы, были равна пулю.
Согласно формуле (1.28), iiiitciiciii '.iocth отраженных лучей будут
равны при выполнении условия 1(п3 — п.2)/(ня + п2)1а — [(п2 — пД/(п2+
+ ii|) |J, откуда n.j = К П|ПЯ при n, == 1.
Pnanocib хода лучей при нормальном падении Д = 2d = 2йп2.
Дли гашения отраженного света необходимо, чтобы Д = Л/2 =
= 2/Шц, г. и. /.п, а == Л/4. В общем случае d = (2k + 1) Л/4 (k — 0,
1, 2, 3, ...). Общая толщина пленки для X ==> 550 им должна быть равна
d = 137,5 им н для более общего случая d =» 137,5+ 275 k. Пленка
отражает enei в iCiipaieai.iio, и просветленная поверхность стекла при-
•обрстает интерференционную окраску, характерную для тонких пле-
нок. Покрытия он।пческах дешлей описаны и 1Л. Г/.
44
Расчет светопропускания
и светопоглощенйя бесцветного стекла
Под светопропусканием т' среды понимается отношение светового
потока Ф, прошедшего через среду, к Фо падающему. Если световой
поток проходит через ряд сред с коэффициентами пропускания Tj,
т2....т..,, то вся система будет иметь коэффициент пропускания т —
— TjTsTg, T/j.
Логарифм величины, обратной пропусканию, называется оптиче-
ской плотностью D' — 1g (1/т') = — 1g т'. Суммарная оптическая
плотность системы, состоящей из н числа сред, равна D — Dj + D2~h
+ • • + D„, т. е. имеет место закон аддитивности. Формулы, опреде-
ляющие т или D, применимы в тех случаях, когда падающий поток
является монохроматическим, а среды селективны, или когда падает
поток любого спектрального состава, по среды не селективны.
Светопропускание пластинки из бесцветного стекла вычисляется
по формуле
т' = = <1 “ P)2e‘“d = Rx’ О -29>
где р — коэффициент отражения от одной полированной поверхности;
(1 — р2) = R — поправка ва отражение, выраженная в единицах
пропускания.
Коэффициент поглощения а вычисляется при его эксперименталь-
ном определении по формуле
где lg е = 0,4343; d выражается в см.
Светопропускание в любой заданной толщине дли монохромати-
ческого света находится по <|юрмуле
1g =-^4^2- или
при х = ]
trt_____ Ig'fyz/) „я„ n
JgT(i)-----д— или =—2“ •
Пример 1. Определить а стекла К8 (п = 1,5163), если т' = 0,84
и R = 0,918, толщина стекла d = 10 см.
Решение. —1g т' = —1g 0,84 = —(0,924 — 1) — 0,076;
lg R = 1g 0,918 = 0,963 — 1 = —0,037; a = (0,076 — 0,037)710 X
X 0,4343 — 0,009 или a = 0,9%.
Пример 2. Определить светопропускание стекла ТФ1 толщиной
10 мм для Л = 365 им, если при d = 40 мм D' — 0,860.
Р е ш е н и е. Поправка на отражение Do = —2 lg (1 — р) =
= 0,060.
Оптическая плотность слоя стекла толщиной d = 40 мм равна
D — D' — Dp = 0,860 — 0,060 = 0,8. Плотность при толщине d —
— 10 мм равна D ()0) = 10’0,8/40= 0,200; следовательно, D'(W —
= 0,200 + 0,060 = 0,260.
45
Для перехода от D' к т' и обратно пользуемся табл. 1.16. В первом
ее столбце даны значения D' через 0,1, а в верхней строке — сотые доли.
На пересечении строк со столбцами приведены значения т', отвечающие
любым значениям плотности от 0,0) до 1,99. Из згой таблицы по плот-
ности 0,260 находим т' = 0,55 или 55%.
Потери света при отражении
и поглощении в светофильтрах
Спектральная характеристика светофильтра выражается числен-
ными значениями показателя поглощения fex для различных длин
воли и спектральными кривыми оптической плотности D и коэффи-
циента пропускания т'. За свегопоглощение оптического цветного
стекла принимается отрицательный десятичный логарифм светопропу-
скання в толщине слоя 1 мм. Оптическая плотность стекла толщиной
d~ 1 мм называется показателем поглощения и определяется из фор-
мулы —lg (i lt /d, где спегопровускапие стекла толщи-
ной <7 (мм).
Оптическая плотность />д массы стекла для монохроматического
света с длиной полны X связана с и т* выражением £>х = —1g тд —
К </.
При расчете плотности необходимо учитывать потери на отра-
жение на двух поверхностях стекла. Светопропускание светофильтра
толщиной d (мм) монохроматического света данной длины волны вы-
числяется по формуле
тх=~ (I -р)‘ тк Ml -Р)2 10''"'. (1-30)
где тх — светопропускание светофильтра в толщине d.
Оптическая плотность D'} светофильтра для данной длины волны
£>х == — 1g = — 2 lg (1 -р) =DX-J-Dp =Axd + Dp.
Пример 1. Требуется определить показатель поглощения стекла,
если при d = 3 мм для данной длины волны т£ = 0,355 и Dp = 0,04.
Решение. Из табл. 1.16 находим D'K = 0,45. Следовательно,
= 1УК — Dp = 0,45 — 0,04 =» 0,41; kK =* Dx/d =» 0,41/3 = 0,137.
Пример 2. Определить Dx и светофильтра толщиной d = 2,5 мм
для длины волны А., если Лх 13 0,30 н 0,04.
Р е ш е и и е. Из табл. 1.16 находим »• 0,162.
Для характеристики вещества с сильным поглощением (металлы
ИТ.л.) показатель поглощении относится не к I см или I мм, а к длине
волны, деленной пл 4л, т. е. * ™ ZtA/4n или *' »» оА/4л.. Тогда т из фор-
мул (1.29) и (1.30) принимает вид 1321
т=с-щх-д/х ИЛ|, т 1о-1лхд/х
Расчет интегрального коэффициента
пропускания светофильтра для видимой
области спектра прн сложном излучении
Коэффициент пропуск inn и светофильтра для видимой области
спектра может быть вычислен, если даны |Ю4]: 1) кривая спектра,
определяющая ординату р дли падающего излучения в зависимости от
46
длины волны X (Фл = pdk — спектральная интенсивность); 2) спек-
тральная кривая пропускания поглощающей пластинки, выражающая
зависимость т от Z; 3) кривая относительной видности, дающая коэффи-
циент относительной видпо-
сти Кк в зависимости от Л.
Строим для падающего
излучения спектральную
кривую светового потока,
ордината которой г — рК\
и аналогичную кривую для
ЧОО 500 600 700
o)ffi
0,5
О
ЧОО 500 600 700нм
Рис. 1.25. Спектральная кривая пропускания аммиачного раствора
медного купороса (а) и схема определения интегрального коэффициента
светофильтра для сложного излучения (б)
пропущенного излучения, ординаты которой г' = т/рК\. Отношение
площади, ограничиваемой второй кривой, к площади, ограничиваемой
первой кривой, дает коэффициент пропускания Т для рассматриваемого
падающего излучения
.770 v 1 /770 ч
I j тЛ/»А\</А j/l j pKKdl j .
\380 JI \380 J
Пример. На рис. 1.25, а дана спектральная кривая пропускания
кюветы, содержащей аммиачный раствор медного купороса. Падающим
излучением является излучение лампы накаливания, для которой
распределение энергии по спектру в видимой области представлено
кривой 1 на рис. 1.25, б; масштаб ординат выбран произвольно. Кри-
вая 2 получена умножением каждой ординаты кривой 1 на соответству-
ющее значение т. е. на значение кривой рнс. 1.16. Кривая 3 полу-
чена умножением ординат кривой 2 иа значение коэффициента т,-, сня-
тых с кривой рис. 1.25, а. Коэффи-
циент пропускания т равен отно-
шению площадей, ограниченных
кривыми 3 и 2.
Светофильтры
переменной плотности
(фотометрические клинья)
Светофильтры переменной пло-
тности представляют собой рав-
номерно нарастающую толщину
Рис. 1.26. Схема линейного
фотометрического клипа:
1 — поглощающий слой клина; 2 —
подклин
47
однородного поглощающего слоя. Плотность любого места клина вы-
числяется по формуле
D = ki i)a,
где 1)и — начальная плотность клина; k — константа клина, т. е. при-
ращение оптической плотности на 10 мм длины клина.
Для получения рашюмсрпой плотности но фотометрическому полю
применяется подклнп с той же константой (рис. 1.26).
Расчет коэффициента светопропускания
оптических приборов
Коэффициент светопропускания оптической системы можно вычис-
лить ио формуле (3, 12 J
т -(1 —Pi)...(l -Ре)(1 -а() Z1...(l-а,п)1т.Rs7\... Тр,
(1.31)
где р — коэффициент отряжения от поверхности деталей на границе
воздух—стекло для пснроспетленных деталей из стекла с показателем
преломления л; р (л — 1)2/(л-Н I)2; а — коэффициент поглощения
стекла (ГОСТ 351-1—67) оптических деталей системы1; I — длина хода
осевого луча в деталях (см); /? — коэффициент отражения зеркальных
непрозрачных покрытий и свстоделителыпях покрытий (определяется из
нормали пи покрытие., см. гл. 17); Т — коэффициент пропускания свето-
делительных покрытий; m — число деталей системы, кроме зеркал
с внешним отражающим покрытием; q— число поверхностей, гранича-
щих с воздухом, кроме поверхностей с зеркальным и светоделительным
покрытиями; s — число поверхностей с зеркальным непрозрачным по-
крытием и светоделительным покрытием в условиях работы на отраже-
ние; р — число поверхностей со светоделительным покрытием в усло-
виях работы на пропускание света.
Формулой (1.31) не учитываются потери при отражении на поверх-
ностях склейки деталей, если па них нет светоделительных покрытий,
и иа поверхностях призм при полном внутреннем отражении, так как
потери па этих поверхностях незначительны. При расчете коэффициента
пропускания оптических систем удобнее пользоваться формулой (1.32),
по которой сначала вычисляют оптическую нлопюсть системы D' =
в= —|g t', а :инем по вычисленному значению I)' находят коэффициент
пропускипня т'.
/>' - /,1'Л! -I' ... -I’ hnl'Am к + ... -I- Atll)m -I- ЙДДц -|-
ч-... -I- /'Л'/Ъм -I С,/лГ| -I- ... +CAp. (1.32)
где /)„ — —1g (I — p); DK = —Ig Д; Dr = —1g T; .... lm — сум-
марная длина хода луча (см) в деталях из стекла с одинаковым показа-
телем ослабления + • • • + елт,т.-е. из стекла одной категории по
показателю ослабления (по ГОСТ 3514—76); Аи ..., Ач — число непро-
........... и просветленных поверхностен с одинаковым числом отра-
жения; /3|, .... /!(. — число поверхностей с зеркальным и светоделнтель-
ным покрытием oahii.-ikodoiо коэффициента отражения. В это число вхо-
1 Herein « и» 1 СИЛ ЗМ /(> беретея натуральный понизитель ослабле-
ния — (X.
43
дят поверхности со светоделительным покрытием, работающие в про-
ходящем ходе лучей оптической системы; Clt Ср — число поверхностей
светоделительных покрытий.
Для оптического бесцветного стекла (ГОСТ 3514—76) установлен
десятичный показатель ослабления ед (величина, обратная расстоянию
на котором поток излучения источника А по ГОСТ 7721—76 ослаб-
ляется в результате поглощения и рассеяния в стекле в 10 раз; см.
табл. 22.10). В табл. 1.13 даны значения натурального показателя
ослабления е.’л = ед/1я е — ед/0,4343. Численное значение е'А = а =
= /г' -|- а', где /г' н п' — cootuctciпенно натуральные показатели по-
глощения и рассеяния. Для прозрачных оптических сред (стекло и
многие кристаллы) практически п'> 0 |32].
Оптическая плотность D и т слоя стекла толщиной 1 см в зависи-
мости от 8Д и категории (ГОСТ 3514—76) приведены в табл. 1.13.
Таблица 1.13. Значения ед, ед и а в зависимости
от категории стекла и D; т » зависимости от ед
СО [Ь ослаб- . 104, см"1 ный по- □слабле- 04, см-1 Коэффициент светопропуска- ния т Плот- ность D. 104 По ГОСТ 3514 — 67
Категори? ГОСТ 351 о н W Я К S s 2 & С ч Натур аль казатель < иия • Г При толщине d = 1 см Кате- гория а. 104, не 1 более
1 2 3 4 5 6 7 8 2—4 5-9 10—17 18—25 26—35 36—45 46—65 66—130 5—10 11-22 23-40 41—59 60—80 81—104 105—149 150—300 0,040 0,050 0,060 0,9995-0,9990 0,9989-0,9978 0,9977—0,9960 0,9959—0,9941 0,9940—0,9920 0,9919—0,9896 0,9895—0,9851 0,9850—0,9700 0,96 0,95 0,94 2-4 5 -10 10-17 17—26 26—35 35—45 46—65 66—132 177 223 269 000 00 0 1 2 3 4 20 40 60 80 100 150 300 ,6
В табл. 1.14 и 1.15 даны поправки на отражение от непросветленной
поверхности в зависимости от показателя преломления.
При расчете коэффициента пропускания оптической системы с не-
большим ходом луча в стекле деталей величину D достаточно брать
с точностью до 0,001. По табл. 1.13 можно находить величины Do для
просветленных поверхностей с коэффициентом отражения р. Напри-
мер, для р = 0,6% в табл. 1.13 имеется значение е'А = 0,006, которому
соответствует D — 0,0026. Эта величина одновременно является и ве-
личиной Do.
Коэффициенты отражения от просветленных поверхностей, непро-
зрачных зеркальных покрытий и коэффициенты отражения и пропу-
49
Таблица 1.14. Поправки па отражение
от непросветленной поверхности в зависимости
от показателя преломления
н <31 .01 02 1) ( .04
1,4 0,0122 0,0127 0,0133 0,0138 0,0144
1,5 0,0177 0,0183 0,0189 0,0195 0,0201
1,6 0,0238 0,0244 0,0250 0,0257 0,0263
1,7 0,0302 0,0309 0,0316 0,0322 0,0329
1,8 0,0370 0,0377 0,0384 0,0391 0,0398
1,9 0,0440 0,0447 0,0454 0,0462 0,0469
2,0 0,0512 0,0519 0,0526 0,0534 0,0541
2,1 0,0585 0,0592 0,0599 0,0607 0,0614
2,2 0,0658 0,0666 0,0673 0,0681 0,0688
а .05 .06 .07 .08 .09
1,4 0,0149 0,0155 0,0160 0,0166 0,0171
1,5 0,0207 0,0213 0,0219 0,0226 0,0232
1,6 0,0269 0,0276 0,0282 0,0288 0,0295
1,7 0,0336 0,0343 0,0350 0,0356 0,0363
1.8 0,0405 0,0412 0,0419 0,0426 0,0433
1,9 0,0476 0,0483 0,0490 0,0498 0,0505
2,0 0,0548 0,0555 0,0563 0,0570 0,0578
2,1 0,0621 0,0628 0,0636 0,0643 0,0651
2,2 0,0696 0,0703 0,0711 0,0718 0,0726
'Г а б л и ц а 1.15. Поправки нп отражение
от непросветленной поверхности в зависимости
от п >> 2,3
tl 0 . 1 .2 .3 .4
2 ... 0,073 0,081
3 0,125 0,132 0,139 0,147 0,154
4 0,194 0,200 0,206 0,213 0,219
tt .5 .6 .7 .8 g
2 0,088 0,095 o.i оз 0,110 0,118
3 0,161 0,168 0,175 0,181 0,188
4 0,225 0,231 0,237 0,243 0,240
50
Таблица 1.16. Коэффициент пропускания т' в %
в зависимости от плотности D'
D' .00 .01 .02 .03 .04 .05 .06 .07 .08 .09
0,0 100,0 97,7 95,5 93,8 91,2 89,1 87,1 85,1 83,2 81,3
0,1 79,4 77,6 75,9 74,1 72,4 70,8 69,2 67,6 66,1 64,6
0,2 63,1 61,7 60,3 58,9 57,5 56,2 54,9 53,7 52,5 51,3
0,3 50,1 49.0 47,9 16,8 45,7 44,7 43,7 42,7 41,7 40,7
0,4 39,8 38,9 38,0 37,1 36,3 35,5 34,7 33,9 33,1 32,4
0,5 31,6 30,9 30,2 29,5 28,8 28,2 27,5 26,9 26,3 25,7
0,6 25,1 24,5 24,0 23,4 22,9 22,4 21,9 21,4 20,9 20,4
0,7 19,9 19,5 19,1 18,6 18,2 17,8 17,4 17,0 16,6 16,2
0,8 15,8 15,5 15,1 14,8 14,5 14,1 13,8 13,5 13,2 12,9
0,9 12,6 12,3 12,0 11,7 11,5 11,2 11,0 10,7 10,5 10,2
1,0 10,0 9,8 9,5 9,3 9,1 8,9 8,7 8,5 8,3 8,1
1,1 7,9 7,8 7,6 7,4 7,2 7,1 6,9 6,8 6,6 6,5
1,2 6,3 6,2 6,0 5,9 5,8 5,6 5,5 5,4 5,2 5,1
1,3 5,0 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 4,4 4,3 4,2 4,1
1,4 4,0 3,9 3,8 3,7 3,6 3,5 3,5 3,4 3,3 3,2
1,5 3,2 3,1 3,0 3,0 2,9 2,8 2,8 2,7 2,6 2,6
1.6 2,5 2,5 2,4 2,3 2,3 2,2 2,2 2,1 2,1 2,1
1,7 2,0 2,0 1,9 1,9 1,8 1,8 1,8 1,7 1,7 1,6
1,8 1,6 1,6 1,5 1,5 1,5 1,4 1,4 1,4 1,3 1,3
1,9 1,3 1,2 1,2 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1,1 1,0
скания светоделительных покрытий берутся из технических условий
на соответствующий вид покрытии, и .татем вычисляют или находят
по табл. 1,13 или 1.16 соотоетствующие поправки /)(), Dr и [)т. По
формуле (1.32) с помощью табл. 1.16 находят коэффициенты пропуска-
ния г' оптической системы. Величину D' предварительно округляют до
второго знака после запятой. С помощью этой таблицы можно также
находить величины Dr и Dt по известным значениям R и Т. Например,
оптические детали лабораторных и полевых приборов, служащие в ка-
честве зеркал с внешним отражением, обычно имеют покрытие зеркаль-
ное 114.21 Е; коэффициент отражения покрытия R не менее 86%. Следо-
вательно, по табл. 1.16 интерполированием находят Dr = 0,065.
Коэффициент пропускания светоделительного покрытия Т =20%,
По табл. 1.16 ближайшей величиной является т' = 19,9, которому соот-
ветствует величина Dt = 0,70.
Формулы для вычисления оптической
плотности некоторых отдельных элементов
оптической системы
1. Для линз, пластин, прнзм полного внутреннего отражения
D' = ID + 2D0,
где I — толщина линз и пластин по оптической оси и длина хода осе*
вого луча в призмах (см).
51
2. Для склеенной системы из двух линз
гу -|- /2р2 + /)(1, -I-
3. Для .черкала с задним отражением
/>'=2Ш-|-2Л>(,-|-£>Л. (1.33)
4. Для светоделителя незаклеенного
D' =lD-\- Dp + Dr.
(1.34)
Оптическая плотность в отраженном холе лучей вычисляется по
формуле (1.33). По формуле (1.34) вычисляется оптическая плотность
в прямом ходе лучей системы.
5. Для светоделителя, заклеенного покровным стеклом
ГУ = /,/>, 4- 1Л -|- Wp, 1)(Л + Dr. (1.35)
По формуле (1.35) вычисляется оптическая плотность в прямом
ходе лучей оптической системы. При вычислении D' в отраженном
ходе лучей п формулу (1.35) вместо Dr подставляется Dr.
Приращение оптической плотности ДО' системы после облучения
прибора заданной дозой гамма-излучения вычисляется по формуле
ДО' — /2ДОй4- •••-(-
где ДО — приращение оптической плотности стекла па 1 см.
/ тгЬнни луи
Рис. 1.27. Схема он гики визира
Оптическая плотность О')5 системы после облучения О'б = О'+
-|- МУ. По вычисленному значению D'of: в табл. 1.16 находят коэффи-
циент пропускания т'|Г1 оптической системы после облучения.
На рис. 1.27 дана схема оптики визира, для которой приводится
расчет снеlonpoiiycK.iniui (табл. 1.17 и 1.18).
Окончательно получаем дач системы с непросветленной оптикой D' =
= 0,042-1'0,333 0,375, т' 42%. После просветления D'—
= 0,042 -|- 0,121 - 0,103, т' (4)%.
52
Таблица 1.17. Расчет потерь з оптической системе, состоящей из защитного стекла
объектива, призмы Шмидта с крышей, сетки и окуляра
О.» Я сих О О O.O.CJ с 0,03 0,03 о J ООО CD о" o' o' 0,014 0,014 0,04 0,04 —, 1 ( со С> 1 I СЭ 0,0. о о" о"' о" Примечание. Общая длина хода осевого луча в деталях системы 16 см, число поверхностей, гранича- щих с воздухом, 14.
№ поверх- кости просвет- детали пения 1 63Т 2 63Т 3 44Р.43Р 4 ‘ — 5 44Р.43Р 6 44Р.43Р 7 44Р.43Р 8 I 24И 9 I 24И 1 1 12 44Р.43Р 13 — 14 — 15 44Р.43Р 16 44Р.43Р 17 63Т
* 6 я та и ЙВ &«! о. О о о СО ХГ О ООО
W 0,0025 0,0045 0,0045 0,0045 0,0017 0,0025 uQ 1ЛЮ Ю g о g о о” ООО
Длина хода, см 9'0 0,7 0,5 0,7 о 0,4 г-, оо_со о” о о" —*'
С7ь । 1.5163 1,6126 1.7550 1.6568 о <□ 1x568 1.7550 1,6126 1,6126
Марка стекла К8 ТК16 ТФ5 ТК21 БКЮ К8 —< о о сч ю _< Н Н(-(-
♦« ! Наименование детали Защитное стекло / 1 Объектив 1 2 1 3 Призма Шмидта Сетка 1 Окуляр 2 3 4
’эис! он 'бон «х ш IV
53
Таблица 1.18. Результаты расчета светопропускания
№ поз. по рнс. 1.27 Мир- к» С ICK* ли без ц|ю- СИСТЛСЦ11Н Вид про* светлен И Я при про- светлении
/, IV 11, V III h»i = = 1 • 0,0025 = = 0,0025 /2£>2 = = 5 0,0045 = = 0,0225 1з^з ~ = 10-0,0017 = = 0,0170 К8 ТК16 ТФ5 TK2I БКЮ 4-0,0187 = = 0,075 4-0,0246 = = 0,098 1-0,0340 = = 0,034 3-0,0274 = = 0,082 2-0,0218 = = 0,044 63Т 44Р-43Р 24 И 3-0,0132 = = 0,040 7-0,0048 = = 0,034 2-0,0061 = = 0,012 2-0,0177 = = 0,035
£ 16 0,042 14 0,333 14 0,121
РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА
В АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ (КРИСТАЛЛЫ)
В зависимости от оптических свойств кристаллы делятся на три
группы:
а) правильной системы; эти кристаллы оптически изотропны;
б) одноосные кристаллы (тригональные, тетрагональные и гекса-
гональные системы); имеют лишь одно направление, вдоль которого не
происходит двойного лучепреломления (кварц, исландский шпат);
в) двуосные кристаллы (ромбическая, одноклшшая и триклинная
системы); имеют два направления, вдоль которых ш происходит двой-
ного лучепреломления [11GJ.
Двойное лучепреломление в одноосных
кристаллах
При преломлении па границе с анизотропной средой луч естествен-
ного света расщепляется на два луча: обыкновенный (о-луч) и необык-
новенный (с-луч).
Обычному закону преломления подчиняется о-луч, и он имеет
постоянное значение показателя преломления во всех направлениях
в кристаллах. Показатель преломления е-луча непостоянен н зависит
от его направления. В плоскости главного сечения поляризован о-луч,
а е-луч поляризован перпендикулярно к указанному сечению. Показа-
тели преломлении лучей вдоль оптической оси в направлении, перпен-
дикулярном к оси, шг.ышнотсл главными показателями преломления
(п0 и пс).
Ь4
Разность фаз о- и е- л у чей зависит от угла падения, положения опти-
ческой оси и толщины кристалла.
На рис. 1.28 показаны вектор ОС, характеризующий направление
и амплитуду колебаний плоскополяризованного света, падающего на
кристаллическую пластинку, ОА и ОВ — соответствующие векторы,
дающие определенную разность фаз. Характер поляризации в кри-
сталле зависит от длины пути прохождения света.
Рис. 1.28. Поляризация света при прохождении
через кристаллическую пластинку
Положительные и отрицательные кристаллы.
Волновые поверхности Френеля
Для характеристики распространения света в кристаллах поль-
зуются волновыми поверхностями Френеля. Волновая поверхность
обыкновенной волны изображается шаровой поверхностью, а необык-
новенной— эллипсоидом вращения (рис. 1.29). Одноосные кристаллы,
у которых пе < па называются отрицательными (исландский шпат);
кристаллы, у которых пе > п0 называются положительными (кварц).
Гис. 1.29. Двойная поверхность показателя преломления
кварца (а) и исландского шпата (б):
О—О — оптическая ось; пд и пд — главные показатели преломления
Эллипсоид френелевой волновой поверхности у отрицательных кри-
сталлов удлинен в направлении, перпендикулярном к оптической оси,
а у положительных — в направлении, параллельном этой оси.
Поляризаторы
Поляризатором называется оптическое устройство, преобразую-
щее проходящий через него естественный свет в поляризованный. Поля-
ризатор, предназначенный для обнаружения поляризации, называется
анализатором. Действие поляризационных приборов основано на од-
ном из физических явлений (113]:
55
а) на отражении и преломлении па границе, двух диэлектриков
(например, воздух — стекло);
б) двойном лучепреломлении;
в) на дихроизме (явлепип различного поглощения о- п е-лучей).
Двуиреломляющие поляризаторы обычно изготовляются из исланд-
ского пшата (СаСОа) е прозрачностью от 240 нм до 1,8 мкм. За преде-
лами этой области вещсст во обладает сильным поглощением и некоторым
дихроизмом. Другим полхолшипм материалом является натровая се-
литра (NaNO;i). Кварц для поляризаторов применяется редко, так как
разность пе — п„ = 0,009 очень мала, но часто используется для фа-
а вых пластинок.
Поляризационные призмы
Для поляризации при двойном лучепреломлении применяются
призмы из кварца или исландского пшата. В двойных призмах Ни-
коля, Глава—Томсона, Франка—Риттера и др. обыкновенный луч пре-
Рис. 1.30. Призма Николя: а — вид сбоку; б—пит по направлению
луча (штриховкой показано направление оптической оси в плоскости
чертежа, стрелками и точками — направление колебания электриче-
ского вектора на лучах)
терпевает на поверхности раздела между призмами полное внутрен-
нее отражение. Необыкновенный луч проходит сквозь призму и ста-
новится линейно поляризованным.
:'т№К!ская ось
Рис. 1.31. Призма Франка—Риттера
ll/>u:uia Пиком изготовляется из ромбоэдра исландского шпата.
Последний расеекиется плоскостью, перпендикулярной к главному
сечению i<piici.-ui.na, проходящему через оптическую ось кристалла и
его длинное ребро. < )бе при 1мы склеиваются кппадсквм бальзамом, акри-
ловым клеем пли льняным маслом (рис. 1.30). Призма Николя про-
56
пускает полностью поляризованный свет в пучках с углом до 29°. Поле
поляризации несимметричное. Существует несколько типов призм,
входные грани которых
перпендикулярны к длин-
ным ребрам и оси кри-
сталла отличаются ориен-
тацией, что обеспечивает
более симметричное поле
поляризации (призмы Гла-
ня—Томсона, Глазсбру-
ка, Франка—I’inicp.i,
Осипова и др.).
На рис. 1.31 при-
ведена призма Франка—
Риттера; материал приз-
мы — исландский шпат;
симметричное поле поля-
ризации около 28°. Двой-
ная призма Франка—
Риттера показана на рис.
1.32, а. Склеивающим ве-
ществом служит обычное
льняное масло или ак-
риловый клей. Симмет-
ричное поле поляризации
около 28° 30'. На рис.
1.32, б дана схема вы-
реза поляризатора из
кристалла исландского
шпата. Объем призмы
2870 мм3, минимальный
объем кристалла 1900 мм”.
Призма Глана с мю-
душным промежутком по-
казана на рис. 1.33, а
(симметричное поле зре-
ния 8°), а на рис. 1.33, б—
схема выреза призмы из
кристалла исландского
шпата. Объем призмы
Оптическая ось
32
Рис. 1.32. Двойная призма Франка —
Риттера
Т а б л и ц а 1.19/ Показатели преломления сктеивающих
составов для поляризационных призм
(для X = 589,3 нм)
Материал и
Акриловый клей 1,485
Льняное масло 1,485
Маковое масло 1,463
Канадский бальзам 1,526
Гедамин-раствор мочевипоформальдегидных смол в бутиловом спирте; прозрачен для X = 250 нм 1,52
и менее
Рис. 1.33. Призма Глана с воздушным промежутком
66
2030 мм8, минимальный объем кристалла 6650 мм*. Светопропускание
призмы Глава составляет около 50%. В табл. 1.19 даны показатели
преломления склеивающих составов для призм.
Примеры расчета симметричного поля
поляризации призм
1. Произведем расчет призмы Глана с воздушным промежутком
(см. рис. 1.33, а). Материал призмы — исландский шпат (л., = 1,6584,
пе — 1,4864), к„,п и в/т — углы полного внутреннего отражения обык-
новенного и необыкновенного лучей; а, и ае — углы соответствующих
лучей с осью, ограничивающих поля поляризации в призме; 0 — угол
призмы. Применяя закон отражения, получим: sin еат — \/п0, еот =
= 37° 05'; sin вет = Ипе = 0,6728, вет — 42° 17'. Из условия симмет-
рии поля поляризации а'д = о' = o' = (вет — вот)/2 = 2° 36’; 0 =
= (8om + е*т)/2 = 39° 4Г. Поле поляризации в воздухе равно 2<т= 8°.
2. Произведем расчет призмы Франка—Риттера (см. рнс. 1.32, ц).
Материал призмы — исландский шпат, склеивающее вещество — ак-
риловый клей. Так как пе — пклея, то о-луч испытывает на склеивае-
мой поверхности полное внутреннее отражение (угол падения на этой
поверхности становится больше предельного). Согласно рис. 1.32, а
имеем sin Во = ЯкЛея/п0 = пг1п0 = 1,4864/1,6584 = 0,897; 0 = 90® —
-(80 + <тЭ-
Зависимость поля поляризации от угла среднего клииа и склеива-
ющего вещества приведена в табл. 1.20.
Таблица 1.20. Зависимость поля поляризации
от угла среднего клииа и склеивающего вещества
Угол среднего клина 20, ...° Симметричное поле поляризации, ...°
Канадский бальзам Акриловый клей Маковое масло
35 18,5 29,9 35,5
40 10,2 21,5 27,0
43 5,2 16,5 22,0
44 3,5 14,8 20,3
45 1,9 13,1 18,7
Двоякопреломляющие призмы преобразуют падающий иа них луч
естественного света в два линейно поляризованных луча, расходя-
щихся под некоторым углом. Один из лучей может быть выделен с по-
мощью диафрагм, тогда призмами можно пользоваться в качестве поля-
ризаторов. Различные конструкции трехгранных призм из кристал-
лов даны на рис. 1.34. Поток лучей, не изменяющий при прохождении
через призму своего направления, ахроматичен; у отклоняющихся
лучей угол отклонения завнент от длины волны. Угол расхождения лу-
че ii у призм Рошона и Сенармона у = (п0 — пе) tg 0, где 0 — прелом-
ляющий угол призмы.
69
Призма Волластон» дает удвоенный угол расхождения; для 1 =
«= 589,3 нм и 0 =- 30° угол расхождения 2у = 5“ 45'.
Поляризаторы (поляризационные светофильтры), основанные на
дихроизме, см. гл. 4.
Рис. 1.34. Двоякопреломляющие призмы: а — призма
Рошона; б — призма Сеиармоиа; в — призма Волластона
(точки означают, что оптическая ось перпендикулярна чер-
тежу)
Оптические компенсаторы 1
Компенсатор Бабиие. Состоит из двух кварцевых клиньев, выре-
занных так, что оптические оси в них взаимно перпендикулярны
(рис. 1.35). Одни из клиньев В неподвижен и снабжен посредине кре-
стом и штрихом. Другой клин А можно перемешать с помощью микро-
метрического пинта с делительным барабаном. Луч обыкновенный
Рис. 1.35. Компенсатор Бабине Рис. 1.36. Компенсатор Солейля
в верхнем клипе становится необыкновенным в нижнем клине, и на-
оборот. В том месте, где dt = d3 между лучами не возникает разности
фаз. Меняя рнзность толщин (</, —- da), можно получить любую раз-
ность фаз.
Компенсатор Солейля. Компенсатор (рис. 1.36) представляет собой
видоизмененный компенсатор Бабине, в котором клинья заменены пла-
стинками с той же ориентацией осей кварца. Нижняя пластинка раз-
резана па две клиновидные части А и В; перемещение части А плавно
изменяет общую толщину пластинок. Компенсаторами могут служить
плоскопараллельные пластинки из одноосных и двухосных кристаллов,
вырезанные в определенном направлении относительно кристаллографи-
ческой оси (рис. 1.37 н 1.38).
1 Поляризационные* приспособления, применяемые для анализа поля-
ризованного света.
60
Широкое применение имеют пластинки с разностью хода л/4 и
А/2 (пластинка «четверть волны» и «полуволны») из одноосных кристал-
лов с поверхностями, вырезанными параллельно оси. Пластинки (ком-
11
Оптическая
ось
кристалла
Рис. 1.37. Кварцевая пла-
стинка с разностью хода
530—570 нм
пенсаторы) изготовляются из слю-
ды, селенита, гипса и кварца. Так,
толщина пластинки в «четверть
Оптическая ось кристалла
Рис. 1.38. Слюдяная пластинка,
заклеиваемая между защитными
стеклами К8, с оптической раз-
ностью хода 375 нм
волны» первого порядка
(мм) из слюды для Л. = 0,589 мкм равна
X________0,589-КГ3
4 (пе—п0) 4-0,008
= 0,0184.
Для измерения небольших величин эллиптичности поляризован-
ного света и очень малых разностей хода двупреломления в объектах
применяется поворотная пластинка (эллиптический компенсатор)* из
слюды толщиной И—4 мкм, что составляет разность хода Л./10—
—А./30.
Расчет интерференционной окраски кварцевой
пластинки при параллельных николях
Разность хода между обыкновенными и необыкновенными волнами
в кварцевой пластинке (падающий луч нормален к поверхности пла-
стинки) равна
Л = d (па — п0) (1.36)
или числу волн
N = Д/Л = d (па — п0)/Х, (1.37)
где па — п0 — разность показателей преломления в направлении, пер-
пендикулярном к пластинке; X — длина волны в воздухе.
Наибольшая разность хода возникает, когда пластинка вырезана
параллельно оптической оси, т. е. когда па = пе.
Если разность хода равна нечетному числу полуволн (2п + 1) А./2,
то обыкновенный и необыкновенный лучи после выхода из николя гасят
друг друга. При /V = nA. лучи усиливают друг друга, и суммарная яр-
кость света равна удвоенной яркости каждого из слагаемых лучей.
Во всех других случаях лучи либо частично усиливают, либо ослабляют
друг друга. По формулам (1.36) и (1.37) можно произвести приближен-
ный расчет спектрального состава интерференционной окраски кристал-
лической пластинки при параллельных николях, если известен спек-
тральный состав света, проходящего через нижний николь. Для лучей
разного цвета па — п0 и пе — поу кварца приблизительно одинаковы
61
Таблица 1.21. Характер цвета
в зависимости от разности хода, выраженного
в числах воли в кварцевой пластинке d ~~ 0,1 мм
Число коли . N Д/А. Харакчгр mwirt Число моли N ** Д/Х Xяр.чк'нр цвета
24 2 i34 Фиолетовый Синий Зеленый 14 14 14, Желтый Оранжевый Красный
Поэтому расчет можно вести для среднего значения величины двупре-
ломления (А. = 589,3 нм). Для кварцевой пластинки, вырезанной па-
раллельно оптической оси, Л == 0,00914.
В табл. 1.21 даны разности хода, выраженные числом волн для
каждого цвета в кварцевой пластинке d~ 0,1 мм. Как видно из таб-
лицы, фиолетовые лучи, имеющие разность хода 2V4 (или смещение Л/4),
после интерференции дадут яркость, равную яркости каждого из них.
Тот же эффект дадут зеленые н красные лучи. Яркость синих лучей
(N га 2) равна арифметической сумме яркостей интерферирующих сла-
гаемых; желтый и оранжевый лучи (N — I1/») гаснут. Скрещивание ни-
колей увеличивает разность хода на Х/4.
Литература : (1, 3, 12, 42, 44, 63, 67, 82, 8.3, 87, 99, 102,
104,113, 115, 116).
ГЛАВА 2
геометрическая оптика
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
Строение пучка лучей
Световым лучам геометрической оптики соответствуют нормали
к поверхности волны в физической оптике.
Строение пучка лучей определяется совокупностью лучей. Если
лучи выходят из одной точки или сходятся в одной какой-либо точке, то
такой пучок лучей называется гомоцентрическим. Пучки лучей бывают
расходящиеся, сходящиеся и параллельные. Гомоцентрический пучок
лучей образует одну точку изображения S', называемого точечным
или стигматическим. Если изображение образовано пересечением
самих лучей, то оно назы-
вается действительным
(рис. 2.1, в), а если изобра-
жение образовано их гео-
метрическими продолже-
ниями, то оно называется
мнимым (рис. 2.1, б).
В геометрической оптике
под светящейси точкой
подразумевается источник
Рис. 2.1. Изображение точки
света, не имеющий раз-
мера и объема.
Основные законы геометрической оптики
Закон прямолинейного распространения света. Принято считать,
что в прозрачной и однородной (изотропной) среде свет распростра-
няется вдоль прямой линии, называемой лучом. Геометрическая оптика
не рассматривает явления дифракции от края отверстая диафрагмы,
при котором свет заходит в область геометрической тени. Однако в ре-
альных оптических приборах нужно учитывать явление дифракции,
так как оно сильно портит изображение, если свет проходит сквозь уз-
кое отверстие, размеры которого соизмеримы с длиной волны света.
Закон независимого распространения света. Предполагается,
что отдельные лучи и пучки после пересечения продолжают распростра-
няться по прежним направлениям. При определенных условиях в месте
пересечения могут возникнуть интерференционные Явления, но в гео-
метрической оптике они не рассматриваются.
63
Таблица 2.1. Значения предельных углов Вщ
полного внутреннего отражения н углов (—е,) падения на входную
грань прямоугольной призмы
Мирна стекли ”1>
К8 1,5163 1,5688 41° 16' 5° 4 Г
БКЮ 39° 36' 8° 29'
ТК2 1,5724 39° 30' 8° 41'
ТК16 1,6126 38° 19' 10° 47'
ТФ1 1,6475 37° 22' 12° 38'
ТФ5 1,7550 34° 44' 18° 13'
Закон отражения и преломления. Если лучи, распространяясь
в определенной среде, встречают среду, отличную по показателю прелом-
ления от перионпчальиой, то опп па понерхности раздела этих сред
частично отражаются и преломляются пли полностью отражаются
в определенном направлении |100]. При этом соблюдаются следующие
закономерности:
I) падающий, преломленный и отраженные лучи лежат в одной
плоскости с нормалью к понерхности в точке падения луча;
впутреннего отражении и прямо-
угольной lipiriMC
2) при отражении действует
закон отражения — е = е1( т. е.
угол падения равен углу от-
ражения;
3) отношение синуса угла па-
дения к синусу угла преломления
для двух данных сред — величина
постоянная и равная относитель-
ному показателю преломления
этих двух сред
sin e/sin в' = п'/п. (2.1)
Падающий и преломленный лучи
взаимно обратимы. Если принять,
что п »» —л', то уравнение (2.1)
дает закон отражения. Показатель
преломления данной среды по отно-
iiiciiiiio к воздуху называется абсо-
лютным показателем преломления.
Показатель преломления воздуха
принимается равным единице, хотя
его точное значение п = 1,000274 (при нормальном давлении
1013 1'Па и температуре 20° С).
Полное внутреннее отражение. При переходе луча из более плот-
ной среды в менее плотную преломленный луч отклоняется от нормали
т. е. е' > в. При увеличении угла падения наступит момент, когда
sin е' = 1, т. с. преломленный луч будет скользить по поверхности Гра-
ницы раздела (е. =* 90°). В этом случае предельное значение угла
падения вт определяется по формуле sin вт = л'/лили в случае прелом-
ления луча из среды и воздух (п = 1) sin вт = 1/п.
64
При цепком угле падения, большем ет, луч полностью отражается
внутрь той среды, из которой он распространяется (табл. 2.1, рис. 2.2)
На явлении полного внутреннего отражения основано устройство
некоторых оптических деталей (призм полного внутреннего отражения,
освещение сеток в приборах и т. д.).
Если лучи падают па отражающую грань призмы под углом, мень-
шим, чем е.т, то на такую грань наносится зеркальное покрытие (см.
гл. 16).
ПАРАКСИАЛЬНАЯ ОПТИКА
Законы 11прпкснплы1ой (гауссовой) оптики относятся к бесконечно
малой области, окружающей оптическую ось системы. Эта область
исследуется с помощью нулевых лучей. Изображение предметов с по-
мощью пулевых лучей строится на положениях солинейного сродства
[78, 79].
Правила знаков
Положительным направлением вдоль оптической оси считается
направление света слева направо. Оптическую систему принято изобра-
жать так, чтобы ее первая (входная) поверхность располагалась на
рисунке слева (рис. 2.3). При расчете оптической системы следует
придерживаться следующих правил [89]:
Рис. 2.3. Правило^ обозначения размеров и угловых величин
1) угол луча с оптической осью считается положительным, если
луч, пересекая ось, идет сверху вниз, и отрицательным — снизу вверх;
2) линейные величины предмета п изображения, а также отрезки
высот лучей считаются положительными, если они расположены над
Осью, и отрицательными — под осью;
3) радиус кривизны поверхности считается положительным, если
ее центр кривизны находится справа от поверхности, а отрицатель-
ным — слева от поверхности, т. е. отсчет производится от поверхности
К центру;
4) величины толщин и воздушных промежутков между преломляю-
щими поверхностями при движении света слева направо всегда счи-
таются положительными;
3 II Л. Панов и др, 65
5) углы между лучом и нормалью к поверхности в точках паде-
ния луча вне' (углы падения и преломления) считаются положитель-
ными, если нормаль должна быть повернута по ходу часовой стрелки,
чтобы совпасть с направлением луча;
6) угол <р между нормалью н оптической осью считаен:» положи-
тельным, если оптическая ось должна быть повернута но пап| авлепию
движения часомой стрелки, чтобы совпасть с нормалью;
7) нрн отражении на новерхиост изменяется знак у показателя
Преломления н', угла отражения и' и величины расстояния между от-
ражающей поверхностью и следующей (при движении света справа
налево);
8) фокусные расстояния считаются положительными по направле-
нию света от главных плоскостей;
9) при преломлении или отражении лучей па сферической поверх-
ности за начало отсчета отрезка принимается вершина поверхности
(точка О). Отрезки считаются положительными, если они отклады-
ваются вдоль оси справа от точки О по направлению распростране-
ния света, и отрицательным, когда откладываются слева от точки
О. В случае отрицательных значений указанных выше величин перед
ними ставится зник минус.
Соответственные (одноименные) и сопряженные точки, отрезки и
углы в пространстве предметов и в пространстве изображений указы-
ваются одинаковыми буквами, но обозначения, относящиеся к простран-
ству изображений, омшопотся знаком «штрих» вверху каждой буквы,
Глаппые точки, главные плоскости,
фокусы и фокусные расстоянии
Две сопряженные плоскости, расположенные перпендикулярно
к оптической оси, для которых линейное увеличение равно плюс еди-
нице, называются главными плоскостями. Различают переднюю и
заднюю главные плоскости (рис. 2.3).
Задняя главная плоскость Н' определяется пересечением идущих
параллельно осн в пространстве предметов лучей с их продолжением
после преломления через систему (это вытекает из постоянства вели-
чин Н'г = /т/а').
Передняя главная плоскость Н определяется анало-
гично задней, если провести параллельно оси луч в обратном направ-
лении (со стороны пространства изображения).
Точки пересечения главных плоскостей с оптической осью есть глав-
ные точки системы.
Задний фокус системы есть точка F', сопряженная с бесконечно
удаленной точкой, расположенной па осн системы в пространстве
предметов.
Передний фокус системы есть точка F, сопряженная с бесконечно
удаленной точкой, расположенной на оси системы в пространстве изо-
бражений.
Заднее фокусное расстояние — расстояние от задней главной пло-
скости до заднего фокуса F' (H'F' — f'}.
Переднее фокусное расстояние.— расстояние от передней главной
плоскости до переднего Локуса (HF = —f).
Задний вершинный фокальный отрезок — расстояние от вершины
последней поверхности системы до заднего фокуса (O'F1 — s^..).
Передний вершинный фокальный отрезок — расстояние от вершины
первой поверхности сис темы до переднего фокуса (OF =» —»;.).
66
Передняя и задняя фокальные плоскости — перпендикулярные
к оптической оси плоскости, проходящие соответственно через фо-
кусы F и Г'.
Расстояние передней главной плоскости от вершины первой поверх-
ности системы sh — зр — f.
Расстояние задней главной плоскости от вершины последней по-
верхности системы s'H, = s'F, — f.
’ Согласно рис. 2.4 следует f = Л/а и /' == Л/a'.
Рнс. 2.4. Определение положения сопряженных то-
чек
Формулы, определяющие положение
сопряженных точек. Линейное увеличение
в сопряженных плоскостях
Положение сопряженных точек Д и Д' на оси системы относи-
тельно фокусов снггемы он редел шоте и отрезками г и г' (рнс. 2.4).
Лниейное (поперечное) увеличение
V' уЧу -г'/Г = —//г, (2.2)
откуда получается формула Ньютона zz' = ff.
Если система находится в однородной среде, Tof' = —f и zz' — —f
Расстояния z и г' считаются положительными, если точки Д и Л'
расположены правее фокусов F и F' (на рис. 2.4 z < 0 и г' > 0). Поло-
жение сопряженных точек А и А' на оси системы связаны зависимостью
относительно главных точек Н и И'
f'/a' + 1/а~ 1
или для системы, находящейся в однородной среде
1/а' _ ]/а = ilf. (2.3)
Согласно формуле (2.2) и рнс. 2.5
V — ап/а'п' = a’nlan'. - (2.4)
Расстояния от передней главной плоскости до предмета и от задней
главной плоскости до изображения равны а = (1 — V) ['/V и а' —
= (1-У)Л
3* 67
Угловое и продольное увеличения
Под угловым увеличением Г понимиют величину (рис. 2.5)
W - - а'/а а/а' (2.5)
или
Г а'/а //г' - г/f. (2.5a)
Это угловое увеличение относится к лучам, проходящим через осе-
вые точки Л и Л' предмета у и изображения у'. Можно говорить об угло-
вом увеличении для любой пары сопряженных точек. Так, например,
для лучей В И и Н'В', проходящих через главные точки И и И' и обра-
зующих с осью соответственно углы и (см. рис. 2.4), имеем Гн=
= ₽н/Рн — y'alya' или па основании формул (2.4) и (2.5а) W., =
= -///'.
Рис. 2.5. Соотношения между линейным, угловым
и продольным увеличениями
Угловое увеличение для произвольных точек Р и Р' (рис. 2.5)
равно Wp — Рр/Рр- При этом сопряженные лучи ВР и В'Р' проходят
через плоскости предмета и изображения соответственно на высоте// и у'.
Из формул (2.2) и (2.5а) следует, что Г = //г' <= —f/Vf или WV —
= —f/f. Произведение углового увеличения па линейное есть величина
постоянная для любой пары сопряженных точек па оси и равно угло-
вому увеличению в главных точках И в //', т. е.
ГУ = W'pVp = Гя = - f/l'. (2.6)
Из рис. 2.5 следует
Vp = I'/l — a'e'lae. (2.7)
Отношение e'le = Q есть увеличение отрезка между точками АР и
А'Р', т. е. продольное увеличение отрезка вдоль оси. Согласно фор-
мулам (2.5) и (2.7) Q = Vp/W = VIWp, или по формуле (2.6)
Q = е’/е = —f'VVp/f = п' VVpIn-, (2.8)
при п! =» п 1 (сиггема и воздухе) () = УУ„, где V и Vp — линейное
увеличение и точках А и Д', Р и Р'.
Если точку Р бесконечно близко приближать к точке Д, то отре-
зок е становится бесконечно малым. В этом случае Vp -♦ V, а Гр -+ Г
68
и увеличение Q переходит в элементарное продольное увеличение q
в точке Д. Из формулы (2.8) следует
р
q = lim Q =------т- V lim Vp =
e->0 I e->0
—T- V2 = — V2,
f n
при n' = n = 1, qV2. Согласно формуле (2.6) qW/V= 1. Продоль-
ное увеличение в точке Р равно qp Vf> или qpWp/Vp — 1.
Для практических расчетов удобно пользоваться следующими фор-
мулами:
е = — /' Vp ; (2.9)
п' 1 VVP ’ 1 ’
e' = f’(Vp~V). (2.10)
Узловые точки
Узловыми точками называются такие точки, в которых угловое
увеличение Wp = 1. Из формулы (2.5а) следует: при Wp = 1, z — f
и г' = /, т. е. передняя узловая точка находится от переднего фокуса
на расстоянии, равном заднему фокусному расстоянию, а задняя узло-
вая точка от заднего фокуса на расстоянии, равном переднему фокус-
ному расстоянию.
Луч, пересекающий оптическую ось в передней узловой точке в про-
странстве предметов под некоторым углом, пересекает в пространстве
изображения ось в задней узловой точке под тем же углом.
- Из формулы (2.6) вследствие = 1 следует, что Vp = W'h, т. е.
линейное увеличение в узловых точках равно угловому увеличению
в главных точках. Пели первая и последняя среды одинаковы, то глав-
ные и узловые точки сие|смы совпадают.
Построение изображения
Если в системе известны положения главных точек и обоих фоку-
сов, то можно определить графически положение и величину изображе-
ния по положению и величине предмета, и наоборот. Ддя этого надо
построить ход двух лучей, исходящих из точки предмета (см. рис. 2.4).
Один из этих лучей направить параллельно оптической оси (у = h =
= Л'), а другой через F — передний фокус. Высоты лучей на перед-
ней главной плоскости переносятся без изменения в знаке и абсолют-
ной величине на заднюю главную плоскость. Первый луч выйдет из
системы через точку — изображение точки — и пройдет через
F' — задний фокус системы. Второй луч, проходящий через F — перед-
ний фокус системы, пересечет переднюю главную плоскость в точке A\-
и выйдет через точку Aff (изображение точки Л/,) параллельно оси по на-
правлению Af[B'. Точка В' — пересечение лучей N{F' и N^B'—есть
изображение точки В. Опуская из точки В' перпендикуляр на оптиче-
скую ось, получим точку А', которая и явится изображением точки А
предмета у = АВ, а отрезок А'В' = у' его изображением. Все попереч-
ные величины при построении условны, так как на самом деле оии бес-
конечно малы.
69
Построение изображения с помощью узловых течек •
Пользуясь построением, основанным па спойстве узловых (или
Главных, если п - п') точек, легко определить: величину изображения
бесконечно удаленных предметом и задней фокальной плоскости опти-
ческой системы; нипранлепне u npoi гранстве изображений любого луча,
если известно его направление и пространстве предметов; найти поло-
жения любых сопряженных точек па сопряженных лучах.
Пространство между главными плоскостями отдельных линз или
сложных компонентов ни для расчета, ни для построения изображения
роли ие играет. Поэтому обе главные плоскости обычно совмещают
Рис. 2.6. Построение изображения точки А±
с помощью узловых точек системы;
/ — ПростриисзВо предметов: // — пространство
И юбрпии ннП
в одну общую плоскость. Однако дли действительного положения изо-
бражения в реальной оптической системе следует учесть алгебраиче-
скую сумму расстояний между главными плоскостями. •
По данному направлению одного из лучей, принадлежащего парал-
лельному пучку, падающему под углом © к оптической оси (рис. 2.6),
требуется определить величину изображения у' в фокальной пло-
скости F' и направление заданного луча в пространстве изображения.
Проведя без преломления через главную точку Н луч //^'параллельно
лучу S(V, получим в плоскости Е' точку М'. Последняя является
изображениембесконечно удаленной точки, образуемым параллельным
пучком, из которого выделены два луча SN и ИМ'. Величина изобра-
жения у' ~ —Г tg w. Отсюда следует, что в пространстве изображения
искомый луч пройдет через точку М' и его направление будет NM'.
Если светящаяся точка А, лежит на луче вне оптической оси, то
ее изображение должно находиться на луче NM'. Поэтому соединяя А,
С Н и продолжая этот луч до пересечения с NМ' в точке А',, можно за-
ключить, что А', есть изображение точки А,. Точка А' на оси есть изо-
бражение точки 'А.
Преломление луча через сферическую
поверхность
В параксиальной области высота Я параксиального луча бесконечно
мала и углы а, е и <р стремятся к нулю (рис. 2.7), поэтому <р = Я/г;
а = Я/s; а' ==• Я/s'; е а — <р; е' = а' — гр; п (а — <р) = п (а' — <р).
Из этих соотношений легко получить нулевой инвариант или ин-
вариант Аббе
п (1/s — Hr) п' (1/s' — Hr), <2.11)
70
n'/s' — n/s — (n' — n)fr (2.1 la)
a'n' — an — h (n — n)/r = /»Ф. (2.12)
Каждая преломляющая поверхность имеет свой инвариант Аббе.
Рис. 2.7. Преломление луча через сферическую по-
верхность
Такие инварианты называются неполными, или частичными [111 J.
Положив в уравнении (2.11а) величину s = оо, найдем расстояние
заднего фокуса от пре-
ломляющей поверхности ТЧ~~' л =п
(рис. 2.8, а, б)
s' = f = п7Ф =
= п'г!(п' — п). (2.13)
Аналогично из фор-
мулы (2.11а) определяется
переднее фокусное рас-
стояние, если принять
s' <xj;
s — f - —nrl(n' — п).
(2.14)
Преломление через
несколько
сферических
поверхностей
Расчет хода паракси-
Рис. 2.8. Определение фокусного расстои-
ния преломляющей поверхности
ального луча через си-
стему, состоящую из k поверхностей заключается в последовательном
применении формулы (2.12) и формулы h/e = Ад--1 — ад [85], т. е.
а..
2.1.2L I Z1i (''! ~”i) -
Hi П-2^ ’
h2 -- hi -- a/lp
_ пдюд , hk (nki-t — n.k)
M «*+1 +
Яд —
71
Из предыдущего расчета (при «1= 0, Sj — —оо) находим: =
= Aft/aft+| = sj.-,. Расчет луча в обратном ходе (Sj = оо) определяет
величину н положенно переднего фокуса.
Оптическая сила системы
Из формул (2.13) н (2.14) следует
f'/f ——п'/п. (2.15)
Эту зависимость вследствие инвариантности формулы (2.16) можно
распространить и на систему, состоящую из любого числа поверхностей.
Отношения — n/f=n'/f’ = <t> называют оптической силой системы.
Большей частью оптическую систему рассматривают в воздухе (п =
— п' = 1) и тогда за оптическую силу принимают величину, обратную
заднему фокусному расстоянию (выраженному в метрах) Ф = 1/f.
Единицей оптической силы является диоптрия. Одна диоптрия
есть оптическая сила системы и воздухе с фокусным расстоянием рав-
ным 1 м.
Инвариант Лагранжа—Гельмгольца
Из формул (2.2), (2.5), (2.7) и рис. 2.5 следует:
ayl ——a’y'f; (2.16)
Й- -P'/'f; (2.17)
при условии, что лучи ЛУ| и У[Л' яплякнся сопряженными и проходят
соответственно через концы I и I'. В соответствии с <|юрмулой (2.15)
выражения (2.16) и (2.17) приводятся к виду
any = а'п'у' = 7; (2.18)
Рп/= Р'п'Г = —71. (2.19)
Инварианты (2.18) и (2.19) имеют большое практическое значение.
Они называются полными инвариантами, так как при прохождении че-
рез всю систему не меняют своего вида и значения. Первоначальные чис-
ленные значения полного инварианта совершенно произвольны. Однако
между этими обоими инвариантами существует очень важная связь
(см. рис. 2.5): I — —Ц или ау = —р/.
Бесконечно тонкая линза
В бесконечно топкой линзе главные плоскости совпадают друг
С другом и с вершинами линз.
Основная формула бесконечно топкой линзы
Полагая s = сю и s' = из формулы (2.20) получим
71ги(„_|;(Л_Д.)_ф. (2.21)
Так как a — h/s п a' » й/s', то формула (2.20) приводится к виду
а' — а -|- ЛФ. (2.22)
72
Система из нескольких линз,
расположенная в воздухе
Наиболее удобный и простой способ определения габаритных раз-
меров системы, расположенной в воздухе, заключается в последователь-
ном применении формул следующих ниже, когда линзы заменены глав-
ными плоскостями (рнс. 2.9) [85]
«А-и = а* ЛаФ*; (2.23)
!ч.ц- hk— (2.24)
Рис. 2.9. Ход параксиального луча через оптическую
систему, представленную главными плоскостями
Если число всех линз равно т, то из формулы (2.23) следует
k~tn
«„..I < «! -I S М/<- (2.25)
к I
i * ,
При aj = 0 и Sj = oo a„i = V Л/Л, «о так как am — hjf' = Л/Ф,
A=1
TO «
ф=т" 2?аФа- (2,26)
Если линзы бесконечно тонкие и находятся в соприкосновении (d = 0),
A—m
то hk = h2 = • • • = hm и, следовательно, Ф= Ф*.
fe=i
Линзы конечной толщины
Для простой линзы, расположенной в воздухе, справедливы сле-
дующие соотношения [71J:
/ ' \ Г1 гг ! ' п гггг
73
нн' — d(ff ——>~i + rf)
n(r2— rt) + (n— l)d ’
Рис. 2.10. Расположение главных плоскостей в основных типах
простых линз
иовных тинах простых линз. Три из них относятся к положительным
(собирательным) линзам f > 0 и три лиизы — к отрицательным (рас-
сеивающим) /' < 0.
Кардинальные величины системы,
состоящей из двух частей
Рассматрппаемаи система может состоять из дпух одиночных линз
конечной толщины пли из дпух сложных компонентов с оптическими
силами Ф( п Фа. Экинпялсптпые переднее и заднее, фокусные расстоя-
Рис. 2.11. Определенно кардинальных пели-
чин ciH |сыы, сосюшцей 111 диух частей
74
ния, положения эквивалентных фокусов в главных плоскостей всей
системы вычисляются во следующим формулам:
]//' = Ф = Фк + Ф2 — d Ф.Ф2;
HtF = - Г (1 - d//i); //-7' Г (1 - d/K);
nji^drn^ //;//'
где d— расстояние от Н{ до Я2 (рис, 2.11).
Ограничение пучков лучей в оптических
системах
Диафрагмы и оправы оптических деталей ограничивают пучки лу-
чей, поступающие в оптическую систему.
Апертурная диафрагма — диафрагма, ограничивающая пучок лу-
чей, выходящий из осевой точки предмета (ограничивает числовую апер-
туру или светосилу прибора).
Входной (выходной) зрачок — параксиальное изображение апертур-
ной диафрагмы в пространстве предметов (изображений) или апертур-
ная дифрагма, расположенная в пространстве предметов (изображений).
Чтобы определить Какая из имеющихся в приборе диафрагм является
апертурной, в пространстве предметов находят положение и величину
изображений всех диафрагм, создаваемых предшествующими им ча-
стями системы. То изображение диафрагмы, которое видно под наимень-
шим углом (из точки Ло предмета, лежащей на оптической оси) будет яв-
ляться входным зрачком системы, а сама материальная диафрагма —
апертурной диафрагмой (рис. 2.12, /).
Апертурный угол в пространстве предметов — угол между опти-
ческой осью и лучом, выходящим из осевой точки предмета и идущим
на край апертурной диафрагмы (о.д).
Апертурный угол в пространстве изображений — угол между опти-
ческой осью и лучом, проходящим через осевую точку изображения и
край апертурной диафрагмы (о^,).
Полевая диафрагма — диафрагма, расположенная в плоскости
предмета или в одной из плоскостей, с ией, сопряженных, и ограничи-
вающая размер линейного поля оптической системы в пространстве
изображений.
Линейное поле оптической системы в пространстве предметов —
наибольший размер нзображемой части плоскости предмета, располо-
женной па конечном расстоянии.
Линейное поле оптической системы в пространстве изображений —
наибольший размер изображения, лежащего на конечном расстоянии.
Угловое поле оптической системы в пространстве предметов .(изобра-
жений) — абсолютное значение удвоенного угла между оптической осью
и лучом в пространстве предметов (изображений), проходящим через
центр апертурной диафрагмы и край полевой диафрагмы.
Главный луч — луч, проходящий через центр апертурной диа-
фрагмы.
75
Виньетирующая диафрагма — любая материальная диафрагма,
кроме апертурной н полевой, которая ограничивает пучки лучей, вы-
ходящих ИЗ точек предмета, лежащих вне оптической оси и вызывает
геометрическое виньетирование (ГОСТ 7427-76).
Входное (выходное) окно — параксиальное изображение виньети-
рующей диафрагмы в пространстве предметов (изображений)1.
Рис. 2.12. Ограничение пучков лучей в пространстве предметов (/)
и влияние виньетирующей диафрагмы (выходного окна) на ограничение
внеосевых лучей в пространстве изображений (II—V): (II — точка
изображения В[ без виньетирования — граничный случай; III —
точка изображения В!г, главный луч проходит вне зоны виньетирования;
IV — точка изображения В'л, главный луч находится в зоне виньети-
рования; V — точка изображения В', при полном виньетировании —
граничный случай)
Геометрическое виньетирование
Под геометрическим виньетированием понимается явление среза-
ния диафрагмой наклонных пучков лучей, исходящих из точек пред-
мет, расположенных вне оси системы. Виньетирование вызывает в изо-
бражении постепенное падение освещенности от некоторой точки пред-
мет к краю поля. На рис. 2.12, / даны: диафрагма Д3 — входной зра-
чок, диафрагма /(, — виньетирующая (входное окно), диафрагма Д2,
кран которой лежш выше луча Л2/<, пе вызывает виньетирования и по-
этому ил дальнейшею рассмотрения исключается. В пределах от
Ранее применявшие», я п-рмкиы «.лиши» !()(.! /•127— 76 отменены.
76
до At будет происходить виньетирование, вызываемое входным окном.
Влияние виньетирующей диафрагмы (выходного окна) на ограничение
внеосевых пучков лучей в пространстве изображений представлено на
рис. 2.12 (II—V). Виньетирование оценивают коэффициентом линей-
ного виньетирования = 2m/2h, где 2т — отрезок в меридиональ-
ной плоскости зрачка для наклонного пучка лучей, а 2Л — отрезок
в той же плоскости для осевого пучка лучей.
Глаз человека малочувствителен к падению освещенности на краю
поля зрения прибора, и виньетирование для 50% глаз практически не
ощущает. В некоторых приборах (перископы, широкоугольные объек-
тивы) в целях уменьшения поперечных размеров оптических деталей
виньетирование допускается до 70% и более.
Положение зрачков
и окон в основных типах оптических систем
В симметричных фотографических объективах апертурная (обычно
ирисовая) диафрагма находится в середине воздушного промежутка,
разделяющего обе части объектива (рис. 2.13). Ее изображение а[Ь[
через переднюю половину объектива является входным зрачком, а изо-
бражение о'К через заднюю — выходным зрачком. Оба зрачка нахо-
дятся в главных плоскостях объектива, поэтому линейное увеличение
в зрачках объектива равно единице. Луч BaJ, направленный в край вход-
ного зрачка, т. е. в точку а\, пройдя компонент I, коснется края диа-
фрагмы (в точке а) и выйдет по направлению СВ'. На продолжении этого
Рис. 2.13. Апертурная диафрагма, расположенная
внутри оптической системы
луча находится точка а', — край выходного зрачка. По мере увеличе-
ния угла (о главного луча последний займет такое положение MPt
при котором вся верхний половина пучка будет экранирована, т. е.
виньетирование достигнет 50%. Оправа компонента / —входное окно
объектива, а ее изображение через нею систему — выходное окно. Если
и оправа компонента II также экранирует наклонные пучки лучей, то
она будет вторым выходным окном, а ее изображение через объектив в об-
ратном ходе — вторым входным окном.
В несимметричных объективах (триплеты, тессары, типа Пецваля
и т. д.) входной и выходной зрачки находятся внутри объектива, вблизи
апертурной диафрагмы.
77
В призменных биноклях входным зрачком является оправа объек-
тива (она же и апертурная диафрагма), выходным — ее изображение че-
рез окуляр. Если выходной зрачок прибора больше зрачка глаза, то по-
следний становится выходным зрачком для прибора, а его изображение
через всю систему в обратном ходе — входным зрачком.
В биноклях Галилея выходным зрачком всегда является зрачок
глаза, входным окном служит оправа объектива.
В большинстве зрительных триб входным зрачком (одновременно
и апертурной диафрагмой) служит оправа объектива. В некоторых си-
стемах входным зрачком является призма или плоское зеркало, стоя-
щее перед объективом.
Соотношение между линейным полем
и светосилой системы
(инварианты Лагранжа—Гельмгольца)
Рис. 2.14. К выводу инварианта Лангрии-
жа—Гел ь м гол ьца
Па рнс. 2.14 дано: ()()' — оптическая ось системы, состоящая из
р числа линз: NNt н A/'A/f - соответственно входной и выходной зрачки,
ограничивающие иоди1ощпГ| п систему пучок лучей, выходящих из
точки Л, изображением которой является точка А'. Произвольные, но
сопряженные точки Р и /’* (ем. рис. 2.5) перенесены в центры Ph Р’ зрач-
ков (см. рис. 2.13), радиу-
сы которых обозначены
через р я р'. На основании
(|н>рмул (2.7) и ' (2.19),
полагая р и р' вместо I и
линейное увеличение
в зрачках Vo = р'/р —
= Рп^Р'Пр. Глаз наблю-
дателя, помещенный в
точку Р, будет наблюдать
предмет у под углом Р,
а его изображение у' из
точки Р' под углом Р'
(система в воздухе и, —
•-* п' --- 1). Отношение
этих углов равно угло-
вому увеличению в зрач-
ках системы Р'/р —
•= 1/И;, « Аналогично этому линейное увеличение для предмета
V— «,/а'— 1/U7. На основании формул (2.18) и (2.19) получаются
два полных инварианта Лагранжа—Гельмгольца:
— • •• — np+i^p+i^p+i* (2.18а)
П)р|Р1 ^iPiPi _ Л2Р2Р2 — • • • — пд+1Рд+1Рд+1> (2- 19а)
причем щ а* —р*Р». Здесь р,, р2, ..., р/, и т. д. радиусы зрачков от-
дельных линз, а поэтому р, и рх, — суть радиусы малых площадок вход-
ного и выходного зрачков для всей системы. Инварианты (2.18а) и
(2.19а) ус .ншилнняют определенные соотношения между линейным
полем и светосилой системы.
78
Видимое увеличение оптических приборов
Под видимым увеличением понимается отношение
Г = tg y'/tg у, (2.27) (
где у — угол, под которым наблюдатель видит предмет невооруженным
глазом; у' — угол, под которым глаз наблюдателя видит изображение
предмета через оптический прибор.
Рис. 2.15. Геометрическое соотношение к определе-
нию видимого увеличения оптических систем
На рис. 2.15 центр глаза наблюдателя помещен в точку О, из кото-
рой предмет у, находящийся от нее на расстоянии k, рассматривается
под углом
У = arctg . (2.28)
Гла। ш|б.'под.'|Т1'.1я, расположенный в точке О', рассматривает
изображение у' с расстояния k' под углом
Из формул (2.28) и (2.29) следует:
Г = tg y7tg у = y'khyk' = Vk!k’. (2.30)
Отрезки fe и k' отрицательны, так как они отсчитываются от центра
зрачка по направлению прохождения света, который всегда идет от пред-
мета пли его изображения к глазу. Вместо формулы (2.30) на основании
рис. 2.15 получим
tg to' е‘ k
lg ш е k' ’
Согласно формуле (2.19а)
п e'k 1
~~ekr~V^'
(2.31)
* (2.32)
Выражение (2.32) представляет окончательный вид общей формулы для
видимого увеличения любой оптической системы.
7»
Видимое увеличение лупы
Выходным зрачком лупы (и апертурной диафрагмой) обычно слу-
жит зрачок глаза (<' //). Из формулы (2.32) про п - п' = 1 следует
Гл = kleVtl. Согласно иыражепшо (2.9)
еИр = /'(^-1). (2.33)
Рассматриваемый предмет находится в переднем фокусе, т. е. г = 0;
согласно формуле (2.2) увеличение V = оо. Поэтому из выраже-
ния (2.33) следует, что eVp = —f. Принимая расстояние наилучшего
зрения для невооруженного глаза k — —250, получим Гл =
= kleVIt = 250//'.
Видимое увеличение лупы,
работающей с аккомодирующим или
аметропическим глазом
В этом случае предмет находится на расстоянии г от переднего фо-
куса /' лупы, а его изображение через лупу — па расстоянии г' от зад-
него фокуса !•" (рис. 2.16). Зрачок глаза, служащий выходным зрачком
лупы, находится на расстоянии г', от F' луны: с — расстояние от зрачка
глаза до изображения у' — есть расстояние, па которое аккомодирует
Рис. 2.16. Определение видимого увеличения лупы,
работающей совместно с аметропическим глазом
глаз, а в случае пметроппческого глаза — расстояние до его дальней
точки. Вели расстояние с выражено в мм, то с = 1000/Д, где А — на-
пряжение аккомодации (пли аметропия глаза во втором случае) в диоп-
триях. Из рис. 2.16 следует
г = гр + ЮОО/ Д. (2.34)
Полстнповка о формулу (2.30) значений k — —250 мм и k' — с —
= 1000/Л, г' из формулы (2.34) и V из формулы (2.2) дает
г Г’()(| ,| (2-35)
111 " /' \ 1 юоо у •
80
При /1 = 0 формула (2.35) переходит в выражение для Го неаккомоди-
рующего глаза (эмметропа): Го = 250//' формула (2.35) принимает вид
Гл —Го +тооо
Если зрачок глаза наблюдателя находится в задней фокальной пло-
скости лупы, т. е. Zp = 0, тогда Гл = Го, т. е. видимое увеличение
лупы не зависит от аккомодации и аметропии глаза наблюдателя.
Телескопические или афокальные системы
Параллельный пучок, попадающий в телескопическую систему, вы-
ходит из нее параллельным. К телескопическим системам относятся
астрономические и геодезические трубы, бинокли, перископы, различ-
ные зрительные трубы.
Простейшая телескопическая система состоит из двух основных
компонентов — объектива и окуляра, причем задний фокус объектива
совмещен с передним фокусом окуляра. Оптическая сила такой системы
равна нулю. Главные плоскости системы находятся в бесконечности.
Так как система находится в воздухе, то из формул (2.6) и (2.8) Q =»
е= VIW = V2; q = V2. Все три увеличения V, W и Q постоянны.
В телескопических системах зрачок глаза совмещен с выходным
зрачком прибора, т. е. е' = k' и е = k. Из формулы (2.32) следует, что
Гт = 1/Vp = 1/V = IV = tg ®7tg т. e. видимое увеличение есть
величина постоянная и равная угловому увеличению системы. Про-
дольное увеличение q = 1/Г,.. Из рис. 2.17 следует, что tg ® = у'//'б
и tg ®' = y'/f’0R.
Увеличение телескопической системы, состоящей из объектива и
окуляра, может быть определено по формуле
гт=/;б//;к=оР/^- • * (2.зб)
Если в систему входит еще и оборачивающая система с линейным
увеличением V, то Г„ =
81
Сложный микроскоп
Кардниальные точки, фокусы, главные плоскости упрощение*
оптической системы, Па рис. 2.18 нрипедена схема оптической системы
микроскопа, состоящего из объектива / и окуляра 2, с указанием
расположения главных плоскостей и фокусов, фокусных расстояний,
а также и расстояния между ее компонентами. С целью упрощения ри-
сунка объектив и окуляр заменены простыми линзами. Как показано на
рис. 2.18, в случае положительного окуляра задний фокус микро-
скопа F' лежит впереди второй главной эквивалентной плоскости Н'
и поэтому заднее фокусное расстояние микроскопа является отрицатель-
ным; тем не меиее его система не эквивалентна простой отрицательной
линзе.
Рис. 2.18. Схема оптической системы микроскопа
При наблюдении нормальным пеаккомодированным глазом пред-
мет совмещен с передним фокусом всего микроскопа. Задний фокус
объектива и передний фокус окуляра находятся друг от друга на рас-
стоянии оптического интервала Ад = —/обУоб. Заднее фокусное расстоя-
ние микроскопа вычисляется по формуле
р __ /об/ок /об^ок
/об + /ок~б/ А"
Расстояние заднего фокуса микроскопа F' от заднего фокуса окуляра
Fok
*!' ~ — foidojЛ0 — /ок/^0-
Соотвегс1пеппо расстоипне переднего фокуса микроскопа от перед-
него фокуса объектива
ZF = focfoc/^O —
Расстояние передней главной плоскости микроскопа от переднего фо-
куса объектива равно
ZH = Zp-f.
Расстояние задней главной плоскости системы микроскопа от зад-
него фокуса окуляра
Дд
82
Апертурная диафрагма ЛД микроскопа расположена в задней фо-
кальной плоскости объектива, а палевая диж|>рагма ПД — в передней
фокальной плоскости окуляра.
Оптическая система микроскопа с осветительным устройством
для проходящего света. На рис. 2.19 приведена принципиальная опти-
ческая схема микроскопа с упрощенной осветительной системой, вы-
полненной по принципу Кёлера. Отдельные ее узлы заменены главными
плоскостями и расположены на одной прямой. Коллектор 2 изображает
источник света / в апертурную ирисовую диафрагму 4 конденсора 5,
который проецирует полевую диафрагму 3 коллектора в плоскость
предмета 6. Выходящие из конденсора параллельные пучки лучей рав-
номерно освещают прозрачный предмет в пределах изображения диа-
Рис. 2.19. Принципиальная оптическая схема микроскопа с упрощен
ной осветительной системой
метра полевой диафрагмы коллектора. После взаимного пересечения на
освещаемом участке предмета пучки лучей расходятся, направляясь
в объектив 7 микроскопа. Угол, образуемый с оптической осью лучом,
выходящим из пситра предмета п направляющимся в край зрачка,
является апертурным углом. Предмет расположен перед передним фо-
кусом объектива микроскопа, который дает действительное, перевер-
нутое н увеличенное изображение предмета в передней фокальной
плоскости окуляра 10 (т. е. в плоскости полевой диафрагмы 9 микро-
скопа). Выходящие из окуляра параллельные пучки лучей попадают
в эмметропический глаз и собираются на его сетчатке, где образуется
окончательное изображение рассматриваемого предмета. Изображение
же источника света получается в задней фокальной плоскости объек-
тива микроскопа, в которой происходит пересечение параллельных
лучей. В этой же плоскости располагается и апертурная диафрагма 8
микроскопа. Еще раз изображение источника света создается в выход-
ном зрачке микроскопа 11, являющемся изображением апертурной диа-
фрагмы 8. Зрачок глаза наблюдателя совмещен с выходным зрачком 11
микроскопа, а следовательно, изображение источника света распола-
гается па зрачке глаза, а изображение рассматриваемого предмета —
иа его сетчатке. Наличие в осветительной системе ирисовых апертур-
ной и полевой диафрагм позволяет раздельно регулировать величину
числовой апертуры и диаметр освещаемого поля зрения.
Видимое увеличение микроскопа. Масштаб изображения. Принято
считать, что увеличением микроскопа называется отношение изображе-
ния, получаемого на сетчатой оболочке глаза при помощи микроскопа,
к изображению того же объекта на сетчатке невооруженного глаза. Прн
этом предмет рассматривается невооруженным глазом на расстоянии
83
наилучшего зрения D = —250 мм; тогда в соответствии с рис. 2.18
увеличение микроскопа будет равно
г 250 Д„ 250 .. р
* м — ~Т~ ь;-----— = vоб* ок*
<м <об /ок
(2.37)
В современных конструкциях микроскопов между объективом и
окуляром, как правило, находятся оптические компоненты, которые,
обладая оптической силой, влияют на увеличение микроскопа.
Приведем формулы расчета увеличения микроскопа для случаев,
когда в нем применяются следующие компоненты:
а) линза, смещающая изображение, даваемое объективом, и уве-
личивающая его в масштабе Ул.с-'
Гм = УобГокУл. с! (2.38)
б) проекционная система (фотообъективы, проективы и т. д.), пере-
дающая изображение, дшшемос микроскопом, на экран, фотопленку и
другие приемники световой энергии с увеличением Упр:
М-ТмУ,,,,; (2.39)
в) окуляр и качестве проекционной системы, передающий изображе-
ние, даваемое объектном, на конечное расстояние (мнкрофотопасадки
типа МФ11) с увеличением Уок:
М = Уо5Уок. (2.40)
Часто при фотографировании с окуляром, увеличение последнего опре-
деляется величиной К — коэффициентом увеличения камеры, тогда
Л4=ТМК, (2.41)
где К — s'/250 (s' — расстояние от задней главной плоскости проек-
ционного окуляра до изображения; например, если s' = 150 мм, то
К = 150/250= 0,6).
При применении в микроскопе микрообъектива, рассчитанного для
бесконечно удаленного изображения, и тубусиой линзы с фокусным
расстоянием л увеличение микроскопа равно
Гм = ft. л^ок//об (2.42)
или
Гм = -^-4у-Г°к = Гоб9«Гок, (2.43)
Л>б
где Гой — 250//<>б— увеличение объектна, соответствующее увеличе-
нию лупы; qx — коэффициент' увеличения тубусиой линзы.
84
При применении тубусной линзы с дополнительными компонентами,
соответствующими условиям а—в [формулы (2.38)—(2.40)], увеличения
микроскопа можно представить следующими формулами:
Гм = —— Vл. <Д’ок> (2.44)
/об
м .-ГмЦ1р ; -~У..РГОК; (2.45)
/об
f' f
М = К, или М = V0K. (2.46)
/об /об
Зависимость между диаметром выходного зрачка и увеличением
микроскопа. Поскольку в системе микроскопа выполнено условие
синусов, то с достаточной степенью приближения диаметр выходного
зрачка микроскопа можно вычислить по формуле [100]
D’p, = 2n sin <зА1ы = 2Af'M. (2.47)
Подставив /и = 250/Гм из формулы (2.37), получим Dpr =
= 500А/Гм. Так, например, если Гм = 500А, то Dp' — 1 мм; при
FM = I000A имеем Dp’ = 0,5 мм.
Линейное поле микроскопа. При визуальном наблюдении линейное
поле микроскопа определяется диаметром того круга в плоскости
предмета, изображение которого заполняет полевую диафрагму оку-
ляра. Чтобы определить величину линейного поля всего микроскопа
в пространстве предметов, необходимо линейное ноле окуляра разде-
лить па увеличение объектива, я п случае применения дополнительных
линзовых компонентов, размещенных в тубусе микроскопа между объ-
ективом и окуляром, — на их общее увеличение. Линейное поле микро-
скопа D = 2у = 500 tg w'/Гм-
Передача перспективы оптическими
приборами
Центром перспективы в пространстве предметов служит центр вход-
ного зрачка, а в пространстве изображений — центр выходного зрачка.
Характер перспективы меняется в зависимости от того, где расположен
входной зрачок системы относительно предмета и самого прибора
[100, 111].
Наблюдение предметов через лупу. 1) Нормальная перспектива —
зрачок глаза расположен между лупой н се задним фокусом; предмет,
более близкий к лупе, виден под бблыпим углом, чем предмет более да-
лекий. 2) Гиперцентрическая перспектива — зрачок глаза расположен
за задним фокусом лупы; предмет, более близкий к лупе, виден под
меньшим углом, чем предмет более далекий. 3) Телецентрическая перс-
пектива — зрачок глаза совпадает с задним фокусом лупы; в простран-
стве предметов главные лучи идут параллельно оптической оси, т. е.
входной зрачок расположен в бесконечности. Такой ход лучей назы-
вается телецентрическим и имеет большое практическое значение
85
в измерительных приборах, так как устраняются ошибки измерения
при установке на резкость |>00].
Лилейное поле зрения лупы 2у =- где D — световой диа-
метр лупы, /'р — расстояние зрачка глаза от лупы.
Естественное впечатление
11з рис. 2.15 следует, что tg <о — —yle\ tg у' = — y'/k'. По условию
естественного впечатления требуется, чтобы <о = у'. Следовательно,
у!е~ у’Ik', откуда Не = y'lyk' = Vfk'. Принимая во внимание фор-
мулу (2.30), Г = kle. При фотографировании далеких предметов (ланд-
шафтная съемка) можно положить е — k. Тогда для получения есте-
ственного впечатления от такого снимка требуется Г= 1. С другой
стороны, из формулы (2.36) следует: для того чтобы Г = 1, необходим^
/' = 250 мм. Если f < 250 мм, то для получения естественного впечат-
ления от снимка прибегают к увеличительному стеклу.
Положив видимое увеличение Г = 1, из формулы (2.36) найдем
условие естественного впечатления от изображения иа экране k' =
= где k' — расстояние от экрана до глаза наблюдателя, рас-
сматривающего изображение; f — фокусное расстояние киносъемоч-
ной камеры; М — масштаб изображения, даваемый проекционным
аппаратом.
Пример. Дано: Ь — ширина кадра (ширина изображения на плевке)
равна 22 мм; == 100 мм; В — ширина экрана. Тогда k' — М]'к ==
= Bl^b В100/22 4,5В.
Общие формулы для светосилы
оптического прибора
Светосилой оптического прибора принято называть величину,
характеризующую освещенность изображения.
Входящий в оптическую систему световой поток, заполняющий
входной зрачок (см. рис. 2.12), вычисляется по формуле | ЮС 1
Ф = пВ dS sin2 о ..
Л
Выходящий из системы световой поток равен
Ф' = тФ = т/t dS sina оЛ, (2?48)
где т — коэффициент пропускания системы; В — яркость элементар-
ной площадки dS, расположенной на оптической оси иернеиднкулярио
к последней; од — апертурный угол в пространстве предметов. Вели-
чину выходящего светового потока можно вычислить по формуле
Ф = лВ' dS sin 'Од,,
где Од, — апертурный угол в пространстве изображения; В" — яр-
кость изображения элементарной площадки dS'. Так как В' = п'\в1п*,
то
,2
Ф - л ъВ dS' sin1 оА>. (2.49)
Световой поток, излучаемый плошидкой d.S, распределяется в про-
странстве изображений ио площади dS'. Величина светового потока,
86
при годящего на единицу площади, определяет освещенность в про-
стране гне изображения. Вследствие этого величина светосилы [ 111JН —
li dS'. Из формулы (2.48) Н = лт d S sin2 o^ldS', но так как
dS'/dS = V, sin Од, = sin оА/И, следовательно,
Н = nx(sin oa/F)2 == ят зш2Од,. (2.50)
Светосила оптического прибора
при малой передней апертуре
(объективы зрительной трубы, фотографические
объективы для ландшафтных съемок и т. д.)
Подстановка в формулу (2.50) значеиий'зш ад == Dpl2e ng — лт/4
дает Н = g (Dp/eV)2; приняв во внимание (2.9) и n = n' = 1, получим
/ \2 / Dp \2
• (251)
Для бесконечно удаленных предметов V = 0 из формулы (2.51) получим
Выражение для физической светосилы объектива Н = g (Dp/f^.
Если положить g = 1, тогда Нв — [Dp/f^ представляет собой
квадрат относительного отверстия и характеризует геометрическую све-
тосилу объектива. При съемке предметов с конечного расстояння свето-
сила уменьшается. Например, при репродукции снимка в масштабе
V = —1 симметричным объективом (Vр = 1) из формулы (2.51) полу-
чим И = 0,25g (Dplfoef, т. е. светосила уменьшается в четыре раза по
сравнению е той, когда s1 = оо. Квадрат диаметра выходного зрачка Dp,
зрительной трубы принято называть относительной светосилой трубы.
Пример. Определить величину светового потока, поступающего
на фотокатод ФЭУ, от имитатора неба (яркость 20 000 кд/м2) через объ-
ектив с фокусным расстоянием Г «- 100 мм и Dp-~ 50 мм, если диаметр
фотокатода <5кат 8 мм и свеюнропускание оптической системы т=0,8..
Решение. Применим формулу (2.49). Так как оптическая си-
стема, передающая световую энергию на фотокатод, расположена
в воздухе, то n — п’ — 1. Найдем площадь фотокатода; dS' —
=я rf^ .T /4= 0,5-10" 4 м2; выходная числовая апертура объектива (уве-
личение в зрачках V — 1) равна sin о’А' = D'pf2f'o6 = 0,25; по фор-
муле (2.49) найдем Ф’ = 0,16 лм.
Светосила оптического прибора
при малой задней апертуре
(проекционные приборы, осветительные
системы, прожекторы и др.)
Подстановка в формулу (2.50) величины sin а^. — '2е' дает
II лгО;,'/4с'2 =, tS’/'e'-, (2.52)
где Dp. и S' — соответственно диаметр и площадь выходного зрачка,
ё — расстояние от выходного зрачка до плоскости изображения.
Освещенность, создаваемая действием прожектора, вычисляете!
по формуле Манжеиа
Е = xCS'/e'2. • (2.53)
87
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОПТИЧЕСКИХ
ПРИБОРОВ
Согласование разрешающей способности
прибора с разрешающей способностью глаза
Предположим, что изображение у получается такой величины,
что оно из точки О', являющейся центром зрачка глаза, рассматривается
под углом у', равным е — предельному углу разрешающей способ-
ности глаза. Угол (01; под которым находящийся на пределе разрешения
предмет у виден из центра входного зрачка прибора, является также
предельным углом о>. Главный луч в пространстве изображения при
этом образует угол <£>' ~ <£>’ (см. рис. 2.15). Пользуясь рис. 2.15, можно
определить в линейной мере величину предмета, находящегося на гра-
нице разрешения: у — —/ге/Г. В случае лупы или микроскопа k =
= —250 мм (в в рад), тогда у ~ 250 е/Г -= /'е.
Для прибора дальнего действия (зрительные трубы, бинокли и т. д.)
удобнее выражать разрешающую способность через угол со, являю-
щимся предельным углом разрешающей способности всей системы, со-
стоящей из прибора и глаза наблюдателя: <£> = /ге/Гте. Так как для при-
бора дальнего действия k — е, то со = е/Гт.
Пример. Призменный бинокль имеет Гт = 15х. Если принять
е = Г, то в) 60'715 — 4 с.
Па разрешающую способность прибора влияет кроме разрешаю-
щей способности глаза еще н степень коррекции аберраций оптической
системы. В фотографических объективах разрешающую способность
принято определять числом линий N на 1 мм. Теоретически Л/т =
= 1/1,22КЛ, где K=(f'/Dp)—диафрагменное число; если А =
= 0,5 мкм, тогда N «э 1600/К. Практически разрешающая способ-
ность зависит от аберраций фотообъективов и свойств фотографических
слоев. Так, например, у высокочувствительных крупнозернистых эмуль-
сий разрешающая способность равна 40—50 линиям на 1 мм, у мелко-
зернистых 100—150, у фотоматериала специального назначения 200—
800. Как правило, разрешающая способность сиссмы, состоящей из
фотографического объектива и светочувствительного слоя, значительно
меньше, чем теоретическая разрешающая способность объектива (емс
табл. 4.50—4.53).
Дифракционная разрешающая способность прибора
Явление дифракции от краев диафрагм, ограничивающих пучок
лучей, вызывает понижение разрешающей способности. Наименьшее
расстояние между двумя светящимися точками (или линиями), которые
еще могут быть различимы, является мерой разрешающей силы. Для
определения предела разрешения микроскопа применяются тест-
объекты (диатомеи), для зрительных труб и фотообъективов — штри-
ховые миры. При визуальном испытании контраст светлых и темных
полос — решающий фактор. На рис. 2.20 даны изображения двух то-
чек, частично ц.'1лага1ощнхся одно на другое. Картина распределения
освещенности нредс|;шлепа штриховой линией с некоторым минимумом.
Разность между этим минимумом и соседним максимумом составляет 5%
и является для глаза предельно допустимой. Эта разность в освещен-
88
пости соответствует наименьшему расстоянию между двумя точками
определяемому в оптических единицах значением [85]
%! = 2лг'= 3,3, (2.54)
где г' — расстояние между центрами изображения двух точек (или
двух прямых линий), соответствующее угловой величине аДИф. На
рис. 2.20 показано, что адиф — z'/f'o6-, а'А, = Dp/2f'o6, где Dp — диа-
метр входного зрачка объектива телескопической системы; f'o6 — фо-
кусное расстояние объектива. При х, — 3,3 из выражения (2.54) полу-
чим аДИф — 1,05X/L>p. Если X — 0,000550 мм, то аД)1ф в секундах дуги
составит
ссдиф ~ 120 /Dp, (2.55)
где Dp — выражается в миллиметрах.
Рис. 2.20. Определение дифракционного преде-
ла разрешения оптической системы
По формуле (2.55) можно определить разрешающую способность
глаза. Так для диаметра входного зрачка глаза £>гл = 0,5 мм, адиф —
— 4'. Если £>гл = 2 мм, то адиф = Г. При £>гл > 2 мм разрешающая
способность глаза вследствие физиологических свойств не увеличи-
вается.
Предел разрешения микроскопа определяется дифракционными яв-
лениями, возникающими в плоскости предмета,, микроструктура ко-
торого действует на световые волны подобно дифракционной решетке.
Максимальная разрешающая способность микроскопа при косом осве-
щении определяется по формуле [100]
Pl А,
Аоб + Ай~“2А^’ <2’56)
где Аоб И А/г — соответственно числовая апертура объектива и кон-
денсора микроскопа.
Чтобы полностью использовать разрешающую способность микро-
скопа, определяемую формулой (2.56), необходимо иметь соответствую-
щее полезное увеличение микроскопа. Это увеличение должно быть на-
столько большим, чтобы наименьшее разрешаемое микроскопом расстоя-
ние с/Диф составляло в пространстве изображений микроскопа угловую
величину, не меньшую, чем предельный угол разрешающей способ-
ности глаза наблюдателя е = dVM/k. Подставив в эту формулу
89
«качениеd из (2.56) и k — —250 мм, найдем Гм —250'0,00029г А/0.5Х—
= —в Л/6.9Х (где е выражается в минутах, X — в миллиметрах). Пола-
гая величину в в пределах от 2 до 4', получим
Л/3.45Х < | Гм | < Л/1.72Л-; (2.57)
для видимой области спектра (X = 0,000589 мм)
500А < |ГМ|< 1000А. (2.58)
Значения Гм, удовлетворяющие неравенству (2.58), называются
значениями Полезного увеличения микроскопа.
Полезное увеличение телескопической системы определяется из
условия, что разрешающая способность телескопической системы может
быть использована глазом наблюдателя в полной мере, т. е. что угловое
расстояние между изображениями двух точек за окуляром должно
быть не меньше определенной величины, например Г. При таком усло-
вии разрешающая способность системы определяется разрешающей спо-
собностью объектива. Из формул (2.27) и (2.55)
адиф ~ адифГт ~ *2°
Если адиф — 8= 1', то Гт = 0,5Dp называется полезным увеличением
зрительной трубы. Чтобы увеличить угловое поле, яркость и диаметр
выходного зрачка системы в большинстве случаев принимают Гт <
< Dp (Dp в мм).
Полезное действие зрительной трубы определяется коэффициентом
L = b'ib, где Ь — острота зрения невооруженного глаза, о — острота
зрения глаза, вооруженного зрительной трубой при тех же условиях
наблюдения. Как принято в физиологической оптике Ь — 1/е и
Ь' — 1/г (е и е — угловые размеры в минутах наименьших деталей объ-
екта, разрешаемых соответственно невооруженным и вооруженным
глазом).
Для реальных приборов отношение полезного действия к увеличе-
нию Гг, т. е. N — Ь/Гт, называемое коэффициентом использования
увеличения, всегда меньше единицы. Коэффициент N определяет рацио-
нальность выбора основных оптических характеристик зрительной
трубы применительно к заданным условиям наблюдения.
ГЛУБИНА ИЗОБРАЖАЕМОГО ПРОСТРАНСТВА
Глубина изображаемого пространства определяется допус1имс.й
величиной кружка рассеяния г' в плоскости изображения. Допустим..я
величина г' зависит от назначения оптической системы и условия наблю-
дения. Плоскости, названные на рис. 2.21 передней и задней плоско-
стями, ограничивают то пространство, которое изображается еще резко
при фокусировке объектива на плоскость наведения. Кружки рассея-
ния в изображении должны быть видны наблюдателю под предельным
углом р, величина которого колеблется в зависимости от условий на-
блюдения от I до 4'. Действительный диаметр кружка рассеяния при
наблюдении с условного расстояния г' — 250 tg в = 250 sin е. —
= 250г. Чп Г, Кружок рассеяния г', спроектированный обратно на
плоскость павстеппя, ранен z г'/И (V -- масштаб изображения или
линейное увеличение). Расстояние между передним й задним планами
90
Л) 4- Д2 определяет геометрическую глубину резкого изображения и
вычисляется по формуле
Тт = Aj + Д2 « 2е4г/П,
где Aj = е®е/(£>4-ее); Д2 = г2е/(£> — ее); е выражается в радианах;
е — расстояние от входного зрачка до плоскости наведения.
Если снимок будет получен контактным печатанием с негатива, то
необходимо, чтобы на негативе все кружки рассеяния не превышали
допустимой угловой величины. Поэтому г < ek (k — расстояние, с ко-
торого будет рассматриваться снимок). Чтобы при этом восстановить
правильную перспективу предметов, расстояние k должно бить равно
фокусному расстоянию примененного объектива. При этом условии
г = /'е и z — z'IV = ft/V = ее; е} — De/(D 4~ ее); е2 = Dei{D — ее).
Рассмотрим следующие случаи <|юкусировки.
1. Если фокусировать на бесконечность (плоскость наведения е =
— оо), то е2 = Pit.
2. Если фокусировать так, чтобы задний план был в бесконечности
(<’2 = ею), -то е2 = £>/2е, т. е. в последнем случае расстояние до перед-
него плана вдвое меньше, а глубина, следовательно, больше. Поэтому
выгодно фокусировать не на бесконечность, а на плоскость Д2. Эту
плоскость называют началом бесконечности, так как дальше нее все
точки пространства изображаются в фокальной плоскости резко. Диа-
фрагмированием объектива можно увеличить глубину и приблвзить
начало бесконечности.
Если фотографирование производится короткофокусным объекти-
вом и снимки получаются увеличением негатива в М раз, то допуск
на диаметр кружка рассеяния на негативе должен быть уменьшен
соответственно в М раз. В этом случае г' < f't/M, г = ее/Л4; '
Ре
е* ~~ D -ф ее/Л1
Ре
£* ~ D— №/М ’
9)
Глубина резкости телескопической системы
Глубина резкости, выраженная в диоптрийной мерс, телескопиче-
ской системы, у которой зрачок глаза действует как апертурная диа-
фрагма, равна глубине изображения глаза 7’1Л 1/3,5/),л, уменьшен-
ной в Г, раз
7 г / гл/| т - 1 /3,5ПглГт. (2.59)
Это равенство справедливо и в том случае, когда увеличение телескопи-
ческой системы больше нормального, т. е. когда диаметр выходного
зрачка прибора меньше зрачка глаза. В этом случае в формулу (2.59)
вместо DrJI глаза подставляется диаметр выходного зрачка прибора Dp'.
По сравнению с глубиной аккомодации глубина изображения в теле-
скопической системе очень мала, так же как и в лупе.
Глубина резкости лупы и микроскопа
Глубина резкости лупы вычисляется по формуле
т _ п
ti' Ргл
2-2502е
Гл°гл
(2.60)
где /?,.л — диаметр зрачка глаза; f — фокусное расстояние лупы.
Если для лупы принять в среднем £>гл = 3 мм и е = Г (0,00029 рад), то
Тл — 12,5/1'л мм.
Исключив из формулы (2.60) /), ,, и [' с помощью формул (2.37)
и (2.47), глубину резкости микроскопа (мм) можно вычислить по фор-
муле
Ти = ^°-. (2.61)
и
Так как в пределах полезного увеличения микроскопа диаметр
выходного зрачка D'p,^ 1 мм, то при определении глубины резкости
в микроскопе следует исходить из волновой теории света (дифракции)
т
1м - 2да
Глубина резкости при аккомодации глаза
В приведенных выше случаях предполагалось, что глаз наблюда-
теля аккомодирован на определенную плоскость. Однако глаз может
аккомодировать ог своей ближней точки до дальней (Л = 1/ар — 1/а^).
Полому глубина резкости изображаемого пространства должна быть
увеличена с учетом и глубины аккомодации.
Для лупы и микроскопа глубина аккомодации в пространстве
предметов (мм), сопряженная с границами области аккомодации нево-
оруженного глаза, может быть вычислена по формуле
/250 у а /м
' \ Гм ) 1000 ~ 1000
где А —объем а к комод, щи и ih.ii.i, (дшр).
92
Объем аккомодации для нормального глаза (эмметропа) при ар =
= 250 мм составляет 4 дптр, тогда Ти = 250/Г2 = 0,004/'2, где f —
заднее фокусное расстояние системы (мм). У лупы и микроскопа область
аккомодации распространяется от передней фокальной плоскости всего
прибора, оптически сопряженной с дальней точкой нормального глаза,
в направлении к прибору.
Если изображение проецируется на экран или матовое стекло, то
Та = 0. У зрительной трубы, установленной на бесконечность, дальная
точка лежит на расстоянии (м) а'к = о^Г2 от входного зрачка.
У всех приборов глубина аккомодации обратно пропорциональна
квадрату увеличения. Опа играет существенную роль у приборов с ма-
лым увеличением в основном у слабых лун. Следует помнить, что
изменением аккомодации нельзя получить резкое изображение всех
предметов, расположенных в пределах глубины Та одновременно.
АБЕРРАЦИИ ЦЕНТРИРОВАННЫХ СИСТЕМ
Вследствие аберраций оптической системы точка объекта изобра-
жается в виде фигур рассеяния, а прямые линии — нерезкими и искрив-
ленными. Существует семь основных аберраций. Две из них — хрома-
тические (продольная хроматическая аберрация, или короче — хрома-
тизм положения и хроматизм увеличения), остальные пять относятся
к монохроматическим аберрациям. Монохроматические аберрации можно
разбить на аберрации широкого пучка (сферическая и кома) и полевые
аберрации (астигматизм, кривизна поля и дисторсия).
Аберрации третьего порядка.
Коэффициенты Зейделя
При расчете оптических систем широко применяется теория абер-
рации третьего порядка [85, 86, 100, 102].
Поперечные аберрации третьего порядка для плоскости предмета,
расположенной на конечном расстоянии, можно представить по степеням
заднего апертурного угла при условии нормировки ар = 1; /г, = ад;
= 1; Hi (высота пересечения второго параксиального луча
с поверхностью):
—2п' kgr == Q1 ф- ф* ) Sj ф- (3oz2 ф- ф/2) (OjSj I ф-
ф- о'<о/2 (3S„j ф- Z2Sjy) ф- (DjSyj
—2n' AG' = ф' (о'2 ф- ф'2) S] ф- га'ф'ю^цф-
Ф- фо2 (S|U -h /2S|V),
(2.62)
где I = п^е^, er — ty — sx; &gP и AGP — аберрации в меридиональном
и сагиттальном сечениях соответственно.
93
Поперечные аберрации по степеням координат т, и Мг на входном
зрачке, когда плоскость предмета расположена на бесконечности (at=T)I
—оо) при условии а'р = I; hi = I; t, = Ht\ I = —n = —i:
1
4- ffljWj (3S1[loo + S1V) -|- (o',/ SVoo;
o„, Mi + Ml) c Zn^M&i c
—in до — —j n«> 4- j-’ *п<» +
4-Afj®^ (^П1~ + ®iv)*
(2.63)
Здесь S|, S||, Shi, Siv, Sy — соответственно поверхностные коэффи-
циенты, сферической аберрации, комы, астигматизма, кривизны поля и
дисторсия третьего порядка.
Pk = (^)26(aftW)==r*'$r;
= =rfr/f (при S| =оо) 6P* = P*-₽ft;
М» = — ; ’ = Wk = C0l,st:
h;, — высота пересечения c ft-ii поверхностью первого параксиального
луча; nlf и п], — углы с осью первого параксиального луча до и после
преломления с /г-ii поверхностью (проходящего через точку предмета,
расположенную на оси (рис. 2.5)]; р^ и Р^ — углы с осью второго парак-
сиального луча (проходящего через центр входного зрачка).
Коэффициенты аберраций третьего порядка
бесконечно тонких компонентов
В бесконечно топких компонентах Ли// постоянны. Принято обозна-
чать через Р* и IF* .тиичепне сумм Р;* и 1FJ во всем поверхностям Pro
компонента. Положив 2 (<|’/л) - л/, где ip — приведенные оптические
94
сады линз i’-го компонента, из (2.64) можно получить для т тонких
компонентов формулы
т т т '
5и=^н/{-/
I i 1
m tn tn
tn
siv 2^ф'л';
i
Из формул (2.65) вытекают два важных следствия.
1. Плоскость предметов находится на конечном расстоянии («1 0)
SI==S1yp*; —V (tj—sJW*-,
glll=-4r^-2(/1-S1)-b-r*+ .Y^-Sl)8 (1_V);
sik 5i Ъ
•$iv - --y(’ — i7); л- (2.66)
+ ('1-*1)а(-|-)2(3 + л)(1-У),
при условии a, = V; ht = s, V; = Ht; & = 1; I = n.r (t, — sj V.
2. Плоскость предмета бесконечно удалена (а, = 0, з, == —ос)
S.=P; S..=t.P + W-, S... = t2pJr2t,W-Jr 1;
SIV = n; SVc. = <?P + 3f2r + f1(3 + n) (2.66a)
при условии а, = 1; Л| — 1; fit •-= 1; /( — 1Ц; I = —nt — —1 . Если
плоскость входного зрачка совпадает с тонким компонентом tt = 0, то
5|оо = Р; St,. - w: -s’ni« ; I; s,v. SV~= 0; т- e- астигматизм,
определяемый коэффициентом Sm, не поддается исправлению и имеет
постоянное значение; дисторсия равна нулю.
Параметры Р и W (характеризуют аберрации тонких компонентов
в случае а, = 0 и s, = оа) и Р* и W* (в случае а, =^= 0) имеют линейную
зависимость: Р = [Р* — 4аW* + а (а'—а) Ц(4 + 2л) а + —
— а)я; IF = [IF* — а (а' — а)(2 4- л)[/(а' — а)3; величины Р, W
%
и п называются основными параметрами [85, 86]. Они зависят только от
внутренних элементов компонента (радиусов поверхностей и от показа-
телей преломления стекол) и полностью определяют все пять аберраций
третьего порядка монохроматического луча. Практически я = 0,6-t-0,7.
Сферическая аберрация
Продольной сферической аберрацией называется разность по опти-
ческой оси отрезков s;' для лучей, выходящих из точки на оси и падаю^
щих на входной зрачок системы на высоте Л* (например, лучи 1, 2^
Рис. 2.22. Сферическая аберрация линзы. Образование каустики
на рис. 2.22, а), и Sq — для параксиального луча, т. е. As' = s'k — s'o.
Продольная сферическая аберрация может быть выражена четной функ-
цией переменной а или h [85, 86, 100, 102J
Ах'ф = аа'2 Ьа'4 -ф со'6 -ф • •,
где а, Ь, с и т. д. — соответственно коэффициенты аберраций третьего,
пятого и седьмого порядков. При наличии сферической аберрации строе-
ние преломленного пучка остается симметричным относительно опти-
ческой оси. Поперечная сферическая аберрация равна Дф = As^ tg o'.
Согласно формуле (2.62) поперечная сферическая аберрация третьего по-
рядка Д£[[1(.ф=—o^S^n’, а формуле (2.63) Д^[11сф= —
Поверхность, огибающая лучи, называется каустикой (рис. 2.22, а).
В рассматриваемом пучке существует наиболее узкое место каустики,
соответствующее наименьшему пятну рассеяния, где верхний луч пере-
секается с нижней ветвью каустики. Расчет распределения энергии
в изображении иоказынает, что наялучшая плоскость установки, в кото-
рой получается наиболее резкое изображение, нс совпадает с плоскостью
наименьшего поперечного сечения каустической поверхности. Построив
график поперечной сферической аберрации, можно с его помощью
определить такую плоскость установки, в которой кружки рассеяния
96
наименьшие (рис. 2.22, б). Для этой цели из начала координат прово-
дится прямая аа' таким образом, чтобы кривая поперечной сферической
аберрации вправо и влево от нее имела одинаковые отступления.
На рис. 2.22, б смещение плоскости установки определяется углом
<р — наклона прямой аа' относительно оси ординат. Величина смещения
(дефокусировка) плоскости установки параксиального изображения
| = Ag'/o'. Кружки рассеяния будут определяться расстоянием точек
кривой до прямой аа'. Практически удобный способ нахождения на-
клона прямой, определяющей величину смещения плоскости установки,
в которой кружки рассеяния наименьшие, заключается в следующем:
проводят дне касательные к кривой поперечной сферической аберрации,
построенной симметрично относительно оптической оси. При этом каса-
тельные должны проходить через конечные точки В и В' кривой ВОВ'.
Прямая, проведенная параллельно касательным и проходящая через
начало координат О, будет искомой прямой аа', (Для определения на-
клона прямой аа’ можно.ограничиться одной касательной.)
Кома
Под комой понимают асимметрию широкого наклонного пучка,
вышедшего из точки предмета вне оси, по отношению к главному лучу
пучка [12, 100]. На рис. 2.23 показан один нз случаев меридиональной
комы. Главный луч ВР пучка пересекает плоскость изображения на
высоте у'гл. Верхний и нижний лучи, проходящие входной зрачок на
Рис. 2.23. Строение широкого меридионального пуч-
ка лучей; возникновение комы
высоте ±т, пересекают плоскость изображения на расстоянии у'+1п
и у'_т от оси. Величина меридиональной комы k = (^y'+m~t~ ylm)/2 — У'гл-
Йрн наличии комы внеосевая точка предмета изобразится в виде пятна
рассеяния, по форме напоминающего комету с ярко освещенной верши-
ной и довольно широким хносгом, плотность энергии в котором быстро
убывает. Например, яркое пятно будет расположено в точке В’о, а хвост
направлен в сторону от оси (внешняя кома). Из формулы(2.62)мери-
диональная кома третьего порядка (ф' = 0) равна &g'k — —Зо'2й>15[[/2/г'
Встречаются различные случаи сочетания комы со сферической
Долевой аберрацией. На рис. 2.24 схематически даны три случая строе-
ния пучка лучей в пространстве изображений [12].
4 В. А. Памов и др. 97
1. Сферическая полевая аберрация и кома (k = 0) исправлены
(рис. 2.24, о). Лучи и D't В'„ пересекаются в точке В'о, находящейся
в гауссовой плоскости изображения.
2. Кома исправлена, но имеется полевая сферическая аберрация»
так как лучи D'rB' и D'.2B’‘, симметричные главному лучу Р'В'№, пере-
секаются вне гауссовой плоскости изображения (рис. 2.24, б).
Рис. 2.24. Различные случаи сочетания аберраций
в меридиональном сечении
3. Полевая сферическая аберрация исправлена, но имеется кома
«в чистом виде» (рис. 2.24, в).
На рис. 2.25 показана графически структура пучка лучей, соответ-
ствующая случаям, изображенным на рис. 2.24. Обычно по оси ординат
откладывается величина mt (или 102о'), а по оси абсцисс — у' (или
= у' — у£.
Рис. 2.25. Графическое представление аберрации в
меридиональном сеченни
Условия синусов 1
При невыполнении условия синусов элементарный отрезок, перпен-
дикулярный к оптической оси, изображается лучами, проходящими
центральную и краевые зоны системы, с разным масштабом (A'B'k
1 Условие синусом необходимо для получения резкого изображения бес-
конечно малого плоского ^лемгнтл, расположенного около оптической оси и
перпендикулярного к последней.
А'В'а), вследствие чего изображения получаются нерезкими
(рис. 2.26). При выполнении условия синусов оптические пути всех
лучей одинаковы; лучи пересекают плоскость изображения на одной и
той же высоте. Из этого следует пр — n'q' или пр — ndy sin а, л V =»
= n'dy’ sin o', т. е.
ndy sin а = n'dy' sin o', (2.67)
где dy — длина изображаемого отрезка; dy' — его изображение; <т
й а' — углы, образуемые с осью до и после преломления через систему
ёопряжениых лучей, идущих из точки на оси предмета; лип' — показа-
8
УТ
А
Аг
Рис. 2.26. Разность
увеличений, даваемых
различными зонами
Линз (а), и ее у стране- •
ние путем выполнения
условия синусов (б)
•У
толи преломления сред, в которых расположены предмет н изображение.
При п == л' » 1 из формулы (2.67) следует
dy'/dy — sin o/sin o'. (2.68)
Правая часть формулы (2.68) должна быть величиной постоянной
для всех углов она' сопряженных лучей осевого пучка и равняться
линейному увеличению для параксиального луча (101, 111]. Величина
6 sin = ( vSi" ff ,-Л=4г- (2,69)
\ V sin о' / V ‘
определяет отступление от условия синусов. В случае бесконечно удален-
ной плоскости предмета условие синусов принимает вид
Aj/sln а = f’o = const, (2.70)
где /<; = ftj/a' — фокусное расстояние, вычисленное по параксиальному
<учУ-
Апланатические точки преломляющей
поверхности
Две сопряженные точки, расположенные на оптической оси системы,
для которых устранена сферическая аберрация н соблюдено условие
синусов, называются апланатическими точками, а сама оптическая
Система — апланатической.
4* ,4»
Сферическая преломляющая поверхность может иметь три пары
сопряженных апланатических точек.
Первая пара: обе точки совпадают с вершиной поверхности s =
<= s' = 0, линейное увеличение |/ - I.
Вторая пара: обе точки совпадают с центром кривизны, т. е. s =
= s' = г, V п/п’.
Третья пара: сопряженные точки расположены па расстояниях s
и s',
П' 4~ п , п’ 4- п п / п X-
S —---!— г; s =-------— г = —- s; V = ( —т-) .
п п п \ п )
В первой и третьей парах астигматизм отсутствует, во второй паре
астигматизм не равен нулю.
Формы апланатических менисков
Существуют четыре формы апланатических менисков, которые
дают апланатпческое изображение точки па оси при больших апертурах
вплоть до предельных.
Первая форма. Передняя поверхность
аплаиатичпа к положению предмета, центр
второй поверхности совпадает с центром
изображения от первой поверхности (рис.
2.27, а). Мениск действует рассеивающе
(выходная апертура больше входной). Его
Рис. 2.27. Формы апланатических менисков
радиусы Г] = Sj/(n + 1); г2 = st/n — d; линейное увеличение V — 1/aj
фокусное расстояние
_ 1_______—nd
~ п — 1 Sj — d (п 1) Sj’
Вторая форма. Коццейтрические мениски — центры обеих поверх-
ностей совпадают с центром предмета (рис. 2.27, б).
100
Третья форма. Обе поверхности действуют апланатически. Выхо-
дящий пучок смещается параллельно входящему (рис. 2.27, в)
ri = siKn "Ь i); r2 — (si — nd)l(n + 1); v — 1,
,, ns, — nd
= .....................-S1-
Четвертая форма. Центр передней поверхности совпадает с цен
тром предмета, вторая поверхность аплапатичпа к предмету (рис. 2.27, г)
Для первой поверхности Sj = s] — г,; Ух = 1/п;
для второй поверхности s2 = гу — d\ r2 — ns.2/(n + 1); s2 = ns2
V2 = n2.
Линейное увеличение мениска
в сопряженных точках А и А' равно
V = п, фокусное расстояние
,, __ п2 s — d
п — 1 d + nsi
выходная апертура sin о3 = sin cFj/У =
— sin о,In. Мениск действует соби-
рающе. Так,например, мениск из марки
стекла ТК16 (по = 1,6126), снижает
апертуру выходного пучка в 1,6126
раза. Три апланатических мениска,
установленных последовательно один
аа другим будут иметь выходную
апертуру sin о., я!п о(/ля. Однако
ЧИСЛО примененных яплипитичсских
Рис. 2.28. Построение апла-
натических точек
менисков о! рппнчепо тем, что эти мениски становятся толстыми,
а радиусы их поверхностей малыми. Поэтому практически невы-
годно последовательно применять более трех менисков.
Апланатические мениски не дают действительного изображения.
Чтобы получить действительное изображение необходимо иметь по
крайней мере одну неапланатическую поверхность. Апланатические
поверхности играют большую роль в конструкциях сильных микро-
объективов, у которых входная апертура доходит до 0,95 в сухих систе-
мах и до 1,5—1,6 в иммерсионных.
На рис. 2.28 показано построение апланатических точек Л и А'
для преломляющей сферической поверхности с радиусом г < 0 и отде-
ляющей две среды с показателями преломления п = 1,5 и п' — 1
(воздух). Радиусы окружностей, концентричных преломляющей по-
верхности M0N (г = СО), равны СА — п'г/п и СА' — пг/п'. Незави-
симо от величин углов о все лучи, вышедшие из точки А, находящейся
на расстоянии s = 5г/3, преломляясь на сферической поверхности M0N,
проходят через сопряженное с точкой А мнимое изображение А', находя-
щееся на расстоянии s' — 5г/2. Линейное увеличение в апланати-
ческих точках А и А' равно V — п“ = 1,5® = 2,25. Конструкция
таких менисков применяется в иммерсионных микрообъективах
[89, 100].
101
Изопланатическое изображение элементарной
поверхности вблизи оптической оси
При неустранимой остаточной сферической аберрации в реальных
системах стремятся выполнить условие Штебле—Лихоцкого, представ-
ляющее собой обобщенный закон сииусо» Аббе
п sin а _ _ As'
Vn' sin а' ~ s' —t''
Для бесконечно удаленного предмета
ht ___ip As'
sin о' '° “s' —Г *
(2-71)
(2.72)
где fti — высота падения крайнего луча на входном зрачке; s' — f —
расстояние от выходного зрачка до плоскости изображения.
Выполнение условия (2.71) или (2.72) обеспечивает изопланатиче-
ское изображение, т. е. все точки бесконечно малого элемента пло-
скости, перпендикулирной оптической оси, будут изображаться с одина-
ковыми погрешностями или недостатками.
Мерой отступления от условия изопланатизма служит величина
п sin а
e Vn' Bln ст'
As' AV , As'
t' —s' “~V I" t' —s'
(2.73)
или
/ h, , «As'\ 1 A/' , As*
(2.74)
Для небольшого линейного поля поперечная меридиональная кома
равна km = 3/т|.
Астигматизм и кривизна изображения
Элементарный пучок лучей, исходящий нз точки вне осн, имеет
в пространстве изображения в меридиональном и сагиттальном сечениях
различные точки сходимости. Отрезки от точки падения вдоль главного
луча до меридионального и сагиттального фокусов В и В' до и после
преломления через одну поверхность определяются инвариантами
Гульстранда и связаны формулами [79]:
п cos2e’//m — лсоз'== (п cose’ — пcosе)/г; (2.75)
n/t's —n/ta — (л' cos в’ — п cos е)/т (2.76)
Величины tm, t&, и /' отсчитываются вдоль главного луча. При пере-
ходе от поверхности с номером k к другой поверхности с номером k + 1
учитывается переходная «косая» толщина. Ни в одном поперечном
сечении астигматического пучка не получается точечного изображения;
пучок лучей, лежащих в сагиттальной плоскости, вблизи точки В'т
Образует вместо точки горизонтальную линию, а пучок лучей, лежащих
в меридиональной плоскости, вблизи В' образует вместо точки верти-
кальную линию (рис. 2.29). Посередине между меридиональным В'т и
сагиттальным /Г, фокусами (средняя кривизна изображения) полу-
чается круглое пятно рассеяния. В других сечениях между В'П1 и S'
.102
Рис. 2.29. Строение астигматического пучка лучей
Рис. 2.30.11зображеиие плоской фигуры астигматическими
пучками
Рис. 2.31. Графическое представление астигматизма элемен-
тарных пучков
103
фигура рассеяния имеет форму эллипса с различной ориентацией осей.
Координаты фокусов элементарного астигматического пучка в области
аберраций третьего порядка определяются по формулам (2.62):
г"' ----?nr ('i'S|11 "Ь /2'Siv); 2Н--(i’lll-I-/2S|v)-
Проекция астигматической разности па ось системы г’ — г' =
= i<S'll|//i'.
На рнс. 2.30, а дано изображение плоской фигуры, состоящей нз
ряда концентрических окружностей с центром на оси и нх радиусов.
Радиальные линии изображаются резко сагиттальными пучками,
а концентрические окружности получаются размытыми (рис. 2.30, б);
меридиональные же пучки дают обратные явления (рис. 2.30, в).
Средняя кривизна изображения равна MR' = (1/R'n + 1/7?')/2.
Кривизна меридиональной и сагиттальной поверхностей равна
!//<„- 1//<^2г;//2. (2.77)
Если система не имеет аберраций высших порядков и астигматизм
уничтожен (.S| и 0), то обе фокальные астигматические поверхности
слпваю1си п и (обряжение располагается на поверхности Пецваля,
крпвитпа контрой, согласно выражениям (2.64) и (2.77), вычисляется
по формуле
1/А\, = !//?'„ = 1//?' = —zijSjv = л, £
Стрелка поверхности Пепваля Az', = у'“ ft.R'v = 0,by'inl У fyi/r. Из
теории аберрации третьего порядка z', - Az'- ;j (z' — Д7р), откуда
AZp = (3z' — z^)/2. Можно соответствующим расчетом уничтожить
астигматизм (г' — г’т = 0), но кривизна изображения будет оставаться
(рис. 2.31, б) и, наоборот, уничтожить среднюю кривизну k (рис. 2.31, а)
изображения, но тогда остается астигматизм (рис. 2.31, в).
Дисторсия
Нарушение подобия в геометрической форме между предметом и его
изображением называется дисторсией (рве. 2.32). Изображение квадрат-
ной сетки (рис. 2.32, а) принимает подушкообразный (положительная
дисторсия А > 0, рис. 2,32, б) пли бочкообразный кпд (отрицательная
дисторсия А < 0, рнс. 2.32, а). Дисторсия пе вызывает перезкости
в изображении. Линейная величина днеторепп может быть определена
кик разноси, А//' — у' — (де у' — дейенштелышн величина изобра-
жения предмета в гауссовой плоскости, образуемого главным лучом,
проходящим черс! центр входного прачка системы; у'„— идеальное
изображение предмета у, полученное с помощью формул гауссовой
оп тики, не учитывающей дисторсии у'о = Vy. Дисторсия в относительной
мере Д — (у'—у',) \QOIy'. Дисторсия третьего порядка из формулы
(2.62)
глЗ
Ag'=--§rSv. (2.78)
Если Ду' *^= 0, у' — у{, при всех значениях у' ~ Vy, т. е. истинное
Значение V дли всех отрезков остается постоянным:
Р и' (/' —s')tgco’
к - =-5------ь------= const •- V.
У tgtoi
104
В этом случае система дает неискаженное, т. е. ортоскопическое,
изображение. Если Ag' =f= О, то у' = у'о + Ag'; V = V + bg'ltf,
AV = V — у = Ag’/y. (2.79)
Ограничиваясь областью аберраций третьего порядка, из формул
(2.78) н (2.79) получим
ЛI
sv-~-^sv- (2-80)
Оптическая система дает ортоскопическое изображение, если
&V/V = 0. Необходимым и достаточным условием ортоснои.чи в области
Рис. 2.32. Искажение изображений дисторсией
аберраций третьего порядка является Sy = 0. Когда предмет находится
на бесконечности, выражение (2.80) теряет смысл. Из формулы (2.63)
при tg ы1 = <ot следует
У - //,', -
или Ag'/t/y = tg2co1SVoo/2n'. Если SVoo = 0, то Ду'= 0, и, следова-
тельно, у' = у о, т. е. для всех углов поля зрения сох при выполнении
условия ортоскопии должно соблюдаться условие —y'/tg (Oj = =
— const, т. е. фокусные расстояния, вычисленные по действительным
главным лучам, должны оставаться постоянными и равными фокусному
расстоянию, вычисленному по параксиальным лучам [12, 79].
В системе, у которой отношение y'/tg Wj остается с достаточной
степенью точности постоянным для углов но не равным параксиаль-
ному фокусному расстоянию /о, считается исправленной так называемая
фотограмметрическая дисторсия.
В зрительных трубах допускается дисторсия от 3,5 до 10% . В аэро-
съемочных объективах «Руссар», рассчитанных проф. М. М. Русиновым
для целей картографии, дисторсия не превышает 0,04%.
Хроматические аберрации
Хроматические аберрации возникают при преломлении белого света
на оптических поверхностях; при этом происходит разложение света
па спектральные составляющие. Это свойство преломляющей среды носит
название дисперсии.
105
При расчете оптических систем различают два вида хроматических
аберраций’, хроматизм положения и хроматизм увеличения.
Хроматизм положения определяет окрашенность изображения
осевой точки предмета, а хроматизм увеличения — внеосевой точки.
Область ахромаiизацни оптической системы зависит от ее назначе-
нии. Для визуальных приборов хроматическая коррекция производится
для цветов лучей С и /•', поскольку глаз обладает наибольшей чувстви-
тельностью к средней части указанного интервала спектра (X = 550 нм)
(12, 851. В случае передачи изображения с помощью микроскопа
с большим увеличением на фотографическую пленку применяют коррек-
цию, при которой соединяют изображения трех длин волн: D, С и G'.
Хроматическая аберрация положения. Эта аберрация определяется
расстоянием As^ между гауссовыми плоскостями изображения для двух
цветов и вычисляется по формуле [85] *
Чр “
6«/. Лтц.
где С/, . Ti|i7 " — разность показателей пре-
ломления для длин волн Ха и Х| (условно соответствующих, например,
цветам /' и С); Ц/,. =- 1//т/г; а* — углы с осью первого параксиального
луча, пришлого для средней длины волны = (Х( 4* Х2)/2, соответ-
ствующей основному показателю преломления л0.
Для простой топкой линзы в воздухе /
VI х Ал* а' — а . ЛФ
=-ьГГА'1г=—“>
Где v = (nD — l)/(nF — псу, Ф — оптическая сила линзы.
Для системы, состоящей из т бесконечно тонких линз, хроматизм
положении для случая =(= 0 вычисляется по формуле
Asxp = - 4----1-
Для одной бесконечно тонкой линзы в воздухе
Чр= A.<p„ - -f'/v-
Условия ахромятизации двухлинзового склеенного объектива
Vi 4- ф> И -^4 “" - ’<₽i - ; <р8 = — v* .
V| V, V! — v, vt—v8
Хроматическая аберрации увеличении в относительной мере [85]
Дли компонента, состоящего из т бесконечно тонких линз в сопри-
.......и, хроматизм увеличения вычисляется по формуле
. т т
,____G'i y.'ht Гх' У
у' ~ V* Г—s'Zd v*
I 1
106
Пример. Определить хроматизм увеличения для простой линзы
из стекла БФ21 (v = 40), если предмет расположен на бесконечности,
а входной зрачок — в переднем фокусе линзы (/, Ф, = —1).
Решение. Ду^р/у' = ®x/v = —1/v = —0,025 (2,5%).
Вторичный спектр. Расчетом оптических сил (р, и <ра'марок стекол
отдельных линз системы можно совместить в плоскости изображения
в одну точку два луча различных
длин волн (например, С и F), по
при этом лучи других воли (напри-
мер, D) не пересеку г ось п тон же
точке. Такой остаточный хроматизм
As£,f = s'F — s'D при условии sF —
Рис. 2.33. Графики коррекции
хроматизма положения:
I — неисправленная система; II —•
визуальная коррекция: III — апо
хроматическая коррекция; IV -*
актиническая коррекция (фотограч
фпчг» К а я)
— sc = 0 называется вторичным
спектром. На рис. 2.33 приведена
кривая для системы, у которой
одновременно с исправлением хро-
матизма для линии С и F устранен
вторичный спектр для линии D
(апохроматическая коррекция).
Изображения для этих цветов рас-
положены в одной плоскости. Оп-
тические системы, в которых ус-
транен хроматизм положения дли
двух цветов (например, С и F),
называются ахроматическими.
Апохроматическую коррекцию
имеют астрономические приборы,
некоторые микрообъективы и ре-
продукционные объективы для цвет-
ной фотографии, геодезические зри-
тельные' трубы и др} I lie системы,
где требуется большое увеличение.
Вторичный спектр двухлинзовых
положения As('f_C)o 4= 0. то
объективов. Если хроматизм
, As(P-C)0 . . . . s'2 (Pdf)? (Pdf)i
&SDF--------V2 — V, [(₽Df)2 V1 (Pdf)i V21 — f' V2—V,
Когда As'(F_C)o = 0,
, s'2 (Pdf)« ~ (pdf)i
toDF = -~p------------------•
Если предмет на бесконечности, то s' — f’, тогда s4J' = f. Величина
вторичного спектра пропорциональна отношению разности частных
относительных дисперсий р/|/; (а{. — n{j)/(np — пс) к Разн°сти
коэффициентов средней дисперсии. Эти величины для каждой марки
стекла берутся из ГОСТ 13659—78.
Величина вторичного спектра зависит от того, для каких двух лучей
устранен хроматизм положения данного объектива. В оптических
приборах визуального назначения (лучи С и F соединены) вторичный
спектр равен s'2/2000/'. В системах, служащих для фотографирования
107
спектра с, г ни, для
h
Я С F
Рис. 2.34. Графическое
иредс-iаилепIie сферох ро-
мятической аберрации
где h и 0 указывают, что
с визуальной наводкой на фокус (фотообъективы и некоторые астроно-
мические объективы), вторичный спектр для цвета F (когда соединены
7) н (/'), равен s'2/1300f'.
Величины относительных частных дисперсий, например для линий
льшинства силикатных стекол могут быть
выражены следующей эмпирической фор-
мулой Р0,с = f (усру.
PG'C = (Лб' “М/Ь “А) =
= 1,674 — 0,0018v„p = а + bv,.r.
Зависимость, представленная форму-
лой, выражает собой некоторую прямую
линию. Применение особых марок стекол
и кристаллов (ОФ4, ОФ5, OKI, ОК2,
СаГ’,, Lil'- п др.), не лежащих на указан-
ной прямой, значительно уменьшает ве-
личину вторичного спектра [85].
Хроматическая разность сферических
аберраций (сферохроматическая аберра-
ция). Сферическая аберрация для раз-
личных длин волн имеет различные зна-
чения (рис. 2.34); для лучей двух длин
ноли сферическая аберрация вычисляется
но формуле
Ж/7 — Аххс. = (sF — sf;)h — (sF — sc)0,
ход соответствующих лучей определен на
высоте h входного зрачка и в параксиальной области.
При наличии сферохроматической аберрации хроматизм исправ-
ляется для средней зоны (обычно для V 3/4).
Зависимость между волновой и продольной
аберрациями
Волновая аберрация вычисляете!! ио формуле [85]
А/ — — J (As' — (j) sin о' (/«'.
Дли милых услои о'
A/--” J(As'-£)rf(o'»),
где As' «о'2 -|- Ро'4 4- со'0 -[- • .
После интегрирования в единицах длин волн
А//А, = —о'2 (ао'2/2 + 6о'4/3 + со'®/4 — £)/2Х =
. е —о'‘ Ах|11/2 -f- Asy^3 -f- Asvii/4)/2A, -f- £o' /2Х,
где As],,, Asy, A.Syn— аберрации третьего, пятого и седьмого порядков;
£о'“/2А. — дефокусировка, определяющая плоскость паилучшей уста-
новки ос гауссовой плоскости.
108
Таблица 2.2. Вычисление волновой аберрации
sin сг1 As' 102oz AsHI A Sy Asvn
1111 р о р о ф. 4^ Ф* Д “1 ~| ^1 Ф* | 1 Ф* < —0,8 —2,5 1,02 1,45 1,70 2,05 —0,71 —1,42 —2,13 —2,84 0,29 1,15 2,58 4,60 —0,07 —0,52 —1,77 —4,20
Sin Gt Asjh Asv -2~+— + AsVII + 4 — °'2 2k N к Mk в пло- скости уста- новки
Illi р р р р “1 “1 “1 Ф* | Ю| 4^1 —0,28 —0,46 —0,65 —0,94 —0,089 —0,178 —0,267 —0,356 0,02 0,08 0,17 0,34 —0,08 —0,17 —0,25 —0,34 —0,06 —0,09 —0,08 0
Способы вычисления волновых аберраций.
1. Если As' доста точно ii.’iaiinaя, и> вычисление N очень удобно
производи!I. по методу Е. Г. Яхопiob.i: определяют по кривой или
пепосреде|ве1пц> вычисляю г Лх' для край пнертуры <>' и о^иви ~
= Окр/|/ 2.
Вычисляют продольную сферическую аберрацию третьего порядка
Дзщ = —o'2Si/2n' [см. формулу (2.62)] и затем из двух уравнений
Askp = As£ll + Д4 + AsVIJ и Ч'она = AVi72= Д5Ш/2+ Asv/4 +
4- Д«уП/8 определяют Дзуп = 2Дз'р — вДз'^—+ 2As[n и Дзу —
= Дя^р — ДвуП — Asnг Дальнейшие вычисления производят по
табл. '2.2.
Пример. Определить волновую аберрацию микрообъектива 20Х 0,40,
для которого вычислены следующие величины: Дз^р = —2,5 мм,
Дз^.—=—0,8 мм; 102о'р = 2,05; 102о^—= 1,45; Дз[п ——2,84;
Дзу=4,60; Дзуп = —4,20. Промежуточные значения AsJllt Дзу, Дзуц
пропорциональны соответственно второй, четвертой и шестой степеням
sin OjsoHa/sin о1кр. Плоскость установки для края N = 0 (см. табл. 2.2)
смещена на £ = Л'1!р2л/а'2 — —0,34/0,356 = —0,96 мм. Эта плоскость
(рис. 2.35) определяется прямой 1, проходящей через начало координат
и последнюю точку кривой волновой аберрации, построенной по данным
Л' (табл. 2.2). Прямая 11 построена так, что расстояние точек кривой
(волновые аберрации), измеряемые в направлении оси абсцисс, от точек
прямой наименьшие. Если разность Дх,'р— Дз^н для краевого луча
* 109
в четыре раза больше, чем для второго луча, то А«уН будет отсутство-
вать. В этом случае вычисление волновых аберраций упрощается, так
как не требуется определять тогда Д«[ц и Asy легко определить из
О 010,10,3
Рис. 2.35. Вол'
новая аберра-
ция
двух уравнений:
&sv = 2 AsKp 4AS)/iy2. Asjn = AsKp — Asv.
2. Если кривая, изображающая продольную
сферическую аберрацию как функцию от х —
— 104о'2, имеет сложный вид, можно использо-
вать способ, основанный на применении формулы
трапеции
Л\х„) ~ [Aso/2 + As] + As' +
-I- А«з 4----1- As',/2] h,
где Дз[ — значения, найденные по кривой
/'для равноотстоящих значений переменной х; h —
величина промежутка.
Пример. Определить волновую аберрацию
объектива, для которого расчет дал следующий
результат при длине волны Л = 129,6 нм:
sin <т. о', рад 10*<т'* — х As'
0
0,638 0,006 0,36 —1,82
0,9 0,008 0,64 —0,62
Строим кривую As7 в зависимости от х, разбиваем область интегри-
рования на шесть равных частей и по графику определяем значения As'.
Затем вычисления производим по табл. 2.3, где Н ~ 0,107; Н/4 — 0,027;
///10’(4Х)0,027/1,296 0,0209. Для определения У/Х в длинах
волн необходимо числа столбца 4 умножить па 0,0209. Изменением
плоскости установки, т. е. величиной £, вводят изменение в величину
У/Х, рлвпое ня краю — О,Г>В«д,. Подбирая плоскость установки таким
образом, чтобы на краю было У/Х = 0; (1 = 2Укр/Од «= 0,94), вводим
на разных зонах изменения У/Х, приведенные в столбце 6. В столбце 7
даны окончательные волновые аберрации.
3. В некоторых случаях по известным значениям поперечной
сферической аберрации, применяя формулу
ря-Л-__
<1
2
Вычисление волновой аберрации производят по табл. 2.4,
Таблица 2.3. Вычисление волновой аберрации
при пользовании формулой трапеций
10*а'2 = х As' Суммы попарно Суммы сверху NjK в гаус- совой пло- скости —Л- &ст'2 N/K для пло- скости Е = =—0,94 мм
I 2 3 4 5 6 7
0 0 0 0 0 0 0
0,107 —0,74 —0,74 —0,74 0,01 —0,05 —0,04
0,214 —1,40 —2,14 —2,88 0,06 —0,10 -0,04
0,320 —1,82 —3,22 —6,10 0,12 —0,15 —0,03
0,427 -1,75 —3,57 —9,67 0,19 —0,20 —0,01
0,534 —1,40 —3,15 —12,82 0,26 —0,25 0,01
0,640 —0,62 —2,02 —14,84 0,30 —0,30 0
Таблица 2.4. Вычисление поперечной
и волновой аберраций
sin о. 104а' As' 104Ag' 104Ac' / (Agfc+AgA+l)
—0,65 /1/4 -0,65 /1/2 —0,65 /3/4 -0,65 ГТ'-1. .Же' И—:'.’:>г=аы5Ж*5 t-urt, — sin at 110 —4,37 —480 110 —0,024 158 —6,3 —1000 48 —0,074 192 —5.2 —1000 3 —0,100 215 0,2 [ 50 23 - 0,048
104A’ N/K - N/K для пло- скости g = 4,64 МЫ
—0,65/1/4 —0,65 /1/2 —0,65/3/4 —0,65 2,640 3,552 3,400 1,104 2,640 6,192 9,592 10,696 0,45 1,05 1,63 1,82 —0,38 —0,96 —1,34 —1,82 0,07 0,09 0,29 0
Для вычисления волновых аберраций в объективах микроскопу
удобно пользоваться приближенными формулами, учитывающими
аберрации третьего и пятого порядков:
N/к = (70 — 110а) Лз'од, при а < 0;
N/1 = (70 40а) при 0 < а < 1J
Njh = 110Л«'рОд, при а > 1,
Ш
где а = As' /As'; As'—сферическая аберрация для апертурного угла
yi.oiiycriiMoc шаченис Biopiiaiioro спек i p.i и кривизны изображения
при л — 0,000.г>89 мм составляй!' N/K — 850^Од,, где £ — величина
дефокусировки. Подегавни вместо 1; значение величин вторичного
спектра, меридиональной или сагиттальной кривизны и задаваясь левой
части равенства, определяют допустимые значения этих величин 171].
Объективы из двух склеенных линз
Разработанный Г. Г. Слюсаревым метод расчета двухлинзовых
склеенных объективов дает возможность определить пару стекол, удов-
летворяющую требуемым параметрам Р, W и С, с помощью которых
исправляются сферическая аберрация, кома и хроматизм положения
[85, 86 |.
При заданном значении С приближенно вычисляют Ро = Р—
— 0,8'1 X (IP— 0,15)а. Затем по ф/(, и Ра из таблиц [85, 86] под-
бирают подходящую пару стекол. Предел относительного отверстия
двухлппзовых склеенных объективов зависит от остаточных аберраций
высших порядков и не должен превышать следующие значения:
1)1Г 1 : 4 1 : 5 1 : 6 1 : (8-J-10)
f, мм 150 До 300 До 500 До 1000
В табл. 2.5 даны конструктивные элементы двухлинзовых склеен-
ных объективов, а в табл. 2.6 — остаточные аберрации для точки на оси
объективов коллиматора, приведенных в табл. 2.5 строки 16 и 17.
Линзы объективов, у которых световой”диаметр превышает 60—
70 мм, рекомендуется применять несклееиными или соединять оптиче-
ским контактом, воздушный промежуток между линзами должен
быть поридкп 0,05 мм. Поле прения не должно превышать в среднем
10—15' при милых и 7—10° при больших /'.
Двухлпн.ювыо объективы применяются в качестве компонентов
оборнчишнощих систем, половинок симметричных фотографических
объективов, микрообъективов с числовой апертурой до 0,1. Прибавляя
к двухлинзовому объективу простой мениск, можно повысить (D!Г)об
до 1 : 3,5.
Система двух одинаковых склеенных объективов, поставленных
вплотную друг к другу с одинаковым расположением радиусов кри-
визны, увеличивает почти вдвое относительное отверстие по сравнению
С одним компонентом |86, 100], •
Два компонента из двух склеенных линз, разделенных большим
воздушным промежутком, применяются и качестве проекционных
объективов (/>//' - - I : 2 н 2<п - 20 : 22") н мнкрообъективов с числовой
апертурой до 0,1.
112
Таблица 2 5. Конструктивные элементы двухлинзовых склеенных объективов
телескопических систем (размеры даны в мм)
ф ОД - СВ Г- Ф освь-свсмсосвг- ф со о со со ф’ Ф - О □’ Ф Ф О О □" ОД СМ Ф* o' ОД ОД* О? МО — ^ЮЮЮОЮЮОДСО1^-1 ю о ю — — — — — смсмсмсофсоь-свш
| Св. 0 5 24 24 18 23 12 15,7 18 18 21 21 21 25 25 58 150 80
стекла | 2-я линза | оо —• СМ -< —«о со — см со ф ф 0 - -'®Gv — -^-одфА-од &•
| Марка | 1-я лииза о оо о о •“* см 2 — -од-од^од^одфододод-од^ооф
хз & С© LQ г- со оо СВ СМСМСМ—*CO~CM--COCMCOCOLQCOCOLQ—«
хз* 0,8 4 4 3,52 6 2,8 4 2,5 2 4.4 5 5,8 3.6 4.4 8 20 9
с 00 см СО —« см со ю СМ оо СО СВ Ф СО об LQ оо СМ Ю О 05 со О - СО ф CD in ~ 'Ч Ь-Г ф" —* СВ СВ o’ СМ СО Oi 00 о 0'фС010000С>’СО<010Г* — 'Ф-нЬ-Г- X СМ — — СМСМО-’ф-ч —• СМ Ю ОД оо -I u 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
и со Ю *Ф о ь- со о — оо см см см — о ю св со СМл Oi —1 « СО S О> СМй <Ю О> СО 1П см" од N ю w ф’ - од о) о? o' «г (ч см Fi ф - Ф’фЮфффОДЬ-фЬ-ОД-, СО со ф ~ IIIIIII 1 1 1 "с| 1 1
С 0Q —< см со со св СВ СМ ^ч. ’“1 сч 2 ,'т н. г''- 05 f ”1 ~ 04 оо" см - сч оо ф од см сп со ф о со о" оо” — ФЬ-Ф — ФСООО') — ФСМЬФЬ-^Ф —< —< я— я— см со со Ф см СО Ш LQ см
4 п/п — СМОД^ФФЬ-ОДОО — СМСОФФФЬ.
113
Таблица 2.6. Аберрации объективов коллиматора
(см. табл. 2.6)
и К п /1 sir а ' /> С F ' J? т <4, • и
s' As' А/' Ч (%) As' tiS’
0 0 981,89 0 0 0 1,19 — 1,53 т-2,72
10 75 /1/2 0,053 981,61 -0,28 — 0,56 — 0,03 0,84 — 1,62 —2,46
75 0,075 981,47 — 0,42 — 0,82 0,04 0,60 — 1,54 — 2,14
0 0 583.44 0 0 0 0,41 -0,08 — 0,49
17 40 /1/2 0,047 583,38 — 0.06 -0,11 -0,01 0,32 0.31 — 0,03 -0,35
40 0.067 583,4 1 - 0.03 — 0.11 — 0,01 0,14 — 0,17
Особенности расчета окуляров
Окуляры бол1>ц|||11сп1в зрительных труб имеют фокусное расстояние
в пределах 10 40 мм п относительное отверстие 1/4—1/15. Окуляры
телескопических сне гем и зависимости от величины углового поля де-
лятся па следующие типы 1: с нормальным угловым нолем 2 со < 55Q
с увеличенным углопым нолем 55" < 2u> < 70J к широкоугольные
2ш > 70".
Удаление выходного зрачка колеблется в пределах от 0,4 до 1,5/'.
Если 17/' 1, то такие окуляры называются окулярами с удаленным
зрачком. Так как окуляры работают в узких пучках лучей, то в них
должны быть исправлены в первую очередь кома, астигматизм, кривизна
поля и по мере возможности сферическая аберрация, обе хроматические
аберрации и дисторсия. При отсутствии сетки в фокальной плоскости
окуляра последний можно применять с неисправленными сферической
аберрацией и хроматизмом положения, компенсируя их аберрациями
обьектива и других предшествующих окуляру компонентов. В длинно-
фокусных широкоугольных окулярах не следует допускать больших
аберраций в зрачках. Обычно окуляр подбирается или рассчитывается
таким образом, чтобы его аберрации компенсировали аберрации пред-
шествующей ему системы. Некоторые окуляры типа Кельнера, орто-
скопические, симметричные и др. (см. гл. 4) часто применяют в качестве
проекционных в микроскопе.
Сходимость меридиональных и саги пильных бесконечно тонких
пучков эп окуляром с угловым полем 2ы > 60" обычно определяют
и диоптрийной мере по формулам [см. формулу (2.81)] Lm cos (o' =
"* ~(г'п + ок) 1000/С: Ls cos = -(zs + ZS вк) 1000/C (аберра-
ции суммируются в передней фокальной плоскости окуляра). В техни-
ческой документации для таких окуляров приводятся и>, г', г'т, /'ар,
1 Н микроскопии принято считать окуляр широкоугольным, если диа-
нор поли ipeiiHH, изображенный через окуляр на расстоянии 250 мм от его
Выходного ip/i'iKu, составляет величину ие менее 170 мм. Эта условно приия,
таи величина вычисляется Как произведение диаметра полевой диафрагмы
окуляра иа о о уиеличеииа в Называется окулярным числом К [71].
114
f', f'm, Ls cos co', Lm cos ®'. Обычно в окулярах с увеличенным угловым
полем f’m > f' > Гпар. Дисторсия вычисляется по формуле
Д<в' — ч>' — d&g'ld tg со').
При больших углах со' производная от дисторсии dig'/dtg со' может
быть очень велика. Если дисторсия положительная, то 2<о < 2со'
(см. рис. 4.56 и 4.58, б); если дисторсия отрицательная, то 2со > 2со';
если дисторсия равна нулю, то 2со = 2<о'.
Линзовые конденсоры
У хорошо корригированных конденсоров диаметр наименьшего
кружка рассеяния составляет 3—10% от величины изображения источ-
ника [12].
Для однолинзового конденсора радиусы сферических поверхностей
определяются по формулам
г, —sV--------jv-; r2 = sV-------
1 na2 — V na-i — 1
при a'= 1; ax = V"t = axs (s — расстояние предмета от линзы,
V — увеличение линзы).
Т а б л и ц а 2.7. Значении параксиаль*.-, -глов
в одиолиизовом, двухлинзовом, трехлиизовом [..эн,сенсорах
при минимуме сферической аберрации (64)
s, i 0 а, * 0 j .«j ” ou. a( - 0
i Парак- 1 свальные углы Число ЛИНЗ tn
1 о 3 1 2 3
«1 Произвольное * 0 0 0
(aj-f-a2) В/2 (3at-]-a9) fi/^Scq-j-a,) В/6 B/2 S/4 B/6
аз ах/У (ai+as)/2 (2a1+a7)/3 1 1/2 1/3
а4 (ai+3as)S/4 (Ot+a,) B/2 3B/4 S/2
а6 aJV (a(+2a,)/3 1 2/3
а|( (ar]-5a7) B/6 5S/6
а7 a/V 1
Примечание. В = (1 4- 2п)/(2 4- n), V — линейное уве-
личение.
* Рекомендуется брать a, = V, тогда a2/n^_( = 1.
115
Таблиц а 2.8. Схемы оптики конденсаторов
в за висимости от апертуры Л и увеличения V
( Xl'Mil <1|Г1 цнн A ( -l) Характеристика схемы
0,15 — Линза с минимумом сферической аберрацией; Sj = ОО
0,4 1—3 Линзы плоско-выпук- лые
jlA 0,6 1,5—4,5 1 — мениск апланати- ческий; 2 — линзы пло- ско-выпуклые
„7 _ 0,7 2—6 1 и 2 — мениски апла- натические; 3 — линзы плоско-выпуклые
0,7 2-6 Вторая поверхность асферическая
0,4 4—10 Линзы с минимумом сферической аберрации
0,5 10 (x> 1—мениск, близкий, к аплаиатическому; 2 — линза плоско-выпуклая с минимумом сфериче- ской аберрации
0,5 10—oo Вторая поверхность асферическая, преиму- щественно параболиче- ская
1 ‘ /1 /\x \ • K. 0,7 10—oo 1 — мениск, близкий к аплаиатическому;2 — вторая поверхность лин- зы асферическая
116
Т а б л и ц а 2.9. Оптические характеристики
и конструктивные элементы коллекторов
Схема оптики
Мар-
ка
стекла
Св. 0
ТЦ,
70,47
—13,213*
БФ13 24
18,29
г-м 18,2, ,51,8 1 0,52 5
0,1
.-31,5 100.
—39,28 —24,7 ТК2 31,4 34
—164,08 —43,13 ТК2 37,8 39 33,63
114,48 —114,48 ТК2 40,5 40,6
0,65
—31,4 —22,25 ТК2 30,6 32,7
—57,34 —37,495 ТК2 35,9 37,2 33,58
102,53 —59,246 ТК2 40,6 41,0
— 12 — 10 124,42 БФ13 К8 16 18 24 17,7
—18,68 24
117
Продолжение табл. 2.9
Сх< м*1 оптики Л ( V) Г Мир К .1 ci скла (.в. 0 1’
лк (л. 'к". 0,43 7,5 67,77 — 17,1* Кварц 30 31,16
258
-21.L 30.5 Ы.5. 0,64 38,5 —63,39 —27,29 оо —40,3 * ТК2 ТК2 44 44 54 54 37,73
J/ \&i. i/y ж _. L А у
-27, Л W, ч й Ч / .1 м ,1' 0,64 38,5 —63,39 —27,2 оо —44,0 * Кварц Кварц 34 44 52 56 Г = 37,8 (для Л = — 257 нм) />41,4
. ,-/®г ,24; 25,9 У 0,67 6,5 —43,65 —20,42 оо —29,0 * ТК2 ТК2 34 36,5 43 44 28,3
\ л А
ы г да. Ж
О- i4' ж 1 Л. Г> ч ' 11 f '-г* F'.f. 0.5 8 )3.’>,52 -28,05 -27,35 -203,7 112,98 —27,5* J1K5 ГФЙ ЛК5 36 48 60 К 56,94
-да* 4 7? X,. с z; i h* — F 4 /4 да 7Й/ 1 ,-.V Ml » 0,4 7,4 44,57 —12,74 —9,333 —28,97 49,55 —16,74* ЛК5 ТФ5 ЛК5 18 25 34 27
Приме ч п и и е. Звездочкой обозначены радиусы при вер- шине пмраболомдпльной поверхности. *
не
При минимуме сферической аберрации
(azJmin = (2« + 1) (V + 1)/2 (п + 2)<
Если предмет на бесконечности (s=oo), то V -> 0, lim (sV) = f,
(ri)min - 2 (2 + n)(n - l)/(2n2 + n); Мшш = 2 (2 + n)(n — l)/(2n2 -
— n — 4); при n — 1,5, (r2)min/(ri)niin = —6. Аберрации линзы опре-
деляются из формул (2.63) и (2.66а).
В табл. 2.7 даны значения параксиальных углов в конденсорных
системах при минимуме сферической аберрации (толщины линз и
Воздушные промежутки между ними бесконечно малы, преломляющие
поверхности сферические). В табл. 2.8 приведены оптические схемы
(ориентировочные) некоторых конденсоров в зависимости от апертуры
и увеличения. Оптическая схема конденсора типа четыре (табл. 2.8)
имеет относительно малое рабочее расстояние, что может оказаться
недопустимым при использовании некоторых источников света. В этих
случаях для достижения sin Од = 0,7 рационально применять конден-
сор типа три, у которого выпуклая поверхность апланатического
мениска асферическая. В табл. 2.9 даны конструктивные элементы
Коллекторов с параболоидальной поверхностью для микроскопов.
Назначение асферических поверхностей
Асферические поверхности применяются для повышения качества
изображения, контраста и предела разрешения системы, увеличения
углового поля зрения и светосилы (не в ущерб качеству изображения),
замены сложной миоголиизовой системы более простой системой с мень-
шим числом линз или зеркал с асферическими поверхностями с целью
уменьшения габаритов и веса системы [80, 100, 102 J.
Особенно заметный эффект применения асферических поверхностей
имеет место в длиннофокусных системах с большим относительным
Отверстием (зеркально-линзовые системы), и также и наикритических
системах с большим диапазоном изменения увеличений.
Выражение аберраций системы
через аберрации ее компонентов
Расчет оптической системы делится на два осиоииых этапа — габа-
ритный и аберрационный. При габаритном расчете оптик-конструктор
должен учитывать коррекционные возможности разрабатываемой
системы. Для этой цели последняя разбивается на отдельные составные
части (объектив, окуляр, оборачивающую систему и т. д.), для которых
определяются: относительное отверстие, линейное или угловое поле
зрения, положение зрачков, коэффициент виньетирования, величины
допустимых остаточных аберраций и т. д. В зависимости от указанных
характеристик выбирают степень сложности конструкций отдельных
компонентов системы. На практике часто приходится компоновать
систему из отдельных частей, аберрации которых известны.
Для систем, обладающих небольшой светосилой и малыми угловыми
полями, аберрации отдельных компонентов можно переносить в сопря-
женные плоскости изображения других компонентов по правилу сложе-
ния аберраций третьего порядка (приближенно), т. е. поперечные
аберрации умножаются иа линейное увеличение, а продольные—на
квадрат линейного увеличения тех компонентов, через которые пере-
носятся аберрации.
119
Если AgJ, А#',, и Vj, И., Vh соответственно поперечные
аберрации и линейные увеличения первого, второго и Ai-ro компонентов,
то поперечные аберрации всей системы и пространстве изображения
A-го компонента будут
Ар' Адг;• VI- Лц'• • Vk -[-------------1- Wk^Vk + bg'k (2.81)
и продольные аберрации
А/ = AS; V23- • • + л^24-• • + • + A4-1V1 + &s'k- (2.82)
Формулы для вычислений аберраций
системы после окуляра
1. Аберрации в угловой мерс (мни) можно вычислить, определив
суммарные поперечные аберрации в передней фокальной плоскости
окуляра
4 -
Ли,' Л^1 3438, (2.83)
А,К
где Л^[ -- поперечная аберрация системы до окуляра, вычисленная
в примем ходе лучей; AffOK — поперечная аберрация окуляра, вычислен-
ная и обратном ходе.
2. Продольные аберрации, не ааписпщне от апертуры (кривизна
поля, астигматизм, хроматизм положения и т. д.), принято определять
в диоптрийной мере L по следующей формуле:
_ A/4-ASqK
/^/1000 ’
(2.84)
где /'к (мм); Az0K = /^’/1000 — величина продольной аберрации в пе-
редней фокальной плоскости окуляра, соответствующая продольной
аберрации в пространстве изображений и одну диоптрию.
Пример. Определять аберрации всей системы в передней фокаль-
но/! плоскости окуляра и после окуляра телескопической системы,
содержащей дпухкомнопентиую оборачивающую систему с параллель-
ным ходом и V — -2х (ем. рис. 2.59). Фокусные расстояния и относи-
тельные от пере гни компонентов трубы даны и табл. 2.10, аберрации —
И табл, 2.11.
Сложение аберраций системы (без окуляра). Продольная сфериче-
ская аберрация для основной длины волны Лд = 5897У нм [см. фор-
мулу (2.82)J Ддсф = AsopE2 + AsiV2 + As2 = (Aso6 + Asi) V2 + Ай =
( 0,15+ 0,25) 4 — 0,05= 0,35.
I Io чтой формуле были вычислены следующие продольные абер-
рации:
I) хромашзм положения на «оси» AsJf_qo = —1,3 (для параксиаль-
ных лучей);
2) хроматам положения иа «краю» (йКр = 10), A.S(p-C) = 0,38j
3) cai НГП1ЛЫП1Я и меридиональная кривизна г' = 1 и г'т = —4.
Поперечные аберрации (см. формулу (2.81)]
120
Таблица 2.10. Характеристика компонентов
телескопической системы
Характеристика Компоненты системы
Объек- тив + коллек- тив Оборачивающая система (компонент) Окуляр
первый второй
Фокусное расстояние, мм 100 200 400 25
Относительное отверстие 1 : 5 1 : 5 1 : 10 1 : 10
1) хроматизм увеличения Ду(Г-С) = (Дурр-С)—Ay(F-C)i)М +
+ д#(р-с)2 = (°>02 — °-02)2 + °’01 = °’01;
2) дисторсия Ду'= (0,05+ 0,15) 2 — 0,20= 0,20;
3) условие изопланатизма ri (%) = г)об — Л1 + Лг =—0,20 +
+ 0,10+ 0,15= 0,05.
Вычисление аберраций системы после окуляра. Аберрации в диоп-
трийной мере [см. формулу (2.84)]
(Д/ + Дз„к) 1000 (0,35 — 0,10) 1000
Асф ---------—2----------------------------= —0,4 дптр;
/ок
^(F-С)^ = 2’2’ ^'(/7-С)Кр = 0,56; Ls — 3,2; Lm = —1,6»
Аберрации в угловой мере
, (As' + As') tjr а'
Д<Ъ Сф = 2-----3438 =
'ОК
= . (0,35-0,10) (-0,05) 3438 = _143„
2о
или
До^ сф = h'pL3438/1000 = 1,25 (—0,4) 3,44 = —1'43";
и38=_2^-;
4„;Р.С) = 3„,, («и + ад 3438 _ 4,8,
/ок °
д°;ист = (0’2-^- 0) 3438 = 1°22'.
Остаточные суммарные аберрации сведены в табл. 2.11.
Кривизна поля в случае исправления астигматизма
Д4 = (Зг5 - 4)/2 = (3 + 4)/2 = 3,5.
121
Рис. 2.36. График поперечной
аберрации широкого наклон-
ного пучка в меридиональной
Анализ кривой широкого наклонного пучка
в меридиональном сеченин
Поперечная кома k (рис. 2.36) определяется расстоянием, измерен-
ным вдоль оси у' от точки О, соответствующей координате главного луча
до прямой, соединяющей концы кривой поперечной аберрации, k =
'= (^верх + ^нижн)/2 — Утл ~ <8’75 + Э,05)/2 — 9 = —0,1. Тангенс
угла наклона tg <р касательной в точ-
ке О определяет величину меридио-
нального искривления изображения
г'т, равную величине поперечной ме-
ридиональной кривизны Ду', делен-
ной на соответствующий апертурный
угол, т. е. г'т~ tg <р= Ду7Д102о'=5.
Поперечная «полевая» сферическая
аберрация
Д?сф = (ei а2)№ =
= [(-0,4)-(4-0,2)]/2 = -0,3.
Продольная сферическая аберра-
ция Дз'ф = Д^'ф/tg o' = —0,3/0,03=
= —10 мм.
Если вычислен коэффициент Пец-
валя Sjv =—то можно
определить по стрелке Пецваля
Дг/, = y'2Swl2 величину сагитталь-
ного искривления изображения zs =
= (2Дг₽ + 4)/з.
ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ НА ПЛОСКИХ
ПОВЕРХНОСТЯХ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Преломление луча через плоскость
Изображение светящейся точки А находится на пересечении
с осью ОО, продолжения преломленного луча на расстоянии s' от пре-
ломляющей плоскости ВВ (рис. 2.37) и вычисляется по формуле (2.75)
прн г — оо
s' = sn' cos e7/i cos e. (2.85)
В случае перпендикулярного падения луча на плоскость из формулы
(2.85) следует s/ = n'sln.
Продольная сферическая аберрация (рис. 2.38)
Расстояние от точки М меридионального и сагиттального пучков
после преломления (рис. 2.39)
д 'cos2 е /н cos2 в; —
Полагая, что tm = fs = t, астигматическая разность вдоль оси
будет равна г' — г'п = t (1 — cos2 ъ /cos2 е).
1СЗ
Рис. 2.38. Строение пучка лучей при преломлении
через плоскую поверхность при п < п' (а) и п >
>п' (б)
Рис. 2.39. Строе-
ние элементар-
ного нстигма-
1 нческоп> пуч-
ка лучей при
преломлении че-
рез плоскую по-
верхнее гь
124
Отражение от плоского зеркала
Плоское зеркало дает идеальное изображение. Для него остаются
справедливыми формулы (2.11), (2.75) и (2.76), если положить, что
п = п' и г = оо. Из формулы (2.11) следует, что s = s'. Точки предмета
и изображения лежат на общей нормали к плоскости зеркала, на одина-
ковых расстояниях от него. От действительной точки S (рис. 2.40, а)
Рис. 2.41. Построение изоб-
ражения прямой AAl через
плоское зеркало
Рис. 2.42. Отражение лу-
ча от плоского зеркала
плоское зеркало дает мнимое изображение S , а от мнимой точки S
(рис. 2.40, б) — действительное S'. Изображение всегда равно пред-
мету, но они между собой не
конгруэнтны (рис. 2.41).Плоское
зеркало ММ отклоняет пада-
ющий луч от его первоначаль-
ного направления на угол (рис.
2.42) у = 180° — 2е. При пово-
роте зеркала вокруг точки О
на угол ср (рис. 2.43) отражен-
ный луч St отклонится па уюл
0, равный удвоенному углу по-
ворота отражающей плоскости
зеркала, т. е. 0 = 2ср.
Система зеркал
Два зеркала, расположен-
ные под углом а друг к другу,
отклоняют падающий луч от
Рис. 2.43. Отражение луча при по-
вороте зеркала
125
своего первоначального положения на двойной угол, т. е. у = 2а, не
зависящий от угла падения луча на первое зеркало (рис. 2.44);
прн покачивании или вращении такого углового зеркала вокруг
ребра О изображение остается неподвижным. Система из нечет-
ного числа плоских зеркал дает
не вполне обращенное изобра-
жение, что приводит к измене-
нию направлений в изображении.
Рис. 2.44. Отражение, луча от
двух зеркал при постоянном уг-
ла а
Рис. 2.45. Построение изображе-
ния от двух параллельных
зеркал:
Система с четным числом пло-
ских зеркал дает изображение
прямое и конгруэнтное (при
ab — предмет: 0,6, — изображение
предмета зеркалом I; — изо-
бражение предмета зеркалами Z и II
наложении совмещающееся с предметом). Примером может служить
система из двух параллельно расположенных зеркал (рис. 2.45). Если
одно из этих зеркал ос-
тавить неподвижным (на-
пример, зеркало /), а вто-
рое повернуть на угол а
(рис. 2.45), то отклонение
Рис. 2.47. Отражение луча
от вогнутого зеркала в
меридиональном сечении
Ряс. 2.46. Отражение луча от двух зер-
кал (нижнее зеркало II вращается во-
круг оси О')
отраженного от зеркала II луча 5' будет равно двойному углу между
веркалпми (2а). Отраженный луч S' займет положение 05*. Если луч
S-, отразившись от неподвижного зеркала /, снова возвратится на зер-
кало И, составляющее о зеркалом / угол а, то вышедший в обратном
126
направлении из системы такой луч отклонится от первоначального
своего направления на угол у =4а. Конструкция таких зеркал находит
применение в гальванометрах, щуповых приборах для измерения чи-
стоты поверхности н др.
Фокусное расстояние сферического зеркала (рнс. 2.47) можно
определить по формуле (2.11а), положив Sj = оо, f = s', п = п' — 1,
/' = s' = г/2.
Преломление пучка через плоскопараллельную
пластинку или призму
Призмы, развертывающиеся в плоскопараллельную пластинку,
обладают аберрационными свойствами последней. Падающий на пла-
стинку 1—2 под углом е луч выходит
из нее параллельно своему первона-
чальному направлению, но смещенным
в сторону (рис. 2.48). Величина этого
смещения (смещение точки . А) вдоль
оси ОО' равна
As' = d (1 — cos 8,/n cos e();
поперечное смещение г = d sin (e, —
— ej)/cos
Тонкйй пучок лучей, идущих
вдоль оси 00' (параксиальный пучок)
и сходящихся в точке А, смещается
в направлении света на величину
Рнс. 2.48. Смещение изобра-
жения плоскопараллельной
As,' -• d (п — 1 )//i.
пластинкой
Величина продольной сферической аберрации (точная формула)
Д$'ф = As' — Asq — d(l — cos ej/cos ej)/n;
приближенно
Дз'ф = d (д2 — 1) sin2oi/2n3,
где Oi — апертурный угол в сечении пучка; sin — sin е,.
Астигматическая разность узкого наклонного пучка (точная фор-
мула)
t's —t’m =— d(l — C0S281/C0S28j)/nC0S8p
Продольный астигматизм, т. е. разность абсцисс сагнттальнего и
меридионального фокусов элементарного пучка (приближенно)
где Wf — угол наклона главного луча (o>i = е* главного луча).
Меридиональная кома третьего порядка
Д§' = 3d (rfi — 1) о(ш1/2п3.
Дисторсия главного луча (приближенно)
Ag' = d (n2 — 1) (o|/2n3.
'127
Продольная хроматическая аберрация
(Ч>\: — I/'»/,-) <*-
Хроматизм увеличения в одной общей плоскости установки
A^f-c = Ур ~ Ус = (!/«с — ММ *°г
Плоскопараллельная пластинка или эквивалентная ей призма не
искажают изображения, когда они находятся на пути параллельных
Рис. 2.49. Определение поло-
жения F'б относителЛзо при-
змы
лучей (защитное стекло перед объек-
тивом и т. д.). В сходящемся пучке
лучей (например, после объектива) они
вносят аберрации.
Пример. Определить положение
заднего <|хжуса объектива F°6 отно-
сительно выходной грани прямоуголь-
ной призмы, расположенной за объ-
ективом (рис. 2.49).
Для параксиальных лучей (а=е)
йа = /ц — = hf — ad/n = Яг,
поэтому .Sj = .$2 = sx— din. Для рас-
сматриваемого случая s'2 = — а —
—d/п. Если в системе имеется несколь-
ко призм, то
sp = s0-SaBO3fl-SWn)-
Графическое построение хода луча
через плоскопараллельную пластинку
(или любую ей эквивалентную призму)
методом редуцирования
Толщину стеклянной пластинки с показателем преломления п при-
водят к воздушной толщине din (см. рис. 2.48). Падающий луч проводят
без преломления до встречи е выходной гранью 2' воздушной пластинки.
Затем высоту йв откладывают па выходной грани2 стеклянной пластинки.
Ход лучей определяется н стекле прямой АВ. С помощью редуцирования
упрощается графическое построение лучей при габаритном расчете
системы в параксиальной области или при малых углах падения е.
Преломление лучей через призму в ее
главном сечении
Па рис. ‘.’.ПО нюбражеи ход луча в сланном сечении призмы MAN
(в ИЛОСКОГ1Ц, перпснппкулирпой преломляющему ребру) с преломляю-
щим углом 0, расположенной я воздухе. Hi рис. 2.50 следует, что
в» = 0-|- r.J; о-1'( | г'|-| г.} - па; о — угол отклонения луча от
128
первоначального направления SEf. На основании закона преломления
для точек В и D имеем sin ех = п sin ех; sin е2 = п sin е2
1 . , , .
cos-?-(e,+е2) ,
sin -у (0 + о) =------j---------п sin -у 0. (2.86)
cos v (ex + e')
Рис. 2.50. Отклонение луча призмой
в главном ее сечении
(ярен биссектрисе угла 0. Формула
Для постоянного значения угла 0 и при данном показателе прелом-
ления п вещества призмы угол о будет1 изменяться, сели менять вели-
чину угла вх (гадающего луча
SB с нормалью. Значение
минимального угла отклоне-
ния Omin в зависимости от п
и 0 призмы определяется по
формуле
sin (9 "Ь Omifi) =
= nsin-^-0. (2.87)
В этом случае ех =
= (0 + omln)/2; ех = 0/2;
ех = .—е2 и бх = е2.
Ход луча в призме бу-
дет симметричен относитель-
но граней, т. е. перпенди:
используется для определения показателя преломления п вещества
призмы; углы 0 п оШН1 нзмеряются па гониометре пли спектрометре.
Формула для 1>ыч1Н7ич1ия oiнлошаши луча чере( призму С МИЛЫМ
углом 0 при больших углах падения е.
а = arc sin [0 V п2 — sin2 кх + sin ej — (sx + 0)
или приближенно
a = 0 |?/7i2 + (n2 — 1) tg2 ex — 1].
При малых углах 0 и ex имеем <J = 0 (n— 1).
Если призма находится не в воздухе, т. е. пх =/= 1 и n3 1, минимум
(или максимум) отклонения вычисляется по формуле tg е[ = (fe —
— cos 0)/sin 0, где k — V(nj — п2)/(Ф4 — n’j); n2 — показатель прелом-
ления призмы.
Преломление луча, проходящего через призму
вне плоскости главного сечения
(внемеридиональный луч)
Косой (внемеридиональный) луч РВ может быть определен углом у,
образуемым лучом со своей проекцией Р'В на плоскость главного
сечения (рис. 2.51) и углом гуэ между упомянутой выше проекцией и
5 В. Л. Панов и др, 12 1
нормалью к грани призмы. Последовательное применение к двум граням
призмы закона преломления дает следующие результаты [85]:
1) угол луча со своей проекцией после преломления равен
(до преломления), т. е. наклон лучи к плоскости главного сечения не
меняется;
2) проекция луча па главное сечение ведет себя как световой лу4,
т. е. удовлетворяет законам преломления, если за величину показателя
преломления стекла принять N =
Рис. 2.51. К вычислению хода
внем<'р||диоиалы1ого ;луча че-
рез призму
= /п2 + (л* — 1) tg2Tx-
Зависимость этого условного по-
казателя преломления # от наклона
у вызывает искривление спектраль-
ных линий.
Дисперсия призм
Простая призма в воздухе дает
при постоянном угле падения лучей
6et 0 угловое отклонение do между
двумя лучами с разностью показателей
преломления dn для длин волн X я
X ф- dX.
Угловой дисперсией призмы на-
зывается отношение do/dn\ значение
для него можно получить, если продифференцировать формулу (2.87)
do mtn __ 2 sin (0/2)__dn
~ / 1 — n2 siu2W) ll?b *
(2.88)
Для k одинаковых призм, расположенных в минимуме отклонения,,
domin 2k sin (0/2) dn
К1 — na sin (0/2)
Угловую дисперсию можно увеличить, если отказаться от симме-
тричного хода лучен в призме (или от принципа наименьшего угла
отклонения о). В случае произвольного хода луча света в призме угло-
вая дисперсия призмы определяется по формуле
do sin 0 dn
dk ’ cos е] cos г.^ dX
При милых углах 0 и do — (Мп, при минимуме отклонения
do = —2 tg e^dn/n.
Угловая ширина спектра определяется угловым расстоянием До
между лучами данного спектра и с достаточной степенью точности
вычисляется по формуле (2.88). Участку ДХ длин волн между Хх и Ха
cooir.en гвует изменение показателя преломления Ди. Поэтому
. 2 Sin (0/2) .
[/ I — п2 sin 2(0/2)
Для W-iралугпой призмы До 2.W/ ! — п‘, где п— среднее
значение ноклзптсли преломления дли длины волны С симметричным
130
кодом луча в призме в данном интервале длин волн. Например, для
кварца в интервале длин волн от 1 = 1852 А (п = 1,6759) до X = 7685 А
(п = 1,5391) средней длиной волны будет Хср = 2500 А (пСр= 1.607);
Дд «я 0,1368, До= 0,2325 в радианной мере (или 13,3°). Для стекла
ТФ1 В интервале длин волн от Л = 3650 (я = 1,7002) до X = 8630 А
(л = 1,6326) А,ср= 4600 А (мср= 1,666); Ап = 0,0676, До= 0,1222
в радианной мере (или 7°).
Дисперсия вещества призмы dnldk для видимой области спектра
обычно вычисляется по интерполяционной формуле Гартмана [89].
Увеличения дисперсии можно достигнуть увеличением преломляю-
щего угла призмы. Однако предел этому ставит полное внутреннее
Рис. 2.52. Призма Амичи
Рис. 2.53. Призма Циикера
отражение иа второй поверхности призмы. Можно построить призму
с большим преломляющим углом, если ее поместить в среду с показа-
телем преломления n'> 1. В этом случае формула (2.87) примет вид
, 0 , , 0 *4- «Тпнп
п sm ~ = п' sin —> ;
da 2f — ____* \ п sin (в/2)
к П "dT л' dk / |Лп'а —л»в1п»(»/2)’
Область значений 0, как »то следует и.т подкоренного выражения
предыдущей формулы, увеличена до sin (0/2) < п'/п. Если принять
п = 1,66 и л' = 1,5 [флиитовая призма находится в среде из кронового
Стекла (рис. 2.52), то угол 0 может достигать значений до 120°. Угловая
Дисперсия такой сложной призмы определяется по формуле
do_________2
dl ~ cosejcosea
sin 02 cos е
dn2
1 dk
где Sr — преломляющий угол внешних кроновых призм, которые
предполагаются одинаковыми; 0а — преломляющий угол средней флин-
товой призмы; н еа — углы падения луча соответственно на первую и
вторую поверхности.
Угол полного отклонения луча призмы о = 2 (ег 0* — 02).
Призмы прямого зрения. К ним относится призма Амичи (Броу-
нинга, рис. 2.52). Опа состоит из одной флиптовой призмы, обладающей
большой дисперсией, и двух крайних кроновых призм с малой диспер-
сией. Угол средней флинтовой призмы определяется по формуле
tg (0я/2) = J/ (4-9/«ф-”к)’
где Лк и Пф — показатели преломления крона и флинта для того луча,
который системой не отклоняется (обычно принимают к — 486,1 нм).
5* 131
Табл п и а 2.12. Дисперсия тройной призмы Амичи
Б КЗ (и,) 1,5183 v 60,3); Т<!>5 (гц> 1,7550 v = 27,5)
0, - Иц = 4)9 53'; (L - 109 46'
Сш'ктр.'ил.пля линия, им Дисперсии Сигм ралнпая линия, им Дисперсия
766,5 (Д') 750 700 656,3 (С) 600 Г 11,7' 6° 59,5' 6° 21,8' 5° 41' 4° 27,6' 587,6 (d) 500 486,1 (F) 435,8 (g) 434,1 (О') 400 4° 07,9' 0° 46,9' 0° —3° 55,5' —4° 07,1' —8° 34,2'
Часто призмы icoiierpynpyioT из двух (грех) флиптовых и трех
(четырех) кроновых призм. 11итинрнзменпые системы могут быть
рассчитаны так, чтобы кривизна некоторых спектральных линий была
уничтожен,т. В табл. 2.12 приведены значения дисперсии тройной
призмы Амичи.
Рис. 2.54. Призма Вернике
Рис. 2.55. Призма Резерфорда
Призма Цинкера (рис. 2.53) состоит из двух одинаковых по величине
призм различной дисперсии, но имеющих одинаковый показатель
преломления для одной определенной длины волны. Свет на первую
Рис. 2.56. Призма Аббе с посто-
янным отклонением 90°
Рис. 2.57. Призма с постоянным
отклонением 60°
поперхп<>< и. призмы надает перпендикулярно, поэтому потерн на
отражение и neii меньше, чем в призме Амичи.
На ри<. 2 .'i-l ;i,iiui при imii Вернике, обладающая большой диспер-
сией; по |«и« |рук1|ии она ирсдегш1лясг собой двойную призму Цинкера.
На рис. 2.55 показана при imii Резерфорда, состоящая из флиитовой
132
призмы е большим преломляющим углом (90—120°) и двух одипзково
симметричных, наклеенных на нее призм из крона. Конструкции некою-
рых призм с постоянным углом отклонения приведены па рис. 2.56 н
2.57.
Ахроматические клинья
Призму, ограниченную двумя преломляющими поверхностями
с малым углом (0 С 6°) между ними принято называть клином. Предпо-
лагая, что углы 0 клиньев, а также углы е луча с нормалью к грани
клиньев малы, получаем условие
ахроматизма клина, составленного
из двух простых клиньев (рис.
2.58). При этом их отклонение
равно о = (й! — 1) 0j + (п2 — 1) X
X 02, откуда
0j = o/(Vj — v2) Д/ц;
02= —o/(v! —v2) Дп2,
где v, и v2 — коэффициенты дис-
персии; 0J и 02 — углы клиньев,
имеющие разные знаки, т. е. клинья
обращены преломляющими ребрами
в противоположные стороны. При-
веденные выше формулы являются
приближенными. Если угол откло-
нения луча велик (более 2—3°), то
следует пользоваться более строгой
теорией ахром.1тизации пр изменим х
систем |85, 861.
I |рп прохождении лучей Мере i
КЛИП происходи I 1 рипсформпро||,пп1е
или трансформирования |3, 85, 8!) |
Габаритный расчет зрительной грубы
Требуется рассчитать систему со следующими характеристиками:
Гт = 6х, 2<ог= 6°, длина системы L = 750ч-780 мм, диаметр выход-
ного зрачка D'p, = 4 мм и t'3p не менее 15 мм, входной зрачок всей си.
стемы совпадает с оправой объектива (рис. 2.59). Применяем двухлинзо-
вую симметричную оборачивающую систему V = —1 и/,= /(.Сцелью
наилучшего исправления астигматизма в ней, примем d3 0,8/3. Глав-
ные лучи делят в точке Р' расстояние rf:1 пополам, и тогда вследствие
симметричности хода между компонентами автоматически исправляются
кома, дисторсия и хроматизм увеличения. Для сопряжения точек Р и Р'
применяется коллектив, установленный в плоскости изображения,
создаваемого объективом. Чтобы выполнить условие 15 мм,
примем /'к = 25 мм (окуляр типа Кельнера). По формуле (2.36) диаметр
входного зрачка (объектива) Dp = Рр,Гт = 4 X 6 = 24. Фокусное
расстояние объектива /^б = = 25 X 6= 150. Полагая L ~
= 750 мм, определим /'половины оборачивающей системы: /3 = /.[ '
~ (L — dt — — /зр)/2 = 200 мм.
133
Точка Р' есть изображение точки Р", полученное через первый
компонент оборачивающей системы. По формуле (2.3) расстояние точки
Р* относительно первого компонента равно а = о'/зч/з—а')~ 133,3;
фокусное расстояние коллектива /кол—di (daH- a)/[dt+ (da + о))==
= 103,45. Итак, имеем: Ф, - Фо0 = 1/150= 0,00667, d, = /об== 1501
Фа = ®кол “= 1/Ю3.45 = 0,00967, da = -f3 = 200; Ф3 = Ф4 = 1/200 =ч
= 0,005, da = 160; Фв = Фок = 1/25 = 0,04, dt = da + /ок = 225;
Оборачивающая
Рис. 2.59. Габаритная схема ^зрительной трубы с ходом
лучей
Для определения габаритов системы применяются формулы (2.23)
и (2.24). Расчет крайнего луча (/ij = Dp/2 = 12; сс1=О);
аа = аг + h^i = 0,00667-12 = 0,08;
й2 = *1 — «А = >2 — 0,08-150 = 0;
а3 = 0,08; /г3 = —16; а4 0; Л4 = —16; а6 - —0,08;
Аз = 2; а„ ~ 0.
Расчет главного луча (tg «t = tg flt • - —0,0522, = Hi~ 0); P2 =
= 11, -I- Д1Ф, - —0,0522; //a = H, - Mi = 0,0522-150 = 7,83; ₽8 4
0,02349; Яд 3,13; ₽4 • 0,03914; //4 - -3,13; f)6 = 0,02349; H, =
=- —8,415; //s = //4 — p3 (d4 — /ок) = —7,83 (фокальная плоскость
окуляра); f)e = —0,313; 4р ~ //s/p« = —8,415/(—0,313) = 26,88.
Результаты расчетов высот лучей даны в табл. 2.13.
Если принять 2й3 = 2й4 = 32 мм, то виньетирование наклонных
пучков в процентах составит 0= (Др — (т4 — тг)] 100/Рр = 17.
Во многих системах с целью уменьшения ее габаритов или улучше-
ния качества изображения применяется одностороннее виньетирование
наклонных пучков. В этом случае за главный луч принимают средний
луч наклонпок) пучка, проходящего через оптическую систему (см.
рис, 1.27). Нелелстппг дисторсии окуляра и аберраций в зрачках системы
главный луч наклонного пучки н большинстве случаев пересекает опти-
ческую ось ближе к окуляру, чем параксиальное изображение центра
входного зрачка системы.
134 .
Т а б л и ц а 2.13. Высоты лучей иа главных
плоскостях системы
k Компоненты К \ системы Крайний . луч (Zj == 0 ht == 12.0 Глав- ный луч = —0,0522 Ч Наклонные лучи Р, = (®,) = —0,0522
т = 12,0 т= —12,о
Объектив (Фх) Коллектив (Фа) Первый компонент обо- рачивающей системы (Ф3) Второй компонент обо- рачивающей системы (Ф4) Окуляр (Ф6) 12,0 0 —16,0 —16,0 2,0 0 7,83 3,13 —3,13 —8,41 12,0 7,83 —12,97 —19,21 —6,39 —12,0 7,83 19,03 12,79 —10,39
В качестве объектива трубы и линз оборачивающей системы при-
меним двухлинзовые склеенные компоненты, так как их относительное
отверстие составляет приближенно 1 : 6. Исправление в этих компонен-
тах сферической аберрации, хроматизма положения и комы можно вы-
полнить по методу, предложенному Г. Г. Слюсаревым [85, 86]. Важно
заметить, что когда плоскость входного зрачка совпадает с оправой
объектива (/^ = 0), астигматизм последнего исправлению не поддается
[см. формулу (2.66а)]. В этом случае согласно формулам (2.63) и (2.66а):
< = — 0.5f'o6 tg (1 л) == — 0,85/^ tg со] = —0.34;
<„ - 0 tg«»’ (3 ]• л) - -1,85/;)б 1g Ч - —0,74,
где л 0,7 (параметр кривизны), и тогда астигматизм
<"<«=0,4.
Коллектив, расположенный в плоскости изображения, вносит лишь
кривизну поля и дисторсию:
Кривизну изображения, создаваемую совместно объективом, кол-
лективом и оборачивающей системой в фокальной плоскости -окуляра
(рис. 2.60), можно определить как стрелку Пецваля (см. стр. 104)
д/ ____054
Д р ~ 2Rp~ 2 Zj п
где
£ (Ф/л) а £ ф/„ 0,67 £ ф = 0,0176,
полагая nt— п3~ 1.
На рнс. 2.60 обозначено: Р'В' — главный луч; В' — точка схожде-
ния меридиональных или сагиттальных лучей; FOKB' — идеальное
изображение (неискривленное) в фокальной плоскости окуляра; FOKB' —
искривленное изображение; Rp — радиус кривизны поверхности изо-
135
бражения1 * *; г == y^/2Rp—стрелка Пецваля при величине изображе-
ния у'.
Кривизна меридионального и сагиттального изображения \[R'm
н 1/Д' связана с суммой Пецваля следующими соотношениями: ;;
3//?; - \jRm = 2/R'p = 2 2 (Ф/n). (2.90)
Согласно рис. 2.60 отрезок после окуляра в диоптрийной мере
составит
L = 1000/z = ЮООг/f^ = 1000y,2[2Rpf£ = 10Q0(b'2/2Rp.
Пользуясь выражением (2.90) как общей формулой, можно написать
st, (Л—.
s fn 2 1 I P D I P
\ iXs /
« -lOOOto’f 2(Ф/п).
Выбрив тин окулпрл, исходя из его фокусного расстояния и угло-
вого поли, уже заранее можно предусмотреть наилучшее возможное
исправление астигматизма и кривизны поля всей системы.
Для зрительных труб аберрации, выраженные в угловой мере,
рекомендуется удерживать в пределах одной-двух угловых минут за
окуляром в соответствии с предельным углом разрешающей способности
глаза наблюдатели. Вторичный спектр допускается до 3—4 мин при
диаметре зрачка глаза 2 мм. Наиболее
надежным способом оценки
Рис. 2.60. Определение кривизны изображения
допустимых аберраций в объективах микроскопа служит критерий
1’алеи, согласно которому волновая аберрация в плоскости ианлучщей
установки не должна превышать одной четверти длины волны света.
В фотографических объективах аберрации оцениваются кружками
рассеяния в плоскости изображения. Как правило, расчет оптической
системы заканчивается составлением документа, в котором приводятся
конструктивные параметры системы,' таблицы н графики аберраций,
tin рис. 2.61 и 2.62 приведены в качестве примера такие графики для
зрительной трубы н фотографического объектива.
1 H i формулы следует, что яоперхпость изображения в при.
ближсиип ipuit.piu порлдпп, налнеген нярлПолопдом ирлщепин. а Яр**
параметром д<ио пирнболипди -- радиусом кривизны в вершине.
136
Рис. 2.61. Аберрации телескопической системы Гт = 6х, 2а> = 8°30',
Sp = 15,3 мм
Точка на оси
ft, В угловой мере В диоптрийной мере
е С F' F'-C е С F’ F'-C'
0 0 0 0 0 0 -0,17 0,04 0,21
17/1/2 — Г 01" 0' 02" -1' 02" — 1' 04" 0,14 0 0,15 0,15
17,6 — 2' 47" — Г 23" — 2' 23" — 1’ 00" 0,28 0,14 0,24 0,10
Точка вне оси
<0, SP (О' s’p' Ls Lm
2° 05' 4° 15' 0 0 12° 16' 31" 25° 43' 12" 15,26 15,00 — 0,80 — 3,45 — 0,65 — 1,63
А, % | а 1 а а сл О О <л Lm cos (О' (Ls-Lm)coso' (Ls+Lm) - cos
2,27 9,05 3' 41" 4* 29" — 0,78 — 3,11 — 0,64 — 1,47 — 0,15 — 1,64 — 0,71 —2,29
B, = 2° 05'
nit O' nil = - :l 17,0
17 12° 08' 47" k » 0' 51"
9 12° 13' 10" D = — 8* 35"
0 12° 16' 31" mt = 9,0
— 9 12° 20' 32" k = 0' 20"
— 17 12° 17' 22" D = — T 22"
15'
9 25° 33' 30" m, — ±9,0
0 25° 43' 12" k = —3' 41"
—9 25° 45’ 32" D = —12' 02"
137
102ш Wf-1lf(M) 102ш' шГ20°(М) 10гы шг-20а(6)
80 9 9JУ' '°'- "г"' л" п п“''г
'ЬХвгран.
18,0 18,6 V1
-10
0,1 О Q1AG
Богран,
й поверхн.
-20
огран.
а" 1 -и поверху.
W-uho-
верхи.
Прямая аа' соответствует плоскости установки,
смещенной относительно г-----*-" п-а —
гауссовой на -0,18 мм
Действующая
диафрагма Ф11,8
Рис. 2.62. Конструктивные элемен-
ты и графики аберраций объектива
г, = 17,10
d, - 2,85 ТК16 14,8
Г, = оо
</2 = 4,05
г, —33.57
d, = 0.9 ЛФ5 12,4
г, ** 14.56
<4. = 5.05
г, •• 245,5
<4, =. 0,8 ОФ1 12,8
г. -- 15.17
d. *= 5,1 ТК16 12,8
г, " —23,53
!' *» 51,39 =» —40,21
S'F, = 42,76
(см. сводку аберраций аа стр. 138—139)
Сводка аберраций
Точка на осн
h D s'c SC' SG’
Ю’о' S' As' . п
0 {> 4’7,70 0,10 -0,27 -0,37
Т.З)' !/• II), к» 47.ПЗ 0,23 O.IJhl - 0.1 5 — 0,44 -0.29
7.3 14,24 4 2.78 0,02 0.UI 0.09 — 0,08 —0,17
1J6
В сагиттальном сечении
т,=0, ш, ==—10°
М, \ - 10«б' Д01
7 13,50 -0,01
6 9,67 -0.0.1
0 0 0
—Б -9,67 0,03
—7 -13,5 0,01
т,=0, — 20»
Ml — 10^6' до;
7 12,89 0,037
Б 9,28 -0,024
0 0 0
— 5 -9,28 0,024
— 7 — 12,89 — 0,037
меридиональном сечении
a1==— Ю»
102 а' у'
7 —4,53 9,054
Б — 8,27 9,055
0 — 17,70 9,059
— 5 -27,31 9.064
— 7 — 31,09 8,967
й, = — 20»
10»О' 9'
5 —26,14 18,46
3 — 29,78 18,53
0 —35,11 18,56
— 3 —40,44 18,55
;—5 — 43.92 18.46
а, = — 23°
ttli 10« а' У’
5 —31,16 21,32
3 — 34,90 21,47
0 —40,2 21,57
— 3 —45,3 21,58
Т очки »н е о с и
W1 Sp 3 2' т г' - 2' з т У'. У' -У’а #О'~УС’
— 10» 12,15 —7,88 — 0,13 0,02 — 0,15 9,06 —0,016 '0,010
—20» 12,86 —7,95 —0,26 -0,30 0,04 18,56 -0,147 0,014
— 23» 13,27 — 8,15 — 0,16 -0,93 0,77 21,57 —0,230 0,022
Условия нерастраиваемости оптического
прибора при изменении температуры
В оптических приборах, работающих при различных температурах,
возникает термооптичсскли аберрации увеличения и расфокусировка
оптической системы. Температурное смещение плоскости изображения
относительно фиксированной плоскости приемника (в телескопических
системах — фокальная плоскость окуляра, в фотографических систе-
мах — светочувствительный слой и т. д.) вызывается двумя причинами:
наличием термооптической аберрации положения изображения
и термическим изменением линейных размеров механического устрой-
ства, связывающего оптическую систему с плоскостью приемника. Для
139
устранения эффекта температурного смещения плоскости изображения
относительно плоскости приемника должно быть выполнено условие
(рис. 2.63) (89J
Де As'. — Ьа 0, (2.91)
где Л£ — температурное смещение плоскости изображения относительно
фиксированной плоскости приемника, вызванное термооптической
аберрацией (As/' = s’t — s^) положения оптической системы и терми-
ческим изменением Да размеров механического устройства, связываю-
щего оптическую систему
с фиксированной плоскостью
приемника. Из формулы
(2.91) следует, что Дз^=Да,
Если термическое изменение
линейных размеров механи-
ческого устройства, связы-
вающего оптическую систему
с приемником, компенсирует
изменение расстояния от по-
следней поверхности оптиче-
ской системы до плоскости
приемника, то Д? = 0. Это и
Рис. 2.(13, Эффект темпера i урного сме-
щения плоскостей изображения:
Л — положение fuiovKi’C i н приемника при
начальной температуре прибора 20м С,
находящейся на расстоянии ОА •=» s' от
последней поверхности оптической си-
стемы; О'А = — положения изобра-
жения при температуре t
есть условие нерасстраивае-
мости оптического прибора
в отношении температурной
дефокусировки изображения
относительно плоскости при-
емника.
Пример. Определить
Дз^ — величину смещения
задней фокальной плоскости
объектива визира (см. рис.
1.27) при изменении температуры от = 20 до 12 = —70° С.
Предварительные замечания. С изменением температуры происхо-
дят' изменения: показа /слеп преломления стекол, радиусов кривизны
поверхностей линз, толщин линз и также воздушного промежутка
между линзами из-за теплового расширения материала промежуточного
кольца, 11окп.чатсль преломденпя стекла при температуре Р вычис-
лив ни ио формуле
“Я,в + ₽* 0—20),
где л,,, — показатель преломления стекла при /=20° С (приводится
в ГОСТ 3514—76 или ведомственной нормали); (3* — коэффициент,
характеризующий приращение показателя преломления для той длины
волны, для которой исправлены монохроматические аберрации объек-
тива (приводится в ГОСТ 13659—78).
Радиус кривизны поверхности при температуре Р вычисляется по
формуле rt = r0 (1 + а*0 нли rt — г20 (1 + Ata*), где а* — темпе-
ратурный коэффициент линейного расширения определенных марок
стекол; и г21) — радиусы кривизны соответственно при G = 0° и
Go 2()'(,; AZ*53 (“-Go-
Для поверхности склейки двух стекол а* принимается равным
среднему арифметическому величин коэффициентов расширения этих
140
Таблица 2.14. Конструктивные элементы объектива
и значёиня а н рр
Радиусы поверхностей Толщины по опти- ческой оси Марка стекла «о Св. 0 а*. 10’ Рд-10е
53* II II II II II сл ьэ 1 1 — О ОО ЬЭ — Ъ 8 8 й d, - 5,2 d2—3 <4возд~ 1 К8 ТФ1 К8 1,5163 1,6475 1,5163 36 72 83 72 2,8 3,4 2,8
стекол. Изменение величины воздушного промежутка можно вычислить
по приближенной формуле
Ad/ = [(d — ех + е2) у* — + Ф*1
где Ci и е2 — величины «стрелок», отсчитываемых от вершин преломляю-
щих поверхностей с учетом их знака (см. правила знаков стр. 65);
у* — коэффициент линейного расширения материала, из которого
изготовлено промежуточное кольцо длиной L= d — 6x+ е2.
Конструктивные элементы г, d, п объектива из трех лянз даны
в табл. 2.14. В этой таблице а* и даны для марок стекол К8 и ТФ1,
применяемых в объективе.
Кольцо из дюралюминия (у* - 22- 10“’’) длиной /. d:l — е,-1-
Решение. Вычисляем /I/, г/, d/ при /.4 —70"С, если /[ — 20° С.
А/ — /а — • —90" С.
Для марки стекла К8
nt = п20 + рр (/2 — 20) = 1,5163 + 2,8 10~6 (-90) = 1,51605;
для марки стекла ТФ1:
nt =п20 + Ро (А,—20) = 1,64754-3,4-IO’6 (—90) = 1,64729;
тп = Г1 (! 4-aj AZ) = 117,49(1 + 72-10'7 (—90)] = 117,41;
ТП = г2 [ 1 + (а1 + а!>) W] =
= —100,93 [1 4- 78-10(—90)] = — 100,86;
г,3 r3 (1 -|- а* А/) -200 [ 1 83 -10 7 (-90) ] = —199,85;
Г/4 = r4 (1 4-а] Д1) = 128,23 11 -|-72-10'7 (-90)] = 128,15;
г/5 = г5 (* + <4 AZ) = 250 [1 4- 72-10'7 (-90)] = 249,84;
dtl ==dj(l 4-а] Al) = 5,19б;
d/2 = d2 (! 4- й2 Д1) = 2,998; d/4 = d4 ( 1 4- а’ Д0 = 3,997.
141
Таблица 2.15. Распределение марок стекол
в зависимости от коэффициента теплового расширения
а. 10’ для ин- тсрвалв тем- ператур от —60 до +20 ®С Марки стекол
До 40 ЛК7
41—50 ЛК4
51-60 БК8, ТК4, ТК12, ТФ5, БФ28, ОФ1
61-70 К14, БКЮ, БК 13, ТК2, ТК8. ТК13, ТК14, ТК15, ТК16, ТК20, КФ4, КФ6, БФ1, БФ7, БФЦ, БФ13, БФ25, ЛФ5
71 Ф1, Ф6, Ф13
72 -80 ЛК6, К8, К19, БК4, БК6, ТК21, БФ6, БФ8, БФ16, БФ21, БФ24, ЛФ10, Ф4, ТФ2, ТФЗ, ТФ5, ТФ6, ТФ8
81—90 91—100 * По дайны,1 ЛКЗ, БФ12, ТФ1, ТФ10 ТФ7 и Л. В. Сергеева.
Изменение воздушного промежутка при /2 = —70° С (приближенно)
А^возд — l(dt — ех + е8) у* — еха* -f- dt = — 0,0076,
где — Св.02/8г, = 362/1600 = —0,81; е8 = Св. 02/8б4 = 1,26. Тогда
= da + Д4авозд = 0,9924.
Конструктивные элементы объектива при t =* -—70° С следующие:
гх в 117,41
dj = 5,196 К8 nD =1,51605
rt = — 100,86
<(. = 2,998 ТФ1 П[> — 1,64729
r8 = — 199,85
^звозд — 0,992 — —
r4= 128,15
dt = 3,997 K8 nD= 1,51605
rt = 249,84
Задний фокальный отрезок s', = 114,669 мм. Первоначальное
( г об
вначенни было s', “ 114,699. Следовательно, изменение Asi =
'<>а
= —0,01 мм.
Смещение плоскости приемника вследствие изменения длины
корпуса прибора, изготовленного из дюралюминия равно Д«г = (t-~-
142
-20°) уз', = (—70 — 20) 22- МП-114,7 * —0,227мм. Таким образом,
ро6
несмотря на термостабильность самого объектива (Дз£ = 0,01 мм),
смещение плоскости приемника, вследствие температурного воздай*
ствия на корпус прибора остается весьма значительным.
При средних радиусах кривизны склеиваемых поверхностей пара
лииз со слоем бальзамина будет термостойкой, если их а составит
не более 25-10“7 (табл. 2.16). Когда Да превышает эту величину, то
может возникнуть расклейка деталей при Температурных перепадах
до ±60° С. Детали, склеенные бальзамином] становятся иетермостой-
кими, если Да> 29*10
Определение значений показателей преломления
оптических стекол
Для вычисления показателя преломления оптических стекол в об-
ласти спектра от 1 = 0,365 до 1040 мкм пользуются интерполяционной
формулой фирмы Шотт
па = йо -J- й1^а 4* йа^-г 4* йз^-4 4" 4" йзХ-8.
Погрешность формулы не превышает двух-трех единиц шестого
знака в области C—F, четыре-пять единиц этого же знака за пределами
указанной области. Г. Г. Слюсаревым были использованы приведенные
в ГОСТ 13569—68 значения показателей преломления десяти основных
длин волн: 0,36501 (i); 0,40466 (h); 0,43405 (G'ji 0,48613 (F); 0,54607 (e);
0,58930 (D); 0,65628 (C); 0,76649 (Д'); 0,863 и 1,0 мкм. Эти значения пс»
легли в основу решения нормальной системы уравнений, приводящей
к системе формул:
аи Аи< 4 4* сипа' + 4* ^unt 4" F»nD 4*
4'Gunc 4* ^ипА' 4- /ипо,8вз4- ^uni,o' (2.92)
где и принимает значения 0, 1, ..., 5 [86].
На основании этой формулы составлена программа для цифровой
ЭВМ, позволяющая по десяти значениям показателей преломления,
соответствующйм перечисленным выше длинам волн, определить коэф-
фициенты йц, ..., й5 и по ним значения п (1) для любого значения Л
в промежутке 0,365—1,5 мкм. Кроме того, для 100 марок стекол
ГОСТ 13659—68 машина может сразу выдать значения показателя пре-
ломления для любого X в указанной области спектра, поскольку коэффи-
циенты йо, йа для этих марок стекла содержатся в памяти цифровой
ЭВМ.
В ГОИ им. С. И. Вавилова разработана интерполяционная формула,
пригодная для всех оптических стекол по ГОСТ 3514—76 (и по ведом-
ственной нормали) для диапазона Л от 0,35 до 2,6 мкм и обеспечивающая
точность в несколько единиц шестого знака после запятой:
4- 4- 4- 4" ^5^ 4" 4~
Эта формула применяется в «машинном каталоге» оптических стекол,
введенном в память цифровых ЭВМ.
143
Таблица 2.16. Постоянные коэффициенты формулы (2.03)
лг И'И 1« К (Я ’ ;<i Есстоянные
А В D Е- 1£л
г Кварц давленный 0,5—4,3 1,44902 0,004604 —0,000381 —0,0025262 —0,77220
- SrTiO3 1,0—5,3 2,28355 0,035906 0,001666 —0,0061335 —0,15020
i ~ MgO 0,5—5,5 1,71960 0,006305 —0,000000 —0,0031356 —0,0770
А12о3 1,0—5,6 1,75458 0,007149 —0,001577 —0,0045380 —0,2808
L1F 0,5—6,0 1,38761 0,001796 —0,000041 —0,0023045 —0,0557
V CaF2 0,6—8,3 1,42780 0,002267 —0,000069 —0,0011157 —0,0162
BaF2 0,5—11,0 1,46629 0,002867 4-0,000064 —0,0006035 —0,00465
S Si 1,3—11,0 3,41696 0,138497 0,013924 —0,0000209 0,01480
9 Ge 2,0—13,5 3,99931 0,391707 0,163492 —0,0000060 0,00053
Таблица 2.17. Показатели преломления некоторых материалов, вычисленных по формуле (2.93)
1 № п/п Материал Показатель преломления при различных длинах волн, мкм
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5.5 6.0 6,5 7,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Кварц плавлеиныЁ SrTiO, MgO А1,О, LiF CaF, EaF, Si Ge 1.4614 2,4776 1.7454 1.3943 1,4363 1,4778 1,4508 2,3161 1,7229 1,7557 1,3871 1,4289 1,4686 1,4449 2,2862 1,7153 1,7471 Г, 3832 1,4263 1,4662 3,4821 1,4388 2,2679 1,7085 1,7377 1,3788 1,4239 1,4646 3,4526 4,1083 1,4309 2,2504 1.7607 1,7262 1,3733 1.4*211 1,4630 3,4395 4,0664 1,4205 2,2312 1,6915 1,7122 1,3666 1,4179 1,4611 3,4324 4,0449 1,4069 2,2091 1,6806 1,6953 1,3587 1,4141 1,4591 3,4282 4,0324 1,3891 2,1838 1,6679 1,6752 1,3494 1,4097 1,4567 3,4254 4,0244 1,3664 2,1550 1,6533 1,6515 1,3388 1,4047 1,4540 3,4235 4,0190 2,1223 1,6367 1,6239 1,3266 1,3990 1,4510 3,4221 4,0151 1,6179 1,5918 1,3129 1,3927 1,4477 3,4211 4,0123 1,5550 1,2975 1,3856 1,4440 3,4203 4,0102 1,3778 1,4400 3,4196 4,0085 1,3693 1,4357 3,4191 4,0072
| № п/п [ Материал Показатель преломления при различных длинах волн, мкм
7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5
6 7 8 9 CaF, BaF, SI Ge 1,3600 1,4309 3,4187 4,0062 1,3498 1,4258 3,4184 4,0053 1,3388 1,4203 3,4180 4,0046 1,4144 3,4181 4,0040 1,4080 3,4178 4,0036 1,4013 3,4177 4,0032 1,3941 3,4177 4,0029 3,4177 4,0026 4,00£4 4,0023 4,0022 4,0021 4,0021
Интерполяционные формулы М. Герцбергера
для вычисления показателя преломления
в инфракрасной области спектра
За последние годы появился широкий ассортимент оптических
материалов для инфракрасной области спектра. Для реализации этих
материалов необходимо зиать их оптические константы. Для этой цели
можно применить интерполяционную формулу М. Герцбергера
п = А — BL + CL2 + £>№ + EV + ..., (2.93)
где L = (АЛ — 0,028)~х, постоянные А, В...... Е вычисляются при
известных показателях преломления для пяти длин волн. Зная эти
постоянные для данного материала (табл. 2.16), можно определить п
для любой заданной длины волны для 14 материалов в ИК-области
(плавленный кварц, Lil1', МцО, Cal'a, Si, Ge, ВаГа, А1аО3, JR-20, AsjSg
и др.) (табл. 2.17) [1171.
Если известны тц... и,, то показатель преломления для прианаль-
ной длины волны можно вычислить по универсальной интерполяцион-
ной формуле М. Герцбергера
л(Х) - щ (Л)/ц [- аа (Х)яа — я, (к) п„ at (X) п4 -)-а5 (X) пб. (2.94)
В табл. 2.18 приведены величины кбэффпцнепгов а/ (X), вычислен-
ные через интервал 0,5 мкм дли области от 1,5 до 5 мкм.
Таблица 2.18. Коэффициенты az (к) универсальной
формулы (2.94), вычисленные для восьми длин волн к
от 1,5 до 5,0 мкм в интервале 0,5 мкм
к a, W а, (М йз (X) а, (к) Og (X)
1,5 1 0 0 0 0
2,0 0,116994 2,034777 —3,274872 2,437882 —0,314781
2,5 0 1 0 0 0
3,0 -0,004907 0,269321 1,344831 —0,676081 0,066836
3,5 0 0 1 0 0
4,0 0 0 0 1 0
4,5 —0,002182 0,062725 —0,647779 1,320303 0,266933
5,0 0 0 0 0 1
II качестве примера использования табл. 2.17 и 2.18 вычислим
nOK.ri.iHvii. преломления SrTiO3 для к — 2 мкм:
п (2.0) - 0,11699 X 2,2862 -|- 2,03478 X 2,2504 — 3,27487 X
X 2,20'11 |- 2,43788 ;< 2,1838 - 0,31478 X 2,1223 -= 2,2679.
Л и т < ь .1 г у |> <н II, .1. IV, III, IV, 57, 01, «4, 00, 07, 60, 71, 78—82,
85, 86, 83. 100. 102. 103, 111, 112, II/j.
ГЛАВА 3
ГЛАЗ КАК ОПТИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ
Строение и свойства глаза
Схематический горизонтальный разрез глаза дан на рис. 3.1
Р — роговица; Л — хрусталик; ЦУ — центральное углубление; СП —
слепое пятно; КВ — камерная влага; СТ — стекловидное тело; О —
центр вращения глаза; У—ЦУ — линия наилучшего видения — зри-
тельная ось; УОК — оптическая ось.
Сетчатая оболочка (или сетчатка), выстилающая дно глаза, состоит
из нервных волокон, заканчивающихся так называемыми палочками и
Ряс. 3.1. Схематический горизонтальный
разрез глаза
колбочками, являющимися светочувствительными элементами глаза.
Палочки более светочувствительны, но ие различают цветов; колбочки
чувствительны к цветам, но менее светочувствительны. В месте сетчатки,
находящемся против зрачка, имеется так называемое центральное углуб-
ление, размер которого соответствует пространственному углу обзора
около 1”, в котором расположены одни колбочки. Вокруг него нахо-
дится овальный участок с угловым размером примерно 6—7°, называе-
мый желтым пятном, в котором имеются также палочки, но в значительно
меньшем количестве, чем колбочки.
Желтое пятно, и в особенности центральное углубление, являются
областями наибольшей остроты зрении.
147
Поле зрения одного глаза: вниз 70°, вверх 55°, к носу 60° и к виску
90° (125° по вертикали и 150° по горизонту). Ноле зрения обоих глаз
около 180°. Поворот глаз и сторону ±45 -50°.
Поле зрения одного глаза условно можно разделить па три зоны:
1) зона наиболее четкого видения — центральная с полем зрения
около 2";
2) зона ясного видения, в пределах которой (при неподвижном
глазе) возможно опознавание предметов без различия мелких деталей
с полем зрения около 30° по горизонту и около 22° по вертикали;
3) зона периферического зрения, в пределах которой предметы не
опознаются, но она имеет важное значение для ориентации.
Аккомодация глаза
Аккомодация — способность глаза изменять кривизну поверхностей
хрусталика, что дает возможность видеть отчетливо различно удаленные
предметы. Точка предмета, изображение которой получается на сетчатке
при покое аккомодации, ниlunaercii дальней точкой глаза Л; точка,
изображение которой получается при максимальном напряжении акко-
модации, называется ближней точкой Р (рис. 3.2).
Расстояние между дальней и ближней точками называется объемом
аккомодации. Видеть резко предметы, расположенные ближе, чем
ближняя точка, без очков нельзя. С возрастом ближняя точка отодви-
гается от глаза, так как способность аккомодации, а отсюда и объем
аккомодация постепенно уменьшаются. В возрасте около 30 лет ближнее
расстояние (ц, около 125 мм. Если это расстояние становится более
250 мм, то для работы на близком расстоянии необходимы очки. Объем
. 1000 1000
аккомодации в диоптриях: Ан —-------------.
ар aR
Недостатки зрения
Портальным (эмметропическим) называется зрение, если при
пол нос 1ыо ослабленном мускуле хрусталика отрезок ар равен оо.
Такой । л.г1 видит резко без напряжения аккомодации далекие предметы.
При блн 1<>рук<и'1И (миопии) дальнаяя точка расположена на конеч-
ном расстоянии, которое тем меньше, чем больше близорукость.
Дальнозоркое!!, хирнк lepn зуеТ'сн тем, что дальний точка находится
за глазом (отрезок aR положительный). Величина аметропии AR
148
= 1000 l/aD, выраженная в диоптриях, характеризует степень близору-
-
кости или дальнозоркости. При близорукости Ад отрицательна.
В приборах для коррекции близорукости и дальнозоркости при-
меняется подвижка окуляров. В приборах, не имеющих диоптрийной
подвижки окуляров, следует их установку делать в пределах —0,5—
1 дптр.
Наличие аберраций в глазе вызывает явления иррадиации, при
котором размеры светлых фигур, отверстий или источников света
па темном фоне кажу геи больше, чем такие же размеры темных фигур.
Например, белые пггрихп на черных шкалах кажутся большими, чем
черные штрихи на белом фоне.
Влияние на остроту зрения условий
освещенности
Адаптация — способность глаза приспосабливаться к очень силь-
ным различиям в освещенности [например, отношение яркостей пред-
метов, видимых днем при солнечном освещении, и предметов, видимых
ночью (слабые звезды), достигает 101? : 1].
Адаптация осуществляется путем изменения размера зрачка глаза,
диаметр которого изменяется от 2 до ~8 мм (площадь зрачка меняется
в 16 раз), и за счет восстановления или разложения зрительного пурпура
и перемещения зерен черного пигмента. При слабых яркостях работают
только палочки, поэтому значительно падают острота зрения и цвето-
чувствительность.
Интенсивное освещение тормозит деятельность палочек, и зрение
осуществляется главным образом при помощи колбочек. Максимальная
чувствительность палочек приходится на длину световых волн порядка
510 нм, а колбочек — на длину 550 нм. Это сказывается в том, что
синеватые цвета начинают казаться при слабой освещенности более
светлыми по еранненшо <: желтыми н красными, п ю время как при
сильном освещении они были одинаковыми ио яркости (явление Пур-
кинье).
При различных освещенностях чувствительность сетчатки изме-
няется примерно в 103 раз*. Процесс темновой адаптации требует боль-
шого времени (при резком'уменынении освещенности до 1 ч).
При точных измерениях необходимо обеспечить наиболее благо-
приятную освещенность и не допускать ее колебаний. Наиболее благо-
приятной освещенностью признан интервал между 100—400 лк.
Когда наблюдение ведется одним глазом, на остроту зрения влияют
световые раздражения второго глаза. Так, например, при наблюдении
темных объектов на светлом поле острота зрения выше, если второй
глаз также освещен. Обратное действие получается при наблюдении
светлых объектов на темном поле.
Световые пороги
Световым порогом N глаза называется наименьшее количество
лучистой энергии, вызывающее ощущение света. Световая чувствитель-
ность глаза 1/N. Световые пороги выражаются в эрг/с или освещен-
ностью на зрачке в лк. Величина абсолютного светового порога глаза
очень мала и колеблется у разных людей от 1-10 10 до 5-10 12_ эрг/с
(в среднем соответствует освещенности на зрачке порядка 1-10 9 лк).
Спектральные границы зрительного ощущения существенно завися г ог
плотности энергии воспринимаемого ощущения.
1Г>
Контрастная чувствительность
Видимость предметов основала на контрасте — яркостном, или
цветовом. Яркостный контраст определяется величиной
— й(ь)/вф (Во — яркость объекта; Вф — яркость фона). Отношение
Дй/Вф (АВ — минимальней различимая глазом разность яркостей
объекта и фона) называется порогом контрастности. Зависимость порога
контрастности от яркости фона показана на рис. 3.3. С увеличением
яркости фона контрастная чувствительность растет, достигая макси*
мяльного значения при 130—640 кд/м2, а при еще более высоких ярко-
стях снижается (слепящее действие).
Рис. 3.3. Зависимость порога
контрастной чувствительности
ДВ/В от яркости фона
Рис. 3.4. Зависимость ос-
троты зрения от яркости
фона
Разрешающая способность
Разрешающей способностью глаза называется способность различать
раздельно близко расположенные друг к другу точки, линии или другие
фигуры. Принято считать разрешающую способность глаза в среднем
равной одной угловой минуте, при этом острота зрения принимается
за 1. Если глаз разрешает 30", то острота зрения равна 2 й т. д. При
наблюдении сдвига одной части линии относительно другой разрешаю-
щая способность значительно выше (в среднем 10"). Средняя ошибка
опытных наблюдателей прн этом иногда не превышает 3". Острота
врения при оценке смещения линий — нониальная острота зрения —
играет большую роль при измерениях и отсчете по шкалам н нониусам.
При передвижении к боковым частям сетчатки острота зрения сильно
падает. Если остроту зрения в центре принять за 1, то при смещении
на 5“ от центра острота зрения падает до 0,3, на расстоянии 10° она
падает до 0,2 и т. д.
Разрешающая способность зависит от контраста наблюдаемой
картины н яркости фона.
Гик как с увеличением яркости фона Вф зрачок глаза уменьшается,
то, следонительно, при малых диаметрах зрачка (2—3 мм) разрешающая
способность глл.чл онгнмлльпп. С уменьшением контраста разрешающая
способное! ь сильно еннжпетеп. Например, прн яркости фона около
1 кд/ма при контрасте 0,1)29 pivipeiiiiiioiniiii способность е = 1,2', при
контрасте 0,264 в < 2,2', а при контрасте 0,096 к равна всего лишь 6,3'.
т. е. разрешающая способность ухудшаете» почти в 5 раз, Контраст
150
цветных изображений можно повысить применением светофильтра.
Большое влияние наостроту зрения оказывает правильная и стабильная
освещенность (рис. 3.4).
"'‘.Очень велика чувствительность глаза к малым перемещениям
объектов, движущихся достаточно медленно. Установлено, что глаз
замечает перемещение, равное в угловой мере 10". При непрерывном
движении наименьшая угловая скорость, которую замечает глаз,
приблизительно равна 1—2 град/с.
Бинокулярное зрение
расстояние находится в пре-
Рис. 3.5. Различение равно-
удаленности точек А и С при
наблюдении двумя глазами:
Лд и С'л — изображения точек
А и С в левом глазу: А п и Сп —
то же в правом глазу
Расстояние между центрами глаз b называется глазной базой.
У подавляющего большинства людей э
делах 56—72 мм. Эти пределы при-
няты при конструировании биноку-
лярных приборов. Однако, если диа-
метры выходных зрачков прибора
более 4—5 мм, можно допустить наи-
меньшее расстояние между центрами
окуляров 58 мм, а при больших диа-
метрах окулярных линз наименьшее
расстояние приходится делать не ме-
нее 60 мм (т. е. равным диаметру
оправы окуляров в ее наиболее тол-
стой части).
Зрительной осью глаза называ-
ется линия, проходящая через центр
хрусталика и середину центрального
углубления на сетчатке.
Угол схождения между зритель-
ными осями глаз называется углом
конвергенции. Угол расхождения осей
называется углом дивергенции.
Изменение угла конвергенции тес-
но связано с изменением аккомодации.
Изменение угла конвергенции и свя-
занное с этим ощущение напряже-
ния глазных мышц позволяет судить
о дальности объектов. Максимальный
угол конвергенции — 32°.
Стереоэффект. При наблюдении
одним глазом наблюдатель оцени-
вает разиоудаленность предметов по
их относительной величине, если
они ему знакомы, илн по изменению видимости (иначе по воздушной
перспективе). Оценка разноудаленное™ предметов значительно точнее
производится прн наблюдении двумя глазами. Чем больше угол конвер-
генции, тем больше аккомодация глаз. Поэтому, если рассматриваемый
предмет находится в бесконечности, оси глаз параллельны н аккомода-
ция равна нулю. В связи с этим к бинокулярным приборам предъявля-
ются следующие требования:
1) если осн окуляров непараллельны, то из окуляров должны
выходить пучки расходящихся лучей, соответствующие аккомодации
|лаз при данном угле конвергенции;
151
2) если оси окуляров параллельны, то из окуляров должны выходить
пучки параллельных лучей.
На рис. 3.5 дана схема наблюдения двумя глазами. Расстояние
между изображениями точек А и С в левом глазу (.S'„) и в правом (Sn)
различны. Если наблюдатель ощущает згу разницу, то он воспринимает
и разноудаленное!в точек А и С и ощущает пространство стереоскопи-
чески. Углы ад и ас называются углами параллакса. Чем дальше на-
блюдаемые предметы (Я и С), тем меньше угол параллакса. Разность
§л — 8’п пропорциональна разности углов параллакса.
Тренированный наблюдатель ощущает изменения параллакти-
ческого угла между осями глаз при наблюдении достаточно контрастных
объектов порядка 10" (порог стереоскопического зрения).
При больших расстояниях R имеем а' = blR. Если Ь — 65 мм и
а' = 10" = 0,00005 рад, то невооруженными глазами стереоэффект
будет ощущаться на расстоянии /?тах — Ыа.' = 1300 м.
Предельное расстояние, па котором еще ощущается стереоэффект,
называется радиусом стереоскопического зрения. Если увеличение бино-
кулярного оптического прибора Гт и расстояние между оптическими
осями объективов в N раз больше, чем расстояние между осями глаз, то
радиус стереоскопического зрения возрастает пропорционально про-
изведению этих величин.
Пснараллелыюсть оптических осей бинокулярных приборов сверх
допустимого предела (см. гл. 20) вызывает двоение изображения.
Разность увеличений или разворот изображений свыше допустимых
пределов в обоих половинках прибора также вызывает двоение изобра-
жения в приборе.
Цветоощущение
Глаз ощущает излучения с длиной волны примерно 780—380 нм.
Согласно некоторым данным, при значительной мощности излучения
глаз видит излучения с длиной волны до 950 и 320 нм. Глаз способен
различать свыше 100 цветовых тонов и оттенков.
Дополнительными цветами называются такие цвета, которые при
смешении дают белый (или серый) цвет: красный (656 нм) и синевато-
зеленый (492 им); оранжево-красный (608 нм) и голубовато-зеленый
(490 им); желтый (585 нм) и синий (485 нм); желто-зеленый (574 им) и
синий (482 нм); зелено-желтый (564 нм) и фиолетовый (433 нм).
Если некоторое время пристально смотреть на фигуру, окрашен-
ную и какой-либо насыщенный цвет, а затем перевести взгляд на по-
верхиосп, белого цвета, то па этой поверхности глаз будет видеть в те-
чение некоторого времени этот же объект, окрашенный в дополнитель-
ный цвет.
Небольшой объект белого цвета, помещенный на цветном поле,
кажется окрашенным в цвет, дополнительный к цвету поля. Окраска
двух смежных объектов, окрашенных в дополнительные цвета, ка-
жется более интенсивной, чем если рассматривать каждый объект От-
дельно.
Воздействие невидимых излучений
Ультрафиолетовые луча е X менее 313 нм при значительных до-
зах вызывают воепнлепне роговицы и соединительных оболочек глаза*
а также сильные боля, которые начинаются пе сразу, а по прошествии
152
нескольких часов после облучения. Ультрафиолетовые лучи с X бо-
лее 313 нм в значительной степени задерживаются хрусталиком, кото-
рый при этом начинает сильно флуоресцировать. Ближние инфракрас-
ные лучи с X от 800 до 1350 им, достигая сетчатки, вызывают ее на-
грев, который при недлительном воздействии обычно безвреден. Одиако
при длительном интенсивном воздействии таких инфракрасных лучей
(например, наблюдение за солнцем незащищенными глазами) может
вызвать выгорание сетчатки в том ее месте, где находилось изображение
солнца.
Инфракрасное излучение с Л свыше 1350 нм сильно поглоща-
ется камерной влагой, что может принести к помутнению хрусталика
глаза (образуется катаракта).
Литература; 13, 12, 32, 54, 100, 103, 105].
3. Обозначения предельных отклонений
Предельные отклонения показателя преломле-
ния п(..................................... Дп(
Предельные отклонении средней дисперсии пр> —
»С.......................................... (пр'-пс1)
ГЛАВА 4
ОПТИЧЕСКИЕ ДЕТАЛИ И УЗЛЫ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Совокупность оптических деталей, установленных в положении,
заданном расчетом и конструкцией, составляет оптическую систему
прибора.
Оптические детали разделяются на следующие виды: лиизы, зер-
кала, призмы и клинья, дифракционные решетки, сетки, экраны, све-
тофильтры, защитные стекла, поляризационные призмы, поляфнльтры
компенсаторы, световоды.
В качестве узлов рассматриваются части, состоящие из деталей,
соединяемых склеиванием или устанавливаемых на оптическом кон-
такте, а также объективы, окуляры, сложные (составные) призмы и ти-
повые призменные системы.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ НА ЧЕРТЕЖАХ И СХЕМАХ
1. Обозначения физических величин
Показатели преломления для линий С', F', пр', п*
Средняя дисперсия ............................ пр> — П£'
Коэффициент дисперсии ...........
Длина волны, отвечающая границе пропуска*
пня по спектру.............................. ХПр
Длина волны, отвечающая максимуму пропуска*
ния ио спектру.............................. KmaJC
Предел разрешения в угловых секундах . . . е
Количество полос (линий) на 1 мм • R^
2. Обозначения элементов оптических деталей
Световая зона............................... Св.
Слетовой диаметр ........................... Св. 0
Длина хода луча в призме (геометрическая) I
1 И liH'.r >16147(5 п качестве основной длины волны приняты длина
волны леленой липни «е* ciH'Ki-pa ртути (к 64(5,1 им), а средний дисперсия
(пр' — ипредглиск и ио юлубой (F') и красной (С*) линиям спектра кад^
мия (кр> s 1 ВО, 0 им и Х<;* (ИЗ,В и mJ, и место линий £), С н F в ГОСТ 3514—^67.
154
Предельное отклонение стрелки кривизны по-
верхности детали от стрелки кривизны поверх-
ности пробного стекла, выраженное числом
интерференционных колец или полос, или до*
пускаемая сферичность плоской поверхности
в том же измерении...........................1 N
Предельное отклонение формы поверхности от
сферы или плоскости, выраженное числом ин-
терференционных колец или полос (местные
ошибки) ..................................* AAZ
Наименьшее допускаемое фокусное расстояние
пластинок или призм, как результат сферич-
ности их поверхностей, в миллиметрах илн
метрах..................................... fmln
Допускаемая децеитрировка каждой поверхности (для
линз) в миллиметрах.............................. . с
(При необходимости вместо с указывается разность
толщин по краю)
Предельная клиновидность пластинки в минутах или
секундах или разнотолщинность в миллиметрах . . О
Предельная пирамидальность 1 призмы в минутах илн
секундах ................................... ..... Я
Продельная разность равных по номиналу углов призмы
(с цифровым индексом угли призмы, иппример, дли
прямоугольной при!мы 6O„) в минутах или секундах б
Классы чистоты полированных поверхностей ..... Р
Класс точности пробного стекла, назначаемой по
ГОСТ 2786—76, или предельные отклонения от зна-
чения расчетного радиуса поверхности в процентах АЯ
> Наличие угла между ребрами призмы и противолежащими гранями.
ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ЧЕРТЕЖЕЙ
ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ, УЗЛОВ И СХЕМ
Общие требования
Правила выполнения чертежей н схем оптических изделий установ-
лены ГОСТ 2.412—68.
1. Оптические схемы, детали и узлы следует изображать на чер-
теже по ходу луча, идущего слева направо.
2. При выполнении чертежей и схем оптических изделий приме-
няют обозначения основных величин физической оптики — по
ГОСТ 7601—78, основных величин геометрической оптики — по
ГОСТ 7427—76, элементов оптических деталей, предельных отклонений
155
физических величин и допускаемой неточности изготовления оптических
деталей (см. выше условные обозначения, применяемые на чертежах
и схемах), шероховатости поверхностей — по ГОСТ 2.309—73, спе-
циальных оптических покрытии (см. гл. 10), классов чистоты полиро-
ванных поверхностен — по ГОСТ 11141—76.
3. На чертежах поверхности оптических деталей обозначают про-
писными буквами русского алфавита, которые наносят на полках ли-
ний-выносок. Поверхности, к которым предъявляют одинаковые
требования по точности и качеству изготовления, допускается обозна-
чать одной и той же буквой.
4. В правой верхней части чертежа помещают таблицу, состоящую
из трех частей: требования к материалу, требования к изготовлению,
Рнс. 4.1. Изображение фасок на чертежах оптических
деталей
расчетные данные. На чертежах оптических сборочных единиц указан-
ная таблица должна состоять из двух частей: требования к изготовле-
нию, расчетные данные.
5. На чертежах оптических деталей фаски изображают, как пока-
зано на рис. 4.1, а. Защитные (предохранительные) фаски допускается
графически #не изображать. Размеры фаски указывают на полках
линии-выноски (рис. 4.1, б) илн в технических требованиях надписью
т X а, где т — ширина фаски, а — угол ее наклона. Если угол на-
клона фаски для предохранения от выкалывания не нормируется, то
на чертежах или в технических требованиях указывают только ширину
фаски (рис. 4.1, в).
Оформление рабочих чертежей деталей
I. Радиусы сферических поверхностей деталей должны выбираться
по ГОСТ 1807-75.
Асферические поверхности линз и зеркал должны определяться
координатами точек поверхности или уравнением кривой, использо-
ванной для ее построения (рис. 4.2).
2. Толщину по краю линз и неплоских зеркал и габаритную тол-
щину менисков рекомендуется указывать в качестве справочных раз-
меров (рнс. 4.2 и 4.3).
3. На чертежах призм, некруглых защитных стекол и зеркал сле-
дует кроме линейных п угловых размеров, определяющих их геометри-
ческую форму, укп 11.цшть поминальные размеры световых зон поверх-
ностей, если дли снеговых ion предъявляются более высокие требова-
ния в отношении класса (группы) дефектов, чем для краевой зоны
(рис. 4.4 и 4.5).
156
1 зв
Д (Пр>—п^') ЗВ
Однородность 3
Двойное луче- преломление 3
Ослабление 2
Бессвильность ЗВ
Пузырность 2Б
WAB 5
Д".АБ 0,5
С 0,05
РА IV
РБ V
Д«ЛВ 3
/' 47,87
-42,65
SF' 48,71 =5=0,81
Св. 0д Св. 0б 26,1 28,1
Примечания:
1. Д2р = ±0,5%.
2. Диаметр кружка рассеяния —
не более 0,2 мм.
3. ® дв пРосветл- 44Р.43Р по
ТУ .... Х = 560 ±50 мм.
4. Покрытие матовых поверхно-
стей ЭмХС-77 по ТУ ...
5. Размеры со звездочкой — для
справок.
Рис. 4.2. Чертеж параболической
линзы из стекла БК10 по
ГОСТ 3514—76
4. Световые зоны oi рпнпчк-
вают топкой штрих-нупктирной
линией (рис. 4.5) с указанием на
полке линпп-выпоски обозначе-
ния «Св.».
5. Для деталей из бесцветного
оптического стекла по ГОСТ 3514—
76 в первой части таблицы поме-
щают следующие требования к ма-
терналу: категорию и класс по показателю преломления и средней
дисперсии; категорию по оптической однородности; категорию по
двойному лучепреломлению; категорию по радиационно-оптической
устойчивости (стекла серии 100); категорию по показателю ослабления;
категорию и класс бессвильности; категорию и класс пузырности.
6. Для деталей из цветного оптического стекла по ГОСТ 9411—7?
в таблице следует указывать категории по спектральной характери-
стике, двойному лучепреломлению, бессвильности и пузырности
(рис. 4.6).
7. Для деталей нз других оптических материалов (кварцевое
стекло, естественные и искусственные кристаллы и др.) первую
чисть таблицы заполняют в соответствии с действующими техническими
условиями на эти материалы.
157
Примечания:
I. Л/ и дл/ для
учисп<а и ВО мм.
2. Разность тол-
щин но краю до 0,1 мм.
3. ф — зеркалки.
1II.21E по ТУ...
4. Вне светового
диаметра допускаются
кант без аеркального по-
крытия и точки от кон-
тактов.
б. Покрытие мато-
вых поверхностей
ЭмХС-77 по ТУ...
6. Размеры со звез-
дочкой — для справок.
Д"о —
А (n/т»—«С'» —
Однородность <—
Двойное луче- преломление 3
Ослабление —
Бсссвиль- ность —
Пузырность 7Г
N 2
ЛЫ 0.2
р VI
лк 3
г 207
Св. 0 160/70
Рис. 4.3. Чертеж сферического зеркала из стекла ЛК4
по ГОСТ 3514—76
8. Требования к изготовлению деталей помещают во второй части
таблицы, в которой указывают У и ДУ. Предельные отклонения У
И ДУ следует относить: для круглых деталей — к их диаметру; для
иекруглых деталей — к наименьшему размеру; для деталей больших
размеров, проверка которых производится по участкам — к диаметру
проверяемого участка (диаметр участка надо указывать в примечаниях).
Далее в таблице приводятся следующие допуски: с; Р; 6; я; 6; е
(при необходимости); (при необходимости); Д2? (для плоских по-
верхностей при необходимости).
Примечания:
а) при назначении неодинаковых допусков У, ДУ или Р для раз-
ных поверхностей одной детали или разных зон одной и той же повер-
хности, а также при назначении неодинакового допуска (с) обозначения
этих допусков следует указывать с буквенными индексами, каждое
В отдельной строке (рис. 4.2—4.5). Эти же индексы следует ставить
соответствующих поверхностей или у их зон на изображении;
б) для деталей, не подлежащих контролю пробными стеклами,
Отклонения У и ДУ не указываются.
9. Пи чертежах деталей в третьей части таблицы следует указы-
вать световой диаметр (Си, 0), л дли сферических деталей, кроме того,
158
Примечания:
1. Фаски на ребрах 0,3+’>3, кроме
мест, указанных особо.
2- ®б — просветл. 24И по ТУ ...,
К = 590:^50 нм.
3. Покрытие матовых поверхностей
ЭмХС-77 по ТУ ...
4. Размеры со звездочкой — для
справок.
Рис. 4.4. Чертеж призмы с кры-
шей из стекла К8 по ГОСТ 3514—76
значении пеличнн ч/., s^,. Одну in
iie.'iuHiiu укизыпшог с предельными
отклонениями.
10. На чертежах призм в третьей
чисти таблицы указывают геометриче-
скую длину хода луча в призме (/),
световой диаметр (Св. 0) по наиболь-
шему сечению пучка и предел раз-
решения (при необходимости).
11. На чертежах деталей, подле-
жащих просветлению, серебрению,
А«е ЗВ
Д (пр>—псО ЗВ
Однородность 1
Двойное луче- преломление 2
Ослабление 2
Бессвильиость 1Б
Пузырность ЗА
"б 2
дл,б 0,3
NB 0,5
ДЛ’в 0.2
р IV
л 2Г
1'
е 25"
^min —
1 14
Св. 0 5
алюминированию и другим покры- i
тиям, в технических требованиях нужно указывать услов-
ное обозначение покрытия и условный графический знак его.
Тот же знак должен быть указан на изображении у поверхно-
сти, подлежащей покрытию (рис. 4.2—4.5) или на выносной
линии к ней. Кроме условного обозначения покрытий в тех-
нических требованиях следует указывать и другие характеристики.
Для светоделительных покрытий одну из следующих характеристик:
а) отношение коэффициента отражения р к коэффициенту про-
пускания 1 (с допуском); ।
б) коэффициент отражения р (с допуском);
в) коэффициент пропускания т (с допуском).
159
ш
47.5MZ
48*~
П р и м е ч и и и и:
1. Фиски ни ребрах 0,3+М Х45°.
Фаски на углах 1||.‘Х46“.
2. — просветл. 44Р. 43Р по
ТУ .... X — 520:4:50 нм.
3. Покрытие матовых поверхностей
ЭмХС-77 но ТУ ...
4. Размеры со звездочкой — для
спрапок.
Рис. 4.5. Чертеж призмы со свето-
по
д'*е .2 В
Д <пр>—пс>) 2В
Однородность 2
Двойное луче- преломление 2
Ослабление 1
Бессвильность 1Б
Пузырность ЗА
"а 3
д"а 0.3
"б 1
дд,б 0,2
РА V
₽Б IV
Л 3'
6450 3'
е 5“
1 48
выми зонами из стекла К.8
ГОСТ 3514—76 :
Для просветляющих, светодели-
тельных и отражающих покрытий:
среднюю рабочую длину волны
света (с допуском), для которой
рассчитано покрытие, если она от-
личается от средней длины волны
для белого света (550 нм), или уча-
стка спектра, для которого покрытие
преднптпачепо.
Для покрытий-фильтров: !
а) для нейтральных (серт^х) — оп-
тическую плотность (с допуском);
б) для интерференционных (узкополосных) — длину волны
ЛП1ах, отвечающую середине полосы пропускания, коэффициент
пропускания тшах для этой длины волны, полуширину полосы
пропускания 6м, определяемую как разность длин волн, соответ-
ствующих тп1ах/2, и минимальное пропускание тшщ по обе сто-
роны от полосы пропускания.
12. При окраске нерабочих матовых поверхностей детали в техни-
ческих требованиях помсщафт указания в соответствии с требовани-
ями ГОСТ 2..310—68 (рис, 4.2—4.6)
Пример оформления чертежа сетки показан на рис. 4.7.
160
’^м
05tiJfxl59
/Тераом Г
; Спектр альн а я х ар а кте- рист^ка 2
Двойное лучепреломле- ние 3
Бессвильность 2
Пузырность 5
N 4
&N 0.5
Р v
0 5'
г. min 5 м
Св. 0 86
Рис. 4.6. Чертеж свето-
фильтра из стекла ОС1 по
ГОСТ 9411—75
Rz 2.5 (у)
Примечания:
1. Ширина штрихов — — 0,0153=
=±=0,003 мм.
2. Разность штрихов по ширине у
ОДНОЙ детали не более 0.003 мм.
3. Разность штрихов по длине у
одной детали не более 0.015 мм.
4. Отклонение расстояний от на-
чального штриха до любого другого не
более 0,005 мм.
5. Остальные требования к штри-
4 В
Л (II/,'» —11(;>) 4 В
Однородность 4
Двойное луче- преломление 3
Ослабление 3
Бессвильность 2В
Пузырность I
N —
АЛ/ —
1-20
0 15'
Св. 0 14
кам по ТУ ...
6. Штрихи н цифры травить и заполнись запуском ... по ТУ ...
7. Шрифт 0,5 по ТУ ... I
Рис. 4.7. Чертеж сетки из стекла БКЮ по ГОСТ 3514—76
0 В. А. Панов и др.
161
Оформление рабочих чертежей узлов
На чертежах оптических сборочных единиц указывают только те
размеры, покрытия и т. д., которые должны быть выполнены в процессе
сборки. В технических требованиях или в спецификация на чертежу
узла должны быть указаны наименование и марка клеящего вещества
и номер нормативного документа (рнс. 4.8), а в необходимых случаях
н толщину склеивающего слоя. В первой части таблицы указывают:
Ж
Примечания:
1. (Я — проеветл. 44Р.43Р по
ТУ .... X - 62О=С5В им.
2. Покрытие матовых поверхно-
стей ЭмХС-77 ио ТУ ...
Рнс. 4.8. Чертеж склеенной линзы
N 2
bN 0.5
С 0,0.2
р. IV
р, V
г 69,72
*Р —65,52
SF' 66,91 =±=0.7
Св. Я 16
N, &N, с (для линз), Р; /гащ и в указывают при необходимости. Значе-
ния f, sp, s'P, и другие требования указывают во второй части та-
блицы.
Оформление оптических схем
1. На оптических схемах детали и узлы, как правило, следует рас-
полагать по ходу светового луча, идущего от плоскости предметов елева
направо (рис. 4.9).
2. Для сложных приборов оптическую схему основной части при-
бора н оптические схемы узлов прибора, имеющих самостоятельное наз-
начение, допускается оформлять отдельными чертежами. На основной
схеме такие узлы допускается обводить штрих-нунктирной линией.
3. Все детали, поворачивающиеся или перемещающиеся вдоль
или перпендикулярно оптической оси системы, следует показывать
в основном рабочем положении. При необходимости штрих-пунктиром
могут быть показаны н другие положения деталей, например крайние;
следует также показывать:
а) апертурные диафрагмы и положения зрачков (схематически);
б) положение фокальных плоскостей, плоскостей изображения
или предмета, положение полевой диафрагмы:
в) источники спета (схематически);
г) приемники лучистой энергии (схематически пли условными гра-
фическими o6oHiu4einiHMii), пппрпмер фотоэлементы, фотоумножители
(в схемах с <|хлорегистрвци01).
162 ,
— S, м s’, мм
оо 40,8
20 40,9
10 41,02 .
7 41,13
5 41,27
42.05
Фокусное расстоя-
ние . . , . . 51,3
Относительное от-
верстие ... 1 : 3,5
Предел разреше-
ния ...........
Размер кадра. . 18X24
Рлсчгт оптики № от
1гз HHWHIIHH фИЗНИ IB Ciprflh* Ни f й ГВ. И, ( ТП’ ЛИ H по Гн. 63t Толщин* но оси
1 11,1 1,80 14 — 3,8
i 12,2 1,01 12 1,51 1
а 12 — 12 1.26 1.2
4 12 1.26 12 1.17 4
Перечень деталей
Формат Зона Поз. Обозначение Наимено- вание Кол. Приме- чание
— — 1 Лииаа 1
—. — 2 Лайза
— — 3 Линза 1
— —• 4 Ляпа 1
Рис. 4.9. Чертеж схемы оптики фотообъектива
463
4. На чертеже оптической схемы следует указывать:
а) основные оптические характеристики системы (при необходи-
мости с допусками), например:
для телескопических систем — увеличение, угловое поле, диаметр
выходного зрачка, удаление выходного зрачка от последней поверх-
ности, предел разрешения, коэффициент светопропусканпя (при необ-
ходимости);
для фотографических объективов — фокусное расстояние, относи-
тельное отверстие, угловое поле или линейное поле, предел разрешения
(при необходимости);
для фотоэлектрических систем — размеры или типы фотокатодов,
размеры светового пятна на фотокатодах (при необходимости);
б) фокусные расстояния f и фокальные отрезки sp и s'F, отдельных
узлов оптической системы, как, например, объективов, оборачивающих
систем и окуляров; эти данные следует помещать на поле чертежа в виде
таблицы.
Номер» позиций деталей сборочной единицы HmiMCKon анне сборочной единицы г SF SF'
в) различные дополнительные сведения, например: расстояния
от последней поверхности фотографического объектива до плоскости
изображения в зависимости от расстояния до предмета (рис. 4.9);
линейное перемещение окуляра па 1 gmnp и т. д.
5. На оптической схеме следует проставлять:
а) размеры световых диаметров оптических деталей и соответству-
ющих им стрелок, а также толщину по оси (для призм — длину раз-
вертки). Эти данные следует помещать на поле чертежа в виде таб-
лицы.
Номера позиций деталей Св. 0, Стрелка по Св. Св. 0, Стрелка по Св. 0, Толщина по оси, длина раз- вертки призм
Примечание. На оптической схеме с большим количест- вом деталей допускается проставлять световые диаметры и толщины по оси на самой схеме.
б) диаметры диафрагмы и размеры зрачков, размеры тела накала
или иных светящихся элементов источников освещения (при необ-
ходимости с допусками);
в) воздушные промежутки и другие размеры по оси;
г) размеры, определяющие пределы перемещения или предельные
углы попорота оптических деталей;
д) размеры, определяющие положение оптической системы относи-
тельно механической чисти прибора, iiiinpiiMcp размер, определяющий
164
положение объектива микроскопа относительно нижнего среза тубуса;
е) габаритные или сборочные размеры, например длина базы,
высота выноса (при необходимости).
ЛИНЗЫ
Линзами называются детали из оптически прозрачных однородных
материалов, ограниченные двумя преломляющими поверхностями,
из которых но крайней мере одна является поверхностью тела враще-
нии (и|и'ри, асферический или цилиндрическая поверхность). Класси-
фикации ,>ОП11 прпаедепн в гибл. 4.1.
ТиОлица 4.1. Определение некоторых линз
н линзовых систем
Тин линяы (системы) Определение и назначение
Мениск Линза афокальная Линза бифокаль- ная Линза зеркальная Коллектив, кол- лекп1и-се1ив Конденсор, кол- лектор Система цанкрати- ч искан Системы перемены увеличений Объектив Окуляр Радиусы кривизны одинаковы по знаку Оптическая сила линзы к нулю Одна чйсть поверхности имеет один ра- диус кривизны, а другая — другой радиус кривизны Одна поверхность работает как отражаю- щее зеркало, а другая как преломляющая поверхность Линза, расположенная в фокальных пло- скостях или вблизи от них и предназначен- ная дли отклонения к оси пучков лучей с целью уменьшения габаритов оптической системы, На одной ня поверхностей могут быть млении (сотка) Положительная линза или система лииз, служащая для отклонения к оси пучков лучей, идущих от источника света Система линз для получения плавного изменения увеличения Система линз для получения ряда диск- ретных значений увеличения прибора Линза, система линз или система линз и зеркал, служащие для получения действи- тельного изображения предмета (или проек- ции его на экран) Линза или система линз, служащие для рассматривания изображения, и помещаемые перед глазом
Конструкция линз
Конструктивные элементы линз разделяются на две группы.
Первая группа — элементы, которые характеризуют оптическое
действие линзы и определяются при расчете оптической системы:
165
Таблица 4.2. Ширина фаски (т)
в зависимости от диаметра
Ди «метр детали, мм Ширина фаски, мм Для крепления завальцовкой
Для предохранения от выколок
иесклеиваемая сторона склеиваемая сторона
До 6 Св. 6 до 10 » 10 » 18 » 18 » 30 » 30 » 50 » 50 » 80 » 80 » 120 » 120 > 180 » 180 > 260 »260 > 360 »360 » 500 »500 0,1’им О,!40’1 О,!40'2 - 0;з+°.2 О.440,2 О.540,3 07+0,5 1,04°-5
02+0.2
о.г4®’2 0.34®’3 О.5*0,5 О,8+0,8 1,0+1.°
0>з+о.з
O,5+o,s
0.7*0,7
го4*1,8
12+1,о
1,б41-5
Таблица 4.3. Угол наклона фаски (а)
в зависимости от D/R
Отношение диаметра к радиусу поверхности Угол наклона фаски а, ...°
иа выпуклой поверхности на вогнутой поверхности иа плоской поверхности
До 0,6 45 45
Св. 0,6 до 1,5 30 60 45
» 1,5 —• 90
константы оптического стекла и технические требования к нему, ра-
диусы кривизны (форма) поверхностей, толщина (по оси), световые диа-
метры, внд просветления или защиты поверхностей и допуски на ка-
чество поверхности, чистоту н центрировку. Расчетные радиусы дол-
жны быть округлены до ближайших значений по ГОСТ 1807—75.
При расчете не должны допускаться слишком тонкие линзы, так
как при полировании они прогибаются, что делает невозможным полу-
чение точных поверхностей н центрировку (если мал припуск на центри-
ровку и трудно ризмеспт. фаски). В тябл. 4.4 приведены соотношения
между нанмепьшей’толщнпой края н диаметром положительных линз,
166
Таблица 4.4. Соотношения между световым
и полным диаметрами линз (ОСТ 3-490—71)
1 Hr 1 1 h rf лисю , мы Полный диаметр £>, мм Нажвеяывдо тсдвЕяна края пазажэгтелышх двнз, мм Световой диаметр лннэ Полный диаметр О, мм Наиыекыпая толщина края положительных линз» мм
/> —Св. 0 4- I А/) Л/1 пни £> = Св. 0 4" 4- AD
АО прн креплении
замшг- ’ ~ жмютУ | и I МСВЧГОИ * J янв шв СМ
заваль-* новкой i ° § S 5 Я А О ф да да
До б 0,6 ___ 1,0 Св. 80 до 120 _. 3,0 3,0
Св. в ДО 10 0,8 1.0 1,2 > 120 » 180 — 4,0 4,0
» 10 » 18 1.0 1.5 1.5 » 180 > 260 —« 5,0 5,0
» т » 30 1.2 1.8 1,8 » 260 » 360 6,0 6,0
» 30 » 60 » 50 » во 1,5 2,0 2,0 2,5 2,0 2,5 » 360 » 500 —- 8,0 7,0
Таблица 4 5, Соотношении между наименьшей толщиной
по осн и диаметром отрицательных лннэ
Ь <фим*рни> ИМИ ДИЙ9 Иннмс мри А* 11ЫП110 1ОЛ1 нуена АЛ/ 1 1»НЫ ио ОС1- « местные </. мм (шибки
Ферма ^«магр д« ед 0,8-0,6 о,#-а,о Си. 2.0
До 50 0,150 0,120 0,120 0,10D
Давяко* 50-120 0,120 0,120 0,100 0,080
вогнула 120—260 0,100 0,100 0,080 0.08D
260—500 0,100 0,080 0,080 0,080
Мениск До 50 0,120 0,120 0,100 0,100
(выпукло- 50—120 0,120 0.10D 0,080 0,080
вогнутая) 120—260 0,100 0.10D 0,080 0,080
260—500 0.10D 0,100 0.08D 0,080 i
• в табл. 4.5 — наименьшей толщиной по осн и диаметром для отри-
цательных лииз.
Вторая группа — элементы, зависящие от способа крепления линз.
К этой группе относятся диаметры лииз D, а также размеры и распо-
ложение фасок (табл. 4.2 и 4.3). Для закрепления лииз в оправе полный
диаметр линзы делается несколько больше светового. Минимальное
137
значение иЮГО диаметра в зависимости от светового даны в табл. 4.4.
Окончи к 11>ный его размер округляется до ближайшего (большего)
норм.-i'н.иоГО Диаметра по ГОСТ 6636—69.
Фаски на оптических деталях круглой формы
(линзы, сетки, светофильтры и др.)
Фаски снимаются: а) для предохранения детали от выколок (за-
щитные фаски); б) для крепления линз завальцовкой или обеспечения
центрировки; в) для удаления излишков стекла (конструктивные).
Первые два вида фасок нормализованы и выбираются из табл. 4.2 и
4.3 в зависимости от диаметра линз; конструктивные фаски не нормали-
зованы и определяются из конструктивных соображений.
При малой толщине оптической детали на краю размер фаски
может быть уменьшен. Фаски на оптических деталях, которые крепятся
закаткой должны быть концентричны по отношению к наружному
диаметру.
На выпуклых поверхностях при отношении диаметра D к радиусу
поверхности больше 1,5 фаску ие снимают; при отношении DIR от 1,3
до 1,5 фаска допускается, но не является обязательной. Ширина и до-
пустимость фасок, попадающих в световой пучок, которые должны быть
минимальными или отсутствовать совсем, устанавливаются конструк-
тором. Угол наклона фаски (а) в зависимости от отношения D/R вы-
бирать по табл. 4.3 Если конструктивная фаска образует с сопрягаемой
поверхностью линзы угол меньше 110°, то следует снимать дополни-
тельно фаску от выколок согласно табл. 4.2, 4.3 и 4.8.
ЗЕРКАЛА
Применяются плоские, сферические и асферические зеркала с на-
ружным и задним отражающим покрытием (сплошным или частично
отражающим и частично пропускающим свет). Плоские зеркала приме-
няются в тех случаях, когда они дают выигрыш в весе и простоте кон-
струкции по сравнению с отражательными призмами.
Плоские зеркала, участвующие в построении изображения в ви-
зуальных системах приборов или используемые в точных измеритель-
ных приборах (например, интерферометрах), требуют высокой точности
изготовления. Как правило, отражающий слой на этих зеркалах на-
носится на наружной стороне. Это делается для того, чтобы избежать
влияния ошибок изготовления зеркала, например клиновидности,
на качество оптической системы. Зеркала с задней отражающей поверх-
ностью нельзя устанавливать в сходящихся пучках, так как оии вызы-
вают двоение изображения, а при наклонном положении также астиг-
матизм и асимметрию в строении пучка. Плоские зеркала невысокой
точности имеют широкое применение в неответственных узлах (освети?-
тельные устройства, видоискатели фотокамер, рисовальные устрой-,
ства микроскопов и т. п.).
Формы зеркал весьма разнообразны. Толщина зеркал зависит от
размера, способа крепления и главным образом от требуемой точности
поверхностей. Чем точнее зеркало, тем больше должна быть его тол-
щина. Толстые зеркала меньше деформируются при креплении. Зеркала
коппепых отражателей дальномеров при допуске на подгонку под проб-
ное стекло 0,1—0,3 полосы и при размерах сторон 60—80 мм имеют
толщину 10—12 мм. Рекомендуется применять следующие соотношения
между толщиной </ н наибольшим размером / (пли диаметром) зеркала:
168
4
|) особо точные зеркала (зеркала интерферометров, концевые отража-
тели дальномеров) d :> (1/5—1/7) I, б) точные зеркала (визуальных
Систем наблюдательных и прицельных приборов) d >. (1/8—1/10) I,
в) грубые зеркала (осветительные системы) d >> (1/15—1/25) I. Размер
йеркилй с задней отражающей поверхностью (рис. 4.10) определяется
ПО формуле
cose. _ sinks’
изображения и хро-
Рис. 4.10. Схема расчета зеркал
ГД|| l> 111111 > 11 > । и ii'l'un.iii
|>и, ii'phai|;i ВЫ (МНЮ* г дпосппс
MH Hi t"t
/(ill ИЦ и InH.'lHIlH II I ин 111.1 к
di pHHil, ИюЩИЩНХ П fill lll'll'l H V'iH
iihieMy iipiifliiiiii, iipiiMPiiHNTCH
«ПИЛО мирик КН, ДЛИ ИОНЦС-
ВМХ 111ряж1нглой дальномеров —
ИИй||11«И1и> стекло, малочувстви-
тельно* к изменениям темпе-
ратуры. Для таких же целей
менее ответственных случаях
Нрим*ниетсн стекло марки ЛК5,
И и*отв*тств»Н11Ых случаях —
Нриильноа стекло.
Сф*рнч*ские н всферпче-
•ИН* аериил» (параболические,
Гйп*йболич|ски*, адлнптиче-
ВИН*), HH*ue₽iii.io с внешней и
• „дней отражающими поверх-
НИЩИМИ Нрнмепнюгсн ДЛИ ii6b-
iKtHBii* неipiiiiuMHMer'Kiiи приборов, объективов микроскопов, теле-
йьвнтищщ фнН)вппврйи1В, дли прожект ирон и различных освети-
тельный УИ|Н|ЙГТН|
ПРИЗМЫ
Прнимы Применяются для следующих целей: для изменения хода
думай в приборах: изменения направления оптической оси системы;
иТмининия нвпрявления ЛИНИИ визирования; оборачийания изображе-
нии; уменьшения габаритного хода лучей; разделения пучков лучей;
Вращения изображения или компенсации поворота изображения (на-
пример, я панорамических приборах); разложения света (в спектраль-
ных приборах); поляризации света (табл. 4.6 и 4.7).
Преимущества призм:
I) углы между гранями призмы неизменны, в то время как углы
между веркалами должны регулироваться с большой точностью при
Сборке и система зеркал может разъюстироваться в процессе эксплуа-
тации;
2) потери света у призм от граней с полным внутренним отраже-
нием ркапы нулю,в то время как при отражении от поверхностей зеркал
пшерн довольно велики. Кроме того, покрытия зеркал могут с течением
в||«м*пп портиться;
3) некоторые призмы нельзя заменить зеркалами (например, при-
ему Дове или спектральную призму).
Призмы отражательные подразделяются на одинарные (из одного
куски) и составные.
169
Таблица 4.6. Отражательные призмы
Соотношения размеров даны для светового пучка круглого сече-
ния с наибольшим диаметром D. Диаметр действительного пропускае-
мого светового пучка получается уменьшением расчетного диаметра
пучка D на величину, необходимую для закрепления призмы в оправе;
I — геометрическая длина хода лучей в призме; ширина всех призм
раина D
Схема
Соотношение
размеров
Тип Л. Одинарные призмы
с одним отражением
К 2n"—1 —I
= 4,230 (для Кв)
н 4,040 (для БКЮ)
Для nD
h—D
У 2пг—1-1
= 3,3810 (для К8)
и 3.20D (для БКЮ)
а = О
с = 2,6130
Л = 0,9240
I = 2.414D
с - 2D
к — 0,8660
I - 1,7320
« = D
с = 1,4140
1 = О
170
Продолжение табл. 4.6
Схема
Соотношение
размеров
а - D
с — 1,3070
I = 2,4400
Все призмы этого типа оборачивают изображение
в главном сечении на 180° (зеркальное изображение)
Тип Ак. Призмы с крышей
а - D
с = 2,6130
h = 1J43O
I = 3,5580
а = О
с = 20
h = 1,0940
I = 2,6460
171
Продолжение табл. 4.6
Все призмы этого типа дают полное оборачивание изображения
172
Продолжение табл. 4.6
Схема
Соотношение
размеров
а - D
I — 3.414D
с » 1.082D
а - D
с = 1,4140
с. = 1,4140
1 = 1.707D
173
Продолжение табл. 4.6
176
Продолжение табл. 4.6
'g
0)
о
X
и
Схема
Соотношение
размеров
Т и и Вк. Призмы с крышей и двумя
отражающими п о в с р х и о с т и м и
с — 1.7В1О
Ci - 1.3630
I - 3,040
с = 2,6180
h » 0,9340
I — 2,8020
Призмы ВкЛ - 0° и ВкР — 45° дают полное оборачивание,
а призма ВкР — 180* — зеркальное изображение
177
Продолжение табл. 4.G
Продолжение табл. 4.6
Схема
Соотношение
размеров
а « D
с -= 1.78D
q « 1.08D
Ci e 1,4140
т = 0.39D
Л « 1,2310
41 жз 0,1 мм
I ~ 4.75D
Призма дает полное оборачивание
L
n S
я §
S п
о
8»
Г!
1 о
К
m
а = D
b = D
с = 1,55 (Л 4- D)
Л = 0,333 (Л + D)
I = 1,115 (Л + D)
(без клина)
Каждая призма обозначается двумя буквами и числом, разделя-
емых между собой знаком тире. Первая буква указывает число отража-
ющих граней, вторая буква — характер конструкции призмы. Число
указывает угол отклонения осевого луча в градусах.
Примечания: 1. Крыша условно считается за одну грань.
Обозначается индексом «к» у первой буквы.
2. Если осевой луч отклоняется внутри призмы в двух плоскостях,
то цифры условного обозначения указывают углы отклонения в- этих
плоское।их.
Призмы с одной отражающей гранью обозначаются буквой А;
с двумя отражающими ipainiMii — буквой Б; с тремя отражающими
гранями буквой В; призмы с крышей — Лк, Бк, Вк,
180
В зависимости от характера конструкции призмы второй буквой
Обозначается: Р— равнобедренная призма; П — пентапризма, У —
полупентапризма, С — ромбическая призма, М — призма дальномер-
ного типа и Л — призма Лемана. ________
В табл. 4.6 приведены данные отража- * *"
тельных призм.
г Составные призмы
Каждая призма обозначается одной
буквой и числом, разделяемых знаком тире.
Пример обозначения: призма-куб — К—0°,
;башмачная призма — Бк—90°. Условные
обозначения проставляются на рабочих чер-
тежах вместе с названием призм.
Отражательные призмы развертыва-
ются в плоскопараллельную пластинку.
Развертка призмы выполняется путем пере-
Рис. 4.11. Развертка
прямоугольной приз-
мы
вертывания контура сечения призмы вокруг
каждой стороны этого контура, соответ-
ствующей отражающей грани, в той последовательности, в которой про-
исходят отражения луча от этих граней. На рис. 4.11—4.13 даны при-
меры развертки призм и определения геометрической длины хода
осевого луча в призме I.
Расчет размеров призм
Чаще псего огибающая поверхность пучков лучей, проходящих
через призму, является конической поверхностью с круглым основа-
нием. Поэтому для определения размеров призм следует задаться раз-
мерами конуса пучка лучей и положением одной из граней призмы.
Рассмотрим случай, когда задана грань, на которой сечение пучка
будет меньшим (рис. 4.14). Для решения задачи вводится эквивалент-
ная развертке призмы воздушная пластинка толщиной Ип (п — пока-
затель преломления призмы, I — геометрическая длина луча в призме
берется по типу призмы из табл. 4.6), Для определения толщины воз-
Л^шной призмы надо найти величину D на ее выходной грани. Зная
181
угол конуса лучей 2а и обозначая I/O = k, можно определить величи-
ну D из выражения
D = 2 (г + a tg а) + '2Dk tg а/л,
откуда
. ,. 2 (г + a tg а)
1 — tg а/п'
Решение аналогичной задачи, когда задается положение грани
с большим сечением пучка, просто, так как D в этом случае известно
и размеры призмы берутся из табл. 4.6.
Если призма с двумя или тремя отражениями имеет крышу,
выходящую только на одну
Рис. 4.14. Схема расчета
призмы
преломляющую грань (входную или вы-
ходную), то вместо полученного размера
надо брать размер
pt = .£Lfi+ +
1 2 \ ‘ sin у ) ’
где у — угол между ребром крыши и
рассматриваемой гранью. Если в призмах
с одним отряжением (типа АР) крыша вы-
ходит на две грани (например, у прямо-
угольной призмы), то
Если призма не развертывается в плоскопараллельную пластин-
ку, то она действует как клин с большим преломляющим углом и вы-
эывает хроматизм и искажение изображения. Такие призмы применя-
ются с дополнительным (компенсирующим) клином (например, башмач-
ная призма Б—90е). Угловое поле любой призмы ограничено я зависит
Таблица 4.7. Предельные углы 2о для различных призм
из стекла К.8 и БКЮ
Тип призмы Зрачок на входной (выходной) грани Зрачок в середине развертки призмы
2(Т, ...° 2<т, ...°
к« БК 1 0 КЗ БКЮ
АР—90° БР—180° БП—90° АР—45° АР—0° П-0 85° 24' 43° 10' 25е 59' 36° 25° 36' 18° 43' 89' 06' 44° 44' 26° 54' 37° 06' 26° 30' 19° 26' 2а 90' 85° 24' 50° 27' 70° 58' 50° 56' 37° 26' 2а->90° 89° 06' 52° 20' 73° 48' 55° 48" 38° 45'
формула sin <т — / 1 1 -1Л» Формула sin п -= -—=£= / 1 -Н 4* . '
182
pt w конфигурации и показателя преломления стекла (табл. 4.7).
Предельный угол о определяется по формуле sin о < ntty 1 + 4fe2)’.
Исли модной зрачок поместить в середине развертки призмы,
W угол в определяется ио формуле sin о < n/ty 1 + /г2).
llpniMui с чнным числом отражающих граней и ходом луча в од-
НМ плоское hi длин прямое изображение. При качании такой призмы
р »о1й наш юн hi ныиодитнй пучок лучей пе отклоняется.
lipiHMW । iieneiним Ч1Н юм огряжнющих граней и ходом луча в од-
ной н ои ни» in iiBh<i зеряй ii.iioe изображение предмета. При качании
И< В зо1Й ИЛОГН1Я1Н лучи 111ило||июк и пл днойной угол. Если у призмы
И инагцым числом ийрылянипч i ряпей одну in них заменить двумя
ММЯИИ, рдеПййН1И»ННШМ11 ним прямым углом (крышей), то такая при-
ми Вудег М*иь пол но» пОпрячнинпие (пн 1Н0), При этом общий угол
Мйлянйинй пучка и» iumviihtcm.
lit» размеры призм вычисляются п зависимости от наибольшего
ДОйМегрв сдегоного пучки 1>, проходящего через призму, с учетом при-
Пупик Ий фиску п крепление.
По характеру отклонения луча призмы делятся на призмы с ходом
ИМпго луча а одной плоскости н призмы с пространственным ходом
Много луча.
Призмы с одной отражающей гранью (тип А)
Призмы Этого типа дают зеркальное изображение и прн нормаль'
МОМ падении луча на входную грань угол его отклонения равен углу
При вершине. При наличии крыши на отражающей грани изображение
Получается развернутое вокруг оптической оси на 180°.
Призма Дове ЛР—0°. Эта призма носит также название призмы
Прямого зрения — се оптическая ось параллельна отражающей грани
М угол отклонения равен 0". Употребляется как компенсационная призма
дли пниорога и н >б ра же и и и иокруг осп прибора. Угол поворота изобра-
жении я дик |>»1И больше угли поворота призмы. Отряжающая грань с
не требует нвнвссцни зеркального покрытия (см. табл. 4.6). Призма раз-
всртыидется а плоскопараллельную пластинку, наклоненную к оси
лад углом 45", поэтому она устанавливается только в параллельном
Каде лучей.
> В визирной (качающейся) прямоугольной призме, как правило,
Отражающую грань следует серебрить. Размеры призмы зависят от
Йиаметра пучка лучей и угла качания. Для получения наименьших раз-
еров призму следует помещать так, чтобы входной зрачок системы
Находился в середине призмы или как можно ближе к ней.
При больших углах качания, чтобы избежать больших габаритов
призмы, которые при этом получаются, применяют призму-куб, состоя-
щую из двух прямоугольных призм, склеенных гнпотенузнымн гранями.
Тяпотенузные грани должны иметь отражающее покрытие.
Если возможно применение качающейся призмы из стекла с боль-
шим пе, то отражающее покрытие может не понадобиться.
При положении призмы-куба, изображенной на рис. 4.15» а,
/работает только одна половине призмы; по мере поворачивании ее для
эизирования в зенит (рис. 4.15, б) начинает включаться вторая поло-
вина призмы и при визировании в зенит работают обе половины.
.’Призма-куб дает возможность визировать в пределах угла 210—220°.
Недостатки Этой призмы заключаются в следующем:
}( 1) призма может работать только в параллельных пучках лучей;
р сходящихся пучках лучей происходит двоение изображения;
183
2) трудность изготовления, так как ошибки углов половинок призмы
и склейки даже порядка нескольких секунд вызывают двоение изобра-
жения. Допустимая угловая величина двоения изображения 30"/Гт
(Гт — увеличение системы, расположенной после призмы);
3) если входной зрачок расположен перед призмой, вместо круглого
получается зрачок, показанный па рис. 4.15, в; это ухудшает условия
работы с прибором и ведет к снижению разрешающей способности.
В прямоугольной призме с двумя отражающими поверхностями
типа БР—180° ошибка в угле 90°, равная 6, вызовет отклонение выходя-
щего пучка 2бп в главном сечении призмы.
Ошибка пирамидальное™, равная л, дает отклонение выходящего
пучка лучей на 2лп в плоскости, перпендикулярной главному сечению.
Ошибка в острых углах не вызывает отклонения выходящего пучка,
но вызывает его смещение на величину 16/л, где I — геометрическая
длина хода лучей в призме, 6 — ошибка в острых углах, отличающаяся
только знаком.
В зависимости от конфигурации отражательные призмы могут
удлинять или сокращать габаритную длину хода лучей. Сокращение
габаритного хода лучей вызывают призмы с многократным отражением,
например, пентапризма БП—90°, призма Шмидта ВР—45°, призма
БУ—45°, призма Пехана и некоторые другие. Призма Аббе А—0°
при размерах, указанных в табл. 4.6, и при п= 1,5 не дает смеще-
ния изображения при ее включении в ход лучей.
Паразитные отражения в призмах
Призмы или призменные системы должны проверяться на возмож-
ность появления вредных (паразитных) отражении, которые могут
вызвать появление дополнительных изображений или бликов. Пара-
зитный ход лучей может появляться, например, в прямоугольной ви-
зирной призме (рис. 4.16) при указанном на рисунке положении или
в призме-кубе в положении, изображенном на рис. 4.17.
При повороте прямоугольной равнобедренной призмы АВС,
расположенной перед объективом телескопической системы, на угол <р
от начального положения (при начальном положении отражающая
грань АС расположена под углом 45° к оси объектива) могут возникать
паразитные изображения. На рис. 4.16 показан ход пучков лучей, об-
разующих эти добавочные изображения. Основной пучок /10, падающий
на призму под углом 2<р к пулевой осп визирования 00', испытывает
184
185
одно отражение от грани А'С. Пучок А< преломляется гранью А’В',
отражается дважды от граней В'С и А’С’ и дает перевернутое изобра-
жение другого объекта в центре поля.
Третий пучок Аа падает на призму под углом — <р к оси ОО' и
после отражения от граня А'В' дает в центре поля третье изображение,
впачптелыю более слабое, чем основное. Пучок Аа падает под углом
—180и к оси ОО', преломляется гранью В'С', отражается от граней A'JB'
и А'С и проходит в систему параллельно оси объектива. Пучок Аа
падает под углом <р, отражается от грани В'С и также проходит в си-
стему параллельно осн ОО'. Изображения, образуемые пучками Л4
и А3, имеют почти такую же яркость, как основное изображение. Изоб-
ражения, образуемые пучками Д2 н Л4, — слабые (в систему попадает
только отраженный от преломляющих граней свет). Пучки Д3 н Л4
могут быть легко перекрыты корпусом прибора или оправой, пучки
Л4 и Л2 можно перекрыть только подвижной шторкой.
Из’рисунка видно, что паразитные изображения большой яркости,
вносимые прямоугольной качающейся призмой, появляются, если пада-
ющие на нее пучки лучей претерпевают различное число отражений.
Призма не дает паразитных изображений в центре поля, если
ее полный размер не превышает требуемого светового размера и вер-
шина угла В' призмы не заходит в область входного зрачка системы.
Паразитных изображений можно избежать, применяя шторки, кине-
матически связанные с движением призм.
Призменные системы для раздвижки окуляров'
по расстоянию (базе) между глазами
Система призм-ромбов. Эта система применяется наиболее часто.
Разворотом призм в разные стороны достигается изменение расстояния
между осями пучков, которые при этом не меняют своего направления
(рис. 4.18).
Рис. 4.18. Схема раздвижки осей по базе глаз с помощью
ромбических призм
Система крышеобразиых призм. Раздвижка осей достигается пере-
мещением призм в противоположных направлениях. Призмы перемеща-
ются, оставаясь параллельными самим себе. Изменение расстояния ме-
жду осями пучков равно удвоенной величине раздвижки (сближения)
призм. Размеры призм определяются следующим образом. Если диаметр
пучка в наибольшем сечении ранен D, то световая ширина равна k =
= D + (bi — ba)/‘2, если передвигаются обе призмы (рис. 4.19) —
186
b2 = 2 (aj — (ц). Длина хода в призме при этом не изменяется,
(ля раздвижки осей могут применяться различные крышеобразные
{рризмы.
Система раздвижки осей
проф. М. М. Русинова (рис.
4.20). В этой конструкции
смещение осей достигается
поворотом наклонных пло-
скопараллельных стеклян-
ных пластинок / в разные
стороны (на одинаковые уг-
лы. Величина проекции сме-
щения каждой оси на линию
А—Ах равна
,A6 = (dtgaA—dtgaA,)x
Рис. 4.19. Схема раздвнжкн осей по
базе с помощью крышеобразных призм
X coscA cos<p,
где Ф — угол поворота пла-
стиики от положения, когда
ось наклона пластинки параллельна плоскости А—ЛР Данную кон-
струкцию можно применять только в приборах, имеющих окуляры
с достаточным удалением выходного зрачка (не меиее 22—25 мм).
Рис. 4.20. Схема измене-
ния глазного базиса с по-
мощью наклонных пла-
стинок
Рис. 4.21. Изменение
глазного базиса в бино-
кулярной насадке к ми-
кроскопу
1в7
На рис. 4.21 показана схема бинокулярной насадки к микроско-
пам, в которой изменение расстояния между окулярными тубусами
достигается их раздвижкой. Между линзами / и 2 существует параллель-
ный ход лучей.
Призмы для разделения пучков лучей
Эти призмы должны частично отражать и частично пропускать
свет. Некоторые конструкции таких прнзм даны на рнс. 4.22 и 4.23.
Рис. 4.22. Прямоугольная
призма, разделяющая пуч-
ки лучей
Рис. 4.23. Призма перфлек-
тометра
Отношение количества отраженного света к количеству пропущенного
зависит от отношения коэффициента отражения к коэффициенту про-
пускания светоделнтельного покрытия разделительной грани с.
Призмы для соединений полей
Применение прямоугольной призмы для соединения двух полей
зрения показано на рис. 4.24. Катеты призмы имеют наружное отража-
ющее покрытие. Прн соединении полей зрения требуется, чтобы линия
Рис. 4.24. Схема
соединения двух
изображении с
помощью пря-
моугольной
призмы
188
189
раздела была как можно тоньше, поэтому на ребре призмы допускается
притупление не более 0,02—0,03 мм.
На рис. 4.25 показана схема трех призм, также предиазначеиная
для соединения двух полей зрения. Призмы жестко связаны друг
с другом и при одновременном смещении влево или вправо дают воз-
можность перемещать линию раздела и переходить на одно любое (от
бравой или левой ветви) поле зрения.
Линией раздела может служить граница отражающего покрытия
в разделительных призмах, однако ввиду того, что разделительная грань
всегда расположена перпендикулярно к оптической оси, второе поле
Зрения ограничивается небольшим участком в центре (рис. 4.26).
Разделительная призма (см. рис. 4.23) обладает особыми свойства-
ми: благодаря наличию двух крыш, угол между ребрами которых
(доставляет 90°, зеркально оборачивает изображение, образуемое пуч-
ком 1' относительно изображения, создаваемого пучком Г. Этот эф-
фект используется в отсчетных н измерительных устройствах для по-
вышения (практически удвоения) точности измерения.
Оборачивающие призменные системы
В оптических приборах в зпинеимости от их назначения и кон-
струкции для оборачивания изображения применяются различные приз-
менные системы. На рис. 4.27 дан ряд призменных оборачивающих
Систем.
Рис. 4.27, Оборачивающие системы; а — типа Порро первого рода;
б — типа Порро второго рода; в — с башмачной призмой с крышей;
е — с пентапризмой с крышей; д — с призмой Дове; е — с призмой
Лемана; ж — призма Аббе; з — из двух призм-кубов; и — визира
(угол визирования по горизонту ±120°); к — панорамы с призмой Пе-
кана; л — панорамы с призмой Дове; м — панорамы (призма Дове
не показана); н — дальномера
191
Оптические шарниры
Оптические призменные шарниры дают возможность изменять углы
между ошпческими осями двух и более ветвей в приборе без враще-
Рис. 4.28. Визирная систе-
ма (оптический шарнир) с
«горизонтальным столом»
ния изображения. Оптические шар-
ниры могут быть плоскими или
пространственными. К плоским
шарнирам можно отнести системы
с качающимися в одной плоскости
Рис. 4.29. Визирная система (оптиче-
ский шарнир) с «наклонным сто-
лом»
визирными призмами, а к пространственным — систему панорамы.
Если к этой системе в качестве головной призмы поставить призму-
куб, то может быть осуществлен непрерывный обзор больше чем по-
лусферы. По геометрическим свой-
» 4 ствам различаются системы визи-
.. <> роваиия о «горизонтальным сто-
Рис. 4.30, Пространственный оп-
тический шарнир; компенсация
наклона изображения путем вра-
щения призмы / вокруг оси г1—
г, па величину половины угла
поворота призмы 2 вокруг осн
г—г
лом» и «наклонным столом».
В системе с «горизонтальным
столом» (рис. 4.28) углы с помощью
построительного механизма проще
строить в горизонтальной и верти-
кальной плоскостях. В системе
о «наклонным столом» (рис. 4.29)
углы с помощью построительного
механизма проще строятся в верти-
кальной и наклонной плоскостях.
Еще один вид оптического шар-
нира показан иа рис. 4.30.
клинья
Клинья применяются для по-
лучения и измерения малых углов
отклонения луча. Измерительные
клинья (компенсаторы) бывают
двух типов: клин, перемещающийся
вдоль оси в сходящемся пучке
(рис. 4.31, а) и пара вращающихся
клиньев (рис. 4.31, б). Оба типа
применяются в дальномерах. Для
устранения хроматизма клинья
склеиваются из двух простых
192
клиньев (из крона и флинта), ориентированных в разные стороны.
Точность угла отклонения достигается разворотом клиньев при
склейке. В первой системе с клином, перемещающимся вдоль оп-
РМс. 4.31. Типы
ж|^Ьрйтельных кли-
ибйых компенсато-
ров: а) перемеща-
ющийся вдоль осп
клип; б) система
вращающихся
клиньев
тическои оси и установленном в сходящихся пучках, изображение сме-
щается с оси на величину
V = У\ — = — 1)6,
где 0 — угол клина; г — перемещение клина.
Во второй системе два одинаковых клина, поворачивающиеся
в разные стороны на одинаковые у
углом. Угол отклонения луча о
в зависимости от угла |3 поворота
каждого клина от начального по-
ложения а = arn cos |3, где ат =
= о, + а2, а, и а2 — углы откло-
нения луча каждым клином.
ФАСКИ НА ПРИЗМАХ
И НЕКРУГЛЫХ ПЛАСТИНКАХ
Ширина фасок (т) на ребрах
двугранных углов и на трехгран-
ных углах в зависимости от длины
короткого ребра детали выбирается
по табл. 4.8. Допустимость фасок
на ребрах двугранных углов
призм с крышей и призм-кубов,
попадающих в световой пучок, ус-
танавливается конётруктором. Фас-
ки для предохранения от выкалы-
вания снимаются перпендикулярно
биссектрисе угла между гранями
на двугранных углах до 110" вклю-
чительно. Нели угол наклони фасок
для предохранения от выкалывания
особо не оговаривается, то н чер-
тежах следует указывать только
ширину фасок, например: «фаска
на ребрах ОД40’5». На трехгран-
рых углах, у которых угол между
двумя гранями (из трех) более 110°,
Необходимость фаски для предо-
7 В. А. Панов и др,.
, образуют клин с переменным
Таблица 4.8. Фаски на
ребрах для предохранения
деталей от выколок
Длина ребра, мм Ширина фаски (т), мм
на ребрах на трех- грапных углах
До 6 0,1+()'2 о,3^’3
Св. 6 до 10 0,2+0-3 0,5+°’3
Св. 10 до 18 О,3+о>4 l.O10'4
Св. 18 до 30 0;4+°.5 1,5+0,;’
Св. 30 до 50 0,5+0-6 20+0,6
Си. 50 до КО (|,7+о.в 2,5+0'8
Си. 80 до 120 ОД*0,9 3,0+1,2
Св. 120 до 150 1,0+1’° 3,5+I,s
Св. 150 1,2+1-2 40+s.O
193
хранения от выкалывания устанавливается конструктором. В чер-
тежах необходимо указывать ширину фаски на трехгранных углах и
угол, определяющий ее положение.
Конструктивные фаски снимаются па ребрах и углах призм для
обеспечения условий удобного крепления их’в оправе или для уменьше-
ния их веса. Расположение конструктивных фасок определяется типом
призмы и конструкцией крепления. Наибольшие размеры фасок огра-
ничиваются размерами призмы, необходимыми для пропускания рас-
четного светового пучка лучей. Размеры фасок, указанные в табл. 4.8,
на конструктивные фаски не распространяются.
ДИФРАКЦИОННЫЕ РЕШЕТКИ
В зависимости от назначения и формы поверхности дифракционные
решетки, применяемые в спектральных приборах, подразделяются на
плоские отражательные, вогнутые (сферические и тороидальные) от-
ражательные, чшелетты, плоские прозрачные, поляризаторы, измери-
тельные и другие.
Плоские и вогнутые отражательные решетки применяются в спек-
тральных приборах для рентгеновской, вакуумной ультрафиолетовой,
ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей спектра. Решетки
изготовляются на слоях металла, нанесенного испарением в вакууме
на подложку из стекла марки ЛК7, или кварцевого стекла марки КВ,
непосредственно на подложках из стекла марки Ф1 или путем копи-
рования па подложках из стекла марки ЛК7. В табл. 4.9—4.10 при-
ведены основные размеры и параметры плоских и сферических отража-
тельных решеток. Разрешающая способность по отношению к теорети-
ческому значению составляет не менее 0,9 и 0,8 соответственно для
групп А н Б. Спектральные линии — резкие симметричные. Вблизи
линий в пределах трех-четырех нормальных щелей могут наблюдаться
сильные спутники и фон. Коэффициент отражения в максимуме концен-
трации для области спектра более 200 нм составляет: для группы А
не менее 70% в первом порядке и не менее 60% — во втором порядке;-
для группы Б — не менее 50% в первом и втором порядках. Коэффи-
циент отражения в максимуме концентрации для области спектра короче
200 нм составляет в первом порядке не менее 50 и 40% соответственно
для групп А и Б. Угол «блеска» имеет значения в пределах от 1 до
70°, кроме решеток, изготовленных на стекле Ф1, для которых угол
блеска колеблется от 1° до 5°. Относительная интенсивность «духов»
Роуланда в первом и втором порядках должна составлять не более
0,1% ив третьих и в более высоких порядках — не более 0,2%. Отно-
сительная интенсивность «духов» Лаймана — не более 0,01%.
Тороидальные решетки имеют количество штрихов на 1 мм 300,
600, 1200, 1800, 2400; изготовляются с заштрихованной поверхностью
50X40 мм (размер решетки 60Х50Х 10 мм). Радиус кривизны в мериди-
ональном сечении гт = 500 мм н в сагиттальном сечении rs = 313,4;
325,8; 333,4; 344,4 и 404,6 мм. Решетки изготовляются с заштрихован-
ной поверхностью 60X50 мм (размер решетки 70X60X15 мм) с радиу-
сами кривизны гт = 1000 мм и rs =668,3 мм.
Эшеллеты применяются в спектральных приборах для ИК области
спектра; изготовляются на металлических подложках из алюминиевого
Сплава марки ЛМЦ по ГОСТ 4784—74 или путем копирования на под-
ложках из стекла марки ЛК7. Основные размеры эшеллетов приведены
В табл. 4.11. Эшеллеты имеют количество штрихов на 1 мм, 2, 4, 6*
194
Таблица 4.10. Рабочие порядки спектра
при различном количестве штрихов на 1 мм
в отражательных решетках
Коли- чество штрихов на 1 мм Порядки спектра Коли- чество штрихов на 1 мм Порядки спектра
Груп- па А Группа Б Труп- па А Группа Б
37,5 От 1 до 100 600 1; 2 От 1 до 6
50 1; 2 » 1 » 75 900 1; 2 1; 2
75 1; 2 » 1 » • 50 1200 1 1; 2
100 1; 2 » 1 » 36 1800 1
200 1; 2 » 1 » 18 2400 1
300 1; 2 » 1 » 12
пня) участки, и фазовые,
Таблица 4.11,
Основные размеры
эшеллетон
Размер заштри- хованной поверх- ности, мм Размер эшеллета, мм (ЯХВХС)
50X50 70Х70Х 10
70X70 90Х90Х 15
(00Х (00 120Х 120Х 15
150Х 150 170 X 170X25
200X200 220X220X35
250X 250 270X270X40
300X300 320X320X40
12, 24, 50, 75 и 100 с рабочими порядками первым и вторым. Спект-
ральные линии резкие, симметричные, без заметных дефектов.
Плоские прозрачные решетки подразделяются на амплитудные,
у которых штрихи имеют прозрачные и непрозрачные (из слоя алюми-
ния) участки, и фазовые, которые являются прозрачными копиями
плоских отражательных решеток. Ре-
шетки изготовляются на подлож-
ках из стекла марки К8. Амплитуд-
ные решетки имеют число штрихов
па 1 мм от 0,5 до 1200. Фазовые ре-
шетки имеют число штрихов на 1 мм
50, 100, 150, 200, 300, 600 и обеспечи-
вают в первом порядке в видимой и
блнжней И К областях спектра качество
спектральных линий, а также интен-
сивность «духов» Роуланда и Лаймана
такие же как и у отражательных ре-
шеток. Угол «блеска» от 1 до 35°.
Решетки-поляризаторы применя-
ются для поляризации проходящего
инфракрасного излучения. Решетки
изготовляются на прозрачных в инфра-
красной области спектра подложках
(табл. 4.12). Поляризаторы на подлож-
ках из стекла марки ИКС25 имеют ко-
эффициент пропускания для неполяри-
зованного излучения не менее 25%,
а поляризаторы всех остальных типов — не менее 30% при сте-
пени поляризации не менее 95% и размере решетки не более
45X45 мм2.
Измерительные решетки предназначены для измерения линейных
перемещений по методу интерференционных муаровых полос. Решетки
изготовляются на металлических слоях, нанесенных на подложки
из стекла марки К 8 или путем копирования на подложках из стекла
той же марки. Измерительные решетки применяются в комплектах,
состоящих на двух прозрачных, а также из прозрачной и отражатель-
ной решеток, одна из которых яплисгся шкалой, а другая — индексом
(табл. 4.13 и 4.14).
196
Табл ица 4.12. Параметры решеток-поляризаторов
Материал подложки Ч Количество штрихов и а 1 мм Рабочая область длин воли, мкм
' Фторопласт Ф-32Л марки «В» ! или «Н» (ОСТ 05-432—78) 1200 От 2 до 7
2400 От 1,5 до 7
Полиэтилен (пленка полиэтиле- новая, стабилизированная типа А или Б (ГОСТ 10354—73) 1200 Св. 4
Полиметилметакрилат марки ЛСОМ 1200 От 2 до 3,2 » 3,6 » 5,5
2400 От 1,5 до 3,2 » 3,6 » 5,5
Кальций фтористый ФК-И 1200 От 3 до 9
2400 От 2 до 9
Барий фтористый 1200 От 3 до 12
('ii'hjio ИК( Г.’ОО Or (> до 16
Таблица 4.13. Основные размеры прозрачных
и отражательных решеток-шкал и прозрачных
решеток-иидексов
Тип решетки Размер заштрихо- ванной поверх- ности. мм Форма и размер решетки, мм (АХ ВХС)
Решетка-индекс 35 X 35 40X40X5
Решетка-индекс 0 20 0 20X 5,5 *
Решетка-шкала 23 X 13 25Х I5X 13
То же 35 35 40X40X5
» 100Х 35 110Х40Х 10
» 150/-, 35 160Х40Х 10
» 200Х 35 210Х40Х 15
» 250Х 35 260X40X 15
300Х 35 310Х40Х 15
* Фокусное расстояние решетки ж 50 мм.
197
Таблица 4.14. Основные параметры комплектов
измерительных решеток
Цене полосы, мкм Решетки комплекта Количество штри- хов на 1 мм Длина волны, при которой контраст достигает максимального значения
Решетка- индекс Решетка- шкала
io,о Две прозрачных 100 100 Св. 0,6
8,0 Прозрачная и от- 62,5 31,25 0,9
ражательная
4,0 То же 125 62,5 0,9
2,0 » 250 125 0,9
1,0 » 500 250 0,9
0,8 » 625 312,5 0,9
0,5 » 1000 500 0,5
0,4 » 1250 625 0,5
Примечание. Допускается отклонение цены полосы 8
от поминального значения только в меньшую сторону на величину,
lie более 2- Ю_‘е.
СЕТКИ
Сетками обычно называются стеклянные плоскопараллельные пла-
стинки с нанесенными на них перекрестиями, шкалами или иными зна-
ками (марками), устанавливаемые в плоскостях изображения оптиче-
ских систем. Иногда в качестве сеток применяются плосковыпуклые
линзы (коллектив-сетка) или другие сферические детали.
По назначению и виду гравировки сетки можно разделить на сле-
дующие основные группы:
1) прицельные (визирные) сетки, предназначенные только для
наведения прибора на объект (цель);
2) измерительные сетки (шкалы, растры);
3) сетки смешанного вида и с различными специальными марками
(сетки стереодальномеров и др.).
Визирные сетки (рис. 4.32, а, б) обычно имеют перекрестие с раз-
рывом в центре, с угловой величиной разрыва 3—4 тысячных дистан-
Таблица 4.15. Диаметр D и толщина d сеток, мм
де9 d °е9 d °е9 d
До 6 (Ju. 6 до 18 О1 — 1+1+ рр ьзУэ Св. 18 до 30 » 30 » 50 2,5±0,5 4,0± 0,5 Св. 50 до 80 » 80 » 120 Св. 120 до 150 6,0=1= 0,5 8,0±0,5 10,0+0,5
Примем а и и г, Рплмсри фасок берутся по таблицам для линз.
198
Кии. Наличие разрыва увеличивает точность наведения, так как штрихи
це закрывают цель. Линейная величина разрыва рассчитывается по фор-
муле / = л/71000, где п — угловая цена разрыва в тысячных дистан-
ции; f — фокусное расстояние объектива илн всей системы до сетки.
Толщину сетки берут в зависимости от диаметра (табл. 4.15).
Рис. 4.32. Типы сеток
Измерительные сетки разных Типов даны иа рис. 4.32, в—4.35.
введение с помощью биссектора точнее, чем наведение с помощью
юрекрестия. Ошибка наведения по одинарному штриху равна примерно
Рис. 4.33. Биссек- Рис. 4.31. Сетка со спиральным би-
тор штрихом
|роловине толщины штриха; ошибка наведения по биссектору (двой-
ному штриху) равна примерно 1/3 толщины штриха. В случае примене-
ния биссектора наибольшая точность обеспечивается при толщине
Штриха t = s/З и ширине промежутка а— (2ч-3)з (рис. 4.33). Толщина
штриха зависит от увеличения окуляра и равна i = Так как
199
предельный угол разрешения глаза е= Г, то например, при f'0K =
= 25 мм толщина штриха t = 0,007 мм. Для таких окуляров большей
частью принимают t— 0,008->0,02 мм. Обычно угловой размер штриха
2—4'. Следует иметь в виду, что изготовление штрихов тоньше 0,01 мм
затруднительно.
Рис. 4.35. Сетка-калибр
Таблица 4.16. Допустимей
величина зазора при *
t' — 0, мм
fox Dp,
2 4 6 8
20 25 30 40 50 0,06 0,09 0,13 0,24 0,37 0,03 0,047 0,06 0,12 0,19 0,02 0,03 0,045 0,08 0,12 0,033 0,06 0,09
Рис. 4.36. Схема к расчету зазора ме-
жду сетками
В измерительных приборах используются также сетки со спираль-
ным двойным штрихом. С помощью такой сетки можно осуществлять
измерения с точностью до 2 мкм. Шаг спирали обычно 0,5 мм (рис. 4.34),
толщина штриха 0,01—0,015 мм, расстояние между штрихами 0,06 мм.
" наносят два измерительных
контура для измеряемой ве-
личины, т. е. верхний и ниж-
ний пределы отклонений.
Если необходимо иметь боль-
шее число различных изме-
рительных марок, пользу-
ются так называемыми ре-
вольверными сетками. На
рис. 4.35 изображена сетка
инструментального микро-
скопа, иа которой нанесены
профили резьб. Эта сетка за-
креплена в револьверном ус-
тройстве; поворачивая его,
можно вводить в поле зрения различные участки сетки. В измеритель-
ных приборах иногда применяют двойные сетки, одна из которых —
неподвижная со шкалой, вторая — подвижная с индексом (например,
у винтового окулярного микрометра, (см. рнс. 14.7). В этом случае
между сетками должен быть зазор. Конструктивно зазор следует выби-
рать не менее 0,05 мм, а иногда и 0,01 мм (табл. 4.16). Наличие зазора
вызывает паралаке между шкалой и индексом, который может давать
ошибку отсчета (рис. 4.36). При зазоре dL угловая величина паралакса
в минутах равна
___
2(l'' U0,00029*
200
Растровые (трансверсальные) сетки
Для точных отсчетов, особенно если они производятся на эк-
ране, применяются растровые (трансверсальные) сетки, построенные по
принципу поперечного масштаба. Такие сетки имеют наклонные к
состоящие из Г
вертикали линии,
или точек.
биссекторов (рис. 4.37), квадратов
О
10 9 8
II II II
II II
0/
7 6 5 9-
II II II II
I II II II II II II II
II II II II II II II II II
II II II II II II II
П II II II II II II
II II II II II II II
II II II II II II II
II II II II II II II
II II II II II II II
II II II II II II II
IIII II II II II II UW
II II I
II III
II II I
II II II
II II II
II II II
II II II
II II II
3 2 10
II II II II <7
f
2
3
9-
6
7
8
9
0 2 9- 6 8 10
isiigssi!!!
5
SHHHSii;
° авёин;:
1 3 5 7 9
Рис. 4.37. Растровые (транс-
версальные) сетки
Сдвиг в горизонтальном
направлении бпссекторов,
лежащих на наклонных ли-
ниях, равен расстоянию ме-
жду наклонными линиями,
деленному на число биссек-
торов на наклонной линии.
С биссекторами совмещают
индекс, имеющий вид верти-
кального штриха.
Растровая сетка устана-
вливается в плоскости изо-
бражения и вместе с индек-
сом проецируется на экран.
Лучшим экраном является восковой экран (см. стр. 213), имеющий
наиболее тонкую структуру рассеивающей поверхности.
Точность отсчета с помощью растровых шкал может достигать
0,001 мм, Хорошие результаты показало сочетание светло-зеленого
фони «крипа и прозрачных бесцветных марок растра.
Допуски на изготовление заготовок сеток и лимбов.
Выбор марки стекла
Отклонение плоскостей (поверхностей) сеток, а также и лимбов
не оказывает заметного влияния на качество изображения, поэтому
допуски па качество поверхности задаются достаточно широкие —
201
Таблица 4.17. Марки
стекол для лимбов в
зависимости от способа
нанесения на них делений
и знаков
Способ нанесе- ния делений и знаков Марка стекла
Фотографиро- вание Гравировка алмазом Травление для ширины штрихов не менее 0,03 мм пе более 0,05 мм Вакуумное напыление К8, К108 К8, КЮ8 К8 К108, БКЮ БКЮ, СВВ Ф8, Ф108, Ф18 БКЮ, БК1Ю
Таблица 4.18. Марки стекол
для сеток в зависимости от способа
нанесений делений и знаков
CiKKUO нанесения делений и знаков Мирка стекла
Фотоспособ Хромирование в вакууме делений, на- несение по лаку Гравирование алмазом t — = 1,54-3,0 мкм Травление t — 3 -:-(> мкм t = 54-40 мкм t = 504-500 мкм К8, КЮ8 К8, КЮ8 К8, ТФ2, К108 Ф8 БКЮ, БК1Ю, Ф108 К8, КЮ8, БФ24
до Л! = 104-15 и &N — 2. Клниовпдиость может допускаться от 5'
до 10'. Чистота поверхностей сеток Р = 0 — 20 и Р — 0 — 40. Обычно
в телескопических приборах в центральной трети поля зрения не до-
пускается никаких дефектов. Количество дефектов в остальной части
поля зрения указывается в частных технических условиях на прибор.
Чистота поверхности лимбов Р= 0 — 20 (для рабочей зоны) и PV
(для нерабочей зоны).
Рекомендуется диаметр сетки изготовлять с отклонением с9. До-
пускаются отклонения: fill —для сеток, имеющих специальное юсти-
ровочное устройство, и Й8 — для сеток, требующих повышенной точ-
ности центрировки. У сеток в подсветкой обработка заготовок по ци-
линдрической части должна выполняться точность, равная Rz — 0,1.
Материал выбирается в зависимости от способа нанесения делений
(табл. 4.17 и 4.18). Требования к стеклу: Дп, — Д (nF. —пс,) = 4В,
однородность 3—4, показатель ослабления е = 6, двойное лучепрелом-
ление — 3, бессвильность —- 2В, пузырность — 1 (для рабочей зоны).
Методы и точность нанесения делений на сетках
Сетки и шкалы на стекле условно можно разделить по точности
па три класса (см. табл. 4.19). В зависимости от назначения, конфигу-
рации рисунка, толщины штриха и класса точности выбирается способ
изготовления шкалы или сетки. Существуют три способа нанесения
рисунка па сетках и шкалах: механический, фотографический, сме-
шанный.
Механический способ оправдывает себя при изготовлении простых
сеток и шкал на нашогрлфе или делительной манпшс. Точность линей-
ных размеров 0,01—0,02 мм. ।
202 1
Таблица 4.19. Рекомендуемые допуски на деления сеток н ширину штрихов
НН *ИЧ1ЭЭ ВЙЛЧЭП он -Ч1ГЭ1ИООНЮ 1Э1.ИЭИ(11 -НЭ1ЭЯ6 ВННИХЭЛПО’П’ с£> О Ш О—« сч о о* о
иихээбмэйаи нох -нсЦт чхэопсВчгЛяии *Hduddu вн имлЛпо)/ UQ О UD
Допуски на расстояния любых штрихов от начального (нулевого) штриха Угловые деления „V ) • . 1 - С' 1 - - ’ С-1 И 11 II
<,£ о» о! 'вэ СЧ IQ +1 +1 +1
©1 ,0€ '33 - я. О СО Ь" —’ +1 +1 +1
,0£ ,01 Ю СЧ L.Q 1 11 +1
Линейные «елеивя, мм Св. 2 ±0,015 ± 0,040 ±0,090
Св. С Ъ | Св. 1,0 до 1 J до 2 ! осч о -г СО О о о о о” о о II II II 1 £' 17’ <3 Ti+1 ?
- =>3 « о О < ± 0,005 ±0,012 ±0,030
До 0,1 ±0,002 ±0,005 ±0,010
О
3
X
о
X
X
X
а
+1
ю
+1
к
X
X
X
к
+1
+1
о S
+1
+1
ез
S
р 2
х
в
о
к
X
а
X
X
X
а
S
2
с
X
о НН
СП ° 1
Св. Св.
о 901
И S2
о о
и
и
л
I"-
о
t=t СО I-Q О О
S О О
X
U
ю
о
t=t сч со о о
о
со о о
X
U
о
о
Pt — сч о о
~1 о о
[XI
сч
о СГ> О о —
о о о
—ч о о
X
U
о сч
о о
о о о
±1 о о
ж
л
а
з
£
в
ч
s
В
в
2
к
х
о
2
X
_ <у
В х
2 ж
s 23
Sv/
h
ig
В О
е-в
«I о
г р
а
а ч
_ к
* «5
X
X
3
X
О к?
Sc[ 2
* ж
О ±
е §
X
X
«I
!
203
Таблица 4.20. Номенклатура, состав и назначение запусков
Условное обозна- чение запуска Цвет ('остан запуска Ширииа запускаемо- го штриха Условия эксплуа- тации (по ГОСТ 15150— 69)
Основа Пигмент
41 Черный Стекло жидкое Закись—окись кобальта 0,1 мм и более
Б1Т Белый То же Двуокись титана Окись цинка То же У
Б1Ц
К1 Красный Сурик свинцовый
Краски масляные художественные
Ч2Г Графит 3 мкм и более
Ч2К Черный Сажа газовая Закись—окись кобальта 4 мкм и более
Б2Т Двуокись титана У, т
Б2Ц Белый Белила цинковые Окись цинка 10 мкм и более
К2 Красный Краплак красный 10 мкм и более
Эмали пентафталспыс
чзг Черный ПФ-163 Графит 8 мкм
чзк Закись—окись кобальта и более
БЗТ БЗТ Белый ПФ-115 белая Двуокись титана 10 мкм и более У, т
КЗ Красный НФ 1 15 красная Окись пинка 10 мкм и более
204
Хорошие результаты дает метод гравировки на стекле по защит»
ному слою с последующим травлением или напылением металла в ва-
куумной установке. Обычно ширина штриха с запуском краской —
до 0,01 мм.
Применяя запуски для запол-
нения сеток и шкал, вытравлен-
ных на поверхности стеклянной
полированной ваготопки, можно
улучшить видимость штрихои. Для
заполнения травленых ппрпхон
примепиют запуски нл жидком
стекле (для вкснлуатацни в уме-
ренном климате), масляные и эма-
левые — для эксплуатации в уме-
ренном и тропическом климатах.
Черные запуски предназначаются
для заполнения травленых штри-
хов, рассматриваемых в проходя-
щем свете, а белые и красные —
в проходящем и отраженном свете
(см. табл. 4.20).
Фотографический способ тре-
бует большой подготовки, но при
серийном и массовом производстве
более производителен. Он дает
возможность получать штрихи ши-
риной 2—3 мкм и выдерживать
рж-етояппе между ними с точно-
cii.io до 1 мкм. При изготовлении
Таблица 4.21. Высота
цифр и букв сеток, мм
Рпсстояине между деле- ниями сетки Высо- та цифр я букв Допуск
До 0,3 Св. 0,3 до 0,5 Св. 0,5 0,2 0,3 0,5 ±0,02 ±0,03 ±0,05
Примечания: 1. Ширина линий цифр и букв должна быть равна ши- рине штрихов, если послед- няя не менее 0,01 мм. 2. Для сеток с делениями меньше 0,05 мм допускается высота цифр и букв 0,1 мм. 3. Ко- лебание ширины штриха в любой его части не должно превышать половины его ши- рины.
сепж растрои ни металлитиронлн-
ном с|еклп МНПИМЛЛЫ1ПП loaimiHii штрихи 8—10 мкм. Фотографи-
poiiiiiHirM и последующей химической и термической обработ-
кой можно достаточно прочно зафиксировать рисунок на стекле
и протравить его. При травлении получившиеся углубления заполня-
ются достаточно прочно продуктами распада веществ, применяемых
при химической обработке. Такие сетки пригодны для ночной под-
светки.
Таблица 4.22. Допуски на длину штрихов линейных
и круговых шкал
Длина штриха, мм До 0,2 Св. 0,2 до 0,5 : св. о,5 1 до 1.0 1 Св. 1,0 ДО 2,0 j Св. 2
Допускаемое отклонение (± мм) 0,01 0,03 0,05 0,10 0,2
Примечания! 1. Соотношения между длинами малых, средних и больших штрихов 1 : 1,5 : 2 или 1 : 1,3 : 1,7. 2. Длину малых штрихов рекомендуется брать не менее цены деления сетки. 3. Ширина штрихов не должна быть более 1/5 цены деления шкалы.
205
Таблица 4.23. Оптическая плотность образцов
в зависимости от номера
№ образца 1 2 3 4 5 6 7
Оптическая ПЛОТНОСТЬ 0,5 0,8 1,2 1,5 1,8 2,5 3,0
Таблица 4.24. Выбор образца плотности
для сравнения в зависимости от назначения
и условий эксплуатации сетки
Увеличение оку- ляра Гои прибора № образца при толщине штриха, мкм
до 20 30 40 Г>0 70 100 150
До 7х I 2 3 3 4 4 5
Си. 7х до 15х 1 1 1 2 3 3 4
Св. 15х до 30х 1 1 1 1 2 2 3
В заданиях на вычерчивание сетки прн фотографическом способе
изготовления должен быть указан масштаб, в котором необходимо ее
вычертить. Масштаб выбирается исходя из допусков на элементы
сетки и точности ее вычерчивания. При точном вычерчивании ошибки
не должны быть более 0,2 мм.
При смешанном способе изготовления одна часть работ выпол-
няется механическим способом, другая — фотографическим.
Допуски на элементы сеток (табл. 4.19) могут отличаться от ука-
занных выше, когда они определяются расчетом. В табл. 4.21 при-
ведены размеры цифр и букв сеток.
В табл. 4.22 даны допускаемые отклонения на длину штрихов ли-
нейных н круговых шкал. В зависимости от увеличения окуляра отра-
слевым стандартом установлены образцы оптической плотности штри-
хов, линий сеток “(табл. 4.23 и 4.24).
Сетки с искусственной подсветкой
Ночью па темном фоне штрихи сеток не видны. Чтобы они стали
видимыми, их подсвечивают. Свет от электролампочки направляют на
полированный обод сетки (рис. 4.38). Благодаря полному внутреннему
отражению лучи света, падаЮ1Ц||С на плоскости сетки под малыми уг-
лами, не могут выйти наружу, а лучи, падающие па поверхность ка-
навки (штриха), рассеиваются и попадаю!’ в гл.о наблюди геля. Штрихи
206
Рнс. 4.38. Схема
подсветки сетки
день приводи г к уве-
должны быть расположены на стороне, противоположной окуляру,''
Лучше и равномернее отражают свет штрихи, заполненные краской. '-.
Для более равномерной освещенности штрихов сеток следует ос-
вещать нх примерно под одинаковым углом к штрихам различных на-
правлений. Для увеличения яркости свечения штрихов, удаленных от
осветительного окна, полезно покрыть отража-
ющим покрытием остальную часть обода сетки.
Для подсветки сеток иногда применяют свето-
воды.
СВЕТОФИЛЬТРЫ
Под светофильтром понимается слой (обыч-
но плоскопараллельный) какой-либо среды, об-
ладающей избирательным пропусканием света.
Светофильтры делятся на-следующие груп-
пы: светофильтры нз стекла, окрашенного
в массе; желатиновые светофильтры; светофиль-
тры нз окрашенных пластмасс; жидкие свето-
фильтры, газовые, поляризационные н интер-
ференционные.
Светофильтры изменяют как яркостные,
так и цветовые соотношения между видимыми
объектами и уменьшают хроматические аберра-
ции. Используя эти свойства, светофильтрами
пользуются для улучшения видимости (глав-
ным образом контрастности) при неблагоприят-
ных условиях (дымка, туман, ослепляющий
свет, малая контрастность объектов). Например,
желтые и оранжевые светофильтры применяются
при наличии воздушной дымки, так как они
хорошо поглощают синие н фиолетовые лучи.
Поглощение синих лучей в ясный солнечный
личенню контрастности между светом и тенью, так как тени
всегда дают больше синих лучей, чем участки, освещенные солн-
цем. Прн тумане рекомендуется применять оранжевые нли красные
светофильтры. Приборы снабжаются большей частью набором сменных
светофильтров. В морских визирах нлн прицелах применяются оран-
жевый, желтый и нейтральный светофильтры (иногда зеленый).
Зимой при ярком солнечном освещении пользуются нейтральным
нлн синим светофильтром.
Светофильтры для черно-белой фотографии общего назначения
применяются с целью правильного воспроизведения на снимках соот-
ношений визуальных яркостей объекта (компенсирующие светофильтры)
или изменении их контраста (контрастирующие светофильтры). Чаще
всего применяют светофильтры ЖС12, ЖС17, ОС12, КСИ, СЗС17,
СС4, ЖЗС5, ЖЗС9, 1IC8 и др. Нейтральные светофильтры НС1, НС2
и НСЗ применяются для защитных очков от яркого дневного света,
остальные НС используются в фотометрии, спектрофотометрии н в наблю-
дательных приборах. Темные стекла марки ТСЗ применяются для за-
щитных очков прн электросварке, а ТС6 и ТС7 — от прямого солнечного
света. Бесцветные стекла БСЗ, БС4, БС7 и БС8 пропускают ультра-
фиолетовые лучн соответственно до 270, 290, 360 я 370 нм. Светофиль-
тры ЖЗС1, ЖЗС5, ЖЗС6, ЖЗС12, ЖЗС13 и ЖЗС17 применяются
в наблюдательных приборах. Светофильтры КС15, КС17 н КС18
выделяют соответственно области спектра 670—2700 нм, 680—2800 нм,
207
Таблица 4.25. Области применения светофильтров
Марка стекла Назначение светофильтра
ал 025 СС8 СС9 СЗС24, СЗС25 ЗС1 ЗСЗ ЗС7 жез ОСН КС13 КС15 ПС7 ПС8 ПСП Выделение области 340—470 нм Трехцветная проекция; выделение области 370—500 им Синий сигнальный; цветное освещение Светофильтр дневного света Теплофильтр поглощает ИК-область от К > 750ч-800 нм Трехцветная проекция; выделение области 480—570 нм; фотография Зеленый сигнальный светлый; цветное освещение Выделение узких участков спектра; в комбинации с ОС213 — линии ртутного спектра 578 нм Выделение линии ртутного спектра 313 нм (в комбина- ции с УФС2) Фотография; наблюдательные приборы Трехцветная проекция, красный сигнальный Светофильтр для оптических пирометров; фотография Выделение линии ртутного спектра в комбинации с ОС11 и ОС12; градуировочный светофильтр Колориметрия; поглощение области 500—550 нм Выделение области 250—460 нм; поглощение области 460—660 нм
Т а б л и ц а 4.26. Коэффициент пропускания марок стекол
для разных толщин светофильтров
Марка стекла Длина волны, нм Толщина светофильтров, мм
0,6 1,0 1,6 4.0
Коэ<| фициен! пропу жания г, %
ОС17 555 87 84 77
ЖЗС1 540 72 62 49 34 19
ЖЗС5 550 89 88 86 83 77
НС8 555 65 54 37 21 8
Примечание. Рассчитан с учетом поправки на отражение.
800—2800 нм. В табл. 4.25 приведены области применения некоторых
светофильтров.
Точность выполнения плоскостей светофильтров, а также допуск
на клиновидпость назначаются в соответствии с требованиями к систе-
ме. Например, для фотографии плоскости светофильтров должны быть
выполнены с точностью до 1—2 полос. Технические требования па
светофильтры, устанавливаемые внутри оптической системы, опреде-
208
ляются при; расчете последней. Технические требования на светофиль-
тры, устанавливаемые за окуляром (ориентировочно): N = 10, AW = 3,
0 = 10', PIV. В табл. 4.26 приведены марки стекол светофильтров,
применяемых в геодезических приборах для ослабления и излишней
яркости фона, или наблюдаемого объекта и усиления контрастности
последнего.
i Номинальное значение диаметра D (мм) светофильтров должно
соответствовать ряду /?„10 и /</20, толщина d — ряду /?й5
(ГОСТ 6636—69). Предельное отклонение толщины от номинального
значения не более 10%. Толщину светофильтра на стекла ОС17 не ре-
комендуется делать более 2 мм, так как иначе резко ухудшается кон-
трастность изображения. Требования к стеклу: спектральная характе-
ристика — 2; двойное лучепреломление — 3; бессвильность — 2В;
пузырность — 4; требования к обработке поверхностей для D С 20 мм
не более — У = 10, ДУ = 2, 9 = 10'; для D > 20 мм, не более —
У= 20, ДУ = 3 и 0 < 15'.
Светофильтры для выделения инфракрасной области спектра при-
меняются двух видов: а) абсорбционные (из цветных стекол, германия,
кремния и др.); б) интерференционные, изготовляемые путем нанесения
Тонких оптически однородных слоев из диэлектриков или полупровод-
ников на подложку, прозрачную в требуемой спектральной области.
Существенным недостатком абсорбционных фильтров является невоз-
можность выделения с их помощью узких участков спектра с высоким т.
Этого недостатка лишены интерференционные светофильтры.
Стеклянные светофильтры для микроскопии
Синие светофильтры применяются при микрофотографировании
о апохроматическими объективами для усиления контраста бесцветных
Препаратов. Светофильтр СС1 при освещении от лампы накаливания
придает препарату окраску, сходную с окраской от дневного света.
Зеленые светофильтры увеличивают контраст препаратов, имею-
щих красную окраску, и полезны при работе с апохроматами, у ко-
торых недостаточно хорошо исправлен хроматизм для синих лучей.
Они применяются также с фазово-контрастными устройствами и при
фотографировании, так как они задерживают синие лучи, повышая
контрастность изображения.
Желто-зеленые и желтые светофильтры дают большую контраст-
ность, чем зеленые. Наибольшая контрастность достигается при фо-
тографировании с оранжевыми светофильтрами.
Теплозащитные светофильтры СЗС16 и СЗС24 (термически устой-
чивые) не пропускают инфракрасных лучей; коэффициент линейного
расширения при (20—120)° С равен 67-Ю-7 и 55-10”7 соответ-
ственно.
Светофильтры УФС, ФС и СС служат для выделения возбуждаю-
щего света из спектра источника в люминесцентной микроскопии, а
также для выделения узкой области спектра н ультрафиолетовой микро-
скопии (УФС1 выделяет А = 240=400 нм; УФС2 — А = 2704-360 нм;
ФС1 —А = 330=460 нм; ФС6 — область 290—460 и 720—1200 нм).
Светофильтры ЖС и ЖЗС, пропускающие свет люминесценции и за-
держивающие возбуждающий свет помещают между препаратом и оку-
лярам.
209,
Светофильтры для контрольно-измерительных
приборов
Для создания светло-зеленого фона с целью снижения утомления
глаза наблюдателя, а также для повышения контраста штрихов сетки
относительно поля зрения, применяются светофильтры из цветного
стекла марок ЗС2, ЗСЗ, ЗС8, ЖС12, ЖС5, ЖС6, ЖС9, ЖС13, ЖС18
и др. по ГОСТ 9411—75 (табл. 4.26 и 4.27).
Т а б л и ц а 4.27. Коэффициенты пропускания
наиболее часто применяемых марок стекол
для разных толщин светофильтров
Марка стекла Длина волны ^•тах> нм Толщина светофильтра, мм
0.6 0,8 1.0 1,2 1,6 2,0 2, Б 3.2 4,0 5.0 6,0
Коэффициент пропускания т, %
Желто-зеленое | ЖЗС1 540 72 67 62 57 49 42 34 26 19 13 —
ЖЗС5 550 89 88 87 86 84 83 80 77 74 71
ЖЗС9 540 84 81 79 77 72 68 63 57 48 43 37
Зеленое | ЗС2 530 62 55 48 42 33 25 18 12 __ — —
ЗСЗ 520 74 69 65 60 53 41 ' 39 30 23 16 12
ЗС8 530 89 88 87 86 85 84 81 79 77 74
И р и меча н и е. Коэффициент пропускания рассчитан для ?ь1ПЯХ с учетом поправки па пропускание.
Номинальное значение D диаметров (больших сторон при некруг-
лой форме) светофильтров должны соответствовать ряду Ло20
(4,0; ... 8,0), ряду 7?а40 (8,5; . 36,0) и ряду /?а10 (40; .. 125)
по ГОСТ 6636—69. Предельные отклонения диаметров должны соот-
ветствовать отраслевому стандарту в зависимости от способа креплении
светофильтра. Номинальные значения толщин устанавливают по ряду
/?(,10 (0,5; 0,63; . 6,3). Предельные отклонения толщин допуска-
ются в пределах от ±0,1 до ±0,5 мм.
Технические требования: спектральная характеристика 2-я ка-
тегория; двойное лучепреломление — 2; бессвнлы|оеп> — 2 (для ЗС2,
ЗСЗ и ЗС8— 3-я категория); пузырпость — 3; Р — IV—VI; N —
= 5-4-20; AN = 1д-3; 5д-20'.
210
Светофильтры поляризационные
Поляроиды представляют собой поляризующую свет пленку, изго-
товленную из поливинилового спирта марки Н и заклеенную между
защитными стеклянными плоскопараллельными пластинками или поли-
мерными пленками (табл. 4.28—4.31).
Таблица 4.28. Основные
размеры поляроидов, мм
Диаметр Толщина До- пуски
От 10 до 20 От 2 до 4 ±0,4
Св. 20 до 50 Св. 4 до 6 ±0,6
Св. 50 до 150 Св. 6 до 8 ±0,8
Св. 150 до 500 Св. 8 до 10 ±1,0
Т а б л и ц а 4.29. Требования
к изготовлению поляроидов
с защитным стеклом
Диаметр поля- роида, мм Требования
ЛГ Р е,..
От 10 5 1 11— 5- 10
до 50 IV
Св. 50 10 2 III— 5- 10
до 150 V
Св. 150 20 4—6 IV— 5— 10
до 500 VI
Таблица 4.30. Виды пропускания
и категории по пропусканию поляроидов
в области спектра от 400 до 700 нм
Кате- гория Интегральное про- пускание одного иолироидп, % Пропускание двух поляроидов в па- раллельном поло- жении плоскостей иолнрнчпнни. % Остаточное про- пускание полярои- дов в скрещенном положении, %
1 От 20 до 25 От 12 до 15 0,001
2 Св. 25 » 35 » 15 » 30 0,01
3 » 35 » 40 » 30 » 35 0,1
Примечание. Пропускание поляроидов для области спектра
от 280 до 400 нм и от 700 до 2400 нм, устанавливается по соглашению.
Номинальные диаметры поляроидов следует выбирать по
ГОСТ 6636—69. Пропускание поляроидов для области спектра от 280
до 400 нм устанавливается по соглашению. Разрешающая способность
поляроида для рабочего диаметра /)р1|Л не более 100 мм равна е" =
= 1,5-120/ДрНб’| но согласованию коэффициент 1,5 может быть умень-
шен до 1.
Цилиндрические поверхности поляроидов должны быть защищены
водостойким лаком. Поляроиды должны выдерживать воздействие от-
носительной влажности воздуха до 98% при t — 35° С; при этом не
допускаются расклейка и нарушение поляризующего слоя. Поляроиды
должны быть устойчивыми к воздействию температуры окружающего
воздуха от 50° С до —50° С при склейке акриловым клеем и ±60° С
211
Таблица 4.31. Однородность направления плоскости
поляризации и соответствующие ей категории поляроидов
Диаметр поляроида, мм Отклонение от однородности наклонения плоскости поляризации (не более)
Категории
А Б В г
От 10 до 50 6' 20' 30' 40'
Св. 50 » 150 20' 40' 1° 1°30'
» 150 » 250 40' 1° 1°30' 2°
» 250 » 500 Iе 2° 4° 6°
прн склейке бальзамином М. Поляроиды, предназначенные для эксплу-
атации в условиях влажного тропического климата, подвергаются до-
полнительной защите от разрушающего действия влажного воздуха
и биологических обрастаний (плесени). Защитные стекла к поляроидам
изготовляются из стекол марок К.8 и БС7; рекомендуется для поляро-
идов диаметром свыше 100 мм стекла марки СВВ. Двойное лучепре-
ломление защитных стекол всех марок допускается не более 6 нм/см.
Стекло марки БС7 применяют в случае эксплуатации поляроидов
в условиях длительного воздействия УФ излучения.
Пример обозначения поляроида диаметром 50 мм, толщиной 5 мм,
категорией по пропусканию 1, однородности направления плоскости
поляризации А, с защитными стеклами марки К8, предназначенного
для эксплуатации в условиях тропического климата: ПТ50Х5-1А-К8;
в условиях умеренного и холодного климата — П50Х5-1А-К8.
СВЕТОРАССЕИВАЮЩИЕ экраны
Применяются два вида проекций на экран: проекция в проходя-
щем свете — используются экраны, диффузно пропускающие свет, н
проекция в отраженном свете — используются экраны, диффузно от-
ражающие свет. Общими требованиями к экранам являются обеспече-
ние требуемой разрешающей способности, яркости и видимости в тех
направлениях, в которых производится наблюдение.
Основные типы экранов:
1) направленно-рассеивающие пропускающие экраны (матовые
стекла, восковые и др.);
2) рассеивающие экраны отражающие (молочные стекла, алюмини-
рованные, бисерные и др.);
3) экраны со специальным распределением света (растровые).
Направленно-рассеивающие пропускающие экраны обычно применя-
ются в незатененных помещениях (например, экраны отсчетных уст-
ройств приборов), поэтому от них требуется большой коэффициент
яркости. В качестве такого рода экранов применяются главным об-
разом восковые экраны и экраны из матированного стекла. Восковые
экраны обладают высокой разрешающей способностью, имеют очень
тонкую, невидимую для глаза структуру, незначительное направлен-
212
Таблица 4.32. Оптические характеристики
стеклянных матированных и восковых экранов
Конструкция экрана ^0,5 П/е пг
Стеклянная пластина: одна сторо- на матирована кварцевым песком М29, другая — полированная 3° 50' 4° 40' 0,96
Стеклянная пластина: одна сторо- на матирована электрокорундом М28, другая — полированная 6" 50' 8 ’ 29' 0,92
Слой воска толщиной 0,3 мм между двумя полированными пластинами 12° 00' 14° 40' 0,87
Слой воска толщиной 0,5 мм между двумя полированными пластинами 29° 00' 36° 20' 0,68
Примечание, ’п?' — к, п. д. , представляющий собой отно-
шение'светового потока, рассеянного экраном в передней полусфере, к потоку света, подающему перпендикулярно.
ное пропускание, равномерное распределение светового потока в боль-
шом телесном угле. Благодаря этим
превосходят свойства матированных
экраны имеют преимущественное
применение для проецирования на
них точных шкал и осуществле-
ния отсчета в оптических прибо-
рах. Восковые экраны представ-
ляют собой две полированные
с обеих сторон стеклянные пласти-
ны, между которыми заключен рав-
номерный слой воска с канифолью
толщиной 0,3—0,5 мм. Характери-
стики этих экранов и экранов,
матированных кварцевым песком
М20 и электрокорундом М28, при-
ведены в табл. 4.32 и на рис. 4.39.
Индикатрисы яркости характери-
зуются углами i’Q 5 и у1/£, т. е. уг-
свойствам, которые значительно
Рис. 4.39. Индикатрисы яр-
кости экранов:
/. 2 - - <• । гкл я пн их матирован-
ных; ,7, 4 — восковых
левыми размерами, для которых
относительная яркость Вот„ состав-
ляет 0,5 и 0,37 от максимальной
яркости, намеренной при угле на-
блюдения, равном нулю. Значения
То 5 11 Т1/<” |<;|К видно и.। рнс. 4.39,
у восковых экранов значительно
больше, чем у матированных, что дает более равномерное распределе-
ние световой энергии в большом телесном угле и создает лучшие усло-
вия для наблюдения двумя глазами [20, 23, 26].
Заслуживают внимания экраны из лавсановой пленки. Они дают
возможность получить равномерное диффузное излучение экрана,
213
применить источники света с меньшими габаритными яркостями, не
утомляют зрения.
Чтобы получить более равномерную освещенность поля зрения
применяют коллективную линзу, которая переносит изображение вы-
ходного зрачка системы в плоскость зрачка глаза [21, 25]. В этом слу-
чае экраном может служить матированная плоская поверхность кол-i
лектива. Однако при этом появляется необходимость фиксированного
положения глаза и наблюдение становится возможным только одному
наблюдателю. Растровые светопропускающие экраны представляют
собой рифленое стекло или пластмассу типа линз Френеля или набор
мелких положительных линз. По опубликованной в соответствующей
литературе данным [12] они имеют максимальный коэффициент ярко-
сти Ртах = 3,2, т= 49% (стекло) и т = 43% (пластмасса).
Растровые отражающие экраны представляют собой совокупность
малых оптических элементов в виде сферических лунок [12, 89].
Растровые экраны имеют лучшее распределение света, чем алюмини-
рованные или бисерные.
Чувствительность визирования штрихов
на просветных экранах
Чувствительность поперечных и продольных наводок зависит глав-
ным образом от разрешающей способности оптической системы, формы
совмещаемых объектов и характера рассеяния света структурой экрана.
Точность отсчета тем выше, чем меньше ширина штрихов и расстояние
между ними (если это расстояние не выходит за пределы разрешения
оптической системы и глаза) |21 ]. При использовании биссектора и
штриха в окуляре в том случае, когда зазоры, образующиеся между шт-
рихами после совмещения, равны толщине среднего более широкого
штриха, чувствительность наводки в самом благоприятном случае со-
ставляет примерно 0,1 теоретического предела разрешения (см. стр.
89), т. е. е = 0,061Z,sin Од. Если X == 0,55 мкм и sin Од = 0,025,
то 8 — 1,36 мкм. Значение sin Од должно равняться расчетному при
диаметре зрачка глаза Drn = 2 мм [21].
Таблица 4.33. Средние квадратичные значения
погрешностей, мкм
Наименование экрана Поперечная наводка Продоль- на и наводка
Биссектор
№ 1 № 2 № 3 № 3
Без экрана (наблюдение в окуляр) 3,51 4,38 5,05 0,45
К8М28 3,21 3,40 5,54 0,60
К8М28 -I- HF 3,69 3,91 4,58 0,49
В-0,3 3,37 4,29 4,39 0,54
В-0,5 5,26 0,68
Световод 2,65 4,34 5,83 0,4'4
214
Т а б л и ц а 4.34. Размеры штрихов биссекторов, мм
Номер биссек- тора а S t a/s
1 1,20 0,43 0,10 2,80
) г )i : 2 2,34 0,67 0,34 3,50
3 2,88 1,50 0,72 1,92
размеров на следующих экранах:
Рис. 4.40. Индикатрисы яркости
экранов:
1,3 — стеклянных матированных;
2 — световода; 4, 5 — восковых
Теоретическую чувствительность продольных наводок (мкм) мо-
жно вычислить по формуле
Дг' — 2Z/6 sin2 од = 0,2/sin2 Од.
В табл. 4.33 приведены средние квадратичные значения погреш-
ностей наведения при поперечных и продольных наводках, проводи-
мых с помощью биссектора разных
матовые экраны из стекла марки
К8, шлифованные с одной стороны
электрокорундом М28, один из эк-
ранов протравлен 20% раствором
плавиковой кислоты; восковые эк-
раны В-03 и В-0,5 толщиной 0,3
и 0,5 мм соответственно; световод
с разрешением 40 штр/мм. Другая
сторона экранов — полированная.
На рис. 4.40 даны сравнительные
кривые яркости этих экранов. Ин-
дикатрисы яркости характеризу-
ются углом половинной яркости
(углом между нормалью к по-
верхности и направлением, в кото-
ром яркость равна половине ее
значения по нормали).
Как видно из таблицы 4.33
данные измерения грубее теоретиче-
ского значения (3.51 мкм вместо
1,36) Очевидно объясняется это тем,
что размеры даже самого мелкого
биссектора (табл. 4.34) в семь раз
превышают пределы разрешения оптической системы. Чувствительность
поперечных и продольных наводок в проекционных отсчетных устрой-
ствах (при проецировании изображения объекта на восковые экраны,
матовые стекла, световод н др.) остается примерно той же, что и при
непосредственном отечете в окуляре (21, 25]. Однако при использо-
вании экрана наблюдатель Мишине утомляется, поэтому чувствитель-
ность наводки сохраняется при длительной работе.
Чувствительность визирования штрихов
на непрозрачных отражающих экранах
В табл. 4.35 приведены средине квадратичные значения погреш-
ностей при поперечных наводках па экраны, представляющие собой:
молрчное стекло МС14, матированное абразивными порошками № 100
215
Таблица 4.35. Погрешности при поперечных наводках, мкм
Наименование отря- жающих экранов *а Среднее апаче- •|<‘Н1!<* п Примечание
МС14№100 МС14М20 MC14+HF Белая пластинка BaSO4 ТФ2М28 ТФ2М7 Al + КОН 5,10 1,10 0,43 0,39 0,15 1,80 4,85 3,64 3,37 3,30 3,50 2,44 2,91 Значение а получецц при размере изображе- ния биссектора на экра- не: а = 1,20 мм, s = = 0,43 мм, t = 0,15 мм, входном апертурном угле ол = 0,025
и М20; молочное стекло MCI4, полированна»! поверхность которого
протравлена 10% раствором плавиковой кислоты (экран MC14+HF)}
зеркала из стекла марки ТФ2, шлифованные микропорошками М28
и М7 с последующим алюминированием в вакууме; экран из чистого
алюминия, шлифованный электрокорундом № 8 с последующим трав-
лением в растворе КОН (А1 + КОН). Для сравнения приводится белая
пластинка из BaSO4 с мелкозернистой структурой отражающего слоя.
Как видно из табл. 4.31 для матированных молочных стекол и зеркал
значение ст снижается с уменьшением среднего арифметического откло-
нения профиля /?„. Видимая ширина изображения штрихов на экране,
изготовленного из стекла MCI4, зависит от мнкрогеометрии матового
слоя; наиболее широкими они кажутся для самого грубого образца
MCI4 № 100. С увеличением Ra снижается и контраст изображения.
Матированные зеркала ТФ2М7 позволяют получить наилучшую чув-
ствительность поперечных иаводок и отличный контраст изображения.
Их применение предпочтительно в проекционных лабораторных при-
борах.
Отражающие непрозрачные экраны обеспечивают чувствительность
наводки примерно одинаковую с широко распространенными просвет-
ными восковыми экранами, а также с непосредственным наблюдением
в окуляр (табл. 4.33). Снятие отсчетов на отражающем экране меньше
утомляет наблюдателя вследствие более равномерной яркости изобра-
жения и отсутствия «слепящего эффекта» [24].
Разрешающая способность отсчетных устройств
при дополнительных системах наблюдения на экране
Исследование разрешающей способности отсчетных устройств с про-
светными экранами различного типа в условиях бинокулярного наблю-
дения и при использовании лупы или микроскопа показали, что:
1) для систем с бинокулярным наблюдением иаилучшими являются
тонкослойные носковые и лавсановые экраны. Последние дают наи-
меньшее снижение разрешения (на 12%);
2) матовые стекла следует применять в отсчетных устройствах
вместе с коллективной линзой, а также при наблюдении через лупу
или микроскоп малою увеличения;
216
3) в отсчетных устройствах, где изображение на экране должно
рассматриваться через дополнительную оптическую систему, увели-
чение последней следует выбирать в пределах (300-:-400)<Тд, где од —
передний апертурный угол, равный апертурному углу глаза огл=
= 0,004.
Числовые апертуры таких дополнительных систем не должны пре-
вышать матовых стекол и 0,03 — экранов с широкой индикатрисой
рассеяния [21, 25].
Рассеиватели из оптической керамики КО1
Грубошлифоиаипыс noiiepxiiociii оптической керамики КО] диф-
фузно рассеивают свет. Достоинство КО1 по сравнению с рассеивате-
лями, изготовленными из оптического
стекла, плавленного кварца и кри-
сталлов фтористого лития — возмож-
Рис. 4.42. Индикатрисы яркости
матированных образцов КО1:
1 - образец, у ко-юрого одна сто-
рона м.| । iipoiHiii.i шлифовальным по-
рошком № 12. другая - - полирован-
ная; 2 образец, у которого одна
ciopoiui Min н ров и на порошком № /2,-
другая — порошком № 6; 3 — об-
разен. у которого одна сторона мач
тирована шлифовальным зерном
№ 100, другая — зерном Ха 50
Рвс. 4.41. Спектральные кривые
(/—.5) коэффициента пропуска-
ния полированных образцов из
керамики KOI толщиной 1 5 мм;
6 — стапдвртпни кривая образца
толщиной 10 мм
иость их использования в ближ-
ней ИК-области спектра в каче-
стве рассеивателей в агрессивных
средах, а также условиях резких термоударов, в окнах приемников
излучения и т. д. Спектральные кривые коэффициента пропускания об-
разцов КО1 для различных толщин приведены на рис. 4.41. Для срав-
нения нанесена стандартная кривая КО1 толщиной 10 мм (потери на
отражение исключены). На рис. 4.42 изображены индикатрисы яркости
матированных образцов КО1 толщиной 4 мм при нормальном падении
света (Л — 3,61 мкм) [22].
Люминесцирующие экраны
Слой вещества, люмипесцирующего под влиянием светового облу-
чения, наносится обычно на стеклянную подложку. Возбуждение
экрана производится со стороны слоя. Свечение, возникающее в люми-
нофоре, отражается и рассеивается как на самом возбужденном кри-
сталле, так и на соседних кристаллах. Так как экран большей частью
наблюдается со стороны подложки, слой люминофора должен быть
2]7
такой толщины и такой зернистости, чтобы обеспечивались наилучшие
евечение и разрешающая способность (рис. 4.43). Предел разрешающей
способности ниже у экранов, изготовленных методом осаждения лю-
Рис. 4.43. Зависимость разрешаю-
щей способности н яркости экрана
от толщины слоя:
А — разрешающая способность в
мкм; В —яркость экрана в отно-
сительных единицах; D — прозрач-
ность, %
плуатируется в воде при незна-
чительно повышенном давлении. При больших гидростатических нагруз-
ках 0,3—0,5 МПа и более) защитные стекла следует рассчитывать на
Прочность. Для круглых защитных стекол расчет на прочность ведется
по формуле а = r^pld?, гце г — радиус защитного стекла, см; d — его
Толщина, см; р — гидростатическая
нагрузка, МПа; о — напряжение
изгиба в стекле, МПа.
Защитные стекла без обогрева
обычно изготовляются из стекла
К8, а с обогревом — из стекла
ЛК5. Защитные стекла для окон
подсветки делаются из зеркаль-
ного стекла. Пределы прочности
на изгиб для указанных стекол
следующие: для зеркального стек-
ла — 22,5 МПа, для стекла К8 —
17,0 МПа. При расчете следует
брать запас прочности не менее 4—5
шой [разброс по величине предела
должительности нагрузки и низким температурам.
В некоторых наблюдательных приборах применяются сферические
защитные стекла (рис. 4.44). Эго вызвано большими пространственными
углами визирования н меньшими габаритами сферических защитных
стекол по сравнению со склеенными плоскими. Сферические защитные
минофора, чем у экранов, со-
стоящих нз однородного люми-
песцирующего стекла или мо-
нокристалла.
ЗАЩИТНЫЕ СТЕКЛА
Защитные стекла предо-
храняют оптическую систему
прибора от попадания пыли,
грязи, атмосферной влаги и ме-
ханических повреждений. Они
применяются в том случае,
если первой оптической деталью
прибора является подвижная
оптическая деталь (например,
качающаяся головная призма,
вращающиеся клинья). Если
первой оптической деталью яв-
ляется линза объектива или
неподвижная призма, то защит-
ные стекла обычно не требуются,
кроме тех случаев, когда трудно
осуществить достаточно герме-
тичное закрепление призмы нли
объектива, или когда прибор экс-
Рис. 4.44. Сферическое защитное
стекло
крат, так как стекло имеет боль-
прочности, чувствительно к про-
218
стекла имеют концентрическую форму и являются слабыми отрицатель-
ными линзами. По этой причине сферические защитные стекла ле
могут применяться, если за ними стоит призма-куб г. В этом случае
перед качающейся призмой-кубом должна быть установлена компен-'
сационная положительная линза той же оптической силы, что и сфе-
рический колпак. Линза должна качаться о визирным лучом, т, е. с
вдвое большей угловой скоростью, чем призма-куб.
Требования к качеству и чистоте
защитного стекла
Защитные стекла, установленные в ходе лучей оптической системы,
требуют точного выполнения в отношении качества их преломляю-
щих поверхностей. Для защитных
стекол подсветки точность выполне-
ния поверхностей не требуется. Допу-
стимая величина клиновндностн 0 оп-
ределяется из величины допускаемого
хроматизма или отклонения луча
&8р,с, = (ПГ' — ПС') где А^Г'С' —
допустимая величина хроматизма по-
сле системы в угловой мере. Обычно
=20", тогда при nF, — пс, =
= 0,008 0=25ОО'7ГТ. Отклонение луча
вследствие клииовидности вычисляется
по формуле о = (пе — 1) 0. Должна
быть также задана допустимая косина
(децентрпронка) сферического .чащит-
Герметик,, УТ-32а1МЦ
Витваоная пленка
Рис. 4.45. Плоские склеенные
защитные стекла
иого стекла.
Защитные стекла, сое uimmie из двух или более пластин
(рис. 4.45), во избежание двоения и юбраження должны изготовляться
с жестким допуском по клиновидное!и. Разность в угле клина между
обоими стеклами не должна превосходить
60"
А6 < ,-----гг ,
2ГТ (пе — 1)
где Гт — увеличение телескопической системы.
Если пластинка стоит перед телескопической системой, то такие
дефекты, как царапины, пузыри и т. п., не видны, и их допустимое ко-
личество определяется допустимым количеством вредного рассеянного
света, который создается этими дефектами, а также технологическими
и экономическими соображениями.
Защитные стекла
в бинокулярном телескопическом приборе
Различная клиновидность или различное ориентирование защитный
стекол, имеющих клиновидность, может вызвать двоение изображений.
Если защитные стекла имеют клиновидность 0, и 02 и установлены перед
объективами, то наименьшая непараллельность осей получится, когда
* Появится двоение изображения.
219
клинья ориентированы в одном направлении. В этом случае вызванная
ими непараллсльпость осей 6' = (п — — 02)Гт. Если 0, —
— 02 = АО, то АО = 67(/i — 1)ГТ. Допуск 0' имеет различные предель-
ные значения для иепараллелыюстп в вертикальной и горизонтальной
плоскостях.
В бинокулярных приборах иногда специально применяют клино-
видные защитные стекла для юстировки параллельности осей. Отступ-
ление пластинки от плоскостности делает ее слабой линзой. Если
расстояние DB — начало бесконечности для данного прибора, то до-
пустимо, чтобы защитное стекло имело фокусное расстояние /' не ме-
нее DB.
Если пластинка с обеих сторон имеет примерно одинаковую сфе-
ричность разных знаков, то допустимый радиус сферы г = DB =
= Dp.Vj-/tg Г. Число допустимых колец N — R?/rk, где R — радиус
стекла; К—длина волны. При Z = 0,0005 мм получим
N
При диаметре пластинки ‘2R = 30 мм, Dp' = 3 мм и Гт = 8х
получим N = I.
Защитные стекла с обогревом
Для предохранения от запотевания и образования льда на за-
щитных стеклах применяется обогрев. В качестве токопроводящих
покрытий используется пленка двуокиси олова (SnO2), так как она об-
Рис. 4.40. Зависимость температуры
нагрева токонесущей поверхности от
мощности при i = 154-20° С
Рис. 4.47. Пример располо-
жения токопроводов па за-
щитном стекле
ладает высокой проводимостью и прозрачностью, обеспечивает доста-
точно равномерный нагрев стекол любых размеров. Расход энергии
небольшой (рис. 4.46). Условное обозначение покрытия 26Г (гл. 16).
В зависимости от условий эксплуатации прибора необходимая
удельная мощность может колебаться в пределах 0,1—1 Вт/см2. Для
морских приборов обычно удельная потребляемая мощность 0,5 Вт/см2,
для авиационных приборов — 0,6—0,9 Вт/см2.
Пленка имеет прочную адгезию со стеклом ~20,0 МПа и с клея-
щими веществами - 15,0 МПа. Твердость покрытия сравнима с твер-
достью стекла. Показа гель преломлении пленки 1,98. Спстопоглоще-
ние в видимой области до 4"d при толщине плешки до 0,5 мкм. Коэф-
220
фициеит отражения в видимой области до 18% в зависимости от марки
стекла.
Просветлением пленки можно снизить коэффициент отражения
до 4%. Пленка прозрачная для от 400 до 2000 нм, устойчива к воде
и влажной атмосфере, действию кислот, щелочей и органических раст-
ворителей. Она защищает химически неустойчивые стекла от налетов
и пятнания; выдерживает нагрев до 400“ С и охлаждение не менее чем
дс1.бр°С. Удельная проводимость пленки у от 10г> до 5-Ю5 См/м, удель-
ное поверхностное сопротивление р, при толщине пленки до 0,5 мкм —
500—ЮООм-см. Для подвода тока па пленку наносят катодным распы-
лением полоски топкого слоя инвара, затем их лудят и припаивают к ним
токопроводы. Таким образом получается достаточно прочное и стой-
кое соединение.Токопроводящие полоски должны быть расположены
так, чтобы обеспечивался равномерный подвод тока к токопроводя-
щей пленке (рис. 4.47).
Для регулирования обогрева применяются термоэлементы (терми-
сторы), которые вклеиваются в специальные пазы в защитных стеклах
и включаются в цепь автоматического регулятора обогрева. Применя-
ются также термореле с биметаллическим контактом, устанавлива-
емые в непосредственной близости от защитного стекла.
ЖГУТЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ГИБКИЕ
Гибкие жгуты из оптического стекловолокна разделяются на
8 типов следующего назначения:
«Р» — жгуты с регулярной укладкой волокон для подсветки и
считывания информации;
«П» — жгуты для преобразования формы светового сечения;
«Э» — гибкие волоконно-оптические элементы, склеенные с од-
ного торца;
«;-)• Д» — волокоипо-он гпческпе ленточные элементы, состоящие
из одного слоя волокна, склеенного па определенную длину;
остальные четыре типа Ж1.у'п>в— осветительные и предназначены
для передачи света; «О»—в видимой области спектра; «О-С» — без
искажения цветности; «О-ИК» — в ближней ИК-области спектра и
«О-ИК-у»— у устойчивые.
Гибкие волоконно-оптические жгуты поставляются в следующих
вариантах:
1) в зависимости от формы торца и конструкции наконечника ва-
рианты А, Б, В, Г и Т (рис. 4.48—4.50);
2) в зависимости от вида защитной оболочки:
X — в поливинхлоридной защитной оболочке; С — в силиконо-
вой оболочке; М — в металлорукаве;
3) в зависимости от температурных условий эксплуатации: первые —
предназначены для эксплуатации в диапазоне температур от —50°С
до 4-60° С; вторые — предназначены для эксплуатации в диапазоне
температур —50° С до Ч~200с С.
В табл. 4.36—4.47 даны размеры жгутов и их характеристики.
Общее и спектральное пропускании жгутов приведены на рис. 4.51
и 4.52.
Обозначение жгута состоит из обозначения типа и вариантов
исполнения с указанием диаметра или сторон прямоугольного торца
и длины с ссылкой на номер отраслевого стандарта; для жгутов в поли-
винилхлоридной оболочке должен быть указан цвет оболочки.
Примеры условных обозначений:
22А
I) жгут в поливинилхлоридной оболочке, черного цвета без на-
конечников, сечением 5X5 длиной 1000 мм, предназначенный для
эксплуатации в нормальных условиях: О-ГХ-1-5Х 5-1000 по ОСТЗ
2) ленточный элемент шириной 30 мм, длиной 500 мм; ЭЛ-30-500
по ОСТ
3) преобразователя сечением прямоугольного торца 1,5X40 дли-
ной 500 мм; 11-1,5X40-500 по ОСТ ...;
Рис. 4.48. Варианты исполнения гибких жгутов в зависимости от
формы торца и конструкции наконечника:
А — круглое сечение без наконечника (а); Б — круглого сечения с
гладкими цилиндрическими наконечниками (б); В— круглого сечения
с фасонными наконечниками (в, е); Т — круглого сечения с тонкостен-
ными наконечниками (5); Г — квадратного или прямоугольного се-
чения без наконечников (е)
4) гибкого осветительного жгута волоконно-оптического, проклеен-
ного с одного торца, с гладкими цилиндрическими наконечниками
0 10 мм длиной 1500 мм в силиконовой оболочке, предназначенного
для эксплуатации при t < 200° С: Э-БС-П-10-1500 ио ОСТ ...;
Для осветительных жгутов типов О, О-С, О-ИК, О-ИК-у и типа Р
допустимые отклонения диаметров d и стороны квадрата сечения а
с регулярной укладкой волокон, а также торца 1 не должны превышать
±0,2 мм.
Жгуты типов О, О-ИК-у, Р вместо квадратного сечения торца
могут быть прямоугольной формы с соотношением сторон ие более 3:1.
Жгуты типа Э изготовляются в любом исполнеини, проклеенные
с одного торца, и соответствуют размерам, указанным в табл. 4.36
с допуском на размер сечения ±0,2 мм.
Склеенные торцы жгутов должны быть полированы по плоскости.
Чис юта обработки поверхности должна соответствовать контрольному
образцу сравнения. Торцы элементов ленточных — обрезные, без
обработки.
Жгуты в исполнении I и 11 изготовляются в металлорукане РЗ-Ц-Х
и РЗ-АЛ-Х по ТУ 22-2173—71, или в селиконовой трубке по
222
Рис. 4.49. Волоконно-оптические ленточные элемен-
ты тина ЭЛ
Рис. 4.51. Общее пропу-
скание жгутов типа
О-ЛК-у
Рис. 4.50. Волоконно-оптические жгуты типа П
Рис. 4.52. Спектральное пропускание жгутов типов: О и Р
(//////); ос и о-ик (*****); о-ик-у
223
224 Дил iiHii >п п др. 225
Таблица 4.36. Размеры жгутов типов О, О-С, О-ИК, О-ИК-у, Р в различных исполнениях, мм
Исполнение
БХ-1, 5C-I, БС-П, TX-I, ТС-!, ТС-П, БХ-1. БС-1, BC-II, Б.'-М, BM-II БХ-1, БС-1, БС-П TX-I, ТС-I, ТС-П см. табл. 4.38 BX-I, ВС-1, вс-п BM-I, вм-п
Ди-метр d Длина про- клеенной ча- сти 1, не более 1 см. рис. 4.48, б см. рис. 4.48, д см. рнс. 4.48,г см. рис. 4.48, в
1 = Допу- стимое откло- нение второго торца тз d2t не более * сч ОО тз 4, (Л 12) di (Л8) (г и/) гр
1 ±0,3 20 4.8 2о±8:7 2,0 4,0 20 5±2 3,0 4.7 20±^ - — 2оД;?
5,6 3,0 3,0 4,0 5.7 4,0 7,2
3 7,1 4,0 6,0 5,0 7,0 25±^ 5.0 10,0 25-°.з "-0,7
4 9,0 6,0 8,2 7,1 9.0 7,1 13,0
5 10.5 6.7 9,5 8,0 10.5 8,0 13,0
& 14,0 10,0 13,2 11,0 13.5 11,0 1 7,0
.0 ±0,4 18.0 25^:? 14,0 17,6 25 16,0 18.0 16,0 20,2
12 20,0 15,0 19,0 16,0 20,0 16,0 23.5
15 25,0 18,0 24,2 19,0 25,2 19,0 28,0
20 ±0,5 25 32,0 зо+$ 24,0 31,0 30 25,0 32,0 30±'$ 25,0 33,0 Зо±о,з би—0,7
25 37,0 28,0 36,0 30,0 37,0 30,0 39.0
30 - - — — - — - — | 38,0 45,0
Примечание. Отклонения диаметров d и стороны квадрата сечением а (см. также табл. 4.38) с регулировкой
укладкой волокон, а также торца 1 не должны превышать ±0,2 мм.
I ll.HM 1-11 У FIН«1 tf 1? II -ИН<1| | р В1Х1Ж (1 L.1W 1! J
г'о 1- Допу- скасмое откло- нение
2,5 d, (Л8)
3,7 d2, не более
4±01 1
ОФ 1г, не более
50 60 70 80 90 100 Длина жгута L±!i
10 12 15 ОО Сл 4b. СО ЬЭ о ’о о о о 'сл Номиналь- ный размер Диаметр <1 пли ciopoii.t квадратного сечеким а АХ-I, АС-1, АС-Il, ГХ-1 Исполнение
±0,4 1 ±0,3 Донус! и мне отклонение второго торца
20 Сл 11роклсеп - нам чаги. 1, не более ГС-1
15,0 17,0 22,1 ЬО © -4 ©> сл сл 4ь. О 4b. -4 -4 Vj ’ьЗ -4 (.м. рис. 4.18. а Ji, не более АХ-I. AC-I, AC-II
to •— _ — -4 Сл ОО 4b. 'to СО 00 -4 © СП 4b. 4b. о Ъ Ъ 'to о сл о См. рнс. 4.4 8, е Ар не более ГХ-1, ГС-1
Таблица 4.37. Размеры жгутов типов О, О-ИК-у,
Таблица 4.39. Длина осветительных жгутов
в зависимости от диаметра в различном исполнении, мм
Диаметр Длина номинальная Предельное отклонение
Жгуты типов О, 0- БС-I, БС-И, BX-I, ВС До 10 вкл. С, О-ИК, О-ИК-у, р И, ВС-П, TX-I, TC-I, : 250 > исполнении БХ-1, ТС-II) 5
До 25 вкл. 400, 500, 600, 800 1000 1250 1400 10 15 25 50
Св. 1 до В вкл. 1600, 2000, 2500. 3000 25
2; 3 5000. 10000 50
Жгуты типов О, О-С, О-ИК, О-ИК-у, Р, (в исполнении ВМ-1, ВМ-П)
До 10 вкл. 250 5
До 15 вкл. 400 10
500, 600, 800
Св. 1 до 30 вкл 1000 1250 1400 15 25 50
Св. 1 до 8 вкл. 1600, 2000, 2500. 3000 25
Жгуты типов О, О- ГХ-1, ГС-1) До 3 вкл. IK-y, Р (в исполнении 100 ЛХ-1, АС-1, АС-11,
До 10 вкл. • 250 5
До 15 вкл 400, 500, 600, 800 1000 1250 1400 10 15 25 50
226
Т а бл и ц а 4.40. Размеры жгутов типа Э-Л, мм
(рис. 4.49)
Ширина ленты а Толщина лен- ты Ь* Длина склеен- ной части 1
Номинальная Допустимое откло- нение
10 15 0,2
20 25 0,3 0,035 30±5
30 35 40 0,5
Примечания: 1. Размер со звездочкой — для справок.
2. Длина ленты L: 100, 200, 300, 400, 500 мм; допустимое отклоне-
ние +10 мм.
Т аблица 4.41. Размеры жгутов типа П, мм
Длина L 150, 250 400, 500, 600, 800 1000 1250, 1400
7I.ihiv<ihm(h> от- К III >111'11 III' ( 1 ) г, 10 15 25
I .1 Ci 'l || || || -1 Г? |>,| IMl'piU Ж1УГОН IIIII.I II, мм
(рис. 4.50)
111II || 1 1 | >М II н лльпая II. 1 (1 Допу- Г1 нмое от кло- непие (~) 1 < '.Hi цм и а 1) НС более d * rf, (Л8) 1
Номи- наль- ная Допу- ствмое отклоне- ние (z±r)
10,0 20.0 0,3 1,5 0,2 2,3 4,6 6,3 8,0 10,5
зо.о •ю.о 0,5 7,8 9,1 13,0 15.0 25+0’3 zo—0,7
10,0 '.'0.0 0,3 2,0 0.2 2,8 5,3 7,3 9,0 12,0
30.0 10,0 0,5 9,1 10,1 15,0 15,0
Продолжение табл. 4.42
Ширина а Толщина b с, не более d • d, (/.8) t
Номи- нальная Дону- 1’1 и мое отклоне- ние ( + ) Помп нали- пая Допу- С1ММОС отклоне- ние (+:)
10,0 20,0 0,3 3,0 0,2 3,8 6,3 9,1 10,5 15,0
30,0 40,0 0,5 10,7 12,9 16,0 18,0 0,7
10,0 20,0 0,3 5,0 0,2 5,8 8,3 11,8 13,0 17,0
30.0 40,0 0,5 14,4 16,6 20,0 22,0
* Размеры справочные.
Таблица 4.43. Коэффициент спектрального
пропускания Тд. жгутов типа О-С, О-ИК, О-ИК-у
в зависимости от длины жгута
О-С 1 о-ик о-ик-у
Коэффициент пропускания, % (не менее)
Длина жгута L, мм 2 SE о ю II А, = 550 нм X = 650 нм % «= 860 нм и 1060 вм
До 1000 Св. 1000 до 1 400 вкл. » 1400 » 2 000 » » 2000 » 3 000 > » 3000 » 5 000 » » 5000 » 10 000 » 43 30 25 22 17 8 50 45 33 30 25 15 48 43 30 27 22 14 51 48 46 40 37 17 3 S 1 1 1 1
И р к м е ч л н и с. Допускается для жгутов диаметром 1 мм сечением торна 1 • 1 нм. \ мгппннние т па Ь% ниже заданного в табл. 4.43.
228
Таблица 4.44. Общий коэффициент пропускания тОбщ жгутов
типов О, О-С, П, Р, Э в зависимости от длины жгута
Длина жгута L, ИМ О, О-С, П, Р э
Коэффицн % (не еит тобщ, менее)
До 250 вкл. 55 45
Св. 250 До 500 вкл. 50 40
» 500 800 » 45 35
800 » 1 000 42 32
1000 » 1 250 40 30
1250 » 1 600 35 25
1600 » 2 500 » 30 20
2500 » 3 000 25 18
3000 » 5 000 20 13
5000 » 10 000 10 5
Примечания: 1. Допускается для жгутов О, О-С, П, Р
дп‘метром I мм и сечением торца 1 X 1 мм уменьшение тобщ на 5% ниже
у к iминоги н гоблнце, Для жгутов типа Э после последующей проклейки,
hi мнфоики я in мт ронк и второго торца увеличивается на 5—10%.
Т ,i й л и iui I 4S, Ра |рг11Н1К11Ц11я способность жгутов типа Р
в зависимости от диаметра и длины жгута
Диаметр или диагональ прямоугольного сечения, мм Разрешающая способность, штр/мм, не менее, для жгутов
До 500 вкл. Св. 500 до 800 вкл. Св. 800 до 1000 вкл. Св. 1000 до 1400 вкл.
До 2,0 18 15 12 12
Св. 2,0 до 4,0 вкл. 15 12 12 10
» 4,0 » 10,0 » 14 12 10 8
» 10,0 » 15,0 » 12 — — —
Примечания: 1. Жгуты с регулярной укладкой волокон
изготовляются из волокон диаметром 20 — 25 мм, что обеспечивает тео-
ретическую разрешающую способность по полю порядка 20 штр/мм.
2. На жгутах диаметром или диагональю прямоугольного сечения
8,0 мм и более при длине жгута свыше 800 мм допускаются отдельные
участки с меньшим пределом разрешения. Площадь и количество
участков устанавливается отраслевым стандартом.
229
Т а б л и ц а 4.46. Допустимые радиусы изгибов
жгутов в зависимости от диаметра жгута и типа оболочки
Диаметр в оболоч жгута ке, мм Радиус изгиба, выраженный в диаметрах жгута в оболочке для типов оболочки
Поливинил- хлоридная Латексная Силиконовая
а б а б а б
До 5 ВКЛ. 6 3 2,5 1,5 5,0 2
Св. 5,0 до 8,0 вкл. 8 6 3,0 2,0 5,5 3
» 8,0 » 15.0 » 20 8 5,0 3,0 7,5 5
Таблица 4.47. Относительные потери
свеюпропускания жгутов в зависимости от радиуса изгиба
Тип оболочки Диаметр жгута, мм Изменение т0^щ после испытаний на изгиб равный ±:90® (1.10* изгибов) в зависимости от радиуса изгиба, %
10D 7.5D 5D 2,5D 1D
3 0 0 4 10 70
Поливинилхло- ридная 5 0 4 10 40
10 20 45 Полностью
3 0 0
Латексная 5 0 0 0 4 40
10 4 94 .
3 0 10 60
Селиконовая 5 0 0 5 15 65
10 14 40 —
П р и м е ч а и и г. D — плен ннй ли .1МГ7Р зятичний оболочки.
230
ТУ 38-40576—72 из резиновой смеси ИПР 1338р по ТУ 38-00551166—73.
Волокна в исполнении I склеиваются клеем ОК-72Ф по ГОСТ 14887—69
и в исполнении П-клеем ВК-28 по ТУ 1-695-3—74. Жгуты в исполне-
нии I могут быть поставлены в защитной поливинилхлоридной трубке
черного или белого цвета по ГОСТ 19034—73.
Жгуты типа О-ИК-? изготовляются в металлорукаве РЗ-АЛ-Х
или селиконовой трубке по указанным выше ТУ.
Жгуты тина II имеют защитную оболочку из латекса наирита Л7
по ТУ 6-01-780—73. Жгуты тина Э-Л защитной оболочки не имеют;
волокна на торнах склеиваются распюром поливинилового спирта по
ГОСТ 10779 09.
Волокна 1 нбкпх жгутом и поговляклсм и i стекол по ГОСТ 3514—76
и отраслевому стандарту, обеспечивающих числовую апертуру 0,5.
Гибкие жгуты сохраняют свои параметры после воздействия на
них: циклических изменений температур в диапазоне от —50° С до
+60° С; влаги при относительной влажности 70% и температуре 30° С;
вибраций в диапазоне частот 20—120 Гц. Наиболее опасными, с точки
зрения эксплуатации жгутов, являются — повышенная влажность
и многократный изгиб с радиусом меиее допустимого. Поэтому при
длительной эксплуатации жгуты должны быть надежно защищены от
влияния повышенной влажности.
В табл. 4.46 приведены допустимые радиусы многократного (а)
и однократного (б) изгибов жгутов с различными типами оболочек,
а в табл. 4.47 — изменения то6щ жгутов в зависимости от радиуса из-
гиба на ±90°. Правила монтажа и условия эксплуатации гибких
жгутов в приборах устанавливаются отраслевым стандартом.
ОБЪЕКТИВЫ
Основными характеристиками объективов являются:
1) относительное отверстие (для микрообъсктипов—числовая
апертура);
2) фокусное расстояние |у микрообъсктипов, имеющих длину ту-
буса, не равную бесконечности, — собственное (линейное) увеличение);
3) угловое или линейное поле;
4) предел разрешения и качество изображения (хорошее исправ-
ление дисторсии и кривизны поля особенно важны для фотообъективов
й* объективов измерительных приборов).
Типов объективов чрезвычайно много и полностью привести их
в справочнике невозможно.
Объективы киносъемочные любительские. Киносъемочные объек-
тивы применяются в любительских кинокамерах для съемки фильмов
на кинопленке 8 мм, 8 мм типа С и 16 мм (ГОСТ 17278—71) \ Но-
минальные значения фокусных расстояний объективов приведены
в табл. 4.48.
Фотографическая разрешающая сила основных (штатных) объек-
тивов с геометрическим относительным отверстием 1 : 1,8 (или с пол-
ностью открытой диафрагмой, если объектив имеет меньшее относитель-
ное отверстие) при фотографировании щита с мирами в проходящем
свете на черно-белой негативной кинопленке должна быть не менее
следующих ниже значений.
1 Стандарт не распространяется па панкратические объективы и объек-
тивы для специальных видов съемки и для профессиональных кинокамер.
231
Таблица 4.48. Номинальные значения
фокусных расстояний объективов
Формат кинопленки, мм Значения фокусных расстояний, мм
8 10 12 15 — 25 50 — 100 — 200 —
8 (тип С) 10 12 15 — 25 50 — 100 — 200 —
16 10 12 15 20 25* 50 75* 100 150* 200 300
Примечания: 1) Значения фокусных расстояний, распо- ложенные слева и справа от ломаной линии, относятся соответственно к широкоугольным и длиннофокусным объективам для данного формата пленки. 2. Значения фокусных расстояний, расположенные внутри ломаной линии относятся к основным (штатным) объективам для дан- ного формата кинопленки. 3. Значения фокусных расстояний, отме- ченные знаком звездочка применять не рекомендуется.
1. При съемке на 8 мм и 8 мм типа С кинопленке:
65 липий/мм — в центре поля изображения;
40 липий/мм — на краях поля изображения //' = 2,7 мм для
8 мм кинопленки, у’ = 3,2 мм для 8 мм типа С кинопленки.
2. При съемке на 16 мм кинопленке:
55 линий/мм — в центре поля изображения;
35 линий/мм — на краях поля изображения (//' = 5,6 мм, где у' —
расстояние от центра поля изображения до края поля изображения по
диагонали).
Кинопленка КН-1 по ГОСТ 5554—70, применяемая при испыта-
нии, должна иметь разрешающую способность не ниже 135 линий/мм
по ГОСТ 2819—68 и общую светочувствительность 11 единиц по
ГОСТ 10691—63. В случае применения других типов кинопленок необ-
ходимо определять поправочный коэффициент. Коэффициент свето-
пропускания основных (штатных) объективов в центре поля изображе-
ния должен быть не менее 0,8. Коэффициент светорассеяния основных
(штатных) объективов с геометрическим относительным отверстием
1 : 1,8 (или при полном открытии диафрагмы, если объектив имеет
меньшее геометрическое относительное отверстие) должен быть не
более 0,025.
Освещенность изображения на краях поля (//' = 2,7 мм, у' — 3,2 мм
и у' = 5,6 мм для 8 мм, для 8 мм типа С и 16 мм кинопленки соот-
ветственно) по отношению к центру поля, освещенность которого при-
нимается за 100%, должна быть не менее 30%.
Просветление оптических поверхностей объективов должно обес-
печивать цветопередачу без искажений на цветной кинопленке.
Объективы нормального фокусного расстоянии для фотоаппаратов.
ГОСТ 19322—73 устанавливает ряды нормальных фокусных расстоя-
ний объективов для фотоаппаратов общего назначения с форматами
кадров 18X24, 28X28, 24X36, и 60X60 мм (|а6л. 4.49). Стандарт
ие распространяется па специальные объективы (например, широко-
232
Таблица 4.49. Номинальные значения
нормальных фокусных расстояний объективов
Вид аппарата Формат кадра, мм Номер ряда Номинальное фокусное расстояние, мм
Шкально-далыюмер- ные с жестковстроепным объективом 18X24 1 25, 28, 30, 32, 35
24X36 28X28 2 32, 35, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 53, 55
Зеркальные 24X36 3 48, 50, 53, 55, (58)
Зеркальные и шкаль- но-дельномерные 60X60 4 75, 80, 85, (90)
Примечания. 1. Предпочтительным является меньшее зна- чение в ряде do отношению к соседнему. 2. Значения ряда 2—32 и 35, ряда 3 — 55, ряда 4 — 85 следует применять для светосильных илн упро- щенных объективов. 3. Значения в скобках предпочтительное.
угольные, длиннофокусные, панкратические, а также на объ-
ективы для макроподводной съемки).
В табл. 4.50—4.53 приведены характеристики объективов.
Объективы для микроскопов. В СССР выпускаются объективы,
рассчитанные для длины тубуса 160 мм и толщины покровного стекла
препарата d= 0,17 мм, а также для длины тубуса «бесконечность»
и 190 мм (применяются без иоиронного стекла) (табл. 4.54 и 4.55).
По степени исправления аберраций и области спектра, в которой
они работают, объективы разделяются на следующие группы:
1) ахроматические, в которых исправлены сферическая аберра-
ция, кома и хроматическая аберрация положения для двух цветов;
кривизна изображения не исправлена;
2) апохроматические, в которых лучше, чем в ахроматических
объективах, исправлены сферическая аберрация и кома и почти пол-
ностью устранен вторичный спектр; не исправлена кривизна изобра-
жения; хроматическая аберрация увеличения составляет 1—2% и
для ее исправления применяются компенсационные окуляры;
3) зеркальные и зеркально-линзовые для УФ, ИК и видимой областей
спектра (апохроматы);
4) линзовые кварцфлюоритовые для ультрафиолетовой области
спектра в пределах длин воли 250—330 им;
5) монохроматические для узкой области спектра;
'' !6) планобъективы, в которых дополнительно исправлена кривизна
изображения.
По назначению объективы разделяются на следующие катего-
рии:
1) нормальные;
2) для исследований фазово-контрастным и фазово-темнополь-
ным методами;
3) для исследований в поляризованном свете;
4) для люминесцентных и фазово-люминесцентных исследований;
233
Т а б л и ц а 4.50. «Любительские» объективы
М<чркм объектива Фокусное расстоя- ние мм Относи- тельное отверстие D/Г Угловое поле 2<й, ...° Предел раз- решения, не менее лнпий/мм
в цен- тре на краю
Киносъемочные объективы
Агат-14 * 9—27 1 : 2,8 14—42 55 32—25
Т-55 12 1 : 2,4 32 65 40
Вариогоир-2Б * 6,5—65 1 : 1,8 6—59 55—50 30—25
Проекционные объскпшы
OI I-1,8 18 1 : 1,4 19 90 45
НФ-СА • 18-30 1 : 1,2 13—22 90 45
Фотообъективы (жестко встроенные)
И-70 50 1 : 2,8 47 45 20 **
И -73 41,44 1 : 2,8 56 50 25 “
Т-43 41,7 1 : 4 55 45 19 **
Т-22 76,2 1 : 4,5 52 20 8 **
Фотообъективы (сменные)
Мир-ЮА 28 1 : 3,5 75 40 20
Мир-24М 35 1 : 2 63 40 21
Юпитер-12-7 35 1 : 2,8 63 41 15
Мир-1а 37 1 : 2,8 60 50 23
Мир-26Б, В 45 1 ; 3,5 83 45 16
Индустар-61/3 50 1 : 2,8 46 44 30
Гелиос-44М 58 1 : 2 40° 28' 41 20
Mup-ЗБ, В 65 1 : 3,5 66 40 14
Мир-38Б, В 65 1 : 3,5 66 42 20
Юпитер-9а 85 1 : 2 28° 50' 32 23
Bera-1ЗМ 100 1 : 2,8 24° 26' 47 27
Таир-ПА 135 1 : 2,8 18 44 24
Юпитер-37А 135 1 : 3,5 18 45 30
Юпитер-! 1а 135 1 : 4 18 42 29
Калейнар-ЗБ, В 150 1 : 2,8 28 45 18
Юпитер-21А 200 1-: 4 12 50 36
Юпитер-21М 200 1 : 4 12 50 36
Юпитер-ЗбБ, В 250 1 : 3,5 19 45 25
Таир-ЗА 300 1 : 4,5 8 36 30
ЗМ-4А 500 1 : 6,3 5
ЗМ-5А 500 1 : 8 5 40 20
ЗМ-ЗБ, В 600 1 : 8 7° 30' 35 20
MTO-JOOOA 1000 1 : 10 2° 30' 28 18
* Обтк’ктивы с переменным фокусным расстоянием
*• Для поля у мм.
Таблица 4.51. Киносъемочные объективы для 35 и 70 мм
пленки
Марка объектива Фокусное | расстоя- ние f' мм Относи- тельное отвер- стие ** D/f Угловое поле 2о), ...° Предел разреше- ния в центре поля, не менее, линий/мм Пленка
ОКС1-22-1 22 1 : 2,8 64 60 Нор- мальная
ОКСЗ-22-1 * 22 1 : 2 64,5 50 То же
ОКС8-35-1 35 1 : 2 42,5 55 »
ОКС11-35-1* 35 1 : 2 43 55
ОКС7-28-1 * 28 1 : 2 52° 35' 50 в
ОКС1-40-1 40 1 : 2,5 40 60
ОКС6-75-1 75 1 : 2 20° 55' 50 »
ОКС2-100-2 100 1 : 2,8 15,5 55 »
ОКС1-150-1 150 1 : 2,8 10 55 »
ОКС1-200-1 200 1 : 2,8 8,5 50 »
О КС 1-300-1 300 1 : 3,5 5° 40' 40 »
ОКС1-50-6 * 50 1 : 2 30,5 55 »
ОКС5-250 1 250 1 : 2,8 6° 25' 30
ОКС9-500-1 500 1 : 5,3 3.2 40
ОКС5-750-1 750 1 : 8 2” 10' 25 »
ОКС4-1000-1 1000 1 : 11 1" 40' 25 »
ОКС5-18-1 18 1 : 2,5 75° 50' 60 »
ОКС 1-56-1 56 1 : 3 52 60 Широ- кая
ОКС4-40-1 40 1 : 3 70 55 То же
ОКС4-75-1 75 1 : 2,8 40 50 »
ОКС2-100-1 100 1 : 2,8 31 50 »
QKC2-150-1 150 1 : 2,8 21° 40' 50
ОКС1-125-1 125 1 : 2,8 26 50 »
КР-10 28 1 : 3,5 93 50 »
* Объективы с удлиненным задним отрезком. * * По ГОСТ 17175—71 деления шкал диафрагм обозначают зна- чениями знаменателей (геометрических или эффективных) относительных отверстий или — 1 : п = D/f' или «дифрагмированных чисел* К = f'/D'.
234
235
Таблица 4.52. Киносъемочные объективы
с переменным фокусным расстоянием
Марка объектива Фокусное расстоя- ние мм Относи- тельное отвер- стие D/f' Угловое поле 2со, ...° Предел разреше- ния в центре поля, не менее, линнй/мм Пленка
Фотон 37—140 1 : 3,5 42°— 10° 40' 50—38 Нор- мальная
Фотон-А 37—140 1 : 3,5 71° 22'— 19° * 28° 22' — 7" 40' ” 40—25 То же
35ОПФ9-1 25—10® 1 : 3.2 49°_]2° 60—45 »
35ОПФ9-1Л 50- 200 1 : 4,5 20° 40'- 5° 50-36 »
35ОПФ15-1 25-250 1 : 3,2 60°—12° 55—30 »
35ОПФ15-1А 50—500 1 : 4,5 30—25 »
1Ф16-1 25—100 1 : 3,2 61° 28'— 15° 08' 60—40 »
35ОПФ16-1А 50—200 1 : 4,5 55—30 »
35ОПФ19-1А 40—120 1 : 2,5 26° 48'— 8° 50' 55-40 »
35ОПФ18-1 20—120 1 : 2,5 60—40 »
* По вертикальному сечению; ** По горизонтальному сечению.
Таблица 4.53. Блоки анаморфотные
съемочные (нормальная пленка)
Марка объектива Фокусное расстоя- ние мм Относи- тельное отверстие D/V Угловое поле 2ш, ...° Предел разреше- ния в центре поля, линий/ мм
по вер- тикали по гори- зонтали
35БАС10-3 35 1 : 2,5 42° 30' 42° 30' 55
35БАС10-2-01 35 1 : 2,5 42° 30' 42° 30' 55
35Б АС 12-4-01 30 1 : 2,8 39 34° 37' 55
35БАС2-2 150 1 j 3,5 19 7° 10' 35
35БАС22-2 50 1 : 2 50
35БАС23-2 75 1 : 2 48
35БАС25-1 100 1 : 2,8 26° 46' 11° 14' 50
35БАС26-1 22 1 : 2,8 50
35БАС27-1 35 1 : 2 72 31 55
236
Таблица 4.54 Объективы микроскопов
237
Продолжааяе табл. Д.54
Марка объектива Увеличе- ние, крат Числовая апертура Фокусное расстоя- ние, мм Система Рабочее расстоя- ние, мм Высота объек- тива, мм Конструктивные особенности: область ахроматизацки
Дл я исследований в пол! «ризованном сяете со столиков ФеДо] ?ова7
ОСФ-1Ш 10,6 0,40 14,8 Сухая 13,0 51 С ирисовой диафрагмой
16,4 0,62
14,0 0.22
ОСФ-14П 11,6 » 13,7 50 » » »
21,7 0,62
26,0 0,19
ОСФ-26П 6,0 » 15,9 50 > » >
40.3 0,30
ОСФ-5 3.8 0.11 33,0 » 27,0 49 » » »
5,89 0,п
6,4 0,17
ОСФ-6П 21,6 14,2 50 » » »
10,0 0,24
ОМП-5,5 5,5 0.16 24,5 > 16,0 37
Для исследования методом фазового контраста
ФОМ-27-2 20 0,40 8,4 Сухая 1,70 33 С двумя фазовыми кольцами
ФМЩ-2 40 0,65 4,3 0,35 33 » » > »
ФОМ-41-2 90 1,25 2,0 > 0,10
Для исследования желатиновых пленок
ОМ-32 90 1,25 3-1,9 Масляная 0.30— 32,7 В пружинящей оправе
иммерсия 0.12
2. П л а нахромат и ч е с к и е
Для биологических, бактериологических и других исследований
ОМ-3* 3,5 0,10 29,9 Сухая 23,40 33 вы
ОМ-2* 9 0,20 15,5 » 13,50 33 —
ОМ-31 20 0,40 8,5 » 0,16 33
ОМ-2 9 40 0,65 4.2 » 0,85 33 —
ОПХ-Ю* 10 0,20 16,5 » 8,2 45 —
Продолжение табл. 4.54
Марка объектива Увеличе- ние, крат Числовая апертура Фокусное расстоя- ние, мм Система Рабочее расстоя- ние, мм Высота объек- тива, мм Конструктивные особенности; область ахроматизации
Для исследований в поляризованном свете
ОПХ-2.5П 2,5 0,05 62,5 Сухая 9,0 45
ОПХ-25П • ОПХ-40П • ОПХ-60П • 25 40 60 0,50 0,65 0,85 6,5 4,0 2,7 » > » 0,55 0,44 0,22 45 45 45 С ирисовой диафрагмой В пружинящей оправе » » >
3. Апохроматические
Для биологических, бактериологических и других исследований
ОМ-18 ОМ-21 10 20 0,30 0,65 15.1 8,4 Сухая 4,80 0,67 33 33 В пружинящей оправе » » »
ОМ-16 40 0,95 4,4 » 0,12 — 0,22 0,22 33 В коррекционной оправе
О6АМ-60 60 1,0 —0,7 3,0 Масляиая 32,7 В пружинящей оправе, с ирисо-
1,23 2.5 вммерсня вой диафрагмой
ОМ- 25 * 70 Водная 0,14 — 32,7 В коррекционной оправе
OSAM-90 1,30 иммерсия 0,04
90 2,0 Масляная иммерсия 0,10 32,7 В пружинящей оправе
ОАВ-60 2
60,9 1,0 2.9 Водная иммерсия 0,76 32,7 —
ОАВ-65 2, •
65 1,1 2.7 То же 0,19 32,7
Для исследования желатиновых пленок
ОС-20 ОС-22 20 0,80 8,4 Масляиая иммерсия 1,10 32,7
60 1,25 3-2,9 То же 0,40 32,7 В коррекционной оправе
4. Плане похромат и ч е с к н е 8
Для биологических, бактериологических и других исследований
ОПА-1 10 0,30 15.8 Сухая 5,2 45
ОПА-2 16 0,40 9.6 . 0,64 45
ОПА-3 40 0,65 3,9 0,31 45
1 ОПА-4 60 0,85 2,6 > 0,23 45 В пружинящей оправе
Продолжение табл. 4.54
Марка объектива Увеличе- ние. крат Числовая апертура Фокусное расстоя- ние, мм Система Рабочее расстоя- ние, мм Высота объек- тива, мм Конструктивные особенности; область ахроматизацин
ОПА-5 100 1,25 1,5 Масляная иммерсия 0,15 45 —
ОПА-6 О ПА-40 25 40 0,50 0,65 6,5 4 Сухая 0,61 0,72 45 45 В пружинящей оправе
ОПА-60 60 0,90 Для исс 2,7 5. 3 е р ледоваиий кальво -л и в ультрафиолет 0,22 паевые говой облас 45 ти спектра В пружинящей оправе
О К-40 40,8 0,50 4,3 • Сухая 2,0 33 211 — 800 нм
ОНЗ-75А 75 0.65 2,3 0,23 33 243 — 590 н.м
ОНЗ-115 113 0,70 1,5 > 0,19 36 243 — 590 нм
О К-75 73,5 1,00 2,2 Глицерино- вая иммерсия 0,25 32,7 250 — 590 нм
ОНЗ-125 125 . 6. 1,10 Лингов Для исс. 1,4 не к в а р ледоваиий Глицерино- вая иммерсия цфлюорит в ультрафиолет 0,25 о в не ах говой облас 32,7 р о м а т в ти спектра 250 — 590 нм ч е с кн е
О К-5 5 0,08 24,9 Сухая 17,00 33 230—590 им
ОК-10-3 ОК-120 10 20 0,20 0,40 15,3 8,3 » » 6,61 0,22 33,2 33 250 — 330 им 260—280; 300—380 им, 350—380; 380—434 нм
О К-50 48,5 0,65 3,6 » 0,10 33,4 250 — 313 нм
ОК-58 . 58 0,80 3,1 Водная иммерсия 0,11 30 248 — 280 нм
Продолжение табл. 4.54
Марка объектива Увеличе- ние, крат Числовая апертура Фокусное расстоя- ние, мм Система Рабочее расстоя- ние, мм Высота объек- тива, мм Конструктивные особенности; область ахроматизацин
7. Линзе в ы е и з е р кальке л и в з о в ы е
Для. исследований в инфракрасной области спектра
оз-юик 10 0,30 18,4 Сухая 3,8 — 2,49 37,2 1,05—2,2 мкм
ОНЗ-40 40 0,50 4,2 » 5,0 33 1—7 мкм
ОР-75ИК 75 0,65 2,4 0,20 33,5 0.7 — 4,5 мкм
ОР-40ИК 40 0,70 4,6 1,6 67 0.7 — 5 мкм
ОРМ-75ИК 75 1,00 2,1 Масляная 0,28 32,7 0,8 —1,6 мкм
иммерсия
11. Объективы для работы в отраженном свете
1. А х р о м а тические. тубус 190 мм
ОМ-10 2, * 95 1,25 2,0 Масляная 0,06 12,2
иммерсия А
Для исследований в поляризованном свете
ОМ-13П 9 0,20 18,1 Сухая 8,14 25
ОМ-38П И 0,25 16,0 Масляная 0,50 27,6
иммерсия
ОМ-44П 30 *| Г" 0,65 6,2 То же 0,50 20,75 —
Для исследований в :вете люминесценции (контактные)
од-юлк 10 0,40 20,6 43 .. .
ОД-25ЛК 24,2 0,75 И,2 ___ 39
ОД-40ЛК 40,0 1,00 4,84 Желатиновая 0,11 38,7 В коррекционной оправе
оэ-юлк 10,0 0,30 10,7 иммерсия То же 0,10 41,1
ОЭ-20ЛК 20,0 0,60 11,2 0,02 30,7
О-60ЛК 60 1,25 3,2 — 31 В коррекционной оправе
Продолжение табл, 4.54
Марка объектива Увеличе- ние, крат Числовая апертура Фокусное расстоя- ние, мм Система Рабочее расстоя- ние, мм Высота объек- тива, мм Конструктивные особенности; область ахроматнзации
ОЭ-9 1 2 Дл 9 я нсследов 0,20 аний в све1 18.4 Глом и темном Сухая поле (эпио 5.40 бъективы)’
ОЭ-21 ’ 21 0,40 8,4 » 1,80 14.4
ОЭ-40 ’ 40 0.65 4.6 » 0.61 1°.35
ОЭ-95 95 1,00 2,0 Масляная 0,41 12,50
ОХ-23 2. 0,17 А х р о м а Для нсс 23,2 Иммерсия тнческне, ледований в св Сухая тубус етлом поле 6.20 X 33
ОХ-14 — 0,30 13.9 5.71
ОХ-6 0,65 6,2 » 0.82 33 __
ОХ-3 1,25 2,8 Масляная 0,40 __
ОС-39 0,12 25,0 иммерсия Сухая ю,оо OQ
ОС-40 — 0,30 13,9 Сухая 5,71 29
ОС-41 — 0,37 8,2 » 2,68
ОС-42 — 0,50 4,3 » 0,74 29 —
ОЭ-23 Для нс еле 0,17 довамий в 23.2 светлом и теми Сухая ом поле (э 5,40 пиобъектив 31.5 ы)
ОЭ-14 0,30 13,9 » 5,40 31,5
ОЭ-8 ——. 0,37 8,2 » 2,60 №
ОЭ-6 0.65 6,2 » 0,60 31,5
ОЭ-4 — 0,17 25 5.40 33
ОЭ-2 — 0,40 10 » 2.60 33
ОЭ-1 — 0,65 6,3 » 0.65 33
оэ-зт — 1,00 2,8 Масляная 0,60 31,5
ОБП-40 3. П 0.10 л а и а х р Для исс 40,6 иммерсия о м а т и ч е с ледований в св Сухая сне8, ту етлом поле 23,0 бус со 45
ОПХ-3 0.65 6,3 0.6 45 — - —
Продолжение табл. 4.54
Марка объектива Увеличе- ние, крат Числовая апертура Фокусное расстоя- ние, мм Система Рабочее расстоя’ нне. мм Высота объек- тива, мм Конструктивные особенности; область ахроматизацин
ОЭ-5 0,65 Цля исследований в светлом и темном поле 6.3 | Сухая 1 0,69 | 45 —•
OQ-16 4. 0,30 А п о х р о 15,7 матическ Сухая не, тубу 4,90 С со 33
ОС-8 0,65 8,4 > 0,82 33
ОС-4 0,95 4,3 » 0,18 33 •—
ОС-3 1,30 2,8 Масляная 0,18 25
ос-зт мыв 1.Q0 2,8 иммерсия » 0,53 25 —
ОПА-11 —« 5. Пл 0,85 а и а п о х 4,0 роматнче Сухая с к и е 8, т 0,29 у бу С « 45 В пружинящей оправе
ОПА-12 —. 1,25 2,5 Масляная 0,25 45 » > »
ОПА-9 «в 0,5 10.0 иммерсия Сухая 0,80 45 —
МИМ-9 Для исследования в светлом и темном поле (эпиобъективы) 0.25 J 25,4 f Сухая 1 4,4 1 45 1
МЙМ-9 0,30 16.0 » 4,4 45
МИМ-9 0,65 6,3 4,4 45 —
6 Монохроматв 5 ее кве дл я уз кой области спектра, тубус со
ОВМЖ-1,6 1,30 1,65 Масляная 0,40 64
I иммерсия |
1 Объективы для исследования методом фазового контраста маркированы буквой Ф. 3 * * Объективы для исследований в
Орете люминесценции маркированы буквой Л. 3 Объективы для исследований методом фазово-темнопольного контраста мар-
кированы буквой А. * Объективы для исследований в поляризованном свете маркированы буквой П. 6 Объективы для иссле-
дований в свете люминесценции методом фазового контраста маркированы буквами Ф и Л. 8 Объективы для исследований в
свете люминесценции методом темнопольного контраста маркированы буквами А и Л. 7 При исследовании объектов без
сегмента объективы работают с препаратами без покровного стекла. В графах «Увеличение» и «Числовая апертура» числи-
тель дроби обозначает собственное увеличение н числовую апертуру объектива, а знаменатель —увеличение и числовую апер-
туру объектива с сегментом (п^ = 1,55). 8 Объективы характеризуются болящим линейным полем в пространстве изображе-
ний (25 мм); применяются с широкоугольными компенсационными окулярами. 8 В эпиобъективах, в отличие от других
объективов, имеется осветительная система в виде параболического зеркала.
Таблица 4.55. Микропланары для микросъемки
Марка Увеличе- пи е, крат ОТНОСИ’ тельное отверстие Фокусное расстоя- ние, мм Конструктивная особенность
ОП-15 15 1 : 4,5 40 С ирисовой диафрагмой
ОП-16 10 1 : 4,5 65
ОП-17 5 1 : 4,5 100 » » »
ОФ-111 0,5—1,0 1 : 6,3 150 » » »
5) для исследований толстослойных желатиновых пленок;
6) контактные;
7) для исследований при высоких температурах (с большим рабо-
чим расстоянием).
, Кроме того, объективы микроскопов характеризуются следующими
конструктивными параметрами: длиной тубуса, рабочим расстоянием
и высотой объектива.
Длиной тубуса называется расстояние на тубусе микроскопа от
нижнего опорного торца для объектива до верхнего опорного торца
для окуляра. Объективы для длины тубуса оо работают с дополнитель-
ной ахроматической линзой, устанавливаемой за объективом (см. гл.2).
Рабочим расстоянием называется расстояние от верхней поверх-
ности покровного стекла до оправы первой линзы объектива.
Высотой объектива называется расстояние от плоскости предметов
до опорной плоскости объектива.
окуляры
Окуляр — оптическая система, расположенная непосредственно
перед глазом и предназначенная для рассматривания изображения,
образованного предыдущей оптической системой.
Требования, предъявляемые к окулярам, изложены в гл. 2.
Рис. 4.53. Схема окуляра Рамс- Рис. 4.54. Схема окуляра Гюй-
дена генса
Типы окуляров и их характеристики .
Окуляр Рамсдена (рис. 4,53). Хроматизм неисправлен, полевые
аберрации исправлены для 2<о 40°; s'p,«s(0,25ч- 0,3}f. Окуляр Рамс-
дена применяется в простых геодезических приборах.
Окуляр Гюйгенса. Такой окуляр (рис. 4.54) применяется в микро-
скопах. По сравнению с окуляром Рамсдена в нем несколько лучше
исправлен хроматизм. Передний фокус мнимый и лежит между лин-
вами;- Sp, — /73.
244
Окуляр Кельнера.
Этот тип окуляра (рис.
4.55) самый распростра-
ненный. В нем хорошо
исправлены аберрации
в пределах 2<о — 454-50";
—sF^f43-, s’p,^f'/2.
Симметричный окуляр.
Такие окуляры (рис.
4.56) применяются в те-
лескопических приборах.
Они хорошо исправлены
в пределах 2<о = 40°
-sF = S'p, ъ 0,75/'.
Ортоскопический оку-
ляр. Подобные окуляры
(рис. 4.57) применяются
преимущественно в изме-
рительных приборах и
микроскопах. Они хоро-’
шо исправлены на все
аберрации, особенно на
дисторсию в пределах
2<о = 40°; — Sp «а /72;
s'p, = 0,75/'.
Широкоугольные оку-
ляры Эрфле. Существуют
два типа таких окуляров:
первый (рис. 4.58, а) ис-
правлен в пределах 2<о =
= 65°; —s/^/75; s'p,--=
= /72; второй тип (рис.
4.58, б) исправлен в пре-
делах 2«> = 60 4- 65°;
sF = —f'fc, s'p,= (0,5-?-
н-0,75)/'.
Окуляр с удаленным
зрачком. Для таких оку-
ляров (рис. 4.59) 2<о =
е= 45°; s'p, = /'. Окуляры
с угловым полем 2<о =80°
- обычна-имеют параболи-
ческую глазную линзу,
как, например, окуляр,
изображенный на рис.
4.57. Окуляры с угловым
полем 61 и 53" приведены
на рис. 4.60 и 4.61, а оку-
ляры с внутренней фоку-
сировкой, применяемые
при высоких требованиях
к герметичности прибо-
ра, — на рис. 4.62, а и
Рис. 4.55. Схема окуляра Кельнера
Рис. 4.56. Схема симметричного окуляра
Рис. 4.57. Схема ортоскопического
окуляра
а)
Рнс. 4.58. Схема окуляра Эрфле; а — пер-
вого типа; б — второго типа
I"
245
4.62, б. Окуляр, показанный на рис. 4.62, а, имеет пределы диоптрий»
ной установки от —5 до 4-6 и d8 изменяется от 0,30 до 11,3 мм; оку-
ляр, изображенный иа рис. 4.62, б имеет пределы диоптрийной ус-
Рис. 4.59. Схема окуляра с удаленным
зрачком
тановки ±5 и da — изме-
няется в пределах от 1,42
до 11,47 мм.
На рнс. 4.63 даны
графики аберраций оку-
ляров, изображенных на
рис. .4.62, а и 4.62, б. В
табл. 4.56—4.59 приведе-
ны данные некоторых рас-
пространенных окуляров.
На рис. 4.64 приве-
дены оптические схемы
Некоторых новых ком-
с постоянным по полю зрения
приблизительно 2%. Окуляры
пенсационных окуляров
хроматизмом увеличения, равным
предназначены для высококаче-
Поо'бижная часть
Рис. 4.60. Схема окуляра
с угловым полем 6Г
Подвижная части
Рис. 4.61. Схема окуляра с
угловым полем 53°
4^5,1 Н
Подвижная часть
Рис. 4.62. Схемы окуляров с внутренней фокусировкой: а — первого
типа; б — второго типа
ственных планапохроматических объективов микроскопа, у кото-
рых хроматическая разность увеличения составляет 1,5—2%.
Они имеют хорошую коррекцию монохроматических аберраций и ид
246
применение с апохроматическими объективами обеспечивает^ практи-
чески бесцветное изображение в микроскопе 171]. Окуляр Г = 6,3х
является развитием окуляра Гюйгенса, а окуляры 10 и 16х — схемы
а) "“-td
-2-1 0 1 2 -5%0 0% -0,0500,05^-Уа
Рис. 4.63. Графики аберраций окуляров: а — по
рис. 4.62, а; б — по рис. 62, б
F
Рис. 4.64. Оптические схемы новых компенсационных
окуляров микроскопа: а — Г — 6,3х; б — Г = 10х;
а — Г = 12,5х; г —Г = 16х
Г
Кельнера. По оптической схеме рис. 4.60, в разработан комплект сим-
метричных окуляров с увеличением 10, 12,5 и 20х; с угловым полем
2d) = 40° и Sp, = 0,6/'.
Таблица 4.56. Окуляры для микроскопов
Марка окуляра Увеличение, крат Линейное поле, мм О» а> к о I х к о о х ° о о „ х « S е а в Марка окуляра Увеличение, крат Линейное поле, мм Фокусное расстояние, мм
1. Г ю й г е н с а АКШ-11 2 10 15 25
АМ-6 АКШ-12,5 12,5 15 20,2
4 23,3 62 АКШ-16 16 12 15,6
АМ-30 3 4 20 63 АКШ-17 2 16 И 15,6
АМ-4 2 4 24 62 АКШ-18 16 11 15,6
АМ-5 2 М-7 5 7 23 18 50,6 36 АКШ-20 20 9 12,5
АМ-31 3 7 18 36 4. Ill и р о К О V Г О Л ь н ы е
AM-11 2 АМ-8 1 7 8 19 21 36 31,4 (удаление S„ входного зрачка 160 мм1
М-10 10 14 25
АМ-101 10 14 25 АШ-4 4 17 60,7
М-11 15 8 17 АШ-8 8 20 30,4
АШ-8С4 8 20 30,4
2. Комп е н с а ц и о н н ы е АШ-8п 8 20 30,4
АШ-12,5 12,5 18 20
АМ-24 5 20 50 АШ-5 1 4 17 60,7
AM-12 5 22 50
AM-13 AM-262 7 7 18 18 35 36 (удаление входного зрачка s — сх~Л
AM-14 10 13 25
AM-27 15 11 16,7 AM-134 6,3 20 39,8
AM-16 20 9 12,6 АМ-134п 1 6,3 20 39,8
АМ-134ш 2 6,3 20 39,8
3. HI и о о к о v ГОЛЬ н ы е АМ-37п 6 10 18 25
компе нсапионные АМ-37ш 3 10 15 25
(удаление входного зрачка sp = oo) АМ-38 АМ-38п 10 10 15 15 25,2 25,2
АКШ-1 6,3 20 39,4 5. Ортоскоп и ч е с кие
АКШ-1п1 6,3 20 39,4 АМ-18 12,5 16 20
АКШ-1ш 2 6,3 20 39,4 AM-19 17 13,6 15
АКШ-2 10 15 24,9 АМ-20 28 6,5 9
АКШ-2п 1 10 15 24,9
АКШ-3 2 10 15 24,9 6. С и м метр и ч п ы е
АКШ-4 12,5 13 20 АТ-36 15 12 17
АКШ-5 16 11 15,6 АТ-38 15 12 17
АКШ-5п 1 16 11 15,6
АКШ-14 10 18 25 /. Фотоокуляр ы
АКШ-14п3 10 18 25 М-7Ф 7 18 36
АТ-18 7 18 36
(удаление входного зрачка АМ-14Ф 10 13 25
= 160 мм) АМ-27Ф 15 11 16,7
АКШ-6,3 АКШ-11 6,3 10 22 15 39,7 25 АТ-37С АМ-18Ф АМ-16Ф 15 12,5 20 12 15 9 17 20 12,5
248
Продолжение табл. 4.66
Марка окуляра Увеличение, крат Линейное поле, мм Фокусное расстояние, мм Марка окуляра Увеличение, крат Линейное поле, мм 1 . оГ <и ® о ® 1 5 ф н о га S V ftS
8. К в а р Ц v » ы v д л я АМК-9 3 15 84
ф О Т О Г р а (1) н ) о 1) а и в я АМК-10 3 15 80,7
В V Л Ь Т I) а (1) и о л е т о в о й АМК-12 6 9 37,4
области с п С К т Р а АМК-13 6 7,4 35,5
АМК-2 8 14 28,8 9. П р о е к 11 И О 1 и ы е ДЛЯ
АМК-3 8 15,6 29,8 ф о т о г р аби о ов а н и я
АМК-5 8 12 29,4 в и л ф р а к р а с н о й
АМК-6 АМК-7 ( 3 3 15 15 80 80,4 о б л а с т и с г е к т р а
АМК-8 3 15 78 АК-3 АКМ-3 2,9 2,9 П,7 11,7 67,9 77,7
1 Окуляры с перекрестием; окуляры со шкалой 3 окуляр
с удаленным входным зрачком; * окуляр со шкалой с сеткой; садочный диаметр окуляра — 30 мм. 6 по-
Таблица 4.57. Окуляры и применяемые
к ним объективы микроскопа
М а рки
окуляра объек- тива , окуляра объектива окуляра объектива
АМК-2 ОК-40 АМК-7 ОК-40 АМК-Ю ОНЗ-75А; ОНЗ-115
АМК-3 АМК-5 О К-40 ОК-58 АМК-8 ОК-50; ОК-58; ОИЗ-125 АМК-12 АМК-13 ОК-75 О113-75А; ОНЗ-115
АМК-6 ОК-10-3 АМК-9 ОК-75 АМК-3 АК-3 ОРМ-75ИК ОР-75ИК; ОНЗ-40; ОРМ-75ИК
249
Т а б л и ц а 4.58. Гомалы
М а р к а г омала JI и пейное поле, мм Фокусное расстоя- ние, мм Посадоч- ный диа- метр, мм Рекомендуемые объективы
Длина тубуса, мм Увеличение, крат
011-6 15 —70 27 (е9) 160 и 190 ОО 5—20 11—30
ОН-7 8 —20,28 27 (е9) 160 и 190 ОО 60—90 90
ОН-8 13 —37,6 27 (е9) 160 и 190 ОО 5—20 11—30
Табл » и а 4.59. Окуляры зрительных труб
(/ок = 20, 25, 30, 40 и 50 мм)
Характеристики Тип окуляра
Симметрич- ный Кельнера С удаленным зрачком Эрфле
2<о° 40 45—50 50 60
DP-/f'K 1 : 5 1 : 5 1 : 5 1 : 4,2
-sf!f ок 0,76 0,29—0,3 0,32—0,34 0,33—0,37
SP'/1ок 0,72—1,2 0,4—0,7 0,9—1,25 0,7—0,9
Рис. 4.65. Автоколлимационные окуляры
Автоколлимационные окуляры
Конструкция автоколлимационного окуляра должна обеспечивать
удовлетворительную видимость автоколлимациоппого изображения
светящегося или темного штриха сетки. Контрастность и яркость
в отдельных случаях должны быть такими, чтобы авгоколлимационное
250
изображение сетки получалось от Зеркала, установленного на значи-
тельном расстоянии от прибора на открытом воздухе или в специально
эатемненном помещении. На рис. 4.65, а—г и 4.66 а—б приведены
конструкции автоколлимационных окуляров, а в табл. 4.60 их харак-
теристики. Пользуясь табл. 4.60 можно выбрать окуляр для данных
условий работы.
Рис. 4.66. Автоколлимационные окуляры Монченко
Таблица 4.60. Сравнительные характеристики
автоколлимационных окуляров
Тип окуляра в. % Т, % гок' к₽ат м °п- м
С кубиком и двумя 17 42 Не огра- 18 Более
сетками (рис. 4.65, а) пичено 30
Окуляр Аббе (рис. 4.65, 6) 86 92 30 2 2
Окуляр Гаусса 46 50 18 18 Более
(рис. 4.65, в) 30
Окуляр Линника * 7—88 92 Не огра- 20 Более
ничено 30
Окуляр Захарьеи- 90 18 18 20 Более
ского * 30
С сеткой, подсвечи- 8 92 Не огра- 10 15
ваемой сбоку (рис. 4.65, г) ничено
С кубиком и одной сеткой 20 — 20 18 .30
Монченко 86 92 30 25 Более
; |рис. 4.66, а, б) 30
Примечание. В таблице условно обозначены: В — яркость
автоколлимационкого изображения относительно начальной яркости
сетки, принятой за 100%; т — свел) uponусканне всего окуляра;
Гои максимально возможное увеличение симметричного окуляра;
D — максимальное расстояние до наблюдаемого зеркала прн сол-
нечной погоде; £>п — то же при пасмурной погоде.
* Окуляры Линника и Захарьевского применяются редко нз«за
трудности и зготовлеи и я.
251
УРОВНИ
Уровнями называют устройство для установки визирных линий
или плоскостей в горизонтальное (или вертикальное) положение, а также
для определения малых углов отклонения плоскостей от горизонта.
Уровни характеризуются чувствительностью к отклонениям и точностью
измерения угла отклонения. Широкое применение в различных лабора-
торных и полевых измерительных приборах (например, в геодезиче-
Рис. 4.67. Принцип действия уровня (Я/Ц— линия го-
ризонта)
зонтальном положении ампулы середина
Рис. 4.68. Цилиндрический уровень
ских), а также в прицельных устройствах находят пузырьковые уровни
[67]. Уровни состоят из стеклянной ампулы и металлической оправы
различной конструкции.
Ампула уровня представляет собой закрытый стеклянный сосуд
в виде трубки, внутренней поверхности которой придана бочкообразная
форма, или в виде низкого цилиндрического стаканчика, верхней тор-
цевой поверхности которого придана сферическая форма. При горн-
пузырька уровня находится
посередине ампулы (рис.
4.67, а). Если ампулу на-
клонить на угол а, то пузы-
рек, стремясь занять наи-
высшее положение, переме-
стится из точки М в точку
(рис. 67, б). Его переме-
щение можно определить по
формуле = л^а/180.
Для установки уровня
в горизонтальное положение
и определения угла на-
клона на ампулах наносятся штрихи со стандартным расстоя-
нием между ними 2 ± 0,5 мм. Угол, на который требуется наклонить
уровень для перемещения пузырька на одно деление, называется
угловой ценой деления данного уровня. Разность между ценой деления
и фактическим углом наклона уровня для перемещения пузырька на
одно деление характеризует его точность и не должна превышать 20%
цены деления.
Чувствительность уровня зависит от радиуса кривизны и качества
шлифования внутренней поверхности ампулы, свойств наполнителя,
длины пузырька и температуры. При низких температурах вязкость
жидкости возрастает и чувствительность понижается.
252
По форме различают уровни цилиндрические (рис. 4.68) и круглые
(рис. 4.69). Иногда круглые уровни называют сферическими. Характе-
ристики отдельных ампул (ГОСТ 2386—73) приведены в табл. 4.61 и
4.62. Ампулы заполняют маловязкой и не замерзающей при темпера-
туре до —60° С жидкостью и запаивают с обоих концов, оставляя пу-
зырек паров данной жидкости. Цилиндрические ампулы изготовляют
Рис. 4. 69. Сферический уровень (а), ампула (б) и кор-
пус (в)
из молибденового стекла. Наполнитель низкоточных (5—10') ампул —
спирт этиловый, иногда смесь эфира со спиртом; высокоточных — эфир
этиловый. Размер пузырька уровня составляет, примерно, 1/3 длины
аэдпулы. При изменении температуры изменяется также и длина пу-
ВДрька. Чтобы исключить это явление применяют компенсированные и
камерные уровни [89].
Для повышения точности установки пузырька на середину уровни
снабжены призменными системами и лунами, позволяющими совме-
стить изображения противоположных концов пузырька (контактные
уровни).
Установлено, что пузырек обычного уровня устанавливается на
середине с ошибкой ±0,14т", контактного — с ошибкой ±0,04"?',
а контактного уровня с лупой — с ошибкой ±0,04т7Гл, где Гл — уве-
личение лупы (обычно 2—3х) [67].
253
Т а б л и ц а 4.61. Предельные отклонения
цены деления уровней АЦП
Номиналь- ная цена деления Предельные значе- ния средней цены деления Номиналь- ная цена деления Предельные значе- ния средней цены деления
От До От До
10' 8' 12' 20’ 18" 22"
8' Т 9' 15' 13,5" 16,5"
30’ ЧГ 33" 10' 9" И"
Таблица 4.62. Техническая характеристика ампул
Тип ампулы Цена деле- ния уров- ня, ..." Диаметр ампулы, мм Высота или длина ампу- лы, мм Диаметр или длина пузырька при 20° С, мм Радиус ра- бочей сфе- ры или дуги, мм
к АК — малой точности )углые 20' ампул 17 ы 10 5 344
со шкалой н виде круге- 10' 17 10 5 688
вых рисок 4' 17 10 5 1 376
Цили АЦП — простые малой эдричес 10' кие ам 7,5 пулы 23 6 688
и средней точности со 4' 7,5 33 8 1 719
штриховой шкалой или 60 11 54 18 6 876
перекрестием в центре 30 И 54 18 13 751
(вместо шкалы) 15 11 54 18 27 502
АЦК — компенсиро- 10 20 11 14 54 124 18 40 41 252 20 626
ванные (с компенсацион- 15 14 124 40 27 502
иой палочкой) средней и 10 14 124 40 41 252
высокой точности со 4 14 124 40 103 132
штриховой шкалой или перекрестием в центре (вместо шкалы) АЦР — камерные (с 20 15 124 62—70 20 626
регулируемой длиной пу- 10 14 124 62—70 41 252
зырька) средней и высо- 4 14 124 62—70 103 132
кой точности со штри- 2 14 124 62—70 206 265
ховой шкалой 1 22 224 ! 10—120 412 530
254
Ампулы сферических уровней применяются двух основных типов:
1) установочные, предназначенные для установки приборов в го-
ризонтальное положение (фотоаппараты, лабораторные приборы),
с ценой деления 5, 10 и 20'; сверху на уровнях нанесены два концен-
трических кольца;
2) фокусные уровни для создания вертикальной линии визирова-
ния в приборах, используемых на качающихся основаниях (например,
на самолетах). Уровни устанавливаются таким образом, чтобы нижняя
поверхность верхнего стекла уровня, по которой скользит пузырек
находилась в плоскости изображения прибора. Радиус кривизны верх-
него стекла уровня должен быть равен фокусному расстоянию оптиче-
ской системы, расположенной до уровня.
Фокусные уровни применяются двух типов: с запаянной ампулой
и с составной ампулой, у которой регулируется величина пузырька
[89]. Ампулы закрепляются в оправе путем залнвки гипсом или
резьбовыми кольцами.
В зависимости от рабочего температурного диапазона ампулы
уровней всех типов изготовляются двух исполнений: нормального (Н)
от —50 я 40 до +50° С (АКН, АЦПН, АЦКЫ, АЦРН) и термоустойчив
(Т) от —50 до +75° С (АКТ, АЦПТ, АЦКТ, АЦРТ). В зависимости
от назначения ампулы изготовляются: нереверсивными всех типов,,
реверсивными (Р) типов АЦП (АЦПНР, АЦПТР) и АЦК (АЦКНР,'
АЦКТР), а также с несимметричной шкалой (Ш) типа АЦК (АЦКНШ,
АЦКТШ).
Пример условного обозначения ампул: Ампула уровня'
АЦК10"-14Х 124 ГОСТ 2386—73 — ампула типа АЦК с ценой деления
10", диаметром 14 мм, длиной 124 мм.
ПРОБНЫЕ СТЕКЛА ДЛЯ ПРОВЕРКИ РАДИУСОВ
СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫМ МЕТОДОМ
Пробные стекла изготовляются трех видов (ГОСТ 2786—76).
ОПС — основные пробные стекла для проверки поверхностей кон-
трольных пробных стекол;
КПС — контрольные пробные стекла для проверки поверхностей
рабочих пробных стекол;
РПС — рабочие пробные стекла для проверки поверхностей де-
талей.
Номинальные значения радиусов измерительных поверхностей
стекол приведены в ГОСТ 1807—75. Стекла изготовляют двух классов
точности: 1 и 2.
Контрольным и рабочим стеклам присваивают класс точности того
основного или контрольного стекла, с которым сличают их измеритель-
ную поверхность (табл. 4.63).
Предельное отклонение от плоскостности плоских основных сте-
кол 1-го и 2-го классов точности — не более 0,05 и 0,07 интерферен-
ционной полосы соответственно. При наложении контрольного стекла
на основное или рабочего сгекла на контрольное наблюдаемая интер-
ференционная картина при проверке сферических стекол должна
соответствовать требованиям, указанным в табл. 4.64.
Материалом для стекол диаметром до 100 мм служат стекла марки
ЛК5 и ЛК7 и свыше 180 мм — марки ЛК5 ГОСТ 3514—76 или квар-
цевое стекло марок КВ, КУ-1, КУ-2 (ГОСТ 15130—69).
255
Т а б л и ц а 4.63. Допустимые отклонения
радиусов измерительных поверхностей
сферических основных стекол
Поминальное значение радиуса измерительной поверхности сферического основного стекла, мм Допуски, %
Класс точности стекла
1 2
От 0,5 до 1,0 ±0,05 ±0,15
Св. 1,0 до 2,0 » 2,0 » 5,0 ±0,08
Св. 5,0 до 10,0 ' ±0,04 ±0,06
Св. 10,0 до 12,0 » 12,0 » 15,0 » 15,0 » 22,0 » 22,0 » 32,0 » 32,0 » 37,5 ±0,01 ±0,05 ±0,04
Св. 37,5 до 250 ±0,03
Св. 250 до 1000 ± 0,02 ±0,05
Св. 1000 ± 0,02г/1000 ± 0,05/71000
Таблица 4.64. Предельные отклонении формы
сферических поверхностей стекол
Радиусы измерительных поверхностей стекол, мм 1 группа сопряжения И * группа сопряжения
Допуски (интерференционные полосы)
N АЛ/ N AW
От 0,5 до 37,5 Св. 37,5 до 750 » 750 » 5000 Св. 5000 * Допускается примени 0,20 0,10 0,10 0,05 гь только л 0,10 0,07 0,07 0,05 ля стекол 1,00 1,00 0,50 0,10 типа РНС. 0,2 0,2 0,10 0,07
256
ДОПУСКИ НА ЧИСТОТУ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Классы чистоты следует устанавливать на основании требований,
предъявляемых к оптическим системам, с учетом технологических воз-
можностей изготовления, экономических и эстетических соображений
(табл. 4.69 и 4.70). По ГОСТ 11141—76 установлены 14 классов чистоты
полированных поверхностей оптических деталей из стекла, кристаллов,
полимерных материалов, оптической керамики и металлов с параметром
шероховатости /Д равным от 0,1 до 0,025 мкм по ГОСТ 2789—73 после
окончательной обработки, включая операцию нанесения покрытия.
Классы чистоты Назначение классов чистоты
0—10; 0—20; 0—40 (последние две цифры указывают среднее значение фокусного расстояния оптической системы, расположен- ной за нормируемой поверх- ностью) Для поверхностей деталей, расположенных в плоскостях действительных изображений или в плоскости предметов оптической системы прибора
1—1Ха Для остальных поверхно- стей
Размеры царапин ц точек, соответствующие классам 0—10, 0—20
и 0—40, устанавливаются раздельно по трем зонам поверхности. Гра-
ницами зон являются концентрические окружности диаметром 1/3 и
2/3 светового диаметра детали. Для деталей диаметром менее 5 мм
зоны не устанавливаются. В центральной зоне не допускаются точки
и царапины шириной более 0,001 мм. Недопустимость царапин шириной
0,001 мм и менее должна быть установлена в технических требованиях
чертежа оптической детали. В любой четверти поверхности детали не
допускается более трех точек при световом диаметре детали до 60 мм
включительно и более пяти точек при световом диаметре детали свыше
60 мм. Размеры царапин и точек в средней и краевой зонах и их число
в .зависимости от светового диаметра детали даны в табл. 4.65. Для
деталей диаметром менее 5 мм ширина допускаемых царапин и диаметр
точек ш' должны превышать значений, установленных табл. 4.65 для
Средней зоны поверхности. Для деталей со шкалами и другими деле-
ниями допускается \ с i ананд штат I, другое деление границ зон.
Царапины и точки па поверхности перемещающейся детали должны
61,11'1, распределены |.:к, Hiola.l и лиТом Mecie ной Понерхпосч и диа-
метром. рапным aii.ixiei ру . iinii'iiiioi о поля прибор.!, количество цара-
пин и точек не ирсныныло \ ка i.iiinoiо в тобл. -1.65.
Па ноперхносiи де i .i. h й I - IXa k.-i.iccoh чистоты размеры царапин
и точек и их число (и зависимости от светового диаметра детали) не
должны превышать значений, указанных в табл. 4.66. Для IV—VII
классов чистоты допускается не нормировать скопление дефектов на
поверхности детали. Недопустимость скоплений дефектов устанавли-
вается в технических требованиях чертежа.
9 в. А. Панов и др. 257
Таблица 4.65. Размеры допускаемых дефектов, мм
Класс чистоты Зона Царапины Точ к и
Ширина, не более Суммарная длина, не более Диаметр, не более Число, не более, при снетсг-см диаметре...
С § Св. 20 до 60 1 Св. 60
0—10 Средняя 0,002 0,2 X DCB 0,004 1 3 5
Краевая 0,004 0.3 X DCB 0,006 3 6 10
0—20 Средняя 0,004 0,2 X Осв 0,010 1 3 5
Краевая 0,006 0,3 X 0,015 3 6 10
0—40 Средняя 0,006 0,2 X /2СВ 0,015 1 3 5
Краевая 0,008 0,3 X Dcn 0,025 3 6 10
Таблица 4.66. Допускаемые дефекты на поверхностях,
расположенных вне плоскостей изображения
Царапины Точки Скопление дефектов
Класс чи- стоты Шири- на, мм, не бо- лее Суммарная длина, мм, не более Диа- метр, мм, ие более Число, не более Диаметр ограни- ченного участка, мм Площадь царапин и точек, мм2, ие более
I 11 111 IV V VI VII 0,004 0,006 0,010 0,020 0,040 0,060 0,100 2,0 X DCB 0,020 0,050 0,100 0,300 0,500 0,700 1.000 0,5 X DCB 1,0 1,2 2,0 5,0 10,5 25,0 50,0 0,004 0,006 0,020 0,100 0,400 3,000 10,000
VIII 0,200 2,000 0,4 X DCB
Villa 0,300 1,5 X DCB
IX 2,0 X Dqb 3,000 0,3 X Dc„
1Ха 0,400 1,!) Л Dcu
258
Т а б л и ц а 4.67. Допускаемые дефекты
различных классов чистоты, мм
, Класс ЧИСТОТЫ Ширина царапин Диаметр точек Класс чистоты Ширина царапин Диаметр точек
1, II 0,001 0,002 VI 0,008 0,040
III 0,002 0,004 VII 0,010 0,100
IV 0,004 0,010 VIII, Villa 0,014 0,140
V 0,006 0,020 IX, IXa 0,020 0,200
Т а б л и и а 4.68. Рекомендуемые классы чистоты
в зависимости от материала детали
Класс чистоты Материал детали Диаметр детали, мм, не бэлее
0—10 и грубее Стекло оптическое групп А, Б, а, у по ГОСТ 13917—68 и по ГОСТ 9411—75 —
III и грубее Стекло оптическое групп В, д по ГОСТ 13917—68 и по ГОСТ 9411—75 __
V и грубее. VI » » IV » » Кристил,'п>г. фюриды гигроскопические, пл;h i ипча- тые, твердые (корунды), полу- проводниковые 100
V и грубее Полимеры 250
V и грубее Металлы __
Царапины и точки размером, указанным и табл. 4.67 и менее, не
учитываю гея. Скопление лих дефекюв не учшывают, если общая
площадь участков, заншых под скоплением, ие превышает 30?о пло-
щади рабочей (снеговой) части поверхности деталей.
Для 111 — IXa классов чистоты число точек и суммарная длина
царапин размером от предельного для принятого класса по табл. 4,66
не должны быть более 50% от общего допускаемого числа точек и до-
пускаемой суммарной длины царапин. Необходимость нормирования
дефектов вне рабочей зоны устанавливают в технических требованиях
9* 259
Таблица 4.69. Рекомендуемые классы чистоты
в зависимости от назначения детали
Класс ЧИСТО*! Ы Риды оптических деталей
0—10 Сетки и коллективы в приборах с окуляром f0K — 10-г- -т-15 мм; шкалы н лимбы, рассматриваемые под Гок> > 25Х; дифракционные решетки
0—20 Сетки и коллективы в приборах с фокусным расстоя- нием окуляра f0K= 15 4- 25 мм; шкалы и лимбы, рас- сматриваемые под увеличением в пределах от 25 до 10х
0-40 Сетки и коллективы в приборах с окуляром /ок > 25 мм; шкалы и лимбы, рассматриваемые под Гок< 10х; под- ложки растров и детали, находящиеся в плоскости изображения фотоэлектронных систем, работающие в ПК области спектра
I Первая линза широкоугольных окуляров; первые лин- зы микрообъектов с увеличением более 10х
II Призмы, коллективы, первые линзы широкоугольных окуляров и другие детали, расположенные вблизи от пло- скости действительного изображения оптической системы; подложки для Диэлектрических зеркал в световой зоне, применяемые в твердотельных ОКГ и приборах, разрабо- танных на основе ОКГ
III Линзы окуляров телескопических систем; окулярные призмы; линзы окуляров микроскопов и измерительных лабораторных приборов, выравнивающие стекла фото- аппаратов; линзы обтекателей и линзы объективов, рабо- тающих в инфракрасной области в условиях солнечной засветки
IV Линзы окуляров, объективов и оборачивающих систем, призмы и пластины телескопических приборов. Лупы. Линзы конденсоров и объективов, работающих в инфра- красной области в условиях отсутствия солнечной засвет- ки. Выравнивающие стекла фотокамер. Подложки для ин 1ерферев пион пых фильтров
‘£60
Продолжение табл, 4.69
К пасс чисто!ы Виды оптических деталей
V Линзы объективов и оборачивающих систем, головные призмы, призмы в параллельных пучках и защитные стек- ла в телескопических приборах; линзы и зеркала фотогра- фических и линзы проекционных объективов диаметром от 20 до 50 мм; линзы конденсоров и объективов, работаю- щих в инфракрасной облас'1|1 в условиях отсутствия сол- нечной засветки; активные элементы (торцевая поверх- ность); цилиндрические двухканальные отражатели (внеш- няя и внутренняя поверхности), применяемые в ОКГ
VI Линзы объективов и оборачивающих систем телескопи- ческих приборов; линзы и зеркала фотографических и линзы проекционных объективов диаметром от 50 до 100 мм
VII Линзы и зеркала фотографических и астрономических объективов диаметром от 100 до 300 мм; смотровые стекла размером до 300 мм
VIII, IX Линзы и зеркала фотографических и астрономических объективов диаметром от 300 до 500 мм; смотровые стекла размером от 300 до 500 мм
Villa, IXa Линзы и зеркала фо1ографичееких и <u iровомических объективов диаметром более 500 мм; смо1ровые с текла раз- мером более 500 мм
Таблица 4.70. Зависимость класса чистоты
от диаметра рабочего отверстия
Диаметр рабочего отверстия, мм Класс чистоты
0 (плоскость изображения) 0—Ю. 0 —2Э, 0—40
;i<> 0.5 Св. 0,5 д,> 1,5 » 1,5 » 4,5 » 4,5 » 10 » 10 » 25 » 25 » 50 » 50 1 11 11! IV V VI VII—IXa
201
чертежа оптической детали. Краевые выколки размером более 0,8 мм
должны быть заматованы. Для разных участков поверхности допу-
скается применять различные классы чистоты. Для обозначения клас-
сов чистоты устанавливается буква Р с добавлением номера класса
(например, PV).
Допускается устанавливать различные классы чистоты по цара-
пинам и точкам (например, PIVIPI// соответственно).
При наличии в приборе нескольких плоскостей действительного
изображения, в которых установлены детали, следует учитывать общее
количество дефектов на этих деталях. Для поверхностей, на которые
будут наноситься просветляющие или отражающие покрытия, рекомен-
дуется требования по чистоте ужесточать на один класс. В табл. 4.68—
4.70 даны рекомендуемые классы чистоты для оптических деталей.
Литература: 11, 3, 1 1, 12, 13, 14, 15, 20 — 27, 33, 4 1, 45, 61, 66,
67, 71, 72, 78, 79, 81, 82, 85-89, 101, 102, 103, 105, 111, 112J.
Г Л Л В Л 5
КРЕПЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Конструирование узла крепления любой оптической детали пред-
ролагает обеспечение ее базирования, ориентирования и закрепления
В соединении с базовой механической основой, обычно называемой опра-
вой детали.
Конкретное конструктивное решение узла крепления зависит от
многих факторов: вида оптической детали, ее назначения, материала,
размеров и формы, от требований, регламентирующих функционирова-
ние этой детали в оптической системе прибора, от назначения прибора
и условий его работы, а также от вида производства.
При выборе типа крепления и разработке конструкции узла необ-
ходимо обеспечить выполнение следующих общих требований:
I) крепление должно быть надежным, т. е. во время работы прибора
положение оптической детали относительно оправы не должно изме-
няться;
2) замыкающие усилия, необходимые для осуществления сопря-
жения между оптической де гилью н оправой, не должны вызывать опас-
ных деформаций и напряжений;
3) базовая основа узла, ориентирующие и крепежные детали или их
элементы должны быть расположены вне габаритов светового пучка.
Поверхности этих элементов, находящиеся вблизи пучка, не должны
быть причиной появления рассеянного света и бликов в системе;
4) крепления должны быть технологичны, как в отношении изго-
товления детален, так и в отношении сборки.
Часто при конструировании узлов крепления оптических деталей
приходится учитывать особые требования, связанные со специфиче-
скими условиями работы тех или иных приборов. Так, для приборов,
работающих в нестабильном тепловом режиме, при больших перепадах
температуры, необходимо иметь в виду температурные деформации,
которые могут существенно повлиять на качество крепления. Для
некоторых приборов отдельные узлы крепления должны быть герме-
тичными, г. с. в местах соединения оптической детали и оправы следует
предусмотреть специальное уплотнение.
Во многих случаях к узлам крепления предъявляются дополни-
тельные требования, обусловленные особенностями производства опти-
ческих приборов, когда необходимая точность взаимного ориентирова-
ния оптических деталей достигается путем юстировки. В этих случаях
крепление оптической детали должно допускать необходимые юстиро-
вочные движения детали относительно оправы.
263
В некоторых конструкциях юстировочные движения приходится
обеспечивать за счет перемещений и повороши оправы с закрепленной
оптической деталью относительно конечной базовой детали узла (кор-
пуса, основания, кронштейна и т. д.).
Типичными видами приборных соединений являннся соединения
оптических деталей с механическими, к функционированию которых
предъявляются очень жесткие требования по точности, надежности,
стабильности и характеристикам силового режима. Поэтому при раз-
работке конструкций крепления оптических деталей следует руковод-
ствоваться перечисленными ниже основными принципами конструи-
рования.
1. Соединение оптической детали с элементами узла, обеспечива-
ющими базирование и ориентирование, должно быть статически опре-
деленным.
2. Ограничение смещений оптической детали в узле должно осу-
ществляться преимущественно поверхностями, расположенными пер-
пендикулярно к направлению этих смещений.
3. Ограничение поворотов (перекосов) оптической детали должно
осуществляться элементами крепления, расположенными па наиболь-
шем удалении в пределах габаритов оптической детали.
КРЕПЛЕНИЕ КРУГЛЫХ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Круглыми называются детали, край которых сошлифован при вра-
щепп11 заготовки вокруг оси, практически совпадающей с ее оптиче-
ской осью. При этом край оптической детали образуется в виде ссче-
Рис. 5.1. Схема базирования, ориентирования и крепления круг-
лых оптических деталей
тапня поверхностей вращения: цилиндрической (центрирующей) и
поверхностей фасок (вспомогательных). К таким деталям относятся:
линзы, светофильтры, сетки, защитные стекла; иногда круглыми бы-
вают и зеркала.
При любом методе крепления круглых оптических деталей цилин-
дрическая поверхность детали должна находиться в сопряжении с та-
кой же г,ну ।реппеп поверхностью А оправы (рис. 5.1). При этом будут
исключены дне степенн свободы детали — поперечные смещения у и х.
Для \ с! ptitin и я осевою смещения — г и поворотов <р(/ и <pv рабочая
поверхш.еи, /' .'iei.-i.in должна находиться в сопряжении с уступом Б
оправы. Так как ли сопряжение одностороннее (на всех вариантах
рис. 5.1 — со стороны первой поверхhovhi детали), то с протпвополож-
264
ной стороны должно быть осуществлено силовое замыкание С. Для
того чтобы на краю закрепленной детали не возникало «скалывающего»
момента сил, необходимо стремиться к тому, чтобы диаметр опоры Б
и диаметр линии приложения замыкающих сил С были одинаковыми.
Степень свободы <рг (поворот вокруг оси детали) обычно исключается
силами трения, возникающими во всех местах контакта оптической
детали с оправой и элементами крепления. Уплотняющие замазки,
применяемые с целью юрметпзации соединения детали с оправой, есте-
ственно, повышают сопротивляемосп. дошли но отношению к повороту.
В некоторых особых случаях ( ici.i ш больших размеров, очень жесткий
Г а б л н ца 5. I. Соединение круглых ошических деталей
с оправами. Допуски и посадки
Точность центри- рования Допуски Примеры применения
Харак- тери- стика Допуск на децен- триров- ку, мм на диаметры опти- ческих деталей на вну- тренний диаметр оправы
центри- рующих нецен- трирую- щих
1 2 3 4 5 6
Повы- шенная До 0,02 Л8 (С3) d9 (Ш3) Д9 (Д3) Линзы микро- объективов
д'<; (Д) </Н (Х4) Д7 М) Линзы свето- сильных фото- объективов
/7 (X) Точная опти- ка: линзы, сетки, шкалы
Средняя Св. 0,02 до 0,05 Л8 (С3) d9 (Ш3) Н9 Из) Линзы оку- ляров
сП (ЛД Н8 119 Оптика теле- скопических приборов, сет- ки, шкалы
1 1<)11 и - жениая Св. 0,05 </Н (А’.,) — Д11 (Л4) Конденсорные линзы, свето- фильтры, плоские зерка- ла, защитные стекла
.265
Таблица 5.2. Допуски иа посадочные диаметры
деталей, покрываемых эмалью
Посадочный диаметр детали, мм Рекомендуемые ноля допусков
до покрытия после покрытия
Св. 3 до 6 » 6 » 180 еб (X) §6, /18 (Д, С3)
Св. 3 до 6 » 6 » 180 (Ш) (Л) /7 (X)
динамический режим работы прибора) приходится прибегать к спе
цичльпым устройствам, препитстпуклцпм вращению детали.
Необходимо учесть, что для более правильного ориентирования
оптической дошли и оправе опора ее па уступ /> должна осуществляться
рабочей (полиров.шпой) поверхностью (рис. 5.1, а—в), а не фаской,
в расположении которой относительно оптической оси возможны боль-
шие ши репшости. Поэтому, если опора реализуется вогнутой поверх-
носп.ю де ।a.'in, приходится усложнять форму уступа оправы (рис. 5.1, в).
Исключение допускается только при наличии плоской конструктивной
фаски Ф, перпендикулярной оси детали (рис. 5.1, г). В этом случае иа
Т а б л и ц а 5.3. Толщина
слоя эмали в зависимости
от диаметра детали
Пос адочпый диаметр детали, мм Толщина слоя эмали, мм
Св. 3 до 10 0,008—0,012
» 10» 30 0,010—0,016
» 30 » 80 0,012—0,020
» 80 » 180 0,016—0,025
перпендикулярность плоскости фас-
ки по отношению к оптической оси
приходится назначать жесткие до-
пуски.
Посадка круглой оптической
детали в оправу по своему харак-
теру должна быть посадкой с га-
рантированным зазором. Отрасле-
вой стандарт ОСТ 3-2124—74 уста-
навливает выбор допусков на диа-
метры оправ и детален (одиночных
и склеенных) при различных требо-
ваниях к точности центрировки
(табл. 5.1).
В блоке склеенных оптиче-
ских деталей (например, линз) цен-
трирующей считается деталь с наивысшими требованиями по децен-
трнрованию; при одинаковых требованиях — с наибольшей толщи-
ной по краю.
На одиночные (несклеенные) детали назначаются допуски по дан-
ным столбцов 3 или 4 (табл. 5.1) в зависимости от требований к децен-
трированию. Для защитных стекол, к которым предъявлены требования
по герметизации, следует применять поле допуска е9 (Х3).
Оптические детали, требующие повышенной точности центриро-
вания, посадочные поверхности которых должны быть покрыты эмалью,
рекомендуется ниотоплять с. уменьшенным размером по диаметру,
применяя допуски в cooihctctihiii с данными табл. 5.2. В этом случае
на чертеже детали еле iyei указывать ра шеры диаметров до и после
покрытия.
266
Толщину слоя эмалн рекомендуется выбирать в соответствии с ве-
личинами, указанными в табл. 5.3.
При особо жестких требованиях к точности центрирования наи-
меньший посадочный зазор обеспечивается растачиванием оправы по
конкретному значению диаметра линзы с указанием в чертеже: «по-
верхность ... обработать по линзе ... с зазором ... — ... мм». Такой
метод, естественно, допустим только для единичного и мелкосерийного
производств.
Оправы для к|епления круглой оптики обычно изготовляются
из стали, алюминиевых i планов и .’laivini. Коэффициенты линейного
расширения этих ма lepini.'ion п oniipicckoiо cichi.i имеют существенное
отличие (в 2—Зраза). 1 ймгому для больших псреиа,ion icMiiep.i i уры ве-
личина посадочного зазора должна бып> проверена на он у h i вне на i яга
в иосадке оптической детали для нижнего предела темпера i \ рнот о
интервала и, в случае необходимости, зазор должен быть увеличен.
Однако, при нагревании до верхнего предела температурного интер-
вала зазор может достичь величины, недопустимой с точки зрения
точности центрироваиня.
При очень жестких температурных условиях работы приборов,
в особенности если оправы оптических деталей имеют большие размеры,
применяют титановые сплавы, коэффициенты линейного расширения
которых близки к коэффициентам линейного расширения стекла.
Поверхности оправ для антикоррозионной защиты и для умень-
шения отражающего действия (рассеянный свет, блики) должны иметь
черное покрытие в виде оксидных пленок или слоя матовой эмали.
В особенности это важно для внутренних посадочных и свободных
поверхностей. На протяженных гладких внутренних поверхностях
(цилиндрических, конических) целесообразно применять противо-
бликовое рифление (ОСТ 3-777—72).
Все, о чем было сказано выше, определяет то общее, что присуще
различным способам крепления круглой оптики, независимо or их
конкретной конструктивной реализации. Различия же способов креп-
ления заключаются лишь в средствах закрепления деталей и оправах.
Существуют следующие способы крепления: крепление завалыюв-
кой (закаткой), крепление резьбовым (зажимным) кольцом, крепление
пружинящими планками, проволочным («разрезным») кольцом и креп-
ление приклеиванием. Первые два вида крепления используются наи-
более широко, так как они являются универсальными для большого
числа типоразмеров деталей.
Крепление завальцовкой
При этом способе оптическая деталь удерживается в оправе тонкой
ее кромкой, которая приобретает свою конечную форму в результате
пластического деформирования металла во время завальцовки. Такое
крепление является неразъемным. Крепежная кромка оправы после
завальцовки находится в сопряжении с конусной поверхностью спе-
циальной фаски, сошлифтаппой па детали под углом 45, при этом она
не должна выступать за пределы фаски.
Профиль крепления завальцовкой показан на рис. 5.2, размеры
в миллиметрах элементов крепления в зависимости от диаметра детали D
даются в табл. 5.4.
Диаметр опорного уступа d2 определяется величиной светового
диаметра рабочей поверхности детали, базирующейся на него. Глубина
267
расточки оправы h определяется геометрией края линзы с учетом тол-
щины края, ширины фаски, величины d2 11 данных табл. 5.4.
Крепление занальцовкоп применяется для оптических деталей диа-
метром до 80 мм и для склеенных блоков до 50 мм. Такое ограничение
объяснявши гем, что крепежная кромка предельной толщины в 0,5 мм
по в состоянии обеспечить необходимую надежность крепления для
тяжелых детален, и особенности при наличии перегрузок (вибрации,
тряска, удары). Увеличить же толщину кромки невозможно, так как
в процессе завальцовки могут появиться выколки по краю детали.
Кроме того, только тонкая завальцованная кромка обладает пружиня-
щими свойствами, обеспечивая
Рис. 5.2. Размеры элементов оправы
для крепления завальцовкой
ров. Все оправы имеют резьбу для
узла и средства для завинчивания-
стия под ключ (б) и шлицы под 1<
Соотношения между размерам!
прпяз ня.
необходимое силовое замыкание
детали и оправы при отсутствии
пережатий, а также хорошую
компенсацию осевых темпера-
турных деформаций.
Материалы оправ при этом
методе крепления должны об-
ладать высокой пластичностью.
I |.Н1лучш!1м является латунь
ЛС59 I; применяются также:
латунь Л62, дюралюминий ма-
рок Д1, Д6, Д16, низкоуглеро-
дистые конструкционные стали
(сталь 20, сталь 30).
На рис. 5.3 показаны кон-
струкции оправ, наиболее часто
применяемых для крепления
круглых деталей средних разме-
соеднненпя их с базовой деталью
- накатку на буртике (а), отвер-
люч (и).
I отдельных элементов оправ для
наиболее типовых конструкций устанавливаются стандартом пред-
Т а б л н ц а 5.4. Размеры элементов оправ иод завальцовку
/1 S / 1,
До 10 От 0,2 до 0,3 0.3- 0.4 1,6 0.3
Св. 10 до 30 0,5—0,7 2.0 0,5
Св. 30 до 50 От 0,3 до 0.4 1.0—1,2 2,5 0,8
Св. 50 до 80 ()г 0,4 до 0,5 1.2- 1,6 3,0 1.0
268
На рис. 5.4 даны следующие типовые примеры крепления заваль-
цовкой:
— отрицательной линзы малого диаметра (о), закрепленной
в оправе, имеющей базовые поверхности в виде цилиндрической наруж-
ной поверхности и двух параллельных плоских торцов, перпендику-
лярных оси линзы;
— линзового склеенного блока (например, объектива телескопиче-
ской системы) (б) закрепленного в оправе, имеющей крепежную резьбу
и опорный буртик;
— плосковыпуклой линзы (в), завальцованной в оправу анало-
гичной конструкции, причем завальцовка осуществлена со стороны
буртика оправы;
— системы трех несклеенных линз и двух промежуточных ко-
лец (г), закрепленных в общей оправе;
Рис. 5.4. Примеры крепления завальцовкой
— плоскопараллельной пластинки с приклеенной к ней линзой
в оправе (д'), базовыми поверхностями которой являются наружная
цилиндрическая и две плоскости торцов.
Крепление резьбовым кольцом
При этом способе крепления oniii'icck.isi ;ici;i.ii> прижимаемся
К опорному уступу оправы резьбовым кольцом, кромка которого на-
жимает па деталь с противоположной стороны. Это крепление разъем-
ное, как и всякое соединение деталей с использованием резьбы.
На рис. 5 7 показаны следующие примеры конструкций узлов
крепления оптических деталей резьбовым кольцом:
— двояковыпуклой линзы в оправе (а), имеющей базовые эле-
менты в виде резьбы и буртика;
269
расточки оправы h определяется геометрией края линзы с учетом тол-
щины края, ширины фаски, величины d2 11 данных табл. 5.4.
Крепление завальцовкой применяется для оптических деталей диа-
метром до 80 мм и для склеенных блоков до 50 мм. Такое ограничение
объясняс1ся гем, что крепежная кромка предельной толщины в 0,5 мм
по в состоянии обеспечить необходимую надежность крепления для
тяжелых детален, и особенности при наличии перегрузок (вибрации,
тряска, удары). Увеличить же толщину кромки невозможно, так как
в процессе завальцовки могут появиться выколки по краю детали.
Кроме того, только тонкая завальцованная кромка обладает пружиня-
щими свойствами, обеспечивая
Рис. 5.2. Размеры элементов оправы
для крепления завальцовкой
ров. Все оправы имеют резьбу для
узла и средства для завинчивания-
стия под ключ (б) и шлицы под 1<
Соотношения между размерам!
прпяз ня.
необходимое силовое замыкание
детали и оправы при отсутствии
пережатий, а также хорошую
компенсацию осевых темпера-
турных деформаций.
Материалы оправ при этом
методе крепления должны об-
ладать высокой пластичностью.
I |.Н1лучш!1м является латунь
ЛС59 I; применяются также:
латунь Л62, дюралюминий ма-
рок Д1, Д6, Д16, низкоуглеро-
дистые конструкционные стали
(сталь 20, сталь 30).
На рис. 5.3 показаны кон-
струкции оправ, наиболее часто
применяемых для крепления
круглых деталей средних разме-
соеднненпя их с базовой деталью
- накатку на буртике (а), отвер-
люч (и).
I отдельных элементов оправ для
наиболее типовых конструкций устанавливаются стандартом пред-
Т а б л н ц а 5.4. Размеры элементов оправ иод завальцовку
/1 S / 1,
До 10 От 0,2 до 0,3 0.3- 0.4 1,6 0.3
Св. 10 до 30 0,5—0,7 2.0 0,5
Св. 30 до 50 От 0,3 до 0.4 1.0—1,2 2,5 0,8
Св. 50 до 80 ()г 0,4 до 0,5 1.2- 1,6 3,0 1.0
268
На рис. 5.4 даны следующие типовые примеры крепления заваль-
цовкой:
— отрицательной линзы малого диаметра (о), закрепленной
в оправе, имеющей базовые поверхности в виде цилиндрической наруж-
ной поверхности и двух параллельных плоских торцов, перпендику-
лярных оси линзы;
— линзового склеенного блока (например, объектива телескопиче-
ской системы) (б) закрепленного в оправе, имеющей крепежную резьбу
и опорный буртик;
— плосковыпуклой линзы (в), завальцованной в оправу анало-
гичной конструкции, причем завальцовка осуществлена со стороны
буртика оправы;
— системы трех несклеенных линз и двух промежуточных ко-
лец (г), закрепленных в общей оправе;
Рис. 5.4. Примеры крепления завальцовкой
— плоскопараллельной пластинки с приклеенной к ней линзой
в оправе (д'), базовыми поверхностями которой являются наружная
цилиндрическая и две плоскости торцов.
Крепление резьбовым кольцом
При этом способе крепления oniii'icck.isi ;ici;i.ii> прижимаемся
К опорному уступу оправы резьбовым кольцом, кромка которого на-
жимает па деталь с противоположной стороны. Это крепление разъем-
ное, как и всякое соединение деталей с использованием резьбы.
На рис. 5 7 показаны следующие примеры конструкций узлов
крепления оптических деталей резьбовым кольцом:
— двояковыпуклой линзы в оправе (а), имеющей базовые эле-
менты в виде резьбы и буртика;
269
становится эластичным, что позволяет избежать нежелательного дей-
ствия осевых температурных деформаций.
При креплении толстых линз (или склеенных линзовых блоков),
работающих в условиях больших перепадов температуры, главной
задачей является компенсация температурных деформаций. Опа может
быть решена применением пружинного кольца с гладкими торцами,
имеющего два пли более рядов прорезей.
Пружинные кольца с тремя выступами, расположенными под
углом 1'20’, применяются для крепления топких линз средних и боль-
ших диаметров, зеркал н других деталей с целью устранения возмож-
ных изгибающих усилий, по отношению к которым они очень чувстви-
тельны. В этом случае оптическая деталь должна опираться только
на три выступающие участка оправы, расположенные также под углом
120° (на «три точки»). Такие площадки фрезеруются на опорном уступе
оправы (рис. 5.6, а—в) или обеспечиваются прокладками (рнс. 5.6, г, д).
При этом пружинное кольцо должно быть ориентировано так, чтобы
Рис. 5.8. Конструкции резьбо-
вых колец
его выступы находились против выступов оправы. Это достигается
специальными фиксирующими устройствами, например с помощью
установочного винта в оправе и продольного паза в кольце, как это
показано на рис. 5.6, б, в. Три силы, приложенные к детали в точках
контакта пружинного кольца компенсируются тремя силами реакции
в точках контакта детали и оправы (опасных изгибающих моментов
при этом ие возникает).
Па рнс. 5.7, а—в изображены типовые оправы для крепления
резьбовыми кольцами. Примерные соотношения размеров в мм: </, =
= D', d2 == Н- 0,2, где D — полный и 1)} — световой диаметры
линзы; Dp с!, -|- 0,2 + . где — высота профиля резьбы
5^0,54/’); Sp — (64-10) /’; /).( -- -|- (2-;-10) (/,, определяется осо-
бенностями конструкции всего узла); /р -- (6М0) Р и Р' —шаги
272
резьб внутренней и наружной соответственно. Обычно применяется
мелкая резьба с шагом 0,5; 0,75; 1 мм в зависимости от толщины стенки
оправы и кольца. При креплении линз больших диаметров применяется
резьба и с более крупным шагом.
Для завинчивания резьбовые кольца и оправы должны иметь
шлицы или отверстия под ключ. Все резьбовые соединения, в том числе
и резьбовые кольца должны предохраняться от самоотвинчивания сто-
порными винтами или краской.
На рис. 5.8 представлены рси.бовые кольца наиболее распростра-
ненных типов. Соотношения их размеров определяются геометрией
посадочных мест оправы под кольцо и спешным диаметром линзы на
ее рабочей поверхности со стороны кольца.
Рис. 5.10. Типы пружинных колец
На рис. 5.9 даны типы колец, которые могут применяться, как
промежуточные, в узлах крепления нескольких оптических деталей,
разделенных воздушным промежутком, а также, из конструктивных
соображении, могут устапанлп1шться между реп.боным кольцом понти-
ческой деталью или между резьбовым и пружинным кольцами.
На рас. 5.10 даны дна пари,ина копс|рукцпй пружинных колец
(с одним и двумя рядами npopeieii). Тип и размеры пружинного кольца
определяются массой .з.зкреп.1 яемой детали (или деталей) с учетом
инерционных перегрузок, которые зависят от условий работы прибора.
Максимальный прогиб каждого пружинящего элемента кольца не
должен быть больше половины ширины прорези.
Стандартами предприятий более подробно определяются соот-
ношения между размерами элементов оправ и деталей крепления для
наиболее употребимых вариантов конструкций.
Кроме материалов, используемых при креплении деталей заваль-
цовкой, для изготовления оправ, резьбовых и промежуточных колец
могут применяться автоматные стали А12, А20, закаленный дюралюми-
ний Д1Т, Д6Т, Д16Т. Для оправ в серийном производстве могут при-
меняться литейные алюминиевые сплдвы АЛ2, АЛ9, АЛ13. Для пру-
жинных колец применяются обычно стали: сталь 40, сталь 59.
Крепление пружинящими планками
По своим свойствам этот вид крепления аналогичен креплению
оптических деталей с помощью пружинного и резьбового колец «на
трех точках». Суть крепления заключается в том, что в трех небольших
зонах («точках»), расположенных под углом 120°, на оптическую деталь
нажимают три одинаковые плоские пружины или три выступа одной
273 .
пружины; обеспечивая силовое замыкание детали на базируювдт
уступ оправы. Эти плоские пружины обычно и называются пружиня*
щнми планками Прижимные пружинящие планки прикрепляются
к оправе винтами, их конструкция и расположение относительно оправа*
могут быть самыми разнообразными. Конкретное конструктивное реше-
ние зависит от особенностей конструкции оправы и всего узла. (
На рис. 5.11 показаны следующие варианты крепления круглы!
оптических деталей пружинящими планками:
— тремя радиально расположенными планками (а), каждая из
которых прикрепляется двумя винтами к широкому фланцу оправы;
концы планок нажимают на выступающую поверхность детали; вариант
невыгоден в отношен и и поперечных габаритов узла;
— тремя планками (б), для закрепления которых на оправе тре-
буется меньшая ширина торца; планки при этом имеют более сложную
форму (в);
— пружинящими планками (а), прикрепленными к лыскам на
стенке оправы снаружи;
— светофильтра (д) накладным кольцом с тремя пружинящими
выступами;
— круглого зеркала (е) накладным кольцом с шестью пружиня-
щими элементами;
— линзы (ж) тремя специальными пружинящими планками, при-
крепленными винтами к внутренней поверхности стенки оправы.
Крепление пружинящими планками целесообразно применять для
оптических деталей большого диаметра (80 мм и более), так как при
этом относительное увеличение габаритов узла будет невелико. Однак©
274
некоторые варианты конструкций могут использоваться в неотаетствеп-
дмк случаях и для деталей малого диаметра (рис. 5.11, д, е). Прижимные
планки изготовляют из сталей марок 65Г и У8А.
„ю, Крепление проволочным кольцом
Этот способ конструктивно прост и технологичен, но используется
ТоЛько для крепления круглых оптических деталей в наименее ответ-
ственных случаях, когда не предъявляется высоких требований к точ-
ности, надежности и герметичности соединения. К таким деталям отно-
сятся: светофильтры, защитные стекла (не в оптической системе), рас-
сеиватели, небольшие круглые экраны, конденсорные линзы, освети-
тельные зеркала.
На рис. 5.12 приведены примеры конструкций такого крепления.
Из рисунка ясно, что оптическая деталь находится между уступом
оправы и выступающей частью проволочного кольца, помещенного
в специальную канавку. Канавка обычно выполняется прямоугольного
сечения (рис. 5.12, а). Ее ширина равна диаметру проволоки, глу-
бина — половине диаметра. Для облегчения сборки, развернутая длина
кольца должна бып, такой, чтобы между его копнами после установки
в канавку оставался промежуток в несколько миллиметров. Наружный
диаметр свободного кольца (до сборки) должен бып. больше внутреннего
диаметра канавки. Кольца изготовляются из пружинной проволоки;
ее диаметр (обычно 0,5—1,5 мм) зависит от размера оптической детали.
Во избежание выколок, сопряжение оптической детали и кольца
должно осуществляться по поверхности ее фаски. Ввиду наличия откло-
нений в размерах глубины расточки и ширины канавки в оправе, а также
толщины детали по краю, это сопряжение возможно только с осевым
зазором, в пределах которого оптическая деталь может смещаться и
перекашиваться.
На рис. 5.12, б, г показаны варианты крепления светофильтра
и зеркала в штампованных оправах. На рис. 5.12, в приведено крепле-
ние линзы конденсора. В этом случае проволочное кольцо упирается
в поверхность конусной расгочки. Осевая составляющая сил реакции
на линии контакта будет действовать па линзу и прижимать се к уступу.
Для этого угод конуса и жесткость кольца должны быть рассчитаны
с учетом массы линзы и возможных перегрузок.
Крепление приклеиванием
В конструктивном отношении этот способ является самым простым,
1ак как он не требует других элементов крепления, кроме оправы и
вклеивающего вещества. Однако, этот вид крепления применяется
275
с некоторыми ограничениями. Крепление неразъемное и жесткое.
При больших перепадах температуры, из-за разницы коэффициентов
термического расширения материалов оптической детали и оправы,
возможно расклеивание нлн возникновение недопустимых напряжений
в стекле п деформаций детали. Поэтому при таких условиях работы,
этот способ применяется в основном для неответственных деталей
(осветительные зеркала и линзы, светофильтры, защитные стекла).
В лабораторных приборах, для которых тепловой режим более
стабилен, приклеивание используется и для крепления деталей с вы-
сокими требованиями к качеству функционирования (например, таких,
Рис. 5.13. Крепление круглых деталей приклеиванием
как линзы объективов), в особенности в тех случаях, когда реализация
других способов крепления затруднительна (детали очень малого диа-
метра). При этом следует учитывать, что некоторые склеивающие
вещества при затвердевании (испарении растворителя или полимери-
зации) сильно уменьшаются в объеме (усаживаются), что может вызвать
появление напряжений в оптической детали сразу же после завершения
процесса склейки. 'Гак, например, акриловый клей имеет усадку до
50%. Следовательно, для лабораторных приборов в ответственных слу-
чаях крепление приклеиванием допустимо применять только для дета-
лей малого размера и жестких по своей конструкции (относительно
большой толщины).
Естественно, что качество крепления будет выше при следующих
условиях: если рабочий температурный интервал Уже, клен имеет наи-
меньшую усадку и после завершения цикла склейки клеевой шов не
превращается в твердое вещество, а приобретает податливость, причем
не плас i пчную, а упругую, г. е. шов становится эластичным. При соб-
людении этих условий способ приклеивания может быть распространен
и на детали больших размеров. В наиболее ответственных случаях
нежелательные воздействия приклеивания должны проверяться рас-
четом и в эксперименте.
276
Конструктор, использующий этот способ крепления, дглкеп учи-
тывать и особенности технологии. Например, что цикл затвердевания
(сушки) — длительный (от нескольких часов до нескольких суток).
Режим сушки часто требует применения термостатированных камер
и характеризуется повышенными значениями температуры. Для точ-
ного базирования и ориентирования детали относительно оправы
в процессе склейки и сушки необходимы специальные приспособления.
На рис. 5.13 показаны следующие семь вариантов конструкций
крепления круглых деилей приклеиванием:
— плоскопараллельной ii.iaciiniKii (<л), когда клеевой шов форми-
руется за счет фасок /leia.'ni и оправы, а башрованне осуществляется
по внутренней новерхпое гп расточки и yciyny;
— фрон гальпой линзы микрообьектипа (б), базирующейся па фаску;
клеевой шов располагается в пределах зазора между сопрягаемыми
поверхностями;
— плоскопараллельной пластинки (й), если клеевой шов форми-
руется специально увеличенным зазором в посадке; осевое базирование
производится на уступ оправы;
— осветительного зеркала в оправе (г); клеевой шов усилен за
счет периметра выступающего края детали и торца оправы;
— плосковыпуклой линзы малого диаметра (д); клеевой шов на-
ходится в зазоре между расточкой оправы и наружной поверхностью
линзы в пределах глубины расточки (базирование на плоскость рас-
точки);
— линзы с достаточно большой толщиной по краю (е); для созда-
ния клеевого шва используются специальная расточка оправы и ф;к ка
линзы;
— простейшего крепления посредством клеевого шва (ж), который
формируется только за счет фаски оправы.
Для приклеивания оптических деталей к металлическим оправам
могут применяться: оптические клеи по ГОСТ II667 (>9 (акриловый,
эпоксидные OK-50J1, (Ж-72<1> и полигфирпый клей ()1< 90 плаеiифи
цированнып), технические клеи по 1’1М 9 71 (но.ип ........
ПУ-2, шеллачный). 1 ер ме i и к и но ( >С Г J |9'*7 7.1 (УТ N 1-И),
герметик УЗО м (Г(>СГ 1.3169 GS). I JaiiOo.ii.iiieii ti.-icithiii >сшо обла-
дают полиуретановый клей п iермеiики.
КРЕПЛЕНИЕ ЗЕРКАЛ
Как известно, оптические зеркала, несмотря на кажущуюся кон-
структивную простоту, требуют особого подхода при разработке кон-
струкций узлов их крепления. Это объясняется тем, что искажение
формы рабочей поверхности зеркала сильно влияет на качество изоб-
ражения. Ввиду того что зеркало является относительно тонкой де-
талью, оно очень чувствительно к деформациям, в особенности к и шибу.
Для неответственных зеркал круглой фор.мы (например, осветитель-
ных) могут применяться обычные жесткие способы крепления или упро-
щенные, о которых говорилось выше.
Для крепления зеркал, которые участвуют в построении изобра- ,
жения и находятся в основном пучке оптической системы, обязатель-
ными являются: условие статической определенности соединения (опора
сна три точки»), эластичность соединения (создание трех замыкающих
усилий с помощью пружинных элементов), компенсация воздействия
колебаний температуры (наличие посадочных зазоров, эластичных
277.
крепежных элементов, подбор материалов), возможность регули-
ровки величины замыкающих усилий.
Этим условиям для круглых зеркал в большой мере удовлетво-
ряют способы крепления резьбовым кольцом с промежуточным пру-
жинным и пружинящими планками.
Пружинящие планки могут применяться
н для крепления некруглых зеркал.' .
Крепление зеркал любой конфигура-
ции с помощью прижимных планок (ла-
пок). В этом случае оправой является
плоская деталь, у которой имеются три
выступающие площадки, являющиеся опо-
рами для зеркала. Иногда эти опоры вы-
полняются в виде прокладок из алюминие-
вой или латунной фольги. Прижимные
планки закрепляются на оправе таким об-
разом, чтобы их замыкающие элементы
иоздейстиовали на черкало в местах,
определяемых расположением онер. Так
как планки жесткие, то эластичность крепления обеспечивается
специальными прокладками, устанавливаемыми между планками и
зеркалом.
На рис. 5.14 прсдс1авлепы следующие конструкции крепления
различных по форме зеркал с помощью прижимных планок (лапок):
— круглого зеркала па плоской оправе (а) с базированием по трем
278
выступам; г-образные прижимные лапки соединяются основанием
с теми же опорными площадками оправы посредством винтов; усилие
прижима необходимой величины можно обеспечить за счет подбора
толщины эластичных прокладок;
— такого же зеркала (б), как и в предыдущем случае, но лапками,
имеющими Г-образную форму, закрепляемыми на боковой поверхности
оправы, что дает возможность регулировать усилие прижима смещением
Рис. 5.15. Разновидности
крепления некрутых зеркал прижимными
планками
лапок в пределах зазоров в крепежных отверстиях под винты; опора
зеркала на три прокладки из фольги;
— плоского зеркала прямоугольной формы (в); зеркало прижи-
мается к опорным площадкам оправы планками, прикрепленными
винтами к боковым стенкам оправы; крайние планки одновременно
ограничивают вертикальные смещения зеркала;
— плоского зеркала некруглой формы (а) тремя прижимными лап-
ками, конструкция которых подобна варианту (б);
— крепление вогнутого зеркала с прямоугольным краем (д);
рабочие элементы прижимных лапок расположены с учетом кривизны
поверхности зеркала.
На рис. 5.15 даны некоторые модификации крепления зеркал при-
жимными планками:
— прямоугольного зеркала на плоской оправе (а), положение
которого определяется внутренними плоскостями рабочих элементов
прижимных лапок; усилия прижима обеспечиваются эластичными
279
прокладками, помещенными между зеркалом и оправой; за счет раз-
ности высот ланок возможен перекос зеркала относительно оправы;
• — крепления плоского зеркала (б) с базированием на сферические
концы установочных винтов; силовое замыкание осуществляется за
снег деформации эластичной прокладки между зеркалом и оправой;
с помощью винтов можно легко регулировать усилие, по при этом из-
меняется положение базирующих элементов и зеркало перекашивается;
такое совмещение функций не всегда приемлемо. 11а рисунке хорошо
видна другая эластпиная прокладка, расположенная между краем
зеркала и сгонкой прижимной лапки; она нужна для ограничения
продольных сдвигов зеркала ври одновременной компенсации действия
те м не ратур11 ых дефор маци й;
— крепления вогнутого зеркала симметричной конструкции (б);
зеркало опирается па две выступающие площадки, расположенные
в средней части оправы вдоль ее длинных сторон; прижим создается
двумя лапками, каждая из которых имеет по два рабочих элемента;
оиорпые площадки в этом случае требуют доводки;
- крепления зеркала, в котором участвует только часть его
длины (.); применяется при ограниченных габаритах; на разрезе видно,
чю зеркало прижимается к плоскости оправы планкой и Г-образной
лапкой, продольные смещения зеркала ограничиваются с помощью
вкладыша тина шпонки. . .
280
Консольное крепление. Оно применяется для крепления зеркал.
работающих в качестве светоделителе!!, и должно выполняться иа таком
удалении от рабочей зоны зеркала, чтобы деформации, вызываемые
креплением не влияли на качество его поверхности. Закрепляемый
край зеркала обязательно базируется на оправу через прокладку
(рис. 5.16, а, б); эластичные прокладки нужны и в местах контакта
крепежных деталей. В особенности это важно для зеркал, испытыва-
ющих перегрузки [(например, в момент фиксации переключающегося
зеркала (рис. 5.16,6)].
При особо жестких тре-
бованиях в отношении де-
формаций зеркала, для кре-
пления используют спе-
циальные, предусмотренные
на нем выступы (рис. 5.16, в).
На рисунке показано креп-
ление зеркала пентагональ-
ного отражателя. Полиро-
ванная плоскость выступов
находится в сопряжении
с притертыми площадками
оправы; прижимные планки
воздействуют на зеркало че-
рез эластичные прокладки.
На рис. 5.16, г приве-
дена конструкция концевого
отражателя дальномера.
Кварцевые зеркала и кре-
пежное основание соединены tz
сваркой в единый блок, ко-
торый базируется па трех сферических подпятниках. Прижим обе-
спечивается с помощью ciiMoycran.'iH.'iniiaioHiei осн диска и трех
шариков. Усилие создаеюя за ин 11 ч 11 на 11 нем i.hikh, которая дей-
ствует на диск через сферическую шайбу. Поперечные смещения
ограничиваются тремя угольниками черс! эластичные прокладки.
Юстировка отражателя производится изменением высоты подпятников
и подвижкой угольников. Крепление довольно сложно по конструкции,
но позволяет сохранить высокую точность формы и положения зеркал
при колебаниях температуры и перегрузках.
Для крепления зеркал (чаще круглых) используют и пружины.
На рис. 5.17 даны две такие конструкции; замыкающее усилие соз-
дается проволочной винтовой пружиной сжатия. На рис. 5.17, а по-
казано, что усилие не регулируется, базирование зеркала осуществ-
ляется на плоскую кромку кольца. Во втором варианте усилие регули-
руется специальным винтом, положение коюрого стопорится гайкой
(рис. 5.17, б).
Зеркало базируйся на уеци оправы. Между зеркалом
И пружиной обязательно наличие плас i ины с выступом но краю. С ее
помощью усилие равномерно расиределясп я по кромке зеркала. Креп-
ление пружиной обеспечивает стабилыюсiь формы зеркала при колеба-
ниях температуры. Возможно улучшение этих вариантов за счет ба-
зирования на три площадки и прижима в трех точках. Вместо винтовых
пружин иногда применяют пластинчатые. Посадка зеркала в оправу
должна быть с гарантированным зазором при любой температуре в пре-
делах рабочего диапазона.
281
Крепление зеркала в трубе. Такой вариант крепления показан
на рис. 5.18. Чаще всего так закрепляются наклонные зеркала, распо-
ложенные под углом 45° к оси трубы. Боковая поверхность зеркала —
цилиндрическая; она сошлифована в приспособлении при наклоне за-
готовки па 45° по отношению к оси вращения. Рабочая отражающая
поверхность зеркала ограничена эллипсом, малая ось которого равна
посадочному диаметру оправы.
Зеркало базируется на наклонную плоскую кромку опорной втулки,
предварительно вставленной в оправу. После регулировки по углу
Рис. 5.18. Крепление наклон-
ного зеркала в трубе
Рис. 5.19. Упрощенные кон-
струкции крепления зеркал
поворота втулка стопорится. Крепление зеркала осуществляется с про-
тивоположной стороны посредством подобной же втулки, только с от-
вергшем для прохода отраженного света. Эта втулка может фикси-
[ювптын резьбовым кольцом (рис. 5.18, а) или винтом (рис. 5.18,6).
1o:im(»kiii.i деформации черкала от неравномерного зажатия н темпе-
ратурных влияний. Качество крепления может быть улучшено при ис-
пользовании пружинного кольца, которое должно быть установлено
между реп.бовым кольцом и прижимной втулкой.
На рис. 5.19, а—в представлены некоторые упрощенные варианты
крепления зеркал, которые могут применяться в неответственных слу-
чаях при низких требованиях к точности зеркала. Такие крепления
допустимы для зеркал небольших размеров.
Крепление крупногабаритных зеркал. При этом способе крепле-
ния (например, в астрономических приборах) приходится учитывать
действие большой массы зеркала. Трех опор при этом уже недостаточно.
Зеркало устанавливается на большее число опор, как осевых, так и
радиальных. Опоры выполняются самоустаиавливающимися и регули-
руемыми. Применяются также дополнительные пружинные опоры для
разгрузки основных базирующих. Весьма важной является проблема
282
автоматической компенсации разницы температурных деформаций
зеркала и оправы. Решение этой проблемы связано с расчетом и кон-
струированием различных термокомпенсаторов. Подробно изложить
всю специфику разработки конструкции крепления астрономических
зеркал в ограниченном объеме главы справочника не представляется
возможным. Это особая область конструирования и она требует исполь-
зования специальной литературы.
КРЕПЛЕНИЕ ПРИЗМ
Конструкции у ион креплении прием в ирам икс оптического'при-
боростроения весьма p.i iiiooOp.i пп,1. Эю определяется и первую очередь
многообразием типов призм. Наиболее часто встречаются следующие
способы крепления, которые можно считать типовыми: крепление на-
кладкой, угольниками, установочными винтами, прижимными план-
ками (лапками), пружинами, приклеиванием. В принципе выбор креп-
ления мало зависит от типа призмы и определяется в основном кон-
структивными, технологическими и эксплуатационными требованиями.
Иногда применяются комбинации элементов крепления различных
типовых способов; в некоторых случаях из-за особенностей функциони-
рования призмы или особенностей ее формы применяются специальные
способы крепления.
Все конструкции крепления призм должны удовлетворять те.м
общим требованиям, которые изложены в начале главы. Дополнительно
можно отметить следующее.
1. Рабочие и нерабочие поверхности призмы — плоскости, по-
этому только эти плоскости могут-быть базовыми элементами призмы.
Чаще основной базовой плоскостью бывает одна — нерабочая грань
призмы. При сопряжении ее с опорной плоскостью оправы (основания,
плато) призма лишается трех степенен свободы. Замыкание сопряжения
осуществляется со стороны противоположной i рани нршмы элементом
крепления, по названию которого и определяен я H.i.iii.inne всего спо-
соба (накладка, угольник и г. д ). Остальные три печени свободы отни-
маются ориентирующими планками, которые прижимаются к другим
граням призмы вне светового пучка и закрепляются на оправе.
2. Опорная плоскость оправы, на которую базируется призма,
должна иметь высокую степень плоскостности; только при этом будет
обеспечена определенность положения на плоскости и исключена воз-
можность изгибающих деформаций. При больших размерах призмы,
для уменьшения влияния погрешностей формы основания, в середине
его делают выборку, тогда призма базируется краевым участком по
периметру базирующей грани или на два протяженных элемента опоры.
В особо ответственных случаях применяют базирование и на три вы-
ступающие площадки основания, но при этом, для исключения изги-
бающих деформаций, прижим призмы нужно производить тоже в трех
точках ни противоположной грани.
3. Между призмой п крепежным элементом, как правило, следует
ставить эластичную прокладку, которая компенсирует погрешности
в расположении крепежного элемента относительно призмы и распре-
деляет усилие по большей площади.
4. Ребра призмы, во избежание выколок, не должны контактиро-
вать с базирующими, ориентирующими и крепежными элементами
конструкции.
5. В некоторых случаях удобно базировать призму на рабочую
грань (или две грани). Если это преломляющая грань, то фактически
,283
базирование будет происходить на четыре участка грани за пределами
ее светового диаметра. Если это отражающая грань с зеркальным по-
крытием, то базирование пе должно испортить покрытия. В случае
Рис. 5.20. Крепление призм на-
кладкой
использования отражающей грани с полным внутренним отражением
базирование может осуществляться только по краю грани тоже за
пределами габаритов светового пучка.
6. Призмы являются довольно жесткими деталями и хорошо про;
тнвостоят деформациям. Поэтому, очевидно, в большинстве способов не
предусматривается специальных устройств для равномерного распре-
деления зажимающих усилий или для компенсации температурных
деформаций, кроме эластичных прокладок в местах крепления. К таким
284
способам крепления (мы называем их жесткими) относятся шт, кроме
крепления пружинами. Наиболее чувствительно к температурным ре-
формациям крепление приклеиванием. Наилучшим образом компен-
сируются температурные деформации при креплении пружинами.
7. Часто требуется в узле крепления призмы обеспечить возмож-
ность ее юстировки относительно оправы. Не все способы допускают это
в одинаковой мере. Приклеивание, как неразъемное соединение, после
завершения цикла склейки юстировок не допускает. Очень затрудни-
тельно или совсем невозможно обеспечить такую юстировку при реали-
зации способа крепления призмы прижимными планками (лапками).
В этих случаях приходится разрабатывать конструкцию юстировоч-
Рис. 5.21. Разновидности крепления призм накладкой
него устройства оправы с закрепленной призмой относительно базовой
детали всего узла (основания, кронштейна, корпуса и т. п.).
Остальные способы крепления легко обеспечивают юстировку призмы
относительно оправы в виде поворотов и смещении в плоскости базовой
грани. При креплении пружиной с одновременным базированием на две
грани удается обеспечить различную юстировку в широких пределах.
Крепление накладкой. Такое крепление показано на рис. 5.20
и 5.21. Во всех конструкциях призма устанавливается па плоскость
оправы и прижимается накладкой через эластичную прокладку. Концы
накладки прикрепляются к стойкам, жестко соединенным с оправой.
11а рнс. 5.20 iipe.ic тавлепы следующие примеры креплений:
— прямо) пушной при imi.i с о Шим о। раженном (о), башрхющейся
иа плосш'сп. онр.пи.1 и усiyin.i; ii.ik.t.i.ik.i расположена на двух стойках
круглого сечения; юсiпровка заiрудпена н возможна только за с^ет
дополни’;:слы!ой обработки упупов;
— нентапризмы (б) с базированием на плоскость оправы и кромки
ориентирующих планок; оправа закреплена относительно монтажной
основы узла (кронштейна) на сферическом подпятнике с возможной
юстировкой в виде малых поворотов вокруг трех осей;
285
— прямоугольной призмы с одним отражением («), ориентирование
которой в плоскости основания возможно только с помощью трёх планок;
— пентапризмы на круглом основании (г); накладка прикреплена
к стойкам гайками; юстировка допустима только в плоскости основания
за счет изменения положения ориентирующих планок;
— прямоугольной призмы с двумя отражениями (б); базирование
осуществляется на плоскость и уступ оправы;
На рис. 5.21 показаны способы крепления:
— склеенной призмы Аббе с крышей (а); накладка закреплена
на трех стойках; ориентирование производится с помощью планок,
одна из которых фаской опирается на грань крыши;
Рис. 5.22. Варианты конструкций стоек
— прямоугольной призмы (6) в корпусе, являющимся коленом,
соединяющим две трубы под углом 90°; на основании корпуса профре-
зерована площадка для базирования призмы и ориентирующих планок;
накладка крепится одним концом винтами к стенке корпуса, другим
концом — в пазу прилива;
— прямоугольной призмы с крышей (в); базирование осуществ-
ляется гранями крыши на фаски оправы; ориентирование в направлении
ребра крыши обеспечивается наклонным уступом оправы и планкой,
а прижим — накладкой через эластичную прокладку на фаску призмы:
— призмы (г) с двумя отражениями и углом отклонения 120°
(из семейства пентапризм); ориентирование реализуется двумя план-
ками.
На рис. 5.22, а—е показаны конструктивные варианты закрепле-
ния накладок на концах стоек и варианты крепления стоек к оправе.
Крепление угольниками. Разновидности креплений этого типа при-
ведены на рис. 5.23 следующими примерами:
— пентапризма (а) закреплена двумя угольниками z-образной
формы; ориентирование происходит в плоскости основания с помощью
планки, прижатой к преломляющим граням призмы; усилие зажима
создается за счет деформации эластичной прокладки;
— прямоугольная призма (б) закреплена одним угольником с огра-
ничением смещений и поворотов в плоскости основания выступом оправы,
планкой, а также выступом угольника;
w
Рис. 5.23. Крепление призм угольниками
287
Рис. 5.21. Крепление иесклеенной баш-
мачной призмы угольником
— п ря моуголь и а я призма (в) базируется на рабочую преломля-
ющую грань; прижим призмы к основанию обеспечивается низкими
угольниками через прокладки за закраины призмы, образовавшиеся
после фрезерования канавок па ел боковых нерабочих гранях;
— прямоугольная призма (г) крепится составным угольником ана-
логично варианту, приведенному на рис. 5.23, а.
На рис. 5.24 показано крепление башмачной призмы с крышей;
угольник составной и имеет два рабочих элемента, так как призма
состоит из двух несклеенных между собой частей. Основная часть уста-
навливается на плоскость основания и кромки ориентирующих планок;
клин базируется на плоскость основания и рабочую плоскость основ-
ной части призмы через про-
кладку из фольги, выпол-
ненную в виде рамки.
Крепление установочны-
ми винтами. Подобный тип
крепления представлен на
рис. 5.25 следующими при-
мерами:
неит,'тризма (а) за-
креплена гремя установоч-
ными винтами; концы вин-
тов у пи раю гея в углубления
прижимной пластины; между
пластиной и призмой имеет-
ся эластичная прокладка;
оправа охватывает призму
с трех сторон, но базирующая плоскость у псе одна; смещения
и повороты призмы в плоскости основания ограничиваются двумя ориен-
тирующими планками;
— прямоугольная призма (б) закреплена двумя установочными
винтами в жесткой оправе; смещения вдоль гнпотенузнон грани ограни-
чиваются за счет сил трения;
— прямоугольная призма (а) зафиксирована на конце трубы;
два установочных винта завинчены в планку, прикрепленную концами
к специальным выступам оправы; после поджима призмы винты
Ф л
А . ----
I
288
стопорятся гайками; базирование призмы осуществляется на торец
оправы и выступы;
— склеенный светоделительный кубик (г) закреплен одним уста-
новочным винтом в специальной оправе;
— визирная прямоугольная призма (д) закреплена в оправе че-
тырьмя плитами; усилие прижима передается через металлические
пластинки и эластичные прокладки па специальные крепежные буртики
призмы;
— призма Шмидта с крышей (е) закреплена в специальной оправе
одним установочным винтом.
На рис. 5.26, а показано крепление призмы Дове с крышей в спе-
циальной оправе одним установочным винтом; базирование осуществ-
ляется гранями крыши на выступы, расположенные внутри оправы под
углом 90°, а прижим — винтом через специальную планку, опира-
ющуюся наклонными плоскостями на преломляющие грани призмы.
На рис. 5.26,6 шображепо крепление ромбической призмы че-
тырьмя установочными ипнгами; для придания пиране большей жестко-
сти имеется стержень, прикрепленный пиитами к се пенкам (стяжка).
290
Крепление прижимными планками. Разновидности такого крепле-
ния представлены на рис. 5.27 десятью примерами. Характерным для
этого способа крепления является более сложная конструкция оправы.
Оправа охватывает призм)' с трех сторон, и, имея обычно две базиру-
ющих плоскости, лишает призму, по крайней мере, четырех степенен
свободы. Оставшиеся степени свободы устраняются прижимными план-
ками. Крепление получается очень компактным, но юстировка призмы
относительно оправы практически неосуществима.
Прижимные планки быпак>| различными по конструкции, выпол-
няются в виде лапок, угольников и т. д. Призма вставляется между
стенками оправы с Iapan iированпым за юром, который при необходи-
мости выбирается прокладкой, обычно наклеиваемой па нерабочую
граю, призмы.
На рис. 5.27 даны следующие примеры крепления:
— прямоугольной призмы (а) четырьмя планками; базирование
осуществляется на гипотенузпую грань;
— прямоугольной призмы с крышей (б), базирующейся катетными
гранями па оправу и выступы планок; прижим создается со стороны
граней крыши;
— прямоугольной призмы (в), которая закрепляется двумя при-
жимными планками, имеющими по два рабочих элемента; юстировка
узла относительно основания возможна четырьмя регулировочными
винтами;
— такой же призмы (г), как и в случае, изображенном на рис. 5.27, в,
но с помощью планок, имеющих вырезы в соответствии с габаритами
пучка; юстировка узла относительно корпусной детали производится
с помощью трех регулировочных винтов и центральной сферической
опоры;
— пентапрнзмы (д), базирующейся преломляющими гранями; при-
жим осуществляется одной планкой со стороны нерабочей грани;
полупентапритмы (е) при базировании пл плоскость фланца
трубы и па плоскости енчюк, выполненных заодно с фланцем; прижим
обес1и,чш1ается ли\мя комб|П!Нр<>н.11111ым|| прижимными планками;
— призмы Шмидта (.;/<) е крышей, базирующейся рабочими гра-
нями на плоскость основания и выступы планок; прижим производится
со стороны граней крыши;
— призмы Пехана (з), закрепленной в оправе тремя прижимными
планками, одна из которых имеет вид рамки с отверстием по габаритам
светового пучка; на чертеже дана конструкция элементов юстировки
призмы вместе с оправой относительно детали привода (шестерни)
и конструкция опоры вращения призмы (насыпного шарикового под-
шипника);
— призмы-куба (и) в оправе четырьмя прижимными планками
при базировании нерабочей гранью на основание оправы и преломля-
ющими гранями на выступы планок;
— призмы-куба (к) с такой же схемой базирования как и в пре-
дыдущем случае, но прижимных планок — две, они имеют клиновидную
форму; смещение призмы в плоскости склейки ограничивается тем, что
прижимные планки (вкладыши) 'входят в скошенные пазы, профрезе-
рованные со стороны нерабочих граней призмы.
Крепление призм пружинами. Оно в основном применяется для '
приборов, работающих в тяжелом температурном и динамическом ре-
жиме. Пружины для крепления обычно используются плоские, тарель-
чатые, седловидные, полуцилиндрические, цилиндрические. Они изго-
товляются из листовой пружинной стали.
10' 291
a)
292
и)
На рис. 5.28 показаны ниже приведенные варианты крепления:
— призмы оборачивающей системы бинокля (а); юстировка в этом
случае возможна в пределах зазора, имеющегося по периметру призмы
в гнезде перегородки корпуса; пружина применяется плоская;
— призм такой же системы, что и в предыдущем примере, но при
базировании на плато (б);
— головной прямоугольной призмы при различных конструктив-
ных вариантах оправ и пружин (в, г, д, е); в варианте (г) — с помощью
установочного винта можно регулировать усилие закрепления призмы;
базирование призмы осуществляется преломляющими гранями;
а)
294
Рис. 5.28. Крепление призм пружинами
295
— окулярной прямоугольной призмы с крышей (ж); базирование
производится преломляющими гранями на плоскость оправы и выступы
угольников, прикрепленных винтами к стенкам оправы; усилие полу-
цилиндрнческой пружины регулируется винтом.
А~А
Рис. 5.29. Варианты крепления призм пружинами
На рис. 5.29 также представлены следующие варианты крепления
пружинами:
— башмачной призмы (и) цилиндрической пружиной, которая
вставляется с натягом между выемкой корпуса н выемкой мс-галлнче-
296
ской планки, нажимающей на призму; базирование осуществляется
по двум граням основной части призмы; клин призмы приклеен к основ-
ной части с помощью боковых стеклянных накладок;
— прямоугольной призмы с крышей (6), расположенной внутри
колена, соединяющего две трубы; юстировка возможна смещением
призмы в двух направлениях с помощью резьбовых втулок, торцы
которых являются базовыми опорами для призмы;
— такой же призмы (в), как и в примере, приведенном на
рис. 5.29, б, но с обеспечением юстировки поворотом вокруг оси, пер-
Рпс. 5.30. Крепление при im )iриклснваинем
пенднкулярной плоскости главного сечения; крепление осуществляется
с помощью полуцилиндрической пружины и двух винтов; призма может
юстироваться установочными винтами посредством наклона замыка-
ющей пружины; поворот происходит вокруг оси цилиндрического
вкладыша, приклеенного к призме, и опирающегося на цилиндрическую
выемку оправы;
— прямоугольной призмы в колене трубы (а) при базировании
катетными гранями на кольцевой выступ оправы и торец резьбового
кольца; крепление осуществляется с помощью тарельчатой пружины,
усилие которой передается посредством специального вкладыша на
гипотенузную грань и может регулироваться по величине с помощью
резьбовой втулки;
— крепление пружиной призмы-ромба (<)) в окулярном блоке бино-
кулярного прибора; юстировка призмы в этой конструкции крепления
не предусмотрена.
Крепление призм приклеиванием. Такое крепление применяется
в неответственных случаях и имеет такие же ограничения, как и в слу-
чае крепления круглых оптических детален (см. выше). На рис. 5.30
даны четыре варианта крепления. Конструктивные особенности каж-
дого из них понятны из рисунка.
297
Специальные способы крепления. Из них прежде всего следует
отметить крепление призмы Дове (рис. 5.31) Специфика ее работы
заключается в том, что она, не изменяя направления пучка лучей, дает
оборачивание изображения в плоскости главного сечения и при вра-
щении вокруг оптической оси вращает изображение. Поэтому призма
Дове закрепляется в оправе, имеющей снаружи вид втулки. Внутри
протяжкой сделано отверстие квадратного сечения со стороной ква-
драта несколько большей размера призмы.
Рис. 5.31. Крепление призмы Дове в специальной оправе
На рнс. 5.31, а показано типовое крепление призмы Дове с при-
менением сегментного вкладыша (вклеенного в такой же формы паз,
профрезеровапный в призме), специального винта, препятствующего
осевому смещению призмы и восьми установочных винтов.
Установочными винтами производится юстировка призмы путем
наклона ее в двух плоскостях в пределах имеющихся зазоров между
призмой и оправой. После юстировки установочные винты стопорятся.
На рис. 5.31, б изображено аналогичное крепление, но установоч-
ные винты воздействуют па призму не через гибкие элементы оправы
как в предыдущем случае, а через восемь вкладышей, опирающихся
на трани призмы и вставленных в специальные пазы оправы.
Крепление прямоугольной призмы с крышей, используемое в па-
нораме, которое тоже можно считать специальным, приведено на
рис. 5.32. Призма пршкимаскя к базовым торцам резьбовых втулок
298
катетными гранями посредством специального призмодержателя.
Призмодержатель кромками опирается на грани крыши. Его половинки
могут смещаться по вертикали под действием двух установочных вин-
тов, завинченных в резьбовую пробку корпуса. При этом происходит
незначительное перемещение призмы в направлении, перпендикулярном
к плоскости чертежа. После юстировки установочные винты стопорятся
в те же резьбовые гнезда стопорными винтами.
Специальное крепление башмачной призмы изображено на
рис. 5.33. Крепление отличается сложностью конструкции оправы, кото-
рая может быть выполнена только
литьем. Опорные плоскости оправы
профрезерованы. В местах кон-
такта призмы и оправы установлены
I ’нс. 5.32. К pen.leu нс прямо
УГОЛЬНОЙ НрИ 1МЫ г крышей
I ipi i:imi । ,'ie| >ж a le.'ie\i
I ’lie. 5.33. Креплеи ne баш
M.'l'llloii II pn г,i1.1 к сIк ЦН'
ильной imp.me
эластичные прокладки. Замыкание осуществляется установочным вин-
том через специальную деталь, имеющую вид седла. Клин призмы
прижимается к основной ее части с помощью прижимных планок.
Упрощенные способы крепления. Они применяются для крепле-
ния призм в неответственных случаях п подкупают своей конструктив-
ной простотой, а также технологичностью. Это дает возможность ис-
пользовать эти способы в серийном производстве.
На рис. 5.34, а приведено крепление полупентапризмы на плато
с помощью штампованной детали типа крышки (кожуха).
Па рис. 5.34, б оправа прямоугольной призмы имеет вид штампо-
ванного угольника, а крепежная деталь (гоже штампованная) прикреп-
ляется к нему двумя винтами. Эта деталь четырьмя выданками (пуклев-
ками) ограничивает возможность смещения и повороiob .призмы отно-
сительно оправы.
Крепление призмы зажимом се винтим в разрезной оправе дано на
рнс. 5.35. Для выравнивания усилий прижима применяются эластич-
ные прокладки.
Комбинированные способы крепления. На практике часто приме-
няются такие способы крепления, если по каким-либо причинам это
удобно.
299
i
t
Рис. 5.31. Крепление призм 1птампоиа11пыми деталями
Рис. 5.35. Крепление призмы зажимом в оправе
300
На рис? 5.36, а прямоугольная призма с крышей (с двумя отра-
жениями) закреплена внутри корпуса с помощью пружины, прикреп-
ленной двумя винтами к его крышке, ориентирующей планки и уста-
новочного винта, который воздействует на грань крыши призмы через
цилиндрическое седло-пружину.
Рнс. 5.36. Варианты комбинированного крепления
призм
Па рис. 5.36, б покатано крепление Полунинia-
призмы и специальной оправе е помощью двух
плоских пружин, двух lui.'iiiiiapiiHeciiiiх вкладышей,
передающих усилие пружин па призму, и с помощью
ориентирующей планки.
КРЕПЛЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СТЕКОЛ
К узлам крепления защитных стекол предъявляются повышенные
требования в отношении надежности и герметичности. Для герметиза-
ции применяются резиновые или пластиковые прокладки и уплотняющая
замазка, в том числе и герметик. Надежность обеспечивается, как
правило, креплением прижимной рамкой по всему периметру защитного
стекла, независимо от конфигурации его края. Такие конструкции
приведены на рис. 5.37, а, б. Защитное стекло подсветки может быть
закреплено как это показано на рис, 5.37, в. Кромка стекла по пери-
метру (кроме левого края) имеет скос. Стекло вставлено в паз корпуса
типа «ласточкин хвост» и закреплено в пазу планкой, помещенной в тот
же паз вслед за ним.
Крепление герметиками позволяет обеспечить необходимую гер-
метизацию соединения и при условии колебания температуры
(рис. 5.37, г).
Приклеивание защитных стекол применяется в неответственных
случаях, в основном для лабораторных приборов (рис. 5.37, д).
301
Довольно большую сложность представляет крепление защитных
стекол, состоящих из нескольких плоскопараллельных пластин. На
рис. 5.37, е—з показаны варианты крепления таких стекол. Во всех
случаях для герметизации и предохранения стекол от деформаций при-
меняются эластичные прокладки или замазка на базовых поверхностях
оправ Сами базовые поверхности должны иметь высокую степень
плоскостности.
302
Рис. 5.37. Крепление защитных стекол
Рис. 5.38. Крепление линейных шкал
303
КРЕПЛЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ШКАЛ
Важными требованиями при разработке конструкций узлов креп-
ления шкал точных измерительных приборов являются: недопустимость
деформаций шкал и возможность их юстировки посредством смещений
и поворотов. Поэтому, как правило, шкалы закрепляются с точным
соблюдением принципа статической определенности (шесть опорных
точек) и с силовым замыканием под действием усилий пружин. По-
движные опоры для юстировки выполняются в виде юстировочных
винтов.
На рис. 5.38, а, б приведены две конструкции крепления таких
шкал. Концы опорных винтов и неподвижные опоры должны иметь
высокую твердость, правильную форму и малую шероховатость. После
юстировки винты стопорятся (обычно клеем или краской).
Литература: [2, 30, 31, 37, 38, 72].
ГЛАВА 6
ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ УЗЛОВ
Узлы крепления защитных стекол
На рис. 6.1 изображена головка визира, снабженная стеклоочи-
стителем и устройством для обогрева защитного стекла. Обогрева-
тельная токопроводящая пленка нанесена на внутренней поверхности
Рис. 6.1. Защитное стекло со
стекла. Для подвода питания по кра-
ям стекла нанесен распылением слой
инвара, к которому припаяны ме-
таллические шайбы. К этим шайбам
винтами крепятся провода.
Головка визира (рис. 6.2) закрыта
сферическим защитным стеклом, рас-
считанным на работу в поде с боль-
шим давлением. Герметизация соеди-
нения достигашси за счет ус i.ihoiikii
прокладок.
Рис. 6.2. Головка визира
стеклоочистителем и обогре-
вательным устройством
Системы визирования
В панорамических приборах для визирования по вертикали и го-
ризонтали применяются призмы п плоские зеркала. В качестве визир-
ных призм используются прямоугольные призмы и призмы-кубы. Ви-
зирование по горизонтали в приборах обычно связано с вращением
изображения. Для стабилизации изображения используют враща-
ющиеся призмы Дове или Пехана.
На рис. 6.3 приведен узел вертикального обзора бинокулярного
визира. Качающийся призменный мостик установлен своими цапфами
305
в подшипниках корпуса прибора. Две прямоугольные призмы в опра-
вах кренятся к мостику на юстировочных винтах, служащих для согла-
сования визирных осей. На мостике установлен зубчатый сектор для
связи с механизмом наведения.
Рис. 6.3. Качающийся призменный мостик
Узел визирной призмы (рис. 6.4) снабжен лимбом для отсчета углов
визирования с точностью до Г Лимб установлен па трех центрирующих
винтах. Для точной центрировки лимба на его поверхности одновре-
менно с гравировкой делений наносят круговую риску, центр которой
точно совпадает с центром делений. Для исключения эксцентриситета
шкалы ври сборке производится центрировка лимба по кольцевой риске
относительно оси вращения оправы.
Рнс. 6.4. Визирная призма с лимбом
Механизм вертикального наведения визира (рис. 6.5) состоит из
призмы-куба 1 в оправе 2, установленной на юстировочных винтах
в качающейся оправе 3. Оправа 3 вращается в шарикоподшипниках,
закрепленных в кронштейнах на основании 5. Для исключения откло-
нения плоскости движения визирного луча от вертикальной плоскости
ось качания призмы должна быть параллельна опорной плоскости
основания. Качание призмы производится системой шток—репка—
зубчатый венец, причем в качестве рейки используется червяк. Червяк 6
имеет лыску и фиксируется от поворота шпонкой 7, закрепленной во
306
втулке 8, которая может поворачиваться, благодаря чему достигается
точная установка визирного луча без осевого смещения червяка. Мерт-
вый ход в кинематической цепи
выбирается винтовой пружи-
ной 4.
Панорамная головка (рнс.
6.6) состоит из узла кача-
ющейся призмы и механизма
наведения, который позволяет
производить визирование в двух
взаимно перпендикулярных пло-
скостях. Горизонтальное наве-
дение осуществляется вращением
червячного колеса 8, на котором
установлен кронштейн 9, несу-
щий призму 3. Вертикальное
наведение происходит при вра-
щении червячного колеса 7, ус-
тановленного на шарикоподшип-
никах и имеющего втулку с
внутренней резьбой. Ходовой
Рис. 6.6. Панорамная головка с
качающейся визирной призмой
Рис. 6.5. Механизм вертикального
наведения
307
винт 5 имеет выступ, на который опирается зубчатая рейка 2, сцеплен-
ная с сектором 1 качающейся призмы. При вращении колеса 7 винт 5,
вращение которого ограничено шпонкой 4, будет двигаться по направ-
ляющей колонке 6, перемещая при этом рейку 2, которая в свою очередь
булсч качать оправу с призмой. При вращении колеса 8 рейка 2 будет
скользить опорным торцом по плоскости выступа винта 5 и не будет
перемещаться в вертикальном направлении.
Рис. 6.7. Панорамная головка с качающимся зеркалом
На рис. 6.7 изображена головка прибора с качающимся зеркалом.
Применение зеркала возможно только при малых углах визирования
в плоскости, перпендикулярной плоскости зеркала. При больших
углах качания габариты зеркала недопустимо увеличиваются. Гори-
зонтальное наведение осуществляется поворотом несущего кронштейна 1,
установленного на червячном колесе 9. Вертикальное наведение про-
изводится качанием оправы 3 с зеркалом при помощи зубчатого с^к*
тора 4 и рейки 2. Перемещение рейки осуществляется сухарем 5, сво-
бодно сидящим вместе с оправой 6 на хвостовике винта 7. Винт имеет
только осевое перемещение при вращении приводного колеса 8.
Компенсация поворота изображения, как указывалось выше,
производится вращающимися призмами. На рис. 6.8 приведена кон-
струкция узла с призмой Дове.
308
Рис. 6.8. Окулярная часть панорамного визира
Рис. 6.9. Визирная головка с дистанционным
приводом
309
Схема устройства дистанционного наведения визира показана
на рис. 6.9. Устройство состоит из головной призмы и системы следя-
щего электропривода. Исполнительным элементом является маломощ-
ный управляемый электродвигатель; обратная связь осуществляется
с помощью двух вращающихся трансформаторов (ВТ) — грубого и
точного отсчета. Наличие двух элементов обратной связи объясняется
Рис. 6.10. Оптический шарнир
их невысокой точностью по сравнению с необходимой точностью визи-
рования. Редуктор механизма состоит из цилиндрических прямозубых
зубчатых колес. Для выборки мертвого хода в цепи призма—ВТ точного
отсчета применены разрезные зубчатые колеса г2 и г4. Соединительная
муфта также выполнена безлюфтовой.
В качестве датчиков обратной связи можно применять потенцио-
метры, сельсины и другие элементы, обеспечивающие необходимую
точность.
Конструкция оптического шарнира приведена на рис. 6.10. На
основании 4 закреплена пружиной прямоугольная призма 5. В отвер-
стиях основания усiановлеиы две одинаковые призменные головки,
состоящие из корпуса /1, в котором усыновлена прямое; ольная призма 2,
закрепленная пружиной 1. Усилие прижима регулируется эксценгри-
310
ком .5. На корпусах головок установлены зубчатые секторы 7, сцеплен-
ные между собой. В начальном положении все три призмы должны
лежать в одной плоскости. Угловая ошибка зубчатой передачи вызовет
такой же величины наклон изображения.
Объективы телескопических приборов
Рис. 6.11. Объективы в эксцентри-
ковых оправах
Телескопические приборы (визиры, зрительные трубы и т. п.)
имеют, как правило, двухлипзоные объективы. В бинокулярных при-
борах (бинокль, стереотруба)
одним из основных условий ра-
боты является параллельность
визирных осей обеих труб. Кре-
пление одного из объективов
такой системы и эксцентрико-
вой оправе дает возможность
устранить непараллельность
осей, т. е. компенсировать
ошибки изготовления деталей и
погрешности сборки.
В некоторых прицельных
приборах эксцентриковые опра-
вы объективов предназначены
для совмещения визирной оси
системы с геометрической осью
трубы прицела.
На рис. 6.Н приведены
два типа эксцентриковых кре-
плений. Объектив укрепляется
в эксцентриковой оправе за-
вальцовкой пли резьбовым
кольцом. Вращением оправы относительно эксцентриковой втулки
и втулки относительно корпуса можно смещать оптический центр
объектива в плоскости, перпендикулярной оси трубы, и тем
самым изменять положение визирной оси системы. После юстировки
эксцентриковая оправа жестко закрепляется в корпусе зажимным
кольцом.
Для устранения отклонений от расчетных вершинных отрезков
линз используют продольное перемещение объектива для совмещения
плоскости изображения объектива с плоскостью сетки. Для этой цели
применяются различные компенсаторы: установка оправы объектива
на резьбе (рис. 6.12, а), подрезка оправы (рис. 6.12,6) и установка
прокладных колец (рис. 6.12, в); подбором толщины и подрезкой про-
311
кладных колец производится фокусировка. Фокусные расстояния линз
выдерживают при изготовлении с точностью ±2%, поэтому в тех
случаях, когда фокусное расстояние объеитива должно точно соответ-
ствовать расчету (или когда
Рис. 6.13. Обтектнв с регулировкой
фокусиог о расстояния
винченное па одну п< них. Вращением
у двух объективов фокусные
расстояния должны быть
равны между собой, напри-
мер, у дальномера), применя-
ются несклеенные объективы
с регулируемым воздушным
промежутком, изменением
которого достигают требу-
емой величины фокусного
расстояния. Конструкция,
показанная на рис. 6.13, со-
стоит из корпуса,в котором
па направляющих шпонках
ус гаповлепы оправы с явн-
ыми Между оправами име-
ет ся распорное кольцо, на-
распорпого кольца изменяют
воздушный промежуток между линзами. Обе оправы закрепляются
в корпусе резьбовыми кольцами. Вращение распорного и резьбовых
колец производится через окна в корпусе; для этой же цели на
кольцах имеются отверстия.
Зеркально-линзовые объективы
Зеркально-линзовые объективы применяются, когда нужно полу-
чить небольшую длину системы при большом фокусном расстоянии
объектива, апохроматическую коррекцию при большом относительном
отверстии и т. д. Эти объективы чрезвычайно чувствительны к точ-
ности центрировки и усилию зажима зеркал. Поэтому в конструкции
должны быть предусмотрены центрировка зеркал в оправах методом ав-
токоллимации и регулировка усилия зажима зеркал.
На рис. 6 14, о приведена конструкция зеркально-линзового объек-
тива, состоящего из мениска с отражающей поверхностью малого диа-
метра па его первой поверхности и зеркала Манжена. Каждая опти-
ческая деталь крепится и центрируется в своей оправе, а затем встав-
ляется в тубус. На наружную поверхность оправ наклеивается слой
пробки, служащей упругим элементом для выборки радиального
312
зазора между оправами и тубусом. От смещения в оправах зеркала
удерживают пробками из фосфатцемента.
Зеркально-линзовый объектив, изображенный на рис. 6.14, б,
имеет более сложную конструкцию. Креп пение зеркал за ободок отвер-
стия уменьшает их деформацию от усилия зажима. Малое зеркало
объектива имеет температурный компенсатор, который дает возмож-
ность сохранить положение фокальной плоскости при колебаниях
температуры; он состоит из алюминиевой шайбы, установленной между
оправами зеркала и первой лнизы.
Фото- и кинообъективы
Фото- и кинообъективы можно разделить на следующие группы;
сменные объективы для фотокамер с дальномером; сменные объективы
для зеркальных фотокамер и кинокамер; жестко встроенные объективы;
объективы с переменным фокусным расстоянием. Основной особен-
ностью этих объективов является высокое качество изображения
Объективы первых двух групп должны обеспечивать возможность
быстрой установки в камеру с необходимой точностью (0,01—0,02 мм
в осевом направлении) без юстировки. Для присоединения объективов
в камере используются резьбовое и байонетное соединения.
Объективы первой группы состоят из собственно объектива, вклю-
чающего, оптические узлы, корпуса, механизма диафрагмы, механизма
фокусировки и механизма привода дальномера (объективы второй
группы отличаются от объективов первой только отсутствием последнего
механизма). Связь перемещения объектива с воспринимающим рычагом
дальномера камеры осуществляется дальномерным кольцом, жестко
связанным с оправой оптического блока. При использовании объекти-
вов с фокусным расстоянием, отличным от основного для данной ка-
меры, дальномерное кольцо связывается с оптическим блоком посред-
ством специального механизма (дифференциальной резьбы).
На рис. 6.15 приведены объективы различных конструкций. Объек-
тив (рис. 6.15, а) имеет телескопический убирающийся тубус 3 с байо-
нетной фиксацией в рабочем положении. Оправы с линзами / и 6
установлены на резьбе в оправе 2, которая в свою очередь кренится
резьбовым кольцом 5 во втулке 3. Подрезкой прокладного кольца 4
выдерживают рабочий отрезок (расстояние от базового торца оправы
до задней фокальной плоскости) объектива при сборке. Фокусировка
производится перемещением кольца 7 по резьбе кольца 8. Поводок
кольца 7 имеет фиксацию в положении «бесконечность». Связь с даль-
номером камеры осуществляется торцом кольца 7.
Объектив, показанный на рис. 6.15, б, состоит из оптического
блока 2 с механизмом диафрагмы, дистанционного кольца 1, дально-
мерного кольца 4 и корпуса 3. Все эти узлы связаны между собой
механизмом дифференциальной резьбы. Принцип действия этого меха-
низма состоит в следующем (рис. 6.16). При вращении кольца 1, име-
ющего внешнюю правую резьбу Ml с шагом Pt, происходит его пере-
мещение в осевом направлении относительно неподвижного корпуса 2.
В случае, если резьба М2 имеет шаг Р2, отличный от шага Pi, то кольцо 3
начнет перемещаться с шагом, равным разности шагов Рх и Рй.
Если же резьба М2 имеет другое направление (левая реьба),
то перемещение кольца 3 будет равно сумме шагов Рх и Рг. Если кольцо 3
связано с кольцом 1 резьбой М2 того же шага и направления, то его
перемещения не произойдет. Подбирая соотношение шагов резьб и их
направление, можно получить различные линейные перемещения двух
313
314
Рис. 6.15. Конструкции фотообъективов
деталей (например, оптического блока и дальномерного кольца,
(рис. 6.15,6) при вращении одной из них, связанной с дистанционной
шкалой. В конструкциях фотообъективов без дальномерного кольца
и в кинообъективах фокусировка может производиться или переме-
щением оптического блока относительно корпуса объекива, или фоку-
сировочным кольцом съемочной камеры (рис. 6.15, с). Объектив, изоб-
раженный на рис. 6.17,
имеет насыпную кон-
струкцию (все линзы за-
вальцованы в оправах
одного диаметра). Фоку-
сировка производится пе-
ремещением оправы оп-
тического блока по резь-
бе корпуса.
На рис. 6.18 приве-
дена конструкция объек-
тива, вмонтированного Рис. 6.16. Схема дифференциальной резь-
в центральный фотоза- gbI
твор. Здесь центрировка
переднего и заднего
компонентов осуществляется через детали фотозатвора, поэтому ка-
чество изображения, даваемого таким объективом, ниже, чем у объек-
тивов, имеющих общий корпус.
Особую группу составляют объективы с переменным фокусным
расстоянием. Оптическая система таких объективов обычно состоит
Рис. 6.17. Фотообъектив насып-
ной конструкции
Рис. 6.18. Центральный фотоза-
твор с объективом
из основного обьекгнва и плес конической насадки с переменным
увеличением. Изменение увеличения достигается осевым перемеще-
нием отдельных компонентов насадки. Перемещение различных компо-
нентов происходит одновременно и по различным законам. Для пере-
мещения применяются вращающиеся оправы со спиральными пазами.
Основную трудность их изготовления составляют выдерживание точ-
ности. пазов и получение минимальных люфтов в сопряжениях.
315
Микрообъективы
Конструкции микрообъективов разнообразны и зависят от назна-
чения объектива. Крепление к тубусу микроскопа производится при
помощи специальной объективной резьбы, профиль и размеры которой
приведены в табл. 6.1. Для крепления объективов,'имеющих большой
диаметр, применяется резьба М27Х0.75. Размеры сопряжения микро-
объективов с тубусом приведены в табл. 6.2.
Таблица 6.1. Резьба для объективов микроскопов
(по ГОСТ 3469—74). Все размеры даиы в мм
Наружный диаметр резьбы Ср едни и диаметр резьбы Внутр Ди а рез
d D dr
Болт 20,270 Гай- ка 20,320 Болт 19,818 Гай- ка 19,868 Болт 19,366
Обозначение резьбы: ОБ 4/5" >
эснний метр ьбы Шаг резь- бы Гл У’ би на резь- бы Рабо- чая высота витка Зазор по про- филю
Dr Р Н2 Hr г
Гай- ка 19,416 0,705 0,452 0,428 0,05
<1/36" ГОСТ 3169 — 71.
При сборке микрообъективов производятся их центрировка и
подрезка базового торца, причем размер от базового торца до плоскости
предмета должен быть одинаков для всех объективов, применяемых для
определения типа микроскопа (за исключением иммерсионных объек-
тивов, у которых этот размер во избежание повреждения объекта де-
лается па 0,2—0,3 мм меньше).
Па рис. 6.19 изображен простейший объектив ахромат 8X0,20.
Линзы в оправах установлены в общий корпус и закреплены резьбовым
кольцом. В конструкции, приведенной на рис. 6.20, для компенсации
погрешностей изготовления деталей и сборки оправа второй линзы
316
't а б л и ц а 6.2. Сопряжение
микрообъектива с тубусом
(по ГОСТ 11200—75).
посажена в корпус с ради-
альным зазором. Перемеще-
нием этой линзы в плоско-
сти, перпендикулярной оси Все размеры даны в мм.
объектива, добиваются тре-
буемого качества изображе-
ния. Такая система юстиров-
ки применяется во многих
объективах микроскопов.
Эпиобъективы (рис. 6.21)
используются для работы в
отраженном свете. Конструк-
тивно такой объектив со-
стоит из микрообъектива и
параболического зеркала,
служащего для освещения
предмета наклонными пуч-
ками (наблюдение в темное
поле).
Объектив на рис. 6.22
снабжен ирисовой диафраг-
мой, предназначенной для
изменения апертуры объек-
тива. Управление диафраг-
мой осуществляется наруж-
ным кольцом.
Иммерисионный объек- _____________________
тив 90X1,25 (см. рис. 6.20) имеет устройство, предохраняющее от
порчи препарат и фронтальную линзу объектива. При упоре оправы
Обозначение резьбы Z * не более /1 не менее
ОБ 4/5 "X 19 4,8 3
X 1/36"
М27Х 0,75 26 5,5 4
М42Х0.75 41 5,5 4
* Размерь для справок.
фронтальной линзы в покров-
ное стекло внутренний корпус
останавливается, сжимая име-
ющуюся в верхнем части
Рис. 6.21. Эпиобъектив
ахромат 40X0,65, ту-
бус 190 мм
Рис. 6.19. Мик- Рис. 6.20. Микрообъектив
рообъектив ах- ахромат 90Х1,25 масля-
ромат 8Х 0,20 . ной иммерсии
317
оправы пружину. Так как оптическая система микрообъектива рассчи-
тана на работу с покровным стеклом, то отклонение толщины последнего
(0,17 мм) от расчетной влияет на качество изображения, даваемого
объективом. Для компенсации этих ошибок (в случае особо высоких
требований к качеству пзо-
Рис. 6.22. Микрообъектив
апохромат 60X1,0—0,7 с
ирисовой диафрагмой
Рис. 6.23. Микрообъектив апохро-
мат 40X0,95 с коррекционной опра-
вой
оправой (рнс. 6.23). При вращении коррекционного кольца в кор-
пусе объектива происходит изменение воздушного промежутка
между вторым и третьим компонентами, чем производится коррекция
изменения аберраций.
На рис. 6.24, а—в приведены конструкции планапохроматов
(ОПА-1, ОПА-3, ОПА-5), предназначенных для универсального био-
логического микроскопа.
Контактный объектив 10X0,40 (рис. 6.25) применяется для непо-
средственного исследования живой ткани в счете люминесценции.
При работе на микроскопе первая поверхность фронтальной линзы
приводится в соприкосновение с исследуемой поверхностью объекта.
На рис. 6.26 изображена типовая конструкция зеркально-линзовых
безыммерсионных мнкрообьективов J5X0.65 (ОР-75ИК) и 40X0,70
348
Рие. 6.24. Микрообъективы планапохроматы
Рис. 6.25. Контактный ми-
крообъектив планахромат
10X0,40
Рис. 6.26. Безыммерсионный зер-
кально-линзовый объектив
75Х 0,65
319
(ОР-40), рассчитанных для области спектра от 0,589 до 5,5 мкм и при-
меняемых в инфракрасных мйкросквпатг [71].
П/юстсть
предмета
На рис. 6.27 дана кон-
струкция зеркально-линзо-
вого объектива ОР—II с
большим рабочим расстоя-
нием (sx = 40,6 мм), пред-
назначенного для высоко-
температурного микроскопа,
а также микроспектрального
локального анализа с по-
мощью лазерного излуче-
ния [71].
На рис. 6.28 приведены
типовые конструкции проек-
Рис. 6.27. Зеркально-линзо-
вый объектив с большим ра-
бочим расстоянием (/' =
= 9,9 мм, А — 0,4, тубус оо)
ционных объективов «Корректар» ОФ-JII и микропланаров ОП-15,
ОП-16, ОП-17, предназначенных для макро- и микрофотографии на
пластинку размером 12Х 18 см. ,
Рис. 6.28. Проекционные объективы: а — «Корректар»; б —
микропланар
Окуляры
Для рассматривания изображения, создаваемого объективом,
в оптических приборах используются окуляры. По оптическим схемам
и конструктивным особенностям окуляры могут быть подразделены н<Г
320
окуляры телескопических приборов и окуляры мии^вё'кбпов. Для
теяесквп*м*(жиж-?Г1рибэрвв (Применяются окуляры .с внешней и вну-
тренней фокуепрощйэй: Особую группу составлю? автоколламациониые
(fejSftpbi: • ' 'i
Для наблюдателя, страдающего близорукостью или дальнозор-
ЙбсНю, с целью резкого видения фокальная плоскость окуляра должна
быТь смещена в ту или другую сторону относительно плоскости изобра-
жения. Величина этого смещения, соответствующая аметропии глаза
Af дптр, определяется но формуле г — N /('^/1000 мм’ Окуляры
Рис. 6.29. Конструкции окуляров с внешней фоку-
сировкой и мягким наглазником
обычно рассчитываются на смещение, соответствующее 4—5 дптр;
в каждую сторону.
. Конструкции окуляров с внешней фокусировкой приведены на
рис. 6.29. Такие окуляры ввиду простоты конструкций являются наи-
более распространенными. Фокусировка производится перемещением
оправы с линзами окуляра по резьбе корпуса. Для получения малого
угла поворота ведущего кольца (менее 360° при наличии на ведущем
кольце диоптрийной шкалы) при большом осевом перемещении и тонко-
стенных оправах применяется многоходовая окулярная резьба
(гибл. 6.3).
Кроме рен.б, уиишниых п табл. 6.3, допускается применение:
одноходовой реп.бы с Ш.Т1ОМ I мм для всех диаметров.
1 [едоетвтком таких окуляров является то, что при фокусировке
происходит вращение паглаэппка, укрепленного на оправе. Это ослож-
няет работу е прибором и затрудняет установку несимметричных на-
гла шпков. Для исключения указанных недостатков конструкция,окуг
лира выполняется так, чтобы при вращении ведущего кольца проис-
ходило только линейное перемещение оправы линз с установленным!
наглазником. С целью предохранения оправы линз окуляра от про-
ворачивания применяются направляющие шпонки или штифты:
11 В. А. Паков и др. 321
' Т а б л и ц а 6.3. Окулярная резьба (по ГОСТ 5359—77)
Номиналь- ны П диа- метр d, мм Шаг Р, мм Число заходов
1 2 4 6 8 10 12 16 22
Ряд 1 Ряд 2 Ход резьбы Pfa, мм
10 1,5 1,5 3
12 1,5 3 6
14 1,5 3 6
16 1,5 3 6 9
18 1,5 3 G 9
20 1,5 3 6 9 12 15
21 1,5 3 6 9 12 15
22 1,5 3 6 9 12 15
23 1,5 3 6 9 12 15
24 1,5 3 6 9 12 15
25 1,5 3 6 9 12 15
26 1,5 3 6 9 12 15
27 1,5 3 6 9 12 15
28 1,5 3 6 9 12 15
29 1,5 3 6 9 12 15
30 1,5 3 6 9 12 15 24
31 1,5 3 6 9 12 15 18 24
32 1,5 3 6 9 12 15 18 24
33 1,5 3 6 9 12 15 18 24
34 1,5 3 6 9 12 15 18 24
35 1,5 3 6 9 12 15 18 24
322
Продолжение табл. 6.8
Номиналь- ный . диа- ! метр d, мм Шаг Р. мм Число заходов
« 2 4 6 8 10 12 16 20 24
Ряд 1 Ряд 2 Ход резьбы Pfj, мм
36 1,5 1.5 3 6 9 12 15 18 24
37 1,5 3 6 9 12 15 18 24
3« 1,5 3 6 9 12 15 18 24
39 1.5 3 6 9 12 15 18 24
40 1,5 3 6 9 12 15 18 24
41 1,5 3 6 9 12 15 18 24
42 1,5 3 6 9 12 15 18 24
43 1,5 3 6 9 12 15 18 24
44 1,5 3 6 9 12 15 18 24
45 1,5 3 6 9 12 15 18 24
46 1,5 3 6 9 12 15 18 24
47 1,5 3 6 9 12 15 18 24
48 1,5 3 6 9 12 15 18 24
49 1,5 3 6 9 12 15 18 24
50 1,5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 8 16 24 32 40 48
52 1.5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 8 16 24 32 40 48
55 1,5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 8 16 24 32 40 48
58 1,5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
11
323
Предвегжение. табл. 6.3
Номнналь-
Число заходов
нъга диа- метр d, ММ Шаг Р, мм 1 2 4 6 8 12 16 20 24
Ряд 1 Ряд 2 Ход резьбы Р^.мм
58 2 8 16 24 32 40 48
60 1,5 1,5 3 6 9 12 '15 18 24 30 36
2 8 16 24 32 40 48
62 1,5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 8 16 24 32 40 48
65 1.5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 8 16 24 32 40 48
68 1,5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 8 16 24 32 40 48
70 1,5 1,5. 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 8 16 24 32
72 1,5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 8 16 24 32 40 48
75 1,5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 8 16 24 32 40 48
78 1,5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2
80 1,5 1,5 3 6 9 12 15 18 24 30 36
2 • 8 , 16 24 32 40 48
Примечание. Одноходовая окулярная резьба всех диаметров
может быть изготовлена с шагом 1 мм.
324
325
Крепление окуляров на приборе осуществляется с помощью вииточ
(рис. 6.29, о) или резьбы (6.29,6). ...
На рис. 6.30 показан окуляр лупы сквозной наводки киносъемоч*
ной камеры. При вращении ведущего кольца оправа линз получает
' । .<»«»>
Рис. 6.31. Конструкция окуляра с внутренней фокусировкой
Рнс. 6.32. Окуляры микроскопов: а—окуляр Гюйгенса 7х; б—из-
мерительный окуляр Гюйгенса 7х; в—компенсационный окуляр 15х
продольное перемещение. Для предохранения кинопленки от засветки
на окуляр установлен несимметричный наглазник, более плотно приле-
гающий к голове, и имеется устройство, исключающее доступ света в ка-
меру в то время, когда наблюдение в окуляр не производится. Прн на,.
326
жйМй иа наглазник 1 клин 2 входит в корпус 3 и, раздвигая лепестки 4,
открывает доступ света к глазу наблюдателя. По прекращению наблю-
дения детали механизма возвращаются в исходное положение и лепестки
шторки перекрывают световое отверстие. Описанные типы окуляров
имеют существенные недостатки. При фокусировке окуляра вследствие
его продольного перемещения происходит также смещение выходного
зрачка прибора. При наличии налобника это вызывает несовпадение
выходного зрачка прибора и зрачка глаза, что в случае малой величины
выходного зрачка приводит к виньетированию и срезанию поля зрения.
Кроме того, при установке налобника затруднен доступ к ведущему
кольцу окуляра, а также iермсти.чацпя
окуляра. Указанных недостатков ли-
шены окуляры с внутренней фокуси-
ровкой, которая осуществляется изме-
нением воздушного промежутка между
линзами окуляра. Глазная линза ос-
тается неподвижной, а перемещаются
внутренние линзы окуляра. Пример
подобной конструкции приведен на
рис. 6.31. Глазная линза неподвижно
закреплена в корпусе. При вращении
маховика трубка, сцепленная с зубча-
той рейкой, нарезанной на оправе
подвижных линз окуляра, перемещает
их в продольном направлении. Тем са-
мым осуществляется диоптрийная на-
водка. Шкала диоптрий помещена на
маховике. Герметичность достигается
за счет установки сальника па валу Рнс 6 33 Окулярный тубус
маховика. биологического микроскопа
Окуляры микроскопов изобра-
жены па рис. 6.32, а—в. Конструкции
их просты и, как правило, не имеют устройств для фокусировки; исклю-
чение составляют лишь измерительные окуляры. Для установки оку-
ляра служит окулярный тубус (рис. 6.33). В бинокулярных приборах
для установки окуляров по базе глаз наблюдателя применяются различ-
ные механизмы. Вариантом такой конструкции является параллельная
раздвижка труб прибора (бинокль, стереотруба). Наиболее распростра-
нена конструкция механизма с применением ромбических призм, в ко-
торой могут двигаться один илн оба окуляра.
Системы смены увеличения
Изменение увеличения в оптических приборах может производиться:
установкой перед объективом сменных телескопических насадок; смен-
ными объективами или установкой объектива с переменным фокусным
расстоянием; изменением увеличения оборачивающей системы (сменой
линз или плавно); сменой окуляров.
Изменение увеличения с помощью телескопических насадок широко
применяется как в кино- и фотоаппаратуре, так и в телескопических
приборах. Насадки располагают перед объективом и изменяют его
фокусное расстояние, не влияя на величину последнего отрезка. На-
садки также можно устанавливать раздельно или монтировать на пово-
ротной турели. « -а ।
327
Конструкция узлов смены увеличения бинокулярного "прибора
с явмощые-установленных перёд объективами трубок Галилея4может
давать три увеличения. >
Изменение увеличения путем смены объективов широко прИкйе‘-
няется в кино- и фотоаппаратуре и в микроскопах. Сменные объекЙйй
могут крепиться при помощи резьбы или байонетного соединения. В’тех
Рис. 6.34. Констру-
кция револьвера
объективов микро-
скопа
случаях, когда требуется быстрая смена объективов с достаточной сте-
пенью точности, используются различные револьверные устройства.
Для смены объективов телескопических приборов револьверные уст-
ройства применяются редко ввиду громоздкости конструкции. Наибо-
лее широкое применение револьверные устройства нашли в микроско-
пии, где они используются для смены объективов и иногда для смены
окуляров и конденсаторов.
Рис. 6.35. Центри-
руемый щипцовый
держатель микро-
объективов
На рис. 6.34 показана конструкция револьвера объективов микро-
скопа. Опорные торцы объективных гнезд револьвера должны устанав-
ливаться на одной высоте с точностью до 0,01 мм; иеперпеидикулярность
торцов к оси не более 5'; децентрировка гнезд при переключении не
более 0,02 мм. При данных допусках на точность работы револьвера,
а также допусках на точность центрировки мнкрообъективов относи-
тельно их крепежной резьбы п опорного торца, при переключении объек-
те
_n
Рис. 6.36. Универсальный видоиска-
тель с револьвером объективов
-доводке меньщегр увеличения на большее, изображение, находившееся
в.^ентре поди зрения объектива меньшего’ увеличения, не должно
выйти из поля зрения сле-
дудац^го . объектива бодь-
щда^.увёличения'.'; Для бы-
строй и точной смены
мйкрообъективов применя-
ется также центрируемый
щипцовый держатель (рис.
6.35) (в поляризационных
микроскопах).
На рис. 6.36 дана кон-
струкция универсального ви-
доискателя для фотоаппа-
рата. Видоискатель имеет
револьвер со сменными объ-
ективами, угловые поля ко-
торых равны угловым полям
съемочных объективов. Для
плавного изменения увели-
чения применяют панкрати-
ческие системы. Схема по-
добной конструкции приве-
дена на рис. 6.37. Каждая из
линз 2 и 4 перемещается по
определенному закону при
вращении наружной трубки
3, имеющей пазы определен-
ного профиля. Во внутрен-
ней трубке 1 сделаны про-
дольные пазы, предохраня-
ющие оправы с линзами от
проворота. Для упрощения
изготовления один из пазов
выполняется по винтовой
линии. Недостатком подоб-
ной конструкции является
невысокое качество изображения, даваемой системой, из-за ошибок
изготовления спиральных пазов и люфтов в сопряжениях.
Рис. &.Э7. Пан«|м»тическая оборач»в^нощая, система *
............................................ 329
Светофильтры
Сменные светофильтры, используемые в оптических приборах, мо-
гут, быть насадными, вкладывающимися и встроенными. Насадные све-
тофильтры применяются, как правило, в малогабаритных переносных
А
Рис. 6.38. Поляризационный светофильтр в оп-
раве
приборах (фотоаппараты, бинокли). Крепление светофильтров может
производиться или иа резьбе или с помощью пружинящих разрезных
оправ (рис. 6.38). Светофильтры можно устанавливать перед объекти-
вом, или за окуляром. Встроенные светофильтры можно устанавливать
в любом месте оптической системы внутри прибора, кроме мест, близких
330
к плоскости изображения. Конструкции узлов смены светофильтров
?.югут быть различными в зависимости от габаритов и места установки.
Наиболее распространенной является установка светофильтров в дисках
rjjjQcpzoft или сферической формы (рис. 6.39). В дальномерах часто при-
меццется установка светофильтров в барабанах. На рис. 6.40 приведена
конструкция механизма светофильтров, смонтированного в верхней
части зрительной трубы. Для переключения светофильтров применен
мальтийский механизм.
При повороте диска 2 один из пальцев ,3 входит в прорезь
угольника 1, привинченного к оправе 4 светофильтра, и пово-
Рис. 6.40. Механизм смены светофильтров визира
рачивает онраву в положение, показанное пунктиром. Второй свето-
фильтр в это время удерживается от поворота ободком диска 2. При по-
вороте диска 2 в противоположную сторону правый светофильтр под-
нимается, а левый опускается и занимает горизонтальное положение.
Для исключения дребезжания светофильтров прн вибрации из-за люф-
тов в сопряжениях применены спиральные пружины. Управление ме-
ханизмом производится при помощи гибкого тросика, закрепленного иа
шкиве 5.
Механизм клинового
компенсатора
Клиповой компенсатор широко применяется в различных дально-
мерах. При вращении двух оптических клиньев в противоположные
стороны с одинаковой скоростью происходит смещение луча в одной
плоскости, причем это смещение находится в зависимости от характери-
стики клиньев и угла их взаимного разворота (см. гл. 4). На рис. 6.41
приведена конструкция клинового компенсатора дальномера. При
вращении винта 2 перемещается каретка / синусного механизма, свя-
занная с роликом 3 линейки, закрепленным на коническом колесе 4.
Это колесо сцеплено с двумя другими колесами 6 и 9, несущими
33.1
ахроматические клинья 7 Ti«8v Регулировка механизма производится
изменением длины синусной линейки путем подвижки'ролика З на
винтах 5. 7 “ 1
777/7'77^ а
Рнс. 6.41. Механизм клинового компенсатора дальномера
Конденсоры и коллекторы микроскопов
Конденсоры микроскопов предназначены для освещения наблюдае-
мых объектов. Конденсоры могут иметь встроенную апертурную ири-
совуГо диафрагму или панкратичеекую оптическую систему для измене-
ния апертуры. На рис. 6.42 показаны конструкции конденсоров со сфе-
рическими и параболическими линзами.
Рис. 6.42. Конструкции конден-
соров микроскопов: а — кон-
денсор с апертурой 1, 2; б —
конденсор с апертурой 1, 4 (с па-
раболической линзой)
332
Рис. 6.43. Конструкция апла-
натического ахроматического
коллектора микроскопа
Коллектором в' микроск&пе называется оптическая система»'кото*
рая располджена непосредственно у источника света/Основное назначе-
ние коллектора — передать изображение источника света, как правило,
в увеличенном масштабе,
в плоскость апертурной
диафрагмы конденсора
(проходящий свет) или
в плоскость, сопряжен-
ную с выходным зрачком
объективаг микроскопа
(отраженный свет). На
рис. 6.43 приведена кон-
струкция апланатического
ахроматического коллек-
тора с фокусным расстоя-
нием /' — 56 мм и число-
вой апертурой А = 0,5.
В ы ключающееся
зеркало
Механизм (рис. 6.44)
состоит из корпуса 1, от-
кидывающегося зеркала 2
в оправе и пружины 4.
Для точной фиксации зер-
Рис. 6.44. Механизм выключающегося
зеркала
Рис. 6.45. Дифракционная решетка в юс-
тируемой оправе
кала в рабочем положе-
нии предусмотрен регули-
руемый упор 5. Смягче-
ние удара при переброске
оправы обеспечивается
амортизаторами 3 и 6.
Крепление
дифракционных
решеток
Дифракционные ре-
шетки чрезвычайно чув-
ствительны к деформа-
циям. Точность установ-
ки плоскости решеток
обычно выше, чем зеркал,
и, кроме того, необходи-
мы точная установка и
фиксация решетки по
направлению штрихов. В стационарных приборах конструкции узлов
дифракционных решеток снабжаются устройствами для регулировки
положения с высокой точностью. В бортовых приборах применяются
дифракционные решетки меньших размеров и точности. Поэтому юсти-
ровка при сборке производится в основном за счет прнпиливанця и при-
шабр.ивання опорных поверхностей, что позволяет упростить конструк-
цию узла крепления, уменьшить ее габариты и повысить жесткость и
333
надежность крепления. На рис. 6.45 и 6.46 приведены конструкций уз-
Лов дифракционных решеток стационарных приборов, а на рис: 6.47
и 6:48 — дифракционные решетки в оправах, устанавливаемые в борто-
вых приборах. “!i
Рис. 6.47. Дифракцион-
ная решетка в оправе с
пружинным кольцом
Рис. 6.46. Плоская дифракционная
решетка в оправе
Рнс.6.48. Дифракционная решет-
ка в жесткой оправе
Модуляторы света
Для модуляции светового потока, попадающего на фотоэлектрон-
ные приемники, применяются различные модуляторы, работающие на
отражение илн пропускание света. На рис. 6.49 показаны типы стеклян-
Рис. 6.49. Модуля-
торы света
334
ных и, металлических модуляторов. Стеклянные модуляторы могут,.бь)ть
выполнены фотографическим способом или нанесением зеркального
покрытия. Металлические модуляторы, работающие на отражение,
изготовляются из высокоуглеродистой стали с отражающим покрытием^
из нержавеющей стали или алюминиевых сплавов. Отражающие поверх-
ности доводятся до высо-
кой степени чистоты (R?-~
— 0,100-^0,050 мкм).
Осевые модуля торы
(рис. 6.50) устанавл нвают
так, что их ось иращеипя
совпадает с визирной
осью оптической системы.
Требования к моду-
ляторам могут быть раз-
личными в каждом от-
дельном случае. Основ-
ным является изменение
светового потока по опре-
деленному закону с за-
данной точностью, поэто-
му необходимо равенство
рабочих зои модулятора
(отражающей и пропуска-
ющей свет). Точность из-
готовления их зависит от
допускаемого искажения
формы, сигнала. На рис.
6.51. приведена конструк-
ция узла осевых модуля-
торов, которая дает воз-
можность быстрой смены
их в процессе работы при-
бора. Узел установлен в
фокальной плоскости объ-
ектива гидирующего при-
бора. Требования к ра-
боте узла определяются
небольшим размером изо-
бражения (0,03—0,1 мм)
и необходимой точностью
слежения. Радиальное
биение кромки модуля-
Рис. 6.51. Механизм модуляторов
тора определяет мертвую зону и допускается в пределах до
0,01 мм. Точность смещения центров модуляторов.при их смене (пря-
мая ошибка слежения) 0,01—0,015 мм. Вследствие установки моду-
лятора в плоскости изображения предъявляются высокие требова-
ния к качеству выполнения и чистоте обработки рабочих кромок (неров-
ности и ширина их допускается до 0,005 мм). Установка моду-
ляторов на насыпных шарикоподшипниках допустима только- при
небольших частотах вращения (300—400 об/мин). При больших
частотах следует применять стандартные радиальные шарикопод-
шипники.
. .Вращение модуляторов производится от электродвигателей стабили-
зированной скорости. •
335
' Фокусировочные механизмы
Фокусировочные меХтйЖвмы предназначены для получения резкого
изображения объекта в микроскопах и контролыю-юстировэчных.уст-г
ройствах. ; *
В настоящее время в микроскопостроении известно большое число
различных схем и конструкций фокусировочных механизмов, часть из
которых опубликована в литературе по микроскопии [61 [, [761, осталь-
ные в патентах. •
Рис. 6.52. Рычаж-
но-винтовой механизм
топкого перемещения
Рис. 6.53. Кривошип-
но-шатунный меха-
низм тонкого переме-
щения
Рис. 6.54. Клино-
вой механизм тон-
кого перемещения
Обычно, фокусировочные механизмы состоят из раздельно функцио-
нирующих механизмов для грубого и тонкого перемещения.
В качестве механизма грубого перемещения чаще всего используют
зубчато-реечную передачу, состоящую из косозубой шестерни и рейки.
Применение такой передачи обусловлено необходимостью получить
плавное перемещение ведомого элемента механизма.
Плавность движения ведомых элементов фокусировочных механиз-
мов является основным требованием, которое предъявляется к этим меха-
низмам.
В качестве механизмов тонкого перемещения используют самые
различные механизмы. Чаще других применяют механизмы, схемы ко-
торых изображены иа рисунках, приведенных ниже.
На рис. 6.521 изображена схема рычажно-винтового механизма
тонкого перемещения, где вращением рукоятки 1 поступательно пере-
мещают винт, который своим фланцем А поворачивает рычаг 2. Пово-
рот рычага 2 вызывает поступательное движение каретки 3. Контакт
каретки 3 с рычагом 2 и рычага с фланцем винта, осуществляемый па-
рами 1-го класса (см. гл. 9, табл. 1) обеспечивается силовым замыканием
с помощью пружины 4. Кинематические параметры рассматриваемого
механизма таковы: шаг винта — 0,5 мм, отношение длин плеч колеича-
1 На рис. 6.52 — 6.54 римскими цифрами обозначены класс» кинемати-
ческих пар (см, гл, 9).
336
тог»рычага Zt '.4? 1 : й;;Рабоч41Й..дна1шзон,.перемешеняя каретки 5—
2 мм. За один оборот рукоятки / каретка 3 перемещЭетеяв своих направ-
ляющих на 0,25 мм. Для уменьшения мертвого хода в механизме колеи-
чатуй рычаг 2 следует подвесить на упругом крестообразном шарнире
(см. гл. 11, рис. 11.34).
, .1. .43 механизме, изображенном иа рпс. 6.53, перемещением винта 1
поворачивают рычаг 2, малое плечо которого является кривошипом
в кривошипно-шатунном механизме, состоящим из шатуна 3 и ползуна
4. Таким образом, поворот рычат 2 через шатун 3 преобразовывается
в поступательное перемещение каретки (ползуна) 4. Кинематические
параметры рассматриваемого механизма: отношение длин плеч рычага
2 — I, : 1г = 1:4. За один оборот пиита / каретка 4 перемещается
на 0,2 мм. Рабочий диапазон перемещения каретки 4 составляет 2 мм.
Контакт звеньев между собой обеспечивается силовым замыканием с по-
мощью пружины 5.
В механизме, который приведен на рис. 6.54, вращение винта 1
вызывает поступательное перемещение клина 2 вдоль оси винта. Переме-
щение клина вызывает перемещение каретки 4. Контакт каретки 4 с кли-
ном 2 осуществляется силовым замыканием с помощью -пружины 5.
Для уменьшения трения и увеличения плавности движения каретки 4
контакт ее с клином осуществляется через ролик 3.
В качестве направляющих для кареток рассмотренных механизмов
чаще всего используют направляющие типа «ласточкин хвост» или
обычные шариковые направляющие замкнутого типа (см. гл. 11, табл. 1,
поз. 5 и 10).
Из трех рассмотренных механизмов тонкого перемещения наиболее
предпочтительным является механизм, изображенный на рис. 6.54.
Конструкция его проще и технологичнее двух других механизмов.
Литература: [36, 56, 61, 74, 76, 77, 891
ГЛАВА 7
ДИАФРАГМЫ, ЩЕЛИ, БЛЕНДЫ,
НАГЛАЗНИКИ И НАЛОБНИКИ
ДИАФРАГМЫ
Диафрагмами в оптических приборах называются детали и устрой-
ства, предназначенные для ограничения диаметра пучка лучей, прохо-
дящих через оптическую систему. Так как оптические системы центри-
рованные, то диафрагмы, как правило, имеют круглые отверстия.
Рис. 7.1. Ирисовая дпафрщма фотообъектива:
1 — ведущее кольцо; 2 — осевой штифт; 3 — коронка; 4 — ведущий штифт;
5 — оправа
По оптическому действию следует различать диафрагмы, ограничи-
вающие входящие в прибор пучки — апертурные диафрагмы и диа-
фрагмы, ограничивающие линейное (или угловое) поле (кадровая рамка
в кино- и фотоаппаратах, отверстия в оправах сеток визуальных при-,
боров, диафрагмы в окулярах микроскопов) — полевые диафрагмы.
Полевые диафрагмы, как правило, имеют неизменяемое отверстие,,
однако в микроскопах и некоторых других приборах применяются поле-
ЗЗй
вые диафрагмы с изменяющимся отверстием. Не изменяются отверстия
апертурных диафрагм, являющихся входными зрачками в телескопиче-
ских системах.
В микроскопах, фотоаппаратах и осветительных приборах почти
всегда должна быть предусмотрена возможность изменения диаметра
отверстия апертурной диафрагмы для регулирования освещенности.
Для этой цели в простейших приборах применяются либо смеииые,
Рис. 7.2. Ирисовая ди-
афрагма микроскопа
либо револьверные диафрагмы в виде
диска с рядом отверстий. Обе эти диа-
фрагмы неудобны в эксплуатации, так
как не позволяют плавно изменять ос-
вещенность, а последние к тому же
имеют большие габариты. Поэтому ши-
рокое применение получили ирисовые
диафрагмы, плавно изменяющие в за-
данных пределах световое отверстие
объектива или осветительной системы.
Ирисовая диафрагма состоит из
набора тонких дугообразных пла-
стинок (лепестков), кольцевой оправы
и поворотного кольца (коронки). Ле-
пестки имеют на концах штафты.
Один штифт (осевой) каждого лепестка
входит в отверстие кольцевой оправы,
Рис. 7.3. Лепесток диафрагмы
другой (ведомый) — в соответствующий радиальный паз поворотного
кольца. При повороте короики все лепестки поворачиваются в оправе,
изменяя диаметр отверстия диафрагмы. Ирисовые диафрагмы (рис.
7.1 и 7.2) различаются размерами предельных отверстий, наружной
формой, наличием рукоятки или ведущего кольца и шкалой. Ру-
коятка обычно применяется в микроскопах, ведущее кольцо —- в фото-
объективах.
В табл. 7.1 приведены конструктивные размеры лепестков ирисо-
вой диафрагмы в зависимости от пределов измерения диаметра свето-
вого отверстия диафрагмы и числа лепестков. Данные настоящей таб-
лицы, так же как и приводимой ниже табл. 7.2 не применимы при кон-
струировании ирисовых диафрагм специальной конструкции и назначе-
ния (с лепестками особой формы, с пропорциональной шкалой и т. д.).
•Размеры лепестков выбирают по рис. 7.3 и табл. 7.1.
339
Т а б. л ила 7.1. Конструктивные размеры в мм и число лепестков ирисовых диафрагм
диаметр светового отверстия «1 В «2 «2 d S rt Число лепест- ков •
Наи- больший Наи- меньший Номи- нальный Предель- ное от- клонение Номи- нальный Предель- ное от- 1 клонение' Номи- 1 нальный | 1 Предель- ное от- клонение Номи- нальный П редел ь- и ое от- клонение Ними- | нальный Предель- ное от- клонение Номи- нальный Предель- ное от- клонение
8 10 0,6 0,7 4 5 2 2,5 —0,25 5 6,25 5 6,5 0,6 +0,004 1
1? 0,8 6 ±0.1 3 7,5 +0,1 7,5 +0,1 10
14 16 0,9 1,0 7 8 3.5 8,75 9,75 9 10 0.8 +0,045 1.5
18 20 1,1 1.2 9 10 4 —0,3 И 12 11,5 12,5 0,08 —0,01
22 1,4 11 5 13,5 14 12 '
25 1,6 12,5 15 15,5
28- 1,8 14 6 17 ±0,15 18 ±0,15 2
32 2,0 16 ±0.15 19 20 1,0 +0,06
36 2,2 18 7 21,5 22,5
40 44 2,5 2,8 20 22 8 —0,36 24 26 25,5 27,5 0,1 —0,015 2,5 14
Продолжение табл. 7.1
Диаметр светового отверстия Я, в «2 Я„ d S Гх Число лепест- ков-
1 Наи- ! больший ж S э = X « * X 2 Номи- 1 нальный 11редель- пое от- клонение Номи- нальный Предел ь- ное от- клонение У Min (Г и и -nwo| ( Предель- ное от- клонение Номи- нальный Предель- ное от- клонение Номи- нальный Предель- ное от- клонение Номи - нальный Предель- ное от- клонение
48 52 56 60 3,0 3,5 4,0 4,5 24 26 28 30 ±0,15 9 —0,36 28.5 ±0,15 30 ±0,2 1,0 + 0,06 0,1 —0,015 3 14
30,5 33 35 38 40.5 43.5 46 49.5 52,5 57 ±0,2 32 35 37 40,5 43 46,5 49 53 56 61
10 1,2 16
65 70 75 80 86 92 100 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 32,5 35 37.5 40 43 46 50 ±0,2 11 —0,43
0,12
12
SJ8
13
14
Примечания: 1. При брльшнх отношениях диаметра светового отверстия в случае полного открытия диафрагмы к наименьшему диаметру светового отверстия указанный в таблице размер s рекомендуется уменьшать примерно нв 1/± 2. Допускается уменьшение числа лепестков (до пяти) с соответствующим увеличением их ширины.
Таблица 7.2. Основные конструктивные размеры коронок и оправ диафрагм
Размеры, мм
Di ь t V Do d Коли- чест- во па- зов
Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение Номи- нальный Предель- ное от- клонение Номи- нальный Предель- ное от- клонение Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение
8 +0,2 1 1 36е 10 ±0,10 1
10 1 1 36° 12.5 1
12 1,2 1,5 36° 15 1,2 10
14 16 + 0,24 1,2 1,2 1,5 1,5 36° 36е ±30' 17.5 19,5 ±0,16 1.2 1,2
18 1,2 1,5 30° 22 1,2
20 22 25 +0,28 1,2 1,5 1,5 + 0.25 1,5 1,5 1,5 +0,25 30° 30° 30° 24 27 30 1,5 1,5 1,5 +0,12 12
28 1,5 1,5 30° 34 1,5
1,5 1,5 25° 43'
32 38 1,5
36 40 + 0,34 1,5 1,5 1,5 1,5 25° 43' 25° 43' ±25' 43 48 ±0,20 1,5 1,5 14
48 1,5 1,5 25° 43' - --- 57 1,5
Продолжение табл. 7.2
Размеры, мм
Di ь t V С 0 d Коли- чест-
Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение Номи- нальный Предель- ное от- клонение Номи- нальный Предель- ное от- клонение Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение во па- зов
52 1,5 1,5 . 25° 43" 61 1,5 14
56 60 2 2 1,8 1,8 22° 30' 22° 30' ±25' 66 70 ±0,20 2 2
65 +0,4 2 1,8 22° 30' 76 2 16
70 75 2 2 +0,25 1,8 1,8 +0.25 22° 30' 22° 30' 81 87 2 2 +0,12
80 2 1,8 20° ±20' 92 ±0,25 2
86 92 + 0,46 2 2 1,8 1,8 20° 20° 99 105 2 2 18
100 2 1,8 20° 114 2
Примечание. Размер t приведен для коронок с глухими пазами. Для коронок со сквозными пазами он может
быть уменьшен до 1/2 от указанного в таблице.
В табл. 7.2 приводятся , конструктивные ^размеры оправ и. коронок
ирисвиыл>"Ли»фрагмт И* основные размеры следует устанавливать' по
Табл. 7.2‘и рис. 7.4, а остальные размеры — по конструктивном!сооб-
ражениям. Размер D должен быть не менее 2 (/? + В) (см, табл. 7а% и
рис. 7.3). .
: Размеры штифтов выбирают в соответствии с рис. 7.5 и табл., 7.3.
Лепестки изготовляют из стальной ленты по ГОСТ 21996—76,
ГОСТ 21997—76 или ГОСТ 503—71. Допускается изготовление из
ленты сплава АМг по
ГОСТ 4784—74. Штифты
делают из латунной про-
волоки марки Л62 по
ГОСТ 1066—75. Оправы и
коронки могут изготов-
ляться из сплавов АЛ2,
АМг2 или из сплава
Д16АТ.
*5|
Рис. 7.4. Типы коронок
Рис. 7.5. Штифт диафрагмы
Установлены следующие допуски на диаметр отверстия диаф-
рагм микроскопов: для полевых диафрагм до 5%; для апертур-
ных — до 8%. Для диафрагм фотоаппаратуры допускается откло-
нение по седьмому классу точности.
Лепестки диафрагм должны окрашиваться в черный цвет.
При необходимости конструирования диафрагм, имеющих диаметр
светового отверстия более 100 мм или диафрагм специальной конструк-
ции-следует произвести расчет по приводимой ниже методике.
Рабл и на 7.3. Размеры штифтов для лепестков диафрагм
Размеры, мм
Для диафрагм с наибольшим световым диа- метром D d L '
Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение Номи- наль- ный Предель- ное от- клонение
8—10 12-20 22-52 56—100 1.0 1,2 1,5 2.0 —0,06 —0,12 0,6 0,8 1,0 1,2 —0,04 —0,045 —0.6 —0.6 1,2 1,5 1,5 1.8 —0,25
34Г-
Расчет ирисовых диафрагм <
‘ Исходными данными для расчета являются диаметры наибольшего
и Наименьшего световых отверстий диафрагмы 2р, а также предельная
наибольшая толщина ее по оси.
‘ При расчете определяют (рис. 7.4 и 7.6): внутренний и наружный
радиусы кривизны лепестка гв1| и гн; толщину лепестка s; радиус окруж-
Рис. 7.6. Схема к расчету ирисовой диафрагмы
ности, по которой расположены отверстия под штифты г; угол между
штифтами лепестка у; минимальное число лепестков п; толщину диа-
фрагмы по оси Т\ шкалу углов поворота коронки Р в зависимости от диа-
метра отверстия диафрагмы.
Внутренний радиус лепестка равен радиусу наибольшего светового
отверстия диафрагмы. Расстояние между штифтами лепестка должно
быть О]О2 г + гвн (рис. 7.6, а), в противном случае при некотором
угле поворота коронки штифт выйдет из паза.
Радиус окружности расположения отверстий под штифты опреде-
ляется по формуле
Ч~ Г ни ^2 гвн pmin .
т з [гвп + К7гвн 3Ртщ (2гвв Praia)]'
Э45
Наружный радиус лепестка ги беретсяравньш 2г — гвн. Угол между
штифтами лепестка находится из треугольника О().1О1 по формулам:
sin Д- = Гвн ; у==2 arcsin - ~'~Гви .
2 2r 2r .
Радиус закругления края лепестка rt = г — гви.
Для компенсации допусков отверстие под ведомый штифт в лепестке
смещают на 0,5—1 мм.
Минимальное число лепестков п определяют исходя из наимень-
шего необходимого перекрытия одного лепестка другим при наимень-
шем отверстии диафрагмы (рис. 7.6, jy:
360 н и
л = —. •' 01 “во
Из треугольника АОО' имеем
cos 0] (г,,» Рили)/(2л|1И),
Из треугольника Л,О()' получаем
о г "Т (гии Prnin) гн
cos 0J ------г-—--------------.
а8Н V ВН --(>1П1П)
Полученное значение п округляют в сторону увеличения до бли-
жайшего целого числа.
Наибольшая толщина Т диафрагмы (по лепесткам): Т — sny/360,
где s = 0,05—0,1 мм.
На ведущем кольце наносится шкала диафрагмы.
Зависимость светового отверстия диафрагмы от угла поворота 0 ве-
дущего кольца (короики) находится из треугольника OfiO' (рис. 7.6, в)
р — гвн у — гви 2г sin -ту-.
Z4 . ОС Г RH О
Отсюда sin-^- — - — , где а — угол поворота лепестка.
Приближенно 0 = 2а, тогда sin .
Более точные формулы для 0, получаемые из треугольника 00 tA,
________cos 2 . __ / cos а— .
g(V Н 0) — г / у \ ’ 0 — arc g ycosa-|-fc/ ’
__sin(_ + a)
a = 2 arcsin Р ; a = г — rBB; k = г/(г -ф гвн).
Погрешности светового диаметра диафрагмы при расчете по при-
ближенной формуле не превышают 4%.
Щелевые диафрагмы
Щелевые регулируемые диафрагмы применяются почти исключи-
тельно в лабораторных приборах (спектроскопах, спектрографах,
монохроматорах).
346
Конструкция щелевой диафрагмы (рис. 7.7,.а) позволяет изменять
ширину щели с точностью до 0,01 мм.
Ножи диафрагмы 1, имеющие форму клиньев, движутся в направ-
ляющих 2, расположенных под углом, благодаря чему можно изме-
нять ширину щели. Ножи прижимаются к направляющим пружинами 3
и 4. Для передвижения ножей служит микрометрический винт 5 с от-
счетной шкалой 6. Цена деления шкалы 0,01 мм. Обратное движение
ножам дает пружина 3.
На рис. 7.7, б показана схема диафрагмы типа «кошачий глаз».
Перемещение ножей / в оправе 2 должно происходить симметрично.
При изменении диагонали а площадь отверстия диафрагмы изменяется
пропорционально а2. Кромки ножей должны лежать в одной плоскости.
НАГЛАЗНИКИ И НАЛОБНИКИ
Наглазником называется деталь окуляра, облегчающая совмеще-
ние и фиксацию зрачка глаза с выходным зрачком оптического прибора.
Одновременно наглазники выполняют и другие функции: защищают
глаз наблюдателя от попадания посторонних лучей, от ветра и дождя,
от ушибов при толчках во время наблюдения.
: Различают жесткие и мягкие наглазники. Жесткие наглазники:
изготовляют из пластмассы, мягкие — из резины. ..
347-
Наглазники из пластмассы применяют в лабораторных приборах
биноклях, астрономических и геодезических приборах, не иснытыва
ющих толчков и ударов во время их использовании. 1
Наглазники из пластмассы изготавливаются трех типов:
Тип I — симметричный, отбортованный с внутренней резьбой
диаметрами 12—33 мм.
Тип II — симметричный, цилин-
дрический с внутренней резьбой
диаметрами 18—27 мм.
Тип 111 — несимметричный, с вну-
тренней резьбой диаметрами 31 и
32 мм.
Для изготовления наглазников
из пластмассы следует применять
фенопласт марки 03-010-02 ГОСТ 5689—73* черного цвета. Изготовле-
ние наглазников из полистирола или из полиэтилена допустимо рри
348
Т абл и а а 7.4. Типы и основные размеры наглазников из пластмассы, мм
«Л ; 'И . О 1 © ©" ю О| °. о’ 1 © О 1,0—0,2 1 ’ 1
ОС © 2.0 2,5 !| 1
£ 12,0 ю © >п © © <о © сэ © © ос г-" © ©" „ CN (N © © © © —Г см" г-’ << 1
ОС 9,0 12,5 11,0 °. Ч. °, ‘Ч о„ см" СО © © | © см см ©
1 ’—* 1
£ СО LQ 3,5 1
а: ос © Г- © 14 17
сГ © О СМ тг © 00 о см © — — см ем см см 12 14 19,5 19,5 1
;<з © ос © см т— см см ’ф © CTi см ю 00 СМ СМ СМ СО СО СО см см см^ об см" © I'*" — см см см 1
Q 22 26 30 34 40 "© rt* см см © со 3S
тз ХХХХХХХХХХ ©©©©©©©©©© © © © © ©" ©" О* © ©" ©" ХХХХХХХХХХ СМ^©©©СМ^Г~©© .-.-.^^CsjtNCNCNcOcC М18Х0.75-7Н М22-Х0.75-7Н M25X0J5-H М27Х 0.75-7Н СПМ31Х0.75 кл. 3 СПМ32Х0.75 кл. 3
Тип IH
349
Рис. 7,11. Составные мягкие наглазники:
/ — кольцо нз губчатой резины; 2 — обтяжка нз
кожи
35»
условии удовлетворения их эксплуатационных свойств тактике-техни-
ческим требованиям на прибор.
Наглазник следует располагать так, чтобы выходной зрачок совпа-
дал с наружным срезом наглазника. Для наблюдения в очках нли про-
тивогя^аЬыходпой зрачок должен быть вынесен на 6—8 мм.
Рис. 7.12. Налобник: а — метал-
лическая планка (основание по-
душки); б— резиновая подушка
Типы наглазников из пластмассы приводятся на рис. 7.8 и
табл. 7.4.
Формы мягких наглазников ,
меры некоторых применяющихся
Рис. 7.13. Крепление налоб-
ника
[овольно разнообразны. Типы и раз-
наглазников приведены на рис. 7.9.
Материал — резина и губчатая ре-
зина. Формы и размеры упругих
наглазников показаны па рис. 7.10,
а составных — па рис. 7.11.
Рис. 7.14. Подушка — упор из губ-
чатой резины, обшитый кожей
Налобники (рис. 7.12 и 7.13) применяются вместе с наглазниками,
помещаются над окулярами и служат для создания удобства для наблю-
дения. Налобники особенно необходимы в том случае, если прибор вра-
щается. Конструкция налобника может предусматривать его откиды-
вание и. перемещение вдоль оси.
. На рис. 7.14 изображен мягкий упор для лба.
351
БЛЕНДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАЩИТЫ >
ОТ РАССЕЯННОГО -СВЕТА
Блендами называются трубки (козырьки), устанавливаемые <1йред
входными окнами оптических приборов для защиты от засветки прЯЙЙс
солнечными лучами в полевых условиях и для уменьшения вре&Нюго
(рассеянного) света, попадающего в прибор.
Способы уменьшения вредного
(рассеянного) света 1
Вредный свет представляет собой часть светового потока, которая
проходит через оптический прибор, не участвуя в образовании изобра-
Рис. 7.15. Области входного АВ и выходного А'В' зрач-
ков (в дальнейшем эти обозначения сохранены)
жения, и попадает в глаз наблюдателя. Эта часть светового потока по-
лучается в результате рассеяния света при отражении его от поверхно-
стей оптических деталей, внутренних стенок корпуса прибора, оправ
и т. п. Некоторая часть света рассеивается от пузырьков и включений
в стекле деталей. Вредный свет, уменьшая контрастность изображения,
может сильно ухудшить условия видимости. Для уменьшения вредного
света могут быть приняты следующие меры: рациональное диафрагмиро-
вание; просветление поверхностей оптических деталей; обработка и от-
делка (окраска) внутренних поверхностей, создающие иаилучшее свето-
поглощепие; применение противосолнечных бленд.
Установлено, что наибольший диаметр зрачка глаза человека, на-
блюдающего через оптический прибор, равен примерно 7 мм. Поэтому
областью выходного зрачка А'В’ условно считается круг диаметром 7 мм,
расположенный в плоскости выходного зрачка, с центром на оптиче-
ской оси.
Областью входного зрачка АВ называется область, сопряженная
с областью выходного зрачка (рис, 7.15).
Светом п-го порядка называется рассеянный свет, имеющий п отра-
жений в приборе.
Рациональное диафрагмирование светового пучка в приборе. При
правильном диафрагмировании можно полностью устранить вредный
* По материалам Д. IO. Гальиериа, Б. Л. Нефчк—« « 43. -И: Овшм1ваак»г^.
352
свет первого порядка и сильно ослабить вредный свемуорого и высшего
- порядков, если это -позволяют допустимые габариты и вес прибора.
Если перед входным зрачком прибора пет никаких материальных диа-
фрагм, то на внутренние нерабочие поверхности может падать больной
4
Рис. 7.17. Простая бленда
световой поток, не участвующий в построении изображения. Для умень-
шения величины вредного светового потока надо уменьшить телесный
угол прямой засветки, т. е. максимально срезать излишнюю часть лу-
чей. Для этой цели применяются
* бленды (рис. 7.16 и 7.17) различной
формы. Внутри бленды целесообразно
; помещать диафрагмы (Dt, D.2 и т. д.),
Расставленные таким образом, чтобы
л$$ой луч прямой засветки после
Щажеиия от внутренних стенок
иды или диафрагмы не попадал во
вхрдной зрачок прибора. В менее от-
ветственных случаях можно ограни-
читься окраской бленды изнутри хо-
рошо поглощающими свет красками (рис.
г________________ г , 7.17). Края диафрагм должны
быть расположены вдоль линии АС и А'С, так как в этом случае
.лучи, отраженные от краев диафрагм бленды, не проходят в отверстие
полевой диафрагмы. При выполнении этого условия ,
L = D0/(tg оэ, — tg w0) и = £>0 (tg W! + tg w0)/(tg — tg ш0).
12 в. А. Панов и др.
353
Лучи прямой засветки после первого отражения от нерабочих
поверхностей (стенки, оправы, цилиндрические поверхности линз, мати-
рованные грани призм) не должны проходить через область выходного
зрачка под углом к оптической оси, меньшими, чем угол ы. В проек-
ционных приборах и фотоприборах эти лучи не должны проходить
через отверстие полевой диафрагмы. Число и расположение диафрагм
находится графически.
На рис. 7.18 изображена простейшая телескопическая система,
в которой выполнено указанное выше требование. Любой луч прямой
засветки, упавший на поверхность корпуса тт , не проходит через об-
ласть выходного зрачка. Свет, рассеянный участком корпуса тт",
Рис. 7.18. Устранение рассеянного света первого порядка
расположенный за полевой диафрагмой, также не будет вредным, так
как лучи этого света выйдут из окуляра под углами большими, чем <£>'.
Некоторые принципы построения и расчет бленд см. [82].
Внутренняя часть бленды должна как можно меньше отражать
н рассеивать свет, т. е. необходимо, чтобы попавшие на стенку лучи
поглощались. В наиболее ответственных случаях, когда от прибора тре-
буется предельная разрешающая способность и высокий контраст изоб-
ражения, к конструкции и материалу бленды предъявляются особые
требования. Заслуживают внимания перегородки бленды, изготовлен-
ные из соответствующего стекла с коэффициентом отражения р < 0,016
при полном отсутствии светопропускания [82].
Особое внимание должно быть уделено вопросу устранения бликов
при расчете оптической системы. рсли последняя сконструирована
таким образом, что каждый ее компе..епт изображает впереди стоящий
оптический узел на последующий, то в такой системе не требуется уста-
новки защитных диафрагм от рассеянного света первого порядка, отра-
жающегося от стенок прибора и оправ линз. Чем больше компонентов
в системе, тем надежнее она защищена от постороннего света. Однако
наличие в системе значительных остаточных аберраций может вызвать
появление рассеянного света.
Следует не допускать проникновения каких-либо механических
деталей в область световых лучей и завышения световых размеров опти-
ческих деталей. Лишние части оптических деталей становятся провод-
никами и источниками рассеянного света. При этом надо обратить осо-
бое внимание на обработку поясков оправ, близлежащих к линзам.
Если . конструкция прибора не позволяет устранить полностью
ЯН
Рис. 7.19. Устранение рассеянного спета
грани призмы
от нерабочей
а)
S)
1 Рифленая
поверхность
г
Коническая
канавка в
стекле
Фаска вмеота
конической
канавки
Коническая
канавка в
стекле
Рис. 7.20. .Vcip.meiiiie рассеянного света от
оправ и линз
Рис. 7.21. Устранение рассеянного света второго порядка
12* 355
вредный свет первого порядка, то в таких случаях необходимо обеспе-
чить отсутствие его хотя бы в центральной части поля прибора.
На рис. 7.19 приведена простая телескопическая система, у которой
вследствие малых размеров призмы и отсутствия бленды свет первого
порядка, отраженный от матированных граней призмы, проходит
крайние участки отверстия полевой диафрагмы и область выходного
зрачка (заштрихованная часть пучка). Другие лучи (например, луч
Е^Ез), исходящие от матовой поверхности призмы и проходящие через
центральную часть поля, не попадают в область выходного зрачка и,
следовательно, не являются вредными.
Рифленые поверхности также выполняют функции системы диа-
фрагм, но они менее эффективны, чем система, состоящая из небольшого
количества диафрагм. Рифление следует применять только в тех слу-
чаях, когда оно конструктивно или технологически выгоднее системы
диафрагм.
Вредный свет первого порядка возникает также в результате отра-
жения лучей прямой засветки от цилиндрических матовых поверхностей
линз и от внутренних цилиндрических поверхностей оправ линз
(рис. 7.20, а). Свет (лучи 1 и 2), попадающий па эти поверхности, после
отражения может частично проходить через отверстие полевой диа-
фрагмы и область выходного зрачка.
На рнс. 7.20, б показаны варианты правильной конструкции узла.
Ослабление вредного света второго и высших порядков. Полное
устранение вредного света второго и высших порядков невозможно, его
удается лишь ослабить в большей или меньшей степени.
Лучи рассеянного света любого порядка, отраженные от стенок
корпуса, не должны проходить через область выходного зрачка под уг-
лами, меньшими, чем со' (рис. 7.21). Для того чтобы обеспечить указан-
ное выше требование, достаточно трех диафрагм, которые размещаются
так, что если смотреть через любую точку отверстия полевой диафрагмы
на внутренние боковые стенки корпуса, то последние либо не видны
(закрыты диафрагмами), либо видны, но линии визирования на них ие
пересекают области входного зрачка прибора (участок ОаМАС}). В этом
случае из прибора будет выходить рассеянный свет второго и высшйх
порядков, отраженный от поверхностей оптических деталей.
Побочное вредное изображение. В оптических приборах в резуль-
тате неправильного выбора параметров оптической системы иногда
наблюдается наложение друг на друга основного и побочного изобра-
жений. Побочное изображение в телескопических системах возникает
в тех случаях, когда вследствие неправильного выбора размеров приз-
менной системы различные пучки лучей имеют неодинаковое число от-
ражений. Для устранения побочною изображения, даваемого качаю-
щимися визирными призмами, иногда приходится вводить подвижные
шторки (см. рис. 4.17).
Чернением и окраской внутренних поверхностей стенок корпуса
прибора, диафрагм, оправ и матированных поверхностей оптических
деталей может быть достигнуто значительное ослабление вредного
света. О способах чернения и применяемых при этом материалах см.
в гл. 18.
Л и т е р а т у р а: 117, 56, 82 1.
ГЛАВА «
РАСЧЕТ ДОПУСКОВ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ
И СБОРКУ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ,
УЗЛОВ И ПРИБОРОВ
Расчет и задание всесторонне обоснованных допусков на точность
изготовления оптических деталей, на сборку узлов и приборов в целом —
обязательный и важнейший этап проектирования оптических приборов.
На точность функционирования приборов влияют ошибки как механи-
ческих, так и оптических деталей и устройств, в частности, такие по-
грешности как дефекты качества изображения, параллакс и разворот
шкал и сеток, наклон и перекос изображений, отклонение, биение или
унод визирной оси и другие. Правильно заданные допуски на изготовле-
ние и установку оптических деталей и узлов позволяют обеспечить вы-
сокое качество выпускаемых приборов при наименьшей их себестоимо-
ct II
В данной глапе основное внимание уделяется расчету допусков
дня oniiinecKiix де|алей, y iaon и оптнческпх систем в целом.
(>н।unci кие с нск'мы должны длили, и 1обрлж.сппе высокого качества,
обс( ш"шна11, 1ргГ>\см\111 1ОЧНОСП, p,i6ou,i прибора и иметь заданные
Хар л и icplic I ики
На качество и (обряжении он iпиеской сисгемы и па некоторые дру-
гие ее характерце!ики илпясг множество погрешностей, которые можно
объединить в три основные группы.
1. 1 lorpemiiocTii оптических материалов — отклонения величины
основного показателя преломления пе, средней дисперсии Пр, — пс,
и других констант материалов, из которых изготовляются основные
детали, от принятых при расчете табличных величин, а также такие
дефекты как оптическая неоднородность, двойное лучепреломление,
свили и т. д. (см. гл. 23).
2. Погрешности обработки оптических деталей — отклонение
формы их рабочих поверхностей от заданной (У, ДУ, А/?), децентри-
ровка линз или их поверхностей (С), клиновидность пластинок (0) и
разверток призм.
3. Погрешности сборки, вызывающие деформации оптических
рабочих поверхностей, нарушение взаимоиоложения деталей и узлов
в приборе, децентрирование частей системы, расфокусировку изображе-
ния, отклонения визирных осей.
Некоторые отклонения констант оптических материалов, например,
показателей преломления, а также отдельные погрешности изготовле-
ния деталей — их формы, толщины, вызывающие отклонения фокус-
ного расстояния линз или дефекты качества изображения, могут быть
357
взаимно скомпенсированы при сборке продольным смещением оптиче-
ских деталей, изменением воздушных промежутков между ними и т. д.
Благодаря этой возможности удается существенно расширить допуски
на изготовление оптических деталей, снизить требования к материалам,
из которых они' изготовляются.
Критерии оценки качества изображения
и допуски на дефекты оптической системы
Из существующих критериев оценки качества изображения, давае-
мого оптическими системами, (по вычисленной величине кружка рас-
сеяния, образуемого совокупностью лучей, по вычисленному распреде-
лению интенсивности света в дифракционной картине и других) на
практике при испытании узлов и приборов в процессе сборки применяют
критерий Рэлея и функцию контраста или частотно-контрастную ха-
рактеристику (ЧКХ) [71, 85].
Вследствие дифракции даже идеальной оптической системой с круг-
лым зрачком точки предметов изображаются н виде пятен конечных
размеров, в пределах которых волновая разность хода достигает вели-
чины 0,61Л, где X — длина волны используемого света. Аберрации
усложняют вид дифракционного изображения.
Согласно критерию Рэлея качество изображения точек считается
еще первоклассным, если волновые аберрации не превосходят величины
Дв = л/4 в пределах рабочего пучка лучей.
Рабочим пучком назовем пучок лучей наибольшего сечения, кото-
рый в поле оптической системы образует изображение осевой точки
предмета и по выходе из системы целиком попадает в зрачок глаза на-
блюдателя или иного приемника световой энергии.
При достаточной освещенности диаметр зрачка глаза наблюдателя
£>з, г = 2 мм. Если выходной зрачок прибора больше 2 мм, то зрачок
глаза наблюдателя, формируя выходящие пучки, становится выходным
зрачком прибора.
Соответственно рабочей зоной, в отличие от световой зоны, назовем
участок поверхности оптической детали, на который падает рабочий пу-
чок лучей.
Полагая для видимой области спектра среднюю длину волны Лср =
= 0,55 мкм для допустимой величины волновой аберрации визуальных
систем, согласно критерию Рэлея, получим Дв С 0,14 мкм. Из этого
допуска на все «технологические» аберрации, которые возникают вслед-
ствие дефектов изготовления и сборки оптических деталей, рекомен-
дуется выделить только его часть, выраженную в мкм, пе более
(Дв)доп = 0,1. (8.1)
Такова величина допустимой суммарной волновой аберрации на
все оптические детали системы, влияющие на качество ее изображения.
Расчет допусков на оптические детали и поверхности наиболее
просто и быстро можно выполнить, пользуясь принципом таутохронизйа.
Согласно этому принципу (см. гл. 1), волновые деформации в пределах
рабочего пучка лучей не изменяют своей величины при ходе через любую
последующую оптическую систему [40, 73, 89]. Волновые же дефор-
мации, которые возникают при прохождении пучка лучей через оптиче-
ские детали, имеющие дефекты материала и изготовления, алгебраиче-
ски суммируются.
На рис. 8.1, а показано прохождение плоского волнового фронта UZ
через плоскую границу между двумя средами с показателями лре-
«58
ломлення «1 и п2, причем nt > п2, а па плоскости раздела сред имеется
местная неровность глубиной —А. Участок волнового фронта, про-
ходящий через неровность, отстанет от основной его части, и на выхо-
дящем в воздух волновом фронте W возникнет местная деформа-
ция Дв.
Согласно принципу таутохропизма, т, е. из условия равенства вре-
мени прохождения пути между волновыми фронтами W и U7' по край-
нему и среднему лучам найдем
А„. „ . (и, - н2) А. (8.2.)
Для волнового фронта. отраженного от той же плоскости раздела
в среде с показателем преломления /ц п, аналогично можно получить
Ав. о. п — —2н А. (8.3)
Из формул видно, что проходящий через преломляющую поверх-
ность или отраженный от зеркальной поверхности плоский волновой
фронт в некотором масштабе повторяет дефекты рабочей поверхности.
Коэффициент пропорциональности в первом случае равен разности по-
казателей преломления пг — п2 на границе сред, а во втором — удвоен-
ной величине показателя преломления среды, в которой отражается вол-
новой фронт. Отсюда следует, что дефекты зеркальных поверхностей,
Рис. 8.1. Влияние дефектов плоской оптической преломляющей
поверхности на выходящий волновой фронт: а — местной не-
ровности иа границе двух сред с различными показателями
преломления > п2; • б — микрошероховатости; в — цилиид-
ричности; г — клиновидности; д — сферичности
оц^рнво с задним отражением, вызывают во много раз (в 4—6 п более)
большее искажение волнового фронта, чем преломляющие поверхности.
Наименьшие деформации вызывают дефекты поверхностей склейки, так
как разность показателей преломления на них обычно мала.
В качестве передаточного отношения возьмем отношение величины
возникшей деформации волнового фронта Дв к высоте дефекта поверх-
ности А. Чем оно меньше, тем очевидно и ниже требования к точности
обработки этой поверхности. Для рабочих поверхностей объектива теа-
трального бинокля, нзготовлеиного из стекол крон марки К8 (пе ~
~JI,518), а также флинт марки Ф1 {п6 = 1,615) и склееиногобальзаыом
359.
(пе == 1,53 ± 0,01), из формулы (8.2) получим передаточные отношения:
ДЛЯ
для
вой
поверхности кроновой линзы, граничащей с воздухом, 0,52,
А Л‘
фЛИНТОВОЙ ЛИНЗЫ -д2-«й0,61, для поверхности склейки— кроно-
А 4 Д
линзы -т—»» 0,01 ± 0,01, флинтовой линзы 4-2- = 0,08 ± 0,01.
„ Д2 .. Д3
Если на каждый дефект дать допуск Ав = 0,1 мкм, то даже при этом
условии получим следующие допуски на каждую поверхность А)
0,2 мкм, А2 ~ 5,0 мкм, А3 cs 1,2 мкм и А4 ~ 0,17 мкм. Следовательно,
обе внешние поверхности линзы, граничащие с воздухом, требуют обра-
ботки с помощью оптической полировки по самым высоким классам чи-
стоты. Поверхность склейки, особенно кроновая, в которой разность
показателей преломления между стеклом и бальзамом мала (не более
0,02), может быть обработана шлифовкой мелким наждаком и ее неров-
ности после склейки почти не испортят качество изображения, так
как вызовут мпкродеформацпи волноиого фронта в 50 раз меньшей
величины.
Как видно, допуски на дефекты изготовления и сборки оптических
элементов даже с преломляющими рабочими поверхностями полу-
чаются весьма строгими. Для некоторого их расширения учитывают как
конструктивную сложность оптических систем, так и специфику их ра-
боты. Например, вводят коэффициент сложности Х> 1, па который ум-
ножают величину теоретического предела разрешения оптической си-
стемы при определении предельно допустимого его значения.
Допустимые аберрации большинства фотографических и проекцион-
ных систем могут значительно превышать критерий Рэлея, так как
структура фотоэмульсии обычно грубее дифракционной структуры опти-
ческого изображения [85].
В некоторых оптических системах требуется высокое качество
изображения только в одном направлении, например, в шкаловых от-
счетных устройствах — поперек штрихов, в спектральных приборах —
вдоль спектра. В указанных случаях разворотом деталей в процессе
юстировки можно добиться улучшения качества изображения штрихов
или спектральных линий, ориентируя соответствующим образом направ-
ление размытия штрихов и линий вследствие, например, технологиче-
ского астигматизма.
Дефекты оптических поверхностей и деталей вызывают различные
по характеру деформации проходящего или отраженного волнового
фронта, а именно нерегулярные микронеровности вследствие микро-
шероховатостей или волнистости рабочих поверхностей (рис. 8.1, б),
искажение его формы вследствие несферичпосги (цилиндричности) по-
верхностей (рис. 8.1, в) или их местных и зональных ошибок. При ис-
пользовании белого света возникает также поперечный хроматизм,
например, за счет клиновидиости деталей (рис. 8.1, е) и продольный
хроматизм вследствие их фокусности (рис. 8.1, <?).
Допуск на поперечный и продольный хроматизм можно также
задавать в волновой мере: допуск на поперечный хроматизм — вели-
чиной кр,с, взаимного смещения волновых фронтов для линий F' и С
в пределах рабочего пучка лучей, а допуск на продольный хроматизм —
величиной Khp.f-, разности стрелок волновых фронтов для того же пучка
лучей. Для самых ответственных случаев можно положить, чтобы оба
эти волновых допуска А^,с, и &hp,c, не превосходили 0,1 мкм [40].
360
Пеекольку- илиновидность деталей по ГОСТ 2.412—68 задается
в угловой мере, то и допуск па поперечный хроматизм удобнее выра-
жать в той же мере. За окуляром допустимый угловой хроматизм ври
диаметре рабочего выходного зрачка £>р будет равен
, Ас \ /я .п
V* ! 'с 'Мон • (с-4)
Полагая волновой допуск (Az,4-,) равным 0,1 мкм, получим для
допустимого хроматизма (в угловых секундах)
20"
(Л°Г’С')доп = ~7у~ • (8-5)
При диаметре рабочего выходного зрачка D'p = 2 мм допуск
(^Е'С'Уцоп составит всего 10". Поскольку хроматизм сказывается на
работе прибора не так существенно как, например, двоение изображе-
ния, то обычно задают более широкие допуски на призматический хро-
матизм — до 20" для каждой детали, независимо от диаметра выходного
зрачка и сложности оптической системы [101].
Общий допуск иа «технологические» аберрации оптической системы
необходимо разделить на допуски для отдельных деталей и их эле-
ментов (поверхностей и углов) исходя нз предположения, что действия
первичных ошибок будут суммироваться как случайные величины по
квадратичному закону. Необходимо также учесть, что некоторые
ошибки являются скалярными (например, хроматизм положения),
и другие — векторными (например, хроматизм за счет кливовндности
деталей).
Величину волнового допуска (АН)1К на каждый источник скалярных
ошибок при общем их числе тсн можно найти по формуле
(AB)CK=^te. (8.6)
Величину волнового допуска (Дв)вк на каждый источник векторных
ошибок можно иайти из той же формулы (8.6), ио умноженной иа коэф-
фициент К > 1, учитывающий благоприятное влияние на величину сум-
марной погрешности дисперсии первичных ошибок по фазе. При равно-
вероятном распределении векторных ошибок по фазе и большом их
числе можно положить К — К2, тогда получим
(Ав)вк = И2-§Й^. (8.7)
V ткк
При юстировке во многих случаях взаимным разворотом оптических
деталей можно уменьшить до некоторого минимума суммарный хрома-
тизм и астигматизм. Благодаря этому удается значительно расширить
допуски как на клиновидность деталей, так и иа астигматизм поверхно-
стей [69].
361
Расчет допусков на оптические поверхности
и детали, перпендикулярные оси системы
Для допуска па высоту микронеровностей оптических поверхностей
из формулы (8.2) получим
д = - = йпДв. («-8)
Здесь gn — коэффициент, обратный передаточному отношению; чем
больше его величина, тем шире допуск можно задать на дефекты данной
поверхности. Это относится к дефектам, которые непосредственно ухуд-
шают качество изображения.
Единичные дефекты полированных поверхностей в виде царапин,
выколок, прошлифованных пузырей, а также пороки материала (пу-
зыри, камни) регламентируют не по их глубине, а по величине отноше-
ния площади указанных дефектов к площади поперечного сечения рабо-
чего пучка лучей в месте их нахождения; по ГОСТ 11141—76 допустима
величина отношения указанных площадей не более 1%.
Расчетную формулу для допуска ЛЛ'р па дефекты оптической по-
верхности в пределах се рабочей зоны легко получить, воспользовав-
шись тем же коэффициентом g; действительно
r Л/Z Л/Д
Здесь Л/г и Д/гв — наибольшая допустимая разность стрелок оптической
поверхности и соответственно выходящего волнового фронта в пределах
рабочего сечения пучка лучей; A/VB — волновой допуск на астигматизм
и местные деформации выходящего волнового фронта в пределах
рабочего пучка лучей, заданный величиной наибольшей допустимой
разности числа интерференционных полос, которая наблюдается при
контроле формы оптической поверхности под пробным стеклом; Л —-
длина волны света, применяемого для освещения при контроле формы
поверхности (для белого света при контроле по полосам красного цвета
принимают Л = 0,55 мкм).
Предельное значение допустимого-волнового допуска A,VB для ви-
зуальных систем не должно превышать величины
ANB = (А'^/)9доп < « 0,35. (8.10)
Х/2 0,28 мкм
Коэффициент g в формуле (8.9) определяется соответственно типу
поверхности: для преломляющих — по формуле (8.2), для отражаю-
щих — по формуле (8.3).
Допуск на несферичность (астигматичность) поверхностей в пре-
делах светового диаметра (приводимые на чертеже оптической детали)
увеличивают на величину квадрата отношения светового диаметра к ра-
бочему диаметру D пучка лучей, поэтому
= = (8.11)
Допуски на дефекты нерегулярного характера (местные вырывы,
зональные ошибки) в пределах светового диаметра задают той величины,
какой они получил1гсь по формуле (8,9) для рабочей зоны поверхности.
Допуск N па общее отклонение поверхности, перпендикулярной
Н.оси системы, от расчетной формы можно определить исходя из допу-
стимых аберраций, в частности, продольного хроматизма, или из
условия удобства контроля заданного допуска ДУ на местные ошибки,
или из требований взаимозаменяемости деталей.
Для деталей неответственного назначения этот допуск задают ис-
ходя из возможностей технологии серийного оптического производства
или из удобства контроля песферичности. В последнем случае прини-
мают N ие более чем в 3—5 раз больше допуска &N.
Допуск на клиновидное и. пластинок, разверток призм и на косину
линз определяют но формуле
где AaF,c,—допустимый угловой хроматизм за окуляром прибора,
определяемый по формуле (8.4); D и Dp — диаметры сечения рабочего
пучка лучей в месте расположения детали и диаметр рабочего выходного
зрачка соответственно; W — угловое увеличение оптической системы,
стоящей за данной деталью, равное отношению тех же диаметров.
В сходящемся ходе лучей клин вызывает также кому, величину
которой в угловой мере за системой, расположенной за клином, можно
вычислить по формуле [18]
Дак = -30^-__1<4^, <8-13)
где o'v — апертурный угол пучка лучей в месте расположения клина.
Клиновидность разверток отражательных призм может возникнуть
вследствие двух причин: из-за отклонения углов между ее рабочими
гранями от номинала, которое вызывает появление клиновидности 0С
в плоскости главного сечения и из-за пнрамндальностн л, которая обус-
ловливает кли 11О1111Д1ЮСТ1, 0л и плоскости, перпендикулярной главному
сечению. В силу пзапмопериендикулярноети обеих составляющих кли-
повидность развертки призм равна О — ]. 0(-|- 0-л.
При расчете допусков и контроле призм, согласно ГОСТ 2412—68,
каждая из ошибок рассматривается самостоятельно. Связь между
ошибками отдельных углов призм и клиновидностью 0С> между пирами-
дальностью призм и клиновидностью 0Л находится из разверток призм.
Отклонение угла крыши Акрш от прямого вызывает двоение изоб-
ражения, когда пучок световых лучей падает одновременно на обе ее
грани. Задаваясь двоением изображения за окуляром не более 20*,
допуск на отклонение угла крыши вычисляют по формуле
20"
Лк₽я1<:4пГсозе ’ (8‘14)
л Н
гДе п — показатель преломления призмы; е — угол падения осевого
луча на ребро крыши; U7 — угловое увеличение системы, стоящей за
призмой для осевой точки ребра крыши.
Допуск иа децептрировку линзы из поперечного хроматизма равен
(8.15)
где &F,C, = 0,1 мкм — волновой допуск иа хроматизм в пределах
рабочего диаметра D линзы.
363
Для близко расположенных друг к другу линз, составляющих
ахроматическую пару, при расчете по формуле (8.15) получатся одина-
ковые допуски, так как по условию ахроматизации vlf\ = —
Децентрировка лииз вызывает не только хроматизм, но и кому на
оси и другие аберрации, что необходимо учитывать в ответственных
системах.
Приближенную величину угловой комы, которую вызывает па оси
системы одиночная линза, наклоненная на угол 0, можно вычислить
по формуле
дОк = _30^од,(И2-1)и?,
где Од, — апертурный угол в пространстве изображений линзы, V —
ее линейное увеличение.
Рис. 8.2. Влияние наклона отдельной линзы па
кому на оси
Эта формула получает я, если представить, что наклоненная линза
отличается от центрированной добавлением спереди и сзади одинаковых
сферических клиньев с равными и противоположными по знаку углами
0 и —0 (рис. 8.2). Применяя к каждому из этих клиньев формулу (8.13),
найдем их суммарную кому, а после преобразований получим приве-
денную выше формулу.
Из формул (8.11)—(8.15) видно, что допуски на отдельные погреш-
ности оптических поверхностей и деталей зависят от их местонахожде-
ния в ходе лучей; в первую очередь они зависят от диаметра D сечения
рабочего пучка лучей: чем шире это сечение, тем строже все указанные
допуски для детали. В такой же зависимости от размера сечения рабо-
чего пучка находятся и требования к материалам для оптических дета-
лей в отношении оптической однородности, двойного лучепреломления
и др. Поэтому для деталей, расположенных в широком сечении рабочего
пучка (т. е. дальше от плоскости изображения), следует назначать ма-
териалы более высоких категорий, чем для деталей, стоящих в узком
пучке (т. е. ближе к плоскости изображения), для которых допустимо
применять материалы пониженных категорий. Требования же к чистоте
полировки поверхностей и к таким дефектам материала как пузыри,
камни, царапины, выколки, наоборот, возрастают с уменьшением се-
чения рабочего пучка. Известно, что самые строгие требования предъяв-
ляются к деталям и поверхностям, расположенным близко к плоскости
изображения, т. е. в узких световых пучках, к которым относятся кол-
лективы и особенно сетки.
364
Расчет допусков на наклонные оптические
поверхности н пластинки
Коэффициент ge, который связывает высоту неровности А с выз-
ванной ею деформацией Лв проходящего волнового фронта для накло-
ненной под углом е плоскости, разделяющей среды с показателем прелом-
ления пл и п2 и имеющей неровность высоты А, вычисляется нз более
сложного выражения вида
ge — — (н, cos г — К n.j — rtj sin - г)-'. (8,16)
Ан
Из общей формулы (8.16) для поверхностей различного типа полу-
чим:
для преломляющей поверхности, граничащей с воздухом (nt— 1;
п2 = п) _________
gne = — (cose — Кн2 — sin2e)-’; (8.16а)
для зеркал с внутренним отражением (пл = —п2 = п)
g0 пе = - ‘ ] (8.166)
во. не 2ncose
для зеркал с наружным отражением (п — 1)
= —. (8.16в)
2cos е
Абсолютные величины и графики коэффициентов ge для поверхно-
стей трех типов при п = 1,5 приведены в табл. 8.1 и на рис. 8.3, которые
позволяют ускорить и упростить расчет допусков.
Т а б л и и а 8.1. Величина коэффициентов для расчета допусков
на оптические детали с преломляющими и отражающими рабочими
поверхностями в зависимости от угла их наклона |при я= 1,5]
Ко^ффипненты Величина угла наклона е, ...с
0 30 45 60 90
8л 2,0 1,8 1,6 1,4 0,9
ё° 0,5 0,6 0,7 1,0 ОО
#0. П 0,3 0,4 0,5 0,7 оо
6',, оо 5,4 1,6 0,5 0
G_ оо 1,7 0,7 0,3 0
<?О. п оо 1,2 0,5 0,2 0
Ge 1,0 0,8 0,6 0,3 —
365
Расчетные формулы (8.8) и (8.11) для допусков на микронеровности
и на несферичность пригодны и для наклонных поверхностей, если
в них вместо g подставить коэффициент g£, соответствующий типу по-
верхности и углу ее наклона.
В отличие от перпендикулярных к ос» наклонные плоские по-
верхности имеют не один, а два источника астигматизма. Кроме ци-
линдричности, атигматизм вызывает также и сферичность наклонной
поверхности, так как при наклонном падении пучка лучей кругового
сечения на строго сферическую поверхность выходящий волновой фронт
деформируется неодинаково: больше
в
Рис. 8.3. График коэффициентов ge,
G£ и Q: для расчета допусков на дефек-
ты преломляющих и отражающих по-
верхностей и иа клиновидность плас-
тинок в зависимости от угла наклона
(при показателе
плоскости падения (вдоль длин-
ной оси рабочего участка эл-
липтической формы) и меньше
в перпендикулярном напра-
влении (вдоль его короткой
оси). В результате возникает
астигматизм волнового фрон-
та, равный наибольшей раз-
ности его стрелок. Допуск
на сферичность наклонной
плоскости, определяемый
числом полос Л’р вдоль малой
оси рабочего участка, равен
л/р= ^гтЛ^в=ОеДЛ'в,
(8.17)
деталей следует
Св. /min , поэтому
преломления п =
1,5)
где k — отношение длин
большой и малой осей рабо-
чего участка эллиптической
формы.
Согласно ГОСТ 2.412—68,
допуск N для некруглых
задавать вдоль наименьшего светового размера
N
Св. /инд
D
(8.18)
Для призм, развертка которых перпендикулярна
зеркал с внешним отражением знаменатель в формуле
ляется из равенства /г2 — 1 = tg2 е, и тогда
оси пучка, и
(8.17) опреде-
Ga = ge. ctg2 8>
(8.19)
на графиках
Величины коэффициентов Ge даны в табл. 8.1 и
рис. 8.3. При угле в = 45° имеем G45O — g45„ и в этой точке соответству-
ющие графики взаимно пересекаются.
Допустимую клиновидность для наклонной пластины можно рас-
считать по формуле (8.19), если умножить ее на коэффициент Qg (см.
табл. 8.1 и рис. 8.3), меньший единицы, учитывающий возрастание уг-
лового хроматизма с увеличением угла наклона) пластинки е, причем
п + 1
2п"
(8.20)
3(6$
Последняя формула получена из известного выражения для вели-
чины угла отклонения преломленного луча, падающего наклонно иа
входную грань клина, в плоскости его главного сечения
6е = О (п - I) (1 + -1+L tgsE) . (8.21)
Требования к iohikicih поверх постен и параллельности пластинок,
как видно из табл. 8.1 н графинов рис. 8.3, следующим образом зависят
от типа поверх постен и угла их наклона.
1. Требования к точности обработки отражающих поверхностей,
нормальных к осп пучка (кривые д>(. для допусков на местные ошибки и
микронеровности) в четыре (для наружных) и даже в шесть раз (для
внутренних) выше, чем к обработке преломляющих поверхностей, гра-
ничащих с воздухом. Однако по мере возрастания угла наклона поверх-
ностей е эти требования изменяются неодинаково — для преломляющих
они ужесточаются более чем вдвое (при е= 90°), а для отражающих
снижаются, так как допуски растут до бесконечности (при е = 90°).
Это подтверждается известным фактом, что при скользящем ходе лучей
даже тгероховатые (шлифованные) поверхности дают изображение хо-
рошего качества.
2. Требования к сферичности преломляющих и отражающих плос-
ких поверхностей '(кривые <?е) с ростом угла наклона е непрерывно й
быстро ужесточаются.
3. Требования к параллельности пластинок и разверток призм с ро-
стом угла наклона е также непрерывно ужесточаются (кривые Q£).
Влияние смещений и поворотов
зеркально-призменных систем на положение
и ориентировку изображения
Погрешности установки зеркал и призм нарушают положение и
ориентировку изображения в ноле оптической системы и вызывают де-
аентрировку ее частей.
При расчете допусков на точность установки зеркально-призмен-
ных систем нередко возникают пространственные задачи, для решения
которых пользуются методами аналитической, начертательной геомет-
рии, сферической тригонометрии, а также векторной алгеброй, матрич-
ным исчислением и кватернионами (29, 34, 35, 41, 53, 57, 60, 64, 69, 73,
74 , 81, 84, 89, 94—96j.
Направление орта луча, отраженного от плоского зеркала или пре-
ломленного поверхностью, разделяющей среды с показателями прелом-
ления пип', можно найти из следующих векторных выражений:
' А' = A — 2N (AN) (8.22)
и соответственно
А' = А -ф N cos е —cos е') . (8.23)
Здесь: А — орт направления падающего луча; М — орт нормали отра-
жающей и преломляющей плоскости, направленной навстречу падаю-
едему лучу; е и е* — углы падения и преломления луча. При k
367
числе отражений в зеркальной системе
нивы в матричной форме
/'«„
Л<*» =М("»л = «21
удобнее пользоваться выраже-
тц «и\_
«22 «2» I Л,
«32 «33/
(«.24)
где ММ — матрица действия зеркальной системы, записанная в той же
системе координат осей, в которой задан орт А направления падающего
луча; Шц, 1Щ2, ..., тяз — элементы матрицы от первого до девятого.
Для плоского зеркала из формулы (8.22) найдем
/ 1 - 2Л'2 -2Л’ AL
/ л х у
лг= -гл'Лу I—2V2
2A\/VZ —2/Vf/V?
—2Л\Л'г
-2^Лг
1 ~
Здесь Л'*-, Л'„, Л'г — проекции орта нормали зеркала в произволь-
ной системе Осей х//г.
Матрица М' общего вида преобразуется в матрицу Р' канониче-
ского вида, если ее записать в так называемой основной системе осей
ОД/оЗп неизменно связанной с плоским зеркалом, ось ги которой направ-
лена до нормали зеркала. При этом N = /г0, вследствие чего из формулы
(8.25) получим
/1 0 0\
Р' = I 0 1 о). (8.26)
\0 0 — 1/
Матрица действия углового зеркала имеет более сложный вид
М- =
/ [cos 2<j-(-2p2 sin2a] [~Рг sin 2a+2pxpy si n2o ] [p^sin 2о-(-2рд.рг sin2 о]
= 1 [p. Sin 2o-|“2p P sin2al [cos 2<H-2p2 sin2al [ — p sin 2a+2p p sin2o[
I L С Л- у J L у JIA у С Л
\ [— Py Sin 2o-(-2pa.pz sin2o] [px sin 2a-|-2p(/pz sin2a] [cos 2tr-|-2p2 sin2o]
(8.27)
Здесь px, py, p,— проекции орта ребра углового зеркала, образован- !
ного пересечением его зеркал; а — двухгранпый угол между зеркалами, ,
отсчитываемый со стороны орта ребра р от первого по ходу луча ко вто-
рому зеркалу (положительным считается угол, отсчитываемый «родив ’
направления движения часовой стрелки). ’ ' ;
У прямоугольного зеркала или крыши о = 90°. В этом случае <
матрица-действия может быть представлена в виде ’ 411
/ 1-2р2 ~2рхРу -2рхРг\
4=90 = - I-2PXPV 1—2/1* -2Рург . (8.28) ),
\-2рЛ -2руРг l-Wj
Из совпадения полученной матрицы с формулой (8.25) (они отли-
чаются друг от друга лишь протвоиоложным знаком) следует, что пря-
368
J
моугольное зеркало и крыша дейспзугот' -на .'яапраоябние «падающих .
лучей так же, как плоское зеркало, перпендикулярное их ребру*еояи
у всех ортов пространства предметов поменять знаки иа обратные*
У зеркального ромба (пара взаимопараллельных плоских зеркал)
и у ромб-призм угол о=0, вследствие чего из формулы (8.27) найдем
/1 0 0\
М„ ,, I О I О J - Е, (8?29)
\0 0 I/
т. е. их матрица действия является единичной. Это означает, что-обе
уиазаиные•зеркальные системы не влияют на направление отраженных
лучей — выходящие нз них лучи всегда остаются параллельными пада-
ющим.
Каноническая матрица Р" для углового зеркала с произвольным
углом о между зеркалами получится из его матрицы общего вида М",
если формулу (8.27) записать в основной системе координатных осей х0,
уа, га, неизменно связанной с угловым зеркалом, ось которой сошгадеет
с его ребром — ортом р. Тогда р — k0, в результате чего получим
(cos 2о —sin 2о 0\
sin 2а cos 2а О I. (8.30)
О 0 1/
Преломляющий клин в параллельном ходе -лучей действует анало-
гично угловому зеркалу с углом акл, который равен половине угла
поворота ф преломленного луча вокруг ребра клина по отнввммжо
к падающему лучу. Для клина с малым преломляющим уг-яом-0гу<юя
поворота равен [73, 74]
ф = 0 (1 — К «а -I- (л* - 1) к), (8.31)
где е — угол падения луча иа входную грань клипа.
В первом приближении величина угла поворота ф вокруг -ребра
клина преломленного луча по формуле (8.31), зависит лишь от угла па-
дений е луча на его входную грань, но не зависит оториеитировиямияв-
скости падения по отношению к плоскости главного сечения клина [74].
Положение изображения точки, отраженной k раз в системе пло-
ских зеркал, в сходящемся ходе лучей можно определить радиухюм-
вектором г(/г>, причем согласно (рис. 8.4, а) имеем
7<fc) =р<*)+ ХЛ(/е), (8,32)
гдер(&) — радиус-вектор изображения Т1>!} точки предмета Т, скоиврой
Совмещено начало О неподвижных координатных осей х, у, г, после fe-ro
отражения; Л — переменный скалярный множитель; — орт на-
правления отраженного луча, определяемого по-формуле-(8.24)« -
Для наиболее распространенных зеркал найдем следующие-еевт-
ношення:
для плоского (рнс. 8.4, а)
р = (1 — (8.33)
для углового (рис. 8.4, б)
р’ = (1 — М") (7+ф (8.34)
36»
для тройного (рис. 8.4, в)
Р'" = (1-ЛГ)(аЧ-/ц)- (8.35)
Здесь г — радиус-вектор точки С, вокруг которой вращается .плоское,
угловое или тройное зеркало; I— расстояние от точки С до отражающей
плоскости зеркала; N — орт направления нормали зеркала; М', М" и
Рис. 8.4. Отражение точки предмета и падающего луча от
произвольной системы плоских зеркал (а), от плоского {0,
углового и тройного зеркала (s)
М' — матрица действия плоского зеркала, определяемая по формуле
(8.25), углового зеркала — по формуле (8.27) и тройного зеркала соот-
ветственно; I и /ц — радиус-вектор точки пересечения ребра углового
зеркала с перпендикуляром, опущенным из точки С, и радиус-вектор
центра Ц системы зеркал относительно точки С.
Матрица М"’ трехзеркальпой системы общего вида может быть найт
дева как произведение матриц М'j 2 по формуле (8,27) первой по ходу
370
луча пары зеркал 1 и 2, образующих угловое зеркало с углом и
ортом pj,a направления ребра, на матрицу Л/.', третьего зеркала по фор-
муле (8.25).
Для зеркального ромба формула (8.34) вырождается в неопределен-
ность вида 0-сю. Поскольку изображение Т" точки предмета Т после от-
ражения в зеркальном ромбе смещается на расстояние 2d вдоль нормали
Ni к первому по ходу луча зеркалу, восстановленной в точке 7\ то для
радиуса-вектора получим
7p1)Mrt - 2d/V|, (8.36)
где d — толщина ромба, т. е. расстояние между отражающими плоско-
стями его зеркал.
Формула (8.36) применима и к плоскопараллельной пластинке,
которая также смещает изображение Т" точки предмета Т вдоль нор-
мали /V, входной грани, но по ходу луча, на величину
. Л cos 8 \ , 1 —л
Д = I i-----—. — d ~--------d sec8, (8.37)
\ J/n2 — sin2 е/ «
где n — показатель преломления пластинки; d — ее толщина; е — угол
падения луча на пластинку, косинус которого равен скалярному произ-
ведению орта А направления падающего луча на орт нормали вход-
ной грани.
Существует большое число разнообразных конструкций зеркаль-
но-призменных систем. В табл. 46 (см. гл. 4) включено 34 типа призм
и призменных систем, а в книге [53] рассмотрено около 80 призм и си-
стем, что далеко гае исчерпывает всего их многообразия. Для понимания
их свойств, действия и юстировки целесообразно пользоваться научной
классификацией призменных и зеркальных систем, предложенной
И. В. Лебедевым 157 ]. Согласно этой классификации все зеркально-
призмеиные системы с плоскими рабочими гранями, раеволожеивые
в сходящемся ходе лучей, можно разделить на cx>mi> классов, приведен-
ных в табл. 8.2. Першие пять систем простые: плоское зеркало (класс
Д), угловое зеркало (класс Б) и его частный случай — зеркальный ромб
(класс Б — 0), тройное зеркало (класс В) и его частный случай — три-
эдр прямоугольный (класс В — 180°). В индексе ромба и триэдра ука-
зан угол отклонения выходящих лучей, соответственно 0° и 180°.
Последние две системы сложные. Шестая система класса
Д+Б—& представляет собой сочетание плоского зеркала, с перпенди-
кулярным ему зеркальным ромбам, а. седьмая класса Б~гБ—0°—соче-
тание углового зеркала с перпендикулярным его ребру зеркальным
ромбом.
В графах 4 и 5 табл. 8.2 знаком + отмечены в основной системе
координатных осей х0, уа, 2^ действенные подвижки зеркальных систем
соответственно в сходящемся и параллельном ходе лучей. Ось г0 основ-
ной системы координат совпадает с так называемым основным неизмен-
ным направлением зеркально-призменных систем: у плоского зер-
кала— с нормалью отражающей плоскости; у углового зеркала —
с ребром; у тройного зеркала — с центром, в котором взаимно пересе-
каются зеркала, и направлена по лучу, который после отражения
в системе трех зеркал выходит строга противоположна падающему
лучу. У прямоугольного триэдра класса В — 180° направление оси ие
имеет значения, поскольку эта система любой луч отражает в строго
противоположном направлении,
3?1
&
Таблица 8.2. Классы систем плоских зеркал
систем с плоскими отражающими
№ п/п £1] нфр типа и класса систем Наимено- вание зеркаль- ной си- стемы Действенные под- вижки в сходящем- ся ходе лучей Действен- ные пово- роты в па- раллель- ном ходе лучей во- круг осей Матрица дей- ствия канониче- ского вида
смещения вдоль осей повороты вокруг осей
Хо I/O г№ ха 1/0 Zft I/O га
1 А Плоское зеркало — — + 4- 4- — 4- 4- — /10 0\ Р' = 1 0 1 0 j \0 0 — 1/
2 Б Угловое зеркзло 4- + + 4 + 4- II 1 II g" о 71 /cos 20 —sin 2а 0\ 1 о - a g Р" = 1 sin 2а cos 2а 0 I о0* ] j. \ 0 0 1 / — о 1 II
3 Б—0° Ромб зеркаль- ный — — — + + — — — — ^0=0'< /1 0 О'. 1 = 1 0 1 01 =Е \0 0 1/
372
и эквивалентных им зеркально-призменных
и преломляющими поверхностями
Недейственные смещения и повороты системы в сходящемся ходе лучей Примеры зеркально* пр из- менных систем, относящих- ся к данному классу Призмы отражатель- ные, относящиеся к данному классу, (см. табл. 4.6спра- вочника)
Любые смещения пло- ского зеркала вдоль отра- жающей плоскости и по- ворот его вокруг оси, пер- пендикулярной отражаю- щей плоскости Плоское зеркало. Систе- ма двух взаимно парал- лельных зеркал с тремя или большим нечетным чис- лом отражений. Система двух зеркал с любым чис- лом отражений и автокол- лимациониым ходом лучей. Система трех нли большего нечетного числа зеркал, взаимно пересекающихся по одной общей прямой А —0° (Аббе) при п = 1,5
Смещение углового зер- кала вдоль ребра и пово- рот его вокруг ребра Угловое зеркало — пзра плоских зеркал с углом между ними в пределах 0° < а < 180°. Любое чис- ло угловых зеркал с вза- имно параллельными реб- рами. Призмы с двумя отра- жениями, у которых вход- ная и выходная преломляю- щие грани параллельны ребру между отражающими граними БР—180°, БУ- 400, БУ —45°, БУ- 600, БП —80°, БП —90° (пента), Б —90°
Любые смещении зер- кального ромба и поворот его вокруг оси, перпенди- кулярной зеркалам Ромб зеркальный — пара плоских зеркал, взаимно параллельных и обращен- ных друг к другу. Ромб- призма. Плоскопараллель- ная пластинка. Система лю- бого числа угловых зеркал с взаимно параллельными ребрами, алгебраическая сумма углов которых равна нулю БС — 0° (ромб)
373
№ п/n Шифр типа и класса систем Наимено- вание зеркаль- ной си- стемы Действенные под- вижки в сходящем- ся ходе лучей Действен- ные пово- роты в па- раллель- ном ходе лучей вок- руг осей Матрица дей- ствия канониче- ского вида
смещения вдоль осей поворотов вокруг осей
У о 2» Xf, Уа z0 //0 *0
4 В Тройное зеркало + +. + + + + + ГЛ о. 1 II е е Cl CI .5 о ° •/, о 1 л ° £ о = ° 1 II & ч ttl f ₽аэ=90с = Рэ
5 В —180° Триэдр прядав* угольный + + + — р"' (\ ° 0\ = — 0 1 0 ) = \0 0 |/ .= — Е
6 А+Б- — 0° Плоское зеркало с пер- пендику- лярным ему зеркаль- ным ром- бом — — + + + + + + р"' = р"а^рэ = = "э = ^
7 Б+Б — — 0’ Угловое зеркало с пер- пендику- лярным его реб- ру зер- кальным ромбом + + + + + D1V Р -ДЛг и rt = ра^р^ ч н -ЕРЭ=РЭ p'v наэ=90е — = ра.=90г:=~Рэ —•
ж
Продолжение табл. 8.2
Недейственные смещения и повороты системы в сходящемся ходе лучей Примеры зеркально-приз- менных систем, относящих- ся к данному классу Призмы отражатель- ные, относящиеся к данному классу, (см. табл. 4.6 спра- вочника)
Только поворот тройно- го зеркала вокруг осп, проходящей через точку взаимного пересечен и и зеркал и параллельной лучу, который в тройном зеркале отражается в строго противоположном себе направлении Система трех произволь- но расположенных зеркал, имеющих общую точку пе- ресечения. Призмы е дву- мя отражающими гранями, вместо одной из которых нарезана крыша 1>кУ-—45°, БкУ — (50й. Б к 11 —90°, БкМ — 100° -90°, БК —90° (башмач- ная)
Любые повороты прямо- угольного триэдра вокруг точки взаимопересечення зеркал Система трех плоских зеркал, расположенных вза- имно перпендикулярно. С нет овозв р нщател ь, у гол • ковыП отражатель или три- цель- пр изма БкР —180°
Любые смещения зер- кальной системы вдоль отражающей плоскости ее эквивалентного плоского зеркала Система трех плоских зеркал, перпендикулярных общей плоскости и не пе- ресекающихсяпо одной об- щей прямой. Равнобедрен- ные призмы с одним или- тремя отражениями АР —0° (Дове); АР —45“, АР —60°, АР—90°. АР — . 105°, ВЛ —0° (Ле- мана), ВР—45° (ШМНДТВ); ВР — 180°, А —0° (Аббе) при п 1,5, К —0°, П—0°, ВП—0°
Смещение зеркальной системы вдоль ребра эк- вивалентного углового зеркала и поворот ее во- круг этого ребра Система четырех плоских зеркал, р а сп о л ожен пых произвольно. Все зеркаль- ные я зеркальианфизмен- ные оборачивающие систе- мы АкР —45°, АкР — 60°. АкР —80°, АкР —90°, БМ — 00°—90°, БМ — 80°—90°, БМ— 90°—90°, БМ — 100°—90°, БМ— 120°—90°, Вкл- O'’. ВкР —45°. ВкР —180°, Ак—0°, (Аббе), ПК—0°
375>
В параллельном ходе лучей все зеркально-призменные системы
приводятся лишь к шести классам — к системам с единичной матрицей
действия Е положительного (ромб класса Б — 0") и отрицательного
знака (триэдр класса — В — 180е); к системам с матрицей действия Р'
положительного знака (плоское зеркало класса А) и отрицательного
знака (прямоугольная крыша класса Б с углом о — 90); к системам
с матрицами действия Р" положительного знака (угловое зеркало
класса Б общего вида) и отрицательного знака (тройное зеркало класса
В}. В графе 6 приведены перечисленные матрицы действия канониче-
ского вида.
Далее указаны недейственные подвижки (графа 7), приведены
примеры зеркально-призменных систем каждого класса (графа 8) и
наконец — шифр призм с распределением их по классам из табл. 4.6
настоящего справочника.
Расчет допусков на оптические детали
с учетом требований к точности
функционирования и к сборке приборов
Для оценки точности работы прибора первостепенное значение
имеют*дефекты.оптической системы, наблюдаемые в ее поле. Рассмотрим
основные из них в неподвижной системе координатных осей, с началом
О в плоскости полевой диафрагмы, направив ось г по оптической оси, ось
х — горизонтально, ось у — вверх. Погрешности изготовления и уста-
новки оптических деталей, расположенных до полевой диафрагмы, мо-
гут вызвать следующие ошибки положения и ориентировки изображе-
ния.
1. Поперечные сдвиги изображения в плоскости полевой диафрагмы
вдоль осей х и у соответственно на величины Дх н Др, что приводит к
децентрировке второго рода, т. е. к параллельному сдвигу частей опти-
ческой системы, а при наличии сетки еще и к отклонению визирной
оси; в бинокулярных приборах указанные сдвиги вызывают, кроме того,
взаимную иепараллельность осей выходящих пучков, лучей.
2. Продольное смещение изображения вдоль оси г на величину
Az дает расфокусировку, а при наличии сетки — параллакс и рен.
3. Наклоны осевого луча и ортогональной ему плоскости изображе-
ния вокруг осей х и у соответственно на утлы а и fl, что приводит к де-
центрировке первого рода, т. е. взаимному наклону частей оптической
системы, который влечет за собой кому, нерезкость иа краях поля и пер-
спективные искажения или разномасштабность изображения по полю.
4. Поворот изображения вокруг оси z на угол у в приборах с приз-
менно-зеркальными системами или цилиндрическими линзами, что при-
водит к повороту, наклону или перекосу изображения.
Допуски на указанные дефекты обычно задаются техническими*
условиями на изготовление оптико-механических приборов.
В визирных системах, работающих совместно с глазом, требуется,
чтобы изображение было видно одновременно резко с сеткой или шка-
лой, причем допустимое смещение изображения от плоскости последних
не должно превосходить величины
0,2 мкм я „я
Az =----j—, (8.38)
°А-
где Од, — апертурный угол рабочего пучка в месте расположения сетки
или шкалы.
376
Если при этом остаточный параллакс превосходит допустимую
величину, то допуск Az следует соответственно ужесточить.
Для задания всесторонне обоснованных допусков на изготовление
и установку оптических деталей и узлов следует вычислить их значения
исходя из всех основных требований к прибору, а в качестве оконча-
тельных допусков принять наиболее строгие из полученных величин.
При этом необходимо учесть как технологические возможности произ-
водства, так и экономические соображения.
Пересчитав но формуле Ньютона величину Az в пространстве пред-
метов и изображений, получим выражение (м) для так называемой «прак-
тической бесконечности»
в пространстве предметов
1,25 (Dp у, (8.38а)
в пространстве за окуляром
г; = 1,25(О;)2. (8.286)
Здесь Dp и Dp — диаметр рабо-
чего входного и соответственно вы-
ходного зрачка, мм.
При разработке конструкций при-
боров, включающих зеркально-приз-
менные системы, а также при их
сборке и юстировке, кроме того,
необходимо учитывать как свойства
самих зеркал и призм, так и влия-
ние их подвижек (смещений и накло-
нов) на свойства оптических систем
в сходящемся ходе лучей ме-
жду объективом Об и окуля-
ром Ок коленчатого визира
в целом и в первую очередь на каче-
ство изображения. Любая отражательная призма представляет собой
совокупность системы плоских .черкал н преломляющей плоскопарал-
лельной пластинки, толщина которой определяется методом развертки.
Прежде всего следует отмстить, что любая система плоских зеркал
безаберрационна в любом ходе лучей, т. с. она не вносит никаких рас-
четных аберраций. Такне системы, вообще говоря, не требуют юсти-
ровки, т. е. плоские зеркала можно устанавливать произвольно, не
допуская лишь срезания рабочих световых пучков, если приемник из-
ображения — экран, окуляр, щель имеет все подвижки необходимые
для совмещения его с плоскостью изображения. На практике такой слу-
чай встречается редко, так как почти всегда приемная часть прибора
конструктивно базируется определенным образом по отношению к проек-
ционной его части. Тем самым задаются (нередко однозначно) также и
базы для установки зеркально-призменных систем. Погрешности уста-
новки зеркал и призм по отношению к этим базам вызывают ряд сущест-
венных дефектов прибора, в первую очередь взаимную децептрировку
линзовых частей оптической системы, между которыми зеркально-приз-
менные элементы устанавливаются.
Рассмотрим три типовых случая — установку плоского зеркала,
углового зеркала и зеркальной крыши в сходящемся пучке лучей.
Плоское зеркало. Расточки корпуса коленчатой трубы (рис. 8.5)
базируют с одной стороны объектив, с другой — окуляр. Базой для
установки плоского зеркала и являются оси этих расточек. В точке вза-
имного пересечения этих осей поместим начало О системы координатных
осей х0, у0, z0, направив ось х0 перпендикулярно осям обеих расточек,
377
а ось Zq — по биссектрисе угла между ними. В номинальном положении
зеркала эта система осей для него является основной, при этом нормаль
зеркала должна совпадать с осью г0, а его. отражающая плоскость —
с началом О системы осей, т. е. с точкой пересечения осей расточек.
При указанном номинальном положении зеркала 3 луч, совпадаю-
щий с оптической осью объектива Об, после отражения от зеркала будет
совпадать с оптической осью окуляра Ок, благодаря чему система линз
будет центрированной, как показано на рис. 8.5 штриховыми линиями
при выпрямленном ходе лучей.
В действительности плоское зеркало будет иметь три погрешности
установки: сдвиг отражающей плоскости вдоль нормали на величину
Д?о, поворот вокруг оси х0 на угол а0 и наклон вокруг оси у0 на угол ро.
Каждая погрешность приводит к децентрировке линзовой системы,
т. е. к взаимному наклону оптических осей объектива и окуляра
(децентрировка первого рода) или же к их взаимному сдвигу (децентри-
ровка второго рода). Остальные три возможные подвижки, т. е. сдвиги
в плоскости отражения вдоль осей х0 и у0, а также поворот вокруг оси
z0 очевидно ле будут действенными.
В табл. 8.3 перечислены дефекты, вызываемые действенными
погрешностями установки зеркала и приведены расчетные формулы.'
Из таблицы видно, что каждая первичная погрешность, кроме взаим-
ной децентрировки частей оптической системы, между которыми зеркало
находится, вызывает и другие существенные дефекты, ухудшающие
качество изображения или точность работы прибора. Степень влия-
ния этих дефектов зависит от ряда конструктивных величин, в том числе
от угла е наклона зеркала к оптической оси, расстояний I и (//> + /) от
плоскости изображения до зеркала и соответственно до входного зрачка,
величины линейного уп и углового <о поля системы, фокусного расстоя-
ния /'б объектива и линейного увеличения Vp в зрачках.
Приведенные в таблице расчетные формулы позволяют решать как
прямую задачу — по техническим требованиям к прибору определять
допустимые величины любых из подвижек плоского зеркала, так и об-
ратную — по наблюдаемому за окуляром дефекту при юстировке при-
бора определять величину и знак подвижки, необходимой для устране-
ния этого дефекта.
Каждая первичная ошибка установки зеркала вызывает специфи-'
ческие дефекты системы. Например, сдвиг Дг0 зеркала вдоль его нор-
мали влечет за собой расфокусировку на оси (табл. 8.3, № 1), децентри-
ровку второго рода (№ 5) и реп (№ 8); наклон зеркала иа угол вы-
зывает наклон изображения и децептрировку первого рода системы по
горизонту п т. д. Однако некоторые дефекты появляются вследствие
влияния двух или даже трех ошибок (см. № 1,6; 2; 4; 6; 7; 9). Следует
подчеркнуть, что указанные ошибки взаимно не компенсируются, а
а как бы’заслоняют друг друга. Так, например, если децентрировка
выходного зрачка (№ 6) вследствие ошибок а0 и Аг0 равны друг другу,.
но противоположны по знаку, то между ними имеет место соотношение^
Од/р = Az0 sin е0. Однако если зеркало, расположено вблизи входного
зрачка, т. е. 1р мало, то в этом случае даже при малом сдвиге зеркала
Дгд вдоль нормали будет незаметно допущен значительный угол его
поворота, так как а0 = При 1р — 20 мм, е0 = 45° будет а«
~ 0,03 Azo, т. е. при сдвиге зеркала всего на 1 мм зеркало следует по-
вернуть от правильного положения на угол 2°. При этом на оси системы
появится значительная кома.
ЗЖ
Продолжение табл. 8.3
Погрешности установки плоского зеркала N < с*Г С "ел а. о ** < сч II а. < “в. о — 2 4Д- sin е(| 'об Др „ Дгп —— ~ 2 —cos е tg со Уп Уп 3 С4 С сп си я 1 <м < см II п 3
оа о СО СЛ О 0. см и а. и <1 о ш 8 ~М сч II 1 Дсог = 2ро cos е„ sin2 co X ч/ 1 _L_\ 3 01 Л- я + S + i 3 < II <1
6 г? см II а. <] -И Й см II 4? < I'- ii о Ю а 1 3 _ .£ <л в' см II •> ч/ 3 <1 > 3 ffl £ а ' i to j 3 й <1 II < ® <1
Дефекты оптической системы Децентрировка выход- ного зрачка Наклон визирной оси 5 0- Разномасштабность изобр ажения: а) в угловой мере б), ц-линейной мере
Ц/Ц otf о оо
3«0
и призм в процессе их юсти-
исключить заслонение одних
Рис. 8.6. Угловое зеркало с
углом о между зеркалами 1
и 2 в сходящемся ходе лучей
между объективом Об и
окуляром Ок коленчатого
визира
Если же зеркало расположено вблизи полевой диафрагмы, т. е. I
малеате даже при малом сдвиге зеркала вдоль нормали от правильного
положения потребуется повернуть его на значительный угол at) для
центрирования изображения в полевой диафрагме (№ 2). При этома0/ =
= Дг(| sin Из последнего соотношения видно, чтоб данном случае
также возможно незаметное введение большого поворота зеркала и это
приведет к значительной коме па оси.
Следовательно, при контроле .черкал
ровки необходимо следить за тем, чтобы
погрешностей другими; особенно важ-
но выявлять повороты и наклоны зер-
кал, т. е. ошибки а„ и вызывающие
депентрировку первого рода.
Угловое зеркало. В отличие от
плоского зеркала угловое зеркало
имеет в сходящемся пучке лучей че-
тыре действенные подвижки, так как
смещение углового зеркала вдоль его
ребра и поворот вокруг ребра недей-
ственны (рис. 8.6). В табл. 8.4 рассмо-
трены дефекты, вызываемые действен-
ными погрешностями установки угло-
вого зеркала и приведены расчетные
формулы Подвижки углового зеркала
рассмотрены также в основной для
него системе осей хо'/ого> которая ориен-
тирована так, что при номинальном
положении углового зеркала ось ги
совпадает с его ребром, а оси х0 и
уи — с особыми его направлениями.
Одно из них параллельно биссектрисе
угла между падающим и выходящим
лучами 2о (но нему направлена ось
Уо), а другое — перпендикулярно
первому (с ним совпадаез ось х0).
Известны свойства указанных особых направлений [57, 731. Сме-
щение углового зеркала вдоль оси на Дх0 вызывает только расфоку-
сировку Дг=2 Дхи sin о, наклон вокруг той же оси на угол а0 — только
поворот изображения у = 2а0 sin о Смещение зеркала вдоль оси у0
на &у0 дает поперечный сдвиг изображения Ду = 2 Д//(, sin о, а наклон
вокруг этой же оси на угол вызывает лишь отклонение выходящего
луча на угол р — 2[)0 sin о.
По иному, чем в случае плоского зеркала, влияют и остальные по-
движки углового зеркала Наименьшее число дефектов вызывают две
его^родвижки: наклон на угол а0 дает только наклон изображения, а де-
ценурировка системы при этом не нарушается, сдвиг зеркала вдоль оси
х0 вызывает лишь расфокусировку изображения (табл. 8.4, N» 1) и соот-
ветственно рен (№ 8).
Смещение углового зеркала вдоль оси у0 вызывает децентрировку
второго рода по вертикали и дает пять дефектов, правда, не очень су-
щественных. Наиболее существенные семь дефектов обусловливает
последняя четвертая подвижка — наклон углового зеркала вокруг оси
Уо на угол р0. При этом возникает децентрировка первого рода системы,
в связи с чем ухудшаются качество изображения (вследствие комы на
оси) и точность измерений (вследствие параллакса и разномасштабное™).
ЭВ1
Таблица 8.4. Дефекты оптической системы, вызываемые погрешностями установки углового
зеркала в сходящемся ходе лучей
№ п/п Дефекты оптической системы Погрешности установки углового зеркала
а» Дх0 Л У в
1 Расфокусировка изображения и па- раллакс сетки: а) на оси б) на краю — Дгв = 20оуп Sin о | Дг = 2 Дх0 sin о —
2 Сдвиг изображения — Дх =5= 20о 1 sin о — Ьу= 2 Ду0 sin с
3 Отклонение визир- ной оси — я Лх 0 = —_ = 'Об = 2₽о -тг- Sin о /об — а — = 2 sin о 'об 'Об
4 Наклон изображе- ния 7 = = 2а sin о — — —
5 Децентр иррвка пер- вого рода оптической системы — 0с = 200 sin ° — —
Продолжение табл. 8.4
№ п/п Дефекты оптической системы Погрешности установки углового зеркала
«0 0.
6 Децентрировка вто- рого рода оптической системы — — — Су = 2 Ду0 sin о
7 Децентрировка вы- ходного зрачка — Дхр/ — $clpVp — = 20o/pVp sin о —» ±Ур- = ДуГр= = 2 ДурГр sin о
8 Рен — Дх' Дх0 . ±= 2 —- sin п to о хп хп —
9 Разномасштабность изображения: а) в угловой мере б) в линейной ме- ре — ЛыЛ = =20о(sec а — 2 ; ) X \ 1 + 1р / X sin-а» sin о Д^Д^Н-^ COS2U) — Дон, = 2 Дуо sin о sin 2 и
Таким образом, в системах, содержащих угловое зеркало в сходя-
щемся пучке лучей, наиболее вероятно-ухудшение качества изображе-
ния в направлении, параллельном ребру углового зеркала. Для сравне-
ния отметим, что погрешности установки плоского зеркала (его поворот
иа угол а0 и наклон на угол р0), как было показано (см. табл. 8.3), при-
водят к ухудшению качества изображения по всем направлениям поля
системы.
Следует указать еще на одно существенное обстоятельство, встре-
чающееся при сборке коленчатых труб. При рассмотрении влияния под-
вижек плоского и углового зеркал предполагалось, что оси расточек
под объектив и окуляр в корпусе взаимно пересекаются в общей точке.
В действительности же всегда имеется некоторая величина непересе-
чения этих осей. В этом случае для компенсации сдвига изображения
вдоль осн х (см. рис. 8.5) необходимо было бы наклонить на некоторый
угол как плоское, так и угловое зеркало вокруг оси уи. В результате
появится дополнительная децентриронка первого рода системы и как
следствие — кома па оси.
Таким обратом, и обоих случаях погрещшими механической обра-
ботки корпуса коленчатого ни ища iic-.ii.mi скомнепеиронать наклонами
зеркал, а эти погрепиюс ш должны бы и, ограничены .заданием соответ-
ствующих допусков иа нсиересечспис ос ей расгочек, пли же скомпенси-
рованы взаимным сдвигом обьс-кiiiii.'i и окуляра,
В визире с угловым зеркалом (см. рис, 8.б) ис-возможно скомпенси-
ровать никакими поворотами зеркала (если угол о между зеркалами
неизменный) также и отклонение угла между осями расгочек под объек-
тив и окуляр (в номинале он равен 180' — 2<’). В этом случае необхо-
димо регламентировать допуском величину угла между осями расточек
корпуса.
Прямоугольная крыша. Такая зеркальная система дает полное
обращение изображения и для этого часто она применяется. Матрица
действия крыши в параллельном пучке лучей равна (отличаясь лишь
противоположным знаком) матрице действия эквивалентного плоского
зеркала, перпендикулярного ребру крыши, поэтому влияние обоих
поворотов крыши и в сходящемся пучке лучей будет аналогичным влия-
нию поворотов указанного эквивалентного зеркала (см. влияние по-
грешностей а0 и Ро в табл. 8.3). Сдвиг ребра крыши в плоскости (см.
рис. 8.5) влияет аналогично сдвигу плоского зеркала вдоль его нормали
на ту же величину. ,.
В отличие от плоского зеркала крыша имеет четвертую действен-
ную подвижку — сдвиг ее ребра перпендикулярно плоскости, задавае-
мой осями расточек корпуса под объектив и окуляр. На рис. 8.5 пока-
зано, что сдвиг ребра вызывает удвоенной величины поступательный
сдвиг выходящего луча в том же направлении, ио без удлинения его
хода, т. е. без возникновения расфокусировки |73]. Таким сдвигом
крыши' легко можно скомпенсировать имеющееся непересеченне реей
расточек под объектив и окуляр в корпусе коленчатого визира.
Таким образом, имеющимися у крыши четырьмя действенными по-
движками можно -скомпенсировать -любую’ погрешность механической
•обработки коленчатого корпуса и иалучпть в-результате центрирован-
ную систему.
Призмы с одним отражением (типа АР), с двумя отражениями
(типа БУ) или с одним отражением и крышей (типа АкР) имеют иа одну
действенную подвижку меньше, чем исходные для них зеркальные си-
стемы, за счет наличии дополнительной нлоскопаралпельной пластинки,
рабочие грани которой должны быть установлены перпендикулярно
384
оптической оси системы. Это ограничивает рассмотренные выше возмож-
ности^кампенсации. ошибок механической .обработки каряуса подвиж-
ками указанных призм.
Пример расчн.т допусков на оптические
детали aptиллерийской панорамы
Применим иринен-иные выше формулы к расчету допусков для де-
тален оптической chi ivmi.i ii.uiop.iMi.i, включающей детали различных
типов: иреломлик>11|11<'. юр.ок.нищие, неподвижные и вращаемые.
Оптическая cmiexi.i h.ui<>|>.'imi.i имеег следующие харшиеристики:
видимое увеличение /', -I двамегр входного зрачка /)/> - 16 мм;
пределы цзмсиеиин утлои 1орц.1онгалы1ых - - 360", вертикальных
1= ±18°; точносн. v i.iiioiikh углов не ниже А<|> — Ar — —(-0,001 рад.
Основными он।НЧС1КНМ11 де1алямн и узлами панорамы являются
(рис. 8.7): з,т1цн । in>е ( текло /, головная призма 2, компенсационная
призма Дове обьекгив призма с крышей 5, пластинка с сеткой 6,
линзы окуляра / и Л'. I |,тимсныпий световой размер всех поверхностей и
всех деталей примем равным 16 мм. Положение первых трех деталей
1—3 при рябин* н.тиорамы может изменяться по отношению к последним
подвижным aei.i.'inM /•— 7. При визировании по высоте головная призма/
поворачиваекя вокруг горизонтальной оси на угол тп = 1/2 = ±9°,
а при панорамировании по горизонту головка, заключающая в себе де-
тали 1 и 2, вращается вокруг вертикальной оси на неограниченный
угол ср и одновременно вокруг той же оси и в том же направлении, но на
половинный угол ср/2 вращается также компенсационная призма Дове 3.
Это необходимо учитывать, когда задаются допуски па оптические де-
тали, так как при взаимном развороте деталей изменяется сумма ошибок
векторного характера.
Панорама является серийным прибором. Ее оптическая система
включает в себя три сложные п изготовлении призмы: Доне, прямоуголь-
ную с крышей и головную. Поэтому н данном случае можно задать до-
пуски, несколько превосходящие критерий Рэлея, и принять за окуляром
допустимый астигматизм до Адоп = 0,45 дптр, допустимый хроматизм
до \(3р.с, = 0,3'.
В случае пересчета этих допусков в волновую меру в пределах
зрачка глаза наблюдателя, являющегося рабочим входным зрачком па-
норамы, при условии, что D3 г = 2 мм, a D'p = 4 мм > D3 , получим:
I) допуск на астигматизм, выраженный допустимой разностью
стрелок выходящего волнового фронта с радиусом кривизны (в м) а
DI г10я
(Л/г„)р = 8 "j-03 = 0,5ЛДОП = 0,5-0,45 « 0,2 мкм;
'’) joiiyi'K п,т xpoM.rru.iM, выраженный линейным смещением волно-
вых фр!ш ion ио краю рабочего пучка лучей для линий V и С, (А/--с- =
J 0,‘.’ мкм, Ч|о вдвое больше допустимого ио формуле (8.5).
В волновой мерс оба допуска оказались примерно равными по ве-
личине и превосходящими критерий Рэлея, поэтому качество изображе-
ии -I и панораме уже может заметно отличаться от идеального.
В пределах светового размера выходного зрачка D'p = 4 мм до-
nyrniMijii астигматизм выражается разностью стрелок выходящей
полны A/in = 0,8 мкм или разностью числа полос АЛф & 3.
В* В. Л. Панэв и др. 385
Принятые приборные допуски следует распределить между дета-
лями в зависимости от требуемой точности их изготовления. Влияние
каждой первичной ошибки, вызывающей астигматизм, легко оценить
Рис. 8.7. Оптическая система артиллерийской панорамы
по значениям передаточных отношений, которые равны обратным вели-
чинам коэффицентов ge и Gs из графиков, приведенных па рис, 8.2,
или в табл. 8.4. Для всех нормально или почти нормально расположен-
386
ных преломляющих поверхностей g = 2 и G = оо, а передаточные отно-
шений равны g~l = 0,5 и G"1 — 0.
Для наклонных поверхностей эти передаточные отношения зависят
как от типа рабочих поверхностей (преломляющие, отражающие), так
и от их наклона. Для отражающей гипотенузиой грани головной призмы
2 (рис. 8.7) при угле ее наклона в = 45° (среднее положение призмы)
g = G — 6,5 л соответственно g~l = G~* = 2.
Для преломляющих граней призмы Дове (е = 45°) g — G ~ 1,6 и
g~* = G-1 = 0,6. Для ее отражающей гипотенузиой грани (в ~ 73°) по
формулам (8.166) и (8.17) получим g 1,14; G ____В. Ld£
^ 0,067 u g-l^0,9; G'1 ~ 15. — 1 4,252—1
Для граней крыши 5 (в — 60 ) имеем g 0,7; G — 0,2 и g'1 = 1,4;
G“x = 5. Для ее преломляющих граней, а также для внешних поверх-
ностей линз объектива 4 и линз 7, 8 окуляра можно считать g = 2,
G =оо и g-1 = 0,5; G-1 = 0. Эти значения справедливы в пределах ра-
бочего пучка лучей, который для призмы 5 имеет сечение примерно
вдвое меньше, а для линз окуляра 7, 8 даже вчетверо меньше, чем для
деталей 1—4.
Можно заметить, что величина передаточного отношения G"1 ~ 15
для гипотенузиой грани призмы Дове многократно превосходит значе-
ния всех предыдущих передаточных отношений, значит сферичность
N этой грани иризыы Дове наиболее сильно влияет на качество изо-
бражения всей оптической системы.
На рис. 8.7 в прямоугольниках указаны полученные передаточные
отношения дли всех рабочих оптических поверхностей, граничащих
с воздухом, в верхней части их дана величина G'1, в ниж-
ней— величина g . С учетом величины передаточных отношений,
а также местоположения деталей в ходе лучей будем располагать все
детали и порядке уменьшения их влияния па качество изображения
ене К’МЫ
Па ригунке пока шп также пучок лучей, образующий изображение
ос<чи>й 1ОЧКИ а поле ipeniiM окуляра. Поскольку |ребонапии к поверх-
ностям и детнлим пропорциональны ширине этого пучка, то ясно, что
на качество изображения системы наиболее сильно будут влиять де-
тали от первой до четвертой.включительно. Из них самой ответственной,
безусловно, является призма Дове, так как у нее одна наклоненная
под очень большим углом (е = 73°) внутренняя отражающая плоскость
и две наклонные (е = 45°) преломляющие плоскости. На втором месте
будет головная призма 2 — у иее две преломляющие поверхности, как
у защитного стекла 1 и объектива 4, и наклонная внутренняя отра-
жающая плоскость. На третье место следует поставить не объектив 4,
хотя он и находится в более широком рабочем пучке лучей, а призму
с крышей 5, имеющую две наклоненные под углом е = 60° внутренние
отражающие грани крыши, погрешности которых сильно влияют па
качество изображения. Далее расположатся объектив 4, защитное стек-
ло 1, глазная 8, коллективная 7 линзы окуляра и иа самом последнем
месте пластинка сетки 6, которая совпадает с плоскостью изображения,
где ширина световых пучков близка пулю.
Итак, располагая детали и узлы оптической системы в порядке
уменьшения их влияния на качество изображения, запишем их в сле-
дующей последовательности — 3, 2, 5, 4, 1, 8, 7, 6.
Примерно в той же последовательности снижаются требования
к категориям качества стекла оптических деталей и повышаются тре-
бования к чистоте полированных поверхностей, а также к чистке их
13* 387
при сборке. Указанные требования зависят и от дЛйны- хода лучей
в деталях.
Полученная запись расположения деталей в порядке уменьшения
их влияния на качество изображения оптической системы может помочь
конструктору при проектировании оправ и устройств для закрепления
и юстировки оптических деталей, обращая его особое внимание на те из
них, которые более всего портят качество изображения. Технологу
такая запись последовательности деталей позволяет рациональнее
построить процесс сборки оптического прибора, обеспечивающий,
в первую очередь, получение высокого качества изображения; наметить
эффективную методику контроля качества оптических узлов, поступа-
ющих на общую сборку прибора; предложить быстрый способ определе-
ния местоположения дефектной детали или узла в сложной системе,
имеющей дефекты качества изображения; оперативно провести инспек-
цию правильности задания допусков на оптические детали.
При изготовлении панорамы особое внимание следует обратить
па то, чтобы избежать деформаций призмы Дове, которая легко изги-
бается при закреплении в оправе и в процессе юстировки, т. е. при ее
наклонах с помощью регулировочных винтов для установки отражаю-
щей грани призмы параллельно оси вращения. По формуле (8.9) легко
найти величину предельно допустимой стрелки прогиба отражающей
грани призмы Дове из условия, что приборный допуск ДУВ = 3 цели-
ком отпущен на одну лишь эту грань. Даже прн этом условии для нее
получим всего лишь ДУ = gon &NB = 1,14-3 cs 3,5 нли менее одного
микрометра.
Переходя к расчету допусков на детали панорамы, примем переда-
точное отношение для нормально расположенной преломляющей по-
верхности, равное g"1 = 0,5, за единицу. Удваивая ранее полученные
величины передаточных отношений, получим нормированные переда-
точные отношения, которые в дальнейшем будем обозначать буквой «*»
с соответствующим индексом.
В панораме имеется следующее количество типовых поверхностей,
вызывающих астигматизм:
1) двенадцать преломляющих, нормальных к оси пучка (не считая
пластинки 6 сетки, для которой допуски свободные, так как сечение све- '
товых пучков в ее плоскости близко к нулю) с *( = 2/gn = 1;
2) одна внутренняя отражающая, наклоненная под углом е = 45°
с двумя равными передаточными отношениями k3 = 2/gon =
2/Go„ - 4;
3) две преломляющих, наклоненных под углом к = 45' с двумя
равными передаточными отношениями k;l — 2/g„ 2/6,। — 1,2;
4) одна внутренняя отражающая, наклоненная иод углом и = 73° 4
с *4 = 2/gon = 1,8 и *5 = 2/Ооп = 30;
5) две внутренних отражающих, наклонных под углом е= 60е с
= 2/gon — 2,8 и *5 = 2/Gon = Ю.
В соответствии с формулой (8.7), подставляя полученные данные,
найдем величину единичного допуска для нормальной к оси внешней
преломляющей поверхности
ДМсд = И2ДЛ7С (12*2 + 2*1 + 4*2 + kl + kl + 2*g + 2*?)~J- > =
= ('2 3 <12 I -I- 2 4’-I- 4-1,2- + 1,82 + 302 + 2-2,82 + 2-102)-"-^= ।
= K2-3(llG9)-"-r> =0,1225 ^0,12.
388
Таким образэдб.для всех нормально стоящих внешних преломляю-
щих поверхностей волновой допуск на астигматизм в пределах осевого
пучка.лучей составляет ДМед=0Л2, для гнпотенузной грани призмы 2
err 'будет вчетверо больше, т. е. составит &N — 0,49, для входной й вы-
ходцрй, грани призмы Дове ДА1 = 0,15, а для ее отражающей грани
Q,22 на цилиндричность и ДА/= 3,7 — на сферичность. После'
уццсдарния этих волновых допусков на соответствующие коэффициен-
ту д G получим допуски на цилиндричность и сферичность поверх-
ностей, одинаковые по величине для всех деталей в пределах сечения
осевого пучка лучей. Например, для отражающих граней головной
призмы 2, призмы Дове 3 и граней призмы с крышей 5 получится
ДД^2о = 0,5-0,49 = 0,25 = ДГ20; ДА'ЗО = 1,14-0,22 0,23 и =
= -1 3,7 = 0,25.
1э
Примерно такой же величины допуски получатся и
для всех преломляющих поверхностей. Например, для входной и выход-
ной граней призмы Дове будет ДА^п = 1,6-0,15 = 0,25 = N;m.
Аналогично для допуска на угловой хроматизм каждой детали, вы-
зывающей этот дефект (их в панораме имеется десять) по той же фор-
муле (8.7) найдем (ДО/г'С') ед = К 2-0,3'-Ю-0’15 = 0,14'.
Переходя непосредственно к расчету и заданию допусков на отдель-
ные детали панорамы, необходимо учесть все основные требования,
предъявляемые к ним. Сюда относятся требования к качеству изобра-
жения, точности работы прибора, взаимозаменяемости сменных и за-
пасных частей, а также к технологии изготовления, сборки и контроля
деталей и экономические требования. Целесообразно было бы рассчи-
тать допуски, исходя из каждого из указанных требований, и в качестве
окончательного допуска принять наиболее строгий из них. Обычно учи-
ii.in.iior лишь некоторые, наиболее важные в каждом случае, требова-
нии, чю ускоряет н упрощает расчет. Рассчитаем допуски для всех де-
талей он । нческой сис1емы.
I. 1пщиIнос пекло h i riCK.'t.-l 1<8 (и,. 1,5; V,. ~ 64; АА^,, ~ 0,12;
0,14). Для 11лоск<и1.||>лллел1.1|О1 о защитного стекла необ-
ходимо указать N, \N, 0, /цщ, и г." (предел разрешения в угловых се-
кундах).
По формулам (8.17), (8.11) и (8.12) найдем N = оо; ДА/ = 0,25;
0 = 4'.
Допуск на сферичность поверхностей определим также из допусти-
мой фокусности /тщ защитного стекла, которое в этом случае действует
как слабая одиночная линза с тем же фокусным расстоянием. Она вы-
зывает хроматизм положения величины \hF,c, = hlv, где h — стрелка
выходящего сферического волнового фронта, а также расфокусировку
изображения и параллакс. Ограничивая хроматизм в пределах рабо-
чего пучка величиной &hF,c, 0,1 мкм, для допустимой фокусности
.. t DP Пр 82-10~3 г
найдем /„„„ = — „ - у.о,,. К1 :..()| = >^м.
Это очень большая фокусности, которая хотя и ие вызывает заметного
хроматизма изображения, по недопустима, если требуется, чтобы стекла
были взаимозаменяемы, т. е., чтобы при замене одного стекла (разби-
того, поцарапанного) другим из ЗИПа в приборе не возникло ни
расфокусировки, ни параллакса, превосходящих установленные до-
пуски. Глаз не замечает расфокусировки за окуляром панорамы
в 0,2 дптр, что соответствует практической бесконечности = 5 м,
389
вычисленной по формуле (8.38, б). Допуская для защитного стекла
фокусность / не менее величины практической бесконечности ги
в пространстве предметов, по формуле (8.38, а) найдем допуск fmin
> г„ = 1,25 (Р,,)2 = 1,25 -82 = 80 м.
Если защитное стекло имеет форму двояковыпуклой или двояко-
вогнутой линзы с поверхностями равной кривизны, то получим допуск
h ®р 163-103,
иа сферичность ее поверхностей N =
= °48-1,4.
Фокусность защитного стекла вызовет угловой
параллакс сетки
«а 0,7'.
, D/-3440
в пространстве предметов менее и = —j-r =
Zmin 1 о
16-3440
80-Ю3
Ужесточая допуск, ограничим фокусность величиной /min = 100 м.
Учтем, что при визировании по высоте под предельными углами
е = 71:18’ защитное стекло работает как наклонная пластинка. Опре-
делим допуск на сферичность по формуле (8.17). Он будет ранен N =
— G’,. A/V,, - р,, ctg- к ЛУ„ - 2 ctg2 18' -0,12 •--« 2,4. Ввиду малого веса
влияния погрешностей защитного стекла в общей сумме погрешностей
всех деталей, можно почти без всякого ущерба для качества изображе-
ния панорамы расширить полученные расчетом допуски и задать ДО =
= 2 и AV- 0,5.
Проверим допустимость клиновидное™ защитного стекла 0=4'
с точки зрения заданной точности измерения углов панорамой. Клино-
видность защитного стекла в вертикальной плоскости при качаниях
головной призмы вокруг горизонтальной оси вызовет ошибку измере-
— 1
ния угла Дт, которая равна по формуле (8.21) Дт = Дог =—- х
1 К2 _ 1
X 0 tg2 е = —’ । — 0 tg2 18° = 0,040 или Дг = 0,76". Клиновид-
ность стекла в горизонтальной плоскости вызовет увод визирной оси
по вертикали тоже очень малой величины, которая определится с по-
мощью формулы (8.31). Она равна До., ~ 0,06'.
Таким образом, клиновидность 0=4' вполне допустима и из тре-
бований точности измерения углов.
В соответствии с ОТУ (см. табл. 21.2) предел разрешения для. теле-
скопических систем с размером выходного зрачка 3,5. мм и больше
35
определяется в угловых секундах по формуле к" К', где Гт — ви-
I т
димое увеличение телескопической системы, k — коэффициент, учиты-
вающий ее конструктивную сложность и выбираемый в пределах от
1,05 до 2,2. Для защитного стекла, беря k= 1, получим в" — 8,75",
120" „ „„
что ниже теоретического предела 8Т — -jy = 8,6 .
Таким образом, окончательно устанавливаем следующие допуски
Л' = 2; АДО == 0,5; 0 = 4'; fmln = 100 м; е" = 8,75"..
2. Головная призма из стекла К8 (пе 1,5; ve = 64,1; ANBa =
= 0,12; АДО = 0,49; До^,^, = 0,14). Для прямоугольной призмы
необходимо указать следующие допуски: ДОП и ДДОП — для преломляю-
щих граней, Л/ц и ЛДО0— для отражающей гипотенузной грани, л —
на пирамидальное™, Л.,,,.. —для отклонения прямого угла, —для
разности углов 45' и предел разрешения е".
390
Рис. 8.8. Клиновид-
ность развертки прямо-
угольной призмы в пло-
скости главного сече-
ния 0с вследствие не-
равенства острых уг-
лов А и В и в перпен-
дикулярной плоскости
0я за счет пирамидаль-
ное™ л
Дия преломляющих граней призмы можно задать те же допуски,
ч«иэ и дая ^аадатнага свекла Л' — 2; АА/ = А.ДДа.я мужающей грани
пе ^врмулам (8.1В) и (8.11) получим N = 0,5-0,49 = 0,25 и &JV =
= 0,25.
Клиновидность развертки призмы в амкавг дае аммемиверпенди-
кулярные составляющие: 0П — клиновидность за счет тгирям’ядаль-
ности яя 6с клиновидность за счет ошибок углов. Принимая допуск
на клиновидность развертки призмы 0=4', и разделяя его поровну
а 1 чу
между составляющими получим 0Я — X
Х0= 0С= 3'.
Из развертки прямоугольной призмы
(рис. 8.8) видно, что ее клиновидность в пло-
скости главного сечения определяется раз-
ностью острых углов А + В — 0с = о45<„
т. е. не зависит от величины угла 'С, а кли-
новидность 0Я в перпендикулярной плоско-
сти связана с пирамидальностью соотноше-
нием 0Л = У&я, где л — угол между гипо-
тенузной гранью призмы н ребром противо-
лежащего угла С. Для допусков получим
соответственно я= 0Л л» 2'; 64-,о = ©с •=
И 2
= 3'; АУОо —свободный. В последнем слу-
чае зададим легио выдерживаемый при из-
готовлении призмы Д!)0о = 1'0'.
При визировании по (высоте под углом
i I 18" головная призма качается лишь
па iiii.'nшинный угол, поэтому клиновидность
ее pa iiicpnoi iibitoiici ошибки, примерно нче-
iiiepo меньшие, чем дтылп ьлиiшапдпосгь за-
щитного стекла. Предел разрешен ня голов-
ной призмы можно задать зол же г" 8,75".
Окончательно зададим допуски: Nn — 2;
ДЛ/„ =- 0,25; л -- 2'; 6 = 3; Д90о = 10' и е" = 8,75".
3. Компенсационная призма Дове из стекла К8 (he = 1,5; ve =
= 64,1; 0,15; ДЛ(во = 3,7; А.ар,с, — 0,14'). Призма Дове
представляет собой усеченную прямоугольную призму, поэтому для
нее следует указать те же допуски, что н для головной призмы. Для
преломляющих и отражающих граней по формулам (8.18) и (8.11) най-
дем Л/п = 1,6-0,15 = 0,25 = ДЛ/П; ^=-^3,7=0,25 и AN =
1 «3
= 1,14-0,22 = 0,25. Ввиду малого влияния ошибок преломляющих
граней по сравнению с ошибками отражающей грани можно без ущерба
для качества изображения расширить допуски до Nn = ANn =
= 0,5.
В соответствии с ГОСТ 2.412—68 допуск N на сферичность задается
вдоль короткой стороны рабочих поверхностей, т. е. в нашем случае
в пределах ширины пучка 16 мм. Длина отражающей грани призмы
Дове в 4,23 раза больше ее ширины, поэтому допуск на ее сферичность
вдоль длинной стороны будет в (4,23)2 раза больше полученного нами
допуска и составит (4,23)2 0,25 «з 4,4. Допустимый радиус кривизны
391
ДЛ1„ = 0,5; Л'„ = 0,25;
поверхности при этом должен быть не менее
162-10-“
8-0,07 ГО 3
км «э 0,5 км.
" ”1 _
*дол “
Допуски на ошибки углов и пнрамидальность призмы Дове, исходя
из требований качества изображения, т. е. из допустимого хроматизма
А6=0,14', получатся несколько более, строгими, чем для головной
призмы, так как входная грань данной призмы наклонена под углом 45'
Рис. 8.9. Влия-
ние пирамидаль-
ное™ призмы
Дове на направ-
ление выходя-
щих лучей
и коэффициент Q = 0,6 (см. рис. 8.3 и табл. 8.1).
Поэтому найдем 0с = 0Л = 2'.
Разность углов б+5О в главном сечении призмы
Дове не влияет на точность работы панорамы,
так как в процессе юстировки призмы дополни-
тельным наклоном ее отражающей грани к собствен-
ной осп вращения влияние этой ошибки автомати-
чески компенсируется.
(>1 клош'ние же лучей в плоскости, перпен-
дикулярной главному сечению призмы, за счет
зшрамндальиости юстировкой не может быть ском-
пенсировано, так как ее отражающая грань парал-
лельна плоскости отклонения лучей, вследствие
чего при панорамировании возникнут ошибки
переменной величины как при измерении горизон-
тальных, так н вертикальных углов. Это связано
с тем, что призма Дове поворачивается па угол,
вдвое меньший угла поворота головки. Рассчитав
допуск на пнрамидальность призмы, исходя из до-
пустимого хроматизма, в этом случае получим л =
9 2'
= 1,4'. Необходимо определить,
Г 2 К 2
какой величины погрешности измерения углов эта
ошибка вызовет. Ход луча вне главного сечения
клина с углом 0Я найдем с помощью матрицы Л1'^л
действия преломляющего клина по формуле (8.27)
с учетом формулы (8.31).
Кл>шовидиость развертки призмы Дове, за счет ппрампдальпости 0Л
на рис. 8.9 показана условно ортом р,,.,, ребра клипа, совпадающим
с входной гранью и направленным гак (вершина пирамиды расположена
за плоскостью рисунка), что этот угол положи гелей. Падающий луч (орт
А — —k) и отражающая грань призмы параллельны оси z. Направле-
ние выходящего луча найдется из выражения
/ О'
А = Л7клЛ = Л1кл I 0
\—!
‘Н
где т1а, щ28, /Лдз — третии, шесто» и девя!ыи элементы. |иа-
трицы А1"л. ' '
392
Из рис. 8.9 для орта имеем ркл = ~= (J +-й).;? Подставляя
элементы из формулы (8.27) и преобразуя, найдем
Видно, что лучи, выходящие из призмы Дове, вследствие пирами-
дальности отклоняются в плоскости главного сечения на весьма малый
ф2 ф
угол ат-----—, а в перпендикулярном направлении на угол р •
Для величины угла поворота ф луча вокруг ребра по формуле (8.31)
при пе 1,52 получим ф = —О,890я, а из допуска на хроматизм 0Я =
= 2' найдем ф= —0,89-2' = —1,8'.
Такое отклонение луча — оно непосредственно входит в ошибку
горизонтального и вертикального углов — следует считать недопусти-
мым, поскольку суммарная погрешность панорамы не должна превы-
шать 0,001 рад. Ужесточая допуск вдвое, получим для призмы Дове
обычный допуск па пирамидальпость л = 40".
Окончательно зададим следующие допуски для призмы Дове:
А\, - 0,5; АУ„ - 0,5; У„ « 0,25; ЛУ„ -= 0,25; я ^40"; S.)r,o = 2";
Д„„о - 10"; к" <)".
4. Первая линта объектива пт сн’кл.ч К8 (/' 40 мм, щ, — 1,5;
ve = 64; ЛУн 0,12; 0,14' или А,..,,-, .0,08 мкм.
Для склеенной линзы необходимо указать допуски У„, A.Vn (для
внешней поверхности), Ускл, АУСКЛ (для склеиваемой поверхности)
и с на децентрировку. Для внешней поверхности зададим те же допуски,
что и для защитного стекла Nn = 2; A.Vn = 0,5. Для склеиваемой по-
верхности их можно несколько расширить до А'скл = 3 и АУСКЛ = 0-5.
Допуск на децентрировку обеих линз объектива по формуле (8.15)
с = = 0,08-10'3т 0,02 мм.
F с Dp 8
5. Призма с крышей из стекла К8 (пс = 1,5; ve=64; АУВП — 0,12;
ДУво = 1,2; и ДУв0 — 0,34, AaF,c, = 0,14', угловое увеличение для
призмы у 2х). Для данной призмы следует задать допуски Ун, АУП
для преломляющих граней, У», АА"(1 — для отражающих граней крыши,
31, 64г,о, Ауои, Аирш И в .
На преломляющие поверхности аналогично предыдущему, но учтя,
что их световой размер вдвое больше рабочего сечения пучка, зададим
Nn = 3, АУП = 1. Для отражающих граней крыши по формулам (8.18)
и (8.11) найдем A/o = 1, A.'V0 = 1.
Под пирамидальностью призмы с крышей следует понимать, раз-
ворот рёбра крыйии, т. е. иеперпендикулярность этого ребра по.
393
Отношению к ребру противолежащего прямого угла. Найдем связь
между указанным разворотом ребра крыши и клиновидностью раз-
вертки призмы.
В призме AkP — 90° номинальной формы (рис. 8.10) ребро крыши
направлено по орту ре, который совпадает с плоскостью рисунка. Осе-
вой луч, идущий по орту А и перпендикулярный входной грани, после
отражения от крыши, очевидно, выйдет по орту А'^, который тоже пер-
пендикулярен выходной грани.
Если ребро развернуто на угол пирамидальности я, то его орт
запишется так: й = sin я/ + -^= cos л/-— созяй. Для орта А" на-
/2 К2
правления луча, отраженного от крыши, пользуясь матрицей по форму-
муле (8.28), получим
(0
—1
0
—ЪРхРу \
1-2рЙ =
—fyyPx /
—]/r2sin я созл \ /—]Л2л\ /—К2я
1 — cos2 я I ~ | я2 | ж I 0
C0S2 я у \ 1 / \ 1
Таким образом, при развороте ребра крыши развертка призмы ста-
новится как бы клиновидной, причем угол клина 0 = К2л, а ребро его
Рис. 8.10. Влияние
пирамидальности
(разворота ребра)
призмы с крышей
на направление вы-
ходящих лучей
примерно параллельно оси у. По аналогии
с прямоугольной головной призмой, зададим
на данную призму следующие допуски я =
= 4' и8во=о.
По формуле (8.14) на угол крыши полу-
чится весьма строгий допуск Дкрш = 2". С уче-
том этого следует проверить допуски Na и AN0
на неплоскостность граней крыши, так как
при наличии неплоскостпости неопределенным
становится само понятие «угол крыши». Полагая
радиус кривизны грани крыши равным
найдем, что угол между касательными к ее
крайним точкам составит величину 6
~Мкрш> где I — ширина грани крыши. В слу-
чае панорамы I =s 11 мм. Допуская 6 <
/2
С 0,5 , для минимального радиуса кривизны
крыши найдем 7?крш = — 4 км. В поло-
сах эта величина составит всего У — 0,01 полосы, что практически
невыполнимо. По-виднмому, следует задать N и ДМ не более 0,05.
Таким образом, получим — 3; AVn -= 1; Na — 0,05; ДЛ’;1 ~
== 0,05; л = 4'; 61Г,о = О'; Д,,по = 10'; Ah(JIU — 2"; в" = 35''. Невысокая
394
разрешающая способность данной призмы связана с тем, что ее вели-
чина ограничивается шириной нормальной проекции каждой грани
крыши на сечение пучка лучей.
6. Заготовка сетки. Допуски на преломляющие грани и на клино-
видность свободные, обычно задают легко выполнимые на производ-
стве N ~ 10; ДЛ'= 2; 0 = 10'. Требуется особая чистота полирован-
ных'’поверхностей Р— 1—20 (/qK= 20 мм).
" 7. Линзы окуляра. Допуски для линз окуляра также получаются
широкие, т. е. N и ДЛ' могут быть в 16 раз больше, чем для линз объек-
тива, так как для окуляра отношение светового размера к диаметру
рабочего пучка в четыре раза меньше. Зададим легко выполнимые и не
затрудняющие склейку окулярных линз допуски N — 5; ДЛ' — 0.5.
Допуск на децентрировку линз окуляра по формуле (8.15) получи гея
с «а 0,05 мм.
Литература: [34, 35, 40, 41, 53, 57, 60, 64, 69, 71, 73, 74, 81, 84,
89, 94, 93, 96, 101].
ГЛАВА 9
МЕТОДИКА СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА
МЕХАНИЗМОВ ПРИБОРОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Точность, надежность фупкцпоппровгшля приборов и технологич-
ность их конструкций существенно жшпсят от структурных параметров
механизмов. Рациональные структурные параметры повышают точность
и, надежность функционирования механизмов при существенном сни-
жении трудоемкости их изготовления. Выбирать такие параметры во
время проектирования механизма можно только по результатам струк-
турного анализа его функциональной схемы. Поэтому структурный ана-
лиз механизмов все шире внедряется в современную практику проекти-
рования механизмов приборов, способствуя повышению качества л эф-
фективности проектных работ.
Основные определения
Механизм — это замкнутая (контурная) кинематическая цепь,
целесообразное движение которой относительно ее неподвижного звена
(стойки механизма) однозначно определяется заданными законами дви-
жения ведущих звеньев.
Совокупность звеньев, соединенных шарнирами образует кинемати-
ческую цепь. Шарниры состоят из кинематических пар, число которых
в шарнире определяют по формуле
рш = т —!, (9.1)
где рш — число кинематических пар в шарнире; т — число звеньев,
которое соединяет шарнир.
Таким образом, кинематическая пара — это простейшее соедине-
ние двух звеньев, допускающее их относительное движение. Способ
соединения звеньев кинематической пары накладывает ограничения на
относительное движение каждого звена пары; эти ограничения назы-
вают связями пары. Число связей — от единицы до пяти, поэтому все
кинематические пары разделяют на пять классов по числу связей, нала-
гаемых на относительное движение их звеньев. Конструктивные схемы
кинематических пар в зависимости от их классов показаны в табл<. 9.1.
Кинематическая цепь, звенья которой образуют замкнутый контур,
является замкнутой (контурной) цепью. В общем случае звенья замкну-
.396
£
j
x
£
X
X
\o
s
о
X
X
X
3
E
3
x
t Конструктивные схемы пар а виды перемещений в них 1 1 1 I
1 1 л \гк 1 Lpt^
) 1 0 Д^Д 1 1 fl
м м t ж
g2^
я эЙ ЙЦ_(_ 1
Jk Qt 1 / "1
Число\ степени свобод^ «о * см V.
Класс пары •-s, fcs fe;
397
той цепи могут образовать не один, а несколько замкнутых контуров,
чясло k которых определяют по формуле
k = p — п, (9.2)
где k — вдело контуров в замкнутой кинематической цепи; п — число
звеньев замкнутой цепи без учета ее стойки; р — число пар.
Кинематические цепи, равно как и механизмы разделяют иа пло-
ские и пространственные. К плоским цепям (механизмам) относят цепи
(механизмы), все точки звеньев которых описывают траектории, лежа-
щие в одной или параллельных плоскостях. К пространственным —
цепи (механизмы), все точки звеньев которых описывают неплоские тра-
ектории илн траектории, расположенные в пересекающихся плоскостях.
Разделение механизмов на плоские и пространственные — относительно
и имеет смысл лишь для теоретических исследований. В действитель-
ности из-за неизбежных технологических погрешностей изготовления
звеньев, их упругосш и других причин псе реальные механизмы — про-
странственные.
Основное назначение механизма — это преобразование движения
по наперед заданному закону, представляющему собою уравнение, свя-
зывающее текущие координаты перемещений ведомого и ведущего
звеньев механизма между собою. Точное выполнение данного уравне-
ния является главной задачей механизмов приборов. Успешное решение
ее во многом зависит от того, насколько правильно при проектирова-
нии механизма выбраны его структурные параметры, т. е. число по-
движных звеньев и число кинематических пар с указанием нх класса.
Правильно выбрать структурные параметры механизма во время
его проектирования можно лишь по результатам структурного анализа
схемы проектируемого механизма.
Избыточные связи и местные подвижности
в механизме
При анализе структуры механизмов могут встретиться степени
свободы и условия связи, которые не влияют на характер движения
механизма в целом. Такие степени свободы — создают в механизме
избыточные — местные подвижности, а условия связи — избыточные
связи и механизме.
Избыточные связи и местные подвижности влияют на точность я
надежность функционирования механизмов, но степень их влияния
различна. Избыточные связи порождают статическую неопределимость
механизма, вследствие чего его сборка без объемных деформаций не-
возможна. Последние увеличивают напряжение в звеньях и трение во
время работы механизма, и все это отрицательно сказывается на точ-
ности его функционирования. Повысить точность и надежность функ-
ционирования такого механизма можно только за счет доводок и спе-
циальных регулировок при его изготовлении, следовательно, избыточ-
ные свя in всегда приводят к повышению трудоемкости изготовления.
Местные подвижности в механизме не влияют иа его статическую
неопределимость. Их влияние на точность функционирования меха-
низма (следовательно, и па трудоемкость изготовления) — второго по-
рядка малости по сравнению с влиянием избыточных связей. Местные
398
подвижности в механизме вызывают нейтральные звенья 1 н кинемати-
ческие' пары более высокого класса чем это необходимо для сборки
и функционирования механизма.
Избыточные связи в механизме вызывают избыточные звенья и
кинематические пары более низкого класса, чем это необходимо для
работы и сборки реального механизма без объемных деформаций.
Конструирование механизмов без избыточных связей н местных
подвижностей является сложной задачей, так как выявить наличие из-
быточных связей и местных подвижностей в проектируемом механизме
можно только по результатам структурного анализа, выполняемого
в процессе проектирования механизма.
МЕТОДИКА СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА
Проектирование механизма начинается с разработки его функцио-
нальной схемы, во время которой конструктор анализирует ряд вопро-
сов. Чтобы правильно выбрать структурные параметры механизма,
нужно сделать структурный анализ его функциональной схемы:
1) выявить наличие в схеме проектируемого механизма избыточ-
ных связей и местных подвижностей;
2) установить причину их возникновения;
3) определить число и место расположения избыточных связей
в механизме;
4) устранить избыточные связи в проектируемом механизме, а если
это не удалось, то изыскать возможность уменьшения их числа.
Для выполнения перечисленных работ нужна методика структур-
ного анализа, которая должна удовлетворять следующим требованиям:
1) учитывать характер относительных движений сопрягаемых
звеньев в каждой кинематической паре в зависимости от ее клас-
са и иида;
2) давать пращи.. результат структурного анализа независимо
от наличия избыточных, и час:пост iieln ральпых звеньев в механизме;
3) раздельно выявляп. избыточные связи и местные подвижности
в механизме;
4) выявлять место расположения избыточных связей и местных по-
движностей в механизме;
5) установить число избыточных связей и местных подвижностей
в механизме;
6) установить причину возникновения выявленных избыточных
связей и определить возможность ее устранения.
Разработанная методика базируется на следующих основных по-
ложениях.
1. Все реальные механизмы — пространственные;
2. Любой механизм без избыточных связей собирается без объемных
деформаций даже тогда, когда линейные н угловые размеры его звеньев
имеют значительные отклонения от номиналов;
3. Сборка одного пространственного замкнутого контура без объем-
ных деформаций требует в совокупности для всех кинематических пар
контура шесть независимых движений; в числе этих движений должны
быть три поступательных перемещения по трем взаимно перпендикуляр-
1 Т. е. такие избыточные звенья, рабочее движение которых сопрово-
ждается дополнительной подвижностью, не искажающей основной характер
рабочего движения. Нейтральные звенья не вызывают избыточных связей
в механизме.
399
ным направлениям х, у, г, и три поворота <ре, <pz/, <рг вокруг тех же
направлений.
При сборке механизма его звенья могут быть состыкованы не
только за счет поступательных перемещений, но и за счет поворотов.
Поэтому поступательное перемещение звена в момент сборки механизма
может быть заменено поворотом его и сопрягаемого с ним звена вокруг
осей, перпендикулярных направлению поступательного перемещения.
Нужно только проверить, имеется ли в анализируемом механизме та-
кое звено, поворот которого вокруг соответствующей оси компенсировал
Рис. 9.1. Схема сборки параллелограмма, у которого шатун меньше
стойки
бы отсутствующее поступательное смещение сопрягаемых звеньев в нуж-
ном направлении и без нарушения этой подвижности в мертвых точках
механизма.
Пример. В реальном параллелограмме длина шатуна 2 оказалась
меньше длины стойки на величину Xj (рис. 9.1, а). В результате шатун 2
и коромысло 3 не состыковались. Чтобы состыковать эти два звена
и замкнуть контур, нужно мысленно жестко скрепить кривошип 1 н ша-
тун 2 в шарнире В, затем сдвинуть их вправо па величину xt (рис. 9.1, б)
или. не трогая их, сместить коромысло 3 (рис. 9.1, в) влево на
величину Х[.
Отсутствие в рассматриваемом механизме поступательных движе-
ний в кинематических парах не позволяет замкнуть контур ни одним
из указанных способов. Но здесь имеются звенья, повороты которых
вокруг осей г, перпендикулярных оси х, дают возможность компенсиро-
вать отсутствующее необходимое поступательное перемещение вдоль
осп х и состыковать шатун 2 с коромыслом 3, замкнув таким образом
контур механизма. В данном примере состыковать шатун 2 с коромыслом
3 можно, во-первых, повернув шатун 2 против часовой стрелки вокруг
шарнира В при неподвижном кривошипе/, а коромысло 3 — против ча-
совой стрелки вокруг шарнира Д (рнс. 9.1, г); во-вторых, мысленно за-
крепив шатун 2 в шарнире В и повернув кривошип 1 против часовой
400
стрелки вокруг шарнира А и коромысло 3 — против часовой стрелки
вокруг шарнира D (рис. 9.1, д). В обоих вариантах замыкание контура
механизма осуществляется без объемных деформаций.
4. Если имеется избыток поворотов, то наличие трех поступатель-
ных перемещений х, у, г не обязательно. Если же этого избытка нет, то
отсутствие хотя бы одного поступательного перемещения означает на-
личие объемных деформаций и избыточную связь.
.5 . Две поступательные подвижности одного вида в одноконтурном
механизме указывают па местную подвижность в механизме.
6. Два поворота вокруг одной осп в одноконтурном механизме,
из которых ни один не используется па замыкаппо контура, также ука-
зывают па местную подвижность в механизме.
7. Для сборки многокоптурпого механизма без объемных дефор-
маций число поступательных перемещений и поворотов, необходимое
для такой же сборки одноконтурного механизма, следует увеличить
в k раз (k — число контуров в многоконтуриом механизме).
Все эти основные положения позволили разработать новый метод
структурного анализа, при котором число избыточных связей и местных
подвижностей в механизме определяют по числу подвижностей в кине-
матических парах и числу контуров механизма, а ответы на остальные
перечисленные вопросы получают, анализируя виды подвижностей
каждой кинематической пары.
Определение общего числа подвижностей
в кинематических парах анализируемого
механизма и числа контуров в нем
Для определения общего числа подвижностей в кинематических
парах нужно независимые подвижности каждой пары связать с осями
координат. Затем общее число подвижностей всех кинематических пар
в механизме представить как арифметическую сумму поступательных
перемещений вдоль каждой координатной осп х, //, z и сумму поворотов
вокруг каждой оси. При определении подвижностей в нарах нужно
рассматривать каждую пару как независимую свободную пару. При
представлении подвижностей пар по осям координат для каждой из
них может быть использована своя система координат с произвольной
ориентацией осей.
Число замкнутых контуров в анализируемом механизме опреде-
ляют по формуле (9.2). Чтобы выявить и определить число избыточных
связей и местных подвижностей в механизме, нужно установить общее
число подвижностей в его кинематических парах, что делается с по-
мощью специально разработанной структурной таблицы, позволяющей
также проанализировать структуру механизма.
Таблица для структурного анализа
механизмов
Таблица (табл. 9.2) состоит из трех частей. В первой части при-
ведены схемы и структурные параметры анализируемого механизма,
т. е. исходные данные для анализа. Во второй — для каждой кинемати-
ческой пары указаны имеющиеся в ней поступательные и угловые по-
движности. В третьей части приведен структурный анализ рассматри-
ваемого механизма и его результат.
401
Т а б л и ц а 9.2. Структурный анализ механизмов
402
Продолжение табл. 9.2
9>
8 парах
1
1
У
Z
9х
9Х
§
N^. кинематич.т
тдиштг
$
9у
'91
9у
9z
Q
3
о
О
2
2
9?.
О
о
о
2
2
2
2
9х
2
2
9Z
<5
I
403
Продолжение табл. f<. 2
Решение примеров помогает попять и практически освоить струк-
турный анализ механизмов с помощью таблицы.
В табл. 9.2 приняты следующие обозначения: k — число замкнутых
контуров в механизме; х — смещение по оси х, у — по оси у и z — по
оси г; — поворот вокруг оси х, <р^ — вокруг оси у и фг — вокруг
оси г; f — число местных подвижностей в механизме; q — число избы-
точных связей в механизме; w — число независимых рабочих движений
(число ведущих звеньев в механизме).
Арабскими цифрами на схеме механизма обозначены его звенья,
а римскими — классы кинематических пар; индекс при римских циф-
рах указывает порядковый номер кинематической пары в механизме.
Пример 1. В первой части табл. 9.2 приведена схема синусного
механизма (№ 1) со всеми его структурными параметрами. Требуется
по этим исходным данным выполнить структурный анализ ме-
ханизма.
Решение. 1. По формуле (9.2) по исходным данным анализи-
руемого механизма определить число замкнутых контуров в нем. Для
рассматриваемого синусного механизма получаем k = р — п — 4—3 =
= 1 — механизм одноконтурный.
2. Выбрать систему координат, относительно которой нужно рас-
смотреть подвижности каждой пары анализируемого механизма. Си-
стема координат для синусного механизма изображена в табл. 9.2.
3. Рассмотреть подвижности каждой пары анализируемого меха-
низма независимо от других кинематических пар и результат занести
во вторую чащь таблицы.
В синусном механизме пара /.соединяющая кривошип со стойкой —
вращательная пара V класса. Она имеет одну подвижность — поворот
вокруг оси z, которая отмечена цифрой 1 в клетке,стоящей на пересече-
нии строки фг со столбцом порядкового номера пары V класса. Пара 2,
соединяющая кривошип с ползушкой—сферическая пара 11 класса
(см. табл. 9.1 и 9.2). Оиа допускает четыре подвижности: 1) поступатель-
вое смещение по оси г; 2) поворот вокруг оси х — <рх; 3) поворот вокруг
оси у — ф^; 4) поворот вокруг оси z — фг. Поэтому в столбце поряд-
кового номера пары 2 все четыре подвижности отмечены в соответствую-
щих клетках. Пара 3, соединяющая ползушку с кулисой механизма —
поступательная пара V класса. Она имеет только одну поступательную
подвижность вдоль оси у, которая отмечена в клетке на пересечении
третьего столбца со строкой у. Наконец, пара 4, соединяющая кулису
404
со стойкой механизма — также поступательная пара V класса. Она
имеет одну поДйижЦЬсть вдоль осн х, что отмечено в клетке на пересе-
чении строки х со столбцом порядкового номера этой пары.
.4: После заполнения соответствующих клеток столбцов, обозна-
ченных порядковыми номерами пар анализируемого механизма, нужно
просуммировать число единиц, стоящих в каждой строке второй части
таблицы. Результат суммирования записать в столбец, обозначенный S.
) 5. По результату суммирования подвижностей в парах нужно
установить характер и степень их реализации в рассматриваемом ме-
ханизме.
Для синусного механизма суммирование подвижностей в парах по-
казало, что в механизме есть три поступательные подвижности — по
одной вдоль каждой из координатных осей — и четыре угловых пово-
рота; вокруг оси х, вокруг оси у и два поворота вокруг оси г. Итак,
в синусном механизме общее число подвижностей равно семи.
Механизм одноконтурный, следовательно, имеющиеся в нем три
поступательные смещения вдоль координатных осей н три поворота во-
круг тех же осей реализуются на замыкание контура (на сборку меха-
низма без объемных деформаций), а четвертый поворот вокруг оси z
является рабочим движением кривошипа. В третьей части табл. 9.2
(№ 1) это показано стрелкой, направленной из клетки на пересечении
строки <р> со столбцом S к столбцу W.
Здесь и далее число стрелок, направленных к столбцу W, выражает
число рабочих подвижностей в рассматриваемом механизме или число
независимых ведущих звеньев в нем. Синусный механизм имеет одну
рабочую подвижность (II7 = 1) и соответственно одно ведущее звено —
кривошип механизма.
Таким образом, проведенный с помощью табл. 9.2 структурный
анализ синусного механизма показал, что в нем нет избыточных связей
(<7 = 0), следовательно, он статически определен и собирается без объ-
емных деформаций. В этом механизме пет также местных подвижностей
(f = 0).
Пример 2. Требуется провести анализ кривошипно-шатунного
механизма (табл. 9.2, №2), причем, если кривошип с шатуном соединены
цилиндрической нарой IV класса, а шатун с ползуном—с<]ерическон
парой III класса (см. табл. 9.1).
Решение. В соответствии с изложенной в предыдущем примере
последовательностью определяем:
1) число замкнутых контуров в механизме: k~ р — п = 4 — 3 = 1;
2) систему координат (помещается в первой части табл. 9.2 рядом
со схемой механизма № 1);
3) подвижности в каждой кинематической паре, которые записы-
вают во второй части табл. 9.2;
4) построчные суммы подвижностей пар механизма (записывают
в соответствующих клетках столбца 2, табл. 9.2);
5) характер и степень реализации имеющихся в механизме по-
движностей.
Из столбца 2 видно, что анализируемый механизм имеет три по-
ворота вокруг оси г, один из которых является рабочим движением
(стрелка а), второй компенсирует недостающее смещение по оси у
(стрелка б), а третий — замыкает контур механизма.
Анализ показал, что рассматриваемый кривошипно-шатунный ме-
ханизм является также одноконтурным механизмом без избыточных
спя юн (у ~ 0) и местных подвижностей (f = 0). Механизм собирается
без объемных деформаций.
405
Пример 3. Нужно проанализировать параллелограмм (табл. 9.2,
№ 3), если шатун соединен с кривошипом сферической парой IV класса,
а с коромыслом — сферической парой третьего класса (табл. 9.1).
Решение. Как и в предыдущих примерах, устанавливаем:
1) параллелограмм — одноконтурный механизм;
2) в механизме нет поступательных подвижностей вдоль осей ко-
ординат;
3) четыре поворота (<рг = 4) вокруг оси г позволяют скомпенси-
ровать недостающие поступательные подвижности (стрелки б, в и г в
таблице);
4) при выбранных кинематических парах параллелограмм не имеет
избыточных связей (7=0) и местных подвижностей (/ = 0); он соби-
рается без объемных деформаций.
Таким образом, анализируя каждый проектируемый механизм с по-
мощью таблицы, конструктор получает все необходимые сведения о его
структуре. Примеры, приводимые ниже, показывают, что эти сведения
являются одновременно исчерпывающими.
В табл. 9.2 № 4 дан анализ параллелограмма с избыточным шату-
ном. Механизм — двухкоптурпый. Для сборки без объемных деформаций
в нем должно быть по два смещения вдоль каждой оси координат и но
два поворота вокруг каждой оси. В действительности, при указанных
па схеме парах, в нем имеются три поворота вокруг оси х и три по-
ворота вокруг оси у, одно поступательное смещение вдоль оси а (цилин-
дрическая пара IV класса, соединяющая кривошип 1 с шатуном 2) и
шесть поворотов вокруг той же оси. Реализация имеющихся в меха-
низме подвижностей показана стрелками.
Из таблицы видно, что в анализируемом механизме имеется одна
местная подвижность (поворот шатуна 4 вокруг своей оси) и одна из-
быточная связь (избыточный шатун 4), не позволяющая собрать меха-
низм без объемных деформаций. Собрать такой механизм можно только
за счет деформации его звеньев вдоль оси х. При наличии избыточных
связей в механизме деформация звеньев для его сборки зависит от точ-
ности их изготовления: с повышением точности изготовления дефор-
мация уменьшается. Поэтому кинематические пары и механизмы с из-
быточными связями чрезвычайно трудоемки в изготовлении н сборке,
причем трудоемкость эта возрастает с числом избыточных связен.
Следовательно, если во время проектирования не удается разработать
механизм без избыточных связей, то нужно стремиться к уменьшению
их числа в нем.
В табл. 9.2 (№ б и 6) выполнены анализы зубчатой передачи и ме-
ханизма Мейера для фокусировки микроскопа.
Структурный анализ механизмов
с упругими звеньями
В приборах широко применяют механизмы с упругими звеньями,
отличающиеся от обычных отсутствием кинематических пар, роль ко-
торых выполняют звенья. Движение жестких звеньев осуществляется
здесь за счет простых упругих деформаций упругих звеньев. Поворот
жесткого звена (в зависимости от схемы механизма), осуществляется
за счет кручения или изгиба, а поступательное перемещение — только
за счет изгиба упругих звеньев. Если рассматривать упругие звенья
как кинематические пары, налагающие определенное число условия
связи на относительное движение жестких звеньев механизма, то дня
406
структурного анализа таких механизмов полностью приложима изла-
гаемая методика.
Широкое распространение получили три типа упругих звеньев:
круглая проволока, широкая плоская пружина (ширина во много раз
больше толщины) и кольцевая плоская диафрагма. Проволока экви-
валентна паре первого класса; она препятствует перемещению вдоль
ее реи и оставляет пять возможных движений; два поступательных, пер-
пендикулярных к се оси, и три вращательных вокруг трех координат-
ных осей, если одну из осей совместить с осью проволоки.
Плоская пружина налагас! три условия связи: препятствует двум
поступательным перемещениям вдоль координациях осей у и г, распо-
ложенных в плоское! и пружины, и вращению вокруг оси х, перпендику-
лярной плоскости пружины
(рис. 9.2, а). Она эквивалентна
паре III класса, допускающей
поступательное движение вдоль
оси х и поворот вокруг осей у
и z. Кольцевая плоская диа-
фрагма эквивалентна паре
V класса. Она допускает одно
поступательное перемещение
вдоль перпендикуляра к пло-
скости диафрагмы.
Примем упругие звенья иа
схемах механизмов изображать
прямой линией с черными точка-
ми (рис. 9.2, б), что позволит
безошибочно определять вид
анализируемого механизма.
Пример 4. Требуется выяснить число избыточных связей в пружин-
ном параллелограмме (табл. 9.2, № 7).
Решение. Поскольку упругие звенья рассматриваются как
кинематические пары, анализируемый механизм представляет собой зам-
кнутую цепь, состоящую из одного подвижного звена н двух пар. Под-
ставив в формулу (9.2) р— 2 и п = I,получим k = 1.Механизм — одно-
контурный. Для сборки без объемных деформаций в нем должны быть
три перемещения вдоль осей у, х, z и три поворота вокруг тех же осей.
Структурный анализ неподвижных соединений
Для выявления с помощью разработанной методики наличия из-
быточных связей и местных подвижностей в неподвижных соединениях
и определения причины их возникновения необходимо соблюдение сле-
дующих условий:
I) считать неподвижное соединение частным случаем замкнутой
кинематической цепи, в которой закрепляемый элемент играет роль
подвижного звена, а связи — кинематических пар;
2) рассматривать одну точечную связь как кинематическую пару
I класса, две — пару II класса, а три — пару III класса.
Пример 5. Проверить неподвижное соединение кубика на наличие
в нем избыточных связей, если задано число и расположение опорных
точек (обозначены кружочками) на координатных плоскостях
(табл. 9.2, № 8).
Решение. В этом соединении шесть точек, ориентирующих
кубик в пространстве, размещены равномерно — по две точки па
407
Таблица 9.3. Результаты структурнога анализа
мСЗынкнамов* оптикомеханических приборов
№ Схема и структурные параметры механизма Ито*4 ана- лиза
о- &
1 w 'Яр к-3-2-1 0 0 1
2 и л L л Т z к-4-31 ] 0 1
3 h 2 И, s i K.lf-J-I 0 3 1
4 Вг 2 £ Г i к-йХ3‘1 0 0 1
5 шг 2 т3 i 1 0 1
6 !г <2 ' X-4-J 7 0 3 1
№
9
II
12
Схема н структурные
параметры механизма
к-4-3'1
3
Итог
ана-
лиза
1а-
&
О
О
*•4-3-1
Ш.
ю
1
/7/2
О
z /г-2-7=7
z h~6-Il-2
Ъ
va 6 Wn
1
3 2 Г
,ni:s
'Z ^10-7*1
О
О
2
о
о
о
о
408
Продолжение табл. 9.3
409
Продолжение табл. 9.3
410
Продолжение табл. 9.3
№ Схема и структурные параметры механизма I Itof ана- лиза № Схема и структурные параметры механизма Итог ана- лиза
й-|^
31 : и?. Л гь, V |;/ L >// V,i /"'7 л-5-74 'Z 0 ,l('l // 1/Г, V/. г ' 0 1 1
32 иг Х и-3-2-1 3 0 1 37 /^2,И J Л9 . ;/j z£ Х к-3-2-1 0 ,0 1
33- г -ft J 4 3 1 38 \ 1 | 0 4 1
р ’>♦ ft . х К-4-3-1 д p^zw^h г ш, ш2 ш3 * к-3-1-2
34 ft' ft LA— P 2 k ft" 4 1 1 39 1 2 К 3 4 Y IU,V2II3 vs шв ft * K-a-4-2 0 0 1
35 2' у jjft p JJJ 1 Wf к к-3-4-1 4 0 1 40 шг ш3 К-3-2-1 0 4 1
411
Продолжение табл. 9.3
410
Продолжение табл. 9.3
№ Схема и структурные параметры механизма I Itof ана- лиза № Схема и структурные параметры механизма Итог ана- лиза
й-|^
31 : и?. Л гь, V |;/ L >// V,i /"'7 л-5-74 'Z 0 ,l('l // l/г, V/. г ' 0 1 1
32 иг Х и-3-2-1 3 0 1 37 /^2,И J Л9 . ;/j z£ Х к-3-2-1 0 ,0 1
33- г -ft J 4 3 1 38 \ 1 | 0 4 1
р ’>♦ ft . х К-4-3-1 д p^zw^h г ш, ш2 ш3 * к-3-1-2
34 ft' ft LA— P 2 k ft" 4 1 1 39 1 2 К 3 4 Y IU,V2II3 vs шв ft * K-a-4-2 0 0 1
35 2' у jjft p JJJ 1 Wf к к-3-4-1 4 0 1 40 шг ш3 К-3-2-1 0 4 1
411
ГЛАВА 10
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
ПОДВИЖНЫХ СИСТЕМ
ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Механические системы оптических приборов
Характерной особенностью оптических приборов (ОП) является
органичность сочетания и взаимодействия в них оптических н механи-
ческих систем. Последние подразделяются на два основных вида: не-
сущие и подвижные системы.
Несущие системы представляют собой комплексы неподвижных эле-
ментов (оснований, кронштейнов, стоек, плат и пр.) и предназначаются
для базирования и внутреннего взаимного ориентирования оптических
и других схемных элементов прибора. Они определяют общую компо-
новку конструкции, ее жесткость, технологичность сборки, надежность.
Характерной особенностью является широкое применение в них регу-
лировочно-юстировочных устройств, обусловленное высокими требо-
ваниями к точности ОП, а также сравнительно низкий уровень унифи-
кации конструктивных решений.
Подвижные системы (ПС) осуществляют механическое перемеще-
ние оптических систем и их элементов, обусловленное их функциональ-
ным назначением; образуют измерительные цепи приборов; являются
основой устройств управления различными видами позиционирования,
широко применяемого в ОП; выполняют разнообразные простейшие
транспортирующие функции. Подвижные системы представляют кон-
структивную реализацию кинематических пеней, поэтому проектирова-
ние их базируется на выборе типов исходных механизмов и на опре-
делении их параметров.
Механизмы подвижных систем
оптических приборов (ПСОП)
Назначение, типы и свойства механизмов. Механизмы служат
для осуществления заданного вида и закона механического движе-
ния. По условиям применения в ПСОП механизмы подразделяются па
силовые (обычно тихоходные приводы), выполняющие простые транспор-
тирующие функции; ходовые (быстроходные приводы; применяются
в основном при автоматизированном управлении движением) и точные
механизмы. К первым предьявляются требования легкости и плавности
хода, ко вторым — требование малости потерь иа трепне, к третьим —
414
Таблица 10.1. Типовые элементарные механизмы
Тнп Схема Функция преобразования движения
1 1 kp 1 , у — -=— х , где й — число 1 2я Г заходов резьбы; Р •» шаг резь- бы
<) b f,) ъ н~н
3 С, -V т 01 " i!Q~~ а) у = arc sin (х/г) (,) у = arctg (л/г)
4 Lvt\ xJ3^s==i Pvk^ уЧ ~ Л 1 а) у = г sin х б) У = г tg X
5 а) у г sin х -|- I i Г- • (г cos х ~ с)2 г sin х б) 1/ lirctll ’ 1 — Г COS X
i 6 I/= IZj/Zjj.xl
7 у = гх = тг/2- х
S ®Г у = I гг/гг-х\
415
Продолжение табл. 10.1
обеспечение заданной точности функционирования. Основные харак-
теристики механизмов — структура и свойства.
Структура сложного механизма определяется числом и типами
элементарных механизмов (табл. 10.1), составляющих его кинематиче-
скую цепь. Выбор необходимого сочетания элементарных механизмов
при проектировании ПС зависит от требуемого набора его свойств.
Важнейшими из свойств механизмов являются: виды преобразования
движения, возможный диапазон движения и обратимость движения.
При выборе учитываются также кинематические и точностные возмож-
ности элементарных механизмов.
Основные виды преобразований движения: масштабные, представ-
ляющие замедление или ускорение движения от входа к выходу
(типы 2, 6, 8, 11; наиболее универсальны типы 2 и 6); вида движения
(поступательного во вращательное или наоборот), осуществляются
многими способами (типы 1, 3, 4, 7, 9а, 10а, 12); закона движения (ли-
нейного в нелинейное или наоборот), осуществляются в основном
с помощью кулачковых механизмов (тип 9), а в частных случаях ры-
чажными механизмами (например, типы 4 и 5).
Диапазон движения может быть: неограниченный в обоих направ-
лениях — зубчатые, червячные и фрикционные механизмы (типы 6,
8 и 11); неограниченный только в одном направлении — кулисные
механизмы (тины 4а, 5) при условии входа на кривошипе и кулачковые
(тип 12). Все остальные механизмы (включая и кулисные при входе на
кулисе) имеют ограниченный диапазон движения.
41С
Т а б л и ц а UX2. Функциональное назначение механизмов
п/п Устройство Стр у кту р н а я с х ема Примеры применения
1 Управле- ния пози- ционирова- нием (с фиксацией) Исполн. элемент Для смены па- раметра (уве- личения и др.), смены режима работы
2 Управле- ния гру- бым пози- ционирова- нием (без фиксации) Исполн. элемент Для грубой фокусировки, грубой навод- ки в рабочую зону
3 Управле- ния точным позициони- рованием (без фик- сации) Исполн. элемент 1 / ° \ 1 'Реперн элемент объекта Для тонкой фокусировки Регулировоч- но-юстировоч- ные устройства
4 Ввода входных данных Исполн элемент Ййч Зона наводки устройство Для диоптрий- ной наводки, ввода угла при- целивания Монохроматор; регулируе- мая диафрагма
•5 а) Управ- ления на- водкой из- меритель- ной цепи 4) Измери- тельная цепь бес- контактных^ измерений Рсполн. элемент цепи управл. а) \ \ \ ГР б) < 1^1 *i2Sr*~~*12SI И . Чувств, элемент цепи измер. Для наводки теодолита, го- ниометра; Угломерное устройство сте- реотрубы и т. п.
14 в. А. Панов и др.
417
Продолжение табл. 10.2
№ п/п Устройство Структурная схема Пример ы применення
6 То же, что в схеме 5, при совме- щении це- пей а и б Исполн. элемент цепи упрс и?/ V 1г Для глубинных измерении на микроскопе, наводки по углу Отсчетные микрометры
Чувств, элемент цепи изме Р
7 Измери- тельная цепь кон- тактных измерений Чувств, элемент Объект Оптиметр; оп- тикатор; ин- терферометр контактный; индикаторные приборы
8 а) Неточ- ный привод непрерыв- ного пере- мещения б) Точный привод не- прерывного перемеще- ния Исполн. элемент 'Исполн. элемент •1 о Эб О Для перемотки пленки Лентопротяж- ный механизм; привод следя- щей системы
Примечания: I. Кружками обозначет ты (СЭ) цепей управления, квадратиками цепей (совмещение нх в схеме 6 означает, что полняют обе функции). 2. Перекрещивание С точная (должна рассчитываться на точность) няется, когда в измерительной цепи имеютс схема 6 — когда измерительная цепь состоит из ы структурные элемен- — СЭ измерительных одни н те же СЭ вы- Э означает, что цепь 3. Схема 5 прнме- немеханические СЭ, механизмов.
Необратимость движения — свойство, присущее в основном вин-
товым механизмам (тип I) и червячным передачам (тип 8а); оно исполь-
зуется, например, в механизмах управления позиционированием
(табл. 10.2).
Функциональное назначение механизмов в ОП. В оптических при-
борах в основном встречается три вида задач, решаемых с помощью
механизмов: 1) позиционирование исполнительного элемента механизма
в заданное положение; 2) передача измерительного сигнала от чувстви-
тельного элемента измерительной цепи на регистрирующее устройство;
3) осуществление процесса движения с целью перемещения (непрерыв-
ного пли прерывистого) некоторого рабочего элемента (кино- или маг-
нитной лепты и т. п.). Типовые структурные схемы механизмов для
этих видов задач и конкретные примеры применения приведены
418
в табл. 10.2, где кружками обозначены структурные элементы меха-
низмов управления позиционированием, квадратами — структурные
элементы измерительных цепей. Перекрещивание кружка или квад-
рата означает, что конечный результат функционирования механизма
зависит от точности функционирования данных структурных элементов.
Признаками, характеризующими механизмы управления пози-
ционированием (схемы I, 2, 3, 4, 5а, 6а), являются: замедление движе-
ния от входа к выходу; iic.ihhiichмость результата то точности функцио-
нирования структурных элементов пени, Процесс позиционирования
заключается либо в приведении ib'ihi./iiihic.iii.ii(iit) элемента в заданное
положение с последующей oci.'iiiobkoO (ври ручном управлении), либо
в «удержании» исполнигеликио элемента в чтим положении (при авто-
матическом сложении). Особым случаем ио.и|циониров;шия является
придание цени заданного положения с помощью «входных данных»,
устанавливаемых по отсчетным устройствам, расположенным на входе
механизма (схема 4). Здесь точность результата зависит от точности
структурных элементов цепи.
Признаками, характеризующими механизмы измерительных цепей
(схемы 56, 66, 7), являются: точная фиксация входа цепи (чувствитель-
ного элемента) относительно объекта измерения (входного сигнала);
ускорение движения от входа к выходу (регистрирующему элементу);
зависимость точности результата измерения от точности функциониро-
вания структурных элементов цепи. При бесконтактных измерениях
(схемы 5 и 6) фиксация чувствительного элемента выполняется путем
совмещения реперных элементов чувствительного элемента и объекта
измерения. Это совмещение является обычным позиционированием и
выполняется с помощью механизмов управления.
Признаками, характеризующими механизмы третьей группы (схе-
ма 8), являются: непрерывное (более или менее длительное) движение
в непрерывном или дискретном режиме; замедление движения; автома-
тизация процесса перемещения. Здесь имеет значение не точность ре-
вул|||И1.1, л точиоец, процесса перемещения рабочего элемента.
Кииемтическиг характеристики механизмов. Основной харнсге-
piiciuiun'i хнлиегея функция преобразования движения (ФПД)1 :
И- /(*.</>.)• (10.1)
где у и х — выходная и входная обобщенные координаты механизма;
qs — конструктивные параметры.
Для типовых элементарных механизмов ФПД приведены
в табл. 10.1; для сложных механизмов эту функцию определяют на ос-
нове ФПД исходных элементарных механизмов: если щ (х,),
Hi — ft (Hi), Уп = fn (Уп), то ФПД цепи
,!,! Уп — fn (Уп-i) — fn {fn-i, • • > ft l/i (xi)J) • (10-2)
Кроме ФПД при проектировании используют прямую и об-
ратную ДАу передаточные фиукции:
ф//б/х; (10 3)
Artf — dx,/dy. (104)
Передаточные функции характеризуют кинематическую чувствитель-
ность механизмов: прямая — для измерительных цепей, обратная —
для механизмов управления позиционированием.
* Ее называют также законом движения 19], законом преобразования
движения, функцией положения [28]. . ..
14* 419
Для линейных механизмов Аух и Аху — постоянные величины, их
называют прямым и обратным передаточными коэффициентами и опре-
деляют численные значения по формулам:
Аух = у/х\ (10.3а)
Аху = х!у. (10.4а)
Замечания к проектированию механизмов ПСОП
При проектировании механизмов основные трудности связаны с ре-
шением следующих трех задач: 1) выбора оптимального сочетания
элементарных механизмов (ЭМ) при составлении цепей сложных меха-
низмов; 2) распределения общего значения передаточной функции
цепи между передаточными функциями составляющих ЭМ; 3) определе-
ния численных значений параметров цепи (т. е. выполнения кинема-
тического расчета). Эти трудности связаны с неоднозначностью воз-
можных решений и ограниченностью исходных данных технических
заданий (ТЗ).
При выборе исходных ЭМ (1-я задача) руководствуются качествен-
ными характеристиками типовых ЭМ, а именно: кинематическими и
точностными иозможиостями, показателями силового режима, техно-
логичностью и др. (см. табл. 10.1; подробнее см. в специальной спра-
вочной литературе).
Кинематические возможности ЭМ характеризуются видами возмож-
ных преобразований движения и ограничениями возможных значений
передаточных функций (табл. 10.3).
Таблица 10.3. Примеры ограничений значений
передаточных функций
Наименование механизма Ау> Ограничения
Винтовой механизм Зубчатая реечная передача Рычажный двупле- чий механизм Зубчатая передача Червячная переда- ча Кулачковый меха- низм kP/360 [мм/град] 2лг/360 [мм/град] alb (мм/мм] г,/г2 |трад/град| Zj/Zj | град/град] 0,003Р^ЛЙХ<0,01Р АуХ= 0,02г 1/6 Аух < 6 1/6 < Аух < 6 Л^О/6 Угол давления1' ",'1 р<зо° "0'', '
Точностные возможности ЭМ определяются технологичностью из-
готовления кинематических пар и числом их в цепи: чем короче кине-
матическая цепь (меньше число пар), тем точнее механизм (при прочих
равных условиях) К
1 Сведения о технологичности типовых кинематических пар см. в лите?
ратуре по технологии приборостроения 139, 52, 68].
420
Показателями силового режима механизма являются: момент
(сила) трогания с места, характеризующий «силовую чувствительность»
механизма; среднее значение момента сопротивления, характеризую-
щее силовую нагрузку при установившемся режиме движения; колеба-
ния момента сопротивления, характеризующие «силовую плавность»
движения. Все эти показатели важны главным образом для механиз-
мов первой и третьей групп (ем. пояснение к табл. 10.2 на с. 418). Опыт
показывает, что лучшие результаты по первому и второму показателям
дают кинематические нары с трением качения, а по третьему — с тре-
нием скольжения.
При распределении передаточной функции пени между составляю-
щими ЭМ можно рукош>дсг|юна'11.ся следующими общими принципами:
для цепей, работающих па замед-
ление, если доминирующим требо-
ванием является точность, следует
делать наибольшее возможное за-
медление иа выходе, постепенно
снижая его к входу (рис. 10.1, кри-
вая /); для цепей, работающих па
ускорение, при том же условии
выгодно иметь наибольшее уско-
рение иа входе, постепенно умень-
шающееся к выходу (кривая 2).
При выполнении кинематиче-
ских расчетов обычно недостает
исходных данных ТЗ для определе-
ния всех неизвестных параметров
механизма, входящих в его ФПД.
В этих случаях приходится путем
Рис. 10.1. Закономерности изме-
нения передаточных функций,
составляющих кинематическую
цепь
НШ1ЛП hi эксплуатационных, конструктивных и технологических ограни-
чений искать дополнительные данные для расчета. Примеры подобных
ограничений приведены и тнбл. 10.3, другим примером может служить
широко применяемая регламентация чунсгпптельпости измерительных
ценой и топких перемещений.
Для измерительных цепей выражение чувствительности, как из-
вестно, имеет вид: =-= da/dQ «з AalAQ, где Да — изменение выход-
ного сигнала, AQ — входного. Если Да и AQ физически выражаются
через перемещения (например, указателя и чувствительного элемента),
то Sy численно равна прямой передаточной функции измерительной
цепи: Sy — Аух = dyldx Ду/Ах. Приняв за Ду перемещение, соответ-
ствующее линейному или угловому интервалу шкалы (счетчика) отсчет-
ного устройства, а за Дх— перемещение чувствительного элемента,
соответствующее цене деления шкалы (счетчика), получим регламен-
тированное значение чувствительности или, что то же, значение пере-
даточной функции: Да/Д(? = Ду/Дх. Это соотношение и используется
для кинематических расчетов измерительных цепей.
Пример 1. Формула ФПД измерительной цепи оптиметра (рис. 10.2)
у «э (2/г) ГОц/обх имеет четыре неизвестные величины: у — видимое
перемещение автоколлимациоппого блика (выходная координата цепи);
г — длина плеча рычага; Г()К — видимое увеличение окуляра; /об' —
фокусное расстояние объектива. Здесь х — перемещение измеритель-
ного стержня (чувствительный элемент) — представляет входную коор-
динату и регламентируется пределами измерения прибора. Передаточ-
ная функция цепи: Ау1С = у/х = (2/г) Гок/об- У оптимет-ра видимая
421
величина интервала шкалы Д«ин = 0,9 мм, а цепа деления шкалы
д = 1 мкм. Отношение этих величин Лаи1)/Д(?ц. а =
— 0,9 мм/1 мкм = 900, следовательно, (2/г) Гок/об = 900. В получен-
Рнс. 10.2. Схема оптиметра:
1 — рычяг г зеркалом; 2 — плоскость
изображения; г — поворот рычага с
зеркалом: t: — (1/г) х; у' — смещение
автоколлнмацпоиного блика: у = fog2e;
видимое изображение у = Г олу'
отношению червячной передачи:
шкала точного отсчета имеет
ной расчетной формуле с
помощью других дополнитель-
ных данных осталось опреде-
лить только две неизвестные
величины.
Пример 2. Угломерное чер-
вячное устройство (рис. 10.3),
применяемое для измерительного
углового перемещения оптиче-
ской зрительной трубы, соеди-
ненной с червячным колесом,
имеет вход на колесе (трубе) и
выход на отсчетном устройстве,
соединенном с червяком. Его
ФПД выражается формулой
у zjzi -х, где у — перемеще-
ние шкалы точного отсчета (вме-
сте с червяком); z2 — число
зубьев червячного колеса; z, —
число заходов червяка; х—угол
поворота колеса с трубой. Пе-
редаточная функция измеритель-
ной цепи равна передаточному
Аух — za/zp В этих устройствах
обычно п = 100 делений с угловым
интервалом 3,6°; цена деления может быть различной. Примем цену
деления равной 3,6' (что соответствует одной тысячной дистанции).
Рис. 10.3. Червячное угло-
мерное устройство
Тогда Дани/Д<2ц. д== 3,673,6' =
= 60. Приравниваем переда-
точную функцию цепи получен-
ному значению: Аух — z2/zt = 60.
Выбираем число заходов чер-
вяка z, (обычно zx = 1), после
чего определяем число зубьев
колеса z2 = 60.
Рис. 10.4. Ььнговой
механизм тонкой фо-
кусировки микро-
скопа:
1 — объект наблюде-
ния; 2 — предметный
столик
Для механизмов управления позиционированием, работающих иа
замедление, чувствительность удобно характеризовать отношением пере-
422
Лл'/Л// -- Лхрс,/Д</доп>
Рис. 10.5. Рычажный вин-
товой механизм тонкого на-
ведения:
1 — визирная ось зрительной
трубы; 2 — угломерное отсчет-
ное устройство
мещения на входе (органе управления) к перемещению на выходе-(ис-
полнительном элементе), т. е. величиной, обратной передаточной функ-
ции. Чувствительность позиционирования тем выше, чем больше это
отношение. При высоких требованиях к точности позиционирования
данное отношение регламентируют, основываясь на опытных данных1:
приняв за единицу перемещения иа выходе перемещение исполнитель-
ного элемента, равное допуску па точность позиционирования, выби-
рают соответствующее перемещение па входе в пределах 0,5—1° для ла-
бораторных приборов и н пределах 2 —5" — для военных. Таким об-
разом, с помощью укн шиной pel .n.iMeiri.iiuiH определяют необходимое
значение обратной передачи той функции: Л
где Ал'р1.| - регламеш npjesioe,
А.'/доп —донус|имое значения.
Пример 3. Винтовой механизм,
применяемый для тонкой фокусировки
в микроскопе «Биолам» (рис. 10.4),
имеет ФПД вида: у = Р/2л-х, где у—
перемещение объекта (или объектива)
при фокусировке (выходная коорди-
ната механизма); Р — шаг резьбы;
х — перемещение рукоятки управле-
ния (входная координата). Обратная
передаточная функция равна Аху =
2л/Р. В качестве допуска иа точ-
ность фокусировки примем величину,
равную 1 мкм, а регламентируемое
перемещение на . входе выберем
А-Чкч — 0,72°. Находим их отношение
0,72"/| мкм = 12,58 рад/мм. Прирав-
няв передаточную функцию этому значению, получим 2л/Р = 12,58, от-
куда I1 0,5 мм. Таким образом, здесь благодаря определению
чувс1вителы1ости оказался возможным полный расчет.
Пример 4. Рычажно-шпновой механизм тонкого наведения
(рис. 10.5), применяемый в высокоточных углоизмсрительпых приборах
(например, теодолитах) для точного позиционирования (наведения) зри-
тельной трубы на объект, имеет ФПД вида: у— kPi(2nR) х и обратную
передаточную функцию Ахи = 2nR i(kP), где у — угол поворота трубы
(выходная координата механизма); k — число заходов; Р — шаг резьбы;
R — длина рычага; х — угол поворота рукоятки управления (входная
координата). За единицу перемещения на выходе примем 1"; регламен-
тируемое перемещение на входе Дхрег = Г. Тогда по их отношению
171" = 3600 получим Аху = 2nR/(kP) = 3600, откуда и найдем не-
известные параметры механизма (обычно принимают k = 1; наименьшее
технологически надежное значение шага резьбы Р = 0,35 мм, тогда
определяется и необходимая длина рычага: Д=»200 мм).
Характеристики точности механизмов ПСОП
Виды характеристик точности зависят от функционального назна-
чения механизмов (см. табл. 10.2). Механизмы управления позицио-
нированием на точность не рассчитываются (кроме схемы 4), так как
для них имеет значение только точность результата, зависящая от
пороговой чувствительности механизма к перемещениям. В случае
t См.: Елисеев С. В, Геодезические инструменты и приборы. М.; Недра.
1973.
423
позиционирования чувствительного элемента измерительной цепи
(схемы 5 и 6)но грешность позиционирования относится к методическим
погрешностям процесса измерения, и ее нужно учитывать при оценке
точности результата измерения.
Механизмы измерительных цепей (схемы 56, 6 и 7), а также меха-
низмы позиционирования по входным данным (схема 4) необходимо
рассчитывать на точность. Характеристиками точности в общем слу-
чае являются: ошибки положения, перемещения и мертвого хода.
Ошибка положения представляет собой разность действительного и
идеального (номинального или расчетного) значений выходной коор-
динаты при фиксированном значении входной координаты механизма.
Ошибкой перемещения называют разность значений перемещений дей-
ствительного и идеального (номинального, расчетного) на выходе
механизма при заданном перемещении на входе. Ошибкой мертвого хода
называют отставание ведомого звена механизма при реверсировании
движения (в литературе встречается также наименование «ошибка об-
ратного хода»). Основной характеристикой кинематической точности
механизмов с непрерывным движением является ошибка перемещения;
ошибка положения здесь служит для определения ошибок перемещения
и мертвого хода. Для механизмов прерывистого движения основной
характеристикой является ошибка положения.
Характеристики точности механизмов третьей группы (табл. 10.2,
схема 8) зависят от вида движения: при непрерывном движении харак-
теристикой является ошибка скорости, при прерывистом — ошибка
положения.
В приборах, работающих в условиях вибраций, возникают также
динамические ошибки, действие которых проявляется в виде допол-
нительного смещения исполнительного элемента механизма (оцени-
вается экспериментально).
Перечисленные характеристики точности механизмов ПСОП —
переменные величины; изменения их происходят в пределах диапазона
движения, при повторении циклов движения, с течением времени.
По характеру изменения в диапазоне движения различают ошибки
накопленные, периодические и местные (последние носят нерегулярный
характер). Рассеяние ошибок при повторении циклов движения проис-
ходит вследствие деформаций в слоях смазки, люфтов и трения в кине-
матических нарах и характеризует случайную составляющую инстру-
ментальной ошибки прибора. Изменение ошибок с течением времени
выражается в постепенном снижении точности механизмов вследствие
износа деталей, ослабления креплений и расстройства регулировок и
характеризует точностную (параметрическую) надежность механизма.
Причины и виды ошибок механизмов
Различают два вида причин ошибок механизмов — допущения,
принимаемые при проектировании, и первичные ошибки механизмов.
Допущения принимаются с целью повышения точности или упрощения
конструкции подвижной системы прибора. Наиболее часто встречаются
допущения в функции преобразования движения (например, для не-
линейного механизма при малом отклонении от линейности ФПД
принимается линейной), называемые схемными; встречаются также до-
пущения в определении параметров механизма, допущения в конструи-
ровании высших контактных пар. Ошибки механизмов, возникающие
от допущений, называют теоретическими (или структурными, схем-
ными); они всегда имеют систематический характер.
424
Первичными ошибками механизмов являются погрешности разме-
ров, формы и положения деталей, возникающие прн изготовлении и ра-
боте механизма. Они характеризуются величиной и направлением:
если направление определенное (погрешности размеров, деформации
от сил тяжести деталей и т. и.), первичные ошибки называют скаляр-
ными, если же неопределенное (несносности, эксцентриситеты, перекосы
вращающихся деталей и т. н.) —- векторными. Прн расчетах на точ-
ность для скалярных первичных ошибок учитывается только величина,
для векторных — величина и направление. Наибольшее влияние на
точность механизмов оказывают нижеследующие виды первичных
ошибок.
Техноло!ичсские первичные ошибки |1 7; 28; 43]. Они представ-
ляют собой произволе! псиные погрешности п и отопления деталей
Т а б л и ц а 10.4. Вероятностные характеристики рассеяния
технологических первичных ошибок
Наименование Обозна- чение Расчетные формулы
Половина поля допуска Среднее значение Среднее квадратичное от- клонение б? Дд о (Д?) = 0,5 (Д9„ — Д?н) \q = До<7 + aqbq = Cqbq K.q6ql"i
Примечание. At?B и Д<?н — верхнее и нижнее предельные отклонения поли допуска (при расчетах подставляются со своими зна- ками); Ао</ — 0.5 (Д</н 4" Д^п) — координата середины поля допуска; — коэффициент относительной асимметрии поля рассеяния погреш- ности; Сд — коэффициент асимметрии ноля допуска; Кс, — коэффи- циент относительного рассеяния погрешности в поле допуска.
Т абл и ца 10.5. Расчетные формулы для коэффициента
асимметрии поля допуска Cq
Расположение поля допуска Формула
Одностороннее с гарантированным отклонением То же, но без гарантированного от- клонения , Симметричное cq = + | dq | Cq ± 1 + |а J с? = о
Примечание. Значения До</ и б<? вычисляются по ^Йрмулам табл. 10.4 и подставляются со своими знаками. Верхние знаки в формулах относятся к размерам элементов деталей типа «отверстие», а нижиие — типа «вал».
425
Т а б л и Ц а 10.6. Значения коэффициентов а7 и
скалярных первичных ошибок
Расположе- ние поля допуска Метод обработки Уровень точности ач
Симметрич- ное Любой э п т 0 0 0 1 1,1 —1,3 1,3—1,5
Несимме- Автоматиче- ский э п т 0 0,0—0,1 0,1—0,2 1 1.1—1,2 1,2—1,3
тричное Пробными про- ходами э 11 т 0,1—0,2 0,2—0,3 0,3 —0,4 1.1—1,2 1,2-1,3 1.3—1,4
Примечании: 1. Даны усредненные значения сс^ и Л'^; при ик выборе руководствуются конкретным состоянием оборудования. 2. Для а,д указаны абсолютные значения; знак должен выбираться по правилу: минус — для размеров элементов деталей типа «отверстие», плюс — типа «вал». 3. Уровень точности Э, П и Т см. в табл. 10.12.
Таблица 10.7. Значения коэффициентов а7 и Кд
векторных первичных ошибок
Распределение первичной ошибки кч
По закону Рэлея —0,28 1,14
По закону модуля разности —0,30 1,30
П р и м е ч а н и е. Значения коэффициентов указаны для тео- ретических законов распределения [5, 6}.
(погрешности размеров деталей, погрешности расположения и формы
рабочих поверхностей) и погрешности сборки (смещения, перекоси
пр.). Характер проявления этих ошибок случайный, поэтому расчет
их производится по вероятностным характеристикам рассеяния,
которые определяются по характеристикам поля допуска и предполагае-
мым законам распределения соответственных погрешностей (табл. 10.4—
10.7).
Погрешности размеров являются скалярными первичными ошиб-
ками и вызывают накопленные ошибки перемещения и отклонения ско-
ростей ведомых звеньев. Погрешности расположения рабочих .поверх-
ностей, а также сборочные смещения и перекосы бывают скалярные
и векторные; в первом случае они вызывают накопленные ошибки пере-
423
мещения и отклонения скоростей, а во втором — периодические ошибки
перемещения и колебания скоростей. Погрешности формы рабочих по-
верхностей вызывают всегда переменные нерегулярные ошибки пере-
мещения и колебания скоростей.
Смещения в зазорах кинематических пар. Эти смещения опреде-
ляются величинами зазоров, направления смещений— направлением
действующих усилий. Зазоры являются технологическими ошибками,
имеют случайный характер и определяются вероятностными характе-
ристиками рассеяния — средним значением (Дс) и практически предель-
ным отклонением от среднего значения (6с):
ДГ. (10.5)
Здесь Ас/, Kq и 8q — характеристики рассеяния погрешностей разме-
ров, участвующих в образовании зазора (определяются по. формулам
табл. 10.4—10.6); КЛс — коэффициент относительного рассеяния за-
зора;, принимается равным 1—1,2 в зависимости от Кч. н я (а—число
погрешностей, образующих зазор).
Регулярные и плавные смещения в зазорах вызывают накопленные
ошибки перемещения или отклонения скорости ведомого звена; скачко-
образные смещения, возникающие при реверсировании движения, яв-
ляются основными причинами появления мертвых ходов механизмов.
Силовые деформации детален. Причинами этих деформаций
являются силы тяжести деталей, внешние (нагрузочные) силы, силы
трения, усилия, возникающие в сборке при статически неопределенней
конструкции. Наибольшее влияние на точность механизмов оказывают
обычно деформации от внешних сил, однако в приборах, имеющих мас-
сивные конструкции (например, астрономических), имеют большое зна-
чение и деформации от сил тяжести деталей.
Деформации могут быть следующих видов: объемные (растяжения,
сжатия, изгиба, кручения), контактные и деформации в слоях смазки.
При неблагоприятных условиях все они могут оказывать заметное
влияние на точность механизмов. Объемные деформации определяются
достаточно точно обычными методами сопротивления материалов; наи-
большее влияние оказывают деформации поперечного изгиба и круче-
ния. Расчет контактных деформаций производится с помощью формул
Герца и является тем более приближенным, чем грубее поверхности
(так как эти формулы не учитывают микропрофиль поверхностей).
Достаточно надежным расчет можно считать при шероховатости по-
верхности не ниже 9-го класса. Расчет деформаций в слоях смазки
обычно не производится ввиду отсутствия методов расчета и данных,
а смещения принимаются равными зазорам.
Следствиями силовых деформаций могут быть все виды ошибок
механизмов, при этом ошибки перемещения и скорости определяются
изменением значений и знака деформаций; мертвые ходы (упругие)
определяются изменением знака деформаций при реверсировании дви-
жения. По характеру проявления эти ошибки считаются система-
тическими.
Температурные деформации деталей. Эти деформации возникают
от колебаний теплового режима работы прибора (за начало отсчета
колебаний температуры среды и деталей принимается +20° С). При
427
и mu in iiiiii ниiiuiiiii и режим,। i M.i./Kirt cK<i|n« u.Ki, n также при установив-
Hh'»n и режиме, nt ли.. in начального, iipunt ходит пропорциональное
н iMi'ti' iuie нсек размеров деталей пи пелпчпну
Д/=/а/(/—/„), (107)
где I — размер детали; 04 — коэффициент линейного расширения мате-
риала; t и /0 — значении текущей и начальной темперагур детали.
При неустановнвшемси тепловом режиме кроме изменений разме-
ров происходят также изменения формы деталей, не поддающиеся
строгому расчету. В этих случаях прибегают к различным методам за-
щиты ответственных деталей от воздействия переменного теплового из-
лучения (герметизация корпусов, обогрев, экранирование и др.).
Следствием температурных деформаций являются ошибки перемещения
и ошибки скорости ведомого звена; те и другие принимаются при рас-
четах как систематические.
Влияние сил трения в кинематических парах. Силы трения вызы-
вают деформации, износ и смещеиия деталей в зазорах. Деформации
деталей от сил трения являются главными причинами упругих мертвых
кодов, играющих особенно большую роль при длинных кинематических
цепях. Износ деталей — одна из характеристик параметрической на-
дежности работы механизмов точных приборов. Нерегулярные смеще-
ния деталей в кинематических парах вследствие непостоянства сил тре-
ния — основные причины невоспроизводимое™ положений ведомых
звеньев (например, измерений и отсчетов).
Колебания н вибрации прибора в процессе работы не только вызы-
вают динамические ошибки (см. выше), но и оказывают влияние иа не-
воспроизводимое™ положений механизма. Причинами колебаний и
вибраций в точных приборах, кроме внешних условий, являются не-
уравновешенность вращающихся с большой скоростью деталей, за-
зоры и трение в кинематических парах, недостаточная жесткость не-
сущих конструкций, отсутствие илн недостаточность амортизирующих
устройств. Ошибки механизмов, возникающие в процессе работы, на-
зывают эксплуатационными.
Определение ошибок механизмов
В общих расчетных формулах приняты следующие условные обозна-
чения: Ду — первичная ошибка механизма; Ду — ошибка положения
механизма; Др — ошибка перемещения механизма; Др — ошибка
мертвого хода; Дз — полная суммарная ошибка механизма; До> —
ошибка скорости ведомого звена.
Чтобы различить ошибки по видам и свойствам, к основным обозна-
чениям добавляются индексы: тр — для теоретических, тх — для тех-
нологических, э — для эксплуатационных, с — для систематических,
v— для случайных, S — для суммарных ошибок. Дополнительпые ин-
дексы в случае необходимости будут оговариваться в тексте.
Общие зависимости между ошибками механизмов. Все видьг оши-
бок определяются при расчетах с помощью так называемых ошибок йо-
ложения [9, 101. Ошибки положения связаны с первичными ошибками
следующими зависимостями:
= (10.8)
п п
428
где ДуД(; — частичная ошибка положения (вызванная отдельной пер*
вичной ошибкой); Ду2 — суммарная ошибка положения механизма;
dyldq = Aq — передаточная функция ошибки п — число ошибок.
Из формулы (10.9) вытекает принцип наложения ошибок (или прин-
цип взаимонезависимости действия первичных ошибок [9, 10), соответ-
ствующий алгебраическому суммированию всех видов ошибок механиз-
мов. Передаточные функции (Л7) выражаются через номинальные зна-
чения конструктивных параметров и координаты звеньев механизма.
Величины Ад и Ду (а .чпачпт и могут быть постоянными, не зави-
сящими от положении механн1ма, и iii)>i'mitiiii.imh.
Рис. 10.6. Зависимости между ошибками: а — переме-
щения и положения; б — мертвого хода на выходе от
мертвого хода на входе:
у0 — ФПД идеального механизма; у — то же реального; —
значение перемещения ведомого звена идеального механизма;
р — то же реального; Д//п — ошибка положения в началь-
ном положении механизма; А// — то же в текущем; Ар —
ошибки перемещения механизма; // — выходная коорди-
ната
ном;
при прямом ходе механизма; // — к>
Др* — мертвый ход механизма; Др -
вого хода механизма
при
обрат-
ит ибк а мерт*
Ошибки перемещения выражаются через ошибки положения фор-
мулой
Др = Дут — Дун, (10.10)
где Ду, и Дун — значения ошибок положения для текущего и началь-
ного положений механизма (рис. 10.6, а).
Из формулы (10.10) видно, что ошибки перемещения представляют
собой изменения ошибок положения в заданном диапазоне движения.
Расчетные формулы для определения Др по Дут, вытекающие из фор-
мулы (10.10), приведены в табл, 10.8. При постоянных значениях iAq
и Ду (т. е. при отсутствии изменения ошибки положения) ошибка пере-
мещения равна пулю. Расчет технологических ошибок перемещения,
всегда регламентируемых допусками, производится по формуле типа (II)
в табл. 10.8, а расчеты эксплуатационных ошибок (от деформаций) —
по формулам типов (111) и (IV).
1 Ее называют также передаточным отношением н коэффициентом влияния
ошибки.
429
Тайлииа 10.8. Общие формулы ошибок перемещения
. Первичная ошибка Передаточная функция Частичная ошибка перемещения
Постоянная » Переменная Постоянна Переменна Постоянна Переменна Др = 0 (I) Др = (Дут — Aqu) &q (II) Др = Д?(Дут —Дун) (III) Др — Ащ Ду, — AqH Aqa (IV)
Ошибки мертвых ходов для заданных положений механизмов в об-
щем случае выражаются разностью ошибок положения для прямого и
обратного ходов ведомого звена
A|iАг/Пх—Дг/.)х, (10.11)
где Дг/11Х и Дг/ох — значения ошибок положения для заданного по
ложения механизма при прямом и обратном ходах ведомого звена
(рис. 10.6, б).
Ошибки скорости ведомого звена механизма определяются диффе-
ренцированием по времени формул соответственных ошибок поло-
жения
Ду = У — Уо = (d/dt) (Ду). (10-12)
Здесь у и yt — действительное и идеальное (номинальное, расчетное)
значения скорости ведомого звена; t — время.
В табл. 10.9 и на рис. 10.6 приведены все виды зависимостей между
ошибками механизмов ПСОП.
Таблица 10.9. Общие зависимости между ошибками ПСОП
Ошибки Связи между ошибками Зависимости от первичных ошибок
Положения Исходная ве- личина * ди . . . &у = -^&г-=Ац
Перемещения Др = дУт — Дуи \р — Л^т Д^т — Aqn
Мертвого хода Дц = Д//пх — Др, = Ад пх Д(7ПХ ~
Скорости ду=4 ДУ = (Aq Ду)
430
Определение ошибок положения механизмов. Практические методы
определения ошибок положения основаны на принципе наложения оши-
бок, на основании которого частичные ошибки можно находить раз-
дельно (9, 10].
Общим методом определения ошибок положения, в соответствии
с формулой (10.9), является метод дифференцирования функции пре-
образования движения но параметрам, погрешности которых яв-
ляются первичными ошибками. Однако этот метод непригоден для пер-
вичных ошибок, предстпплиющих погрешности «нулевых параметров»
(погрешности формы деталей) В этих случаях применяют вспомогатель-
ные графо-аналитические методы: метод плана малых перемещений и
геометрический |51, 109]. Практическая методика определения ошибок
положения и этом случае распадается на два этапа: сначала находят
указанное смещение как промежуточную ошибку положения, поль-
зуясь для этого одним из вспомогательных методов, а затем находят
передаточную функцию кинематической цепи от детали, получившей
смещение, до ведомого звена механизма; искомая ошибка положения
равна их произведению
= (10.13)
где Аух — передаточная функции участка цепи; Дхд? — проме-
жуточная ошибка положения.
В соответствии с формулой (10.8)
= = (1014)
где dxnp/dq—Aqx— передаточная функция промежуточной ошибки
положения; &q — первичная ошибка механизма.
Передаточная функция Аех определяется в общем случае дифферен-
цированием ФГЩ участка кинематической цепи от детали, получившей
упомянутое смещение, до ведомого звена
Аух (10-15)
где хпр — координата звена, включающего данную деталь.
Для механизмов с линейным законом движения передаточная
функция определяется как простое отношение перемещений соответ-
ственных звеньев механизма
АуХ — ylxwp- (10.16)
Расчетные формулы ошибок механизмов
, При расчетах на точность необходимы расчетные формулы частич-
ных и суммарных ошибок механизмов; первые используются главным
образом при расчетах в процессе проектирования, вторые — при пол-
ном расчете. Суммирование ошибок производится для тех положений
механизма, где суммарная ошибка имеет наибольшие значения (по
абсолютной величине). Эти положения определяются по виду формул
частичных ошибок или графо-аналитическим анализом частичных оши-
бок [108].
Ниже приводятся расчетные формулы для ошибок перемещения
и ошибок мертвых ходов механизмов, основанные на исходных общих
зависимостях (10.8), (10.10), (10.11); расчетные формулы для ошибок
скорости ведомого звена определяются с помощью выражения (10.12).
431
Таблица 10.10. Формулы частичных ошибок и значения коэффициентов Ср и Кр дли типичных
векторных первичных ошибок механизмов
Числен-- ное зна- чение Кр 1,73 i 3,20 3,45 (при ФЗа180с) Примечание. — неслучайная часть передаточной функции ошибки; Av — случайная часть передаточной функции; ф — текущее значение угловой координаты детали; 0Н — угловая координата векторной первичной ошибки в на- чальном положений; механизма.
(J 4- 1-1 С» 54 СЗ- !< + СП + м о со |сч е sin f ]/Ч^ + 9С^) при 180° Ф sm = 1
о. и о о О О О
u ( -S ) о - о о
о ”"х ф G СЛ 1 + cos (ф -и 0И) H0.UIS — — (н0 -t- <b) ms sin (Ф4- а4-9н) — — sin (а 4- 9н)
Общая формула частичной ошибки X ' 11 X <1 о •ч? II X <1 <г а - - К - .. Си <1 <г a II си <1
Вид ошибок Ошибки мертвого хода не- регулируемой зубчатой пере- дачи от эксцентриситетов ко- лес Ошибки мертвого хода ре- гулируемой зубчатой пере- дачи от эксцентриситетов колес Ошибки перемещения ме- ханизмов от эксцентрисите- тов и перекосов шкал, бие- ний валиков, ходовых вин- тов нт. п., от несоосиости муфт Ошибки перемещения зуб- чатой передачи от эксцен- триситетов колес
432
Ошибки перемещения теоретические (от допущений). Эти ошибки
имеют систематический характер и суммируются алгебраически:
Артр = 1/тЧ--J/npi (10'17)
птр
Чре -= Е Чр.
((10.18)
Здесь утч и упр — точное и приближенное значения выходной (расчет-
ной) координаты механизма при отсутствии и принятии допущения
соответственно; п1(> — число частичных теоретических ошибок.
Методы расчета частичных ошибок см. [49, 109]; в тех, случаях
когда формулу (10.17) затрудни сельпо привести к простому расчетному
виду, пользуются табличным методом.
Ошибки перемещения технологические. Формулы частичных оши-
бок, вытекающие из формулы (II) табл. 10.8, для скалярных и вектор-
ных первичных ошибок имеют вид
АДгх = А: Ауск; (10.19)
АРтх ~ AcAv Аувк, (10.20)
где Ас — неслучайный передаточный коэффициент; Ао — случайная
часть передаточной функции векторной первичной ошибки (примеры
см. в табл. 10.10). Определение Артх при расчетах в процессе проекти-
рования производится по предельным значениям Ае, Аа и Ау.
Суммирование технологических ошибок производится по вероят-
ностным характеристикам рассеяния; расчетные формулы слцдуютц««щ
А/?тх S = А/>тх s ± бРтх е! (10.21)
Артх £ — У । AcCpbq\
ЧхЕ^-Д^Р4
(10.22)
(10.23)
Здесь ApTxS — среднее значение суммарной технологической ошибки
перемещения; 6ртх2 — практически предельное отклонение от среднего
значения; Ср и Кп — коэффициенты, зависящие от расположения поля
допуска, вида и распределения первичной ошибки (определяются по
табл. 10.10 и 10.11); — коэффициент относительного рассеяния сум-
марной ошибки (принимается равным 1 — 1,1 в зависимости от числа
первичных ошибок и их распределений); птх — число технологических
первичных ошибок.
. Предельное значение технологической суммарной ошибки равно
I Г “
По этим же формулам рассчитываются ошибки перемещения от смеще-
ний в зазорах кинематических пар в тех случаях, когда эти смещения
не связаны с реверсированием и имеют регулярный характер; только
значения бу, Ср и Кр определяются с учётом формул (10.5) и (10.6).
433
Таблица 10.11. Исходные формулы для коэффициентов
Ср и /Ср
Первичная ошибка ср
Скалярная Ср= Кд
Векторная Ср = CqM (Лр) КР =
Примечание. М (Av) — математическое ожидание, a — среднее квадратическое отклонение случайной части передаточной функции первичной ошибки; остальные обозначения прежние (см. выше). '2л Л1(Л.,)=-2- I Л, </()„; ' 2Л j » ‘I и 2л 0 где 0н — угол, определяющий направление векторной первичной ошиб- ки в начальном положении механизма (случайная величина, распре- деленная в пределах от 0 до 2л по закону равной вероятности).
Ошибки перемещения эксплуатационные. Частичные ошибки пере-
мещения от деформаций силовых и температурных рассчитываются не-
посредственно по формулам (III) и (VI) табл. 10.8. При определенном
характере действия сял и установившемся тепловом режиме эти ошибки
носят систематический характер и суммируются алгебраически
'=э
Арэ2=^ДРэ. <10-25)
где пэ — число частичных ошибок.
О расчетах самих деформаций см. с. 424 «Причины и виды ошибок
механизмов».
Ошибки мертвых ходов механизмов от смещений в зазорах кине-
матических пар (люфтовые). Расчетные формулы подобны формулам
технологических ошибок перемещения и приводятся без "пояснений:
Д^ = ЛАЧК;
Др»2 = Ap«2 ±
ил
Др«2 = У' ApCfiq',
(10.26)
(10.27)
(10.28)
(10,29)
4J4
~~ (Ю.ЗО)
ди02Пр = 2 W?+77 У s w?s (10,31)
где Д<7СК — скалярная первичная ошибка; Д<?вк — векторная первичная
ошибка; пл — число люфтовых первичных ошибок.
Остальные обозначения подобны соответственным обозначениям
технологических ошибок псрем чцения.
Ошибки мертвых ходов механизмов от деформаций деталей (упру-
гие), Расчет частичных ошибок упругих мертвых ходов производят
по формуле (10.11) или непосредственно используя изменение деформа-
ций Д/ под действием изменения момента ДА1 или силы ДЛ по формуле
Дцс = ЛСД/М(Р), (10,32)
где Ас — представляет собой передаточную функцию кинематической
цепи от детали, испытывающей деформацию, до выходного звена [см.
формулы (10.15) и (10.16)].
Ошибки упругих мертвых ходов являются систематическими
ошибками и суммируются алгебраически
”у
A^2=SA^ (Ю-ЗЗ)
где Пу — число рассчитываемых упругих мертвых ходов.
Полная суммарная кинематическая ошибка механизма. Общий
вид расчетных формул следующий:
Дд = Дь-С-Ь Дар; (10.34)
Дхс = Дртр2 Дрэ2 + Дцс2; (10.35)
ДдС| = AprxS + Д)1иХ ± 7 ДртхХЧ бцйх • (10-36)
Здесь Ддс систематическая, Д^ — случайная составляющие полной
суммарной ошибки.
Конкретный состав слагаемых полной суммарной ошибки опреде-
ляется требованиями к точности механизма. На практике встречаются
расчеты только ошибок перемещения (при одностороннем рабочем дви-
жении), только мертвых ходов (с системами отработки с обратными
связями) и полной суммарной ошибки (для большинства измерительных
и счетно-решающих приборов).
.is-
Расчеты на точность при проектировании
(виды расчетов, исходные данные и условия)
Основным видом расчета на точность при проектировании является
проектный расчет. При разработке кинематической схемы производят
анализ возможности получения технологичной конструкции и опреде-
ляют требования к точности отдельных узлов; в процессе эскизной раз-
работки конструкции производят оценку степени влияния на точность
отдельных ошибок с целью выбора наивыгоднейших параметров кон-
струкции. После окончания эскизного проектирования выполняют пол-
ный анализ технологичности конструкции и расчет допусков на техполо-
435
гические первичные ошибки по заданному допуску на суммарную ошибку
механизма.
Кроме проектного расчета находит применение проверочный расчет
для сравнения ряда вариантов конструкции (см. с. 446, пример 1); он
применяется также, когда допуски иа технологические первичные
ошибки уже назначены и необходимо проверить соответствие их задан-
ным требованиям к точности механизма.
Все виды расчетов на точность осуществляются на основе приведен-
ных выше расчетных формул с помощью специальных критериев техно-
логичности конструкций и степени влияния ошибок (см. ниже) и с учетом
применения компенсаторов ошибок.
Исходными данными для расчетов являются заданный техническими
условиями допуск на точность механизма (60s), разработанные схема и
конструкция механизма (или узлов) и сведения о производственной базе
и объеме производства. Допуск <50s определяет поле допустимых значе-
ний суммарной ошибки механизма; для ошибок перемещения это поле
симметрично относительно нуля, для мертвых ходов оно одностороннее.
Исходным условием для расчета является обеспечение заданной
точности
As (у) < | 60s |, (10.37)
(у — координата ведомого звена механизма) при минимуме стоимости
изготовления механизма.
Критерии технологичности конструкций
Точностная технологичность конструкций точных приборов харак-
теризуется уровнями точности требуемых технологических процессов
обработки деталей и сборки. В зависимости от достижимой точности,
оборудования, оснащения и методов выполнения технологические
процессы отделочных операций обработки деталей и сборки, применяе-
мые в точном приборостроении, распределяются по трем уровням точ-
ности: экономическому, производственному и техническому, являю-
щимся критериями точностной технологичности конструкции.
Экономический уровень точности (Э) для механической обработки
соответствует точности, получаемой в серийном производстве с помощью
типовых (нормализованных) инструментов и приспособлений на обычном
универсальном и автоматическом оборудовании. Экономический уровень
для сборки соответствует операциям, выполняемым без пригонок и
специальных регулировок.
Производственный уровень точности (П) для механической обра-
ботки соответствует предельной точности, достижимой на обычном
оборудовании с помощью специальных инструментов, приспособлений и
методов. Производственный уровень для сборки соответствует сборке
с регулировками, контроль которых выполняется производственными
методами.
Технический уровень точности (Т) для механической обработки
находится за пределами возможностей обычного оборудования и может
быть достигнут с помощью специального оборудования или ручной
доводки деталей. Технический уровень для сборки соответствует сборке
с пригонками и регулировками, требующими лабораторных матодов
контроля. В табл. 10.12 приведены ориентировочные значения уровней
точности для наиболее распространенных типов технологических про-
цессов и различных деталей, установленные на основе данных приборо-
строительных предприятий и литературных источников. Эти значения
436
Таблица 10.12. Уровни точности технологических процессов
Уровни точности Н 1 5-й квалитет (1-й класс) До 2 мкм 5-я степень точности | До 2 мкм 1 1 6-й квалитет (1-й класс) 6-й квалитет (1-й класс)
Е 8-й квалитет i (3-й класс) 1 6-й квалитет (2-й класс) 1 6-я степень точности , 1 8-й квалитет | (3-й класс) 7-й квалитет (2-й класс) 7-й квалитет (2-й класс)
СП 11-й квалитет (4-й класс) 8-й квалитет (3-й класс) 1 7-я степень точности 1 11-й квалитет (4-й класс) 8-й квалитет (3-й класс) 8-й квалитет (3-й класс)
Вид техпроцесса Токарная (чисто- вая) обработка Шлифование Доводка Механическая об- работка 1 Доводка Токарная (чисто- вая) обработка Развертывание Шлифование ;
Вид погрешности Погрешность диаметра О X о о о X Погрешность диаметра
Trfn поверхности, размера, детали Цилиндрические наружные поверхно- сти (валики, оси, ро- лики) Цилиндрические внутренние поверхно- сти (втулки)
437
Продолжение табл. 10.12
Тип поверхности, размера, детали Вид погрешности Вид техпроцесса Уровни точности
э п т
Цилиндрические внутренние поверхно- сти (втулки) Погрешность диаметра Доводка — — До 2.мкм
Несоосность Механическая об- работка 7-я степень точности 6-я степень точности 5-я степень точности
Доводка — — До 2 мкм
Конические поверх- ности Погрешность угла конуса Токарная (чисто- вая) 10-я степень точности 7-я степень точности —
Шлифование 7-я степень- точности 6-я степень точности —
Доводка — — 5-я степень точности
Плоскости Погрешность формы Фрезерование (чи- стовое) 8-я степень точности 7-я степень точности —
Шлифование 6-я степень точности 5-я степень точности
Продолжение табл. 10.12
Тип поверхности, размера, детали Вид погрешности Вид техпроцесса Уровни точности
э П т
Плоскости Погрешность формы Шабрение — — 5-я степень точности
Доводка — 4-я степень точности
Линейные размеры Погрешность размера Обработка реза- нием 11-й квалнтет (4-й класс) .Ч.р- {3-й кл --:. -
Шлифование 8-й квалитет (3-й класс) 6-Й Кгал::?-?- (2-й к.--'. —
Доводка — 5-й квалитет (1-й класс)
Сборка с регули- ровкой 8-й квалитет (3-й класс) б-ii квалитет (2-й класс) 5-й квалитет (1-й класс)
Межосевые расстоя- ния Погрешность размера Разметка 0,2 мм 0,1 мм —
Сверление по кон- дуктору 0,05 мм 0.02 мм
Продолжение табл. 10.12
440
Тнп поверхности, размера, детали Вид погрешности Вид техпроцесса Уровни точности
э п т
хМежосевые расстоя- ния Погрешность размера Сверление, раста- чивание на коорди- натных станках — До 5 мкм
Сборка с регули- ровкой 0,05 мм 0,02 мм До 5 мкм
Угловые размеры Погрешность размера Механическая об- работка 10-я степень точности 7-я степень точности 6-я степень точности
Доводка — — До 5"
Сборка с регули- ровкой 7-я степень точности 6-я степень точности 5-я степень точности
Зубчатые и червяч- ные колеса Кинематиче- ская погрешность Фрезерование об- каткой 8-я степень точности 7-я степень точности —
Шевингование — 5-я степень точности
Прикатка — — 6-я степень точности
Продолжение табл. 10.12
Тип поверхиостн, размера, детали Вид погрешности Вид техпроцесса Уровни точности
э П т
Зубчатые рейки и червяки Накопленная погрешность ша- га Резание 20 мкм 10 мкм —
Шлифование 10 мкм 5 мкм До 2 мкм
Резьбы винтовых механизмов Накопленная погрешность ша- га Токарная чисто- вая обработка 3-й класс 2-й класс —
Шлифование 2-й класс 1-й класс 0-й класс
Доводка — — До 2 мкм
Кулачки Погрешность радиуса вектора Фрезерование 0,05 мм 0,03 мм — :
Шлифование 0,02 мм 0,01 мм —
Доводка — — До 5 мкм
Шкалы и лимбы Погрешность деления Деление на маши- нах и автоматах 10 мкм 1' 5 мкм 0.5' 1 мкм До Г
определяют зоны, в пределах которых допуски соответствуют данному
уровню точности. Для грубых ориентировочных оценок можно прини-
мать, что экономическому уровню точности соответствует в среднем 3-й,
производственному — 2-й и техническому — 1-й классы точности стан-
дартных допусков на обработку деталей и сборку.
Анализ технологичности конструкций заключается в сопоставлении
допусков на технологические первичные ошибки с уровнями точности.
Конструкция технологична (в отношении допусков), если эти допуски
соответствуют экономическому и производственному уровням точности
от телочиых и сборочных технологических процессов. Если значительное
число первичных ошибок требует допусков на техническом уровне точ-
ности, то конструкцию следует признать нетехнелогичной для серийною
производства (но она может быть приемлемой для мелкосерийного или
штучного производства). В таких случаях необходимо исследова iь
возможность применения компенсаторов для расширения допусков,
а если такой возможности нет, то изменить конструкцию.
Критерии степени влияния ошибок
Для упрощения р,кчс1ов целесообразно отбрасывать ошибки,
влияние которых на точпосп, механизма ничтожно. Общим критерием
ничтожности влияния ошибок является условие, чтобы отбрасываемые
ошибки не изменяли суммарную ошибку более чем па 5—10%. Исходя
из этого, для предварительной грубой оценки влияния ошибок поль-
зуются правилом: если из двух или более ошибок одна меньше осталь-
ных по крайней мере в 10 раз для систематических и в 5 раз для случай-
ных ошибок, эту ошибку можно отбросить. Так, заранее отбрасывают
ошибки от погрешностей микропрофиля рабочих поверхностей, погреш-
ностей формы поверхностей для низких кинематических пар, от контакт-
ных деформаций в высших кинематических парах при малых нагрузках
и т. и.
Для технологических ошибок более строгую и глубокую оценку
степени их влияния производят с помощью предельных допусков и уров-
ней точности (см. выше). Предельный допуск определяется из условия,
что точность механизма зависит только от одной данной первичной
ошибки
ву7=|-^|, (Ю.38)
где — предельный допуск на первичную ошибку; Ае — неслучайная
часть передаточной функции ошибки (см. выше); d0s0 — допуск на
технологическую составляющую суммарной ошибки механизма, опре-
деляемой по формуле
8usu= 6„s — Asc. (10.39)
Здесь 60s — полный допуск на точность механизма; Asc — системати-
ческая составляющая суммарной ошибки (сумма теоретических и
эксплуатационных систематических ошибок).
Степень влияния ошибок характеризуется требуемыми для допусков
уровнями точности: чем сильнее влияние, тем выше уровень точности.
Действительные значения требуемых допусков в процессе проектирова-
ния неизвестны (они рассчитываются иа заключительном этапе проекти-
рования), но для сравнения с уровнями точности можно пользоваться
предельными допусками, связанными с действительными допусками
зависимостью бу где <£ 1 — коэффициент, зависящий
442
Таблица 10.13. Зависимоегь степени влияния ошибок
от уровней точности
Соотношения между коэффициентами влияния ( /irm-lll. H.’lИ Я НИЯ l.u 1 HHIK.II 1.шибки Требуемый уровень точности допуска
У А АГ А.Г<ГЛ ГА АГ ( ,п. । Гх >с (JI.'II.IIOC ( )’И111. < II,Ч 1,1 и )(“ /1<)ИуГк 1! Экономический 1Троизводствснный Технический нышшннм
От числа ошибок (чем больше число ошибок, тем меньше I 1.шболее
полный и строгий анализ степени влияния ошибок производится с по-
мощью коэффициентов влияния, устанавливающих непосредственное
соотношение между' величинами соответствующих ошибок и заданным
допуском на точность механизма
^=|4г|’ (1оло)
где X — коэффициент влияния ошибки; As — частичная ошибка.
Для систематических ошибок Лс определяется по формуле (10.40)
и степень влияния оценивается по общему критерию (см. выше); если
окажется, что /.с :> 20, ошибку можно отбросить как ничтожную; если
20 > /.с Ш 10, малые ошибки можно отбрасывать при условии, что
число их не более двух; в противном случае по этому неравенству нужно
проверить Х2с, найденный по сумме малых ошибок. Для случайных
ошибок нельзя пользоваться непосредственно (]юр.мулой (10.40), так как
величины ошибок заранее неизвестны; оценка их влияния производится
с помощью табл. 10.13, входными величинами для которой служат
коэффициенты влияния, соотвегсшующпе предельным шачеппям уровня
точности по табл. 10.12
и наименьшее допустимое значение коэффициента влияния Ао
^о = -у-+ + (10.42)
где rii — число частичных ошибок, имеющих систематическую состав-
ляющую, т. е. среднее значение (для них Ср =#= 0); — число ошибок,
не имеющих систематической составляющей (Ср = 0).
' > Как видно из табл. 10.13, степень влияния ошибок связывается
с уровнем точности, т. е. с технологичностью конструкции. Критерием
ничтожного влияния случайных ошибок является условие Ан
(А„— коэффициент влияния ничтожных ошибок).
Для ошибок, входящих в группу п, (С(, =у-0), Ан^а10, а для
ошибок, входящих в группу П., (Ср — 0),
(Ю-43)
' 2/Ч> - п1
где па — число ничтожно влияющих ошибок из группы п2.
443
Таблица 10.14. Наименьшие допустимые значения
коэффициента влияния [к формуле (10.42)]
«1
П2 0 I 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
0 0,00 1,00 1,70 2,37 3,00 3,62 4,29 4,83 5,42 6,00 6.58
1 1,00 1,62 2,23 2,82 3,41 4,00 4,58 5,16 5,73 6,30 6,87
2 1,41 2,00 2,58 3,16 3,73 4,30 4,87 5,44 6,00 6,56 7.12
3 1,73 2,30 2,87 3,44 4,00 4,56 5,12 5,68 6,24 6,79 7.35
4 2,00 2,56 3,12 3,68 4,24 4,79 5,35 5,90 6,45 7,00 7,55
5 2,24 2,79 3,35 3,90 4,45 5,00 5,55 6,10 6,65 7,20 7,74
6 2,45 3,00 3,55 4,10 4,65 5,19 5,74 6,29 6,83 7,37 7,91
7 2,65 3,19 3,74 4,29 4,83 5,38 5,92 6,46 7,00 7,54 8,08
8 2,83 3,37 3,92 4,46 5,00 5.54 6.08 6,62 7,16 7,70 8,24
9 3,00 3,54 4,08 4,62 5,16 5.70 6,24 6,78 7,32 7,86 8,36
10 3,16 3,70 4,24 4,78 5.32 5,86 6,4(1 6,93 7,46 8,00 8.54
1 1 3,32 3,85 1,39 4,93 5.4G 6,01) G,5 1 7.07 7,(И 8.11 8,67
। > 3.46 1,00 1.51 5.07 5,(11 6, 1 1 6,67 7. ?!> 7.74 8,28 8,81
1 3 3,6 1 4.11 1,(17 5.21 5.7-1 6.28 (1.81 1,3 1 7.87 8.4 1 8.91
1 1 3. / 1 1,'ЛЧ 1.51 5.3 1 5.8/ (ill G.'.l 1 / 1 ‘ 8,00 8.53 9.06
1!» з.к/ 1.11 1.OI 5,4 1 (>.00 (., 53 7,0(> 7,59 8.12 8,65 9,18
1 ! > 1,00 4.55 • >,()(. ! 1 54 (,. 1 ? ♦ 1,(15 7,18 7,71 8,24 8,77 9,30
1 / 1. 1 2 1.05 5.1 8 5.71 6,24 6,77 7,30 7,83 8.36 8,89 9,42
1 8 1,2 1 4.7 7 5.30 5,83 6,3(5 6,89 7,42 7,94 8,47 9,00 9,53
1 *) 1.36 4.89 5,4 2 5,94 6,47 7,00 7,53 8,06 8,58 9,11 9,64
20 1.17 5,00 5,53 6,06 6,58 7,11 7,64 8,16 8,69 9,22 9,74
21 4,58 5,1 1 5,64 6,16 6.69 7,22 7,74 8,27 8,80 9,32 9,85
22 4,69 5,22 5,74 6,27 6.80 7,32 7.85 8,37 8,90 9,42 9.95
23 4,80 5,32 5,85 6,37 6,90 7,42 7,95 8,4 7 9.00 9,52 10,05
24 4,90 5,42 5,95 6,47 7,00 7,52 8,05 8,57 9.10 9,62 10.1 5
25 5,00 5.52 6,02 6.57 7,10 7,62 8.1 5 8,67 9,20 9,72 10,24
Применение указанных критериев степени влияния ошибок см.
с. 449, примеры 2 и 3. Численные значения /.0 (в зависимости от числа
первичных ошибок) приведены в табл. 10.14.
Методы компенсации ошибок механизмов
Компенсация применяется для ошибок, оказывающих наиболее
сильное влияние на точность механизма и требующих допуски на техни-
ческом уровне точности. Компенсация заключается в уменьшении (иног-
да даже в полном устранении) действия отдельных сильно влияющих
ошибок (или групп ошибок) с помощью специальных мероприятии или
устройств, называемых компенсаторами. На практике применяются
следующие методы компенсации [6, 8, 28, 39, 62]. > i
1. Специальные организационно-технические мероприятия. Широ-|
кими возможностями уменьшения ошибок обладают так называемые
обычные регулировки, применяемые при установках нулевых положе-
ний и согласовании движений на выходе и входе механизмов. С помощью
таких регулировок производится, например, «половинение мертвых
ходов»; возможно существенное уменьшение и ошибок перемещения |4,
5, G2|. Другим методом из этой группы является применение селекции
при обработке и сборке [621 (сюда же относится и широко применяемый
в мелкосерийном производстве метод комплектации при сборке).
2. Технологические пригонки и доводки деталей, выполняемые при
сборке. К данным методам прибегаю! в основном для получении нодннж-
444
вых замкнутых сопряжений с посадками выше 2-го класса точности и
для уменьшения погрешностей формы рабочих поверхностей деталей
в высших кинематических парах. Эти методы компенсации наименее
желательны, так как весьма дороги.
3. Конструктивные методы, основанные на использовании регули-
ровок при сборке, экономичны и эффективны, ими можно воздействовать
одновременно на ряд ошибок. Конструктивные устройства, применяемые
для регулировки, весьма ра.чнообра.'шы и основные их идеи хорошо
известны (см. [4, 5, 49, 62, 1091>. Недостатком этих устройств является
нестабильность с течением времени, поэтому их избегают применять
в конструкциях приборов высокой точное иг, друнш недостаток заклю-
чается в некотором усложнении сборки, чю ограничивает их применение
в приборах крупносерийного п массовою протводства (здесь более
целесообразно применение специального оборудования, дающею повы-
шенную точность обработки по сравнению с обычным).
Проектный расчет механизмов на точность
Общие цели проектного расчета и решаемые им задачи: анализ
технологичности конструкции; выбор рациональных параметров кон-
струкции, определение требований к точности отдельных деталей,
соединений и узлов; расчет допусков на технологические первичные
ошибки. Характер и содержание расчета зависят от этапов проек-
тирования.
На первом этапе проектирования при разработке кинематической
схемы механизма определяют наивыгодненшие параметры схемы и
делают предварительный анализ технологичности конструкции. Для
этого выявляют основные ожидаемые источники ошибок, представляю-
щие укрупненные (комплексные) первичные ошибки, и для них опре-
деляют предельные допуски [с помощью формулы (10.38) по максималь-
ным значениям передаточных коэффициентов Ас], которые затем сравни-
вают с уровнями точности. 11а этом этапе производят также расчет и
анализ теоретических ошибок, Нели представляется возможным опре-
делить на этом этапе общее ожидаемое число первичных ошибок, следует
произвести более полный анализ с помощью коэффициентов влияния
[формулы (10.40)—(10.43) ом. с. 447, пример 1 |.
На втором этане проектирования при разработке конструкции
расчет сводится к оценке степени влияния отдельных ошибок с целью
выбора наивыгоднейшего варианта конструкции. Расчет заключается,
как и в предыдущем случае, в определении предельных допусков и
установлении требуемых уровней точности.
На завершающем этапе проектирования производят полный анализ
степени влияния ошибок и технологичности конструкции и рассчитывают
допуски на технологичные первичные ошибки. Последовательность
расчета следующая.
11 Выявление и исследование источников ошибок. Здесь выявляют
действительные (поэлементные) первичные ошибки — технологические
и эксплуатационные (см. «Причины и виды ошибок механизмов»).
Исследование первичных ошибок заключается в определении их свойств
и предварительной оценке степени влияния.
Определение частичных ошибок механизмов. Производят вывод
формул частичных ошибок — сначала ошибок положения, а затем,
пользуясь формулами (10.10)—(10.12), и основных ошибок, требуемых
условиями расчета (т. е. ошибок перемещения, мертвого хода, скорости).
Из полученных формул устанавливают выражения для Ас — иеслучай-
445
ной части передаточных функций ошибок, необходимые для дальнейших
расчетов.
В процессе вывода формул производят оценку степени влияния
ошибок с целью отбрасывания ошибок, оказывающих ничтожное влия-
ние на точности механизма.
Расчет коэффициентов и ошибок. С помощью приведенных выше
формул (ем. «Расчетные формулы ошибок механизмов») рассчитывают
все систематические ошибки механизма — теоретические и эксплуата-
ционные (от деформаций) и определяют Asc — систематическую состав-
ляющую суммарной ошибки [по формуле (10.35)]. Для каждой частич-
ной ошибки нужно определить коэффициент влияния лс [по формуле
(10.40)J п оценить степень ее влияния на точность механизма. При
слишком малых значениях лс необходимо заранее внести соответствую-
щие изменения в конструкцию, чтобы ослабить влияние соответствен-
ных систематических ошибок (следует иметь в виду, что чем меньше Д\-,
тех' больше допуск па технологическую сосгавляющую суммарной
ошибка и rear дешевле будет' прибор). Далее, с помощью формулы (10.3'1)
определяют допуск на lexiio.ioi пчсскую < ос i .iiiamonix ю ошибки бцу,
н р.ктчи гг>шлю г предельные допуски | но формуле (10.33) | для всех
учитываемых lex но то| ическп х ошибок, а по формулам (10.42) и (10.43)
определяют ш.тч<шпя ко >ффш1п<ч1 ton влияния и Лн. После этого про-
изводя г анализ cieiieini влияния технологических ошибок сначала по
формуле Лэ5>Лц, а затем по табл. 10.13. В результате для многих
ошибок устанавливают требуемые уровни точности. В тех случаях, когда
необходимо получить конкретное численное значение допуска, пользу-
ются формулой
где 6:/ — половина поля искомого допуска; остальные обозначения см.
выше.
При несимметричном поле необходимо по найденному значению б9
определить верхнее н нижнее отклонения поля допуска. Для этого
определяют с помощью формул табл. 10.5 значение коэффициента С,7
(предварительно выбрав из табл. 10.6 или 10.7 значение а^), затем по
формулам табл. 10.4 рассчитывают \qB и Дф,. Если среди найденных
допусков некоторые окажутся ла техническом уровне точности, целесо-
образно проверить возможность применения «условия компенсирован-
ного влияния» ошибок. Сущность этого условия заключается в возмож-
ности расширения допусков па сильно влияющие ошибки за счет некото-
рого ужесточения допусков на слабо влияющие ошибки. Если, напри-
мер, большинство первичных ошибок требует экономического уровня
со значительным превышенном над л(|, то для них целесообразно
ужесточить допуски до предельных значений экономического уровня
точности; это позволит расширить допуски для ошибок, требующих
технического уровня, до производственного, или производственного
до экономического.
Оформление всего расчета рекомендуется выполнять по форме
табл. 10.16 и 10.17 (см. с. 440 в 455, примеры 2 и 3).
Проверочный расчет механизмов на точность
Расчет заключается в определении суммарной ошибки механизма по
заданным допускам па первичные ошибки. Основные этапы расчета
следующие.
446
Первый этап (выявление и псе тс ювапие источников ошибок) и
второй (определение частичных ошибок) — такие же, как и при проект-
ном расчете (см, выше). Tpeiiiii 'паи (расчеты коэффициентов и ошибок)
состоит в следующем. <'11.14.1.1.1 ш-кходяг систематические ошибки —
теоретические и эксплуатационные (ог деформаций) и определяют
суммарную систематическую 1ч>1-|,-шляняцую Asc [см. формулу (10.35)].
Затем с помощью табл. 10.1 10.7 и 10.11 определяют характеристики
тюлей допусков и p.ici 1 реле.ш 1111 а техио.то! пческпх первичных и частич-
ных ошибок. Ил формул ч.и ......пых ошибок устанавливают и вычисляют
по которым затем р.п < 4iiii.iii.iioi средине и практически предельные
значения техио.тш нчески'. час, inmi.ix ошибок, иолыуясь для этого
формулами:
(10.-45)
&Рп = (10.46)
где <\рп — среднее, а ljpn — практически предельное значение частич-
ной ошибки; остальные обозначения см. выше. Формулы приведены для
ошибок перемещения, но они справедливы и для люфтовых мертвых
ходов (вместо Лрп и 5ptl надо подставить Aprt и 5,и.,). Далее производят
суммирование технологических ошибок по формулам (10.22) н (10.23)
или (10.29) и (10.30) и полное суммирование по формулам (10.35) и
(10.36). Результат сравнивают с формулой (10.37).
Оформление проверочных расчетов рекомендуется выполнять по
форме табл. 10.15.
Примеры расчета механизмов на точность
Пример 1. Требуется проверить возможность заклинивания цилин-
дрической прямозубой передачи при сопряжении вида С, если переда-
точное отношение / 1'4, дели тельные ди а ме гр ы колес </, ~ 16 мм,
d., ~ 64 мм и модул,, гн 1; боковой за «щ в i.'iucii.k uiii, не регулируется
степень точное и, 7 я
Для данны \ ус.и >,1 шТ (.» ,а к .чип пир,- в-, и, । к ш-р. о, 1 постные характе-
ристики рассеяния бик<шш о i.iiopa в шцеii.-ie,,и,, и сравнить среднее
значение и >,р.,к гическп предельные о, клонения от среднего значения
зазора; если первое с дос га точной падежиоегыо превышает второе, то
заклинивание иевошожио.
Существенное влияние на боковой зазор оказывают смещения
исходного контура у обоих колес, эксцентриситеты колес и погрешности
межосевого расстояния (влиянием остальных погрешностей можно
пренебречь). Частичными ошибками являются здесь боковые зазоры
в зацеплении от каждой из перечисленных ошибок. Зависимость боко-
вог.р зазора, измеренного по делительной окружности, от рассматри-
ваемых первичных ошибок выражается формулами:
ДсДЛ 2 til a Mi- (10.47)
Лсд<-: - 2tnacos(ip-|-0H)-V; (10-48)
Ледд--2tilaA4, (10.49)
где Ac^h, АсДе, Лс.д —боковые зазоры от смещения исходного кон-
тура, эксцентриситета и погрешности межосевого расстояния соответ-
ственно; <р — угол поворота колеса; a — угол зацепления; 0н — угол,
447
Таблица 10.15. Расчет бокового зазора в зацеплении нерегу
№ дета- ли Наименование п. о. Обо- значе- ние Система- тическая п. о. До- пуск, мкм X арактеристики поля допуска
1 2 3 4 5 6 7
1 Смещение исход- ного контура Midi — —5 —30 —20 15
1 Эксцентриситет Дй, — 12 6 6
2 Смещение исход- ного контура — —7 -45 29,5 22,5
2 Эксцентриситет Дс2 — 17 8.5 8,5
1-2 Погрешность меж- осевого расстояния дл __ ±13 — 13
. . Д^о2=36,0; бр2о2=И58; ACs = ;6± /858=36^29 мкм.
Примечание. В табл. 10.16—10.17 приняты обозначения: п. о. —
определяющий направлениеэк-сцентриеитета колеса относительно меж-
осевого расстояния в начальномлояожеиии передачи; Дй — смещение
исходного контура колеса; Де — эксцентриситет; ДЛ — погрешность
межосевого расстояния.
Порядок расчета следующий.
I. Перечисленные выше первичные ошибки записывают в графы
1—3 расчетной таблицы (табл. 10.15). Из ГОСТ 9178—59 выбирают
значения допусков на эти ошибки и записывают в графу 5 таблицы. Для
смещений исходного контура учитывают допуски на смещения и наи-
меньшие (гарантированные) смещения Дмй.
2. Из формул (10.47)—(10.49) следует, что неслучайные части
передаточных функций Ас для всех ошибок одинаковы и постоянны:
Ас = 2 tg а; эту формулу записывают в графу 12 и одновременно запол-
няют графу 11. Чисдениое значение Ас = 0,73 вносят в графу 13.
3. С помощью формул табл. 10.4—10.7 определяют характеристики
допусков и распределения первичных ошибок и заполняют графы 4—10.
При этом нужно учитывать следующие соотношения:
бй = 0,5бйдоп; Д(/1 = Дмй + бй; Де = 0,5Ео;
। бе = 0,5 Де = 0.25EJ; Лое = 0,25Ео; Д(,Л = 0.
В левой части этих равенств стоят величины, вносимые в расчетную
таблицу, а в правой — величины, которые берутся из таблицы
ГОСТ 9178—59 (бйдоп — допуск на смещение исходного'контура, —
суммарное биение).
, 448
лируемой цилиндрической зубчатой передачи (к примеру 1)
4. Производят вычисление величии, входящих в графы 15—19:
коэффициентов Кп и С,, — по формулам табл. 10.10 (имея в виду, что
Де — векторная первичная ошибка, а псе остальные — скалярные)
и 10.11; среднего и практически предельного значений частичных оши-
бок Др и 6р — по формулам (10.45) и (10.46). Далее выполняют сумми-
рование но графам 17 и 19, и после извлечения корня из суммы по графе
19 получают результаты расчета (записаны в нижней части расчетной
таблицы). Среднее значение суммарного зазора равно Дс2 = 36 мкм,
а практически предельное отклонение = 29 мкм. На основании
этих данных можно заключить, что с надежностью не менее 99,8%
заклинивание передачи невозможно.
Пример 2. Для зубчатого редуктора, состоящего] из пяти одинако-
вых пар цилиндрических прямозубых колес с передаточным отношением
каждой нары 0,5, задан допуск 6nii на суммарный мертвый ход, равный
12'. Требуется определить степени точности для каждой пары колес,
если боковой зазор в зацеплении не регулируется. Диаметры делитель-
ных окружностей ведомых колес в каждой парс равны 68,8 мм, модуль
0,8 мм.
Из условия следует, что расчет является проектным; проводим его
в соответствии с приведенным выше описанием основных этапов проект-
ного расчета и результаты сводим в табл. 10.16.
I. Причинами мертвого хода зубчатых передач являются главным
образом боковые зазоры в зацеплении, возникающие от технологических
ши решностей изготовления и сборки колес (см. пример 1). Для заданных
15 В. А. Панов и др. 449
Таблица 10.16. Проектный расчет зубчатой передачи иа точность (к примеру 2)
мкм 00 1 1 1 1 оо LO
£ 1 1 1
&ЧЭ <£> 1 108 108 108 108 1
МИМ ‘MoAuotf 108 108 108 00 LO
ихэоньох чнэиэхэ И1ГИ ОЭВ1Г>1 00 00 00 г- о
ихооньох чнэаоЦА grewsAgadx со <т> <т> СП Е н
н о» 1 1 1 1 оГ .
С X 1 1 1 со 1,56
о 17,8 8,9 6‘£ 2,2 1
«о 2 а> 1920 096 480 240 1 120
Численное значение оо 1 1 1 1 1
0,0062 0,0125 0,0250 0,0500 0,1000
Общая формула Ас С0 О 7 сч *»•» 00 I м <£> 1 6,88 . ~dT '4-10 6,88 . ~dT le-10 6,88 . ~dT ‘«-10 о гЦ О sis <© |Q
О h doi>t₽d»x »Л X к
о ‘и ьвяоаь -нхвмаюиэ 1 1 1 1 1
о и ОИНЭЬВН€О00 СО «9 1 *» < се 1 Л < 6D < е 1 <
*о и аин -ваоиэкивН сч Боковой зазор в зацепле- нии
Hirvxatf 1-2 3—4 5—6 7-8 01—6
450
размеров колес суммарные боковые зазоры, рассчитанные но формулам
(10.47)—(10.49), имеют следующие величины:
Степень точности ............ 8 7 6
Суммарный боковой зазор, мкм............ 108 77 58
По указанным данным заполняют графы 1—5 и 16—18 табл. 10.16
(уровни точности для зубчатых колес принимают по табл. 10.12).
2. Зависимость углового мер того хода зубчатой пары колес (в мину-
тах) от бокового зазора в зацеплении, измеренного по делительной
окружности ведомого колеси пиры, выражается формулой
* 6,88 .
(Ю.50)
**к
где dK — делительный диаметр ведомого колеса пары; — суммар-
ный зазор в зацеплении пары; 6,88 — размерный коэффициент.
Частичный мертвый ход передачи от мертвого хода каждой отдель-
ной пары равен
Л • Л 6,88 . А
Ди. =1. Ди =—з—I. Дс^,. (10.51)
a k-n ' к л k-n T,k< ' '
где ik-n — передаточное отношение от данной пары до выходного звена
редуктора.
Таким образом, передаточные функции Ас для всех пар выразятся
формулой
4 = (10.52)
“к
Конкретные выражении которой для соответственных нар редуктора
вносят в графу 6.
3. Систематические ошибки здесь отсутствуют, поэтому расчеты
проводят сразу для А,., предельных допусков и коэффициентов влияния.
Заметим, что все первичные ошибки (суммарные боковые зазоры)
относятся к группе п, (Ср •/= 0, см. с. 443). Вычисляют прежде всего
передаточные функции Лс и записывают результаты в графу 7; по фор-
муле (10.38) определяют значения предельных допусков, которые вносят
в графу 9; по формуле (10.41) находят значения Хэ и записывают их
в графу 10. Производят предварительный анализ степени влияния
ошибок, имея в виду формулы Хэ и Хн ;=« 10. Из полученных зна-
чений Хн видно, что для первой пары Хэ= 17,8 '^> 10, следовательно,
влиянием первой пары можно пренебречь; это означает, что без расчета
допусков для этой пары можно назначить экономический уровень
точности (8-ю степень точности по ГОСТ 9178— 591).
По оставшимся четырем первичным ошибкам (п1 = 4, п2 = 0)
определяют с помощью формулы (10.12) наименьшее допустимое значе-
ние Хо = 3 и производят полный анализ степени влияния всех ошибок
и технологичности конструкции редуктора. Находим, что вторую и
третью пары колес можно выполнять па экономическом уровне точности
(8-я степень), так как для пих 7Э = 3; четвертая пара колес не
* Ввиду того что расчеты носят иллюстрационный характер, исходные
данные величин (допусков) взяты из ГОСТ. 9178—59,
Гб* 451
Таблица 10.17. Проектный расчет зубчатой передачи на точность (к примеру 3)
№ детали Наименование п. о. Обозначение п. о. I Систематическая 1 п. о. Характер ч. о. Общая формула А* Численное значение Л(//, мкм j: н Уровень точно- сти Класс или сте- пень точности Допуск, мкм иии ‘6z>v Д?П, мкм АП, мкм
Ас
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 2 1—2 3 4 3—4 Кинематическая погрешность перво- го ведущего колеса То же второго ко- леса Боковой зазор в зацеплении первой пары колес Кинематическая погрешность третье- го колеса То же четвертого колеса Боковой зазор в зацеплении второй пары колес А <1-2 AcS-4 — К. О. К. О. М. X. К. О. к. О. м. х. 6,88 . р г1-ю 6,88 . “оГ '2-i° 6,88 . “Л ‘2-10 6,88 . D3 's-10 6,88 . “of '4~10 6.88 . — Ч-ю 0,00625 0,00625 0,00625 0,0125 0,0125 0,0125 — 2400 240С 2400 1200 1200 1200 32 26,7 22.2 16 13,5 Н,1 — — Э Э Э Э э э 8 8 8 8 8 8 75 90 108 75 90 108 75 90 108 75 90 108 — —
Продолжение табл. 16.17
№ детали Наименование п. о. । : Обозначение п. о. 1 Систематическая | п, о. Характер ч. о. Общая Формула Ас Численное значение &oq, МКМ С ! I Уропень точно- | стн I Класс или сте- 1 пень точности | Допуск, мкм -7 S д <3 | Д^у-р МКМ
Ас Дрс
1 2 3 4 -5 6 7 8 9 10 11 -- :4 15 16 17
5 Кинематическая погрешность пятого колеса До — К. О. 6.88 . ©5 ‘5-10 0,025 — 600 8 — — X 75 — —
6 То же шестого колеса Ди — К. о. 6.88 . ~DT *6-10 0,025 — 600 6,7 — — S 90 90 — -
5—6 Боковой зазор в зацеплении третьей пары колес Лсз-б М. X. 6.88 . £>в '“10 0,025 — 600 5,6 — — 8 108 108 — —
7 Кинематическая погрешность седь- мого колеса ^27 — к. о. 6.88 . ~D~ ‘7-10 0,050 300 4 6,3 — п 7 48 — 48 —
8 То же восьмого колеса — К. О. 6,88 . ~оГ *8-10 0,050 — 300 3,3 5,5 — п 7 55 — 55 -
Продолжение табл.
ими 00 30 24 58 Примечание. Буквами к. о. обозначены кинематические ошибки. Остальные обозначения см. выше.
ИМИ ‘Щу kill
ими £ 1111
ИМИ ‘MaXuotf UO t> О 00 t"- CO CO LQ
ИХЭОНЬОХ ЧНЭЦ -ЭХО И1ГИ ЭЭВ1ГМ X Г"- <£> <© <X>
И1Э -оньох янэяоёх 2 C H H F—
Ц c> I ' Ю ’Ф CM
Ну z О -м г* О CO CO CM —a"
бу 2 2.8 1 —
ими 'А"у о 300 150 150 150
Численное значение о ft. < 00 Illi
*4? S 8 8 8 о _ o' o' o' o‘
Общая формула Ас 1 QO О 9 ос ® O0 | 9 GO I о •- 0C 1 00 l_j-« ос I oo I о M о M ® n °0-К 1 ’ cop юр
о ’h <1эхяв<1вх to x 6 © и s « w s
•О ’U кнмоакихвиохэиэ Illi
•о *н аинэьпнсоро co « =-- о S .1 1,1 П 1 u. c* <1 vO <
Наименование п. о. CM Боковой зазор в зацеплении четвер- той пары колес Кинематическая погрешность девято- го колеса То же десятого колеса Боковой зазор в зацеплении пятой пары колес
Hifeidtf sjf - оо 2 1 05 2 1 Г- о
454
укладывается в экономический уровень (Zg = 2,2 < Ло), но может быть
выполнена на производственном уровне (Хп = 3,1 > Хо), а пятая — вы-
ходная пара редуктора — не укладывается даже в технический уро-
вень точности (Хт = 2,1 < Хо).
Проверка возможности применения t/словия компенсированного
влияния (см. с. 445—446) показывает, что если первые две пары выпол-
нить на пределе экономическою уровня точности (по 8-й степени),
;а третью и четвертую — но производственному уровню (по 7-й степени),
то получится «запас ючпостн», дост.'почиый для того, чтобы и пятую
пару выполнить на нроизнодс! вен пом уровне; суммарный мертвый ход,
хотя и не уложится и номинал заданною допуска, по будет отличаться
от него всего на Г>% , чю дли вракiпки обычно счиiaciся приемлемым.
Таким образом, выполнение данного редуктора но заданному
допуску возможно, но при условии изготовления и сборки трех пар
колес из пяти по производственному уровню точности.
Пример 3. Для зубчатого редуктора, рассмотренного в примере 2,
задан допуск на полную суммарную ошибку (т. е. на ошибку перемеще-
ния и мертвый ход вместе), равный 15'. Требуется определить степени
точности для всех пар колес, если боковой зазор в зацеплении не регу-
лируется и все колеса изготовляются по допускам ГОСТ 9178-—59.
Принимаем, что влияние погрешностей сборки и подшипников на ошибку
перемещения учитывается допусками указанного ГОСТа.
Полная кинематическая ошибка передачи определяется кинемати-
ческими погрешностями колес (6Т2) и суммарными боковыми зазорами
в зацеплении; те и другие являются комплексными первичными ошиб-
ками. Формулы частичных ошибок и численные значения величин,
относящиеся к зазорам, используем из примера 2. Для кинематических
погрешностей колес можно написать только приближенные формулы
частичных ошибок перемещения, подобные формулам ошибок от эксцен-
триситетов колес (см. табл. 10.10), приняв эти погрешности в качестве
векторных первичных ошибок (преобладающую роль в них играют
эксцентриситеты — до 80% величины Общий вид этих формул,
приведенных к выходу редуктора:
лр - ал (4- • <1о-5з>
Здесь Ас — неслучайная часть передаточной функции ошибок [опре-
деляется по формуле (10.52)]; Ао—случайная часть передаточной
функции (см. табл. 10.10).
’ Из этого условия определяют и численные значения коэффициентов
Ср н Кр (см. табл. 10.10 и 10.11), приняв, что углы поворота для всех
колес больше 180°. Описание расчета здесь не приводится, так как оно
аналогично изложенному в предыдущих примерах; результаты расчета
сведены в табл. 10.17. Как и в примере 2, здесь использовано условие
компенсированного влияния ошибок.
Литература: 14 —10, 28, 39, 43, 48 — 51, 62, 68, 89, 109].
ГЛАВА 11
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО
И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
/1<И11)11вллющим11 называют сборочные единицы, детали или отдель-
ные их поверхности, которые обеспечивают перемещение других деталей
пли сборочных единиц в требуемом направлении. Различают направляю-
щие для поступательного движения в плоскости и направляющие для
вращательного движения вокруг некоторой оси или точки. В зависи-
мости от вида трения, возникающего при взаимном перемещении деталей
Рис. 11.1. Типы направляющих для прямолинейного
движения
направляющих, различают направляющие: с трением скольжения;
с трением качения; с трением упругости (внутренним или молекуляр-
ным).
Взаимная ориентация деталей направляющих при функционирова-
нии может осуществляться за счет внешней силы (собственного веса
каретки; усилия замыкающей пружины и т. п.) или за счет замыкания
формой деталей направляющей. В первом случае направляющие назы-
вают открытыми с силовым замыканием; во втором случае — замкну-
тыми с замыканием формой. Открытые направляющие (рис. 11,1, а)
456
применяют в основном в стационарных приборах, замкнутые направляю-
щие (рис. 11.1,6, в) функционируют независимо от направления дей-
ствующих сил.
ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ
При конструировании направляющих для прямолинейного или
вращательного движения следует учитывать принципы статической
определенности конструкции, ограничения смещений и принцип баз.
В соответствии с укпапннымп принципами при конструировании необ-
ходимо обеспечить для подвижной де1алп иннравляющей одну степень
свободы (поступательною или врящ.чie.ni.noiо движения). Остальные
пять степеней свободы для подвижной детали нужно ограничить нало-
жением необходимого числа точечных связей. При этом следует распо-
лагать ограничивающие плоскости (поверхности) по возможности нор-
мально к направлению ограничиваемого перемещения н на максимально
возможной базе.
Соблюдение указанных принципов позволит обеспечить требуемую
точность функционирования направляющих, а именно:
1) сохранение параллельности движущейся детали заданной базе;
2) наличие минимальных смещений по нефункциональным направ-
лениям.
В противоречие указанным выше принципам конструирования
требования к плавности движения, стойкости против износа и возмож-
ности компенсации износа приводят к появлению большого числа
конструкций направляющих.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО
ДВИЖЕНИЯ
Точность поступательного перемещения подвижной детали —
ползуна, легкость и плавность движения, малый износ при требуемой
грузоподъемности —- важнейшие требования, которые необходимо обес-
печить при конструировании, изготовлении деталей и сборке направляю-
щих. Для приборов, работающих в условиях больших перепадов темпе-
ратур, эти требования должны соблюдаться во всем диапазоне колебания
температуры.
В табл. 11.1 приведены конструктивные схемы различных типов
направляющих и дана их сравнительная оценка по соответствующим
классам. Высшим является нулевой или первый класс.
Типы направляющих классифицированы по виду трения:
1) направляющие с трением скольжения: по цилиндрическим, по
плоским или комбинированным поверхностям;
2) направляющие с трением качения: на шариках, на роликах или
иголках;
3) направляющие с внутренним трением (упругие).
Направляющие с трением скольжения
Идеальной с точки зрения теории точности является конструкция
направляющей, представляющая ползун формы параллелепипеда,
опирающийся на три точечных контакта в горизонтальной плоскости
(контакты образуют равносторонний треугольник) и на два контакта
по боковой поверхности, к которой ползун прижимается упругим
элементом (пружиной). Однако на практике для повышения нагрузоч-
457
С трением скольжения Тип направляющих
О СП А- СО ГО — № схемы
/ L Пружина жЬ i I ’ <5> \/5> х *< /' Фторопласт-‘г j§ 1 1 1 i ^Й- Схема
to — о — to *- Точность
A- А- — 3—4 to co Сила трения
— 3—4 ГО — to — Нечувствительность к перепаду температур
A- to •*• — co -U Нагрузочнаи способ- ность
to — — A- co Стойкость к износу
— >- to — A- — Ремонтопригодность.
— — to to — — Стоимость
s
Sa
£
w
-o
.p
ж
Sa
Я
3
£
5
fin
О
С трением качения С трением скольжения Тип направляющих
СО to О co oo -4 Vs схемы
1 1— 1 \VK *. й7/ Es / | a i Jy 1 1 1 I ЛГ Схема
СО to to to >a- A- Точность
to •— to to •— to to Сила трении
— •— to — co CO Нечувствительность к перепаду температур
со to co co to Нагрузочнаи способ- ность
со to to to to to to Стойкость к износу
— -U A- to to A- A- Ремонтопригодность
А- to CO A- co to CO Стоимость
5
bl
Продолжение табл. 11.1
4G0
Продолжение табл. 11.1
Рис. 11.2. Неправильная конст-
рукция призматических направ-
ляющих
ной способности и уменьшения износа направляющей точечные кон-
такты часто заменяют плоскостями или поверхностями. Для направляю-
щих открытого типа достаточно иметь две направляющие плоскости или
одну плоскость и одну поверхность. Остальные плоскости (поверхности)
являются вспомогательными. Пра-
вильные конструкции приведены
на рис. 11.1 и в табл. 11.1; не-
правильная конструкция показана
на рис. 11.2.
Точность изготовления направ-
ляющих. Точность функционирова-
ния направляющих зависит от
погрешности изготовления деталей
направляющих и от погрешности
сборки. Влияние погрешностей фор-
мы деталей, прогибов и зазоров
можно рассмотреть, представив, что
на <
неровности Д/гг и ДЛ2 находятся
основной направляющей детали (рис. 11.3). Действие этих не-
ровностей вызывает поворот ползуна на углы бу!, бу2 и бу3. Значения
этих углов зависят от продольной базы b или от поперечной базы а
между направляющими 1 и 2, т. е.
6?! = klt-db-, бу2 = bhdb-, бу3 = Mt-Ja.
461
Наклоны ползуна на углы и 6у3 вызывают продольное 4Z и
поперечное Д/г смещения точки О, ползуна, зависящие от высоты Н
расположения этой точки над уровнем направляющих:
Д/ = (HIL) ДА,; Д/г = (W/а) ДА,; Ьа = (Ь1Ь)Ы1г.
Суммарное смещение точки Ог от действия поперечного наклона ползуна
и его поворота в горизонтальной плоскости
Из приведенных формул н рнс. 11.3 видно, что для большей точности
перемещения таких точек ползуна (Ор О2) следует помещать эти точки
по возможности ближе к линии, проходящей через точку опоры толка-
теля (О3) и параллельной направляющим, н как можно ближе (по высоте)
к плоскости направляющих. Для уменьшения смещения этих точек по
высоте наиболее выгодно располагать их вблизи середины ползуна.
Достижимая точность изготовления (в мм) деталей направляющих
на'стандартном оборудовании приведена ниже.
Цилиндрические направляющие (валики)
На токарном станке:
диаметр (до 50 мм) . . .
цилиндрнчность ....
конусность . ..........
На круглошлифовальном станке:
диаметр (до 100 мм) . .
цилиндрнчность . . . .
конусность ...........
прямолинейность . . .
Плоек
На плоскошлифовальпом станке:
при грубом шлифовании
« точном шлифовании
Шабрение ...................
Притирка под пробное стекло
0,01 — 0,02
0,01 на длине 300 мм
0,02 « « 300 мм
0,005
0,003—0,01 на длине 500 мм
0,005—0,01 « « 500 мм
0,005—0,01 « « 500 мм
ости
0,03 иа длине 1000 мм
0,01 « « 1000 мм
0.01—0.02 на длине 1000 мм
0,05 мкм на длине 100 мм
462
Для обеспечения высокой точности и плавности работы направляю-
щих, особенно с трением скольжения, требуется высокое качество
обработки сопрягаемых поверхностей. Параметр шероховатости Ra
обычно следует назначать в пределах от 1,0 до 0,1 мкм. Увеличение
точности, плавности, износостойкости достигается применением поверх-
ностей с регулярным рельефом, нанесенным, например, с помощью
виброобкатывання по методу профессора Ю. Г. Шнейдера. Такие
поверхности позволяют улучшить эксплуатационные характеристики
направляющих за счет наиболее оптимальных условий работы смазки
в зазоре сопрягаемых поверхностей и за счет упрочнения поверхност-
ного слоя материала сопрягаемых поверхностей ||11|.
Высокую точность н плавность движения дают направляющие со
стержнями из фторопласта 4 (табл. 11.1, схема 4). Такие направляющие
обеспечивают точность перемещения ползуна 0,03—0,05 мкм, характе-
ризуемую средним значением вторых разностей ординат нерегулярных
отклонений на длинах 60—200 мм при интервале измерительных пере-
мещений от 0 до 0,5 мм. Характерно, что эти направляющие обеспечи-
вают плавность работы и без наличия смазки.
В табл. 11.2 приведены данные по точности движения в направляю-
щих различного типа.
Таблица 11.2. Точность прямолинейного движения
в направляющих
Тип направляющих № схемы (см. табл. 11.1) Шерохова- тость рабо- чих поверх- ностей Ra, мкм Длина хо- да, мм Точ- ность, мкм
Цилиндрические с тре- 1 До 100 5
нием скольжения 1; 2 0,2-0.5 » 300 10
Призматические с 3; 5 0,1—0,2 » 10 0,5—1
трением скольжения 0,1—0,2 » 50 1—2
0,2—0,5 » 50 2—5
0,2—0,5 » 300 10
Призматические с 10 0,1 » 1 1—2
трением качения (на ша- 10 0,1 » 100 2—5
риках или иголках) 9; 10; И 0,5 » 100 3—5
Призматические и ци- 14—17 0,1—0,2 » 300 10—20
линдрические на шари- 14—17 0,2—0,5 » 1000 16—26 •
коподшнпниках * 13—17 0,5—1 » 1000 18—30
С направляющим сте- 18 Rz 0,05 » 60 0,5
клянным брусом 18 Rz 0,05 » 0,5 0,03 **
Призматические со 4 0,05—0,15 » 60 0,5
стержнями из фторо- 4 0,05—0,15 » 0,5 0,03 **
пласта
На Ш-образпых пло- 19 — » 50 0,5
ских пружинах
* Точность указана в зависимости от класса шарикоподшнп-»
ников. *• Величина вторых разностей ординат нерегулярных откло-
нений.
•Ы
Трение в направляющих. При конструировании направляющих
производят расчет сил сопротивления движению ползуна с целью:
а) расчета требуемого усилия пружины, осуществляющей силовое замы-
кание с приводом направляющей; б) расчета приведенного момента на
валу ручного или электромеханического привода; в) обеспечения плав-
ности движения и отсутствия силового заклинивания.
При отсутствии действия внешних сил на ползун сопротивление
движению ползуна в направляющей характеризуется силой трения Q,
возникающей под действием массы ползуна Sj и располагаемого на нем
объекта S2, т. е. Q = (Sf + S2) где р- — коэффициент трения сколь-
жения (качения). Для приведения в движение ползуна необходимо
приложить внешнюю силу R, которая должна быть больше силы тре-
ния Q, так как помимо трения скольжения (качения) сила 7? должна
Рис. 11.4. Схема воздействия сил на направляющую
преодолевать момент инерции неподвижного тела и силу молекулярного
сцепления (трение покоя). Сила 7? может быть приложена различным
образом: точка приложения силы расположена в средней плоскости
направляющей под некоторым углом а к этой плоскости (рис. 11.4, а);
точка приложения и сама сила находятся в параллельной плоскости,
отстоящей от средней на длину / (рис. 11.4, б).
При конструировании направляющих, в случае несоответствия
размеров конструкции системе действующих иа ползун сил, возможна
ситуация, когда внешняя сила R не в состоянии привести ползун в дви-
жение, т. е. возникает силовое заклинивание. Следует различать также
температурное заклинивание,которое получается при больших перепадах
температур, при неправильно выбранных материалах деталей и
вида посадки сопрягаемых поверхностей.
Силовое заклинивание. Внешнюю силу R, действующую под уг-
лом а (рис. 11.4, а), можно разложить па составляющие Р и Т. Сила Р
осуществляет смещение ползуна, а сила Т прижимает ползун к направ-
ляющим, создавая препятствие движению за счет возникающих сил
трения.
Из уравнений равновесия ползуна:
Ft = F2 4- Т = F2 4- R sin а;
F2b = Th = Rh sin а
получим силы реакции Ft = 7? sin а и f2 R s*n а' которые
вызывают силу трения.
Условие отсутствия заклинивания можно записать так:
Р = R cos а > Q - 4- Г2) ц.
464
Используя выражения для сил /?1 и 7'2, можно записать
n n "I ь < ь
/?cosa>/?__^|l s,na,WHtga<(2/tTW.
Отсюда следует условие отсутствия заклинивания
b 2ptga
/1 1 — р tg a
Характерно, что наличие или отсутствие .чаклиннвапия не зависит от
значения силы R, а определяется только конструктивными парамет-
рами — базой 1>, плечом h и углом действия силы а.
11 ±0,08
27h9
Рис. 11.5. Направляющая типа ласточкина хвоста
Часто сила R действует параллельно направляющей, но приложена
на некотором расстоянии / от оси направляющей (рис. 11.4, б). В этом
случае она создает момент М = RI, уравновешивающийся моментом
пары сил реакции в опорах, т. с. RI — Fb. Реакция опор создает силу
трения в направляющих
Q = 2Fр = р.
Условие отсутствия заклинивания R > Q можно выразить через
конструктивные параметры R > —j—р или окончательно —у— р < 1.
Опыт эксплуатации направляющих показывает, что для обеспече-
ния отсутствия заклинивания, хорошей плавности хода и небольшого
износа рекомендуются следующие соотношения:
для плоских направляющих прямоугольного типа (см. табл. 11.1,
схемы 7 и 8) р < 0,25;
для призматических направляющих типа ласточкина хвоста (см.
табл. 11.1, схемы 5, 6) Н < 0,25, где а — угол профиля ласточ-
кина хвоста (рис. 11.5);
для цилиндрических направляющих (табл. 11.1, схемы 1, 2) у рг<
< 0,25, где г = 1,27 — радиус трения.
465
Таблица 11.3. Коэффициенты трения скольжения материалов сопрягаемых деталей
По- ли- эти- лен О 0,08 0,04 1 1 1 1 1 1 1
S, э g 3 ч О и 0.22 0,23 1 1 1 0,29 i 0,34 1
0 =t о •л 0,15 0,03 0,16 1 1 1 <© см о 1
g 8 1 1 0,20 1 1 1 1 1
Дюра- люми- ний О tQ 0,19 ' 0.26 0,22 0,22 - 1 1 1
"С" О 1 1 1 1 1 1 1 1 1
-° 7 о 6Г0 0,17 j 0,16 1 1 1 0.26 1
е- к >О и сс | 0.13 0.15 б0‘0 1 1 1 1 1
! дета <4 rt Я о й 0,10 0,15 0,15 °. 1 О 1 0,22 1
с ж * ж Бро сс j 0,09 0,13 °-1 о 0.07 0,10 1 1 1
ft с к sn о й 0,15 о-1 0,21 1 0,18 1
с; <4 Ж О. У сс | 0,05 0,15 1 1 1 1 1 1 1 я ж m
а? <я g зака- ленная о и 0,15 0,14 0,15 ; — СО о" 0,19 1 S 03 о
. У8А О и 0,05 0,10 ОГО 1 1 1 1 1 ю 1 о
Стал! <я В; * 5 о й sro 0,19 . 91*0 1 0,19 1 щ о
rt я о и я ч 8 0.08 0.10 0.10 0.09 0,13 1 1 1 и <я 5
нструкцнониая /таль 30—50 Ж 4> № ч 5 и «з 1 1 о 0,16 i ” 0.18 0,19 1 о 1
я S Ж Я <я л сс | 0,05 0,10 0,10 0,09 0,13 1 1 1 I е. СС
<Я Я я я о со 1 о 0,19 9Г0 1 о 1 Я «0
о * иеза, ленн сс | 0,18 0,12 О 1 о 0,09 0,13 1 1 1 .эки
Материал подвиж- ной детали Конструк- i циониая сталь. 30-50 Латунь ЛС59-1 co S £ я к я к <я J Й Ь Р С Q я ч с Бронзы, не содер- жащие олово Дюралю- миний Силумин Е
466
Из приведенных соотношений видно, что эксплуатационные харак-
теристики направляющих зависят от коэффициента трения скольжения
р, который в значительной степени определяется выбором материала
сопрягаемых деталей, качеством их обработки и наличием или отсут-
ствием смазки в зазоре. Средние данные коэффициентов трения сколь-
жения для различных сочетаний материалов приведены в табл. 11.3.
। Температурное заклинивание. Для приборов, работающих прн зна-
чительных колебаниях температуры окружающей среды, следует про-
изводить расчеты па возможность температурного заклинивания при
неправильном выборе носидкн сопршнемых поверхностей и их мате-
риала. При этом следует стремиться для достижения большей точности
сопряжения, с одной стороны, к минимально нозможпому зазору,
а с другой — к незначительному изменению этого зазора при значи-
тельных колебаниях температур. Реализовать эти условия можно, если
конструировать направляющие из материалов, имеющих одинаковые
или мало отличающиеся друг от друга температурные коэффициенты
линейного расширения а (ТКЛР). Проверка зазора при назначенной
посадке сопрягаемых деталей производится по формуле А Со = — Ог,
где D, — наименьший диаметр или линейный размер охватывающей
детали; £>2 — наибольший диаметр или линейный размер охватываемой
д-тали.
При значениях температуры в реальных условиях эксплуатации,
отличных от нормальных (/в = 4-20° С) величина зазора будет зависеть
от ТКЛР и а2 соответствующих материалов сопрягаемых деталей:
ДС = — Т)2 4* — а2О2) (/ — Zq) “ ДС© 4- (ot^Z)2 ot202) ДС
Приближенно можно записать, считая = D2 = D:
ДС = ДС„ 4“ («1 — a2) D Hit.
При симметричном диапазоне перепада температур (например ±50° С)
целесообразно выбирать для охватывающей детали материал с ах
меньшим, чем у охватываемой а2, так как опасность защемления при
охлаждении больше ввиду большего перепада температуры (Д/ = —70° С
при охлаждении, тогда как St — 4*30° С при нагреве).
Мало чувствительны к изменениям температуры направляющие
с трением скольжения открытого типа, с трением упругости, с трением
качения, и особенно иа шарико- и роликоподшипниках. В табл. 11.4
приведены температурные коэффициенты линейного расширения раз-
личных конструкционных материалов.
Износ направляющих. Износ направляющих зависит от удельного
давления контактирующих пар деталей, коэффициента треиия мате-
риалов, их твердости и качества обработки, а также от свойств смазоч-
ных материалов, заполняющих зазор в направляющих.
Проверка удельного давления производится по формуле q =
= N/S < [<у], где N — нормальное давление; S — площадь контакта
сопрягаемых пар деталей; |^| — допускаемое удельное давление. При
малых скоростях перемещения (до 200 мм/мин) каретки, допускаемые
удельные давления выбирают в пределах {<7] ~ 15-106 Н/м2; при
больших скоростях [</] « 4-105 Н/м2. Следует иметь в виду, что площадь
контакта S обычно меньше геометрической площади наименьшей из
сопрягаемых поверхностей. Контакт, как правило, осуществляется по
некоторым малым площадкам (пятнам), количество которых в сопря-
жении трудно определить до сборки направляющих. С целью увеличения
Определенности количества и расположения пятен контакта при изго-
товлении направляющих производят шабрение поверхностей, взаимную
4Q7-
Т а б л и ц а 11.4. Коэффициенты линейного расширения
(при t = ±70° С)
Материал а. 10е Материал а. 10®
Алюминий 24—27 Нейзильбер 18
Алюминиевом аг- 28,5 Никель 13
пневый сплав Платина 9—13
Бронза 18 Полиэтилен 100—800
Гипс 25 Платиноиридий 8,8
Дюралюминий 23 Серебро 19—20
Инвар 1,6 Сталь 11
Иридий 6,5 Стекло техниче- 16
ское
Кобальт 12,6 Стекло кварцевое 0,4
Константан 15 Фарфор 3
Латунь 18,5 Фторопласт 55—110
Тшан 8 Цинк 29
Медь 17 Чугун 10
притирку деталей направляющих или доводку поверхностей. Эти опера-
ции часто производят совместно с регулировкой (выборкой) зазора, для
чего в конструкциях направляющих предусматривают возможность
поджатия одной из деталей направляющих. Такие конструкции направ-
ляющих обычно весьма ремонтоспособны. Характеристики по ремонто-
способности и стойкости против износа различных типов направляющих
приведены в табл. 11.1.
Направляющие с трением качения
Направляющие с трением качения обладают значительно меньшим
трением, чем направляющие с трением скольжения; это обеспечивает
возможность перемещения каретки при небольших величинах прилагае-
мых внешних сил. Кроме того, они практически нечувствительны
к колебаниям температуры, и поэтому их можно собирать без зазора и
даже с небольшим натягом. К недостаткам направляющих с трением
качения следует отнести: более низкую точность, обусловленную
погрешностями поверхностей и шариков (роликов); меньшую грузо-
подъемность вследствие наличия контакта по точке или по линии, что
также ухудшает и плавность хода; несколько больший габарит и боль-
шая стоимость изготовления.
Однако отмеченные выше достоинства способствуют широкому
использованию этих направляющих в точных приборах. Применение
трения качения необходимо при изготовлении направляющих из нержа-
веющей стали, так как при трении скольжения они склонны к задиранию
(заеданию). Направляющие с трением качения выполняются на роликах
или иголках и на шариках.
Направляющие на роликах (рис. 11.6 и 11.7). При жесткой кон-
струкции требуется оставлять зазор между роликами и направляющими
для компенсации биения ролика, неточности формы направляющих и
микроиеровностей. Зазор должен быть не менее 0,04—0,08 мм. ЖеСткай
468
конструкция не обеспечивает хорошей точности перемещения каретки.
Целесообразно конструировать направляющие на роликах с силовым
замыканием с помощью пружины. В качестве роликов для получения
легкого хода обычно используют шарикоподшипники. При замыкании
Рис. 11.6. Направляющие па роликах
пружиной перемещающаяся каретка испытывает линейные и угловые
колебания, зависящие от величины биения роликов, точности (прямо-
линейности) и шероховатости поверхности направляющих, расстояния
между роликами.
Направляющие на шариках. Наибольшее распространение полу-
чили призматические направляющие на шариках (рис. 11.8), отличаю-
щиеся компактностью, технологично-
стью и достаточно легким ходом.
Недостатком их является износ, вслед-
ствие наличия, кроме трения качения,
трения верчения. Обычно эти направ-
ляющие работают мало и на неболь-
ших скоростях,поэтому износ практи-
чески невелик.
Рис. 11.7. Каретка на ша-
рикоподшипниках
Расстояние между крайними ша-
риками L (рнс. 11.9) выбирается
меньше рабочей длины иаправля-
ющих на половину максимального
перемещения s с некоторым запасом а. Для работы направляющей
вполне достаточно иметь три шарика — два с одной стороны и один
с противоположной. Обычно используют по два шарика с каждой сто-
роны, а при значительной нагрузке и большой базе между шариками
469
может быть установлено и по три шарика с каждой стороны каретки.
Большее число шариков нежелательно, так как возможно базирование
каретки не на крайние, а на средние шарики. В этом случае точность
направления и условия работы ухудшаются.
Требуемое расстояние между шариками выдерживается за счет
сепараторов.. Сепараторы бывают свободные и с принудительным
движением. Свободные сепараторы применяются двух типов: у сепара-
торов первого типа имеется только ограничение движения (рис. 11.10);
второго типа — кроме ограничения движения и фиксация при крайних
положениях движущейся детали.
Сепараторы первого типа следует применять тальков горизонтально
работающих направляющих. При использовании таких сепараторов
в направляющих, работающих наклонно, в результате действия массы
шариков и сепаратора может происходить постепенное проскальзывание
Рис. 11.9. Схема
движения каретки
иа шариках
шариков вниз и в конечном счете заклиниваине направляющих. Сепа-
ратор второго типа несколько надежнее, так как оба его крайних
положения контролируются штифтами (рис. 11.11).
Если направляющая работает в условиях значительной тряски,
вибраций или ударов, необходимо применить сепаратор с принудитель-
ным движением (рис. 11.12). При движении каретки относительно
детали 5 ось шестерни 2, закрепленной на сепараторе 1, движется со
скоростью в два раза меньшей, чем каретка. Шестерня 3 находится
в зацеплении с рейками 4, закрепленными на каретке и направляющей.
Сепараторы изготавливают из листовой стали, латуни, дюралюми-
ния или пластмасс.
470
Расчет силы трения в призматических направляющих. Касание
шарика и поверхности направляющей вследствие их упругости про-
исходит не в точке, а на некоторой площадке, называемой площадкой
соприкасания. Поэтому при качении шарика возникает ие только
трение качения, ио н трение скольжения (верчения), которое весьма
существенно. Задача нахождения закона распределения, давления по
Рис. 11.10. Сепаратор с одним ограничительным
ШТИфТОМ
Рис. 11.11. Сепаратор с двумя ограничительными
штифтами
Рис. 11.12. Сепаратор с принудительным движением
общей поверхности касания двух упругих тел решена Г. Герцем. При
сжатии шарика диаметром d н плоскости при одинаковых материалах
давление распределится в круге, ограниченном радиусом г, который
зависит от сжимающей силы Р и модуля упругости Е материала:
г = 0,88 y/pdiE.
При качении шара по призматической направляющей происходит
его относительное вращение вокруг перемещающегося центра площадки
соприкасания, являющегося мгновенным центром вращения шарика.
Момент трения верчения шарика равен
r cos 45
471
Здесь Р = 2 сот 45°’ ® — нагрузка на направляющие, в которую
должна войти и сила натяга (если направляющие собраны с натягом);
(1 — коэффициент трения скольжения. Тогда
O,5pQ У Qd
в ~ cos2 45° Г 4Ecos45°* ;!
Сопротивление движению каретки R равно:
R = d cos 45° + d cos 45° (2fz + Q)’
где k — коэффициент трения качения. Второе слагаемое представляет
собой сопротивление движению, создаваемое трением качения.
Рис. 11.13. Столик микроскопа на призматических шариковых
направляющих
На рис. 11.13 показан столик микроскопа, который можно передви-
гать по двум направлениям на призматических шариковых направляю-
щих. На рис. 11.14 приведена конструкция цилиндрической направляю-
щей на шариках с принудительным движением сепаратора при помощи
шестерни, закрепленной на сепараторе, и двух реек: одна рейка нарезана
на валу, другая закреплена на трубе винтами.
На рис. 11.15 изображены игольчатые направляющие для переме-
щения по вертикали массивного столика микроскопа (тонкая наводка
на резкость).
Усилие R для перемещения каретки, нагруженной силой Р [56],
рассчитывают по формулам:
а) на восьми шарикоподшипниках (рис. 11.7)
R = -^-[ik (2F
4 sin Р ^4 cos Р /
+ Л4трх + *44тр2 + Л4тр3 + Л4тр4
б) иа шариках (рис. 11.8), причем влияние трения верчения не
учитывается ввиду сложности расчета
„ 2^
аш sin р
Г 2/Лг +
L \ sin р 1
sin а \ 1
cos р /J
472.
Рис. 11.14. Цилиндрические шариковые на-
правляющие с принудительным движением
сепаратора
Рис. 11.15. Игольчатые направляющие микрометри-
ческого движения столика микроскопа:
1 =- сферическая пята; 2 — игла
473
, ,В этих формулах dm — диаметр шарика, м; D — наружный диаметр
шарикоподшипника, м; k — коэффициент трения качения; F — сила
натяга пря сборке (10—30 Н); Р— половина угла профиля (45°);
Рис. 11.16. Направляющая сдви-
жением вдоль точного стеклян-
ного бруса
а — угол, под которым направлена
сила /?; z — число шариков; Л4ТР1 —
момент трения в шарикоподшипни-
ках, Н-см при нагрузке F-, Мтр2—
то же при нагрузке F +
Л4трз — то же при нагрузке F +
, Psina
-4- ---г; Л!™. — то же при иа-
1 4 cos р Р4
_ . Р cos а , Р sin а
грузке -—:—„ -4- —:---я- .
4 sin р 1 4cosP
Ha рис. 11.16 приведена схема
столика микроскопа с особо высокой
точностью движения. Верхняя пла-
вающая часть столика установлена
па трех шариках па нижней несу-
щей каретке и имеет два упора из
бакаута, которые упираются в стек-
лянный брус с точно изготовленной
под пробное стекло поверхностью.
Плавающий столик прижимается
к стеклянному брусу пружиной.
Точность прямолинейного пере-
мещения столика в горизонтальной
плоскости может быть оценена
средним значением вторых разностей ординат нерегулярных откло-
нений 'от прямолинейности на длине 60 мм при интервале измерений
.0,5, мм и равна 0,03 мкм.
Рис. 11.17. Упругие направляющие Ш-образного типа
Направляющие с внутренним
(молекулярным) трением
Направляющие па Ш-образных плоских пружинах (рис. 11.17)
обеспечивают достаточно точную прямолинейность направления в гори-
зонтальной- плоскости, перпендикулярной плоскости пружин. В дрртц-
, 474
кальной плоскости направление сохраняется менее точно. Такого рода
направляющие применяют в измерительных микроскопах для переме-
щения измерительного столика. При перемещении, равном 25—50 мм,
непрямолинейиость в горизонтальной плоскости составляет 0,2—0,5 мкм.
На рис. 11.18. показана конструкция направляющих алмазной
пирамиды (индеитера) в приборе для испытания на микротвердость.
Рис. 11.18. Упругие
направляющие инден-
тера микротвердомера
Пружинный параллелограмм направляет движение острия пирамиды
по дуге радиуса, приблизительно равного 2/3 длины свободной части
пружины, поэтому перемещение пирамиды обычно не более 0,5 мм.
Упругие направляющие малочувствительны к температурным
колебаниям, отличаются небольшой величиной сопротивления движе-
нию и стойкости против износа.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО
ДВИЖЕНИЯ
В зависимости от вида трения различают направляющие с трением
скольжения, с трением качения и с трением упругости.
Направляющие с трением скольжения
Имеются направляющие с цилиндрической, конической и. шаровой
рабочими поверхностями, а также опоры на ножах (остриях);
Рис. 11.19. Конструкция цапф
Направляющие с трением скольжения просты по конструкции,
технологичны, имеют низкую стоимость. Недостатками являются: боль-
шее, чем в подшипниках качения,трение; чувствительность к колебаниям
температуры, необходимость систематической подачи смазки (при
475
быстром и длительном вращении). Формы цапф и подшипников разно-
образны (рис. 11.19—11.25). . ' >
С целью уменьшения трения и износа материалы для трущихся
деталей следует подбирать с минимально возможным коэффициентом
трения и обеспечивать требуемую шероховатость поверхности.
Материал нала обычно выбирают тверже материала втулки. Шеро-
ховатость обработки поверхности вала (Ra 0,1-г-0,5 мкм) должна быть
на 1—2 класса выше чем у втулки. Негладкая поверхность втулки
позволяет лучше удерживать смазку. Известно, что трение двух поли-
рованных поверхностей без смазки значительно выше, чем трение
полированной поверхности о негладкую, так как в первом случае
сказываются силы молекулярного сцепления.
Рис. 11.20. Формы цапф и подшипников
Силовой расчет. Прн наличии смазки, момент трения в цилиндри-
ческих опорах (при малых скоростях) определяется по формуле [109]
AfTp = Ма -ф- Рр.г,
где г — радиус цапфы; Af0 — начальный момент при нагрузке Р = 0
р, — коэффициент трения скольжения.
Af0 зависит от вязкости смазки, зазора, площади трущейся поверх-
ности, а также от качества сборки (например, от перекоса валика во
втулке).
Приближенно можно принять Af0 — krs, где k — коэффициент,
зависящий от вязкости смазки и от зазора, Н/м2; S — площадь трущейся
поверхности, м2. Так как S = 2лг/, где Z — длина цапфы, то Ма —
— 2knrzl.
Для ориентировочных расчетов можно принять при нормальной
температуре /г--- (4--;-8) К)2 Н/м'2,
Недостатки цилиндрических опор; наличие зазора в сопряжении,
увеличение этого зазора при наносе и невозможность его устранения без
замены деталей. Поэтому вал при знакопеременной нагрузке может
занимать практически любое положение в пределах этого зазора, что
приводит к биению вала и к его перекосам.
Наиболее точное положение оси вращения вала даже после некото-
рого износа обеспечивают направляющие с конической рабочей поверх-
ностью (рис. 11.21). Трение в конических цапфах выше, чем в цилиндри-
ческих. Момент трения при осевой нагрузке Р (рис. 11.21, а) равен
Л1тр = l,27prcpP/sni а = 1,27ргСрЛ';
N г Р/ sin а; гср — (гнаиб 4_ гнаим)/2);
при радиальной нагрузке
/Игр l,27prcpP/cos а.
476
Если угол а мал, то давление N—слишком большое. Для пре-
дотвращения возможного заклинивания в этом случае конические
цапфы разгружают в осевом направлении с помощью торцовой опоры
(рис. 11.21,6) или винтового подпятника (рис. 11.21, в).
Если вал базируется иа одну коническую цапфу, как в геодезиче-
ских приборах, то цапфа должна иметь достаточную длину для обеспе-
чения требуемой точности базирования и устойчивости. При этом
конусность следует выбирать ие менее 1 : 6. Минимальный зазор обеспе-
чивается подгонкой деталей или притиркой в сборке. Прн большой
Рис. 11.21. Конические цапфы
протяженности конической поверхности сопряжение происходит на
неопределенной базе н усложняется процесс пригонки. Поэтому в сред-
ней части конуса вала (или втулки) делают выточки. Аналогично
обрабатывают и протяженные цилиндрические опоры. Ширина выточки
определяется нз условий требуемой износоустойчивости направляющей
н может быть рассчитана при заданной силовой ситуации по допусти-
мому удельному давлению для соприкасающихся поверхностей.
Конические цапфы применяются редко, преимущественно в геоде-
зических и астрономических приборах, а также в микроскопах [пред-
метный столик (рис. 11.22), угломерный окуляр (рис. 11.23)]. Приме-
няемые углы конуса и соотношения сил даны в табл. 11.5.
Опоры с двумя коническими цапфами (опоры па центрах, рис. 11.24)
применяются для легких деталей, требующих точного центрирования.
Рабочие поверхности винта следует катить до твердости HRC 50—60.
Геометрические соотношения для опоры на центрах даны в табл. 11.6.
Шаровые цапфы (рис. 11.25) применяются тогда, когда требуется кроме
вращения вала вокруг оси обеспечить возможность поворота вала вокруг
центра шаровой цапфы.
Выбор материала втулки и вала. В оптико-механических приборах
подшипники скольжения работают обычно прн малых скоростях н
477
Рис. 11.22. Вращающиеся столики микроскопов на конической
(а) и цилиндрической (б) втулках. Нестабильность оси вращения
0,03 мм
Рис. 11.23. Угломерный окуляр на конической цапфе
Рис. 11.24. Опоры на центрах
478
Т а блица 11.5. Зависимость
между Р и N при различных
углах а
ко- нус- ность а sin а Л',7'
1 : 5Ь 5° 42' 0,09961 10
1 : 6 4° 46' 0,08338 12
1 : 8 3° 34' 0,06262 16
1 : 10 2° 52' 0,05007 20
Таблица 11.6. Размеры
центровых отверстии, мм
D d . 1
До 2,5 0,5 1,2 0,8
2,5-5 0,75 2,0 1,0
5- • 10 1,0 2,5 1,2
10 — 20 1.5 4,0 1,8
нагрузках и при несовершенной системе смазки (полусухое трение).
При выборе материалов следует исходить из рекомендаций:
1) трущаяся пара (вал—втулка) должна иметь малый коэффициент
трения;
2) вал (особенно конический) и втулка должны иметь близкие по
значению температурные коэффициенты линейного расширения во
избежание заклинивания;
3) твердость втулки
должна быть ниже твер-
дости вала (цапфы), так
как замена втулки в слу-
чае износа легче, чем за-
мена вала, и стоимость
втулки обычно ниже.
В качестве материала
для трущейся пары при
медленном движении и
полусухом трепни в за-
висимости от допусти- Рис. Н.25. Шаровые опоры
мого момента трения и
условий износа могут применяться следующие сочетания материалов:
сталь незакалеиная и закаленная—бронза; сталь незакаленная »
закаленная—латунь; латунь—бронза; сталь закаленная—чугун; стал£
незакалеиная и закаленная—пластмассы (без смазки): текстолит, фторо-
пласт, полиэтилен низкого давления, капрон; сталь незакалеиная—
бакаут (при посадке с повышенным зазором).
Хорошие результаты дает применение для подшипниковых втулок
металлокерамических антифрикционных материалов. Благодаря своей
пористости они хорошо удерживают смазку (самосмазывание).
В типовых конструкциях осевых пар с трением скольжения, раз-
работанных для геодезических приборов, широко используют высоко-
прочные алюминиевые сплавы марки В95Т, В96Т в паре с бронзой,
а также спеченный алюминиевый сплав САС-1 в паре со сталью ШХ-15.
Эти пары позволяют уменьшить массу прибора, при этом сохраняется
высокая точность и надежность в подшипниках, хорошие антифрикцион-
ные свойства в условиях трення со смазкой и при сухом треиин*.
* Рабинович Л. В., Бергман Т. П. Антифрикционные свойства алюминие-
вых сплавов. ОМП, 1967, № 1, с. 49—53.
479
Нержавеющая сталь для трущихся пар может применяться только
при условии специальной обработки ее поверхности. Рекомендуются
следующие виды обработки трущихся поверхностей деталей из нержа-
веющих сталей: I) опескоструивание с последующим пассивированием
в окислительных средах (в фосфатной ванне или азотной кислоте;
2) опескоструиваине с пассивированием и покрытием лаком БФ-2.
Режим пескоструйной обработки должен обеспечить при исходной
обработке поверхности с шероховатостью не ниже 7?z = 40 мкм полное
уничтожение следов предшествующей механической обработки и
создать однородную поверхность с шероховатостью /?г = 20 мкм при
твердости не ниже HRC 30 и Rz = 10 мкм при твердости выше HRC 30.
Направляющие для вращательного движения
с трением качения
Основные преимущества шарикоподшипников по сравнению с под-
шипниками скользящего трения для оитико-мехпиических приборов:
1) значительно меньший крутящий момент при i рог,'шип с места;
2) |Ц'чуистнптсЛ1,ност|. к изменению leMiiep.-nуры;
3) возможное и, сборки осп па подпппшпкпх 6ei зазороп (и даже
с небольшим натягом), что обеецечппаег хорошую io'ihocи, ба шрования
оси;
Рис. 11.26. Виды погрешностей шарикоподшипников
4) малый расход смазки и нетребовательность к ней;
5) меньшие потери на трение при работе;
6) хорошая взаимозаменяемость и ремонтопригодность.
К недостаткам следует отнести менее плавный ход и большой шум,
больший габарит и более высокую стоимость.
Выбор полей допусков при посадке шарикоподшипников на вал или
в корпус производится в соответствии с рекомендациями ГОСТа.
По ГОСТ 520—71 определены следующие классы точности под-
шипников качения: 0, (>, 5, 4 и 2. Классы точности приведены и порядке
повышения точности. По этим классам изготавливаются следующие
основные типы шарикоподшипников: по 2-му и 4-му классам — радналь-
480
Т а б л и ц а- 11.7. 'Допуски иа-точиесть вращения
внутренних кЬлеи
Таблица 11.8. Допуски на точность вращения наружных колец
Наруж- ный диа- метр, мм Отклонение по классам точности, мкм
0 6 $ 4 2
Св. До 1 11 I п I п I II I П
18 15 40 12 32 7 20 5 13 3 8
18 30 15 40 12 32 7 20 5 13 3 8
30 50 20 40 16 32 10 20 7 13 4 8
Примечание. I — радиальное биение по дорожке каче-
ния кольца; II — боковое биение по дорожке качения кольца.
йЫе однорядные (тип 0000); радиально-упорные (тип 36 000); раднальио-
у-ТГорные сдвоенные (типы 236 000, 336 000, 436 000). По 5-му и 6-му
классам — все’ перечисленные выше типы подшипников и, кроме того,
шариковые сферические (тнп 1000), упорные (тип 8000), магнетные
(тип 6000). По 6-му и 0-му классам, кроме указанных выше, — ра-
диально-упорные двухрядные (тип 56 000).
Основными погрешностями шарикоподшипников (рис. 11.26) явля-
ются радиальное биение внутреннего и наружного колец, относитель-
ное торцовое биение колец и боковое биение по дорожке'качения
(табл .11.7-—11.10). Указанные погрешности являются следствием как
неточного изготовления колец, так и наличия зазора между шариками и
16 В. А. Панов и др. 481
Таблица 11.9. Отклонения от сферичности и
равномерность шариков н партии деталей
Степень точности Диаметр шарика, мм Допускаемые от- клонения от сфе- ричности, мкм Допускаемая равномерность, мкм
0 До 5 0,25 0,5
I Св. 5 до 30 0,5 1
II » 5 » 30 1 2
III » 5 » 30 1,5 3
IV » 5 » 30 2,5 5
Таблица 11.10. Сортамент шариков
Диаметр, мм Масса 1000 шт., кг Диаметр, мм Масса 1 000 шт., кг
и 1,000 1,588 2,0 3,0 3,175 3,969 4,763 5,0 5,556 5,953 6,350 И 2,500 3,0 ' 3,175 : 3,969 3 П О Д III и п II 0,004 0,016 0,033 0,110 0,130 0,250 0,440 0,510 0,700 0,860 1,030 з нерж аве1 0,064 0,110 0,130 0,250 иковой ста 7,0 7,144 7,938 9,0 9,525 10,0 10,319 11,112 11,906 12,0 ощей стали 5,0 7,938 10,0 л и 1,410 1,500 2,050 3,050 3,550 4,100 4,430 5,640 6,930 7,100 0,510 2,050 4,100
Примечание, Допустимые отклонении диаметров шариков от номинала для диаметров до 7,938 мм составляют =1=0.05 мм: свыше 7,938 мм до 12,7 мм — =±0,10 мм.
кольцами. Следует различать зазор до посадки подшипника на вал или
в корпус и зазор после посадки, который всегда меньше начального
зазора вследствие некоторой деформации колец прн посадке. Кроме
того, при установке вала на подшипниках в корпус может быть пре-
дусмотрена возможность осуществления силового затяга сопряжения
по наружному или внутреннему кольцам шарикоподшипников [58].
В зависимости от усилия затяга зазор может быть выбран полностью и
даже может иметь место некоторый натяг в сопряжении. Следует иметь
482
Рис. 11.27. Схема специа-
льного радиально-упорно-
го шарикоподшипника
в виду, что подобные способы, монтажа могут применяться при малых
скоростях вращения вала и при небольших колебаниях температуры.
Для смазки шарикоподшипников, работающих в течение коротких
промежутков времени и на малых скоростях, рекомендуется применять
смазку консистентную ГОИ-54, которая работоспособна в интервале
температур ±60° С. Для чувствительных подшипников применяют менее
консистентную смазку (ЦИАТИМ-201 или
масло МВП). Если подшипники работают
вблизи оптических деталей, рекоменду-
ется применять смазку 11,11 ATI IM-221.
Для скоростных подшипником, работа-
ющих длительное время, необходимо пред-
усматривать в KoneipyuniiH енециальные
масленки для непрерывной нодачн смазки.
Для предохранения от проникновения
в подшипник и через подшипник в прибор
пыли и влаги применяются уплотняющие
устройства. Они также препятствуют вы-
теканию смазок из подшипника. Конструк-
ции сальников приведены в гл. 15.
Конструкции и расчет
специальных подшипников
При малой частоте вращения н не-
большой нагрузке применяются подшип-
ники, показанные на рис. 11.27 и 11.28.
При малых диаметрах подшипника дли
мендуется, чтобы прямая OOlt проведенная через точки касании
уменьшения трення реко-
Рис. 11.28. Схемы насып- Рис. 11.29. Конструкции одно-
ных шарикоподшипников. рядных замкнутых шарикоподшип-
Нестабильность оси вра- ников
щения 0,01—0,02 мм
щарика Sj и S8, и образующая конуса пересекались в одной точке
на осн вращении (рис. 11.27). Тогда
tg ах = R/(R + г); sin Р = sin а/Д; а = — р.
Для повышения точности вращения (уменьшения биения) следует
вращающееся кольцо делать цилиндрическим.
16*
Замкнутый однорядный радиально-упорный шарикоподшипник
(рис. 11.29) является наиболее компактным. Трение в данном подшип-
нике несколько выше, чем в подшипниках, приведенных на рис. 11.27
Рис. 11.30. Столик микроскопа на насыпном подшипнике. Не-
стабильность оси вращения 3 мкм
Рис. 11.31. Шарикоподшип-
ник с проволочными кольца-
ми. Нестабильности оси вра-
щения 5—10 мкм
Рис. 11.32. Схема шарико-
подшипника па стальных
лентах
и 11.28. Такого рода шарикоподшипники применяют с сепараторами
и без них (насыпные подшипники).
На рис, 11.30 изображен столик поляризационного микроскопа на
однорядном насыпном подшипнике. При большом диаметре, малой
Рис. 11.33. Схема к расчету
шарикоподшипников
частоте вращения и небольшой
нагрузке такие подшипники можно
изготовлять с иезакалеиными иа-
гартоваиными беговыми дорож-
ками.
При больших диаметрах и мед-
ленном вращении применяются
подшипники 1 с проволочными
кольцами или лентами (рис. 11.31
и 11.32). Эти подшипники значи-
тельно дешевле. Стабильность оси
вращения и плавность хода не-
значительно уступают сплошным
подшипникам. Число шариков
(рис. 11.33) определяется из урав-
нения г — 1809 / [arcsin (//d/)|,
где z — число шариков; I — рас-
стояние по хорде между цен-
трами шариков; dt — диаметр
484
окружности шариков. Для насыпных подшипников ta l,01d, при
сепараторе t >• l,2d.
Момент трения радиального насыпного двухрядного подшипника:
.. 10Q cos^nyfe
Л111' г shi p ’
где Q — общая нагрузка, ранная £Рг, п— число центральных углову.
Для упорного подшипника Al,,, Qk,
В радиально-упорном (рис, 11.27) или однорядном (рис. 11.29)
подшипнике сила трепня скольжения (верчения) относительно высока
и ею пренебрегать ни а коем случае нельзя. Расчет аналогичен расчету
сил трения в призматических направляющих.
Крестообразный пружинный шарнир
Крестообразный пружинный шарнир состоит из двух пар одинако-
вых перекрещивающихся под углом 90° стальных пластинок, при-
крепленных концами к двум деталям (рис. 11.34). Рамка 2 может пово-
рачиваться без люфта вокруг оси О}О2, проходящей через линию пере-
сечения пружин 1. Такие шарниры имеют ряд преимуществ по сравне-
нию с подшипниками. Основное преимущество состоит в том, что в них
имеется только трение упругости, поэтому смазка не требуется. Кроме
того, в силу незначительного гистерезисного эффекта, шарниры долго-
Рис. 11.34. Крестообразный пружинный шарнир
вечны и не подвержены износу, который может вызывать увеличение
зазора (мертвый ход). Нагрузки таких шарниров обычно не бывают
настолько велики, чтобы вызвать ошибку вследствие смещении пластин.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ДРЕНИЯ
В ОПОРАХ СКОЛЬЖЕНИЯ И КАЧЕНИЯ
Момент трепня в опорах определяется по формуле
М,.р = Q(irT,
где Q — приведенная нагрузка на опору, Н; р — приведенный коэффи-
циент трения; гт — приведенный радиус трения, см.
Для радиально-упорных опор качения приведенная нагрузка
(рис. 11.35)
Q = 1,47?/cos.p + Я/sin р,
485
где Р — угол давления на элементы каченвя; Н — суммарная осевая
нагрузка: Н = Т + (Sa — Sb)', R и Т — осевая и радиальная реакции
опоры; 5л = Ra tg Рл — осевая составляющая на опоре А при дей-
ствии на нее радиальной реакции Ra; Sb = Rb tg Рв — осевая состав-
ляющая, возникающая на опоре В при действии иа нее радиальной
реакции Rb; Рл и Рд — углы линии давления на элементы качения
опор А и В относительно оси вращения.
Рис. 11.35. Схема расположения осина радиально-упор-
ных опорах качения
Таблица 11.11. Формулы для определения приведенных
коэффициентов трения и радиуса треиия
4*6
Продолжение табл. 11.11
Тип опоры
Эскиз
Радиальные опоры качения
Шарикопод- шипник 4* 51 ©1 « об ПЗ — 141 U
Ролико- подшипник 1? г яое г в <5 "43 •F н'’ || II |ы о й. оо СП 1 । ° »- К |®
в X
Игольча- тый под- шипник ИИ z?>k do d dK rT = 0,5do
—
т »
Осевые опоры скольжения
Цилиндри-
ческая
P = f
d
гт = “
Кольцевая
р = /
Г 1
Т~ 3 cP—dfi
487
Продолжение табл. 11.11
Тип опоры Эскиз Ml r •j'
Коническая i , н = / 1 d ’ — d? ГТ - 3 sin a d2 — d~
сс к
а 4.
Шаровая ж Р =/ 0,5d
В виде ша- рового поя- са М = / _ d sin3 а2—sin3 «j Т ~~ 2 cos2 а, — cos2 а2
Осевые опоры качения
Упорный
шарикопод-
шипник
Упорный
роликопод-
шипник
2й d0
1 ~ d dK
rT = 0,5d
‘2k de
rT = 0,5d
488
Продолжение табл. 11.11
Тип опоры Эскиз гт
Радиально-упорные опоры качения
Радиаль-
ный шари-
коподшип-
ник при
действии
радиальной
и осевой
реакций
опор
Радиально-
упорный
шарикопод-
шипник
Примечания: 1. Угол в радиальном шарикоподшипнике
лрн осевой нагрузке 0 arcsln (ЮС/^К), С — осевая игра. 2. При
конических роликах — средний диаметр ролика. 3. При расчетах
все размеры следует принимать в см. 4. Цилиндрическая опора сколь-
жения с буртиком и шаровая могут противостоять радиальной и осевой
нагрузке одновременно. В этом случае следует определять отдельно
моменты трення от радиальной и осевой реакций и складывать их. Мо-
мент трения для осевой реакции определяется так же, как для кольце-
вой опоры.
489
Перед равнодействующей (Sa — Sb) осевых составляющих опор
ставят знак плюс,если ее направление совпадает с направлением силы Т
и минус, если ее направление противоположно.
В приведенных выше формулах Н всегда берется со знаком плюс
(модуль). Дополнительная осевая нагрузка Н действует только на одну
из двух радиально-упорных опор. Формулы для опор скольжения
справедливы при следующих условиях: охватываемое звено является
жестким (отсутствует деформация изгиба); материал втулки изотропен,
т. е. подчиняется закону Гука; в результате деформации опор не про-
исходит перекоса оси вала; предварительный натяг отсутствует. Расчет-
ные формулы приведены в табл. 11.11.
Выбор величины коэффициента трения при расчете производится на
основе следующих рекомендаций: большие значения коэффициентов
трения скольжения берутся для тихоходных открытых механизмов,
меньшие — для быстроходных закрытых механизмов при условии
хорошей смазки (см. табл. 11.3).
Коэффициенты трения качения приведены ниже.
'1 н П О II о р ы к II Ч с п II Я k, см
IIIарикопый подшипник............... 0,005
Роликовый » ............... 0,07
Игольчатый » ................ 0,01
Литература: [50, 58, 109, 1141.
Г Л Л В Л 12
ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТОЧНОГО ДВИЖЕНИЯ
Винтовой механизм движения предназначен для преобразования
вращательного движения (вннта или гайкн) в поступательное переме-
щение
I = /\ф/2л,
где I — перемещение винта (гайки); Ph — ход нарезки; ф — угол
поворота вннта (гайки).
Винтовые механизмы точного движения широко применяются
в точных приборах благодаря большому отношению поворота винта
(гайки) к поступательному перемещению и возможности получения
достаточно высокой точности при сравнительно простой конструкции.
Возможны четыре вида кинематических схем винтовых механизмов
движения.
1. Гайка неподвижна — виит вращается и движется поступательно.
Этот вид винтового механизма дает наибольшую точность. Однако габа-
риты механизма при данной схеме получаются наибольшими (равны
сумме длины гайки н двойной длины хода винта), поэтому такая схема,
как правило, применяется при малых длинах хода (до 25—50 мм).
Примерами таких механизмов служат измерительные микрометры,
винтовой окулярный микрометр и т. п. (рис. 12.1).
2. Виит вращается — гайка имеет поступательное движение
(рнс. 12.2). Габарит этого механизма почти вдвое меньше (равен длине
хода плюс длина гайкн). Точность этого вида ниже, конструкция
сложнее.
3. Гайка вращается — вннт движется поступательно.
4. Гайка совершает оба движения — винт неподвижен.
Последние два вида применяются очень редко, так как конструкция
их сложнее, а точность такого же порядка, как и у второй схемы.
Для точных винтовых пар применяются два вида стандартных
резьб: метрическая остроугольная (угол профиля 60°) по СТ СЭВ 180—75
и 182—75, трапецеидальная (угол профиля 30°) по ГОСТ 9484—73.
Выбор резьбы определяется требованиями точности, к. п. д. и техноло-
гическими соображениями. Для винтов, служащих для движения
каких-либо частей со значительными нагрузками, рекомендуется при-
менять трапецеидальную резьбу, так как трение в резьбе уменьшается
с уменьшением угла профиля резьбы. Наименьшим трением обладает
прямоугольная резьба, однако оиа трудна в изготовлении и осевой
люфт в паре трудно устранить.
491
Для винтов, работающих с небольшой нагрузкой, когда работа
винта незначительна и трение не играет роли, а также при требованиях
малого шага применяется метрическая треугольная резьба с углом
профиля 60°.
Рис. 12.1, Отсчет iii.iv ппнтоиыс мехаиитмы с нолпэтнленоиыми гай-
ками
Рис. 12.2. Винтовой механизм с перемещающейся разрезной гайкой
Расчет винтовых механизмов
К. и. д. ходоного винта определяется по формуле
Т| = tg <p/tg (<р 4- а),
где <р — угол подъема винтовой линии; а — угол профиля резьбы.
Приведенный угол трения
Р = arctg f//cos-2-^ ,
где f — коэффициент трения скольжения.
Самоторможение винта наступает, когда угол подъема равен углу
трения4 т. е. tg <р = tg р, где р — угол трения.
492
Расчет винта на растяжение и сжатие производится по формулам
Л nd2 л
Q < -у ор или Q < асж,
где Q — сила, действующая ндоль оси винта, Н; ор — допускаемое
напряжение на растяжение, 11а; осж — допускаемое напряжение на
сжатие, Па; d,— внутренний диаметр резьбы винта, мм:
dj> I/1|Л|1 (/|
Г 31 |о)р Г л |о|(.,к
Где Qn — фиктивная нагрузка, приближенно ранная 1,3Q—1,4Q.
Допустима)! длина ввита (при работе па сжатие)
7 31 "1/ £^nlin
2 К 5Q ’
где Е — модуль упругости; Jmin = 31^/64 — минимальный полярный
момент.
Угол подъема винтовой линии <р определяется по формуле
tg <р = Рп'/л^ср,
где п' — число заходов.
Длина гайки b = пР, где Р — шаг резьбы, мм; п — число витков
гайки
п = 4Q/to? (d? — d\),
где q = (754-125) 105 Па (для бронзы); d0 — номинальный диаметр
резьбы.
Для обеспечения нужной прочности и износоустойчивости резьбы
гайки ее длину следует принимать не менее d0.
Усилия и моменты определяют следующим образом. Момент вра-
щения винта при нагрузке па гайку Q более 30 Н вдоль оси винта (без
учета силы трепня в опорах) находят ио формуле
М Qrtg(<|-| 0);
при нагрузке менее 30 Н
М =,. Qr tg (<р 0)/е;
поправочный коэффициент е равен е = (Л/ 4~ 150)/(;V 4~ 240). В этих
формулах N — сила, нормальная к винтовой поверхности, Н; г —
средний радиус винта; 0 — приведенный угол трения.
Момент вращения винта, нагруженного силой Q, действующей
перпендикулярно оси винта (без учета сил трения в опорах), для гайки,
двигающейся только По винту:
М = rtfrQli sin -у- .
• Момент вращения винта, нагруженного силой Q более 30 Н, дей-
ствующей па плече а иа гайку (без учета трения в опорах):
М =-- Qr tg (ф -|- 0) 4- Inda/bsin -у-j ;
при Q менее 30 Н
Л4 = Qr [tg (ф 4- 0)/с + Inda/b sin -y-j ,
где b — длина гайки, мм.
493
Точность винтовых механизмов
Мщр
Л/2
Рис. 12.3. Схема изгибающих сил
в винтовой паре
К точности винтовой пары можно предъявлять одно нз следующих
требований: высокая точность осевого перемещения или высокая точ-
ность осевого перемещения и точное направление винта (гайки).
Исходя нз первого требования, выгоднее применять трапецеидаль-
ную резьбу, так как благодаря меньшему углу профиля такой резьбы
местные ее погрешности, а также зазор в резьбе вызывают меньшие
ошибки. Осевые ошибки выражаются формулой Дх = Д^/cosa, где
Д<7 — погрешности профиля резьбы
или зазора, измеренные по нормали
к профилю.
Для метрической и трапецеи-
дальной резьб разница в осевой
ошибке составляет 13% от \q.
Однако трапецеидальную резьбу
можно применять только с шагом,
превышающим I мм, так как при
меньшем шаге ее технологически
очень трудно изготовлять и нельзя
шлифовать. Трудность изготовле-
ния точных метрических резьб,
наоборот, растет с увеличением
шага. Поэтому при малых шагах
до 1 мм включительно применяют
больших шагах — преимущественно
только метрические резьбы, при
трапецеидальные. Лучшее направление винту (гайке) дает метрическая
резьба. Поперечное смещение &у — Д^/sin а. Практически желатель-
но, чтобы шаг резьбы был не менее 1 мм, в крайнем случае 0,5 мм, так
как изготовление более мелких резьб представляет затруднение.
Диаметр резьбы выбирают исходя нз соображений достаточной
жесткости винта при его нарезании и работе. Можно рекомендовать
следующее соотношение длины винта к среднему диаметру: L < 154-
*s-20<(cp.
Винтовые механизмы имеют две группы первичных ошибок: погреш-
ности резьбы и погрешности направления движения вннта (гайкн).
Из погрешностей резьбы для винтовых механизмов движения важны:
погрешности шага; погрешности угла профиля; погрешности среднего
диаметра. Главной нз них является погрешность шага. Погрешности
шага резьбы бывают двух видов: периодические, повторяющиеся на
каждом обороте винта, и накопленные (прогрессивные), появляющиеся
на некоторой длине хода винта. Накопленная ошибка всегда больше,
чем периодическая. Ошибки угла профиля резьбы винта и гайки обычно
не оказывают влияния на ошибку перемещения винта (гайкн), так как
они постоянны по величине на длине резьбы и влияют только на износ
резьбы и плавность хода. Погрешность среднего диаметра влияет на
мертвый ход и износ резьбы.
Раньше считали, что на точность механизма влияют только по-
грешности резьбы винта. Как показали труды некоторых исследовате-
лей, ошибки гайки также оказывают влияние иа точность механизма.
Кроме перечисленных погрешностей резьбы и иаправлеиия движе-
ния периодическую ошибку может вызвать неперпенднкулярность
(биение) опорного торца винта и втулки подшипника в механизме
Второго вида (стр, 491). В механизме первого вида такая погрешность
устраняется тем, что упорный конец винта делается сферическим и
494
центр сферы располагается на оси вращения винта. Для этой цели
технологически целесообразно сделать торцовую выточку, в которую
завальцовывают нормальный шарик.
На точность винтового механизма неблагоприятно влияет треине
между винтом н гайкой. Особенно невыгодно сказывается трение при
длинных винтах небольших диаметров (происходит скручивание винта)
и в конструкциях с плавающей гайкой, если направляющая деталь,
служащая для удержании гайки от поворота (например, шпонка),
расположена очень близко от оси винта (величина / мала). В этом
случае сила давления равная где /И(р—момент трения
в винтовой паре, будет большой и вызовет увеличение трения в меха-
низме и изгибающую винт силу реакции N2 (рис. 12.3), которая будет
вызывать прогиб винта, упругий мертвый ход и пеплавиость работы
механизма.
КОНСТРУКЦИИ ОТСЧЕТНЫХ винтовых
МЕХАНИЗМОВ
Область применения отсчетных винтовых механизмов — измери-
тельные устройства приборов (микрометры, измерительные микроскопы,
делительные машины и т. п.). К отсчетным винтам предъявляются
высокие требования в отношении сопротивляемости износу, поэтому
большое значение имеют правильный выбор материалов и их обработка.
Винтовой механизм должен обеспечивать неизменное число витков,
находящихся в контакте с гайкой, на всей длине рабочего хода.
Точность изготовления
Рис. 12.4. График ошибок вннта
На точных резьбошлифовальных станках можно изготовлять винты
с точностью (ошибка по шагу) 0,002 мм на длине 25 мм, па менее точных
станках—с точностью 0,01 мм
на длине 300 мм.
Нельзя использовать
вннт в качестве основной на-
правляющей для гайки, ког-
да точка приложения силы
к гайке значительно смещена
от оси винта во избежание
заклинивания. Это особенно
опасно при трапецеидальной
резьбе.
Разрезные гайки несколько ухудшают точность работы винтовой
пары и, кроме того, повышают скорость износа. Поэтому для компенса-
ции мертвого хода более целесообразно применять пружины. Иногда
применяют одновременно разрезные гайки н пружины.
В конструкциях точных винтовых механизмов должны быть преду-
смотрены возможности уменьшения осевого и радиального зазоров
в паре с целью уменьшения мертвого хода и ошибок от биения опорных
торцов винта (гайки) и, кроме того, возможность уменьшения зазора
в резьбе в процессе эксплуатации.
Ошибки (прогрессивные и периодические) винта могут быть в каж-
дом отдельном случае исправлены специальными коррекционными уст-
ройствами, если позволяют габариты н конструкция. Для этого пару
винтов проверяют и составляют диаграмму ошибок винта (рис. 12.4).
495
Рис. 12.5. Схема Рис. 12.6. Гайка,
коррекционного ус- стягиваемая вин-
тройства том
Для компенсации выявленных ошибок нужно, поворачквая винт на
расчетные углы, дополнительно повернуть гайку на такой угол, чтобы
ее перемещение вдоль винта исправляло ошибки винта. Для осуществле- j
ния указанного поворота гайка 1 такого устройства (рис. 12.5) снабжа-
ется хвостовиком 2, который перемещается по криволинейному торцу
планки 3. Коррекционная кривая строится в соответствии с диаграммой
ошибок винта (пары). Расчет кривой производится следующим образом:
в зависимости от требуемой (и возможной) точности и конструктивных
соображений выбирается масштаб. Далее кривая рассчитывается по .
формуле у = R tg <рх, где
<рх — угол поворота гай-
ки для компенсации
ошибки винта.
На рис. 12.4 по оси
абсцисс отложены переме-
щения гайки, а по оси ор-
динат — линейные пере-
мещения хвостовика в пло-
скости коррекционной
кривой. Указаное устрой-
ство может служить и для
решения обратной задачи,
сообщить гайке неравно-
мерное перемещение по
заданному закону при
равномерном вращении
винта. Прижим хвостови-
ка к криволинейному тор-
цу планки 3 производится
с помощью пружины.
По этому же прин-
ципу строится коррекци-
онное устройство для
компенсации температурных влияний. Коррекционная кривая устанав-
ливается под углом Р, тангенс которого пропорционален разности j
коэффициента линейного расширения материала винта и детали, отно-
сительно которой движется ходовая гайка.
Если необходимо компенсировать только температурное влияние,
компенсационная кривая превращается с достаточным приближением
в прямую, устанавливаемую под углом р к направлению движения
ходовой гайки (см. рис. 12.3). Угол Р в обоих случаях определяется |
по формуле
tg Р = R/a (/-/0) 2л/Р,
где R — плечо гайки; I — ход винтового механизма; a — разность
коэффициентов линейного расширения ходового винта и детали, относи-
тельно которой движется гайка; t — фактическая температура; /() —
нормальная -температура, на работу при которой- рассчитан прибор
(обычно +20° С); Р — шаг винта. - ............... ...........
Для того чтобы получить наименьший мертвый ход, используют
различные конструктивные решения, которые сводятся либо к уменьше- $
нию зазора в резьбе, либо к применению пружин, обеспечивающих 1
постоянный прижим гайки к одной стороне витков резьбы винта. Наибо-
лее широко применяют различные конструкции разрезной стягиваемой
или пружинящей гайки.
.496
такого рода механизмов
SUM
э
Рнс. 12.7. Гайка из двух
половин, соединенных
резьбой
с
полиэтиленовой гайкой
должен быть полиэтилен
, В отсчетном вкнтовом механизме винтового окулярного микро-
метра МОВ-1-15* (см. рис. 14.7) винт вращается и двпжетеятазступа-
тельно в разрезной конической гайке. На рис. 12.2 показана'разиовид-
ность такой конструкции. Гайка, навинченная на коническую резьбу
разрезной гайки, стягивает последнюю. Сжатие разрезной гайки с целью
компенсации зазора в резьбе неизбежно искажает характер сопряжения,
которое происходит не по всей резьбе, а на отдельных ее участках. Худ-
шей в этом отношении является конструкция, показанная на рис. 12.2..
Применение притирки после поджатия гайки улучшает сопряжение,
но исключает взаимозаменяемость и повышает трудоемкость изготовле-
ния. Несмотря па эти недостатки, при веденные конструкции весьма
распространены и обеспечивают точность отсчета передвижения винта
около 0,001—0,005 мм. Чувствительность
с течением времени несколько ухудша-
ется вследствие загустения и загрязне-
ния смазки. Износ резьбовой пары не
всегда может быть скомпенсирован под-
тягиванием гайки без новой притирки,
так как износ винта может быть нерав-
номерным на рабочей длине.
Указанных недостатков лишены кон-
струкции аналогичных механизмов с по-
лиэтиленовыми неразрезными гайками,
разработанные И. М. Долинским, Г. А. Ма-
твеевой и Л. Ф. Ямшановым. Полиэтилен
обладает хорошей упругостью, очень ма-
лым коэффициентом трения и легко об-
рабатывается резанием. Винтовая пара
не требует смазки. Материалом для гайки
низкого давления марки П, спресованный в виде блоков.
Гайки рекомендуется точить резцами, режущая кромка которых
имеет закругление примерно 0,5 мм. Длина гайки должна быть такая
же, как и у металлической гайки (не менее 1—1,5 диаметра винта);
толщина стенки не меиее 2 мм. Нарезание резьбы метчиком нужно обя-
зательно делать «на проход», для этого диаметр хвостовика у метчика
должен быть меньше внутреннего диаметра резьбы. Для создания лег-
кости хода необходимо сделать несколько проходов резьбы метчиком.
Гайка может быть выполнена и в виде конуса, но без разрезки; в этом
случае обжатие гайки достигается за счет упругости полиэтилена.
Винтовой механизм окулярного микрометра MOB-1-15 х (см.
рис. 12.1, а) дает погрешность не более 2—4 мкм. Погрешность винто-
вого механизма с шагом винта 0,5 мм, диаметром 6 мм и длиной переме-
щения 12 мм при грузоподъемности 7 Н (рис. 12.1, б) не превышает 1 мкм
при почти полном отсутствии мертвого хода. Крутящий момент
0|1Н-м. Испытанный механизм после 10 000 полных ходов винта без
смазки не подвергся износу.
. На рнс. 12.6—12.8 показаны другие конструкции с устройством для
компенсации (уменьшения) зазора в резьбе. В конструкции, изобра-
женной на рис. 12.6, сжатие гайки достигается с помощью стягивающего
винта (винтов) 1. Эту конструкцию рекомендуется применять только для
метрической резьбы. Гайка, показанная на рис. 12.7, состоит из двух
половин А и Б, свинченных' между собой, причем шаг резьбы половины
А отличается от шага резьбы половин-ы й. Вращением одной половины
гайки относительно другой достигается уменьшение зазора между вин-
том и гайкой. В конструкции, приведенной на рис. 12.8, обе половины
497
гайки прижимаются к винту пружинами, что дает возможность быстро
отключать гайку от винта. Такая конструкция пригодна только для
метрической резьбы.
Рис. 12.8. Гайка с пружинным замком
Рис. 12.9. Дифференциальный винт
Дифференциальный винт (рис. 12.9) имеет две нарезки с незна-
чительно отличающимся шагом. Перемещение гайки А за один оборот
винта равно разности шагов резьбы (Р, — Р2). Предел перемещения
гайки А (Р, — Р2) LlP2, где L —
перемещение винта В.
Дифференциальный винт при-
меняется в тех случаях, когда
гайке необходимо сообщить очень
малые перемещения. Следует, од-
нако, иметь в виду, что ошибка
дифференциального винта вдвое
больше, чем обычного винта. На
рис. 12.10 дана конструкция от-
счетного винтового механизма пе-
ремещения прицельного перекре-
стия оптического прицела для охо-
тничьих ружей. Требуемая точ-
ность шага винта 0,01 мм. ,
Винтовой механизм, показан-
ный на рис. 12.11, является от-
счетно-силовым. Нагрузка направ-
Рис. 12.10. Винтовой механизм
оптического прицела охотничьих
ружей
лена вдоль оси и смещена на ве-
личину а. Обычно винтовые ме-
ханизмы работают в таких условиях неудовлетворительно, вплоть
до отказа из-за заклинивания резьбы. Для разгрузки винта пред-
усмотрена установка вилки, двигающейся по направляющим на ша-
рикоподшипниках и воспринимающей нагрузку плавающей гайки.
Шарикоподшипники установлены на эксцентриковых осях, служащих
для регулировки. Торцовые поверхности гайки выполнены сфериче-
498
скими, что допускает некоторый перекос оси винта относительно на-
правляющих и предохраняет винт от заклинивания. Механизм приво-
дится в действие электродвигателем следящей системы и снабжен кон-
цевыми выключателями для ограничения хода. Приведенная конструк-
ция обеспечивает легкий ход винта при значительном смещении точки
приложения нагрузки.
Рис. 12.11. Отсчетно-силовой винтовой механизм
Материалы для винтовых пар
При малых нагрузках (5—10 Н), при которых обычно работают от-
счетные винтовые пары, износ их незначителен. В таких случаях винт
рекомендуется изготовлять из стали У8А без термообработки, а гайку —
из латуни, оловянистой бронзы или полиэтилена. При больших нагруз-
ках и применении металлических гаек винт целесообразно изготовлять
из стали У8А или У10А с последующей закалкой до твердости HRC
50—55 и шлифованием.
Шероховатость обработанной поверхности незакаленного винта
от Rz 3,2 до Rz 1,6, закаленного винта — от Rz 1,6 до Rz 0,8.
В измерительных устройствах часто применяются сопряжения
звеньев, места контактов которых выполнены в виде сферы или пло-
скости, например сопряжение ведущего (толкающего) винта с кареткой.
К такому сопряжению предъявляется требование неизменности рас-
стояния между контактирующими деталями при работе.
В момент начала движения коэффициент трения (у металлов)
значительно превышает коэффициент трения при движении. Это вызы-
вает неплавность движения ведомого звена, что приводит к понижению
точности механизма. В зоне контакта даже при закалке часто наблю-
дается эрозия поверхностей. Требуется, чтобы сопрягаемая пара имела
характеристику трения, практически обеспечивающую равенство ста-
тического и кинематического коэффициентов трения и независимость
усилий трогаиия от величины нагрузки. Материалами таких пар яв-
ляются фторопласт-4, полиэтилен НД марки П и некоторые термопла-
стичные полимеры в сочетании со сталью1. Однако следует учитывать
хладотекучесть этих материалов, которая, если не принять специаль-
ных мер, может вызвать самопроизвольное смещение ведомого звена
во времени даже при постоянном силовом замыкании. Этн смещения
существенно зависят от радиуса сферы и усилии замыкания.
Литература: [28, 48, 56, 89, 92, 93].
1 По материалам исследований И. М. Долинского и Г. А. Матвеевой.
499
ГЛАВА 13
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Зубчатые передачи в оитико-мехаппческнх приборах можно раз-
делить на точные отсчетные и силовые (неточные). Расчетные формулы и
типовые конструкции зубчатых и червячных колес и передач в справоч-
нике ие представлены. Приведен расчет только цилиндро-конической
передачи.
Рекомендуемые конструктивные формы зубчатых колес даны на
рис. 13.1. Наибольшее распространение получили цилиндрические пря-
мозубые колеса (рис. 13.2). Для передачи вращения между пересеваю-
щимися валами применяются конические зубчатые колеса (рис. 13.3).
Передачи цилиндрическими косозубыми колесами применяются в сле-
дующих случаях:
1) для обеспечения хорошей плавности работы колес с небольшим
числом зубьев;
2) при больших скоростях вращения и высоких требованиях к бес-
шумности передачи.
Колеса с внутренним зацеплением применяются сравнительно
редко вследствие большой трудоемкости изготовления и меньшей точ-
ности работы. Винтовые цилиндрические зубчатые передачи приме-
няются для передачи вращения между валами с непараллельными и не-
пересекающимися осями.
Для передачи вращения между валами со взаимно перпендикуляр-
ными осями применяют червячные передачи (рис. 13.4—13.6). Червяч-
ная передача дает возможность осуществить большое передаточное число
(на замедление) в одной паре, а также обеспечивает хорошую плавность
и бесшумность работы. Диапазон передаточных чисел составляет при-
мерно от 1/7 до 1/500. Недостатки червячной передачи: более низкий
к. п. д. по сравнению с передачей цилиндрическими и коническими ко-
лесами; значительно большая потребность в смазке; потребность в при-
менении антифрикционных материалов (пары); повышенная чувст-
вительность к перегрузкам (ускорениям); высокие требования к точ-
ности сборки.
Основными требованиями к точной червячной передаче являются:
точность передачи углов и минимальный мертвый ход; достаточно высо-
кий к. п. д.; хорошая износоустойчивость. В зависимости от способа
образования боковых поверхностей витков различают следующие ци-
линдрические червяки:
1) архимедов или винтовой червяк, витки которого в осевом сече-
нии имеют прямолинейный профиль;
500
Рис. 13.1. Формы цилиндрических колес
Рис. 13.2. Пример вычерчивания ци-
линдрического зубчатого колеса
Рис. 13.3. Пример вычерчивания
конического зубчатого колеса
Рис. 13.4. Конструкция типового выключающегося червяка;
1 — рычаг выключения червяка: 2 — пружинный подшипник
(цилиндрическая втулка с прорезями, расположенными в шах-
матном порядке); 3 — корпус; 4 — эксцентриковая втулка;
5 '= червяк; 6 = возвратная пружина
501
2) эвольвентный, у которого стороны витка в сечении, перпенди-
кулярном к оси, являются эвольвентами;
3) конволютный червяк, имеющий прямолинейный профиль в нор-
мальном к витку сечении.
В приборостроении применяется преимущественно архимедов
червяк.
Рис. 13.5. Формы
червячных колес
ЦИЛИНДРО-КОНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА С УГЛОМ 99°
МЕЖДУ ОСЯМИ
Передача состоит из цилиндрической шестерни с эвольвентный
профилем 1 и колеса с торцовыми зубьями 2, оси которых пересе-
каются под прямым углом (рис. 13.7). Эта передача в некоторых слу-
чаях более удобна и компактна, чем коническая, и может быть выпол-
502
йена с большой точностью. В конструкции передачи легко осуществить
регулировку бокового зазора за счет осевой подвижки торцового колеса
и выключение и реверсирование путем осевого перемещения цилиндри-
ческой шестерни (рис. 13.8). Недостатком передачи ивляется меньшая
нагрузочная способность по сравнению с конической передачей.
Рис. 13.7. Схема цилиндро-коничес-
кой передачи
Рис. 13.8. Конструкция ревер-
сивной цилиндро-конической пе-
редачи
Нарезание торцового колеса нужно производить эвольвентным дол-
бяком иа зубодолбежном станке методом обкатки с применением спе-
циального приспособления. Расчет элементов колес производится
по табл. 13.1.
Таблица 13.1. Расчет цилиидро-конической передачи
Расчетная величина Обозна- чение (см. рис. 13.7) Расчетные формулы
Угол исходного конту- ра Оо а0 = 20°
Модуль т Из нормального ряда
Передаточное отноше- ние от шестерни 1 к ко- лесу 2 (1.2 1*1,2 “
Число зубьев долбяка za По отраслевой нормали
Число зубьев шестер- ни 1 *1 Zi = zu — (1 -i- 5)
Число зубьев торцово- го колеса 2 г» г2 = (1,2г1
Коэффициент высоты головки зуба долбяка 1и fu = 1,25 (при т >. 1) fu = 1,35 (при т < 1)
Коэффициент высоты головки зуба колеса Г-2 Обычно принимается /2 =
563
Продолжение табл. 13.1
Расчетная величина Обозна- чение (см. рис. 13.7) Расчетные формулы
Внутренний диаметр зубчатого венца колеса из условия отсутствия под- резания зубьев Ов DB > тг.г cos а0 X х1/1+4х
-1 X ; 1 О + 1 - й £ р. © с 1
Наружный диаметр зубчатого венца колеса из условия отсутствия за- острения зуба Drl < m2, cos а0 X X (sin ан — & cos ан)/sin <р, где cos а„ = ги cos а0/(ги 2fu) & = (ги—2f2 — cos aH)/sin ан X X zucos а0 <р = inv а0 + «н — v — л/2ги
Расчетный диаметр, на котором осуществляется теоретический контакт зубьев Ор Рекомендуется Dp = (DB + DH)/2
Угол зацепления на расчетном диаметре «р cos ap = mz2 cos ио/Ор
Коэффициент коррек- ции шестерни Ь b == (ги — Zj) X X (inv an — inv ap)/2 tg a0
Монтажный размер (расстояние от оси ше- стерни до делительной плоскости колеса) А При некорригированной ше- стерне: A = mZj/2 При корригированной ше- стерне: А = т [zu — (zu — zj) cos а0/ cosap]/2
664
Продолжение табл. 13.1
расчетная величина Обозна- чение (см. рис. 13.7) Расчетные формулы
Коэффициент высоты головки зуба шестерни Л При некорригированной ше- стерне: /i = 1 При корригированной ше- стерне: / 1 _ г» ~ 7i / cosa" _ 1 \ 1 2 \ cos ар /
Высота головки зуба шестерни л; Л; = jxm
Высота головки зуба колеса ^2 h'2 = f2m
Высота ножки зуба ше- стерни й; h"t = (fu — h)m
Высота ножки зуба ко- леса л; h’i = fum
ПОГРЕШНОСТИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Различают два вида погрешностей отсчетных зубчатых передач:
1) кинематическая погрешность или ошибка отсчета — наибольшая
погрешность угла поворота зубчатого колеса в пределах одного оборота
при однопрофильном зацеплении с точным колесом (точным чер-
вяком);
2) мертвый ход — угловое отставание ведомого колеса при изме-
нении направления вращения ведущего колеса (червяка).
I Суммарная погрешность складывается из указанных выше.
ПОСТ 9178—72 устанавливает 12 степеней точности цилиндрических
мелкомодульных зубчатых колес и передач (в порядке возрастания по-
грешностей) — от первой до двенадцатой. Наибольшее применение
имеют колеса 6, 7 и 8-й степени точности. В стандарте значение кинема-
тической погрешности приводится в микрометрах (Рг). Перевод Fr в уг-
ловую меру легко осуществить делением отрезка дуги делительной
окружности (который и характеризует Ff) на радиус делительной
окружности.
На рис. 13.9 приведены значения вероятных суммарных кинемати-
ческих погрешностей цилиндрических зубчатых колес.
505
Для расчета мертвого хода в зубчатой передаче необходимо опреде-
лить составляющую погрешности, обусловленную упругими деформа-
циями элементов зацепления, Для этого необходимо рассчитать дейст-
вующие в передаче моменты и усилия.
Рис. 13.9. Кривые суммарных погрешностей зубчатых колес
РАСЧЕТ МОМЕНТОВ И УСИЛИЙ
Расчет моментов и усилий в механизмах ведется от конечных ведо-
мых звеньев к ведущему. Подсчитанные или известные моменты тре-
нии или силовые нагрузки концевых ведомых звеньев должны быть
приведены к ведущему звену через все промежуточные передачи с учетом
их собственных моментов.
Формула расчета на каждой ступени передачи
Ч =ЛМ1,211 + Мь
где Л!, — момент ведущего звена; М2 — момент на ведомом звене;
*1.2 = zJzi — передаточное отношение; г] — к. п. д. передачи; М{ —
собственный момент трения ведущего звена.
Т а б л и ц а 13.2. Моменты треиия .
шарикоподшипников 5-го класса точности
Внутренний диаметр под- шипника, мм Момент трения МрЮ4, Н.м Внутренний диаметр под- шипника, мм Момент треиия Л! J. КГ4, Н.м
3 2—3 9 20—30
5 6—9 10 25-38
6 10—14 12 36-54
8 16—24 15 56-84
5Q6
Таблица 13.3. Коэффициенты полезного действия т) стальных прямозубых
цилиндрических колес
Окружное усилие Р, Н о СО X СО Г* X X X X сэ сэ сэ съ сэ сэ о" о* о о~ о о о
о xf 0SN 00 00 00 СЭ СЭ СЭ СЭ СЭ С) Сэ о о о о’ о" о* о
10 X *г ср г - х X сэ Оэ &) о- о о сэ О о о о о о о
ool «t ю --.о х оо а» ф Л о- о сн а» о о о о о о' о
LQ СЭ См Ю X b-« X 00 00 Сэ Сэ О СЭ О о” о” о o’ o’ о o'
<30 о СЧ ь. СЧ ’Ф LO Г- 00 00 00 С\ Сэ СП Сэ Сэ о o' о o’ o' о” о"
10 о. X Сэ СМ со ь- Ь- 00^ 00^ СП О СЭ Сэ сГ о о о” o' о о
о со — ь- — сч о ь- Ь- X ХСЭ„ Сэ Сэ СП o' о” о” о" о о" о
0.3 СП X Ю СЭ —1 Ю Ь* со n оо х о а> о о’ о" o' о" о о* о"
о СЧ со СЧ СО СЭ ’О о СО Г* X X х сэ СЭ о" о" о" о о" о’ о"
о О 1О о- СМ <О со ю 1О Ф Ь X X О) О) о о’ о" о” о” о" о”
0,05 । i О X СМ О СЧ — ’Xf ТГ LQ Г* X X О О o' о' О* о* о" о' о”
1 । го‘о । СЧ сч X СО СЧ О ’Г со «о о г-, х о аг> о о" о’ О о* о о
Число зубьев г vf о о о о о о •—। еч со rf ио о to
о со о; о сэ °о ь« г», х о о” o' О*
О со СЧ Ь- СЧ Г"- Ь- О СО
ю Ю <О СМ Г-. ь». СО СО Ю
о’ о' о о
г- 1 СО Г~' X Сэ СОЮЮтГ
о о' o’ о’
ю о со со LC LQrf xf
о" о о о
СО —• ь. тЬ О LQ тЬ Tf
X г о о о о
й> S с; 0 ао ГГ О х rr Tf со
£ о’ о о о
о г
£ Xt- Ю СО оэ со xf СО СО
§ о о’ о о о
СО СО О х LQ ’Т- СО СО
о‘ о’ о о
сч О Сэ СО 'xf со со со
6 66 6
— □0 Г- -ф сч СО СО СО X
о о' о о
ем о со 1О со О X X X X
о" о о о о
СЗ 0 S
о >> 0) «0 о =t X о О X ЧП X см «
•-
507
I
Таблица 13.5. Коэффициенты полезного действия ц стальных конических колес
| Окружное усилие Р, Н о LTON . X , © © ©, | ©. | о ©" © ©
о CELCON , . © © ©_ ©~ | | © © ©" ©'
ю ©^©^©©'©^ ©" © ©" ©" ©"
С4 00 — ю о о оо 00 © © ©_ ©^ ©_ o' о ©" ©" ©" ©'
- CN N —rf юн 00 00^ © ©^ ©_ ©_ о" ©’ ©" ©” ©" ©”
00 с> □0 X ©^ © © © ©’ © © © © ©’
1О о' СО — 1 - —• СМ © Г- 00 00 © © © ©" ©’ ©" ©’ ©" ©"
о © © ©> © — ю г- г- оо^ <х>~ ©^ ©^ ©" ©~ ©" ©" ©” ©~
с*з о LO LQ 00 Г- © LQ ©> Г- 00 00 © © ©" о* ©" ©~ ©" ©"
0,2 н©©юн^ юнхоох© ©* ©” ©” ©~ ©* ©*
0,1 tf © со © со сч tf © Ь* 00 00 © ©" ©” ©” ©“ ©' ©”
0,05 СМ СЧ 00 © © © со © © г* оо © © © ©' ©~ ©* ©”
04 О О СМ © СО СМ 00 X CM ©жГ* b* X ©“ ©" ©“ ©” ©~ ©"
о я Ч у J3 Я 'О О' £ ч 14 20 30 40 50 100
503
Собственный момент трения ведущего звена чаще всего является
моментом трення шарикоподшипников, в которых оно установлено.
В табл. 13.2 приведены собственные моменты трения наиболее употре-
бительных шарикоподшипников 5-го класса точности. В табл. 13.3—
13.6 приведены значения к. п. д. зубчатых и червячных передач. При
i 1 следует пользоваться соотношением т)1>2 = (т)! + т]2)/2, где
T]t,2 — к- п. Д. передачи с передаточным отношением 1112 = z2/?i 1;
т], ’—к. п. д. передачи с передаточным отношением iltl = z}/'z1 = 1;
г)2— к. п. д. передачи с передаточным отношением iM = z2/z2 — 1;
т][ и т]2 берут из таблиц для соответствующих окружных усилий Р.
РАСЧЕТ МЕРТВЫХ ХОДОВ
Удобнее всего расчет ошибок н мертвых ходов производить в еди-
ницах той величины, которая вырабатывается механизмом и отсчиты-
вается на его шкалах. Для этого необходимо определить цену оборотов
всех звеньев кинематической цепи механизма или прибора.
Ценой оборота А вала называется число отсчетных единиц, соот-
ветствующих полному обороту вала (детали):
А2 = Aii1>2,
где At и А2 — цены оборотов ведущего и ведомого звеньев пары в от-
счетных единицах; 11л — передаточное отношение пары.
Мертвый ход ДА рассчитывают по следующим формулам:
для цилиндрической прямозубой реечной и конической передач
ДА = 2А (k + епш + /)/(тг);
для цилиндрической передачи с косозубыми колесами
ДА = 2А (k + епш + cos Рд);
для червячной передачи
ДА = A (k + епш + f)!(mz cos со).
Здесь k — коэффициент, учитывающий боковой зазор между зубьями и
зависящий от класса точности колес, а также от наличия или отсут-
ствия регулировки межцентрового расстояния; еПш — радиальный за-
зор в подшипнике; f — суммарное значение упругих линейных дефор-
маций (изгиба валика, зуба, опоры); этот коэффициент должен учиты-
ваться при наличии достаточно больших нагрузок и невысокой жест-
кости передачи; т — модуль; г — число зубьев.
Методика и примеры расчета суммарных ошибок зубчатой передачи
приведены в гл. 10.
Упругий мертвый ход, вызванный деформациями деталей передачи,
зависит главным образом от закручивания валиков, а также от прогиба
длинных консольных валиков. Упругий мертвый ход может стать осо-
бенно заметным при большой цене оборота валика, а также при большой
нагрузке, длине и малом диаметре валика. Расчет угла закручивания
валика производится по формуле
Д<р = Л'МА/216000,
где М—скручивающий момент на валике (М 10"4, Н-м); А — цена
оборота валика в отсчетных единицах; К — коэффициент для определе-
ния двойного угла закручивания участка валика.
Величину К вычисляют по формуле
К. = MOL/niPGky,
509
Таблица 13.7. Коэффициент (К..."} для определения
двойного угла закручивания стальных валиков
под действием момента Л4-10~3 Н-м
L, мм d, мм
3 5 6 7
10 6,492 2,052 0,840 0,408 0,216
15 9,738 3,078 1,260 0,612 0,324
20 12,984 4,104 1,680 0,816 0,432
25 13,023 5,130 2,100 1,020 0,540
30 19,497 6,156 1,526 1,224 0,648
35 22,722 7,182 2,910 1,428 0,756
40 25,968 8,208 3.360 1,632 0,864
45 29,214 9,234 3,780 1,836 0,972
50 32,460 10,260 4,200 2,040 1,080
55 35,706 11,286 4,620 2,244 1,188
60 38,952 12,312 5,040 2,448 1,296
65 42,198 13,338 5,460 2,652 1,404
70 45,444 14,364 5,880 2,856 1,512
L, мм d, лм
8 9 10 12 14 15
10 0,126 0,078 0,054 — — —.
15 0,192 0,120 0,084 — —— —•
20 0,252 0,156 0,108 0,048 —
25 0,312 0,192 0,132 0,060 0,036 0,024
30 0,378 0,234 0,162 0,072 0,042 0,030
35 0,444 0,276 0,192 0,084 0,048 0,036
40 0,504 0,312 0,216 0,096 0,054 0,042
45 0,564 0,348 0,240 0,108 0,060 0,048
50 0,624 0,384 0,264 0,120 0,060 0,054
55 0,690 0,426 0,294 0,132 0,072 0,054
60 0,756 0,468 0,324 0,144 0,084 0,060
65 0,822 0,510 0,354 0,156 0,132 0,066
70 0,888 0,552 0,384 0,168 0,150 0,072
510
где L — длина скручивающейся части валика; d — диаметр валика;
G—модуль сдвига материала налика (G-0,1 Н/м2); — коэффициент
перевода градусной меры угла в радианы (7?<с = 291 'Ю"6 рад/угл. мип).
В табл. 13.7 даны значения /< для стальных валиков под действием
момента М.
Гис. 13.10. Конструкция разрезных цилиндрических шестерен: а,
б — соединение на винтах; в — соединение пружиной
Расчет влияния прогиба консольно закрепленного валика на упру-
гий мертвый ход следует производить только в тех случаях, когда кон-
сольная длина валика I (расстояние от средней плоскости шестерни до
торца подшипника) не менее чем в 5—10 раз пре-
восходит его диаметр и нагрузка на него достаточно
велика;
f = 20P/:!/3£d4,
где/—величина прогиба; Р—давление на зубча-
тую шестерню (окружная сила сопротивления); d —
диаметр валика; Е — модуль упругости.
Прогиб валика / вызовет упругий мертвый
ход, равный Atp //г, где г — радиус начальной
окружности meciepiiii.
Рис. 13.12. Раз-
резная шестерня
то спиральной
нами
пружиной
Для уменьшения упругой составляющей мертвого хода следует
увеличить жесткость элементов передачи. Для уменьшения мертвого
хода передачи (люфтовый мертвый ход), применяют разрезные ше-
стерни (рис. 13.10—13.12).
Литература: 152, 56, 58, 75, 92, 93, НО].
511
ГЛАВА 14
ОТСЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА
ОПТИЧЕСКИЕ ОТСЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Оптические отсчетные системы можно р.идслпгь следующим обра-
зом:
1) по принципу действия оптических систем — телескопические и
системы типа микроскопов;
2) системы для линейных и угловых измерений;
3) системы прямого отсчета и системы отсчета с микрометрами;
4) по типу отсчетных шкал — системы шкалового отсчета, системы с
штрихом-оценщиком, нониусного типа и со шкалами, построенными по
методу поперечного масштаба;
5) по способу воздействия на отсчетную систему — шкаловые меха-
нического устройства (если отсчет производится непосредственно
в плоскостях расположения самих шкал или их изображений) и оптиче-
ские микрометры или компенсаторы (если воздействие производится на
лучи, передающие изображение шкал);
6) системы последовательного и параллельного действия (одинар-
ного и двойного изображения);
7) по способу возможных математических действий—системы мно-
жительные одинарного изображения и суммирующие двойного изоб-
ражения.
Точность отсчетных устройств определяется точностью оптических
систем, точностью изготовления и сборки отсчетных элементов — шкал
и нониусов, а также точностью совмещения штрихов при производстве
отсчета. На точность совмещения влияет контраст изображения и его
освещенность, парадликс пюбражеипя, утомление наблюдателя. При-
менением оптических микрометров пли фоюэлектронного устройства
для наведения па штрих можно значительно повысить точность совме-
щения.
Оптические отсчетные устройства
непосредственного отсчета
К ним относятся устройства прямого отсчета, отсчета по нониус-
ной и растровой шкалам.
1 Устройства прямого отсчета. Отсчет производится по положению
индекса, без совмещения со штрихом шкалы, с оценкой доли деления
на глаз. Оптическая система служит только для увеличения видимых
размеров шкалы.
512
2. Отсчет по нониусной шкале (верньеру). Нониусиой называется
шкала, имеющая деления несколько меньшие(или большие), чем деления
основной шкалы, что дает возможность отсчитывать доли делений ос-
новной шкалы по номеру совмещенного штриха шкалы нониуса. Такой
способ отсчета точнее, чем оценка доли делений основной шкалы на глаз.
3. Отсчет по растровой шкале (по шкале поперечного масштаба или
трансверсальной). Растровая шкала имеет наклонные к вертикали ли-
нии, состоящие из марок в виде точек, квадратиков или биссекторов
(см. рис. 4.37). Сдвиг ппрнха-индекса с одной марки на соседнюю по
вертикали соответствует гори.юн пин.ному смещению шкалы иа вели-
чину а = s/1\1, где х •— расстояние между циклонными ливнями, a N —
число марок в наклонной линии.
Оптические отсчетные устройства
с микрометрами
1. Винтовые окулярные микрометры. Наиболее часто применяются
оптические микрометры с измерительным винтом, у которых сетка с бис-
сектором устанавливается в плоскости изображения окуляра. Отсчет
дробных делений производится по шкале на барабане винта; в последних
моделях шкала проектируется в поле зрения окуляра (см. рис. 14.7 и
14.8). Цена деления 0,01 мм.
2. Окулярные микрометры со спиральной шкалой (см. рис. 14.9).
В этом микрометре шкала на сетке имеет вид двойной (биссекториаль-
ной) спирали Архимеда. Расстояние между спиралями 0,012 мм, шаг
спирали 0,1 мм. Внутри спирали находится круговая шкала, имеющая
100 равномерных делений (см. рис. 4.34). На расстоянии 0,1 мм распо-
ложена вторая неподвижная сетка; на ней по радиусу спирали Архи-
меда имеются два параллельных ппрнха, вдоль которых нанесена рав-
номерная шкала <• ценой деления 0,1 мм. Минимальная цена деления
спираль ною микрометра равна 0,1/100 0,001 мм, где 0,1 — шаг спи-
рали, мм; 100 — число делений Круповой шкалы.
3. Оптические микрометры, смещающие и (обращение. С помощью
оптических микрометров смещение индекса от ближайшего штриха
шкалы измеряется путем перемещения изображения штриха до совме-
щения с индексом и измерения этого перемещения. Оптические микро-
метры делятся па две основные группы: с использованием изменения
направления лучей — оптические компенсаторы; с использованием сме-
щения лучей без изменения их направления. В качестве оптических
элементов, служащих для смещения изображения, применяются вра-
щаемые плоскопараллельные пластинки, оптические клинья, длинно-
фокусные линзы и для грубых измерений — зеркала. В табл. 14.1
даны характеристики оптических микрометров.
Шкаловые отсчетные устройства
К ним относятся:
1) отсчетная система со шкалой (шкалами) и индексом;
2) отсчетная систем:! со штрихом-оценщиком в плоскости шкалы
объекта или ее изображения помещен индекс в виде штриха или биссек-
тора (двойного штриха);
3) отсчетная система пониусиого типа. Снятие отсчета с основной
шкалы производится совмещением ее с другой, выполненной в ином
масштабе шкалой;
17 в. а. пдиув и др. 513
Таблица 14.1. Характеристика оптических микрометров
| Влияние смещения нлн поворота оптических деталей | Линзовый ком- пенсатор Смещение изо- бражения в уг- ловой мере а — a/f'x, где а — смещение линзы * г П р н м е ч а н и е. s' —. расстояние от клина до изображения; а *— угол поворота пластинки; а — угол отклоне- ния луча клином.
Два клина :я параллельно самим себе в клина. В сходящемся пучке Кения равно (при пе = 1,5) араллельном ходе у' = 0,5а / , расстояние системы, образую- после клина Вращение пары клиньев во взаимно противоположных на- правлениях на равные углы отклоняет луч в одной плоско- сти на угол а = (Oi+ а2) cos р, где 0! = аг — угол отклоне- ния луча каждым клином; р — угол поворота каждого клина от начального положения (главные сечения совмещены) Не применяется
Один клнн (ахроматический) С „ ТО к £ 0) О 5 о- т К R Д О то £ Я £ ТО м Ф ТО из S 5 go еф-о. S 2L э Ф О хо со ТО с/j ® „чвю о ойиё СХ So?.©2 « я ю с ??иЗ||ч'т и 4 ч sJ й й « !s II 1 5 8'^3 g-gg-i 5
Плоскопараллельные пластинки (одна нлн две) Не влияет в > В сходящемся пучке* наклонная пластинка вызывает движение изо- бражения по кругу, в параллельном ходе не влияет В сходящемся пучке вызывает смещение на rfsin ап
Характер смеще- ния детали относи- тельно оптической осн системы М Я ?, i-. 5 S ь в X 2? £ я Mo R О ° 5 Й и .. 5 о о 5° о «и О >4 ,55® S D ; • t* sac fc* К 7? «s д л О- g о £ 2 о Й 5 22 х а. £ сх к ® з t( О К О* у М Q. ej S ч о 2 о о о о> с § Й G Й й И К Ч $ d е
514
4)отсчетная система растрового типа. Устройство, в котором для
j повышения точности отсчета применена шкала в виде растра, построен-
ного по принципу поперечного масштаба.
Ливейные шкалы и нониусы. Оценка дробных делений шкалы
' производится с помощью ноииуса или дополнительного механизма точ-
; ного отсчета (рис. 14.1). Нониус служит для более точного, чем на глаз,
j отсчета дробной доли деления шкалы. Длина шкалы нониуса I — па',
• где а’ — интервал нониуса. На этой же длине уложатся уп — 1 делений
Рис. 11.1, Ок'вчный механизм:
| и 3 — шнплы ipyGoio н 1ОЧШИО ок 'кчоп инииетствеиио; 3 винтовой
(И ри II41 ЧП I I'JIb В|>ИЩ<’И11М
основной шкалы с интервалом а. Тогда I — (уп — 1) а; а' = (уп — 1) X
X а/п, где у — модуль ноииуса, который обычно принимается равным
1 или 2: у = (/ + а)/(па). Величина отсчета по нониусу I = уа — а' =
= уа — (уп — 1) aln — а/п; а' — уа — а/п = уа — i.
Форма индексов. В приборах, отсчет но шкалам которых должен
делаться быстро, вместо нониуса применяются дополнительные шкаль-
ные механизмы точного отсчета. Индексы должны быть хорошо заметны
(см. рис. 14.1). Форма индекса б технологически более проста, чем форма
индекса а, но несколько менее заметна.
Допуски па деления линейных
и угловых шкал
Как указано в гл. 3, разрешающая способность глаза позволяет за-
мечать смещение одной линии относительно другой, равное 10". Уста-
новлено, что невооруженный глаз замечает смещение линии до 0,012 мм.
Исходя из этого, допуски иа деления шкал, рассматриваемых невоору-
17*
женным глазом, не следует назначать меньше указанной величины.
Прн рассматривании шкалы через лупу или микроскоп с увеличением Г
этот допуск можно уменьшить в Г раз.
Допуски назначают исходя из технических требований к прибору,
причем следует назначать наибольшие из рекомендуемых допусков.
В табл. 14.2 приведена ширина штрихов, рекомендуемая для некоторых
линейных шкал.
Таблица 14.2. Ширина штрихов
Шкалы Ширина штрихов, мм
Шкалы, наблюдаемые невооруженным глазом: лабораторных приборов военных приборов рассматриваемые при удалении 0,8— 1 м с делениями, заполненными светосо- ставом временного действия * наблюдаемые в лупу или микроскоп Особо точные шкалы лабораторных приборов или станков * Ширина штрихов цифр не менее 1 ми нее 0,6 мм. ** Б зависимости от цены делени O,1540(,g 0,25—О,35+01 0,8—1+0,2 (и более) Не менее 0,8 0,15/Г, где Г — увели- чение лупы или микро- скопа 0,002—0,05 ** г, глубина делений не ме- я и увеличения.
Наибольший допуск на угловые деления не должен превышать
1/4 цепы деления. Для грубых шкал диаметром до 80—100 мм, как пра-
вило, нет необходимости п.тшачать допуск точнее 10'. Предельная ве-
личина допуска должна быть такой, чтобы на глаз не было заметно
иеравиомерности делений шкалы. Например, шкала барабанчика угло-
мерного прибора диаметром 40 мм имеет число делений 100, угловой
размер деления 3,6° (216'), ширину штриха 0,25 мм (45' в угловой мере).
Можно назначить допуск 10—15', так как при этом смещение штриха
будет не более 1/3 его ширины и не более 1/10 цены деления. Допуск на
все деления назначается на отклонение угла между данным штрихом и
нулевым.
Промежутки между ближайшими делениями всех шкал не должны
быть меньше двух-трехкратной ширины штрихов. У шкал с отсчетом
но нониусу часть, па которой нанесены деления, должна быть равна
рабочей части шкалы плюс длина нониуса. Для повышении точности
отсчета рекомендуется в начале и в конце шкалы, а также в конце но-
ниуса наносить но два дополнительных штриха.
516,
Шкалы на металле
Точность отсчета, условия освещения и средства отсчета опреде-
ляют наименьшую линейную величину интервала шкалы. Установлено,
что отсчет по индексу невооруженным глазом для наименьших линей-
ных величин интервалов 0,5; 0,8 и 1,0 мм достигается в долях интервала
соответственно с точностью 1/1, 1/5, 1/10. При наблюдении в лупу с уве-
личением Гл наименьшие интервалы уменьшаются в Г раз. При отсчете
по нониусу невооруженным глазом наименьший линейный интервал
равен 0,8 мм, а с лупой — 0,8/Г мм. Точность отсчета в долях деления по
нониусу зависит от числа его основных делений (л). Расстояние между
нулевым и последним штрихом основных делений нониуса равно длине
(л — 1) или (2м — 1) делений шкалы (прямой нониус) и (л + 1) или
(2л + 1) ее делений (обратный нониус).
Наименьший интервал шкалы, изготовленной из алюминиевого
сплава, равен 0,5 мм, стали — 0,5 мм, латуни — 0,2 мм, нейзильбера —
0,05 мм, серебра — 0,05 мм.
Размеры штрихов
Длина штрихов зависит от значения наименьшего интервала шкалы
(/). Следует назначать: а) длину малого штриха в пределах: 1\ = (1,2-=-
-:-2) t при t С 0,8 мм и /( 1-.-21 при t > 0,8 мм; б) соотношения длин
малых, средних и больших штрихов : /2 : /3 = 1 : 1,6 : 2,6 или : /2 ’•
: -= 1 : 1,5 : 2; в) если шкала имеет только малые или большие штрихи,
то 1 : 1,5 или /, : l3 = 1 : 2.
Длина iiripux.i индекса при расположении его рядом со шкалой
до.'| |.н.1 6i.ni, раина для шкал: а) с одной длиной штрихов — длине
iinpiix.i шкалы, 6) <• двумя длинами иприхоп — полусумме длин боль-
шою и малою иприхоп шкалы; и) < гремя длинами штрихов — длине
Среднею iinpiix.i шкалы. При расположении индекса в плоскости изоб-
ражения шкалы Ti.iiiii.i ниpiix.i nii'icKcn не нормируется.
Длина иприхоп нониуса должна бып. p.iiiua длине соответствую-
щих штрихов сопряженной с ней шкалы. При шкале с одной длиной
штрихов длина нулевого и последнего штрихов нониуса принимается
равной 1,5 от длины штриха шкалы. Предельные отклонения длин
однозначных штрихов для разных деталей устанавливаются +10%
от соответствующих значений, для одной детали — ±5%.
Т а б л и ц а 14.3. Допуски на ширину штрихов, мм
Ширина штриха Предельное откло- нение Допустимая разность ширины штрихов в одной шкале
Ог 0,010 до 0,012 » 0,016 » 0,030 0,05 Ог 0,08 до 0,10 » 0,12 » 0,20 » 0,25 » 0,40 » 0,50 » 1,20 1 0,003 + 0,006 -1 0,01 ± 0,02 + 0,03 ±0,04 ±10% от ширины штриха 0,002 0,004 0,006 0,012 0,020 0,030 10% от ширины штриха
517
Т а б л и ц а 14.4 Ширина штрихов
Материал шкалы Длина интер- вала, мм Ширина штри- ха, мм
свы- ше ДО
Серебро, нейзильбер 0,05 0,15 0,010—0,016
Серебро, нейзильбер, алюминиевый 0,15 0,2 0,010—0,020
сплав АВ Нейзильбер, серебро, алюминиевые 0,2 0,4 0,016—0,030
сплавы Алюминиевые сплавы, нейзильбер 0,4 0,7 0,03-0,10
Сталь 0,7 1,0 0,08; 0,10
Латунь, алюминиевые сплавы 0,7 1.0 0,10-0,16
Сталь 1.0 1,5 0,16; 0,20
Алюминиевые силаны 1.0 1.5 0,10—0,20
1,5 2,0 0,16—0,25
Сталь, латунь 1,5 2,0 0,20; 0,25
Сталь 2,0 3,0 0,30; 0,40
Алюминиевые сплавы 3,0 5,0 0,50—0,70
Латунь 5,0 8,0 0,8-1,2
» 8,0 — >0,15 t
Ширину штрихов шкалы назначают исходя из длины интервала
(табл. 14.3) и материала (табл. 14.4). Видимая угловая ширина штрихов
не должна быть менее 40". Ширина штрихов индекса и нониуса должна
быть равна ширине штриха шкалы. Ширина штрихов, заполненных све-
тящимся составом, должна быть ие менее 0,5 мм.
Точность шкал
В зависимости от вида, требуемой точности отсчета, длины и диа-
метра шкалы предельные отклонения иа интервалы делений должны
определяться по табл. 14.5—14.7. Непараллельиость штрихов нс должна
Т а б л и ц а 14.5. Допускаемые отклонения расстояний
между двумя любыми штрихами прямолинейных шкал, мм
Номинальная длина шкалы, мм Класс точности
1 2 3 4
До 50 Св. 50 до 100 Св. 100 Длина одного любого деления ±0,01 ±0,02 ±0,03 ±0,005 ±0,02 ±0,05 ±0,10 ±0,01 ±0,05 ±0,10 ±0,20 ±0,02 ±0,10 ±0,20 ±0,50 ±0,05
518
HL.. z_________________I
Таблица 14.6. Предельные отклонения углов
между двумя штрихами круглых,
дуговых плоских и конических шкал,
Проверяемый угол на шкале Класс точности
1 2 3 4 5 6
Одно любое де- ление Между двумя лю- быми штрихами в пределах всей шка- лы ± 10’ ±0,25 1.0,25 ±0,5 । 0,5 ±1 ±1 ±2 ±2 ±5 ±5 ±10
Таблица 14.7. Допускаемые отклонения углов
между двумя штрихами цилиндрических шкал,
Проверяемый угол на шкале Класс точности
I 2 3 4 5
Одно любое деление ±20" ±3 ±5 ±8 ±15
Между двумя любыми штри- хами в пределах всей шкалы ±0,5 ±5 ±8 ±12 ±20
превышать значении, установленных табл. 14.5 для прямолинейных
(акал, табл. 14.7 с пересчетом угловых значений в линейные для цилин-
дрических шкал. В обоснованных случаях допускается применение
шкал более высокой точности.
Размеры цифр и знаков
Видимая высота цифр и знаков ие должна быть менее 2 мм. Наи-
геньшая высота цифр и знаков на серебре, алюминиевых сплавах,
1ейзильбере и латуии — 0,4 мм, на стали — 1,0 мм.
Профиль штриха
Профиль сечения штриха определяется способом его нанесения
(пластической деформацией — давлением, строганием, фрезерованием
дисковой и концевой фрезами). Глубина штриха должна составлять
0,3—0,8 ею ширины, а в случае заполнения светящимся составом —
Не менее 0,8 ширины.
КОНСТРУКЦИИ ОТСЧЕТНЫХ УСТРОЙСТВ
Конструкции отсчетных устройств должны удовлетворять следу-
ющим требованиям:
’ 1) обеспечению удобного отсчета измеряемой величины, достаточ-
ной освещенности, отсутствия бликов;
519
2) собственная ошибка отсчетных устройств (шкала, индекс) должна
быть значительно меньше, чем ошибка измерительного устройства при-
бора;
3) должно быть предусмотрено удобство юстировки нулевого поло-
жения шкал;
4) во избежание ошибки от параллакса края штрихов шкалы и.ин-
, z декса должны быть расположены
в одной плоскости и с малым раз-
рывом;
5) толщина штрихов шкалы и
нониуса (индекса) должна быть оди-
наковой;
6) необходимо предусматривать
подсветку шкалы для пользования
ею в ночное время.
Некоторые типовые конструк-
ции отсчетных устройств даны на
рис. 14.1 — 14.8. На рис. 14.9 пока-
зана конструкция отсчетного оку-
ляра инструментального микро-
скопа.
Рис. 14.2. Типовой отсчетный барабан привела: а — без
фиксатора:
1 — шкала; 2 — гайки; 3 — планки с индексом;
б—с фиксатором:
1 — подшипник; 2 — пружинное кольцо, закрепленное в двух
точках на подшипнике 1 и в двух точках иа кольце 3;
3 — кольцо с торцовыми зубьями; 4 —• фланец с торцовыми
зубьями
В винтовом окулярном микрометре ОРИМ-1 (Г = 15х), показан-
ном на рис. 14.8, отсчетная шкала с ценой деления 0,01 мм представляет
собой стеклянный лимб 3, закрепленный на вращающейся вместе с ба-
рабаном 1 микрометра гайке 2. Изображение шкалы лимба оптической
системой проецируется в плоскость сеток 4 и 5. На неподвижной сетке 4
нанесена шкала (в миллиметрах), на неподвижной сет ке 5 имеете^' ин-
декс. На рис. 14.10 показан винтовой окулярный микрометр МОВУ-Т-15Х
с угломерным устройством (цепа деления 6'). "
;520
В оптической отсчетной системе координатно-расточного станка
(рис. 14.11) на шкалу 2 растрового типа оптической системы проеци-
" руется отсчетный штрих 3 линейной или круговой шкалы, закреплен-
ной на неподвижной части станка. Рамка со шкалой 2 подвешена на двух
плоских пружинах 1. С по-
мощью дифференциального вин-
та 6 и сухаря 5 шкалу 2 можно
смещать, при этом механический
индекс 7 перемещается с боль-
шей скоростью вдоль шкалы 8,
цена деления которой состав-
ляет 1/10 цены деления растро-
вой шкалы. Винт 4 служит для
установки растровой шкалы на
нуль.
Более часто применяются
отсчетные устройства, в которых
растровая шкала установлена
в фокальной плоскости проек-
ционного объектива. В эту же
плоскость проецируется изобра-
жение отсчетной линейки или
Рнс. 14.3. Отсчетный барабан с шай-
бо-кулачковым ограничителем вра-
щения:
1 — шкала; 2 — стопор; 3 — винт; 4 —
фиксирующий кулачок; 5 — кулачков
вая шайба; 6 — упорный штифт
ним ковы для штриха линейки и
.• 11<к"!рос11 ряд отсчетных оптических
юрсжущпх стлпкоп.
шкалы, а затем изображение
штриха линейки и растр сов-
местно проецируются на экран,
иа котором наблюдают совме-
щение штриха с требуемым
делением растра. Такая система
|||>тпол>|ст исключи! и ошибки
проецирующей системы (они о
для pacipii). 11о описанной схек
ycipoiic in дли 'ЮЧ1П.1Х Mcia.'i.
Рис. 14.4. Микрометрический винт со шк.чл.чми грубо-
го / и точного 2 отсчетов перемещения столика микро-
скопа
Одной нз доминирующих ошибок в угломерных приборах является
ошибка от эксцентриситета круговых шкал, которая равна Д<р =
= е sin ф/7?, где е — эксцентриситет; 7? — радиус окружности делений;
ф — угол поворота шкалы от начального положения. Для исключения
этой ошибки применяется отсчет в двух диаметрально расположенных
Точках шкалы, причем берется средняя величина отсчета. Часто
... .521
используют оптические системы, с помощью которых можно сразу
получать среднее значение из двух отсчетов (системы для совместного
отсчитывания).
Рис. 14.5. Спиральная шкала с
внутренней нарезкой (индекс не-
подвижен, шкала вращается и
перемещается)
Рис. 14.6. Спиральная шкала с
перемещающимся по спираль-
ной нарезке индексом (вращается
только шкала)
Способ совместного отсчета (рис. 14.12) состоит в том, что углы от-
считываются с одной стороны А лимба, совмещая оптическим путем
ее изображение с изображением противоположной стороны В лимба и
неподвижным индексом. Прн этом в поле зрения, например, отсчетного
Рис. 14.7. Винтовой окулярный микрометр MOB-1-15 X;
У — неподвижная сетка с делениями; 2 — подвижная сетка с биштрп-
ком; 3 — защитное стекло; 4 — разрезная конусная гайка
микроскопа получаются две касающиеся дуги (части лимба), которые
при вращении лимба движутся в разные стороны. Отсчет складывается
из двух частей — отсчета значения ближайшего к индексу младшего
штриха А лимба и отсчета длины дуги: Л5 АВ'И.
522
Рис, 14.9. Окулярный микрометр универсального микроскопа со
спиральной шкалой 1 и сеткой 2
‘523
Рис. 11.10. Угломерное устройство винто-
вого окулярного микрометра МОВУ-1-15Х;
1 — угломерная шкала; 2 — нониусы
Рис. 14.11. Механизм растровой сетки оп-
тического отсчетного устройства коорди-
натно-расточного станка
На рис. 14.13 показан фотоэлектрический датчик для измерения
перемещения с растровой системой. На перемещающейся части установ-
лена линейка 2 с нане-
сенными на ней череду-
ющимися прозрачными и
непрозрачными штрихами
равной ширины. За нею
неподвижно расположена
такая же линейка 3. Чи-
сло полос на линейке мо-
жет быть 100 и более на
1 мм. Свет от источника
1 через линейки (решет-
ки) 2 и 3 направляется
на разделительную приз-
му 4, которая верхнюю
часть пучка направляет
на фотоэлемент 5, а ниж-
нюю — на фотоэлемент
6. У неподвижной линей-
ки 3 верхняя часть полос,
через которую идет свет
на фотоэлемент 6, сдви-
нута по отношению к ниж-
ней части полос на чет-
верть шага полос. Благо-
даря этому при движении
линейки 2 свет попадает
поочередно на фотоэле-
менты , импульсы от кото-
рых идут попеременно.
Таким способом можно
производить счет полос
и определять величину
перемещения, его ско-
рость по частоте импуль-
сов и направление по по-
следовательности сигна-
лов. Еще большую точ-
ность измерения переме-
щения можно получить,
используя растр в виде
так называемых муаро-
вых полос (рис. 14.14). Точность отсчета повышается примерно
пропорционально etg р. Широкое применение получили окулярные
микрометры двойного изображения. Ме-
тод двойного изображения повышает
точность измерения и дает возможность
быстрого и точного наведения на центр
симметрии контура фигуры, отверстия.
Показателем наведения на центр сим-
метрии контура фигуры является пол-
ное совпадение или точное симметрич-
ное расположение контуров зеркально
раздвоенных изображений фигуры. При
д
Рис. 14.12. Схема совмест-
ного отсчета
этом одно изображение зеркально повер-
нуто, как показано на рис. 14.15.
Окулярный микрометр двойного изобра-
жения ОГУ-22 и ход лучей в нем см. [27, 33].
Рис. 14.14. Схема
растра с муаровыми
полосами:
1 и 2 — подвижные
решетки; 3 — вид
муаровых полос
Рис. 14.15. Вид-поля
зрения в ОГУ-22 при
измерении расстояния
между центрами отвер-
стия
Применяемые материалы
В качестве материала для гравируемых
шкал применяются металлы и пластмассы.
.'himi/ut, ЛС5!)-1. Деления получаются
•пн 11.1МП, обработка не вызывает затруднений.
Требуется отделка дли защиты от коррозии
(хромирование, ппкелировапие или окраска).
JlKi/xi.iKiMiitiin'i iiiiie/iilhiil и
Твердый обрабатывается хорошо, деления
получаются чистые; отожженный дает менее
чистые деления. Применяется с, отделкой
(окраска, оксидирование, хромирование) и
без отделки.
Нейзильбер. Рекомендуется для высо-
коточных угломерных шкал с наиболее
тонкими делениями, наблюдаемыми через
лупу или микроскоп. Отделка не тре-
буется.
Нержавеющая сталь. Обрабатывается
значительно хуже, чем ранее перечисленные
материалы.
Серебри. Иногда применяется для особо точных угловых шкал с са-
мыми тонкими делениями, наблюдаемы мп через луиу или микроскоп.
Сталь конструкционная. Применяется главным образом для боль?
ших шкал, наблюдаемых невооруженным глазом. Чистота делений
невысокая; требует защитной отделки.
Поверхность металлических шкал делают матовой во избежание
появления вредных бликов.
Пластмассы. Применяются все виды твердых пластмасс. Для про-
зрачных гравированных шкал применяется главным образом органн-
625
четкое стекло. Деления на,шкалах из пластмасс гравируют или получает
При, прессовании, за исключением шкал из органического стекла. При
прессовании деления, как правило, делаются выпуклыми. Углубленные
Деления получать прессованием трудно и большей частью невыгодно
вследствие высокой стоимости пресс-форм. Деления на шкалах и индексы
заполняют красками. Заполнение делений светящимися составами по-
стоянного действия запрещено ввиду наличия гамма-излучения. Светя-
щиеся составы временного действия (требующие зарядки на свету) при-
меняются мало.
Точные фиксаторы
Фиксаторы служат для остановки н удержания движущихся дета-
лей в определенном положении относительно неподвижных частей.
Усилие, развиваемое фиксатором при остановке деталей, должно пре-
вышать усилие, необходимое для движения детали вне зоны действия
фиксатора. Точные фиксаторы применяют в различных отсчетных уст-
ройствах для фиксации положений шкал, визирных призм или других
нзмер|пс.'11,ш,1Х элементов (например, точных винтов), а также для фик-
Рис. 14.10. Конструкция жесткого фиксатора:
f — дужка с пазами фиксации защелки; 2 — яящелкл; 3 — винт,
удерживающий защелку от выпадания; 4 —- корпус; 5 — упор Для
пальца; О' — кнопка
сации сменных оптических узлов (револьвера с микрообъективами,
переключающихся призм, лииз, сеток и т. п.).
Для точной фиксации требуется, чтобы фиксатор имел минималь-
ный люфт или обеспечивалось полное отсутствие люфта. Фиксатор вхо-
дит в фиксирующую лунку и своим усилием заставляет движущуюся
деталь дойти до требуемого фиксируемого положения.
В приборах применяются жесткие и упругие фиксаторы. Жесткие
фиксаторы (запоры) устроены так, что для смещения фиксированной
детали требуется предварительно вывести запирающую деталь из за-
цепления с фиксируемой деталью. Жесткие фиксаторы более надежно
526
работают в условиях ударов и вибраций. Однако жесткие фиксаторы
не обеспечивают безлюфтовой фиксации. При применении жестки
фиксаторов следует использовать конструкции, в которых отпирание
Рис. 14.17. Схема действия сил в упругом фиксаторе:
1 — пружина; 2 — движущаяся деталь
Рис. 14.18. Точный пружинный фиксатор:
1 — яуб <|>нк<• in<।р,1; 2 - пружин»; Л — фиксируемая деталь
(вывод фиксирующей детали) производится
таскиваннем фиксатора. Пример такой
рис. 14.16.
Практически безлюфтовая фиксация
достигается в некоторых конструкциях
упругих фиксаторов или с помощью за-
жимов. Надо иметь в виду, что даже при
безлюфтовой фиксации некоторый угловой
люфт' вращающейся детали может оста-
ваться за счет зазора и подпиши икс.
В конструкциях с упругими фикса-
торами деталь вын<Щ1НМ1 из фиксиро-
ванного положения при приложении
усилия, большего, чем усилие, необхо-
димое для. ее движения вне зоны дей-
пажатием пальца, а не вы-
конструкции показан иа
Рис. 14.19. Точный
ствня фиксатора. Принцип действия уп- пружинный фиксатор
ругого фиксатора показан на рнс. 14.17.
Усилие, развиваемое фиксатором в напра-
влении движения детали 2 должно быть больше силы трения движения
(или вращения) этой детали. Тогда фиксатор при входе в фиксирующую
527
лунку своим усилием заставит движущуюся деталь дойти до требу-
емого точно фиксированного положения. Чтобы это произошло, сила
пружины 1 фиксатора Р должна быть больше силы трения R фиксиру-
емой детали в соотношении P/R ctga > 1,3-г-1,5.
Во избежание постоянного трения и износа фиксатора и поверх-
ности, по которой мог бы скользить фиксатор на фиксируемой детали,
целесообразно, чтобы действие фиксатора начиналось только вблизи от
места фиксации. Конструкции фиксаторов такого рода, дающих без-
люфтовую фиксацию, показаны на рис. 14.18 и 14.19. Торцовые зубчатые
фиксаторы на мембранных пружинах (см. рис. 14.2, б) обеспечивают до-
статочно точную фиксацию и хорошую устойчивость при ударах. Не-
Рис. 14.20. Зажим с предохранением от деформации
фиксируемой детали:
1 — плоская пружина; 2 — зажимной винт; 3 — тормоз-
ные колодки
правильно для фиксации одной детали применять два одновременно ра-
ботающих фиксатора, например пружины, так как фиксация будет не-
четкой из-за неодновременной их работы.
Широко распространенные упругие шариковые фиксаторы [93]
работают достаточно надежно и дают меньший износ фиксируемых де-
талей, ио не могут быть выполнены безлюфтовыми вследствие неиз-
бежного зазора между шариком и несущей его втулкой. Практически
без Л1О()на работают зажимы (тормоза). Однако при жестких конструк-
циях тормозов часто нояшкаюг смещения или деформации фиксируемых
деталей. Поэтому следует фиксацию осуществлять через гибкую деталь
(рис. 14.20). Конструкцию тормозов см. также и |92, 931.
Литература; [27, 28, 30, 31, 33, 50, 58, 01, 89, 92, 93].
(' Л Л В Л 15
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ И ОСУШКА ПРИБОРОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Приборы, работающие на открытом воздухе в различных атмо-
сферных условиях, должны быть защищены от попадания во внутрен-
ние полости пыли и влаги, а также от запотевания при низких темпера-
турах или при резких колебаниях температуры окружающего воздуха.
Как правило, такого рода приборы не имеют полной герметичности,
так как обеспечение ее усложняет и удорожает конструкцию. Важно,
чтобы обмен находящегося во внутренних полостях воздуха с наружным
был, по возможности, затруднен. Этот обмен помимо естественной диф-
фузии усиливается вследствие изменения давления воздуха внутри
прибора при изменениях температуры окружающей среды. Скорость
обмена воздуха зависит от степени герметичности, которая должна за-
медлить этот обмен настолько, чтобы установленные в приборах патроны
осушки успевали поглощать влагу из воздуха, проникающего в прибор.
Процесс запотевания оптических деталей происходит следующим
образом. При охлаждении прибора влага из воздуха, находящегося
внутри прибора, в первую очередь конденсируется иа металлических
деталях, имеющих большую теплопроводность по сравнению с оптиче-
скими деталями, особенно иа внутренних стенках корпусов, крышек
и т. и. Если оптические декиш успевают охладиться до тех пор, пока
еще не вся влага конденсировалась, то часть ее может осесть на них.
При нагреве охлажденного прибора металлические детали нагре-
ваются быстрее, и осевшая на них влага, испаряясь, оседает на оптиче-
ские детали, которые вследствие меньшей теплопроводности нагре-
ваются медленнее. Поэтому в этот период наблюдается особенно интен-
сивное запотевание оптики, которое по мере прогревания оптических
деталей исчезает. Такое явление иногда наблюдается при испытании
приборов охлаждением, когда только что вынутый из камеры прибор
вносят в помещение с нормальной температурой.
Герметичными приборами считают такие, у которых избыточное
давление в 19 ООО Па попиж.шея ва ПО’.’о ве бьк-ipee чем за 6 ч. Прибо-
рами средней герме।ичш>сiи cniii.nor такие, У ноюрых указанное выше
понижение давления происходи г не менее чем за 10 мни.
Герметичность обеспечип.тетея следующими мероприятиями.
1. Места соединений наружных оптических и механических дета-
лей должны быть уплотнены эластичными прокладками или уплотни-
тельными замазками. В качестве уплотнительных прокладок приме-
няются: резина по ТУ 38-105376-—72 или ТУ 38-105537—73, фторопласт
или полихлорвинил. Перечень и характеристики уплотнительных за-
мазок приводятся в гл. 23.
529
Основными деталями, определяющими герметичность приборов!
являются корпуса и крышки. Поэтому особенно важно, тщательно
уплотнять места разъемов и соединений наружных деталей с корпусом
(крышкой). Число разъемов должно быть минимальным.
2. Корпуса и другие наружные детали не должны иметь сквозных
раковин и пор.
3. Все выходящие наружу подвижные детали должны иметь саль-
никовые уплотнения. Следует применять посадки с малыми зазорами
прн достаточно длинных сопряжениях налов и втулок. Необходимо
стремиться к тому, чтобы воздушные полости внутри прибора были по
возможности меньшими.
КОНСТРУКЦИИ КОРПУСОВ ПРИБОРОВ,
САЛЬНИКОВ, ПАТРОНОВ И КЛАПАНОВ ОСУШКИ
Корпуса предохраняют оптические системы, электрические уст-
ройства и механизмы приборов от повреждений и внешних воздействий.
Конструкция закрытых корпусов должна быть удобной для монтажа и
регулировки механизмов и электрических устройств, юстировки опти-
ческих систем, а также для ремонта прибора. Форма и внешнее оформле-
ние корпусов должны соответствовать требованиям технической эсте-
тики. Технологически наиболее удобна конструкция корпуса, состоя-
щая из основания (цоколя), на котором монтируются узлы прибора, И
съемного кожуха, закрывающего внутренние части прибора. Способ за-
крепления кожуха на основании, наряду с обеспечением требуемой плот-
ности соединения, не должен вызывать деформации основания.
Рис. 15.1. Схемы компенсации и уплот-
нения корпусов:
1 •— корпус; 2 — крышка; - замазка
или эластичная прокладка
Рис. 15.2. Уплотнения между
деталями:
/ -- прокладка; 2 — замазка
Схемы компоновки корпусов показаны на рис. 15.1, примеры
уплотнений между деталями — на рис. 15.2.
Литые корпуса и крышки приборов, к которым предъявляются тре-
бования высокой герметичности, необходимо проверять на отсутствие
сквозных раковин и пор. Не рекомендуется делать сквозные резьбовые
отверстия. Разъем корпуса с крышкой (кожухом) должен удовлетворять
следующим требованиям:
1) число и расположение точек прижима (соединительных винтов)
должно обеспечивать достаточное и равномерное прижатие крышки
(кожуха) по всему периметру разъема;
2) соединительные винты должны располагаться снаружи относи-
тельно герметизирующей прокладки иа небольшом расстоянии от неб.
БЗО
...Количество точек, прижима зависит .от жесткости прижимаемой
детали в данном сечении,, жесткости прокладки, требующейся степени
^рметизации и диаметра винтов. Конструкция откидных кожухов
рышёк) на петлях менее надежна по
герметмзацйи, так как не обеспечивает
возможности равномерного прижима по
периметру.
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ УПЛОТНЕНИЯ
, Усилие сжатии крышки и корпуси
дрц достаточной их жег i косi и. и coonier-
ртвии со схемой (рис. 15.3), вычисляется
йо формуле
Рк
р
н
S1IS
P^Pk + Pn,
где Pft == nd^p/4 — сила отрыва, зави-
сящая от внутреннего давления; Рп—
ч= яЛцЬ^Рп — сила сжатия прокладки,
обеспечивающая требуемую герметич-
ность; — ширина прокладки в сжатом
Состоянии; рп = phi /р. — необходимое
усилие
нальиое
единицу
сжатой
фициент
ляющий
единицу
к давлению прижима прокладки, создающего это усилие.
Приближенно р определяется ил ранеиетпа силы трения и выталки-
вающей силы, приходящихся на единицу длины прокладки, т. е. phi =*
Рп = phi'/p. — необходимое
сжатия прокладки, пропорцио-
выталкивающему усилию pht иа
длины прокладки; йа — толщина
прокладки; р. = ph2/рп — коэф- •
пропорциональности, представ-
собой отношение максимального
длины прокладки, противодействующего ее выталкиванию,
Рис.
чету
15.3. Схема к рас-
элементов уплотне-
ния
усилия, приходящегося иа
Таблиц а 15.1. Допускаемые напряжения сжатия
для резиновых прокладок
Характеристика и группа резины по ТУ 38-105376 — 72 Предел прочности при разрыве. 10ь Па, ие менее Условия работы
вм ВС Морозостойкая мягкая ММ Морозостойкая средней твердости МС 40 45 35 40 Небольшие нагрузки Средние нагрузки Небольшие нагрузки Средние нагрузки
Примечание. Допускаемое напряжение а в 5—8 раз меньше
указанного предела прочности. Верхний предел — для корпусов при-
боров, работающих в сложных условиях длительное время.
531
*= FTp «» pnb^f, где ]— коэффициент трения прокладки о корпус;
отсюда Рп = хг dnh2p. Окончательно
1
2fdn J
Р-
Наибольшая допускаемая толщина й2 сжатой прокладки в зависи-
мости от допускаемого напряжения сжатия ее материала о, определяю-
щего допускаемое да-
вление сжатия Рп, мо-
жет быть найдена по-
сле замены Рп~(Рп)~
= (о). Допускаемые
напряжения для ре-
зины приведены в
табл. 15.1.
Число винтов опре-
деляется из выражения
Рап^Р С -2^- (ов) п,
где Рв — усилие, приходящееся на
один винт; (<тв)—предел прочности
на разрыв материала винта; d0 — вну-
тренний диаметр винта.
Число винтов необходимо выби-
рать возможно большим, а их диа-
метр — меньшим, чтобы уменьшить
усилие Рв и получить допускаемый
для данного фланца корпуса и крыш-
ки изгибающий момент и стрелу про-
гиба на участках между винтами.
Жесткость фланца и крышки должна
быть достаточной. В случае необхо-
димости ее увеличения следует пред-
Рис. 15.4. Типы фетровых усматривать вдоль фланца ребро же-
сальпиков сткости.
Конструкцию крепления и раз-
меры легален для прижима защитных
стекол определяют исходя из допустимых деформации стекла. Допу-
скаемую деформацию для защитных стекол оптических систем рассчи-
тывают с учетом обеспечения сохранения качества изображения и проч-
ности стекла. Прочность силикатного стекла на изгиб составляет
(84-16) 10’ Па.
На рис. 15.4 приведены конструкции сальников обычного типа. Эти
конструкции просты и широко применяются для малоответственных
случаев. Сальники обеспечивают герметизацию при избыточном давле-
нии 20-108—40-103 Па. Их конструкции имеют следующие недостатки:
1) для получения хорошей герметичности соединения необходимо
сильно поджимать уплотнительное кольцо, что приводит к возрастанию
момента трения па валике;
. 2) сальниковое кольцо, изготовляемое из фетра или из войдока{
быстро деформируется или изнашивается, ухудшая герметичность
соединения.
532
Этот недостаток мало ощущается, если диаметры валиков не превы-
шают 15 мм, но становится существенным при больших диаметрах.
Поэтому в некоторых случаях целесообразно применять так называемые
мембранные сальники (рис. 15.5), которые практически не изнашиваются
Рис. 15.5. Мембранные сальники
и сохраняют постоянным мо-
мент трения. Уплотнение с
одной мембраной (рис. 15.5,а)
обеспечивает герметичность
в пределах (20 4- 30) 103 Па.
Материал, применяемый
для мембран: бронза
БрКМЦ-3-5, ГОСТ 4748-70,
толщиной 0,1—0,3 мм; лен-
та стальная пружинная,
ГОСТ 21996—76, толщиной
0,1—-0,3 мм. Рекомендуется мембраны притирать и ставить на смазку.
Прогиб мембраны должен быть таким, чтобы обеспечивалось плотное
прилегание по кольцевой поверхности. Мембранные сальники можно
выполнять и с несколькими мембранами (
(рис. 15.5, б). В этом
Рис. 15.6. Передача вращения в герметичный
корпус:
/ — резиновый колпачок; 2 — коленчато-изогнутый ва-
лик; 3 — металлический колпачок; 4 — металлический
колпачок; 5 — валик с пазом на фланце
случае их изготавливают из лепты толщиной 0,08—0,1 мм.
На рис. 15.6 показан полностью герметизированный ввод враща-
ющегося валика в корпус.
Для постоянного поглощения водяных паров с целью избежания
конденсации влаги или образования инея на поверхностях оптических
деталей применяют патроны осушки. Типы, исполнения, габаритные
размеры и краткое описание патронов осушки, применяемых в оптиче-
ских'приборах, приведены в табл. 15.2. Вместимость внутренней полости
патрона, предназначенной для помещения адсорбента (силикагели),
следует выбирать из табл. 15.3. Выбор вместимости патрона осушки в
533
J
Т аблица 15.2. Характеристика патронов осушки
Эскиз
Краткое описание
конструкции
Патроны осушки с резьбовым креплением (типа ПОР)
I
В корпусе, закрываемом
резьбовой крышкой со смо-
тровым стеклом, помещается
силикагель. Дном корпуса
патрона служит пористое
стекло. Крепление к прибо-
ру осуществляется с помо-
щью наружной резьбы
II
В корпусе патрона поме-
щается капсула с силикаге-
лем. Капсула закрыта крыш-
кой со смотровым стеклом и
через уплотнительную рези-
новую прокладку при помо-
щи резьбы на крышке сое-
диняется с корпусом. Дном
корпуса служит пористое
стекло. Патрон крепится к
прибору с помощью резьбы
на нижней части кожуха
III
Помещенный в корпусе
стакан с силикагелем закрыт
резьбовой крышкой со смо-
тровым стеклом. Между
крышкой и стаканом поме-
щается уплотнительная рези-
новая прокладка, а между
стаканом и дном корпуса —
пружина. Дном корпуса слу-
жит пористое стекло. Креп-
ление патрона к прибору осу-
ществляется при помощи
резьбы на корпусе
534
Продолжение табл. 15.2
Краткое описание конструкции
В корпусе помещена кап-
сула, и которой находится
бумажный стакан с шелко-
вым мешочком, наполненным
силикагелем. Капсула через
уплотнительную прокладку
закрывается крышкой со смо-
тровым стеклом. В корпусе
имеется подпружиненная
втулка. При смене капсулы
в патроне втулка под дей-
ствием пружины поднимает-
ся до упора и перекрывает от-
верстия корпуса, соединяю-
щие полость патрона с поло-
стью прибора, исключая по-
ступление наружного возду-
ха в прибор. На корпусе па-
трона имеется наружная
резьба, с помощью которой
он крепится к прибору
Патроны осцнкн с фланцевым креплением (типа ПОФ)
I
Конструкция патрона ана-
логична исполнению IV
I ЮР. Крепление патрона осу
щееП1ляется четырьмя вин-
тами
535
Продолжение табл. 15.2
5
О w
с 5:
и £
S и
Эскиз
Краткое описание конструкции
II
В корпусе, закрываемом
через уплотнительную про-
кладку крышкой со смотро-
вым стеклом, помещен ста-
кан, разделенный металли-
ческой сеткой на две секции.
В верхней секции находится
силикагель-индикатор, в
ннжнен — технический сили-
кагель. Лио корпуса и ста-
кана выполнено из металли-
ческих решеток, шелка и
конденсаторной бумаги. Па-
трон крепится к прибору ше-
стью винтами
В корпусе помещен ста-
кан с силикагелем. Корпус
через уплотнительную про-
кладку закрывается резьбо-
вой крышкой. В верхней ча-
сти стакана имеется смотро-
вое стекло. Дно корпуса и
стакана выполнено из реше-
ток, прокладок из шелка и
конденсаторной бумаги. Кре-
пление патрона к прибору
осуществляется шестью Вин-
гами
зависимости от характеристики герметичности прибора производят сле-
дующим образом: для герметичного прибора вместимость патрона осуш-
ки должна составлять 0,75 см8 иа 1 дм8 внутренней полости; для прибора
средней герметичности — в два раза больше.
В качестве адсорбента применяют силикагель (см. гл. 23). Для па-
тронов, у которых внутренняя полость для помещения адсорбента
представляет одну секцию, используют силикагель-индикатор). Для
патронов, состоящих из двух секций, — силикагель-индикатор И обыч-
ный технический силикагель. j
,<536
| Габаритные и присоединительные размеры, мм | Q 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
43 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1
t- 1 - ОД ОД — С> СП 1-0 . <Э О ОД_ СП од" ф | о? | об со" 1 од’ од" оо 1 —" об ел" I 1 — * 04 —* ОД 04 —• СЧ
•с S CI О О о ОД О СП о О м« О ~ ’Г о <э о од* сч" еч сб см сп о од сч* oj од ч»* сп сч* сч* —. —« - СЧ - — СЧ — СЧ чр — — тГ — 04 — — —
СЧ S О Ф ОД О — СО СП С> ОД ОД СП О О ОД* СП од" ОД гб' оГ ОД СП Тр ОД оГ ОД ОД 'Ф СП СП — — СЧСЧОДСЧОДСЧОД-’Ф — 04 ОД 04 04 04 ОД 04
Q ОДОДГ*ОДГ*1ЛОДГ*ОДОДОДЬ-ОДОДОД'^Ь-ОД СЧСЧСЧСЧСЧСЧСЧОЗСЧСЧОДОДСЧОДОД’^ОД’Ф
43 ОД ОД . ОД . ОД. . ОД ОД . . .ОДО. . S 2 1 S 1 1 Р 1 1 р £5 1 1 1 & $ 1 1
43 | Предельные отклонения | | 9Г0^ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
<0 ОД IQ ОД ОД ОД ОД ОД ОД ОД ОД ОД ОД ОД ОД ОД од о о" о о о о" о о o’ о о о о о" о — о хххххххххххххххххх QOQOOQOOOOOOOOOOOOOOO — сч — счсчсмсосчо4соеосчеоеогососо ssssss???s?ssss5;<<
1 Вместимость патрона, см’ О ОД ОД ОД ОД ОД О О О О О О О СЭ СР о^ ® о_ — —< СЧ СЧ 04 1’" *1- *г од од од о о о о о о
Тип и испол- нение cLcLciiici<iicid<ci.iiiia.iiiia.cLii‘ci оооооооооооооооооо ССССССССЕСЕЕСССССС
'537
от Продолжение табя^-КЗ
Тип и испол- нение Вместимость патрона, см8 Габаритные и присоединительные размеры, мм
d 41 D Н Л *1 42
Предельные отклонения
6? ±0,16
ПОР-III 10,0 М30Х 0,75 ___ 36 35,0 25,0 13,0 — —
ПОР-III 10,0 М36Х1 — 41 27,2 17,2 9,0 — —-
ПОР-1 20,0 М36Х1 — 34,0 44 35,0 2&5 25,0 —•
ПОР-1 20,0 М42Х 1 — 40,0 50 30.7 25,2 20,7 — —
ПОР-II 20,0 М36Х 1 —- 43 45.2 12,0 — —•
ПОР-11 20,0 М42Х 1 — 49 34,8 12,0 — —•
ПОР-Ш 20,0 М36Х 1 — 41 40,2 30,2 15,0 —• —
ПОР-III 20,0 М42Х 1 — — 47 32,6 22,6 12,0 —•
ПОР-Ш 30,0 М42Х 1 47 41,9 31,9 16,0 —г —
ПОР-IV 30,0 М39Х1 — — 48 67,1 47,0 35,0 . —-
ПОФ-1 30,0 — 54±0,28 37,0 44 63,6 45,3 4,8 64
ПОФ-П 50,0 — 66 47,0 66 58,0 35,0 3,5 74
ПОФ-П 80,0 84 55,0 76 57,0 33,5 — 5,5 94
ПОФ-П I 80,0 84 56,0 78 57,0 34,0 — 5,5 94
ПОФ-П 200,0 — 104 73,4 100 87,0 56,0 — 6,5 118
ПОФ-Ш 200,0 — 104 73,4 100 80,0 56,0 — 6,5 118
Приме ч а н и е. Допуск ±0,16 относится к размерам 66; 84 а 104.
^9-9М
Наличие патронов не полностью обеспечивает осушку приборов
в условиях повышенной влажности. В таких случаях приборы периоди-
чески просушивают сухим воздухом с помощью осушительных машин.
Для соединения оптико-механических приборов со штуцером шланга
осушительных машин, отбирающих влагу из нагнетаемого в прибор
воздуха служат клапаны осушки. В зависимости от расположения на
приборе клапаны осушки бывают выступающими и утопленными.
Присоединительные размеры выступающего клапана должны соот-
ветствовать указанным на рис. 15.7, а утопленного — на рис. 15.8.
Запирающее устройство клапана должно обеспечивать соблюдение
герметичности при пневматическом давлении на клапан 0,2 А1Па. При
отжатии втулки клапана до предела воздух должен свободно проходить
через клапан в прибор и из него. При этом площадь сечения открываю-
щихся отверстий должна быть не менее 0,1 см3. С прекращением отжима
втулки клапан должен под воздействием пружины или другого устрой-
ства возвращаться на свое место, надежно запирая проход воздуха.
Литератур»; 18'J, '.ы 1,
Г Л Л В Л 16
ПОКРЫТИЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
ВИДЫ покрытий
Оптические детали изготовляются в двух вариантах: Bj — в обыч-
ном исполнении, В2 — в тропическом исполнении в соответствии с руко-
водящими техническими условиями. Последние устанавливают рекомен-
дации по защите оптических деталей от действия влаги, воздуха и био-
логического обрастания (плесени) в условиях влажного тропического
климата, а также по нанесению интерференционных просветляющих,
светоделительных и зеркальных покрытий и по склеиванию этих деталей.
Покрытия могут быть однослойными и многослойными. Условные
обозначения видов покрытий строятся по следующей схеме:
1) сокращенное обозначение покрытия (табл. 16.1);
2) обозначение исходного материала для обозначения первого слоя
покрытия (табл. 16.2).
3) обозначение способа нанесения первого слоя покрытия
(табл. 16.3);
4) то же (пи. 2 и 3) для второго и последующих слоев покрытия.
Если на оптическую деталь требуется нанести последовательно
несколько покрытий, то обозначение покрытия складывается из услов-
ных обозначений всех наносимых па деталь видов покрытий в последо-
вательности их нанесения слепа направо.
Многослойные покрытия, состоящие из чередующихся слоев, можно
обозначить сокращенно по следующим формулам:
а) для четного числа слоев: (ab)-n/2 (а и b— чередующиеся слои;
п — число слоев);
б) для нечетного числа слоев: (ab) (п—1)/2-а.
К условному обозначению покрытий добавляют еще цифру, пока-
зывающую температуру предварительного прогрева детали, на которую
наносится покрытие, или последующей термообработки слоев покрытия,
если температура прогрева 300—350° С.
Температуру прогрева детален следует изображать следующим об-
разом:
а) в виде индекса у буквы, если покрытие наносится па нагретую
деталь, например: Просветл. 24Н111Ю;
б) в виде цифры перед буквой (перед сокращенным наименованием
покрытия) с точкой между ними, если покрытие наносится на предвари-
тельно прогретую деталь после ее охлаждения, например: Просветл.
300.44Р.43Р;
в) в виде цифры после буквы (после условного обозначения покры-
тия) с точкой между ними, при последующей термообработке слоев по-
крытия, например: Просветл. 45Р.44Р.43Р.300.
641
Таблица 16.1. Условные обозначения покрытий
Вид покрытия Сокращенное обозначение Условное обозначение
Отражающие непрозрачные покрытия (зеркала): внешнее Зеркальн. .О
заднее Зеркальн.
Светоделительные покрытия Светоделит.
Просветляющие покрытия 1[росвегл.
Покрытия-фильтры Фильтр 0^
Защитные прозрачные покры- тия Защити.
Токопроводящие покрытия (обогревающие и др.) Токопров. или обогрев. dD
Поляризующие покрытия Пол яр из.
Т а б л и ц а 16.2. Условные обозначения
исходных материалов, применяемых для покрытий
Материал Услов- ное обо- значение Материал : Услов- ное обо- значение
Алюминий 1 Кремний 12
Золото 2 Ниобий 13
Медь 3 Тантал 14
Никель 4 Титан 15
Палладий 5 Аммоний фосфор но- 21
Платина 6 КИСЛЫЙ
Родий 7 Хромат и бихромат ка- 22
Серебро 8 ЛИЯ
Хром 9 Криолит 23
Серебро С медью 10 Магний фтористый 24
(сплав) Серебро азотнокислое 25
Кадмий II Олово двухлористое 26
642
Продолжение табл. 16.2
Материал Услов- ное обо- значение Материал Услов- ное обо- значение
Сурьма трехсериистая 27 Эфир этиловый диза- 46
Олово двухлористое и 28 мещепный ортоцирко-
висмут треххлористый Цинк сернистый 29 ниевой кислоты (сокра- щенно дизамещениый
Торий азотнокислый 30 циркониевый эфир)
или хлористый Эфир этиловый орто- 47
Кремния одноокись из 31 титановой кислоты с эпо-
окиси кремния и двуоки- си кремния ксидной диановой смо- лой
Окись цинка 32 Кислота азотная 61
Вольфрам шестихло- 34 Кислота соляная 62
р истый Кислота уксусная 63
Цирконий четырех- 35 Диметил ди хл орсил ан 66
хлористый Хромовый ангидрид с 38 или другие силиконовые жидкости
фосфорной кислотой и Метоксиэтилмеркура- 69
кремнефтористым на- трием цетат Винилтрихлорсилан и 70
Эфир этиловый фтор и- 43 уксуснокислая ртуть
стокремииевой кисло- Лак бакелитовый с на- 72
ты (кремниевый эфир) Эфир этиловый орто- 44 полнителем (алюминие- вая пыль, слюда и
титановой кислоты (ти- тановый эфир) Эфиры этиловые фю- 45 ДР-) Лак ниннлнтовый бес- ЦВС1 ный 73
ристокрсмпновой и ор- Лак бутИралыюбаке- 75
тотитаповоп кисло! ы (смесь) лшовый с наполнителем 11арафин 84
Т а б л и ц а 16.3. Условные обозначения
способов нанесения отдельных слоев покрытия
Способ папсссппя Услов- ное обо- | значение Способ нанесения Услов- ное обо- значение
Из расI вора р Нанесение расплава н
Испарение в вакууме и Нанесение кистью, п
Травление Электролиз Из газовой фазы Катодное распыление т К пульверизатором или центрифугированием Испарение с помощью электронного нагрева иэ
‘543
Таблица 16.4. Основные характеристики покрытий
Обозначения: В — Вода; ВА — влажная атмосфера; СВ — сухой воздух; МВ — морская вода; ЗПТ —
запотевание; КС — кислая среда; ЩС — щелочная среда; КР — кислый раствор; ЩР—щелочной раствор;
ОР — органические растворители; Г — газы; ЦВ — царская водка; БВ — бромная вода
Обозначение н вид покрытия Оптические характеристики Устойчивость к воздействию Механи- ческая проч- ность (группа) Термическая прочность (рабочая и максималь- ная °C) Область применения
Непрозрач Зеркальн. 1И Алюминирование ные покрытия наруж р 4 = £8% ; для X = 250-=- ±400 нм р 80% ных зерка СВ, разруша- ется в ВА, при ЗПТ и в ЩС Л С В Н III е ш н и м о ±60 +200 тражением Лучшее покрытие для защищенных от пыли зеркал, рабо- тающих в УФ области
Зеркальн. 9И.1И Алюминирование с подслоем хрома р.4 =85%; рассеяние при толщине слоя до 0,8 мкм 0,2%, прн толщине слоя до 3 мкм 2—3. ВА (низкая влажность), разрушается при ЗПТ и в ЩР Дифракционные решетки
Зеркальн. 1И.29И Алюминирование с защитой сернистым цинком р.4 = 85 -н 87% ВА, ЗПТ II ±60 +200 Зеркала лабора- торных приборов и защищенные зерка- ла полевых приборов
Зеркальн. 1И.21Е Алюминирование с защитой оксидиро- ванием в фосфорно- кислом аммонии р.4 не .менее 86% В ультрафиолетовой области около 80% ВА I ±60 +300±+400
I IdllOB и др.
Зеркальн. 1И.21Е.29И Алюминирование внешнее с оксидиро- ванием фосфорно- кислым аммонием н сернистым пинком рА = 93=96% ВА, ЗПТ II ±60 +300
Зеркальн. 1И.21Е.29И Максимум отражения в обла- сти спектра /. = 1 мкм дости- гает 96% Для инфракрас- ной области спектра '/. = 1 мкм)
Зеркальн. 1И.31И Алюминид знание с защитой одноокисью кремния = 85-н 88% В ультрафиолетовой обла- сти резко падает I Зеркала лабора- торных приборов и защищенные зерка- ла в полевых прибо- рах, предназначен- ных для влажного тропического кли- мата
Зеркальн. 1И.21Е.44Р Алюминирование с защитой (фосфорно- кислым аммонием и титановым эфиром В видимой области о j = = 92±94%
Зеркальн. 1И.38Р Алюминирование с защитой оксидиро- ванием в сложном растворе рл= 86±87% II ±60 + 200 То же, что и в пре- дыдущем случае, но для . тропического климата
Продолжение табл. 16.4
Обозначение н вид покрытия Оптические характеристики Устойчивость к воздействию Механи- ческая проч- ность (группа) Термическая прочность (рабочая и максималь- ная Z, °C) Область применения
Зеркальн. 1И.24И.29И Алюминирование с нанесением фтори- стого магния и сер- нистого цинка Рл = 904-95% для белого света Неустойчиво к ЗПТ и в ЩС III ±60 Внутренние зер- кала (когда требует- ся возможно боль- ший рЩ
Зеркальн. 4И.7Е Родий с подслоем никеля Рл = 75 * 78% для белого света В области длин волн 300— 400 нм р = г70*75%, при Х = = 250 н.м ВА, В, МВ, КС, ЩС 0 —180*+300 Рефлекторы с на- ружным отражением для ламп с угольны- ми дугами; зеркала любых приборов
Зеркальн. 9И.7И.7Е Родий с хроморо- диевым подслоем То же, что и в пре- дыдущем случае; зер- кала, соприкасаю- щиеся с морской во- дой
Зеркальн. 4И.5Е Палладий с под- слоем никеля рл = 654-68% (для % = = 550н-700 нм) ВА, В, КС, ЩС, ОР I Рефлекторы с внешним отражени- ем в кинопроекто- рах, прожекторах и Пр.
Непрозрачные покрытия зеркал с задним отражением
- - Зеркальн. 25Р.ЗЕ.72П или 25Р.ЗЕ.75П Серебрение с за- щитой медью и лаком ' рл— 88*92%; *ияХ = 250* *350 нм р = 10*15% ВА при сла- бой концен- трации паров кислот 0 ±60 +200 Лучшее покрытие для деталей с задним отражением
Зеркальн. 1И.72П Алюминирование заднее с защитой ла- ком Рл - 80* 84% ВА, В, МВ, F ±60 300 Зеркала, работа- ющие при высоких температурах (дуго- вые лампы)
Светодел! Светоделит. 25Р Серебрение цельные покрытия (г Рл : т — любое Потери А иа поглощение и рассеяние для заклеенных по- крытий: Рл : т |5 : li 2 : 1; I : 1| 1 : 2 А, % | 12 | 19 | 31 | 37 голупрозрг Быстро тускнеет Требуется заклейка, стеклом 1 ч н ы е IV зеркала ±60 + 100 и призмы) Лучшее покрытие для светоделитель- ных зеркал больших размеров (до 1Х1м)
Светоделит. 8И Серебрение РЛ : т — любое. Для закле- енных покрытий Рл :т |4 : 1]3 : 112 : 1'1 : 1|1 : 2 А, % | 15 | 15 | 16 | 25 | 27 Зеркала и призмы
Светоделит. 1И Алюминирование Рл : т — любое. Для закле- енных покрытий рл:т|5: 1|3 :1|1 : 1| 1 : 2| 1 : 5 А, % | 28 | 30 | 35 | 35,5 | 36,5 ±60
Светоделит. 10И 50% сплава сереб- ра с медью рл : т — любое; А = 15* *20% III ±60 + 150
Продолжение табл. 16.4
Обозначение и вид покрытия Оптические характеристики Устойчивость к воздействию Механи- ческая проч- ность (группа) Термическая прочность (рабочая и максималь- ная t, °C) Область применения
Светоделит. 1И.21Е Алюминирование с защитным анодным оксидированием В проходящем свете голубая окраска ВА II +300 Зеркала и призмы (в лабораторных при- борах можно без за- клейки стеклом)
Светоделит. 9И Хромирование Рл:т—любое; потери на по- глощение Для незаклеенных по- крытий|30-—40%; в проходящем свете слегка желтая окраска ВА, КС, ЩС, ОР 0 +300 —180 Незаклеенные зер- кала для самых жест- ких условий
Светоделит. 13И Распыление нио- бия рл : т = 1 : 3 А не более 1% ВА, КР, ОР 0 +200 —60 Наружные неза- клеенные зеркала с р до 30%; размер не более 60 мм
Светоделит. 15И Prrzx — 40-5-50%; потери на поглощение и рассеяние отсут- ствуют ВА, ЗПТ, КР, ЩР, ОР 0 +400; ниж- ний предел не ограничен Для самых жест- ких условий
Светоделит. 29И Покрытие из сер- нистого цинка р : т не более 1 : 2 для неза- клеенных и 1 : 5 для заклеен- ных покрытий; для заклеенных покрытий р = 15%, для неза- клеенных р = 30-=- 33%; вызы- вает поляризацию света ВА, ЗПТ II +200 —180 Наружные неза- клеенные зеркала в лабораторных при- борах. Заклеенные зеркала в любых при- борах
Светоделит. 29И.24И.29И Для незаклеенного покры- тия рл = 30-г- 60%; для закле- енного рд= 15т-30%. А и .4] соответственно равны 1—2\ и 12—15%. Сильная поляри- зация при наклонном падении лучей Только СВ III Определяет- ся для за- клеенных покрытий термопрс-ч- н остью клея Защищенные от за- потевания детали в лабораторных при- борах. Заклеенные детали в любых при- борах
Светоделит. [(29И.24И)Х2].29И Покрытие из сер- нистого цинка и фто- ристого магния То же, что и в пре- дыдущем случае, раз- деление пучка бело- го цвета на пучки раз- ных' цветов
Светоделит. 45Р.44Р.43Р.44Р р/ = 48-*-50%, достаточно равномерный по в:ей видимой области. Потери практически отсутствуют В, сероводо- рода, слабых КР и ОР, мало устой- чиво к ще- лочам I +350^+400 устойчиво ниже 0 Незаклеенные дета- ли внутри приборов Пластины и призмы
Светоделит. 44Р.43Р.44Р.43Р р/ — 43-н47%. Потери от- сутствуют 0 Незаклеенные де- тали, применяемые снаружи
Светоделит. [(44Р.43Р)Х 2J.44P рд = 64-5-67% . Потери прак- тически отсутствуют I Незаклеенные вну- тренние детали не- сложной формы
Светоделит. [(44Р.43Р)Х 3)].44Р рл = 75-1-80% —
Светоделит. 28Г.43Р.28Г Р/ до 45% для всех стекол. Потери отсутствуют ВА, В, МВ, КР, ОР 0 +400 и ниже 0 Для самых жест- ких условий; пласти- ны и призмы любой формы
г
Продолжение табл. 15.4
Обозначение н вид покрытия Оптические характеристики Устойчивость к воздействию Механи- ческая проч- ность (группа) Термическая прочность (рабочая н максималь- ная t, °C) Область применения-
Просветляющие покрытия
Просвета. 24ИЗОО Фтористый маг- ний, испарением Рл зависит от пе ВА, без кон- денсации ка- пель, так как слой разру- шается II +350 —50 Внутренние по- верхности фотообъ- ективов, детали ла- бораторных и герме- тизированных поле- вых приборов
пе До | 1 55— 1.5' 1.6 1,6— 1,65— Св. 1.65 1,7 1,7
РЛ, 1.61 1.4 % 1 1.0 0,9 0,6
Просвета. 23И Нанесение крио- лита испарением Во влажной атмосфере ус- тойчивость снижается III +200 —50 Объективы люби- тельских фотоаппа- ратов и детали лабо- раторных приборов
nt 1 До ! 1.55 1,55— 1,6 Св. 1,6
Рл + \ 0,7 | 0,5 0,4
Просвета. 13К.12К Ниобий и кремний рл = 0,6% для К8 •'.инимум отражения прн толщине пленки Z/2 составляет 0,045. ВА, В, КР (кроме плави- ковой кисло- ты), ЩР, ОР I ±60 Плоские поверх- ности деталей разме- ром до 80 мм в любых приборах
Просвета. 13К Катодное распы- ление ниобия в кис- лороде Светопропускание германия и кремния в инфракрасной об- ласти увеличивается до 96— 98% Неустойчиво к ВА при тем- пературе +50° С I +200 —60 Детали из герма- ния и кремния для инфракрасной обла- сти; форма любая, размеры до 60 мм
Просвета. 14К Катодное распы- ление тантала в кис- лороде
сл
Просвета. 29И800 Нанесение серни- стого цинка испаре- нием Светопропускание германия в инфракрасной области увели- чивается до 96—98% Неустойчиво к ВА прн по- вышенной тем- пературе II — Детали иэ герма- ния; форма любая; размеры до 200 мм
Просвета. 63Т Травление уксус- ной кислотой Рд в зависимости от ng В ПК н ЩР неустойчиво при повышен- ной темпера- туре 0 ±60 + 120 Просветление де- талей больших раз- меров или сложной формы из силикат- ных стекол
Пе 1.5— 1,52 1.53— 1.55 1.56— 1,60
Рл, % 3—2,7 2.7— 2.3 2,2—2
пе 1,61 — 1,64 1,65— 1,7 1,62— 1,75
Рл, % 2—1,7 1.7— 1,4 1,3— 1,1
Просвета. 43Р или 350.43Р.350 с прогре- вом Покрытие из спир- тового раствора кремниевого эфира КР и соли I +60 Наружные поверх- ности деталей, рабо- тающих в любых ус- ловиях, и внутрен- ние детали из стекла с пе более 1,7
Пе 1,5— 1,52 1,53— 1.55 1,56— 1,6
Рл, % 3,1— 2,7 2,7— 2.3 2,2—2
пе 1,61— 1,64 1,65— 1.7 1,7— 1,75
Рл, % 1,9— 1,8 1,6— 1,4 1,2—1
ел Продолжение табл. 14.6
Обозначение и вид покрытия Оптические характеристики Устойчивость к воздействию Механи- ческая проч- ность (группа) Термическая прочность (рабочая и максималь- ная °C) Область применения
Просветл. 44Р.43Р или 350.44Р.43Р.350 с прогревом Оптическая тол- щина: 1-го слоя 0,11Л 2-го слоя 0,31Х р в зависимости от % ВА, В, КР ’ (кроме плави- ковой кис- лоты), ЩР (слабых), ОР I и 0 Поверхности дета- лей, расположенных внутри приборов, ра- ботающих в области длин волн от 400 нм до 2,0 мкм
X. нм Интеграль- ный р,%
450±10 520± 10 560± 10 640±10 800=5 10 2,1 ±0,2 1,2± 0,1 1,0± 0,1 2,8± 0,3 10,8± 0,7
Просветл. 45Р.43Р Оптическая тол- щина: 1-го слоя Л/2 2-го слоя Л/4 Для белого света при пе — = 1,52—1,6 составляет 1,8— 2,1%, уменьшает отражение в области 400 нм до 1% I ±60 То же, что и в пре- дыдущем случае для области от 400 до 1000 нм
Просветл. 47Р.43Р Для средней видимой области спектра (X = 520 нм) для бе- лого света составляет 1,1— 1,3% II Детали из органи- ческого стекла; приз- мы и пластины не- сложной формы
Просветл. 45Р.44Р.43Р.350 или 350.45Р.44Р.43Р.350 рА для всех стекол равно 0,5—-0,8%. Равномерное про- пускание в широкой области спектра ВА, ЗПТ, КР (слабых), ОР __ — Детали, располо- женные внутри, при требовании большо- го светопропускания
V
- ;
Просветл. 34Р Для просветления германия и кремния в ИК области При толщине 2 мкм прозрач- но в области до ?. = 9,5 мкм Светопропускание германия и кремния увеличивается мак- симально до 95% ВА 0 для крем- ния; I—II ДЛЯ гер- ма- ния ±60 + 750 Просветление оп- тических деталей из германия и кремния размером до 140 мм
Просветл. 44Р Для кремния и гер- мания в ИК области (до 1,8 мкм) При толщине 2 мкм покрытие прозрачно до а = 10,5 мкм; т германия и кремния увеличи- вается максимально до 98% ВА, В +800 + 1000
Защити. 63Т Травление уксус- ной кислотой Защитные пр Коэффициент отражения стекол группы П по налето- опасности снижается на 0,2— 0,5% озрачные г ВА, КС (сла- бых), МВ, ОР I о к р ы 0 ГИЯ ±60 Для умеренного климата и перевода стекла из. группы П по налетоопасности в группу А
Защити. 63Т.85Н Травление уксус- ной кислотой с после- дующим парафини- рованием Коэффициент отражения налетоопасных стекал (группы В) снижается на 0,2—0,5% Коэффициент отражения стекол (группы и 4 и 5) сни- жается до 0,5—2?о ±60 +250 Для перевода стек- ла из группы В в группу А, а стекла групп 4 и 5 в смеж- ную высшую групцу. Для фосфатных сте- кол непригодно
Защити. 1К Катодное распы- ление алюминия в кислороде Коэффициент отражения и светопоглощения без измене- ния ВА, КС (сла- бых), МВ, ОР I ±60 Защита бесцвет- ного стекла всех ма- рок от разрушения влагой атмосферы в умеренном климате
8J Продолжение табл. F6.4
4^ Обозначение и вид покрытия Оптические характеристики Устойчивость к воздействию Механи- ческая проч- ность (группа) Термическая прочность (рабочая н максималь- ная t, °C) Область применения
Защити. 12К Катодное распы- ление кремния Коэффициент отражения и светопоглощения без изме- нения ВА, КС (сла- бых), МВ, ОР I ±60 Защита деталей из стекол группы В, а также цветных сте- кол марок УФС1 и др. от гигроскопиче- ского налета
Защити. 66F Обработка в парах диметилхлорсилаиа Коэффициент отражения и цвет просветляющей пленки без изменения ВА, ОР, ТВ 1 ±60 +75 Защита просвет- ленных деталей от разрушения влагой атмосферы
Защити. 69Р Обработка в раст- воре метаксиэтил- меркурацетата Защити. 70Р Обработка в рас- творе виитилтри- хлорсилана и уксус- нокислой ртути ВА, ОР; неустойчиво к ЩР Защита от биоло- гических обрастаний в условиях тропиче- ского климата (на де- тали, подвергаемые кислотнопарафино- вой защите, перед покрытием нанести пленку окиси крем- ния)
Фильтр 6К Катодное распы- ние платины Покрытия- Равиомерное пропускание по спектру. Плотность любая в зависимости от толщины слоя -фильтры Химически исключительно устойчиво, ио для сохранения постоянства оп- IV Нагрев до 200° С Измерительные нейтральные (серые) фильтры с равномер- ной или переменной плотностью разме-
тической плот- ности D требует- ся заклейка • ром до 100 см3 ;
Фильтр 5И Паладий, испаре- нием Равномерная оптическая плотность D). по спектру. Сред- няя D любая в зависимости от АВ, ПВ, МВ КР и ЩР Для сохране- IV Нагрев до 200° С Измерительные нейтральные филь- тры с равномерной или переменной плот- ностью размером до 100 см-
Фильтр 4И Никель, испаре- нием толщины покрытия ства D тре- буется за- клейка г Нагрев до 300°С
Фнльтэ 8И.24И.ЙИ Выделяет узк;:е участки в видимой и инфракрасной обла- стях Требует заклейки IV Стойкость к нагреву определяет- ся клеем Монохроматиче- ские интерференци- онные фильтры с уг- лом поля зрения до 5°
Токопрсз. З-ЗГ (обработка з ласах смеси, состоящей из двух лор ИСТОГО СЛОЕ а и фтористого 2VV0- ния) Токопровод Прозрачно для /. от 0.4 до 4,5 мкм; р для /. = 1 4.5 мкм до 10%. Просветление раство- ром кремниевого эфира снижает р до 2—4% ящие покр Устойчиво к ВА, КР, ОР ы т и я 0 Нагрев до 300—350° С Детали из стекла, кварца, корунда и фтористого лития. Удельная проводи- мость 106 См/м Удельное поверх- ностное сопротив- ление 10—40 Ом-м
Токопров. 9И Нанесение хрома испарением Непрозрачное покрытие В, ЗПТ, ОР, КР (слабых) 0 +200 и менее 0 Для предохране- ния от запотевания и обледенения. Лин- зы диаметром до 60 мм. Пластины 100Х 100 мм
8f СП Примечание, нием) см. гл. 4. Токопроводящее покрытие 26Г (обработка в парах двухлористого олова с последующим просветле-
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВЫБОР
ПОКРЫТИЙ
Прн выборе покрытий необходимо исходить из технических требо-
ваний к данной детали, условий эксплуатации прибора, температур-
ного режима, расположения детали в приборе, условий чистки деталей
и нх формы.
Рис. 16.1. Спектральное отражение от поверх-
ности стекла после трехслойиого просветле-
ния в области: а — видимой части спектра;
б — А = 500-5-900 нм
Уменьшения интенсивности отраженного света в широком интер-
вале длин волн можно достигнуть с помощью трехслойного просветле-
ния. Ахроматичность трехслойного просветления (45Р.44Р.43Р) иллю-
стрируется спектральной кривой коэффициента отражения, прнведен-
КЛ1---1__I___L..-1__1—J I------1---1 1—।—।
0.3 1.1 7.J 1,3 47 13 2.1
Л.мкм
Рис. 16.2. Спектральное светопропускание
стекла после трехслойного просветления для
А = 1,94-2,1 мкм
ной на рнс. 16.1, а для пленки толщиной 400—450 нм, нанесенной на по-
верхность стекла К8 и рассчитанной на среднюю видимую часть спектра
(А = 5404-550 нм). Вследствие равномерности отражения в различных
участках видимой области спектра такое покрытие пе вызывает появле-
ние окраски поля зрения прибора в проходящем свете при налпчии боль-
шого числа поверхiioeieii. Практически можно получить трсхслойпое
просветление, дающее низкие значения коэффициента отражения в ши-
556
роком интервале длин волн любой области спектра [46]. В качестве при-
мера на рис. 16.1,6 дано спектральное отражение от поверхности стекла
после трехслонного просветления в области длин волн 500—950 нм.
Как видно из рис. 16.1,6, отражение на краях области не превышает 2%,
вблизи границ X = 350 им и X -= 800 нм отражение практически равно
нулю. На рис. 16.2 приведены кривые коэффйциента пропускания для
шести поверхностей стекла К8 до и после просветления в области длин
волн 0,9—2,1 мкм.
Основные характеристики покрытий: оптические свойства; хими-
ческая устойчивость; коррозионная устойчивость; механическая н тер-
мическая прочпоеть. (Чппческпс свойства покрытий характеризуются
данными табл. 16.4.
Для всех видов зеркальных покрытий дается коэффициент отраже-
ния рд для источника света цвета А (цветовая температура 2854 К) при
угле падения луча 15°; а для некоторых покрытий — коэффициент от-
ражения по спектру.
Для светоделительных покрытий указываются предельно возмож-
ные оттйшения коэффициента отражения р к коэффициенту пропуска-
ния т (при источнике света А), потери на поглощение н рассеяние в за-
висимости от отношения. Для светоделнтельных интерференционных
покрытий указывается предельно возможное значение коэффициента
отражения рл прн угле падения луча 15°. Потери на поглощение и рас-
сеяние в этих покрытиях практически равны нулю.
В зависимости от толщины пленки максимум отражения может
быть получен для различных участков спектра. Для просветляющих
покрытий дается величина рл также при падении лучей под углом 15°.
Примеры обозначения поляризующих покрытий:
1) покрытие девятислойное нз растворов титанового и кремниевого
эфиров: Поляриз. [(44Р.43Р)Х4].44Р;
2) покрытие одиииадцатислойиое из растворов титанового и крем-
ниевого эфиров: Поляриз. [(44Р.43Р)Х 5J.44P;
3) покрытие одиииадцатислойпое из растворов азотнокислого то-
рия и кремниевого эфира: Поляриз. ['(30Р.43Р)Х5].ЗОР;
4) покрытие грп1и1дциг||слой|1ое: Полярно. |(30Р.43Р)Х6].30Р.
Л и т е р и т у р и: По, 60, 1U01.
ГЛАВА 17
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ.
ПОКРЫТИЯ ДЕТАЛЕЙ
ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
•
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОРРОЗИИ
Разрушение металлов (сплавов) вследствие химического или элек-
трохимического взаимодействия их с коррозионной средой получило
название коррозии. Механизм протекания коррозионных процессов
может иметь химический, электрохимический или смешанный характер.
Химическая коррозия — разрушение металлов происходит в ре-
Вультате непосредственного химического воздействия внешней среды.
При электрохимической коррозии разрушение металлов происходит
В присутствии электропроводной среды (вода, влажные газы, растворы
солей, кислот, щелочей и т. д.) и сопровождается появлением электри-
ческого поля и переносом зарядов.
Электрохимическая коррозия протекает как два в значительной
5ере самостоятельных (но сопряженных) процесса: окислительный
(астворепие металлов иа одних участках) и восстановительный (вы-
деление катиона из раствора или восстановление окислителей иа дру-
fax участках). В некоторых случаях коррозия в электролитах может
Осуществляться по химическому механизму параллельно с электрохи-
мическим, т. е. по смешанному механизму.
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ БЕЗ ПОКРЫТИЙ
Как правило, для обеспечения защиты дегалсй от коррозии приме-
няются покрытия, вид и толщина которых зависят от металла детали и
условий эксплуатации.
Если по условиям сопряжения невозможно нанести покрытие тол-
щиной, обеспе ивающей необходимую защиту от коррозии, то детали
должны быть изготовлены из коррозионностойких металлов и сплавов.
В табл. 17.1 указаны основные металлы й сплавы, применяемые без
Покрытий. Условия эксплуатации указаны согласно ГОСТ 14007—68.
Улучшение качества поверхности повышает коррозионную стойкость
металла. Класс шероховатости поверхности деталей, применяемых без
Покрытий, ие должен быть ниже 7а по ГОСТ 2789—73.
т В процессе эксплуатации иа деталях из коррозиоппостойкнх ме-
Wmob допускается возможное потемнение поверхности, отдельные
тойки или пятиа коррозии иа лей.
668
Таблица 17.1. Коррозионностойкие металлы и сплавы,
применяемые без покрытий
Металлы, сплавы — Группа условий эксплуатации Но ГОСТ 14007—68
Золото, платина, палладий, родий, серебро Хромоникелевые стали с содержанием хрома не ниже 17% и никеля 2% типа 12Х18Н9Т, 14Х17Н2 Высокохромистые стали с содержанием хрома не ниже 18% типа 95X18 Стали с содержанием хрома 13% типа 20X13 Бронзы БрКМцЗ-1, БрАЖ9-4, БрБ2, БрАЖМцЮ-3-1,5 и др. Латуни: ЛС59-1, Л63, Л68, ЛК80-3 и др. Титановые сплавы Мельхиор, константан, иейзнльбер Вольфрам Никель Пермаллой Л, С, Ж, ож Л, С, ж. ОЖ л, с, ж, ож л л, с, ж, ож л, с, ж л, с, ж, ож л, с, ж л, с, ж .л, с, ж, ож ' л, с
КОНТАКТНАЯ КОРРОЗИЯ
При контакте двух разнородных в электрохимическом отношении
металлон одни нз них, обладающий более отрицательным потенциалом^
начинает функционировать в качестве анода элемента и усиленно корро-
дировать, а другой, более положительный, становится катодом. Me?
таллы, обладающие наиболее отрицательным потенциалом, могут раз?
рушаться со скоростями, значительно Превышающими скорости кор-
розии этих металлов в отсутствие контакта. Опасность возникновения
контактной коррозии возрастает с ужесточением условий эксплуатации.
В изделиях, предназначенных для эксплуатации в легких условиях,
допустимы контакты любых металлов, кроме магниевых сплавов. Для
Магниевых сплавов в легких условиях допустимы следующие контакты
при условии защиты их грунтами или смазками: с алюминиево-магниё»
выми сплавами; со сплавами иа цинковой основе; с любым металлом.,
покрытым цинком, кадмием, оловом.
Защита конструкций и узлов от контактной коррозии может быть
осуществлена следующими методами: правильным выбором коптакти-
руемых металлов; электрической (полицией кон гак тируемых металлов!
рациональными методами конструирования; изоляцией контактных пар
от воздействия внешней среды и др.
Наиболее Э(|х|>ек1 ниm.iм методом борьбы с контактной коррозий
является правильный выбор контактирующих металлов; можно pejiKQ
снизить контактную коррозию и избежать ее совсем, если исключит^
явно недопустимые контакты. В табл. 17.2 приведены допустимые и не-
допустимые контакты между металлами, сплавами и покрытиями в сред-
них и жестких условиях эксплуатации.
559
Таблица 17.2. Допустимые и недопустимые контакты между мета
жестких (Ж)
Контактирующие металлы, сплавы, покрытия Медь—никель—хром по стали хром по стали Хром по стали Никель по стали, меди и ее сплавам Никель—хром по меди и ее сплавам Серебро по стали с подслоем меди, по меди и ее сплавам Золото по меди и ее сплавам
л ч я X
Группа условий
с |ж |с |ж ж С ж С Ж С ж с ж
Медь—никель -хром по стали Никель—хром но стали Хром по стали Никель по стали, меди и ее сплавам Никель—хром по меди и ее сплавам Серебро по стали с подслоем меди, по меди и ее сплавам Золото по меди и ее сплавам Медь и ее сплавы Сталь нержавеющая хромистая и хромоникелевая Олово, сплавы олово—висмут и олово—свинец но стали с под- слоем меди и по меди и ее сплавам Кадмий по стали, меди и ее сплавам хроматированный Цинк по стали хроматированный Сталь фосфатированная + про- питка лаком или смазкой Сталь фосфатированная | лако- красочное покрытие Алюминий и его сплавы анодно- окисленные-]- хроматирование или пропитка анилиновыми краси- телями Алюминий и его сплавы анодно- окисленные-]-лакокрасочные по- крытия Алюминий и его сплавы анодно- окислеиные (износостойкие) Тиган и его сплавы Магний и его сплавы оксиди- рованные 1 1- + + + О + + + + + 11 + П + 1 + + + + О О + о О О О 11 п п + 1- I- + + + О + + + + + 1- 11 + п + 1- + + + + О О О О О О 11 п п + -1- + + + о + + + + + -1- 11 + п + н н - 3 3 3 3 3 3 1 3 3 - -1- + + + + О + + + + + н- 11 + п + •1- + + + О О + О О О О 11 п п + + + + + + О + + + + + + п + П + + + + + О о + О О О О п п п -1- + + -1- 1 + || II II 1 1 1 ++ + 1 Illi 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1++ + 1 1 1 1 1 1 1+1 1 1 1 1 1 1 1 1++ + 1 1 1 II
Обозначения: -р — контакт допустимый; -- — контакт неДолусти ветствии с ТУ на изделие; И — контакт допустимый прн наличии изоляцнон
ллами, сплавами и покрытиями при эксплуатации в средних (С) и
атмосферных условиях
Медь и ее сплавы Сталь нержавеющая хроми- ст-я и хромоникелевая Олово, сплавы олово — вис- мут и олово — свинец по ста- ло с лсдслоем меди и по меди г'-Дм.'.л-лд меди и ее сил. —хгом -тированный Цинк срх.-.и хроматирс- ь ан - в» 1 < (Г ' 1 р: <> ’{ ' .л •: 1-J О 5 4 Н- «ё 0J н 5 Я 5 g- и •<1 'г t i ' JJ М «Г .41 f- <У и П Алкми^п- и его сплавы анод* но- окисленные — хроматиро- ваниг-: г.а пр спитка анили- hobhv- красителями Аллзми.-.ик и его сплавы анод- н о • с Л н _ л ен ы е -- л ак о кр ас оч - ные пскрытия Алкминий и его сплавы анодно- скисленные (износостойкие) Титан и его сплавы Магний и его сплавы океидированные
эксплуатации по ГОСТ 14007 — (53
С ж с ж с ж с ж с ж с ж с ж с Ж с ж с ж с Ж с Ж
о О + 4- 4- + О 4- О 4- О 4- 4- п п 4~ п п п 4-
О О 4- 4- 4 + О 4- О + О + 4- п п 4- п п п + — — —
О о 4- 4- + О -J- О *Т' О 4- 4- п п 4- п п п + — —
О О 4 + 4- -Ж + О 4- О 4- О 4- 4- п п 4- п п п + -- — —
О О -1- -1- + 4- 4- О 4- О 4- О 4 + п п 4- п п п + 4- — —
+ 4- — — — — — — — — — — — — __ __ — — — — + 4- — —
4" 4- — — — — — — — — — — — — — — — — — 4- 4-
4- + о О + -L — — — — О — 4- О — — — — — — 4- + —
О О -1- 4- -1- -1- о -1- О -1- О -1- + — — — — — — 4- — —
4- 4- 4- -1- + н- 1 О 1 О 1 о -| -г п — 4- — п — 1- 4- — —
— — -1- О -1- о -1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1- I- 1- О — О —
— .— -1- О 1- о 1- -1 -1 -1- 1 1 1 1- 4 -1- 4- 4- 4- 4- О О
о — 4- О -1- О I- -1 -1- + + -1- 4- -1- 4- + 4- 4- 4- 4- О — — —
4- + + + + 4- 4" 4- 4" + т 4- 4- + 4- 4- 4- 4- 4- 4- + О — —
— — — — п — 4- 4- 4" + 4- 4" 4- 4- 4- 4- 4- 4- + + О — О О
— — — -- -1- — -1 1 4 4 -1- -1 1 1 1 1 1 1 1 1 О - О О
— — п — 4- — 1 1 1 1 -1 1 1 1 1 1 1- -1- 4- О — О О
+ + + 4- + 4- о — О — о I- О О О О — 4- 4- —
— — — — *— О — О — —- — — О О О О О О 4- ~г
мый; О — контакт* допустимый лишь при наличии смазкй, сменяемой в ссют-
иой прокладки.
НАНЕСЕНИЕ НА ЧЕРТЕЖАХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ПОКРЫТИЙ
Правила нанесения на чертежи деталей обозначений покрытий (ме-
таллических, неметаллических неорганических, лакокрасочных) уста-
навливаются ГОСТ 2.310—68.
Обозначения покрытия указывают в технических требованиях
чертежа после слова «Покрытие». При необходимости нанесения на
все поверхности детали одного и того же покрытия запись делают пб
типу; «Покрытие ...» (далее следует обозначение).
При нанесении покрытия на поверхности, которые можно обозна-
чить буквами или однозначно определить словами (наружная или вну-
тренняя поверхности и т. п.) запись производят по типу; «Покрытие по-
верхностей А...», «Покрытие наружных поверхностей...».
При нанесении одинакового покрытия на несколько поверхностей
их обозначают одной буквой и запись производят по типу: «Покрытие
поверхностей А ...».
При нанесении различных покрытий на несколько поверхностей
детали их обозначают различными буквами и запись производят по
типу: «Покрытие поверхности А .... поверхности Б...».
Если необходимо нанести покрытие на поверхность сложной конфи-
гурации или на часть ее, которую нельзя однозначно определить, то
такие поверхности обводят штрих-пунктирной утолщенной линией на
расстоянии 0,8—1,0 мм от контурной линии, обозначают одной буквой
и проставляют размеры, определяющие положение этих поверхностей;
запись производят по типу: «Покрытие поверхности А ...».
Размеры, определяющие положение поверхности, можно не про-
ставлять, если они ясны из чертежа.
ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ
Краткая характеристика покрытий
Металлические покрытия по полярности относительно защищаемого
металла подразделяются на катодные с более положительным и анодные
с более отрицательным, чем защищаемый металл, потенциалом. Необ-
ходимо учитывать, что полярность покрытий зависит не только от при-
роды металлов, но и от внешних условий. Например, олово по отноше-
нию к железу в растворах солей является катодным покрытием^
а в среде, содержащей смесь органических веществ (консервы) —
анодным.
Принято считать, что катодное иокрыгие может быть защитным при
условии полного отсутствия пор и других несилонпкктсй в нем, так каН
оно защищает основной металл только механически. Анодные покрытий
рассматривают как покрытия, которые оказывают помимо кроющего
Эффекта и электрохимическое защитное действие путем катодной поля-
ризации защищаемого металла в несплошностях покрытия. Примером
анодного покрытия является цинк по стали. Однако в свете современ-
ных представлений об анодной пассивности металлов стало ясно, чтб
в определенных условиях несплошные катодные покрытия могут защи-
щать нижележащий металл электрохимически путем анодной поля-
ризации оголенных участков металла, способствуя тем самым их пас-
сивации.
Металлические покрытия характеризуются хорошим сцеплением
с металлом, высокими защитными и физико-механическими свойствами.
Стойкостью к органическим растворителям, широкой гаммой спецналЬ-
662
яых свойств (твердость, электропроводность, отражательная способ-
ность и ми. др.).
К основным недостаткам следует отнести появление хрупкости
р покрываемом металле из-за иаводороживаиия его в процессе осажде-
ния покрытия и неизбежная неравномерность толщины покрытия как
на различных участках одной и той же детали, так и на различных
деталях в партии и рсзулы-aie неравномерности .электрического поля
при осаждении покрытия.
Химические (оксидные, <|ххфатиые) покрытия характеризуются рав-
номерностью и малой толщиной слоя, хорошим сцеплением с лакокра-
сочными покрытиями. К педоспи кам следует отнести невысокие защит-
ные и механические свойствн этих покрытий.
Обозначения покрытий
Обозначение покрытий производится в соответствии с ГОСТ
9.073—77, в котором принята буквенно-цифровая система обо-
значений.
Таблица 17.3. Примеры обозначения металлических
и неметаллических неорганических покрытий
Наименование покрытия Обозначение
Хромовое с подслоем полублестящего никеля толщиной 12 мкм, полученное на сатинированной поверхности Хромовое с подслоем никеля толщиной 12 мкм Хромовое с подслоем меди толщиной 18 мкм и двухслойного никеля толщи- ной 15 мкм Никелевое полублестящее толщиной 12 мкм, нанесенное по миiкропанной по- верхности Цинковое толщиной 15 мкм блестящее с радужным хроматированием Никелевое черное по никелю толщиной 6 мкм, защищенное прозрачным лаком Анодно-окисное покрытие алюминия, полученное на механически и электрохи- мически полированной поверхности, на- полненное раствором черного красителя Аиодно-окиснос покрытие алюминия, наполненное раствором черного красите- ли Диодно-окисное покрытие бесцветное, полученное на поверхности после алмаз- ной обработки Химическое окисное покрытие, хрома- тированное и промасленное Химическое фосфатное покрытие, мато- вое, хроматированное, защищенной лаком стн. Н12. пб. X. пб Н12.Х М18.Нд15.Х.б мт.Мб.1112.пб Ц15.б.хр.радужное Нб.Н.ч/лак мп.эп.Ан.Окс, черный, б Ан.Оке.черный алм.Ан.Окс.зк. Хнм.Окс.хр.прм. Хим.Фос.м.хр/лаи
663
В шифр защитно-декоративных покрытий, согласно ГОСТ
21484—76, дополнительно вводятся обозначения его декоративных
свойств.
Обозначения покрытий записывают в следующем порядке: способ
обработки поверхности основного металла — по ГОСТ 21484—76
(только для декоративных покрытий); способ получения покрытия,
материал покрытия и толщина покрытия — по ГОСТ 9.073—77;
группа покрытия — по ГОСТ 21484—76; способ дополнительной обра-
ботки покрытия — по ГОСТ 9.073—77 и ГОСТ 21484—76. Все обозначе-
ния отделяются друг от друга точками, за исключением материала и
толщины покрытия.
В обозначении покрытия не обязательно наличие всех перечис-
ленных признаков. Как правило, все признаки в обозначении покрытия
указывают для декоративных покрытий, когда требуется получение по-
крытий с определенными декоративными свойствами.
В обозначении металлических покрытий указывают минимальную
толщину покрытий в микрометрах. Толщины всех покрытий, кроме дра-
гоценных металлов, выбирают из ряда предпочтительных чисел: 1, 3, 6,
9, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 36, 42, 48. Максимальная толщина покрытия
по ГОСТ 9.073—77 для всех покрытий, кроме драгоценных металлов,
не должна быть более числа, стоящего через одну числовую величину за
установленным минимальным в ряду предпочтительных чисел. Напри-
мер, для никелевого покрытия при минимальной толщине 9 мкм макси-
мальная толщина может быть до 15 мкм. Практически при крупносерий-
ном и массовом производстве максимальная толщина покрытий для пар-
тии деталей превышает значения, предусмотренные ГОСТом.
Примеры обозначения покрытий приведены в табл. 17.3.
Выбор покрытий
Выбор вида покрытия и его толщины определяют назначением де-
тали или изделия, материала, из которого они изготовлены, условиями
эксплуатации. При этом учитывают назначение и свойства покрытия,
способ его нанесения, допустимость контактов сопрягаемых металлов
и экономическую целесообразность.
По коррозионному воздействию условия эксплуатации деталей
в соответствии с ГОСТ 14007—68 делятся на четыре группы: легкие — Л,
средние — С, жесткие — Ж, очень жесткие — ОЖ.
Рекомендации но выбору покрытий в зависимости от условий
эксплуатации приводятся п табл. 17.4 и 17.5.
Для деталей, эксплуатируемых в условиях герметизации, при пе-
риодическом возобновлении смазки или при полном и постоянном по-
гружении их в масло и рабочие жидкости, не вызывающие коррозии,
а также при работе в среде сухих инертных газов и сухого воздуха, до-
пускается выбирать виды и толщины покрытий, соответствующие более
легким условиям эксплуатации.
Если детали, по условиям эксплуатации или сопряжения не могут
иметь толщину покрытия, указанную в табл. 17.4, то они должны изго-
тавливаться из металлов и сплавов, применяемых в данных условиях
эксплуатации без покрытий. Допускается уменьшение толщины покры-
тий вне зависимости от условий эксплуатации при условии дополни-
тельной защиты для деталей, на которые по условиям сопряжения не-
возможно нанесение покрытий толщиной, указанной в табл. 18.4, де-
талей, имеющих резьбу, деталей типа пружин (табл. 17.6).
564
Таблица 17.4. Рекомендации по выбору
минимальной толщины металлических покрытий, мкм
Вид покрытия Материал детали
Сталь углеродистая Медь и ее сплавы
Условия э ксплуатации по ГОСТ 14007 — 68
л С ж ож Л с ж ож
Цинковое 6 15 24 24 — — — —
Кадмиевое Медное 6 15 Дс 24 60 30 6 9 9 9
Никелевое 15 27 — — 6 9 12 15
Никелевое с подсло- 9; 6 18; 9 30; 12 36; 15 — — — —
ем меди
Никелевое химиче- 9 15 24 24 •6 9 15 15
ское
Никелевое черное 15 27 — — 6 9 12 15
с подслоем никеля (толщина черного никеля 0,5—1,0 мкм)
Никелевое черное 9; 6 I 18; 9 | 30; 12| 36; 15 - - - -
с подслоем меди (толщина черного никеля 0,5—1,0 мкм)
Хромовое 18 36 48 60 9 18 24 24
Хромовое с подсло- ем никеля 15 27 (толп щна хрома 0, 6 5—1, 9 | 12 ) мкм) 15
Хромовое с подсло- ем никеля и меди 9; 6 18; 9 | 30; 12| 36; 15| — (толщина хрома 0,5—1, -1 - 0 мкм) -
Хромовое черное 9 15 48 48 6 9 15 15
с подслоем лвксля (толщина черного хрома 0,5—1,0 мкм)
Серебряное 9; 3 21; 6 30; 9 — 3 6 9 12
11алл.тдпевое -- — — — 3 3 3 3
Палладиевое с под- слоем серебра — — — 6 о, 6 (толи палл 5-1, 9 тина адия 0 мк 12 м)
Оловянное с под- слоем никеля 9; 6 18; 9 — — 3; 6 3; 6 3; 9 3; 12
Спч.'ш олово—вне- 9; 6 J8< 9 — — 6 9 12 15
мут
11 р и м г ч и и и ч. I. Д и и мп hi ос ной и ы х покрытий толщина каж-
дого слои ука iiiii.i и )1о|1ядк>' н\ н j in •< си и и ( шипения толщин отделены
точкой с занятой) ?. Мсдног ih>ki>i>iiнс и качестве самостоятельного
применяется для мтной ищи i i.i при цемент ации. 3. При серебрении
стальных деталей п ри мен яс i с и подслой меди. 4. При нанесении олова,
сплава олово — висмут на с'ы/п.иыс детали применяется подслой меди
или никеля.
565
Таблица 17.5. Рекомендации по выбору
неметаллических неорганических покрытий
Материал детали Вид и способ получения покрытия Группа условий эксплуа- тации по ГОСТ 14007 — 68 Дополнительные указания
Сталь углеродистая Окисное, хи- мическое Фосфатное, хи- мическое Окисно-фос- фатное, химиче- ское л л л Для снижения ко- эффициента отраже- ния света
Медь и ее сплавы Окисное, анод- ное окисление Окисное, хи- мическое л, с л, с
Алюминий и его сплавы Окисное, анод- ное окисление Окисное, хи- мическое Фосфатное, хи- мическое л, с л л Применяют с на- полнением оксидной пленки анилиновы- ми красителями или хромовыми солями
Окисное непро- зрачное (эма- таль), анодное окисление л, с, ж Образуется на алю- минии и алюминиево- магниевых сплавах
Титан и его сплавы Окисное, анод ное окисление Л, Ж, ож Рекомендуется для снижения коэффи- циента отражения
Цинковые сплавы Фосфатное, хи- мическое Л —
Магний и его сплавы Окисное, хи- мическое л Без лакокрасоч- ного покрытия при- меняется только в технически обосно- ванных случаях
566
Таблица 17.6. Рекомендации по выбору
металлических покрытий для резьбовых деталей,
пружин и деталей с малыми полями допусков
Тип деталей Покрытие Мини- мальная толщина покрытия, мкм Рекомен- дуемое отклоне- ние по ГОСТ 16093 — 70
Резьбовые детали, Хромовое с подсло- 3 g
шаг резьбы 0,45 мм ем никеля, никеле- вое, цинковое, кад- миевое и др.
То же, шаг резьбы 0,5—0,75 мм То же 6 t
То же, шаг резьбы 0,8 мм и более 9 t
Пружины; толщина Кадмиевое, нике- 3
материала до 0,5 мм левое, серебряное, оловянное
То же, толщина ма- териала до 1,0 мм То же 6 —
То же, толщина ма- териала свыше 1,0 мм 9 —
Детали с полями до- пусков размеров по 6, 7, 8-му квалитетам СТ СЭВ 144—75 без зани- жения (завышения) раз- меров под покрытие Никелевое, хромо- вое с подслоем нике- ля, пинковое, кадмие- вое, серебряное и др. 3
То же, по 9-му и 10-му квалитетам То же 6 —
Примечании: 1. Рекомендуемые отклонения пс гост
(6093 — 70 и толщины покрытий не зависят от материала деталей н опре*
дел я юте я условиями свинчивания. 2. Для пружин из меди и ее сплавов
для уменьшения хрупкости рекомендуется производить обезводорожи- ванне после накссеиия покрытия.
Основные требования, предъявляемые
к деталям, подвергающимся покрытию
И1с|1охоннтост1, покрываемой поверхности должна быть:
I) под за1ц)|'П1о-дскоратипные мокры гин — не ниже 6-го класса по
ГОСТ 2789—73;
2) под защитные покрытии — пс ниже 4-го класса;
3) под твердые и электроизоляционные анодноокислеиные покры-
тия — не ниже 7-го класса.
Шероховатость поверхности после нанесения декоративных покры-
тий (никелевого, хромового, окисного), как правило, остается без из-
менения, если ие применяется механическое полирование поверхности.
567
Класс шероховатости поверхности после нанесения защитных покрытий
в зависимости от исходной поверхности и типа электролита либо остается
без изменений, либо снижается на одну-две единицы.
- Поверхность деталей, изготовленных из горячекатаного металла,
должна быть чистой (без травильного шлама, окалины, ржавчины и дру-
гих загрязнений).
На поверхности литых и кованых деталей не должно быть пор, га-
зовых и усадочных раковин, шлаковых включений, спаев, недоливов,
трещин, помимо допускаемых технической документацией на отливки и
кованые детали. На поверхности деталей не должно быть забоин, вмя-
тин, раковин, расслоений, прижогов, трещин, заусенцев, пор и дефек-
тов от рихтовочного инструмента.
Острые углы, кромки деталей должны быть скруглены радиусом
не менее 0,5 мм или иметь фаски для обеспечения равномерного нанесе-
ния покрытий методом катодного восстановления. При конструирова-
нии следует избегать углублений, вогнутостей, острых углов и т. п.
Необходимо иметь в виду, что прн нанесении металлических и не-
металлических неорганических покрытий на узлы, имеющие клепаные,
развальцованные, штифтовые, резьбовые соединения, а также на де-
тали с точной сваркой пли со сложной! конфигурацией трудно, а иногда
практически невозможно произвести полную отмывку электролита.
Трудно удалить электролит из пор линейных деталей, металлокерами-
ческих деталей и деталей, имеющих глухие отверстия и полости или
глубокие отверстия малых диаметров. Остатки электролита часто яв-
ляются причиной возникновения коррозии деталей и снижения качества
покрытия.
В связи с этим предъявляется ряд требований при конструировании
подобных узлов и деталей. Не допускается нанесение покрытий разъем-
ных узлов в собранном виде. Не допускается нанесение покрытий на
сборочные единицы, имеющие зазоры, из которых невозможно удалить
остатки электролита. Сварные и паяные детали, на которые наносят по-
крытия, должны иметь по всему периметру непрерывные швы, исклю-
чающие возможность затекания электролита. Точечную сварку деталей
под покрытия необходимо производить по герметизирующим материа-
лам. Рекомендуется наносить покрытия до проведения точечной сварки.
Для легких и средних условий эксплуатации допускается наносить
покрытия без заполнения шва герметизирующим материалом.
Прн назначении покрытий на сварные и паяные детали, литые де-
тали из метеллокерамикн, различные сборочные единицы, имеющие за-
зоры и глухие полости, рекомендуется выбирать покрытия, которые на-
носятся из разбавленных, относительно неагрессивных электролитов
(фосфатные, оксидо-фосфагные, никелевые и т. д.).
На детали, соединяемые в сборочные единицы клейкой, запрес-
совкой, свинчиванием, покрытия должны наноситься, как правило, до
проведения этих операций. Не рекомендуется нанесение покрытий иа
металлическую арматуру после частичной ее запрессовки в пластмассу.
Недопустимо производить анодное окисление алюминиевых литейных
сплавов с арматурой из стали, меди и ее сплавов.
Нанесение покрытий нескольких видов на одну н ту же деталь
в массовом и серийном производствах представляет значительные
трудности, а в ряде случаев и невыполнимо.
Если необходимо, чтобы на стальную или латунную деталь наноси-
лись два покрытия — черное и декоративное светлое, то можно рекомен-
довать окисное химическое в сочетании с однослойным хромовым покры-
тием.
Б68
Основные характеристики
металлических покрытий
Цинковые покрытия. Цвет покрытия — светло-серый или сереб-
ристо-белый с синеватым оттенком. Цинк электрохимически защищает
сталь от коррозии в атмосферных условиях при температуре до +70° С;
при более высоких температурах он защищает сталь только механически.
Для повышения коррозионной стойкости цинковое покрытие под-
вергают хроматированию или фосфатированию. Без указанных обрабо-
ток покрытие допускается применять только при необходимости сни-
жения переходного электрического сопротивления для деталей, рабо-
тающих в легких условиях. Для изделий, работающих в условиях за-
трудненного обмена воздухом между внутренним пространством и внеш-
ней средой и при наличии в замкнутом пространстве органических ма-
териалов, которые при старении выделяют агрессивные вещества, цин-
ковые покрытия рекомендуется применять с дополнительной защитой
лакокрасочными покрытиями.
При электролитическом цинковании наиболее сильное наводоро-
живание и связанное с ним охрупчивание основного металла происхо-
дит в цианистых электролитах. Электролитическое цинкование не до-
пускается для деталей, изготовленных из сталей с прочностью более
1400 МПа. Допустимая рабочая температура цинкового покрытия до
4-300° С. Микротвердость покрытия, наносимого электролитическим
способом, составляет 500—600 МПа. Оно выдерживает развальцовку,
гибку; неустойчиво при запрессовке. Декоративные свойства покрытия
невысоки, йокрытие применяется в основном, для защиты от коррозии
стальных деталей изделий, эксплуатируемых в промышленных районах.
Кадмиевые покрытия. Цвет покрытия — светло-серый или сереб-
ристо-белый. Кадмий защищает сталь от коррозии в морской атмосфере
и в морской воде электрохимически, в пресной воде — преимущест-
венно механически. Кадмиевые покрытия характеризуются высокой
пластичностью и эластичностью, выдерживают развальцовку, штамповку
и вытяжку. Покрытие легко притирается; микротиердость — 350—
500 МПа.
Кадмий значительно более стоек, чем цинк, в кислых и нейтральных
средах. В условиях атмосферы промышленных центров кадмиевые по-
крытия менее стойки, чем цинковые. Покрытие нестойко в контакте с де-
талями, пропитанными или покрытыми олифой или маслами, особенно
в закрытых объемах. При кадмировании происходит наводороживание
стали и связанное с этим повышение ее хрупкости. Для устранения наво-
дороживания проводят обезводороживание нагревом. Для повышения
коррозионной стойкости покрытия рекомендуется производить его хро-
матирование или фосфатирование. Допускаемая рабочая температура
4-250° С.
Iкжрытие применяется:
для стальных дсылсБ, подвергающихся денсиино морской воды или
морских испарений;
д.чя снижения котик i ной ра ин ic i и hoichhh.i.'iob при контакте
с алюминиевыми и магниевыми сплавами деталей из стали и медных
сплавов;
для защиты от коррозии деталей типа пружин;
для деталей кинопроекционной аппаратуры, которые в процессе
работы соприкасаются с кинопленкой;
для получения покрытий, обладающих высокой пластичностью,
хорошей притираемостыо и свинчиваемостью.
569
В связи с дефицитностью кадмия применять кадмиевые покрытия
необходимо только в технически обоснованных случаях, когда приме-
нение других покрытий не обеспечит получения требуемых свойств.
Никелевое покрытие. Цвет покрытия — серебристо-белый с жел-
товатым оттенком. Однослойное никелевое покрытие является катодным
Йо отношению к стали, алюминию и алюминиевым сплавам и обеспечи-
вает их Защиту от коррозии механически. Никелевые покрытия могут
наноситься как методом катодного восстановления, так и методом хими-
ческого восстановления.
Покрытие выдерживает запрессовку, изгибы; при расклепке и раз-
вальцовке возможны случаи отслаивания. Покрытие хорошо поли-
руется, микротвердость его составляет 2000—5000 МПа, Допустимая
рабочая температура — до+650° С. Никель стоек к действию ряда орга-
нических кислот, минеральных солей и растворов щелочей; в атмосфере,
Насыщенной агрессивными газами и влагой, покрытие окисляется и туск-
ррет. Для защиты от потускнения на никелевое покрытие наносится
слой хрома толщиной 0,5—1,0 мкм.
При введении в состав электролита для нанесения никеля блеско-
образующих добавок покрытие получается блестящим непосредственно
в ванне.
Для уменьшения пористости и повышения защитных свойств
применяются подслой меди, двухслойные и трехслойные инкелевые
покрытия.
Никелевые покрытия рекомендуются преимущественно для полу-
чения защитно-декоративных покрытий на наружных деталях сложной
конфигурации и внутренних деталях изделий; для защитно-декоратив-
ных покрытий деталей, подвергающихся расклепке, завальцовке.
Никелевое черное покрытие. Цвет покрытия от темно-серого до
Черного. Покрытие имеет невысокие физико-механические свойства и
Малую декоративность. Применяется в качестве светопоглощающего.
Интегральный коэффициент отражения в видимой области спектра при
занесении на полированную поверхность составляет 8—10%. Корро-
зионная стойкость определяется подслоем нанесенным под черный никель.
' Хромовое покрытие. Цвет покрытия—серебрнсто-стальпой с сине-
ватым оттенком. По отношению к стали, алюминиевым и цинковым
Сплавам является катодным и обеспечивает защиту от коррозии механи-
чески. Покрытие отличается хорошим сцеплением с основным металлом,
повышенной твердостью и износоустойчивостью. Твердое блестящее
Хромовое покрытие обладает низкой пластичностью, эффективно рабо-
тает иа трепне при нанесении па твердую основу. Микротвердость 7500—
11 000 МПа. Хромовые покрытия длительное время не тускнеют в атмо-
сфере, па них не действует сероводород. Поэтому хром наносится в каче-
стве поверхностного слоя толщиной 0,5—1,0 мкм по никелевому деко-
ративному покрытию.
К недостаткам хромовых покрытий относятся: снижение пластиче-
ских свойств стали из-за иаводороживаиия, значительная неравномер-
ность распределения хрома на покрываемой поверхности.
Хромовые покрытия применяются для получения защитно-декора-
тивных покрытий по никелевому подслою и без него; для повышения
износостойкости и твердости стальных деталей; для восстановления раз-
меров изношенных деталей.
Хромовое черное покрытие. Цвет покрытия—черный; обладает
более высокими, чем у черного никеля, защитными и физико-мехаииче-
Скими свойствами. Коэффициент отражения этого покрытия по поверх-
ности, обработанной электрокорундом, составляет 2—3%. Для повыше-
670
ния коррозионной стойкости покрытия применяется подслой никеля.
Рекомендуется в качестве светопоглощающего покрытия.
Медные покрытия. Цвет покрытия от светло-розового до красного.
Медное покрытие является катодным по отношению к стали, алюминие-
вым и цинковым сплавам. Покрытие обладает высокой электропровод-
ностью, пластичностью, выдерживает глубокую вытяжку, развальцовку,
облегчает приработку и свинчивание. Микротвердость составляет 600—-
1200 МПа. В качестве самостоятельных медные покрытия не приме-
няются из-за малой устойчивости на воздухе. Допустимая рабочая тем-
пература — до +300° С.
Применяется в качестве подслоя под декоративные никелевые и
хромовые серебряные и другие покрытия; для местной защиты от на-
углероживания при цементации; для повышения притирочных свойств
поверхности и пластичности при глубокой вытяжке.
Оловянные покрытия. Цвет покрытия от светло-серебристого до
серого. В атмосферных условиях, по отношению к стали оловянное
покрытие является катодным, во многих органических средах — анод-
ным. Покрытие хорошо выдерживает развальцовку, штамповку, за-
прессовку, в свежеосажденном состоянии хорошо паяется. При хранении
олово окисляется и теряет способность к пайке; оплавленное покрытие
дольше сохраняет способность к пайке. Микротвердость — 120—
200 МПа.
При храпении на поверхности олова, нанесенного по подслою меди
или латуни, образуются нитевидные токопроводящие кристаллы (так
называемое иглообразование), что может привести к нарушению работы
приборов. Для исключения иглообразоваиия олово наносится по под-
слою никеля. Замена оловянных покрытий сплавом олово—висмут, со-
держащим 0,5—1,5% висмута, также уменьшает иглообразование и со-
храняет способность к пайке на более длительное время.
Покрытия применяют для деталей, подвергающихся пайке; для
снижения контактной разности потенциалов, при сопряжении стальных
деталей с деталями из алюминиевых сплавов.
Серебряные покрытия. Цвет покрытия—серебристо-белый. Серебря-
ное покрытие является катодным по отношению к стали, алюминию,
медным сплавам.
Под действием сернистых соединений, находящихся в воздухе,
покрытие тускнеет, покрывается черным налетом сульфида серебра.
Сульфидная пленка не снижает коррозионной стойкости, но повышает
переходное сопротивление, что ограничивает применение серебра для
покрытия контактов, работающих прн малых контактных давлениях и
малых токовых нагрузках. Для уменьшения переходного сопротивле-
ния на серебряные покрытия наносят дополнительно палладий, золото
илн родий.
Допустимая рабочая температура покрытия — до +700° С. Сере-
бряные покрытия характеризуются наиболее высокой по сравнению
с опальными металлами xieKipo- н tcii.ioiiронодш>стыо, а также высо-
кой огражиu-.-ii.noii спо' обпое।ы<>. Серебряные покрытия мягки, хорошо
выдержан.нот гибку, ра ишльиоику, облегчают свинчивание, хорошо
паяются. Микроiиердос11> - 700-800 МПа. Пе рекомендуется приме-
нять для деталей, работающих и контакте е органическими материалами,
содержащими серу.
Серебряные покрытия применяются для снижения переходного со-
противления токопроводящих деталей; для повышения поверхностей
проводимости; для получения зеркальных покрытий, в том числе, для
оптических квантовых генераторов,
671
Палладиевые покрытия. Цвет покрытия — светло-серый. Покры-
тие является катодным по отношению к покрываемым металлам, обла-
дает высокой стойкостью в атмосферных условиях и при воздействии
сероводорода. Покрытие характеризуется высокими теплостойкостью,
электропроводностью, износостойкостью, отражательной способностью.
Палладиевые покрытия не рекомендуется применять в замкнутых
объемах, при затрудненном обмене воздухом между внутренней и внеш-
ней средой, при наличии во внутреннем объеме органических веществ,
которые взаимодействуют с палладием с образованием на поверхности
покрытия темных пленок, увеличивающих переходное электрическое
сопротивление контактирующих поверхностей.
Микротвердость — 2000—4000 МПа. Покрытия не тускнеют на
воздухе при температуре до 400° С. Применяются преимущественно
для деталей из меди и медных сплавов, требующих низкого переходного
сопротивления и работающих на истирание; для защиты серебряных
покрытий от окисления; для получения покрытий с высоким коэффи-
циентом отражения.
Родиевые покрытия. Цвет — светло-серебристый с голубоватым
оттенком. Покрытие является катодным по отношению к покрываемым
металлам. Обладает большой коррозионной стойкостью как в атмосфер-
ных условиях, так и в коррозионно-активных средах, высоким коэф-
фициентом отражения света, высокой электропроводностью и износо-
стойкостью.
Родиевые покрытия отличаются способностью длительное время
сохранять хорошую проводимость в контактах. Интегральный коэффи-
циент отражения в видимой области спектра составляет 76—81%.
Микротвердость достигает до 9000 МПа.
Применяются для получения зеркал, работающих в жестких усло-
виях эксплуатации; для повышения износостойкости ответственных
трущихся и контактных деталей при необходимости сохранения по-
стоянства переходного сопротивления.
Золотые покрытия. Цвет покрытия—от золотисто-желтого до темно-
желтого. Золотое покрытие является катодным по отношению к покры-
ваемым металлам. Обладает хорошей пластичностью, мягкостью, поли-
руемостью, способностью к пайке, высокой электропроводностью и теп-
лоп роводностью.
Покрытие характеризуется высокой химической стойкостью. Ми-
кротвердость — 400—600 МПа. Микротвердость сплава золото—никель,
содержащего 1% никеля, увеличивается до 900—1000 МПа, при этом
другие свойства сплава изменяются незначительно.
Применяется для покрыт ня деталей высокочастотной аппаратуры,
требующих низкого переходного сопротивления п длительного сохра-
нения электрических параметров; для обеспечения стабильного коэффи-
циента отражения света.
Основные характеристики неметаллических
неорганических покрытий
Аиодно-окисные прозрачные покрытия на алюминии и его сплавах.
Покрытия характеризуются: высокими защитными свойствами, хоро-
шим сцеплением с основным металлом и с лакокрасочным покрытием,
наносимым по окисной пленке; высокой микропористостыо и, как след-
ствие, способное чью окрашиваться неорганическими и органическими
красителями; высокой твердостью, износостойкостью п электроизоля-
ционными свойствами. В зависимости от технологических параметров
572
процесса и состава сплава могут быть получены покрытия: защитные,
защитно-декоративные, износостойкие, электроизоляционные.
Защитные, защитно-декоративные покрытия имеют толщину 10—
20 мкм. Для придания деталям декоративного вида покрытия напол-
няются растворами красителей или для повышения защитных свойств
растворами хромовых солей или водой. Твердые износостойкие и элек-
троизоляционные покрытия характеризуются повышенной толщиной
(30—150 мкм и более), твердостью, хрупкостью. Удельное электриче-
ское сопротивление пленки достигает 1014 Ом-см, пробивное напряже-
ние— до 30 В/мкм. При анодном окислении размеры деталей увеличи-
ваются, как правило, на 0,5 толщины покрытия (па сторону).
Покрытия применяется для получения защитно-декоративных
пленок; для повышения твердости и износостойкости детали; для прида-
ния электроизоляционных свойств; в качестве грунта под лакокрасочное
покрытие.
Анодно-окисиые непрозрачные (эматалевые) покрытия на алю-
минии и его сплавах. Является разновидностью анодно-окисного по-
крытия. Эматалевое покрытие непрозрачно, по внешнему виду напо-
минает стеклянное эмалевое покрытие. Естественный цвет — от светло-
серого до темно-серого в зависимости от марки металла. Покрытие ха-
рактеризуется высокими декоративными свойствами; высоким удель-
ным сопротивлением и пробивным напряжением, износостойкостью.
Эматалевое покрытие стойко к резким перепадам температур, выдержи-
вает гибку, неглубокую вытяжку.
Высоко-декоративные эматалевые покрытия образуются на чистом
алюминии и алюминиево-магниевых сплавах типа АМГ-2. Эматалевые
пленки хорошо окрашиваются в растворах органических красителей.
Применяются для получения высокодекоративных покрытий, облада-
ющих повышенной твердостью и износоустойчивостью.
Анодно-окисные покрытия на титане и его сплавах. Цвет пленки
может приобретать различные цвета спектра и зависит от режимов ее
получения. Толщина покрытия от долей до нескольких десятков микро-
метров. Для декоративных целей и покрытий черного цвета применя-
ются покрытия толщиной до I мкм. Применяются для получения черных
светопоглощающпх покрышй и дли улучшения антифрикционных
свойств.
Анодно-окисиые покрышй ни меди и ее сплавах. Цвет покры-
тии — черный. По сравнению е химическим окисным покрытием обла-
дает лучшими защитными и механическими свойствами. Применяется
для получения светопоглощающих покрытий.
Окисные покрытия на стали. Цвет покрытия иа углеродистой
стали — черный с синеватым оттенком. Стали, содержащие легирующие
добавки, оксидируются хуже. Толщина оксидной пленки до 1 мкм.
Защитные свойства покрытий невелики, для их повышения покрытия
пропитывают маслами или подвергают гидрофобной обработке.
Применяются для получения декоративных покрытий па деталях
с точными размерами, кроме деталей, изготовленных методом литьи,
деталей пз металлокерамики и Оборонных единиц; для получения
светопоглощающих покрытий; для повышения сцепления с последующим
лакокрасочным покрытием.
Фосфатные покрытия на стали. Цвет покрытия — от серого до
серо-черного в зависимости от марки стали и состава раствора. Покры-
тие характеризуется невысокими защитными свойствами в связи с по-
ристым строением пленки. Для повышения защитных свойств фосфатные
покрытия подвергают пропитке маслами, гидрофобизироваиию или
673
другой обработке. Толщина покрытия 10—15 мкм. Фосфатные покрытия
обладают высокой адсорбционной способностью, высоким электрическим
сопротивлением, хорошо прирабатываются. К недостаткам покрытия
следует отнести низкую механическую прочность, которая увеличивается
после пропитки лаками.
Покрытие применяется в качестве грунта под лакокрасочные по-
крытия; как защитное для пористых деталей и сборочных единиц.
Окисно-фосфатные покрытия иа стали. Цвет покрытия от темно-
серого до черного в зависимости от марки стали. Механические свойства
аналогичны окисным. Защитные свойства несколько выше, чем у окис-
ных. Толщина покрытия 2—3 мкм. Так как покрытие наносится из
разбавленных растворов, его применение предпочтительно для деталей
из металлокерамики, литейных деталей и сборочных единиц, имеющих
поры, аазоры и глухие полости.
Окисные химические покрытия на алюминиевых сплавах. Цвет
покрытия—темно-серый или радужно-желтый в зависимости от марки
сплава и состава раствора. Толщина цокрытия 3—5 мкм. Механические
и защитные свойства ниже, чем у анодно-окисных покрытий. Окисные
покрытия служат хорошим грунтом под последующее лакокрасочное
покрытие.
Применяются для литейных алюминиевых сплавов для улучшения
сцепления с лакокрасочным покрытием.
Фосфатные покрытия на алюминии и его сплавах. Цвет покрытия—
волотисто-желтый. Покрытие характеризуется токопроводностью, тол-
щина слоя 3—5 мкм. Применяется для деталей, где необходимо сочета-
ние защитных свойств с сохранением токопроводимости.
Окисные покрытия иа магнии и его сплавах. Цвет покрытия от
светло-желтого до черного в зависимости от марки сплава и состава
раствора. Покрытие характеризуется невысокими защитными свой-
ствами, хорошей адгезией о лакокрасочными материалами. Толщина
покрытия 2—4 мкм. Применяется для межоперациоииой защиты от
коррозии при изготовлении деталей; в качестве грунта под лакокрасоч-
ное покрытие.
ПОКРЫТИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫЕ
Краткая характеристика покрытии
Лакокорасочные покрытия характеризуются высокими защитными
и декоративными свойствами, возможностью реставрации. Лакокрасоч-
ные материалы в зависимости от их марки и технологии нанесения могут
образовывать гладкие и рельефные рисунчатые покрытия различной
степени блеска: глянцевые, полуглянцевые, нолуматовые, матовые,
глубокоматовые. К специфическим материалам, используемым в оптико-
механическом приборостроении, относятся черные матовые и глубоко-
матовые эмали, белые матовые н глубокоматовые эмали, эмали для
окраски нерабочих поверхностей деталей из стекла.
По температуре сушки лакокрасочные материалы подразделяются
на высыхающие при комнатной или при повышенной температуре. Как
правило, лакокрасочные материалы горячей сушки образуют покрытия
is повышенными защитными, фнзико-механическими свойствами и более
высокой стойкостью к органическим растворителям п маслам.
574
Обозначения лакокрасочных покрытий
Условное обозначение лакокрасочных покрытий должно соответ-
ствовать требованиям ГОСТ 9.032—74. В обозначение покрытия входит
сочетание слов, букв и цифр, определяющих вид и свойства покрытия,
в следующем порядке: покровный лакокрасочный материал, цвет,
обозначение стандарта иа данный материал, класс покрытия, условия
эксплуатации.
В зависимости от климатических условий, от категории размещения
приборов условия эксплуатации согласно ГОСТ 9.009—73 подразде-
ляются на четыре группы: легкие — Л, средние — С, жесткие — Ж,
особо жесткие — ОЖ.
По внешнему виду, качеству нанесения лакокрасочные покрытия
согласно ГОСТ 9.032—74 делятся на семь классов.
В табл. 17.7 приводятся рекомендации по выбору класса покрытия
для различных групп оптико-механических приборов. Примеры обозна-
чений лакокрасочных покрытий приведены в табл. 17.8.
Таблица 17.7. Рекомендации по выбору класса
лакокрасочных покрытий
Класс покрытия (ГОСТ 9.032 — 74) Область применения
11 Наружные поверхности деталей любительской фото- и киноаппаратуры высокого класса, оправ объективов, |сндолн1о11. дальномеров
111 Наружные гкик'р.хiiociи микроскопов, спектраль- ных приборов, нрофеее||1>ш1лыюГ| киноаппаратуры, и приборов н любительской проекцион- ной а 1111 а 11 а । у р ы
IV Наружные поверхности астрономических, фотоме- трических приборов, рефрактометров, профессиональ- ной кинопроекционной и усилительной аппаратуры, укладочных ящиков •
V Наружные поверхности приборов, к которым не предъявляются повышенные декоративные требова- ния, внутренние поверхности детален приборов, ок- рашиваемых по II—IV классам
VI Наружные поверхности станков и другого оборудо- вания
VII Внутренние поверхности станкон
575
Таблица 17.8. Примеры обозначения покрытий
Вид покрытия Обозначение
Эмалью МЛ-279 ОП по III классу, свет- ло-серого цвета; эксплуатируется в лег- ких условиях Эмалью МЛ-158 по IV классу, светло- бежевого цвета «под шагрень»; эксплуати- руется в легких условиях Эмалью ХС-1107 по V классу, черного цвета глубокоматовое; эксплуатируется в средних условиях Эмалью ХВ-785 по V классу, серого цве- та; подвергается воздействию растворов кислот и щелочеГ! и эксплуатируется в же- стких условиях Лаком У Р-231 по V классу, бссиин ное, электроизоляционное, эксплуатируется в средних условиях Эмаль МЛ-279 ОП светло-серая; ГОСТ 5971—78. III.Л Эмаль МЛ-158 шаг- рень светло-бежевая; ТУ 6-10-1096—76. IV.Л Эмаль ХС-1107 ГМ черная; ТУ 6-10-1042—77.V.C Эмаль ХВ-785 серая; ГОСТ 7313--75. V. 7/1-Ж Лик УР-231 бссниетиый; ТУ 6-10-8(13 -70.V.9-C
Примечание. Обозначение покрытий стойких в особых сре-
дах (химически стойкие, малостойкие, термостойкие и др.), приведены
в ГОСТ 9.032 — 74.
Выбор лакокрасочных материалов для окраски деталей
Выбор лакокрасочного покрытия определяется требованиями,
предъявляемыми к внешнему виду (цвет, степень блеска, фактура,
класс покрытия), условиями эксплуатации, свойствами лакокрасочных
материалов и допустимым режимом сушки. Для окраски деталей оптико-
механических приборов можно применять лакокрасочные материалы,
используемые в машиностроении, автомобилестроении и других отрас-
лях промышленности. Многие из этих материалов имеют существенные
недостатки и не обеспечивают высокого качества окраски: плохой
розлив, недостаточно высокий перетир, ограниченную и мало пригодную
цветовую гамму, темные, тусклые тона.
В последнее время для оптико-механического приборостроения
разрабогаиы сш'ин,'1л1,пые приборные омяли, которые характеризуются
повышенными Д1'к<>|>:ни:1ны'ш и фи iiji.о-механическими свойствами.
Эти эмали образуют uo.’ij '.ialom.ie покрышй (как гладкие, так и рельеф-
ные) спокойных цветов, хорошо гармонирующие друг с другом.
* Разработанные эмали (МЛ-158, МЛ-279 ОН, ЭФ-1118) позволяют
наряду с гладкими полуматовыми покрытиями получать и рельефные
декоративные, по внешнему виду напоминающие шагреневую кожу.
Благодаря рельефной поверхности маскируются дефекты поверхности
деталей, а значит, уменьшается трудоемкость процесса подготовки по-
верхности под окраску.
Изменяя технологические параметры нанесения и сушки эмали,
можно регулировать характер рисунка покрытия. На практике нрихо*
дится выбпрап. различный рисунок для различных изделий, учитывая
габариты прибор,I, ;
В табл. 17.9 приведены оенониые M.iicpii.i.'iiJ, применяемые ДЛЯ
окраски оитико-мехаиичсских приборов.
576
Таблица 17.9. Основные лакокрасочные материалы для окраски опижо-мехаиических приборов
Условия эксплуата- ции по ГОСТ 9.009-73 л, с, ж Л, С, Ж 1 л, с, ж Л, С, Ж, ож л, с, ж л, С Л, С, Ж, ож эд § о. о G И О
Мини- мальная темпера- тура сушки, С 130 j 130 18—23 130 1 : 130 oei 130 О О эд . О. я с « я о о 2
Максимально допустимый класс покры- тия по ГОСТ 9.032—74 III III S> ш V | III о ° ° я я ЭД о Ч 4) 4» эд к ® й X 56 эд м т ЭД я я Я Я 41 Си О) • О * 3 я Ь х £ а25 и к я
1 Документ на поставку i ГОСТ 5971-78 ТУ 6-10-1096—76 ГОСТ 6465—76 ГОСТ 9754—76 ГОСТ 5971—78 ТУ 6-10-17-01—79 ГОСТ 120374—77 |
Вид и цвет покрытия Полуматовое; бледно-серый. ! светло-серый, серый, серо-сталь- ной, темно-серый, серо-голубой j Полуматовое; слоновой кости, светло-бежевый, серо-бежевый, темно-бежевый, серо-голубой, зе- лено-голубой, серо-зеленый, черный ! г* 1 Глянцевое; различных цветов । 1 Высокоглянцевое; различных । | цветов ! Пол у глянцевое, полуматовое, ма- товое; черный ; Полуматовое, матовое; черный i 1 С молотковым эффектом, полу- 1 1 глянцевое; различных цветов I эд 3 я я §* 5g ® о ЭД Эд я 2 о §§ 5® я = эд о я Эд £ « я о 3" я г>» я ч а> СЭ G 3 О <0 я о
Лакокрасочны* материал ; ! Эмаль МЛ-279 ОП ’ Эмаль МЛ-153 1 Эмаль ПФ-115 1 Эмаль МЛ-12 Эмаль ЭФ-1118 (ПГ, ПМ, М) Эмаль МЧ 240 (ПМ, М) Эмаль МЛ-165** * Покрытие мо которых не требуют
19 В. А. Панов и др.
577
Таблица 17.10, Черные светопоглощающие
лакокрасочные материалы
Лакокрасочный материал, документ на поставку Интегральный коэффициент отражения света в видимой области спектра, %, не более Максимальная температура сушки, "С , Условия эксплуатации по 1 ГОСТ 9.009—73 Характеристика
Черные гл у бо ком ат он и е покрытия
Эмаль А К-243, черная ТУ 6-10-11-01-6—78 1,5 18—23 л, с С высокой светопогло- щающей способностью и пониженными физико- механическими свой- ствами, нестойко к воз- действию органических растворителей, выдер- живает перепад темпера- тур от —60 до +80° С, ие выделяет летучих ве- ществ в вакууме
Эмаль АК-512, черная ТУ 6-10-966—75 3,0 18—23 л, с С высокой светопогло- щающей способностью. По механическим свой- ствам, стойкости к орга- ническим растворителям и перепаду температур покрытие аналогично АК-243. Эмаль содержит летучий пластификатор
Эмаль КЧ-736, черная ТУ 6-10-12-71—76 3,0 180 л, с, ж, ож С высокой светопогло- щающей способностью, обладает относительно высокими физико-меха- ническими свойствами, теплостойкостью к рас- творителям
678
Продолжение табл. 17.10
Лакокрасочный материал, документ на поставку Интегральный коэффициент отражения света в видимой области спектра, % , ие более Максимальная температура сушки, °Cj Условия эксплуатации по ГОСТ 9.009—73 Характеристика
Эмаль ХС-1107 ГМ, черная ТУ 6-10-1042—76 5,0 18—23 Л, С По механическим свой- ствам, стойкости к орга- ническим растворителям аналогично АК.-243. Вы- держивает перепад тем- ператур от —60 до +6О°С
Эмаль ХС-77К ТУ 6-10-12-58—76 3,0 По основным свой- ствам аналогично ХС-1107 ГМ
Черные матовые покрытия
Эмаль ЭФ-1118 М, черная ТУ 6-10-12-68—75 6,0 130 л, с, ж С высокими физико- механическими свой- ствами, обладает стой- костью к органическим растворителям. Выдер- живает перепад темпе- ратур от —60 до +100° С
Эмаль МЧ-240 М, черная ТУ 6-10-17-01—79 9,0 130 л, с С высокими физико- механическими свой- ствами, обладает стой- костью к органическим растворителям. Выдер- живает перепад темпе- ратур от —60 до +60° С
Эмаль ХС-1107 М, черная ТУ 6-10-1042—76 9-12 18—23 л, с По свойствам анало- гично ХС-1107 ГМ
19*
579
Т а б л ина 17.11. Основные лакокрасочные материалы
для получения диффузных белых светоотражающих
покрытий
Лакокрасочный материал, документ на поставку Интегральный диф- фузный коэффици- ент отражения в видимой области спектра, % Минимальная темпер атура сушки, °C Условия эксплуа- тации по ГОСТ 9.009—73 Характеристика
Эмаль АК-512, белая ТУ 6-10-967—76 80—83 18—23 л, с Выдерживает пе- репад температур от —60 до +200° С; нестойко к органиче- ским растворителям
Эмаль ВЛ-548, белая ТУ 6-10-12-30—76 76—80 18—23 л Выдерживает пе- репад температур от —60 до +80° С
Эмаль АК-1102, белая ТУ 6-10-1408—72 80 18—23 л, с Обладает высокой светостойкостью; вы- держивает перепад температур от —60 до +1206С
Эмаль А К-573, белая ТУ 6-10-1352—73 82-87 18-23 л, с 11естойко к орга- ническим раствори- телям
Эмаль АК-194 ТУ 6-10-901—75 75—80 100 л, с Отличается повы- шенной белизной и теплостойкостью при 140—150° С; выдер- живает перепад тем- ператур от —60 до -|-150йС
580
Специфические лакокрасочные материалы,
применяемые в оптико-механическом
приборостроении
При изготовлении оптико-механических приборов применяют лако-
красочные материалы со специальными свойствами: светопоглощающие,
светоотражающие, для окраски нерабочих поверхностей деталей из
стекла. В табл. 17.10—17.12 приведены основные лакокрасочные мате-
риалы, используемые для указанных целей, и дана краткая их харак-
теристика.
Таблица 17.12. Лакокрасочные материалы
для окраски нерабочих поверхностей деталей из стекла
Лакокрасочный материал Документ на поставку Мини- мальная темпера- тура сушки, °C Условия эксплуа- тации по ГОСТ 9.009—73
Эмаль ХС-543, чер- пай ТУ 6-10-12-32—76 18—23 л, с
Эмаль Х(М 107М, чер- ная ТУ 6-1042-76 18-23 л, с
Эмаль ЭП-51, черная с введением 10% микро- талька * ГОСТ 9640—75 18—23 л, с, ж
Эмаль КО-843, чер- ная ** ТУ 6-10-11-01-61—76 100 л, с, ж
* Можно применять цовкн линз.** Покрытие ж к влет ноздсйетпне темп для подкраски фасок и оправ после заваль- стойко к органическим растворителям; выдер- 'рнтуры 1 300” С и ралпальцовку.
Требования к окрашиваемым деталям
Детали должны поступать на окраску после проведения сварочных,
слесарных, механических работ. Поверхности деталей не должны иметь
заусенцев, неудаленных сварочных брызг и флюсов, наплывов пайки,
острых кромок радиусом менее 0,3 мм.
На поверхностях литых деталей не должно быть неметаллических
макровключений, пригара формовочной земли, нарушений сплошности
Металла в виде раковин, трещин, спаев и других неровностей.
Шероховатость поверхности, обеспечивающая получение покрытий
ваданного класса отделки без шпатлевки и со шпатлевкой, должна
удовлетворять требованиям табл. 17.13.
Шпатлевка служит для сглаживания неровностей окрашиваемой
поверхности. Необходимо отметить, что шпатлевание снижает механи-
ческие и защитные свойства покрытия, так как толстые слои шпатлевки
(Подвержены растрескиванию и скалыванию. В связи с этим необходимо
(стремиться устранять дефекты поверхности не шпатлеванием, а предва-
рительной механической обработкой, что ие только повышает качество
581
Таблица 17.13. Рекомендации по выбору шероховатости
окрашиваемой поверхности
Класс покрытия Вид покрытия Класс шероховатости поверх;? , ности металлов по ГОСТ 27ь9—73
Без при меиеиия шпат- левки С применением шпат- левки для деталей
малога- баритных крупнога- баритных
I II III IV V VI; VII Гладкое глянцевое Гладкое (высокоглянце- вое, глянцевое, полуглян- цевое, полуматовое) Рисунчатое Гладкое (глянцевое, по- луглянцевое, полуматовое, матовое) Рисунчатое Гладкое (полугляпце- вое, полуматовое, матовое) Рисунчатое Гладкое (полуглянцевое, полуматовое, матовое) Рисунчатое Гладкое, рельефное 7 6—7 6 6 5 5 4 4 2 Не ре 6 6 5 4 4 3 Не ре ТИрА То гламеитир 5 4 3—4 3 2 1 ~Л вмен- яется же уется
Примечание. Не допускается производить шпатлевание на- ружных поверхностей деталей, испытывающих вибрацию, ударные на- грузки, тряску, и поверхностей, подлежащих гравировке.
лакокрасочного покрытия, но и в большинстве случаев значительно ме-
нее трудоемко.
Общая толщина масляных, глифталиевых и других подобных
шпатлевок не должна превышать 1,5 мм для умеренного климата н
0,5 мм для тропического при толщине каждого слоя не более 0,5 мм.
Толщина одного слои эпоксидной шпатлевки — 2 мм.
Временная противокоррозионная защита изделий
Временная противокоррозионная защита (консервация) обеспе-
чивает защиту изделий от атмосферной коррозии при хранении и транс-
портировании. Такой защите подлежат изделия с металлическими
поверхностями, а также с металлическими и неметаллическими неор-
ганическими покрытиями. Временной защите не подвергаются изделия
или их поверхности при условии сохранения ими требуемых эксплуа-
тационных и декоративных свойств (изготовленные из коррозионно-
стойких металлов или расположенные внутри герметизированных
объемов и т. и.).
Консервация включает подготовку поверхности, нанесение средств
временной защиты и упаковывание. В зависимости от применяемого
технологического процесса и требований, предъявляемых и изделию,
582
допускается исключать одну или две из указанных стадий или совме-
щать их.
Варианты временной противокоррозионной защиты, пригодные
для применения в оптико-механическом приборостроении, приведены
в табл. 1*7.14,
Таблица 17.14. Обозначение варианта
временной противокоррозионной защиты
Обозначение Характеристика варианта защиты
33-1 Защита консервационными маслами изделий из черных и цветных металлов
ВЗ-4 Защита консервационными смазками изделий из черных и цветных металлов
ВЗ-7 Защита снимаемыми ингибированными полимер- ными покрытиями изделий из черных и цветных ме- таллов
ВЗ-10 Защита с помощью статического осушения воздуха изделий из черных и цветных металлов
/13-14 Защита летучими ингибиторами коррозии изделий из черных металлов
ВЗ-15 Защита летучими ингибиторами коррозии изделий из черных и цветных металлов
вз-ю Защита изделий с помощью инертной атмосферы
Выбор конкретных средств временной противокоррозиониой за-
щиты проводит по ГОСТ 9.0(4—78.
При полной консервации оптико-механических приборов и уст-
ройств, радиотехнических изделий н электронно-вычислительной тех-
ники рекомендуется применить п.зрн.тнты временной защиты ВЗ-10,
ВЗ-14, /13-15, ВЗ-|(>, а при частичной консервации ВЗ-1, ВЗ-4 и ВЗ-7,
ГЛАВА 18
ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ СВЕТА
Лампы накаливания для оптических приборов
К лампам накаливания, применяемым в оптических приборах,
предъявляются повышенные требования в отношении качества стекла
баллонов, размера, расположения тела накала (табл. 18.1 —18.4) и
выполнения цоколя (рис. 18.1)
РН8-20
МН
В _ 1 - -g -I
PH 12-100 РН12-1001
0П12-ЮВ
584
в
0П11-40
0П11-30
onjj-o.3
Рис. 18.1. Лампы накаливания для оптических приборов
Кинопроекционные лампы накаливания
Хорошее качество освещения дают лампы, у которых тело накала
имеет форму плоской спирали (типа К30-400, К17-170, К40-750). Ряд
ламп имеет фокусирующие цоколи. С целью повышения общей яркости
у некоторых ламп (К110-300, К110-500, К110-750, К127-300) секции тела
Рис. 18.2. Киноприскциопныс лампы
накала второго ряда располагают против промежутков секций первого
ряда. Лампы разных типов изготовляют с разными цоколями (рис. 18.2
и табл. 18.5). Лампы К127-150-1 выпускаются как с резьбовым, так и
с двухконтактным штифтовым цоколем диаметром 22 мм. Высота свето-
вого центра (номинальная) Н = 62 мм.
585
Таблица 18.1. Основные световые и электрические параметры и
Тип лампы Напряжение, В Мощность, Вт (ток, А) Световой поток, лм Световая отдача, лм/Вт Размеры ламп
Диаметр кол- бы D Длина лампы L
0112,4-1,1 2,4 1,1 А 28 — 18 33
ОП2,5-0,2 2,5 0,2А 4 — 18 33
ОП2.5-2 (СЦ77) 2,5 2 9 4,5 12 24
\ОПЗ-0,25 3 0.25Л 3,2 — 4,6 14
0113-0,5 3 0,5 Л 7 — 5,2 66
ОП4-4-1 (СЦ75) 4 4 40 10 18 34
ОП4-4-2 4 4 40 — 18 34
ОП4.5-33 4,5 33 600 — 41 68
РН4-10 4 10 ПО — 43 75
РН6-3 / 6 3 15 — 8,2 32
РН6-7 / • л 6 7 90 20 39
РН6-7,5 6-'"' / 6 7,5 88 — 26 46
PH-6-I5-2 6 15 165 — 21 65
PH 6-25 (СЦ69) L 6 з! 340 — 33 67
РН6-30-1 (СЦ70) 6 405 — 33 67
ОП6-25+25 6 25 312 12,5 26 47
ОП8-0.6 (СЦ60) 8 0,6А 48 10 15,5 28
ОП8-3.2 (СЦ76) 8 3,2 29 9 12 24
ОП8-9 (СЦ80) 8 9 84 9,3 18 33
ОП11-40 11 40 840 21 21 57
ОП12-15 12 15 130 — 25 80
V PH 8-20 (СЦ61) 8 20 250 — 21 56
РН8-30-1 (СЦ68) 8 30 465 — 31 86
РН8-30 8 30 525 — 25 81
РН8-35 8 35 450 — 31 86
PH 12-30 12 30 500 — 31 86
PH 12-35-1 (СЦ63) 12 35 560 — 41. 70
PH 12-50 (СЦ64) 12 50 1000 — 36 68
УРН12-100 (СЦ62Г) 12 100 1750 61 93
PH 12-100-2 (65Г) \ 12 100 1750 — 61 113
ОП12-100-, , 12 100 2500 25 51 88
ОП 13-50 L- 13 50 1500 — 19,5 57
опЗз-о,з 33 0,ЗА 130 26 90
PH 110-40 по 40 280 — 21 140
PH 120-15 120 15 97,5 21 60
PH 120-25 120 25 125 43 75
РН230-15 230 15 94,5 — 43 75
размеры • ламп накаливания для оптических приборов [см. рис. 18.1}
и тела накала, мм, не более Срок службы, ч Тип цоколя ТУ
Высота св*-"' тового цен- тра Н Ширина (или диаметр тела на- кала а Высота тела накала b
Не нор- мируется — — 5 Е10/20 ТУ 16.535.666-72
То же — 20 Е10/20 ТУ 16.535.666—72
1,5 0,8 100 Е10/13 ТУ 16.535.666—72
11,5 0 0,23 2,3— 0,6 75 Специальный СУЗ.371.896
11 — — 100 » ТУ 16.535.610—71
10,5 1,6Х 1,6 1,2 1,6 1,2 100 100 1Ф-СП ТУ 16.535.765—78 ТУ 16.535.766—72
29 — 30 Р20Ф'21 ТУ 16.535.662—72
41 — —- 50 В154/18 ТУ 16.535.538—77
— — — 200 Софитный ТУ 16.535.538—77
22 — —— 15 1Ф-С11 ТУ 16.535.666—72
24 0,9 1,5 40 B15S ТУ 16.535.666—72
—— —- 100 В15</ ТУ 16.535.538—77
5 1,3 100 Е14/29Х22 ТУ 16.535.668—78
3 2 80 Е14/29Х22 ТУ 16.535.668—78
28 2,4 1,9 100 В15/18 ТУ 16.535.733—78
— 50 Е10/20 ТУ 16.535.666—72
2 0,6 50 Е10/13 ТУ 16.535.666—72
— 1,7 1,7 50 Е10/20 ТУ 16.535.666—72
35 3,2X2,5 2,5 25 2Ф-Д30-1 ТУ 16.535.713—73
— 0 0,8 4—5 1000 — ТУ 16.545.089—76
42 2,8 2 100 B15S ТУ 16.535.668—78
48 1,3 5,5 100 P20d/21 ТУ 16.535.668—78
— 7 0,6 75 B15S ТУ 16.535.538—77
48 1,4 3,2 200 P20J/21 ТУ 16.535.668—78
72 —— 100 Е27 ТУ 16.535.668—78
42 0 1,3 — 25 P20d/21 ТУ 16.535.668—78
35 3,5 2 50 P20d/21 ТУ 16.535.668—78
60 0 4,8 — 75 B22d/25 ТУ 16.535.668—78
88 0 4,8 — 75 E27 ТУ 16.535.668—78
35 5,5 X 2,5 2,5 25 1Ф-С34-1 ТУ 16.545.025 —75
2,6 1,9 1 2Ф-Д30-1 ТУ 16.535.714—73
55 2,5 1,0 150 E14/25X 17 ТУ 16.535.730—78
— 200 EI4 ТУ 16.535.538—77
—— — 300 В 15d ТУ 16.535.538—77
—— —— — 300 E14 ТУ 16.535.538—77
— — 500 E14 ТУ 16.535.538—77
586 587
«
Таблица 18.2. Лампы накаливания миниатюрные и сверхминиатюрные
ГОСТ или ТУ L0 О О CD о СО СО СО СО СО b- b- t'- СО г- Г- г- г- r- rf* ГТ ГТ «Ф ГТ ГТ 1 rf* rf* хН 1 1 1 гГ | | | | | | со со со со со со 1 1 I 1 I 1 I 1 — 1 I IOOO | гг 0 in 10 0 1 1 1 1 1 1 1 1 Ю 1 1 1 ГТ ГТ СО 1 ООООоЗЗо^ОоЗ^^^О 1Л 0 0 10 0 0 озозозозозозсмоз^озозоз^^^оз со со со со со со ОЗОЗОЗОЗОЗОЗОЗОЗ^ОЗОЗОЗ1^1*}1”. ОЗ tO 10 0 0 10 lO . r .r .< r r ^tL-r г co о о . cd cd cd co* co co CCXuUCXfchl-,U[-.hHhU. HHHHHH
Тип цоколя >x =x »s 3 к 2 w 3 w X 4 35 g Я 4 л о 5 л о 5 « ч 8 ч « СОСОСО^СО^СОСОСОСОСОСОСООО^ИСО |! g g о д! § оооЙdoddдооoZо «испЗ-Эсп — ф — Я 4> Я £j Я 0> ЩЩЩфЩССЩШШШЩШШЩЙШ ф ийОдОД
Срок служ- бы, ч «и о о ш о ш о о со о ш о о о о о о s 92SOOO v ©0^0 — 004 003000000 QOOOOO 3 СО 03 СО 10— 10 О — 04 03 — 03 СХ, СО СО 10 0 10 10 я 2
Длина лам- пы, мм О rf‘rt‘rfO^OO^t‘^rt‘rJ'rt‘00 — О— СЗ О WO SON в 03 03 03 СО 03 СО СО 04 04 03 04 04 04 СО СО СО _ СО 03 03 ь s
Диа- метр колбы D, мм 5 S _. 010401с004с0с00103030404 — — — — 3 °. °. °. Я . — — — — — — —, — —> —. — —. —. — — со СО СО СО СО со 5
Светоаой поток, лм 2 0) со СО 3 ! 1 СО О О О Г- | 0^0^ « ОЗ^ОЗ ^гГ ОО^ с 1 1 оТ гг О? г-Г 03 со" I <Ю 03 03 — 03 03 ° О о — — — — S 3
Ток, А • и. 00 <Ю сю 2 L010 <иРФ10СТ>О-3’ОЗ’’Зч<4?СООСООЗОЗОЗО (- 03 OI 10 10 10 10 О О — 03 ГТ 10 Г- — Ф 04 со —— — — та о О_О_О_О О о" o' o' о” CD cS o' CD о" o' CD CD О o' o' CD ООООФФ
«7 с * 10 10 IO io 10 io 0 10 10 CO 10 c*?.c3. — 04* 04* Ol* 03 04* 04* CO* 04* CO* Ф CO* 10 CO <D Ю CO* СО Ф ф О О — CM 03 co — — —
Тип лампы « o' oo" 03 —ч—ч ^-sO CO ^-4—iD S-00 00 ''бю =- =? 8°-Л*“Л<.о.с’я.о222^ ?%6ЙЙ 0 10 IO 1Л1Л1Л 10,0 IO ю СО т-^ ц^ао «э «3 01 6 — ~ — 04 03 03 03 03 03 СО 03 СО СО — 03 03 СО — ХЗХЗИ 5SS§66
588
Т аблица 18.3. Лампы накаливании коммутаторные
(по ГОСТ 6940—74)
Тил лампы Напряже- ние, В О Световой поток, лм Сила света, кд Диаметр колбы Ь, мм Длина лампы, мм Срок службы, ч
КМ6-60 (КМ-1) 6 0,06 0,4 0,035 6 46 500
км 12-90 (КМ-2) 12 0,09 0,55 0,045 6 46 2000
КМ24-35 (КМ-24) 24 0,035 0,9 0,07 6 46 2000
КМ24-90 (КМ-3) 24 0,09 1,75 0,14 6 46 1000
КМ48-50 (КМ-4) 48 0,05 2,9 0,23 6 46 1000
КМ60-55 (КМ-5) 60 0,055 5,7 0,45 6 46 500
Т аблица 18.4. Лампы накаливания
в цилиндрической оправе
Тип лампы Напряжение, В Мощность, Вт Световой поток, лм Диаметр колбы D, мм Длила лампы, мм Срок службы, ч Тип цоколя ГОСТ или ТУ
Ц127-10 (Ц-3) 127 10 50 20 86 1000 BJ5/18 ГОСТ 5011—69
Ц127-25 (Ц-14) 127 25 190 25 86 1000 Е14/25X 17 ГОСТ 5011 — 69
Ц220-10 (РНЦ220-10) 220 10 45 25 86 1000 Е14/20 ТУ 16.535.429—70
Ц220-25 (Ц-16) 220 25 170 25 86 1000 Е14/25X17 ТУ 16.535.429—70
Приме ч а н и е. Световая отдача 5 лм/Вт.
589
Т а б л и ц а 18.5. Основные и электрические
Тип лампы Напря- жение, В Мощ- ность, Вт Свето- вой по- ток, лм Размеры ламп
Диаметр колбы D Длина лампы L
К4-3 4 3 24 26 51
Кб-30 6 30 550 22 57
Кб-30-2 (К19) 6 30 555 26 51
К8-55 8 55 1 400 25 83
К10-50 (К27) 10 50 850 25 83
К 10,5-80 (К25) 10,5 80 1 970 26 78
К12-30 (К7) 12 30 528 25 86
К12-30-2 (К8) 12 30 528 43 70
К12-50 (К 10) 12 50 1 000 51 77
К12-90 12 90 2 400 26 83
К16-90 16 90 90 40 96
К17-170 (КЗО) 17 170 4 420 27 155
К17-170-2 (К24) 17 170 4 420 27 150
К30-400 (К22) 30 400 20* 37 155
К40-750 (К32) 40 750 21 800 37 155
К110-300 (К 12) ПО 300 6 450 37 145
К1Ю-500-2 (К 14) НО 500 11 000 37 155
КНО-500 НО 500 7 800 ** 180 267
К Н0-500-2 (К14) НО 500 11 000 37 155
К1Ю-75О (К15) НО 750 17 250 37 155
К127-150-1 (К26) 127 150 2 480 37 144
К127-300 (К 18) 127 300 6 450 37 145
К127-500 127 500 10 000 * 112 160
К220-100 220 100 1 700 26 78
К220-300 220 300 5 400 37 145
К220-500 220 500 7 900 * 112 160
КГМ9-70 *** 9 70 20 * 10,75 47
КГМ 12-40 12 40 720 8,5 45
КГМ6.6-45 6,6 45 750 8,5 60
КГ-220-500-1 220 500 13 000 10,75 132
КГ-220-1000 (тепло- 220 1000 8 000 11 375
вые)
КГМ-220-1000-3 (све- 220 1000 2 600 10,75 180
то вые)
КИМ-6-25-25 6 20 250 10,75 36
КГМ6.3-15 6,3 15 200 8 30
КГМ 12-100 12 100 2 900 И 45
КГМ40-750 40 750 23 500 29 НО
КГМ27-27-1 27 27 590 8 82
КГМЗО-ЗОО-2 30 300 35* 14,5 55
* Габаритная яркость, Мкд/м*. ** Осела я сила света, кд. •*• Тип КГМ9-
590
параметры и размеры кинопроекционных ламп
и тела накала, мм, не более Срок служ- бы» ч
Высота светового ц^ртра Н Ширина тела накала а Высота тела накала b Тип цоколя ГОСТ или ТУ
23 30 31 36 60 37 60 41 45 40 41 60 81,5 60 66 70 81,5 81,5 81,5 74 70 40 70 Световая от- дача 18лм/Вт Цветовая температу- ра 3200 К Цветовая температу- ра 3200 К 70 и ниже — 2,3 1,2 4,5 6,0 5,5 4,0 7,0 7,2 4,5 6,5 6,5 8,9 13,6 8 10 10 11 1,0 8 9,0 13 2,6 3,0 Спи 0 1, 285 2,7 4,0 6 лампы ква 0,18 3,1 1,5 2,0 1,8 1,5 0,8 0,95 3,5 4,3 4,3 6,4 9,4 8,5 10 10 11 22 8,5 9,0 13 2,6 1,5 раль 4X5,5 1,2 1,0 2,3 3,5 эцевые гал 100 100 10 15 100 25 50 50 50 25 20 20 20 40 30 50 30 100 30 30 200 50 6 50 50 6 200 100 1000 130 5000 400 400 200 75 150 50 огеняые P19S/13 1Ф-Д30-1 BI5S P19.S713 Е14/25Х 17 В155 Е14/25Х 17 B15d B15d В155 Специальный 1Ф-С34-1 P26S/31 1Ф-С34-1 1Ф-С34-1 B22J/25 P26S/31 Е40/45 P26S/31 P26S/31 Е27 B22d/25 Е27/32Х 30 1Ф-Ш15-2 B22d/25 Е27/32Х30 Веч цоколя » » Плоский ме- таллический То же lie ч Цоколя » » » » » » » » » » ТУ 16.535.533—77 ГОСТ 4019—74 ГОСТ 4019—74 ТУ 16.535.533—77 ГОСТ 4019—74 ГОСТ 4019—74 ГОСТ 4019—74 ГОСТ 4019—74 ГОСТ 4019—74 ТУ 16.535.078—75 ТУ 16.535.728—73 ГОСТ 4019—74 ГОСТ 4019—74 ГОСТ 4019—74 ГОСТ 4019—74 ТУ 16.535.533—77 ТУ 16.535.533—77 ТУ 16.535.533—77 ТУ 16.535.533—77 ТУ 16.535.533—77 ТУ 16.535.533—77 ТУ 16.535.533—77 ТУ 16.535.076—75 ТУ 16.535.533—77 ТУ 16.535.533—77 ТУ 16.535.229—75 ТУ 16.535.261—76 ТУ ЮС0.337.015 ТУ 16.535.439—76 ТУ 16.535.354—76 ТУ 16.535.354—76 ТУ 16.535.229—75 ТУ 16.535.366—75 ТУ 16.535.511—76 ТУ 16.535.711—73 ТУ 16.535.683—72 ТУ 16.535.430—76
591
55»
Лампы накаливания с иодным циклом
(галогенные) для оптических приборов
Кварцевые йодные лампы имеют преимущества перед обычными
лампами накаливания: на протяжении всего срока службы колбы их
не темнеют и, следовательно, не уменьшается световой поток; они
отличаются большой световой отдачей, долговечностью и весьма малыми
Рис. 18.3. Малога-
баритная лампа с
йодным циклом (ти-
па КИМ6—254-25)
габаритами при большой мощности (рис. 18.3
н табл. 18.5).
Лампы электрические
светоизмерительные
Светоизмерительные лампы предназначены
для фотометрических работ (рис. 18.4.) Ха-
рактеристики их приведены в табл. 18.6 и 18.7.
Дуговые лампы высокого
и сверхвысокого давления
В табл. 18.8 приведены основные техниче-
ские параметры и размеры дуговых ламп раз-
личных типов.
Ртутно-кварцевые лампы
Ртутно-кварцевые лампы (рис. 18.5) из-
лучают свет видимой и ультрафиолетовой об-
ластей спектра. Разрядный промежуток имеет
малые размеры и очень большую яркость (до
1000 Мкд/м2), что создает возможность использования ламп в раз-
личных оптических приборах для получения узкого пучка света боль-
шой интенсивности. Излучение ламп имеет линейчатый спектр с не-
прерывным фоном. Недостатками ламп являются длительное время
разгорания (2—5 мин) и остывания после выключения для повтор-
ного зажигания, плохая цветопередача, особенно в длинноволновой
части видимого спектра. Требуется повышенное (высокое) напряжение
для поджига.
Ксеноновые лампы с дуговым разрядом
Лампа этого вида (рис. 18.6) обладает большой яркостью и непрерыв-
ным излучением (см. рис. 18.7) в видимой и ближней инфракрасной
областях. Сразу после включения лампа работает нормально. Ксеноно-
вые лампы взрывоопасны, и поэтому для них требуются защитные
устройства. Лампы питаются постоянным током через сетевой блок
питания, содержащий понижающий трансформатор, выпрямитель и
стабилизатор; включаются в сеть и зажигаются аналогично ртутным
лампам сверхвысокого давления.
592
Рис. 18.5. Ртутная квар-
цевая лампа сверхвысо-
кого давления
Рис. 18.4. Лампы накаливания свето-
измерительные
Газоразрядные циркониевые лампы
Циркониевые лампы обладают большой яркостью при очень малых
размерах светящегося тела (табл. 18.8). Включение в сеть осуществля-
ется через выпрямитель. Зажигание лампы производится прн помощи
индуктора.
593.
Таблица 18.6. Характеристики
Тип лампы Напряжение, В Мощность, Вт | Сила света, кд Световой поток, лм
наименьшая, номиналь- ная! наибольшая наименьший номиналь- ный наибольший
СИСЮ-5 10 8,6 4,4 5 5,6 — — —.
СИСЮ-10 10 16,8 8,8 10 11,2 —• — —-
СИСЮ7-35 107 56 30,8 35 39,2 — ——
СИС 107-100 107 158 88 100 112 — — —
СИС 107-500 107 365 440 500 560 — —— —•
СИС107-1000 107 660 880 1000 1120 — — —•
СИС107-1500 107 915 1320 1500 1680 — — —
СИПЗ.5-10 3,5 1,9 — — — 8,5 10 11,2
СИП 10-50 10 8,6 — — — 44 50 56
СИП35-150 35 22,2 — — — 132 150 168
СИП-107-500 107 74 —а. — —— 440 500 560
СИП107-1500 107 118 —-- — — 1320 1500 1680
СИП 107-3500 107 260 — — 3080 3500 3920
СИП35-500 35 40 — — — 440 500 560
Примечание . Данные ГОСТ 1077 —64; новый ГОСТ находится
светоизмерительных ламп накаливания
я Размеры ламп и тела накала.
В ММ , не более СО
Цветовая тем тура, К Диаметр колбы D S 3 5 s 1=( ч Высота све- тового цен- тра Н Ширина тела нака- ла а] Высота тела накала Ъ Форма тела накала Тип цоколя Поз. на рис.
2360 88 150 88 8 45 Плоская Е27/32 а
2360 88 150 88 8 45 С косым а
2360 130 200 105 36 66 рантом а
2360 130 200 105 39 66 » То же а
2800 130 210 125 25 25 » » б
2854 130 210 125 25 30 » Е40/45 б
2360 130 235 155 28 35 » С косым б
рантом б
2360 40 75 50 8 20 » Е10-20 в
2360 88 140 100 8 45 » Е27/32 г
2360 88 150 105 38 62 Цили ндр и- Е27/32 д
ческая
2360 88 150 108 38 62 То же Е27/32 Ж
2800 100 210 160 25 15 » Е27/32 3
2800 115 235 185 25 20 Е27/32 3
2360 88 140 105 22 18 Плоская Е27/32 е
в стадии разработки.
Таблица 18.7. Характеристики светоизмери тельных ламп накаливания (рис. 18.4.)
Тип лампы Напряже- ние, Б Мощность. Вт ! Цветовая i температура тела, К 1 Наиболь- ший диаметр D, мм Наибольшая длина L, мм Высота све- тового цен- тра Н, мм <У я ч Я оз я X S « 2 а Высота те- ла накала Ь, мм Продолжи- тельность горения, ч Поз. на рис. 18.4 ТУ
СИРШ6-40-1 6 40 2840 37 155 75 0,7 8 2(И) и ТУ 16.545.111—76
СИРШ6-100-1 6 100 2840 45 155 75 2,0 8 200 и ТУ 16,545.111—76
СИРШ8,5-200 8,5 200 3000 85 160 — 2,0 10 300 к ТУ 16.545.111—76
СИРШ8,5-200-1 8,5 200 3000 85 160 — 2,0 10 300 к ТУ 16.545.111—76
ТРШ2850 — 15 2850 16 26 — 0,3 3,5 50 — ТУ 16.535.678—77
ТРШ3000 8 66 3000 37 135 •— 1,0 8 300 — ТУ 16.535.757—78
594
595
Таблица 18.8. Основные технические
Тип лампы Напря- жение, В Мощ- ность, Вт Ток, А Световой поток, клм Яркость, Мкд/м1
ДРШ100-2 ДРШ250-2 ДРШ250-3 ДРШ500М ДРШ1000 ДРК-120 ДРТ375 (ПРК-2) ДРТ2500 Л ДРЛ125 ДРЛ250 ДРЛ400 ДРЛ700 ДВ15 ДКсР-150А-1 ДКсШ200 ДКсШ200-2 ** ДКШЗООО-З ДКсРЗОООМ ДКсРбООО ДКсШ120 ДКсШ200-2 ДКсШ 1000-2 ДКсШ 1000-3 ДКсШЮООМ ДКсШ2000 ДКСэл2000 ДНаС18 ДВС25 ДРГС12 ДВС52 20 28—36 72 76 90 125 120 850 а м п ы ] 125 130 135 140 54 26 22 22 32,5 33 40 10—13 22 22 25 25 27,5 29 22 50—100 30—95 —55 100 250 250 500 1000 120 375 2500 ) т у т п ы 125 250 400 700 15 150 200 200 3000 3000 5000 120 200 1000 1000 1000 2000 2000 18 25 12 50 Л а 5,2 7,8 а м п ы р т З^7 е высоко Л а 0,3 12 Энергия вспышки 80 Дж 100 130 160 10—12 51 Л а 1,05 0,3 0,3 1,05 м п ы р т 12,5 22 53 4,2 у т н о - к Тз го дав 5,6 12,5 22,0 38,5 м п а р т - Ламп 300* 105 90 190 м п ы ду у т н ы е 1000 800* 100 130 120 в а р ц е л е и и я у т н а я - ы дуге 3500 90 600 750 700 700 300* 250 200 200 400 400 г о в ы е 0,08 , 1,0
"ДРС600 ДДСЗО ДАЦ50 * Сила света 68—78 50—100 220 , кд. •* *В 600 ' 30 50 ззмо^кен mn 8,0 0,3 Л а - пульсный реж м п ы ду - им работы. 0,3 г о в ы е 30
596
Параметры и размеры дуговых ламп
.Длина дуги Ь, Диа- метр колбы Длина лампы Срок службы, ч Тип цоколя ГОСТ или ТУ
ММ D, мм L, мм
свер хвысо кого давления
0,4 15 85 100 Специальный СУ3.374.173
1,1 18 107 200 » ЮЩ3.374.043
— 40 145 500 » ТУ 16.535.281—74
4.5 45 190 600 » ТУ 16.535.281—74
8 58 232 100 » СУ0.337.054
— 48 140 250 » СУЗ.374.009
вы е высокого дав ления
22 265 1 2 500 1 * ТУ 16.535.280—74
31 1200 | 3 500 1 » ТУ 16.535.387—70
с исправл е н н о й цветностью
— 91 184 10 000 Е27/32Х30 ГОСТ 16354—70
— 91 227- 10 000 Е40/45 ГОСТ 16354—70
— 122 292 10 000 Е40/45 ГОСТ 16354—70
— 152 368 10 000 Е40/45 ГОСТ 16354—70
низкого давлены я
- 30 451,6 3 000 С13/24 ТУ 16.535.273—75
в ы е кс енон о в ы е
— 80 232 15 Специальный СУЗ.374.247
2—2,5 26 149 500 » СУ3.374.127
— 26 145 500 » ОДО.337.078
4,3 59 330 650 » ТУ 16.535.573—71
1,0 80 235 300 » СУЗ.374.135
1,5 . 80 235 250 » СУЗ.374.120
0,4 15 100 100 » ОДО.337.078
— 26 145 500 » ОДО.337.078
— 43 260 750 » ТУ 16.535.251—64
— 44 1500 1 500 » СУЗ.374.248
— 44 258 750 » СУЗ.374.248
j — 52 320 1 000 » СУЗ.374.217
— 50 320 1 000 » ТУ 16.535.763—73
с п е к т ) а л ь н ы е
— 33 165 200 » СУО 337.063
— 33 124 200 Октальный ОДО.337 066
— 43 124 200 » СУЗ.334.105
Д,0 33 165 2'10' 300 Р27/32-2 СУО.337.063
— 203 20(Г • niciiiiajibiiTJff 'СУО.337.093'
— 39 124 200 Октальный ЮЩ3.374.078
ц и р К О н и е в ы е
1,0 . 38 115 75 1ФС34-1 СУЗ.374.040
597
Рис. 18.7. Распределение энергии в спектре
излучения ксеноновой лампы типа ДКсШ
Газоразрядные спектральные лампы
с линейчатым спектром излучения
Такого рода лампы применяются в спектроскопии, микроскопии,
светотехнике и других областях. Лампы подразделяются на две группы.
Наиболее интенсивные линии спектра излучения, электрические и
световые параметры первой группы приведены в табл. 18.9.
Все лампы имеют диаметр колбы 33 мм, длину 165 мм и высоту
центра светящейся области 105 мм. Лампы включаются в сеть перемен-
ного тока 220 В через дроссель. Потребляемая сила тока от 0,9.до 1,8 А.
Продолжительность горения ламп 200—300 ч, кроме лампы ДТС15
с продолжительностью горения 50 ч.
Во вторую группу входят водородная лампа ДВС25 н некоторые
другие (табл. 18.8).
Импульсные и стробоскопические лампы
Импульсные (рис. 18.8) лампы предназначаются для фото- и кино-
съемок. Стробоскопические лампы применяются при измерении скоро-
стей движущихся тел. В табл. 18.10 даны характеристики этих ламп.
Фотоэлектронные умножители
Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) преобразовывают лучистую
энергию в электрическую с большим усилением и обладают высокой
чувствительностью. ФЭУ создают меньшие шумы, чем фотоэлементы-
усилители. Благодаря указанным качествам ФЭУ широко применяются
в оптических приборах. В табл. 18.11 приведены некоторые характе-:
ристики ФЭУ, а на рис. 18.9 — их спектральные характеристики.
Б98
Таблица 18.9. Газоразрядные
спектральные лампы первой группы
S 1 ’ U iTnn лампы Нзполнител> Длина волны, нм Напря- жение, В Наимень- шая яркость, Мкд/м2
видимая область ультра- фиоле- товая область
ДРС50 Ртуть 365,0 404,7 435,8 546,1 577,0 467,8 253,7 296,7 312,6 334,1 298,1 326,1 55 1000
ДКдС20 Кадмий 480,0 508,6 643,8 340,4 346,6 280,1 17 17
ДЦнС20 Цинк 468,0 472,2 481,6 632,2 328,2 330,3 334,5 19 8
ДТС15 Таллий 535,0 18 20
ДНаС18 Натрий 589,0 455,5 687,0 — 19 20
ДЦ.»С16 Цезий (>97,3 722.9 760,9 794,4 10 2,5
Примечание. Число в обозначении лампы показывает ее мощность, Вт.
599
Таблица 18.10. Основные световые н электрические параметры и размеры импульсных ламп
g'gl 'OHd вн 'воц 1111 1 о® 1 ® 1 1 1 1 1 1 « 1 -
£ 00 CD СО 37 ”£2^^ S-xSjoogooooSqa О Q S °. r-'<o”Q ”£2a””s2£2xc^£2E2£2E2E2” g3Pg>£? 332 33 3333g ==о2 G2obo22o222222b
(ЯЭППЧПЭв *0141) П9ЖЛ1ГЭ MOdQ 1 1 1 Q .ЮООЮ1ЛЮООЮЮЮЮ i — Illg | -- I м«
h ‘1Ч9жК1гэ ModQ s§§ 1 S-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 is ।
им ‘7 Miiweir vfiuirV Rsexgassssg^gggggss
kw '(j 149 •iroM diawBHV ^ео in in in ЯЗЗ xS^^^SsSS^gjSSSS^??
O*Vm ’эинваиъааэо S 8с$5 .-.SSSSg SSS S lO^NOo ] ООО * осч^ооо оо^ 00 СЧ — CO b- —
0 Wlf ‘EHJ -ёэие иваоАэаэ ивтчнакивн Illi 1 1 1§ 1 1 Ixl 1 1 1 1 1 1 1 СЧ
Vm ‘вхэаэ eifHQ Ю co "1*1 s111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 о o>
Mtf ‘МОПНЧИСШ HHjdang Ю СЧ 00 | 1 1 О lOOOQOOQQOOQOOO 1 I 1 1 Sooooooop о — Ооозооооооо сч СЧ ХГ LQ CD 00 О О CM Tf
АН ‘ЯАЭОИТПОДО 2Й-* | § I II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
ЯМ ‘Ko9oduowB3 эмнажибивН сэсЧ-СО । j иэо^юсч^сс [ o^q । ino^uqincq — — о * I — — —" сч* сч* ’ in co । co co r-T сч* о
Я ‘аинаж -в due и danced OO I© I оооооооооQоооо 00 LQ о ОООО ОООЮОО ЮОШ о — сч 'о 1 м<счео1пг-.1пм«сч1пс©соососч ю —« —< сч — сч т
Тип лампы оюю8 |зЗ§§8|8з1§11з8 gSSS^cccccccScH O(J(JO о Ct‘6"6"6"6"6"6"6"б"6"6"6'(J в SSSS KKKK5SSSSSSXSSS '
600
Основное назначение ФЭУ-79 — измерение пороговых световых
потоков в области спектра до 830 им в фотометрических и спектральных
приборах широкого применения.
ФЭУ-88 служит для измерения модулированных пороговых свето-
вых потоков при постоянном световом фоне в области спектра от 300
до 830 нм. Порог чувствительности не более 2-10 13 лм/Гц1^2.
ФЭУ-99 используются для измерения ультрафиолетового излучения
на световом фоне в устройствах широкого применения. Фотокатод —
теллуро-калиево-рубидневый па кварцевом стекле. Спектральная
анодная чувствительность па длине волны 253,7 нм равна 100 А/Вт
Рнс. 18.8. Стро-
боскопические (им-
пульсные) газо-
разрядные лампы
(при напряжении питания 1700 В). Отношение спектральной анодной
чувствительности (на длине волны 365 нм к длине волны 253,7 нм)
равно 0,02. Предел линейности световой характеристики в статическом
режиме — не менее ! 10"“ А.
ФЭУ-100 служит для измерения пороговых потоков лучистой энер-
гии в области спектра от 170 до 830 нм в устройствах широкого примене-
ния. Фотокатод — полупрозрачный сурьмяно-натрнево-калиево-цезие-
вый. Спектральная чувствительность фотокатода на длине волны
400 нм — не менее 2-10"? А/Вт, а иа длине волны 800 нм — не менее
1-10"4 А/Вт. Предел линейности световой характеристики в статическом
режиме (прн анодной чувствительности 10 А/лм) равен 1-10~® А. Наи-
большее рабочее напряжение 2700 В.
ФЭУ-116 применяют для спектральных исследований в ультра-
фиолетовой области спектра. Приборы исполняются в двух вариантах:
всеклнматичсском и тропическом. Фотокатод — теллуро-цезиевый на
увиолевом стекле. Спектральная чувствительность фотокатода пе
менее 4,4 mA/Вт. Порог чувствительности — не более 5-10 13 Вт/Гц'^2.
Отношение ординаты спектральной чувствительности на длине волны
365 нм к ординате при максимуме чувствительности составляет не
более 50%.
601
s
Таблица 18.11. Характеристики фотоумножителей
Параметр Тип ФЭУ
14А 17А 18А 19А 22 24 26 27
Спектральная характеристика (рис. 18.9) С-5 С-6 С-3 С-6 — С-6 С-6 С-7
Область спектральной чувстви- тельности, им Максимум спектральной чув- 330—750 300—600 200—600 300—600 400—1000 300—600 300—600 320—750
470—510 360—440 360—440 360.—440 650—850 360—440 340—440 450—550
ствительности, нм
Темновой ток, А, не более 4-10-’ 3-Ю-8 3.10“9 5-Ю-8 2.10-8 3-Ю-7 5-IO"® 5-10-9
Чувствительность фотокатода, мкА/лм 60 20 20 15 w — 25 20 30
Наибольший ток анода, мА 5 — — — — —
Напряжение питания, В 2200 1400 1400 1400 1400 2000 1200 2000
Наибольшая высота, мм 129 181 181 200 181 236 66,5 108
Наибольший диаметр, мм 52 49 49 49 22 82 22,5 30
Диаметр рабочей площади фото- катода, мм Масса, г 40 16X5 16X5 34 16X5 34 4X4 25
120 120 130 150 — 250 25 40
Параметр Тип ФЭУ
28 31 25 39А 49 — 49Б 50 54 55
Спектральная характеристика (рис. 18.9) С-1 С-6 С-6 С-15 С-8 С-6 С-4 С-5
Область спектральной чувстви- 400—1100 300—600 300—600 160—600 300—850 —- —- —-
тельиостн, нм
Максимум спектральной чув- 650—850 380—420 380—420 380—420 370—500 380—420 380—480 450—550
ствительности, нм
Темновой ток, А, не более Чувствительность фотокатода, мкА/лм Наибольший ток анода, мА Напряжение питания, В Наибольшая высота, мм Наибольший диаметр, мм Диаметр рабочей площади фото- катода, мм Масса, г 3-IO"7 15 1500 34 25 60 5-10"’ 20 1400 79 22,5 20 4-10-8 20—40 Г.50 113 34 25 50 1-ю-6 25 1800 150 48,5 34 150 4-10-6 50—70 10 2200 202 171 150 1000 5-10*в 30 2000 307 91 15X150 750 4-10-’ 20 1900 90 21,5 12 40 6-10-’ 20 1900 90 21,5 12 40
Параметр Тип ФЭУ
60 62 63 64 65 67 67А
1 Спектральная характеристика (рис. 18.9) Область спектральной чувстви- тельности, нм Максимум спектральной чув- ствительности, нм Темновой ток, А, не более Чувствительность фотокатода, мкА/лм Наибольший ток анода, мА Напряжение питания, В Наибольшая высота, мм Наибольший диаметр, мм Диаметр рабочей площади фото- катода, мм Масса, г С-4 300—650 380—480 1 - ю-в 25 10 2200 132 80 60 200 С-6 3-Ю*8 20 1400 70 15 10 11 400—1200 650—850 6-10-’ 15 0,1 1600 95 35 11 55 С-6 350—600 б-ю-в 20 3500 295 125 100 885 С-6 380—420 5-10-8 25 1500 175 48,5 5 150 С-6 360—600 2-Ю"4 20 3500 380 185 150 2300 300—600 340—440 I.5-10-8 20 5 1350 79 22,5 10 20 300—600 340—440 з-ю-8 40 30 1350 79 22,5 12 20 .
Продолжение табл. 18.11
Параметр Тип ФЭУ
67Б 68 69 69А 70 71 74 78
Спектральная характеристика (рнс. 18.9) Область спектральной чувства- — — — С-11 — С-15 — —
300—600 300—820 — 300—820 — — 300—600 300—600
тельности, нм —
Максимум спектральной чув- 300—600 380—480 — 400—440 400—470 420—460 350—450 380—460
ствительностн, нм 2-10-8
Темновой ток, А, не более 3-10'8 ыо-8 — — 2-10-’ 5-Ю'7 3-10 8
Чувствительность фотокатода, мкА/лм 40 60 40 15 30 5-Ю'2 20 20
Наибольший ток анода, мА — — — — — — —
Напряжение питания, В 1200 1400 1600 1600 1250 1300 1900 2200
Наибольшая высота, мм 79 75 90 90 119 107 118 160
Наибольший диаметр, мм 22,5 15 22,5 23 34,5 31 30 52
Диаметр рабочей площади фото- — 10 10 10 25 16 25 40
катода, мм 200
Масса, г 20 20 30 30 100 55 30
Тип ФЭУ
Параметр 81 82 83 84-1 84-2 84-3 85 86
Спектральная характеристика С-4 С-4 С-1 — — С-8 С-6 —
(рис. 18.9) Область спектральной чувстви- — — 400—1200 — — — — 300—600
тельности, нм Максимум спектральной чув- 380—480 380—480 650—850 — 420—550 420—550 340—440 380—490
ствительностн, нм
ИШМЦМ
Темновой ток, А, не более 8-10-’ 1.10-6 9- 10-в 2-10-’ 5-10-8 5-10-8 1-10-’
Чувствительность фотокатоДа, мкА/лм Наибольший ток анода, мА 40 30 20 80 80 80 30 : 60
10 10 5 5
Напряжение питания, В 2000 2000 2100 1900 1900 1900 1250 1600
Наибольшая высота, мм 120 150 119 118 118 118 107 87
Наибольший диаметр, мм 52 80 35 34 34 34 30 20
Диаметр рабочей площади фото- 40 60 24 25 25 25 25 10
катода, мм
Масса, г 140 220 80 75 80 80 50 30
Параметр Тип ФЭУ
91 92 93 94 95 97 102 1СЗ
Спектральная характеристика (рис. 18.9) — — — — — С-4 — —
Область спектральной чувстви- тельности, нм Максимум спектральной чув- 340—650 340—650 — 300—870 300—870 — — —
380—490 380—490 380—500 300—870 300—870 360—460 300—600 320—360
ствительностн. нм
Темновой ток, А, не более 5-10'8 2,5-Ю-8 8-10-’ 6-Ю'8 3-10-’ 5-КГ6 3-10-® 5-10'®
Чувствительность фотокатода, мкА/лм 20 20 30 80 80 35 20 15
Наибольший ток анода, мА 2 2 10 10 10 10 3-10-8
Напряжение питания, В 1700 1700 2100 1500 1500 2400 2000 1800
Наибольшая высота, мм 180 170 120 190 260 117 80 85
Наибольший диаметр, мм 40 40 52 130 200 52 20 15
Диаметр рабочей площади фото- 25 25 40 100 160 40 16 3
катода, мм
Масса, г 150 148 140 500 1400 140 30 20
Продолжение табл. 18.11
Параметр Тип ФЭУ
104 105 110 1 12 113 116 79 88 99 100
Спектральная характеристика (рис. 18.9) — —- С-11 — — — —
Область спектральной чувстви- тельности, нм — — — — — — — 300— 830 — —
Максимум спектральной чув- ствительности, нм 400— 440 400— 440 420— 520 650— 850 400— 450 — — — — —
Темновой ток, А, не более 5-Ю-8 5-10-8 — 3-10-’ 5-10-8 — 4-10-8 — — 3-10-»
Чувствительность фотокатода, мкА/лм 100 120 80 15 40 — 120 80 — —-
Наибольший ток анода, мА 0,25 0,25 10 — 0,25 5-10-’ — — 0,05 0,01
Напряжение питании, В 2500 2500 2000 1800 1550 2000 2400 2000 2000 2200
Наибольшая высота, мм 125 ПО 135 90 90 90 170 85 100 100
Наибольший диаметр, мм 49 49 80 22,5 30 22,5 48,5 29,5 34 34
Диаметр рабочей площади фото- катода, мм 5 6 60 5 25 10 6 8 16 10
Масса, г 140 130 200 25 50 25 150 40 80 80
Рис. 18.9. Спектральные характеристики фотоумножителей
i
Таблица 18.12. Характеристики болометров
Параметр Типы болометров
БМК-3 БМЦ-3 БМИ-1 БМИ-2 БМ6-К.1 БМ6-Ф1 БМ6-Ц1
Эквивалентная мощность шума прн частоте модуля- ции лучистого потока 9 Гц, Вт/Гц*'2 (0,4-5-2) 1О'10 (0,4-i-2) IO'10 2-IO-10 1,5-10-8 (0,5-;-1) 10-ю (0,5-г 1) IO"1" (0,5-5-1) 10'10
Спектральный диапазон чувствительности, мкм 0,3—25 0,3—50 0,3—25 0,3—25 0,3—25 0,2—8 0,3—50
Размеры приемной пло- щадки, мм 1,9X0,4 1,9X0,6 1,9X0,4 1,9Х 0,4 1,9X0,4 1,9Х0,4 1,9X0,6
Постоянная времени, мс 20± 10 20± 10 10 (2-s-3) 10“2 10—20 10—20 10—20
Сопротивление активно- го и компенсационного эле- ментов при температуре 20° С, Ом 120—300 100—200 120—300 140—250 90-400 90—400 90—400 J
20 в. А. Панов и др.
Продолжение табл. 18.12
Типы болометров
Параметр БМ6-К2 БМ6-Ф2 БМ6-Ц2 БМ7 классов
1 2 3
Эквивалентная мощность шума прн частоте модуля- ции лучистого потока 9 Гц, Вт/Гц1'2 (1,1-5- 2) 10-ю (1.1-5-2) Ю’10 (1,14-2) 10-ю Не более 5-10-U Не более 1-10-1° Не более 2-10-1°
Спектральный диапазон чувствительности, мкм 0,3—25 0,2—8 0,3—50 0,13—50 0,13—50 0,13—50
Размеры приемной пло- щадки, мм 1,9X0,4 1,9X0,4 1,9X0,6 1,4X0,2 1,8X0,4 1,1,4X0,2 1,8X0,4 4X0,2 1,8X0,4
Постоянная времени, мс 10—20 10—20 10—20 20—30 20—30 20—30
Сопротивление активного и компенсационного эле- ментов прн температуре 20° С, Ом 90—400 90—400 90—400 100—500 100—500 100—500
Примечание. Болометры типов БМ6 и БМ7 — унифицированные.
£ Т а б л и п a 18.13. Основные параметры фоторезисторов
Тип фотоприемника Фоточув- ствительная площадь, мм2 Ди апазон спектральной чувствительно- сти, мкм Темновое сопро- тивление, мОм Рабочее напря- жение. В Световой ток, мкА Постоян- ная вре- мени, с 1 ТУ
СФ2-1 0,5X1,5 0,45—0,9 15 15 500» 0,08 ОЖО.468.137
СФ2-2 12X6 0,4—1,0 2 5 500* 6 УБ4.681.128
СФ2-5 0 8X5,8 0,3—0,8 >1 10 500* 0,8 ОЖ0.468.077
СФ2-8 0 6X2 0,45—0,85 100 100 1000 * 0,03 ОЖО.468.095
СФЗ-4Б 0 5,8 0,4—0,85 100 15 1200 * 0,008 ОЖО.468.129
СФЗ-1 0,5X1,5 0,47—1,1 30 15 750 * 0,06 ОЖО.468.137
ФСК-1 28,8 0,5—0,9 3,3 50 1500 * 0,05 ОЖО.468.126
ФСД-1 4X7,2 0,45—1,2 2 20 1500 * 0,04 ОЖО.468.126
ФПФ7-А 3,7X2 0,4—0,7 >1 6 400—3000 ** з ♦** 3-3.1292—78
ФПФ7-Б 3,7X2 0,4—0,7 >1 6 250—900 ** 4 *** 3-3.1292—78
ФСВ-16АН 12—16 1,0—3,3 5 20 Зв500 В/Вт — СЛ0.468.000
ФСБ-19АА 12—16 1,0—3,3 15 Зв2500 В, Вт — СЛ0.468.000
Зв — интегральная чувствительность.
• При освещенности Е = 200 лк. *• При Е = 10 лк. ••• При Е = 1 лк.
Т гб л I д » 18.14. Осыошше параметры фотодиояо*
Тип фото- приемияка —’Hi. жл Диа- метр, мм Фото- чувствн- тельная площадь, мм2 Интегральная чувствитель- ность* мкА/лм Диапазон спектраль- ной чувстви- тельности, мкм Ра- бочее на- пря- жение, В Постоян- ная вре- мени, с Темно- вой ток, мкА ТУ
ФД-1 8,2 5 >1,0-10"1 0,5—1,7 15 «£30 СЛ3.368.000
ФД-2 2.2 1 >2-10-2 0,5—1,7 30 —— =Д25 СЛ3.369.001
ФД-3 12 3,85 2 >3,7.10-2 0,5—1,8 10 — сю 3-3.1357—76
ФД-ЗА 1- 3,85 2 >3,7 -10“ 2 0,5—1,8 10 5‘10~3 СЛЗ.368.015
ФД-5Г к 8,9 2,5 — 0,9—1,8 15 — <8 СЛЗ.368.047
ФД-7К 6.0 19,6 78,5 0,47 0,4—1,2 27 — =е5 СЛЗ.368.021
ФД-К-155 12 11,1 19,6 >3,5—7,5мА/лм 0,4—1,2 10 — s£10 СЛЗ.368.054
ФД-9ЭША 8.2 8,0 1 >17 мА/лм — 10 1,2.10-’ «до СЛЗ.368.070
ФД-1690-В 12.5 3,87 2 >8-10-3 0,4—1,2 20 — дз СЛ0.336.004
ФД-21 КП 12.5 3,87 0,2 3,3 мА/лм 0,5—1,05 20 6-10~9 0,017 АГЦЗ.368.094
Ф Д-24 К 6.5 19,6 78 0,47 0,47—1,12 27 10-5 «"5 СЛЗ.368.096
ФД-19КК 6.0 7,2 1X4 3,8 мА/лм 0,5—1,1 3 1,5-Ю-6 Д0,1 ОСЗ.368.027
ФД10 9.9 8,3 7,1 — 0,5—1.75 10 1,2-10-’ 20 АГЦ3.368.112
ФД-8К 12.5 3,87 2 >8-10~3 0,4—1,2 20 12-10-3 ДЗ СЛ0.336.001
ФД-23К 14 5,5 2—3 1,4-10“ 2 0,5—1,12 20 io-5 Д1 СЛЗ.368.095
ФД-28КП — — 1,24 0,2 А/Вт (А = 0,6 мкм) 0,4—1,1 — — 0,03 АГЦ3.368.109
ФДК-071 — 2,2 2,42 ЗмА/лм 0,4—1,1 10 -— ю-’ ОСЗ.368.020
Болометры
В качестве приемников инфракрасного излучения применяются
болометры. Основными элементами болометра (рис. 18.10) ивляются
два термочувствительных сопротивления в виде тонких висмутовых
слоев, нанесенных на подложку из нитроцеллюлозы и помещенных
в стеклянный или металлический баллон. Одно сопротивление (прием-
ный элемент) подвергаетси воздействию измеряемой радиации, другое
___________ , (компенсационный элемент) — служит для
компенсации влияния изменения темпера-
туры внешней среды. В табл. 18.12 приве-
1 -* дены характеристики некоторых болометров.
Электронно-оптические
преобразователи (ЭОП)
Рис. 18.10. Болометр
типа БМК-3
Эти преобразователи применяют для пре-
образования изображения, полученного в
невидимых лучах, в видимое. Дли преобразо-
вания изображения, полученного в инфра-
красных лучах с длиной волны до 1,2 мкм,
применяют ЭОП типа П-4 (ОДО.335.084ТУ).
Эти же преобразователи, только с увиолевым
или кварцевым окном, используют для пре-
образования изображения, полученного
в ультрафиолетовом свете с длиной волны
220 нм.
Характеристики ЭОП типа П-4: экран
сульфидно-селенидный желто-зеленого све-
чении; фотокатод кислородно-цезиевый; ра-
бочее наприжение—18 кВ; диаметр фото-
катода — 20 мм; разрешающая способность в центре — 30 ливий/мм
(в плоскости фотокатода 18 линий/мм); область спектральной чув-
ствительности 0,8—1,2 мкм; увеличение 0,6Х; дисторсия— 10—12%.
Срок службы не менее 500 ч.
Фоторезисторы и фотодиоды
В основе работы фоторезисторов лежит изменение электропровод-
ности чувствительного слоя приемника при его облучении. Величина
чувствительности по напряжению фоторезисторов зависит от схемы,
в которую включен приемник. В табл. 18.13 приведены основные пара-
метры и характеристики некоторых фоторезисторов.
Фотодиодами принято называть фотоэлектрические полупроводни-
ковые приборы, в которых при воздействии лучистой энергии возникает
фототок.Фотодиоды могут включаться в схемы как с внешним источником
питания, так и без него (включение в вентильном режиме). В табл. 18.14
приведены основные параметры и характеристики фотодиодов.
Литература; 1.3, 12, 45, 89, 105, 1151.
Г Л Л В Л 19
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА
И ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИБОРАМИ
Рабочее место оператора
При конструировании приборов следует обеспечивать наилучшие
условия для восприития информации, управления системой и наимень-
шую утомляемость оператора. Разработку рабочего места наблюдателя
нужно производить с учетом требований инженерной психологии.
Габариты рабочего места оператора должны основываться на антро-
пометрических данных.Размеры человеческого тела, которые необходимо
учитывать при разработке рабочего места, приведены в табл. 19.1 и на
рис. 19.1, а. Рациональные размеры рабочего места приведены в табл.
19.2 и на рис. 19.1, б.
Таблица 19.1. Размеры человеческого тела, см
Обозна- чение размера на рнс. 19.1, а Наименование размера Мужчины Женщины
X (Т X (Т
/ Рост 168 5,8 156,7 5,7
2 Высота глаз (стоя) 156,9 5,8 145,8 5,5
3 Высота глаз (сидя) 118 4,3 110 4,2
4 Высота плеч 137 5,5 128,1 5,2
5 Высота до верхнего края согнутой ноги 56 3,6 51,3 3,5
в Расстояние от туловища до края согнутой ноги 33 3,6 31 3,5
7 Расстояние от края колена до конца йот 21 2,6 18 2
3 Длина руки 75 3,5 69,7 3,1
9 Расстояние ог локтя до конца кис in 46,5 2 42,7 1,8
10 Ширина плеч 41 2 37 1,8
11 Ширина бедер 34,4 2,1 38,8 3,1
Обозначения: X — среднее значение; О — среднее квадра-
тическое отклонение.
613
Таблица 19.2. Размеры рабочего места, см
Обозна- чение на рнс, 19. L б Параметр Размер при положении оператора
сидя СТОЯ
1 2 3 4 б 6 7 * Р Высота рабочего ме- ста над столом: на уровне глаз » » рук Высота рабочего места от пола: на уровне глаз » » рук Высота рабочей пло- скости стола Высота пространства для ног Глубина простран- ства для ног Ширина пространства для ног Высота стула азмеры по ГОСТ 3178 — 75 36±6 * (для горизон- тальной оси) 28—44* (для наклонной оси) До 20 114±5 До 95 72—75 Не менее 60 » » 50 » » 45 40—45 По условиям работы 137±5,5 115 Не менее 90 я » 10 в » 50
614
Наклонные оптические оси приборов рекомендуется располагать
относительно горизонтали под углом 30—40° для положения сидя и
под углом 45—60° для положения стоя.
Органы управления
При конструировании органов управления необходимо учитывать
их форму, размеры и расположение; амплитуду, направление н траекто-
рию движения; усилия; цвет и другие факторы. Сравнительные харак-
теристики наиболее распространенных органов управления приведены
в табл. 19.3.
Для кнопок клавиш (табл. 19.4) наиболее удобна четырехугольная
форма с закругленными углами. Кнопки, которыми пользуются редко,
могут иметь круглую форму. Чтобы пальцы не соскальзывали, на
кнопках следует делать выемки или насечки.
Рукоятки и круглые ручки должны проектироваться с учетом тре-
бований табл. 19.5.
Таблица 19.3. Сравнительная характеристика
органов управления
Характеристика Нажимная ручная • кнопка Тумблер Пово- ротная рукоятка Пово- ротная ручка
Время регулирования Занимаемое пространство Визуальное опознавание положения Тактильное опознавание положения Счигыиаииес нескольких подобных органон управ- ления Оперирование несколь- кими подобными органами управления Эффективность комбини- рованного органа управле- ния Примеры применения +++ +++ ++-h +++ Включен лючение срочного +++ +-i-+ ++ +++ 4-4-4- +++ 4—h+ ие и вык- I (одача сигнала ++ + ++ ++ 4-4-+ ++ ' Задание режимов работы + ++• + +++ \ +++ •• Плавное регули- рование
О б о а н а ч г м и и: -f- | емлемо; — лучше не примени * При повороте ручки смонтированы концентрично - хорошо; удовлетворительно; 4-Пра- га. указателем менее чем на 360е. ** Ручки на одной оси.
615
Таблица 19.4.
Рекомендуемые параметры кнопок
Параметр Значе- ние
Ширина (диаметр), мм 12,5—18
Расстояние между кнопками, мм Не менее 2
Расстояние между группами кнопок, мм 15—20
Глубина утаплива- ния кнопок, мм:
часто используе- мых 3—5
редко используе- мых 6-12
Усилие нажатия кнопок, Н:
часто используе- мых 1,5—3
редко используе- мых 2,8—6
Таблица 19.5.
Рекомендуемые параметры
рукояток и круглых ручек
Параметр Значение параметра Для
пово- ротной руко- ятки круг- лой ручки
Высота, мм 12—75 12—18
Ширина (диаметр), мм 25 12—50
Длина, мм 25 —
Расстояние между ручками, мм Угол между соседними, по- ложениями, град: 25 25
прн визуаль- ном контроле 15—40 —•
при тактиль- ном контроле 30—90 —•
Рабочее усилие, Н 5—50 0,5— 3
Расположение и мнемоничность органов
управления
В расположении органов управления должны учитываться размеры
пространства, доступного рукам оператора (см. рнс. 19.1, а и табл. 19.1,
размеры 8 н 9). Часто используемые органы управления нужно разме-
щать в оптимальном рабочем пространстве, ограниченном дугой радиуса
около 45 см. Для повышения точности и скорости управления следует
согласовывать расположение органов управления и средств отображе-
ния информации, учитывать функциональное совмещение элементов
одной системы, объединение однотипных элементов управления и
последовательность действий по управлению прибором — слева направо
и сверху вниз. Эти требования иногда могут противоречить друг другу.
Поэтому с учетом особенностей прибора следует принимать компроми-
ссное решение.
При разработке органов управления и надписей к ним необходимо
учитывать мнемоничность управления (табл. 19.6). Мнемоипчность
управления позволяет уменьшить ошибки оператора, повысить скорость
его работы и освобождает от излишнего запоминания. Направление
вращения органов управления должно определяться с лицевой стороны.
616
Таблица 19.6. Мнемоничность управления
Движение узла и обозначение на указателе Перемещение органов управления
Включено, пуск, вверх, сближение, вперед Нажатие верхних, передних или правых кнопок Поворот рукояток или маховичков по ча- совой стрелке Поворот рычагов вверх, от себя, вправо
Включено, стоп, назад, влево, вниз, расхождение Нажатие нижних, задних или левых кно- пок Поворот рукояток или маховичков против часовой стрелки Поворот рычагов вниз, на себя, налево
Средства отображения информации
С помощью средств отображения информации (СОИ) оператор полу-
чает сведения о состоянии объема управления. Около 90% информации
поступает к оператору в виде зрительно воспринимаемых сигналов.
В табл. 19.7 указаны наиболее часто используемые визуальные инди-
каторы. •
Прн проектировании отсчетных устройств оптических приборов,
при выборе вида индикации следует руководствоваться данными
табл. 19.8. При разработке визуальных сеток нужно максимально
уменьшать отвлекающие действия сетки во время наблюдения. Для
этой цели целесообразно использовать прерывистые линии. Применение
концентрических кругов обеспечивает двумерную систему отсчета,
освобождая наблюдателя от необходимости поворота сетки, выполнен-
ной в виде линии.
При выполнении надписей на органах управления и СОИ следует
иметь в виду, что наилучшее восприятие печатных знаков дают
Таблица 19.7. Визуальные индикаторы
Функции индикатора Примеры
Отображение небольшого числа четко различимых состояний (рабо- тает, не работает, включепо-выклю- чено, предупреждение и т. д ) Качественная информация Контрольная и числовая оценка информации Командная информация Регистрируемая информация “ Многомерная информация Лампочки, указатели поло- жений Счетчики, шкалы типа «от- крьгюе окно» Движущиеся стрелки или шкалы Сигнальное табло Самописец, электронно-лу- чевая трубка Комбинация индикаторов
617
Таблица 19.8. Сравнительные данные индикаторов
отсчетных устройств
Функции индикатора Тип
Движущийся указатель Движущаяся шкала Счетчик
Количественное считы- + + +++
ванне
Контрольное чтение +++ — —.
Отправление информации +++ ++ +++
Слежение +++ + —•
Обозначения; 4-4-4- хорошо, +4- удовлетворительно.
4- приемлемо, — лучше не применять.
следующие сочетания цвета знака с цветом фона (в убывающем
порядке): черный на белом, черный на желтом, синий на белом, зеленый
на белом, красный иа белом, красный на желтом.
Пульты управления
Пульты управления должны обеспечивать удобное и достаточное
по размерам рабочее пространство для оператора, свободный проход
к пульту, рациональное размещение на пульте органов управления
и СОИ. На пультах должно быть место для ведения документации.
Схемы некоторых пультов приведены на рнс. 19.2.
Органы управления нСОИ, которые используются наиболее часто,
следует располагать в доступных местах. Визуальные индикаторы
должны быть установлены так, чтобы параллакс и блесткость
минимальны. Пульт управления необходимо снабдить сиденьем, обеспе-
чивающим удобную, ненапряженную позу наблюдателя.
Литература; L1G, 70, 107, 1081.
ГЛАВА 20
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
К ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ ПРИБОРАМ
Общие требования
Конструкция приборов должна удовлетворять техническому зада-
нию (ТЗ) на ее разработку, отвечать требованиям контролепригодности,
метрологического обеспечения, эргономики, технической эстетики и
безопасности труда. Конструкция приборов должна быть технологичной
и отвечать требованиям ГОСТ 14.201—73, ГОСТ 14.202—73 и отрасле-
вым стандартам.
Требования по стандартизации и унификации
В ТЗ должна быть предусмотрена взаимная унификация приборов,
в также сокращение номенклатуры составных частей, комплектующих
изделий, средств обслуживания и ремонта, материалов н сырья. С этой
целью задаются коэффициенты применяемости, повторяемости н меж-
проектной унификации. Для обеспечения выполнения этих качественных
показателей следует:
1) предусматривать использование оригинальных составных частей
только тогда, когда невозможно обеспечить выполнение ТЗ применением
стандартных, унифицированных н базовых конструкций;
2) по возможности унифицировать составные части разрабатывае-
мых приборов и изделий, с которыми они должны совместно работать
в соответствии а ТЗ;
3) соблюдать тнпоразмериые ряды н параметрические требования,
установленные «а разрабатываемые приборы;
4) выбирать н применять комплектующие элементы в соответствии
с требованиями соответствующих стандартов;
5) не допускать выполнения требований но стандартизации и унифи-
кации за счет снижения качества н технического уровня приборов.
Требования к консервации и упаковке
Консервация и упаковка должны обеспечивать сохраняемость
приборов прн транспортировании всеми видами транспорта н в условиях
яранеиня, указанных в отраслевых стандартах, в течение сроков,
указанных в ТЗ. Требования к средствам и методам консервации должны
соответствовать указанным в отраслевых стандартах.
619
Эргономические требования
и требования технической эстетики
Конструкция приборов должна соответствовать требованиям дей-
ствующих стандартов на систему человек—машина (СЧМ). Конкретные
характеристики и численные значения этих требований должны выби-
раться из стандартов СЧМ и действующих нормативно-технических
документов исходя из возможностей конструктивного построения и
функционирования приборов.
Требования технической эстетики, которые рекомендуется выпол-
нить на этапах инженерного и художественного конструирования,
должны включать следующие положения:
1) достижение нужного уровня эстетического совершенства прибо-
ров исходя из тенденции формообразования промышленных изделий;
2) соответствие композиционных средств и формы в целом функ-
циональным особенностям конструкции, технологии изготовления,
применяемым материалам, эргономическим требованиям;
3) выразительность объемно-пространственной структуры и пла-
стики формы; выразительность и гармоничность цветового решения,
фактуры и текстуры, графических элементов (знаков, указателей,
текстовых таблиц);
4) тщательность выполнения видимых элементов формы (обработки
поверхностей я выполнения художественно-графических элементов);
качество защитно-декоративных покрытий.
При цветовом оформлении приборов необходимо учитывать нх
назначение, продолжительность и характер работы с ними, климати-
ческие условия, в которых они будут эксплуатироваться, условия их
освещения.
Требования по безопасности труда
Конструкция приборов должна обеспечивать безопасность их
обслуживания. Все составные части приборов, находящиеся под напря-
жением Зб В и более по отношению к корпусу прибора или объекту его
установки, должны быть защищены от случайных прикосновений
обслуживающего персонала во время нх эксплуатации.
Конструкция приборов должна исключать возможность попадания
электрического напряжения на наружные металлические части. Включе-
ние и выключение напряжения в приборах должно производиться
устройствами, обеспечивающими безопасное)в обслуживающего персо-
нала. В конструкции устройств низания приборов должна быть преду-
смотрена защита от перегрузок и корожпх замыканий.
Полный объем требований безопасности труда изложен в системе
стандартов безопасности труда.
Требования к составным частям приборов
Крепежные детали разъемных соединений следует предохранять от
самоотвинчивания. Применяемые резьбы, их номинальные размеры,
допуски и посадки должны соответствовать государственным стандар-
там. {
На трущихся поверхностях механических деталей не допускаются
пленки, раковины, трещины, задиры и другие подобные де<|хжты мате-
риала. Острые углы и кромки должны быть закруглены и притуплены
фасками.
620
Поверхности деталей, которые могут дать рассеянный свет и блики,
должны иметь черные матовые покрытия (гл. 17). Штрихи, надписи и
оцифровка шкал должны быть четкими и сохраняться в течение срока
службы прибора.
Движение подвижных частей прибора должно быть плавным без
скачков и заеданий. Все трущиеся части должны быть смазаны смазкой
(гл. 23). Все зазоры и места неподвижных соединений, через которые
могут проникнуть внутрь прибора пыль и влага, должны быть уплот-
нены прокладками или промазаны уплотнительными замазками (гл. 23).
Требования к оптическим деталям
Оптические детали, как правило, следует изготовлять из стекла I,
II и 111 групп и, как исключение, IV группы химической устойчивости
к пятнающим агентам по ГОСТ 139)7—68. Изготовление деталей из
стекол групп В и Д по химической устойчивости к влажной атмосфере
допускается при условии применения надежных способов защиты.
Зеркальные покрытия должны удовлетворять требованиям соответ-
ствующих стандартов. Металлические пленки зеркал должны иметь
прочное сцепление с подложкой. В зеркалах, работающих в сходящихся
пучках лучей, допускаются сквозные отверстия в виде пор диаметром
не более 0,05 мм, не имеющие характер скоплений. В зеркалах, отра-
жающих параллельные пучки лучей, кроме указанных выше дефектов,
допускаются отверстия диаметром до 0,1 мм не более 2 шт. на 1 см? и
несквозные царапины суммарной длиной до 30 мм на 1 см2.
В зеркалах проекционных и осветительных систем допускаются
сквозные отверстия диаметром не более 0,05 мм, не имеющие характер
скопления, отверстия диаметром до 0,1 мм не более 2 шт. на 1 см?,
диаметром до 0,2 мм не более 1 шт. на 1 см? и черные точки диаметром
до 0,5 мм не более 1 шт. на 10 см? у алюминированных зеркал и на 50 см?
у хромированных.
Требования к оптическим деталям,
находящимся в оптических системах
На поверхностях оптических деталей не должно быть жировых,
водных и биологических налетов, обнаруживаемых при просмотре как
в проходящем, так и в отраженном свете.
Возникающие при просветлении и обнаруживаемые в отраженном
свете радужные пятна на оптических деталях допускаются, если они
не ухудшают качество изображения и спектральное светопропускание.
Видимые в проходящем свете мутные пятна, являющиеся результатом
химического разрушения стекла, не допускаются.
Чистота просветленных поверхностей должна удовлетворять тре-
бованиям ГОСТ 1)141—76.
В клсищем слое оптических деталей, совпадающем с плоскостью
действительно!о изображении, расклейка к пузыри в пределах световых
диаметров не допускаются. Расклейки допускаются, если клеящий слой
не находится в плоское!и денс пинольною изображения и составляет
общую площадь не более 0,5?» площади светового диаметра.
При соединении деталей оптическим контактом не допускается
нарушение контактов у краев. Количество и размеры таких участков
в других частях деталей устанавливаются в частных технических усло-
виях (ЧТУ). При осмотре поля зрения невооруженным глазом через
окуляр в сильном проходящем свете не должны быть видны загрязне-
621
ния, свили, налеты, царапины, пузыри и другие дефекты, кроме допу-
стимых по технической документации.
В зависимости от числа оптических деталей прибора, находящихся
в плоскостях действительных изображений или вблизи от них (в преде-
лах ±10 дптр), в ЧТУ рекомендуется указывать допустимые де^хжты
чистоты поля для пространства изображения (за окуляром) согласно
табл. 20.1.
Таблица 20.1. Допустимые дефекты
чистоты поля (не более)
Зоны поля
Центральная
Средняя
Краевая
Число
деталей,
близких
к плоско-
сти дей-
ствитель-
ного изо-
бражен и я
Точки
Царе-
ПИНЫ
Точки
Цара-
пины
Точки
Цара-
пины
30
«Г
а
s
0,2
х’.
&
з.
х .
Е[ :
S
Ч
О.
X
20
90
40
0,3
0,2
0,3
120
10
12
40
0,3
0,4
0,5
0,4
13
0,6
s
о
а
§
*
2
2
3
3
4
5
4
э ;
9
* «
ю ч
&
о
ч
о
3
4
5
6
4
S
2
2
S»
В :
О ч
з
3»
О К
6
9
6
7
15
Под деталью, близкой к плоскости действительного изображения
(фокальной плоскости), следует подразумевать деталь, для которой
лучи, исходящие из какой-либо ее точки в выходном зрачке, обладают
сходимостью или расходимостью до D = ±10 дптр.
Нерезкие тени от дефекта? поверхностей, расположенных вблизи
фокальных плоскостей, допускаются в пределах общего количества
указанных в таблице дефектов прн условии, что угловой размер этих
дефектов не превышает 1'4- 0,5'0. Данные табл. 20.1 действительны
для приборов с окуляром, угловое поле которого 2<о <70°, и с/' системы
после плоскости изображения, не превышающим 40 мм. При большем
окулярном поле и большем фокусном расстоянии приведенные допуски
могут быть соответственно расширены.
Для приборов, у которых наблюдение за объектом осуществляется
центром поля, в центральной зоне ие следует допускать никаких дефек-
тов. На оптических деталях не допускаются следы смазки и замазки,
видимые со стороны окуляра или объектива.
622
Таблица 20.2. Требования к оптической системе
полевых телескопических приборов
X ар актеристика Допуск X ар актеристика Допуск
Видимое увеличе- ние Гу, % Угловое поле 2 to, % Диаметр выходно- го зрачка D', % Удаление выходно- го зрачка от вершины задней поверхности окуляра s p,t % Предел разрешения для системы, ...' с D' < 3,5 мм с D’> 3,5 мм Качество изобра- жения Наклон изображе- ния (у призменных систем), ...и Разность углов по- ворота изображения вокруг оптической оси у левой и правой частей бинокулярно- го прибора, ...' Наклон (разворот) сетки, ...° ±5 ±5 ±5 ±10 „ 120" е = Х-р- v 35" е~ А'ТГ Не ниже эталона 1 30 1 Непараллельность оптических осей за окулярами (у бино- кулярных приборов с постоянным или пе- ременным расстоянием между зрачками от 56 до 76 мм): и горизонтальной | плоскости: 1 схождение, I расхождение, о расхождение по вертикали, ...' Резание по горизон- ту и вертикали Относительная раз- ность увеличений пра- вой и левой частей бинокулярного при- бора: при 2со;к = = 50°, %; при 2%к > > 50°, % 20 1 15 1/2 до- пуска на ошиб- ку угла визиро- вания 2 1,5
Приме мнн и и! 1. К — численный множитель (см. табл. 20.3). 2. D — диаметр входного зрнчкя, мм. 3. Несовпадение плоскости изо- бражения предмета с плоскостью сетки или параллактическое смещение изображения относительно измерительной или прицельной марки сетки при перемещении гллчн н плоскости выходного зрачка (параллакс изо- бражения) определяется разностью сходимостей пучков лучей (за оку- ляром), исходящих обычно из центрального знака сетки и из находя- щегося рядом изображения точки предмета.
683
Требования к телескопическим приборам
Требования к этой группе приборов приведены в табл. 20.2. Значе-
ния численного множителя К приведены в табл. 20.3.
Таблица 20.3. Значения множителя К
Виды приборов К
Простые оптические приборы с оптикой малого относитель- ного отверстия и с малым увеличением Малые астрономические трубы, геодезические инструменты. Другие телескопические системы без оборачивающих систем, состоящие из несветоснльных и неширокоугольных компо- нентов. Дальномеры. Точные измерительные приборы Приборы, содержащие одну линзовую оборачивающую си- стему Призменные бинокли. Приборы, содержащие одну приз- менную оборачивающую систему Приборы с тремя линзовыми оборачивающими системами с увеличением до бх Панкратические приборы при большом увеличении. Самые сложные приборы. Приборы с несколькими линзовыми оборачивающими си- стемами с большим количеством призм, зеркал и защитных стекол с увеличением иа менее 15х 1,05 1.2 1,3 1,5 1,6 2,0 2,2
Ниже приведена допустимая разность сходимостей.
Диаметр выходного зрачка
прибора, мм............. 1—2 2—3 3—4 4 — 5 Более 5
Допустимая разность схо-
димостей, дптр.......... 0,7 0,5 0,4 0,3 0,25
Требования к устойчивости приборов
к внешним воздействиям при эксплуатации
Конструкция приборов должна обеспечивать достаточную проч-
ность и устойчивость под воздействием механических факторов, встре-
чающихся в процессе эксплуатации. При механических воздействиях
не должно быть повреждений приборов, нарушения регулировки
рабочих механизмов, разъюстировки оптической системы, загрязнения
оптики, смещения установок на шкалах и появления ошибок в показа-
ниях, снимаемых со шкал. Указанные требования проверяются в дей-
ствительных условиях или с помощью специального испытательною
оборудования. Значения характеристик воздействующих факторов
при испытаниях, виды и режимы испытаний назначаются в зависимости
от назначения приборов и условий их эксплуатации. К наиболее часто
назначаемым видам механических испытаний относятся испытания на
устойчивость и прочность при воздействии вибраций и прочность при
транспортировании.
624
Таблица 20.4. Категории изделий
в климатических исполнениях в зависимости
от места размещения при эксплуатации
(по ГОСТ 15150—69)
Характеристика мест размещения изделия при эксплуатации Катего- рия
На открытом воздухе 1
В помещениях категории 4 и (кратковременно) в дру- 1.1
гих условиях, и том числе на открытом воздухе В помещениях, где колебания температуры и влажности 2
воздуха несущественно отличаются от колебаний па от- крытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха В закрытых помещениях с естественной вентиляцией 3
без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздей- ствие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе В помещениях с искусственно регулируемыми климати- 4
ческими условиями В помещениях с кондиционированным или частично 4.1
кондиционированным воздухом В лабораторных и капитальных жилых помещениях 4.2
В помещениях с повышенной влажностью 5
Конструкция приборов должна обеспечивать возможность выполне-
ния ими их функций, сохранения параметров и внешнего вида в пределах
установленных норм во время или после воздействия климатических
факторов в процессе эксплуатации (табл. 20.4—20.8).
ГОСТ 15150—69 устанавливает следующие климатические испол-
нения изделий.
1. Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках и
озерах в макроклиматических районах, климат которых:
У — умеренный (средняя из ежегодных абсолютных максимумов
температура воздуха t < 40° С, а средняя из ежегодных
абсолютных минимумов t —45° С);
ХЛ — холодный (средняя из ежегодных абсолютных минимумов
температура воздуха ниже минус 45° С);
ТВ — влажный тропический (сочетание температуры t 20° С
и относительной влажности равной или выше 80% сохраня-
ется в течение не менее 12 ч в суши за непрерывный период
ие менее двух месяцев в году);
ТС — сухой тропический (средняя из ежегодных абсолютных
максимумов температура воздуха />40° С), который не
отнесен к районам с влажным тропическим климатом;
Т — тропический (сухой и влажный).
Для изделий, предназначаемых для эксплуатации в любых районах
на суше, установлено общеклиматическое исполнение — О, в любых
районах на море — ОМ и во всех районах на суше и на море — В.
625
Таблица 20.5. Классификация условий
эксплуатации по коррозионной активности
атмосферы для металлических изделий нлн деталей
без покрытий, а также с металлическими
н неметаллическими покрытиями
Группы условий эксплуатации Исполнения Категории изделий
Названия Обозначения
основ- ные допол- нитель- ные
Легкая л — Все исполнения ХЛ, У, тс 4.1 3 *; 4 (кроме 4.1)
Средняя с С1 С1 С1 С2 СЗ С4 ТВ, т, м, тм, ом, о, в тс ТВ, т, о, в тс У, ХЛ Все исполнения 4 (кроме 4.1) 2; 3; 1 * (кроме 1.1) 3 * 1 (кроме 1.J) 2; 3; 1 **; 1 * (кро- ме 1.1) 1.1
Жесткая ж Ж1 Ж1 Ж2 жз ТВ, т, О в У, ХЛ м, тм, ом 2; 3; 1 **; 1 * (кроме 1.1) 3 1 (кроме 1.1) 2 ***
Особо жесткая ож ОЖ1 ОЖ2 ожз Все исполнения ТВ, т М, ТМ, ОМ 5 1 (кроме 1.1) 1 (кроме 1.1); 2
• Только для внутренних деталей, размещенных в кожухах изде- лий с естественной или искусственной вентиляцией. *• Только для из- делий, специально предназначенных для эксплуатации в атмосфере типа I. *** Только для деталей, защищенных от попадания брызг мор- ской воды.
626
627
съ
to
00
to
Таблица 20.7. Группы условий хранения изделий в зависимости
от места и климатических факторов (по ГОСТ 15150—69)
Группы условий хранения Место хранения Температура воздуха, °C (см. примеча- ния) Относительная влажность воз- духа Интенсив- ность дождя Пыль Плесне- вые и де- ревораз- ру таю- щие грибы
Назва- ния Обозначения
основ- ные допол- ни- тся ь- ные Верх- нее зна- чение Ниж- нее значе- ние
Легкая л — Отапливаемые (или ох- лаждаемые) и вентилируе- мые склады, расположен- ные в любых климатиче- ских условиях +40 +1 Такая же, как для катего- рии 4.1 —- — —
Средняя с Помещения с естествен- ной вентиляцией без ис- кусственно регулируемых климатических условий, где колебания температу- ры и влажности воздуха существенно меньше, чем на открытом воздухе в районах с умеренным и холодным климатом +40 —50 Такая же, как для катего- рии 3 испол- нений У, ХЛ
Жесткая ж Ж1 Ж2 ЖЗ Открытые площадки в. районах с умеренным и холодным климатом в ат- мосфере типа I ♦ Навесы, или помеще- ния, где колебания темпе- ратуры и влажности воз- духа несущественно отли- чаются от колебании на открытом воздухе в райо- нах с умеренным и холод- ным климатом в атмосфе- ре типа I Помещения с естествен- ной вентиляцией без ис- кусственно регулируемых климатических условий, где колебания температу- ры и влажности воздуха существенно меньше, чем на открытом воздухе в районах с тропическим климатом +50 +50 +50 —50 —50 —50 Такая же, как для катего- рии 1 испол- нении У, ХЛ Такая же, как для катего- рии 2 испол- нений У, ХЛ Такая же, как для катего- рии 3 испол- нения Т Такая же, как для ис- полнений У, ХЛ Есть Есть Есть
Особо жесткая ож ОЖ1 ОЖ2 Открытые площадки в любых климатических районах, в том числе в районах с тропическим климатом Навесы или помещения, где колебания температу- ры и влажности воздуха несущественно отличают- . ся от колебаний на откры- том воздухе в любых кли- матических районах +60 +60 —50 —50 Такая же, как для катего- рии 1 испол- нения Т Такая же, как для категории 2 исполнения Т Такая же, как для ис- полнения Т Есть Есть Есть Есть
Продолжение табл. 20.7
Группы условий хранения Место хранения Температура воздуха, ®С (см. примеча- ния) Относительная влажность воз- духа Интенсив- ность дождя Пыль Плесне- вые и де- ревор аз- рушаю- щие грибы
Назва- ния Обозначения
основ- ные ДОПОЛ- НИ- ТСЯ ь- ные Верх- нее зна- чение Ниж- нее значе- ние
Особо жесткая ож ОЖЗ ОЖ4 Открытые площадки в районах с умеренным и хо- лодным климатом в атмос- фере типов II и III Навесы или помещения, где колебания температу- ры н влажности воздуха несущественно отличают- ся от колебаний на откры- том воздухе в районах с умеренным н холодным климатом +60 +50 —50 —50 Такая же, как для катего- рии 1 испол- нений У, ХЛ Такая же, как для категории 2 исполнения ХЛ Такая же, как для ис- полнений У, ХЛ Есть Есть —
Примечания! 1. Среднегодовое значение температуры для условий хранения Л, С, Ж1, Ж2, ОЖЗ, ОЖ4 составляет
20° С, для условий хранения ЖЗ. ОЖ1, ОЖ! равно 27° С. 2. Для условий Ж1 я ОЖЗ допускается кратковременное (до
3—4 ч в год) повышение верхнего значения температуры до +60° С. 3. Нижиее значение температуры для групп условий
хранения Ж и ОЖ Для изделий исполнений ХЛ, О, В принимается минус 60° С. Это же значение принимается для изде-
лий других исполнений, у которых в стандартах или ТУ принято нижнее значение температуры при эксплуатации ниже
минус 50° С. 4. Если изделие должно храниться в условиях ОЖ! и ОЖ! и не будет транспортироваться или храниться
на территории с умеренным и холодным климатом в зимнее время или транспортироваться самолетом в любое время
года, допускается нижиее значение температуры принимать минус 20° С. 5. Для групп условий хранения Ж1, ОЖ!
н ОЖЗ верхнее рабочее значений интегральной плотности теплового потока солнечной радиации для высот до 15 км'
«оставляет 1125 Вт/м°. Аналогичное значение для высот выше 15 км составляет 1375 Вт/м!. 6. При хранении в условиях
сухого тропического климата можно принимать группу условий хранения С, если обеспечена сохранность изделия при
транспортировании.
Воздействие солнечной# радиации Грибоустой- чивость Холодоустойчивость Теплоустойчивость Влагоустой- чивость Виды испы- таний
Интегральная плот- ность теплового по- тока излучения, кал/смас (13т/ма) Интенсивность ультрафиолетово! о излучения, кал 7см *с (Вт/м*) Продолжитель- ность облучения, ч Количество цик- лов Температура, °C Относительная влажность, % Продолжитель- ность испытания, сут • Рабочая темпера- тура, °C Продолжитель- ность, ч Предельная тем- пература (при транс- портировке), °C Продолжитель- ность испытаний, ч Рабочая темпера- тура, °C Продолжитель- ность, ч Предельная темпе- ратура, °C Продолжитель- ность испытания, ч Температура, °C Относительная влажность, % Продолжитель- ность испытания при длительном выдер- живании, сут Наименование ; параметров
II II 1 1 1 1 III 25 40 4 1 1 1 7- Нормы испытательных режимов при эксплуатации приборов по категориям
II II 30 95— 100 30 ® « 45 4 45 4 40 95—98 7 ьэ
II II 30 95— 100 30 © X ° О © 40 95- 100 21 ю
II II . «5 СО ~ СП СС °s 1 => 1 Ch © * g * g 40 95— 100 10
0,027 (1125) 0 0010 (12) 36 6 _ Ф СС X ел со 1 - - 1*1 © © * g * g 40 ' 95— 100 40 -
о w со w S {г g "'5 Н'-' © сс ~ СП сс | ° Ch X 1 55 4 70 4 40 95— 100 14 Г
Продолжение табл. 20.8
Виды испы- таний Наименование параметров Норма испытательных режимов при эксплуатации приборов по категориям
4.1 4.2 2 Б 1 1,1
Пылеустой- чивость Скорость воздуш- ного потока, м/с Продолжительность перемешивания, ч Продолжительность оседания ч, :— — 0,5— 1 0,5— 1 2 1 0,5— 1 2 1 0,5— 1 2 1
Воздействие морского тумана Водность, г/м2 3 Температура, °C Дисперсность, мкм Продолжитель- ность, сут — 2—3 27 1-10 7 2—3 27 1-10 2 2—3 27 1-10 10 2—3 27 1—10 10
Брызгоза- щищенность Интенсивность, мм/мин Продолжитель- ность, ч — — — — 5—8 2 5—8 2
2. Изделия, предназначенные для эксплуатации на морских судах
в районах, климат которых:
М — морской умеренно холодный (моря и океаны, расположенные
севернее 30° северной широты илн южнее 30° южной широты);
ТМ — тропический морской (моря и океаны, расположенные
между 30° северной широты и 30° южной широты).
К приборам всех климатических исполнений следует предъявлять
требования по температуре внешней среды, сменам температуры, влаж-
ности и давлению воздуха. Требованиям по устойчивости к воздействию
солнечной радиации и дождя должны задаваться только для приборов
категории 1, а для приборов категории 1.1, — если эго указано в ТЗ.
К приборам категории 1 исполнений ТС, О и В, имеющим подвиж-
ные части, следует задавать требования ио работоспособности и пыле-
непроницаемости при статическом или динамическом воздействии пыли.
Приборы (их узлы и детали) исполнений Т, ТВ, О, ТМ и В, кроме
категории 4.1, должны быть устойчивыми к поражению плесневыми
грибами.
Приборы категории 1 и 2, предназначенные для эксплуатации на
побережьях, а также приборы исполнений М, ТМ и ОМ должны выдер-
живать воздействие соляного тумана по нормам, установленным в ТЗ
или в стандартах. Приборы исполнений ХЛ, О, В, М и ОМ, предназна-
ченные для наружного монтажа переносных (кроме категорий 1.1,
3, 4 и 5) и передвижных устройств, должны быть работоспособны при
выпадении на них инея.
632
В технически обоснованных случаях могут устанавливаться требо-
вания и по другим видам воздействия.
При оценке климатических факторов внешней среды различают
три типа атмосфер, характеризуемых по содержанию коррозионно-
активных агентов на открытом воздухе:
I — атмосфера примерно соответствует атмосфере сельской, лесной,
горной местности вдали от промышленных объектов;
II — атмосфера примерно соответствует атмосфере промышленных
районов;
III — атмосфера примерно соответствует морской.
Требования к приборам, предназначенным
для работы в районах с тропическим климатом
Приборы в климатическом исполнении Т в зависимости от места
размещения при эксплуатации изготавливают по категориям 1; 1.1;
2; 4; 4.1; 4.2; 5 в соответствии с ГОСТ 15150—69 и отраслевым стан-
дартом.
Общие указания по конструированию приборов. При конструиро-
вании приборов для работы в условиях тропического климата должны
быть обеспечены следующие основные требования:
1) длительная эксплуатация приборов при номинальных темпера-
турах окружающей среды;
2) стойкость конструкционных и электроизоляционных материалов;
3) антикоррозионная защита и внешняя отделка;
4) защита от воздействия плесневых грибов;
5) защита на период транспортирования и хранения.
Обеспечение требуемой стойкости приборов для работы в условиях
тропического климата может быть достигнуто'
1) специальными конструктивными решениями — применением
эффективных вентиляционных устройств, эффективного охлаждения,
герметизации, исключением открытых невентилируемых полостей,
зазоров, впадин и острых углов у деталей;
2) правильным выбором материалов, шероховатости поверхности
деталей и способов их защиты;
3) выбором оптимальной технологии изготовления;
4) надлежащим уходом при эксплуатации, правильной консерва-
цией и упаковкой на период транспортирования и хранения.
Общие решения по конструированию приборов и выбору конст-
рукционных материалов и их защиты принимают в соответствии с
ГОСТ 15150—59. Особое внимание нужно уделять мерам по обеспече-
нию высокого качества внешнего вида.
Выбор материалов. Запрещается применять материалы, подвер-
гающиеся интенсивному микробиологическому разрушению, без спе-
циальных средств защиты (ан i пеепт iipoiiaiBie, введение фушиЦвДоВ и
др.). В качестве конструкционных материалов дли и:н отопления изде-
лий должны применятся корро iiionnoi топкие металлы и сплавы.
Применение других мгьтл.тов п сплавов допускается при условии надеж-
ной защиты их от коррозии.
Углеродистые и низколегированные стали, а также чугуны всех
марок следует применять юлько с. противокоррозионной защитой, если
изготовленные из них детали не работают в полностью герметичных
приборах. Алюминий и его сплавы должны применяться с защитными
покрытиями. Применять для изготовления деталей цинковые и магние-
633
вые сплавы не следует. Медь в медные сплавы, кроме коррозионно-
стойких, должны применяться с защитными покрытиями. В отдельных
конструктивно обоснованных случаях для недекоративных деталей медь
и медные сплавы можно применять без защитного покрытия, но, как
правило, с пассивированием.
Крепежные детали рекомендуется изготавливать из медных сплавов
с гальваническими покрытиями или из высоколегированных сталей без
покрытий.
Пружины и пружинные шайбы следует изготавливать из бериллие-
вой, фосфористой или алюминиевой бронзы и из нержавеющей стали
с последующим никелированием, если их толщина более 0,4 мм.
Стальные лепестки диафрагм затворов и объективов следует под-
вергать щелочному оксидированию с последующей обработкой в мыль-
ном растворе и пропиткой маслом или кремнийорганическнми жидко-
стями.
Заводские щитки и надписные таблички изготавливают из латуни
с никелированным выпуклым изображением на черном оксидированном
фоне, покрывают прозрачным защитным лаком (МЛ-92, ЭП-524, АК-113Ф
или клеем БФ-2 или БФ-4) с последующей горячей сушкой. Таблички
с делениями, цифрами и надписями рекомендуется делать из латуни или
листового дюралюминия с последующим оксидированием, а также
защитными гальваническими или лакокрасочными покрытиями. Таб-
лицы можно делать способом офсетной печати или гравировкой. Метал-
лические шкалы следует изготавливать из анодированного и покрытого
грунтом ФЛ-ОЗЖ алюминия с последующей окраской лаком ФЛ-582
или ХСЛ или из фосфатированной и покрытой грунтом ФЛ-ОЗК стали.
Барабанчики счетных механизмов изготавливают из анодирован-
ного алюминия или оловянистых сплавов без покрытий. Оси, валы и
червяки, не работающие в масляной среде, нужно выполнять из нержа-
веющих хромоникелевых и хромовых сталей с содержанием хрома не
менее 18% или из бронз.
Токоведущие детали рекомендуется изготавливать из меди и медных
сплавов с последующим серебрением, лужением, покрытием родием или
никелем с оловом. Применение золота, платины, палладия и их сплавов
для контактов возможно при любых климатических условиях.
Из сплавов с высоким омическим сопротивлением рекомендуется
применять нихром и константан. Применять молибден, сплавы ковар
н инвар следует только с гальваническими или лакокрасочными по-
крытиями.
Пайку нужно вести серсбросодержащнми припоями, с обязатель-
ным удалением флюса.
При подборе металлов, сплавов и покрытий для контактирующих
друг с другом деталей следует принимать во внимание электрохими-
ческие свойства металлов и пользоваться рекомендациями по их выбору,
приведенными в отраслевом стандарте и в табл. 17.2.
В качестве электроизоляционных материалов рекомендуется при-
менять: пластические массы на основе тепло- и влагостойких искусствен-
ных смол с неорганическими наполнителями (кварц, слюда, стеклянное
волокно и ткань, асбестовое волокно и ткань), некоторые специальные
материалы, в состав которых введены фунгисиды, синтетические мате-
риалы (полиэтилен, фторопласт, полиамид и др.) и керамические мате-
риалы с глазированной поверхностью или поверхностью, покрытой
кремнийорганическнми лаками. Не следует применять: хлопчатобумаж-
ные, шерстяные и шелковые ткани, бумагу, картон, фибру, дерево,
пластмассы с древесными и целлюлозными наполнителями, аминопласты
634
и слоистые пластики с основами бумажной, хлопчатобумажной и из
натурального шелка.
Текстиль, войлок, фетр, кожа и ее заменители, бумага, картон и
резина при изготовлении деталей должны быть обработаны специаль-
ными составами, обеспечивающими их устойчивость от воздействия
плесени, влаги, термитов и других факторов тропического климата.
Детали из картона и бумаги следует обрабатывать в соответствии
с требованиями ГОСТ 15158—78, защищать от воздействия влаги или
при возможности заменять полиэтиленом, полихлорвинилом, фторо-
пластом-4 или стеклотекстолитом. Детали из натуральной кожи реко-
меидуетси изготавливать из хрома и полухрома. При сборке следует
избегать их контакта со стальными деталями. Прокладки из коры
пробкового дуба применяют без антисептировапия, если пробка сте-
рильна.
Защиту деталей из древесины осуществляют в соответствии с требо-
ваниями ГОСТ 15151—69 и ГОСТ 15155—79 или покрытием их тропико-
стойкими лаками и эмалями. Хлопчатобумажные, льняные и полульня-
ные ткани и изделия из них подлежат защите по ГОСТ 10776—78 и
ГОСТ 15160—69 или по возможности замене синтетическими тканями
(стеклопряжей, капроном, ацетатным шел*ком и др.). Антисептирование
шерстяных и войлочных материалов и изделий из них должно произво-
диться по ГОСТ 15159—76 и ГОСТ 16151—79.
Склеивать оптические детали следует клеями по ГОСТ 14887—69.
Склеивание других материалов производят в соответствии с отраслевыми
руководящими техническими материалами.
Резиновые технические изделия изготавливают по ГОСТ 15152—69.
При выборе масел и смазок следует руководствоваться
ГОСТ 15156—69 и отраслевыми руководящими техническими мате-
риалами.
Для окраски торцов и фасок оптических деталей с целью устране-
ния возможных бликов и снижения отражения проходящего света
рекомендуется применять эмаль ХС-543.
При выборе основных материалов, рекомендуемых для изготовле-
ния деталей в тропическом исполнении, следует руководствоваться
отраслевым стандартом.
ГЛАВА 21
ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА РАЗРАБОТКИ
КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
Стандарты, используемые в начальной
стадии разработки конструкторской
документации
При разработке конструкторской документации на оптико-механи-
ческие приборы следует руководствоваться требованиями стандартов
ЕСКД и ведомственных нормативно-технических документов.
ГОСТ 2.002—72.ЕСКД. Требования к моделям, макетам и темпле-
там, применяемым при проектировании.
ГОСТ 2.101—68.ЕСКД. Виды изделия. В стандарте определяется
понятие «изделие», приводится деление изделии в зависимости от
назначения и наличия в них составных частей, устанавливаются виды
изделий (детали, сборочные единицы, комплексы и комплекты), дается
их определение и структура.
ГОСТ 2,102—68.ЕСКД. Виды и комплектность конструкторской
документации.
ГОСТ 2.103—68.ЕСКД. Стадии разработки. Стандарт устанавли-
вает этапы работы и следующие стадии конструкторской документации:
техническое задание, техническое предложение (разрабатывается
по ГОСТ 2.118—73), эскизный проект (разрабатывается по ГОСТ
2.119—73), технический проект (разрабатывается по ГОСТ 2.120—73).
Стандарты, используемые
при разработке чертежей
ГОСТ 2.104—68.ЕСКД. Основные надписи. Стандартом устанавли-
ваются формы, размеры, порядок заполнения основных надписей и
дополнительных граф к ним.
ГОСТ 2.105—79.ЕСКД- Общие требования к текстовым документам.
ГОСТ 2.106—68.ЕСКД. Текстовые документы. Стандарт устанавли-
вает формы и правила выполнения: ведомостей спецификаций, ссылоч-
ных документов, покупных изделии и технического предложения,
ведомостей эскизного и технического проектов, пояснительной записки,
программы и методики испытаний и расчетов.
ГОСТ 2.109—73.ЕСКД. Основные требования к чертежам. Приво-
дятся основные требования к выполнению чертежей деталей, сборочных,
габаритных и монтажных на стадии разработки рабочей документации.
636
ГОСТ 2.113—75.ЕСКД. Групповые и базовые конструкторские
документы.
ГОСТ 2.301—68.ЕСКД. Форматы.
Ниже приведены обозначения и размеры основных форматов.
Обозначение ...............
Размеры сторон, мм.........
Обозначение ...............
Размеры сторон, мм.........
44
1 189x 841
24
594 X 841
22 12 11
594X 420 297X 420 297 x210
Стандартом допускается применение дополнительных форматов,
образуемых увеличением сторон форматов на величину, кратную
размерам формата 11.
ГОСТ 2.302—68.ЕСКД. Масштабы. Стандарт устанавливает сле-
дующие масштабы изображений на чертежах: масштабы уменьшения
1:2; 1 : 2,5; 1:4; 1 : 5; 1 : 10; 1 : 15, 1 : 20; 1 : 25; 1 : 40; 1 : 50;
1 : 75; 1 : 100; 1 : 200; 1 : 400; 1 : 500; 1 : 800; 1 : 1000; масштабы
увеличения 2 : 1; 2,5 : 1; 4 : 1; 5 : 1; 10 : 1; 20 : 1; 40 : 1; 50 : 1; 100 : 1.
ГОСТ 2.303—68.ЕСКД. Линии. Стандарт устанавливает наимено-
вание, назначение, начертание и толщину линий на чертежах по отно-
шению к толщине основной линии. Толщина сплошной основной линии s
должна быть в пределах 0,6 до 1,5 мм. Толщина сплошной тонкой,
сплошной волнистой, штриховой и штрих-пунктирнои тонкой и сплош-
ной тонкой с изломами линий выбирается в пределах от s/2 до з/З.
Толщина штрих-пунктирной утолщенной линии — от з/2 до 2s/3, а ра-
зомкнутой линии — от з до 3s/2.
ГОСТ 2.304—68.ЕСКД. Шрифты чертежные. Основные положения
стандарта следующие. Наклон надписей к основанию строки должен
быть примерно 75°; размеры шрифта (определяемые высотой прописных
букв, мм): 2,5; 3,5; 5; 7; 10; 14; 20; 28; 40. Высота букв и цифр должна
быть не менее 2,5 мм на чертежах, выполненных тушью, и не менее 3,5 мм
Т аблица 21.1. Расстояние между буквами,
словами и строками, мм
Определяемое расстояние Размер шрифта, мм
2,5 3,5 5 7 10 14
Между буквами, циф- рами и знаками 0,7 1 1,4 2 3 4
Между слонами и чис- лами Не менее ширины букв текста
Между основаниями строк 3,8 5,3 7,5 10,5 15 21
637
материалов
на чертежах, выполненных в карандаше; расстояния между буквами,
словами и строками должны примерно соответствовать значениям,
приведенным в табл. 21.1.
ГОСТ 2.305—68.ЕСКД. Изображения — виды, разрезы, сечения.
ГОСТ 2.306—68.ЕСКД. Обозначения графических материалов и
правила их нанесения на чертежах. Из приведенных в стандарте графи-
ческих обозначений материалов при вы-
черчивании элементов оптико-механиче-
ских приборов встречаются следующие:
металлы и твердые сплавы (рис. 21.1, а),
неметаллические материалы, в том числе
волокнистые монолитные н плитные
(рнс. 21.1,6), древесина поперек волокон
(рис. 21.1, в), древесина вдоль волокон
(рис. 21.1, г), фанера (рис. 21.1,6) стекло н
другие прозрачные материалы (рис.
21.1, е), жидкости (рис. 21.1, ж).
ГОСТ 2.307—68.ЕСКД. Нанесение
размеров и предельных отклонений.
ГОСТ 2.308-79. 1:СКД. Допуски
формы и расположения поверхностей. Ука-
зания на чертежах (см. табл. 21.2).
Вид допуска формы и расположения
следует обозначать иа чертеже условным
знаком согласно табл. 21.2. Для допус-
ков формы и расположения поверхностей,
не предусмотренных табл. 21.2, вид допу-
ска может быть указан в технических
требованиях. При этом в тексте приводят:
наименование допуска; указание поверх-
ности, для которой задается допуск;
числовое значение допуска в миллимет-
рах и, при необходимости, базу, относи-
тельно которой задается допуск.
При нанесении условных знаков и
данных допуска следует соблюдать сле-
дующие .правила:
1. Знак и числовое значение допуска
или обозначение базы вписывают в прямо-
угольную рамку допуска, разделенную
на дна или три ноля (рис. 21.2, а, б),
в которых помещают: в верном — знак
допуска согласно табл. 21.2, во втором —
числовое значение допуска в миллимет-
рах, в третьем — буквенное обозначение
базы.
2. Рамки допуска вычерчивают сплош-
ными тонкими линиями одинаковой тол-
щины с цифрами. Размеры рамки до-
пуска и его полей должны обеспечивать
возможность четкого вписывания всех
данных.
3. Высота цифр и букв, вписываемых в рамки, должна быть равна
размеру шрифта размерных чисел. Рекомендуемое графическое изобра-
жение знаков и рамки допуска приведено в приложении к стандарту.
638
Таблица 21.2. Условные обозначения допусков формы
и расположения поверхностей
Группа допусков Вид допуска Знак
Допуски формы Допуск прямолинейности Допуск плоскостности Допуск круглости Допуск цилиндр ИЧ пости Допуск профиля продольного сечения 1 13 О <М |
Допуски расположения Допуск параллельности Допуск перпендикулярности Допуск наклона Допуск соосности Допуск симметричности Позиционный допуск Допуск пересечения осей //- и
Суммарные допуски формы и расположения Допуск радиального биения Допуск торцового биения Допуск биения в заданном направле- нии
Допуск полного радиального биения Допуск полною торцового биения
Допуск формы заданного профиля Допуск формы заданной поверхности СО
638
4. Рамку располагают горизонтально. В случае если рамка затем-
няет чертеж — допускается выполнять ее вертикально так, чтобы
данные читались с правой стороны чертежа.
5. Пересекать рамку допуска какими-либо линиями не допускается.
6. Рамку допуска соединяют при помощи прямой или ломаной
линии, оканчивающейся стрелкой, с контурной линией (рис. 21.3, а)
или выносной линией, продолжающей контурную линию (рис. 21.3, б).
При этом стрелка должна быть обращена к контурной (выносной)
линии в направлении измерения
— 0,1
S)
II 0,1 А
Рис. 21.2. Условное обозначение
данных о предельных отклонениях
формы и расположения поверхно-
стей
отклонения.
7. Если допуск относится
к поверхности или ее профилю
(линии), а не к оси, то стрелку
располагают на достаточном рас-
стоянии от конца размерной
линии или стрелки (рис. 21.3, б).
Если допуск относится к оси
или плоскости симметрии, то ко-
нец соединительной линии дол-
жен совпадать с продолжением
размерной линии соответствующего размера (рис. 21.3, в).
8. Перед числовым значением допуска необходимо вписывать:
символ 0 или R в зависимости от того, указывает ли он круговое или
цилиндрическое поле допуска; символ Т или Т/2 соответственно, если
поля допуска симметричности, пересечения осей и позиционный допуск
ограничены двумя параллельными прямыми или плоскостями в диамет-
ральном или радиусном выражении; слово «сфера», если поле допуска
Рис. 21.3. Выполнение
рамки с данными о пре-
дельных отклонениях
формы или расположения
поверхностей
9. Числовое значение допуска действительно для всей поверхности
или длины, если не задан нормируемый участок. Нормируемый участок
обозначают штрих-пунктирной линией, ограничив ее размерами. Для
указания выступающего поля допуска расположения применяют
символ р.
10. Надписи, дополняющие данные, следует вписывать над рамкой
допуска или под ней.
Базы обозначают зачерненным равносторонним треугольником
с высотой, равной размеру шрифта размерных чисел, который соеди-
640
няют с рамкой допуска соединительной линией. Основание треугольника
располагают на контурной линии или на выносной, продолжающей
контурную линию элемента, образующего базу.
ГОСТ 2.309—73. ЕСКД. Обозначение шероховатости поверхно-
стей. Стандарт устанавливает обозначения шероховатости поверхностей
и правила нанесения их па чертежах. Структура обозначения шерохо-
ватости поверхности приводится па рис. 21.4.
ГОСТ 2.310—68. ЕСКД. Нанесение на чертежах обозначений по-
крытий, термической и других видов обработки.
Параметр (параметры)
^шероховатости по ГОСТ 2783-73
\ Знак,
Вид обработки поверхности и (или)
I другие дополнительные указания
Полка знака
базовая длина
Условные обозначения
—--------------'направления неровностей
37777777777777777777777777777777777,
Рис. 21,4. Структура обозначения шероховатости поверхности
ГОСТ 2.311—68.ЕСКД. Изображение резьбы. Резьбу на стержне
изображают сплошными основными линиями по наружному диаметру
резьбы и сплошными тонкими линиями — по внутреннему диаметру.
На изображениях, полученных проецированием на плоскость, парал-
лельную оси стержня, сплошную тонкую линию по внутреннему диа-
метру резьбы проводят на всю длину резьбы без сбега, а на видах,
полученных проецированием па плоскость, перпендикулярную к оси
стержня, по внутреннему диаметру резьбы проводят дугу, приблизи-
тельно равную 3/4 окружности, разомкнутую в любом месте.
Резьбу в отверстии изображаю!' сплошными основными линиями по
внутреннему диаметру резьбы и сплошными тонкими линиями — по
наружному диаметру.
На разрезах, параллельных оси отверстия, сплошную тонкую
линию по наружному диаметру проводят на всю длину резьбы без
сбега, а на изображениях, полученных проецированием на плоскость,
перпендикулярную к оси отверстия, по наружному диаметру резьбы
вычерчивают дугу, приблизительно равную 3/4 окружности, разомкну-
тую в любом месте. Сплошную топкую линию при изображении
резьбы наносят ла расстоянии не менее 0,8 мм от основной линии и не
более шага реп.бы. Штриховку в разрезах и сечениях проводят до ли-
нии наружно! о дпамстра резьбы пл стержне н до линии внутреннего
диаметра в отверст пн, т. е, во всех случаях до сплошной основной
линии.
Размер длины резьбы па стержне и в отверстии, как правило, ука-
зывают без сбега. Сплошная тонкая линия изображения резьбы на
стержне должна пересекать линию границы фаски.
ГОСТ 2.312—72.ЕСКД. Условные изображения и обозначения швов
сварных соединений. Включает соединения, получаемые пайкой,
21 В. А. Панов и др 641
склеиванием, клепкой и сшиванием. Припой и клей в разрезах и на
видах изображают линией толщиной 2s.
Для обозначения пайки (рис. 21.5) или склеивания (рис. 21.6)
применяют условный знак, который наносят на наклонном участке
линии-выноски, заканчивающейся окружностью диаметром 3—4 мм.
При необходимости, на изображении паяного соединения указывают
размеры шва, а также шероховатости (на линии-выноске).
Рис. 21.5. Изображение на чертеже неразъемных соеди-
нений получаемых пайкой
Обозначение припоя или клея по соответствующему стандарту или
ТУ приводят в технических требованиях. При необходимости в том же
пункте технических требований излагают требования к качеству шва.
Ссылку на номер пункта помещают на полке линии-выноски, проведен-
ной от изображений шва (см. рис. 21.5).
Рис. 21.6. Изображение на чертеже неразъемных
соединений, получаемых склеиванием
На чертежах соединений, получаемых сшиванием, швы изображают
штриховой линией толщиной s/З с наклонными штрихами в интервалах
(рис. 21.7). Длина штрихов в линии — 10—30 мм, длина наклонных
штрихов — 2—3 мм, угол наклона штрихов к линии — 45°.
Обозначение материала (ниток и т. п.) по соответствующему стан-
дарту или ТУ приводят в технических требованиях чертежа. Ссылку на
номер пункта помещают на полке линии-выноски, проведенной от
изображения шва. При необходимости под полкой линии-выноски
указывают количество рядов в шве и расстояние между рядами. Разме-
щение заклепок па чертеже указывают условным знаком -)-.
642
ГОСТ 2.314—68.ЕСКД. Указания на чертежах о маркировании и
клеймении изделий.
ГОСТ 2.315—68.ЕСКД. Изображения упрощенные и условные
крепежных деталей.
ГОСТ 2.316—68.ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей,
технических требований и таблиц.
ГОСТ 2.401—68.ЕСКД. Правила выполнения чертежей пружин.
Рис. 21.7. Изображение на
чертеже соединений, получа-
емых сшиванием
ГОСТ 2.402—68.ЕСКД. Условные изображения зубчатых колес,
реек, червяков и звездочек цепных передач.
ГОСТ 2.403—75. ЕСКД. Правила выполнения чертежей цилиндри-
ческих зубчатых колес.
ГОСТ 2.404—75. ЕСКД- Правила выполнения чертежей зубчатых
реек.
ГОСТ 2.405—75.ЕСКД. Правила выполнения чертежей конических
зубчатых колес.
ГОСТ 2.406—76.ЕСКД. Правила выполнения чертежей цилиндри-
ческих червяков и червячных колес.
ГОСТ 2.407—75.ЕСКД. Правила выполнения чертежей червяков и
глобоидальных передач.
ГОСТ 2.108 68.ЕСКД. Правила выполнения рабочих чертежей
звездочек приводных роликовых и втулочных цепей.
ГОСТ 2.409 74.ЕСКД. Правила выполнения чертежей зубчатых
(ш л ицевы х) соеди пенни.
ГОСТ 2.412—68.ЕСКД. Правила выполнения чертежей и схем
оптических изделий.
ГОСТ 2.413—72.ЕСКД,. Правила выполнения конструкторской
документации изделий, изготовляемых с применением электрического
монтажа.
21* '
643
ГОСТ 2.414—75.ЕСКД. Правила выполнения чертежей жгутов,
кабелей и проводов.
ГОСТ 2.418—77.ЕСКД. Правила выполнения конструкторской
документации упаковки.
ГОСТ 2.420—69.ЕСКД. Упрощенные изображения подшипников на
сборочных чертежах.
ГОСТ 2.701—76.ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования
к выполнению.
ГОСТ 2.702—75.ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.
ГОСТ 2.703—68.ЕСКД. Правила выполнения кинематических
схем.
Стандарты, используемые при разработке
технических условий
ГОСТ 2.114—70.ЕСКД. Технические условия. Правила построения,
изложения и оформления. Технические условия выполняют на листах
формата 11 по ГОСТ 2.301—68 с основной надписью по ГОСТ 2.104—68
(формы 2 и 2а). Схемы, чертежи н таблицы допускается составлять
на листах форматов 12 и 22 по ГОСТ 2,301—68; при этом основную
надпись выполняют по форме 2а ГОСТ 2.104—68. Остальные требования
к выполнению ТУ — по ГОСТ 2.105—79.
Стандарты, используемые при разработке
эксплуатационной документации
ГОСТ 2.601—68.ЕСКД. Эксплуатационные документы. Стандарт
устанавливает комплектность и правила разработки эксплуатационных
документов на изделия.
' Как правило, подлежат разработке следующие эксплуатационные
документы: техническое описание (ТО), инструкция по эксплуатации
(ИЭ), инструкция по техническому обслуживанию (ИО), формуляр
(ФО), паспорт (ПС) или этикетка (ЭТ) и ведомости ЗИП (ЗИ). Номенкла-
тура эксплуатационных документов на изделия, предназначенные для
самостоятельной, поставки, должна быть согласована с заказчиком.
Литература: 168, 107, 1081
ГЛАВА 22
ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Оптическое бесцветное стекло
Оптическое неорганическое стекло поставляется по техническим
условиям в соответствии с ГОСТ 3514—76 в заготовках размером
(диаметром или с наибольшей стороной) не более 500 мм следующих
типов: ЛК — легкий крон, ФК — фосфатный крон, ТФК — тяжелый
фосфатный крон, К — крон, БК — баритовый крон, ТК — тяжелый
крон, СТК — сверхтяжелый крон, ОК — особый (с особым ходом
дисперсии) крон, КФ — крон-флинт, БФ — баритовый флинт, ТБФ —
тяжелый баритовый флинт, ЛФ — легкий флинт, Ф — флинт, ТФ —
тяжелый флинт, ОФ — особый (с особым ходом дисперсии) флинт.
Стекла изготовляют двух серий: обычные — с нумерацией марок
от 1 до 99; серии 100 — малотемнеющие под воздействием ионизирую-
щего излучения, с нумерацией марок от 100 до 199 (табл. 22.1). Марки
стекол и соответствующие им оптические физико-химические характе-
ристики приведены в табл. 22.1 и 22.2. (ГОСТ 13917—68 и
ГОСТ 13659—78). Стекла нормируются по следующим параметрам:
показателю преломления средней дисперсии — псУ однород-,
ности партии заготовок по пе и (пр, — пс,), оптической однородности,
двойному лучепреломлению, радиационно-оптической устойчивости,
(стекла серии 100), показа юлю ослабления ед, бессвильности и
пузырности.
По отклонениям констант и других характеристик качества опти-
ческое стекло разделяется на категории и классы (табл. 22.3—22.18).
Оптическая однородность заготовок стекла размером до 250 мм оцени-
вается по разрешающей способности 1 (табл. 22.5), а размером более
250 мм — по коэффициентам Кф, АК (определяемым при Л = 550 нм)
и Кх (табл. 22.8).
По двойному лучепреломлению 2 -4-й категории поставляют
стекла: СТК9, СТК12, СТК19, ТБФ1, ЛФЮ5, ЛФ9, ЛФ10, Ф9, Ф13,
Ф113, ОФ4, остальные марки пекля 1—4-й катеюрии.
По бессвилыюс i и поставляю! пекла 2-й категории: ЛК105, ЛК7,
СТК9, СТК12, СТК. 19, КФ7; остальные стекла — Ьй и 2-й категории;
По однородное! и iiapiiiii по показателю преломления и средней
дисперсии поставляют стекла классов А—Г: К8, К108; классов Б—Г—’
остальные марки стекла. :
1 Определяется значением отношения ф/ф0, где ф0 — теоретический угол
разрешения дифрактометра; ф — угол разрешения дифрактометра вместе'
с проверяемой заготовкой.
645
Таблица 22.1. Оптические постоянные,
химические свойства, плотность стекол
Марка стекла Показатель преломления Средняя дисперсия Группа химиче- ской устойчивости по ГОСТ 13917—68 Плотность, г/см3
пе nD Э J ’ 901 — Ли) О si 1 Ц. е к влажной атмосфере к пятнающим агентам । 1
лкз, лкюз 1,4891 1,4874 700 696 А III 2,46
ЛК4 1,4922 1,4903 758 753 А I 2,33
ЛК105 1,4799 1,4781 731 729 А I 2,27
ЛК6 1,4721 1,4704 708 704 А IV 2,30
ЛК7 1,4846 1,4828 732 728 А 1 2,30
ФК14 1,5821 1,5799 898 891 л I 3,39
К8, К108 1,5183 1,5163 812 806 А I 2,52
КЮО 1,5237 1,5215 882 875 — — —.
К14, КИ4 1,5168 1,5147 856 849 А I 2,53
К19, КН9 1,5208 1,5187 848 841 А I 2,62
БК4, БК104 1,5324 1,5302 884 877 А I ' 2,76
БК6, БКЮ6 1,5421 1,5399 913 905 А I 2,86
БК8, БКЮ8 1,5489 1,5467 877 871 А III 2,85
БКЮ, БКПО 1,5713 1,5688 1024 1015 А III 3,12
БК13 1,5617 1,5594 992 915 А III 3,04
ТК2, ТКЮ2 1,5749 1,5724 1005 996 А II 3,20
ТК4, ТКЮ4 1,6138 1,6111 1105 1095 А III 3,58
ТК8 1,6168 1,6140 1125 1114 А III 3,61
ТК12 1,5710 1,5688 911 904 А III 3,06
ТК13 1,6063 1,6038 1004 996 А III 3,44
ТК14, ТКП4 1,6155 1,6130 1020 1012 А III 3,51
ТК16, ТКП6 1,6152 1,6126 1059 1050 А III 3,56
ТК17 1,6305 1,6279 1067 1058 А III 3,66
ТК20, ТК120 1,6247 1,6220 1107 1097 А III 3,58
ТК21, ТК121 1,6600 1,6568 1299 1285 А III 3,98
ТК23 1,5915 1,5891 970 962 А III 3,24
сткз 1,6622 1,6594 1160 1150 А IV 3,91
СТК9 1,7460 1,74 24 1492 1478 а 111 4,11
СТК12 1,6950 1,6919 1268 1258 а 111 3,46
СТК19 1,7476 1,7440 1489 1476 а IV 4,09
КФ4 1,5203 1,5181 886 879 А 1 2,57
КФ6 1,5027 1,5005 882 875 В I 2,52
КФ7 1,5200 1,5175 1022 1012 А I 2,51
БФ1 1,5271 1,5247 964 955 Б 1 2,67
БФ6 1,5724 1,5696 1164 1152 А I 3,16
БФ7 1,5822 1,5795 1087 1076 А III 3,23
БФ8 1,5857 1,5826 1269 1254 А 1 3,28
БФ11, БФ111 1,6251 1,6222 1183 1171 А III 3,66
БФ12, БФ112 1,6298 1,6259 1622 1601 А 111 3,67
БФ13, БФ113 1,6428 1,6395 1340 1325 А 111 3,82
БФ16 1,6744 1,6709 1435 1419 А 111 4,02
БФ21, БФ121 1,6178 1,6140 1554 1534 А 1 3,56
646
Продолжение табл. 22.1
Марка стекла Показатель преломления Средняя дисперсия Группа химиче- ской устойчивости по ГОСТ 13917—68 Плотность, г/см3
nD sOI (‘Эи — ,du) е 1 и, е 1 к влажной атмосфере к пятнающим агентам
БФ24 1,6386 1,6344 1750 1726 А I 3,67
БФ25 1,6108 1,6076 1333 1318 А I 3,47
БФ28 1,6687 1,6641 1900 1874 А I 3,96
ТБФ4 1,7836 1,7786 2072 2045 а IV 4,46
ЛФ5, ЛФ105 1,5783 1,5749 1409 1392 А I 3,23
ЛФ9 1,5837 1,5800 1547 1526 А I 2,61
ЛФ10 1,5509 1,5480 1209 1195 А I 2,73
Ф1, Ф101 1,6179 1,6138 1681 1659 А I 3,57
Ф102 1,6210 1,6169 1707 1684 А I 3,60
Ф4 1,6285 1,6242 1762 1738 А I 3,67
Ф104 1,6290 1,6247 1762 1738 А I 3,67
Ф6 1,6070 1,6031 1611 1590 А I 3,48
Ф9 1,6180 1,6137 1801 1775 А I 2,93
Ф13 1,6241 1,6199 1730 1706 А I 3,63
Ф113 1,6246 1,6204 1730 1706 А I 3,63
ТФ1, ТФ101 1,6522 1,6475 1940 1912 А II 3,86
ТФ2 ' 1,6776 1,6725 2118 2087 А II 4Д&.
ТФЗ \ '1,7232 1,7172 2469 2431 А III 4,46
ТФ103 1,7237 1,7177 2469 2431 А III 4,46
ТФ4 1,7462 1,7398 2670 2628 А III 4,65
ТФ104 1,7462 1,7398 2662' 2623 А III 4,65
ТФ5, ТФ105 1,7617 1,7550 2788 2743 А III 4,77
ТФ7 1,7343 1,7280 2611 2570 А III 4,52
ТФ8, ТФ108 1,6947 1,6893 2249 2215 А II 4J3
ТФ10, ТФ110 1,8138 1,8060 3233 3178 А III 5,19
ОФ1, ОФЮ1 1,5319 ’.5294 1032 1022 А IV 2,56
ОФ4 1,6541 , .6505 1513 1497 а IV 3,48
Примем ап н я: 1 Предпочтительно применять стекла марок,
выделенных жирным шрифтом. 2. На стеклах Л К. 105 н ЛК7 может
образовываться невидимый разрушенный слой, обнаруживаемый после
обработки при температуре свыше 400° С по помутнению, сморщива-
нию или растрескиванию.
647
Таблица 22.2. Категории марок стекла
и термические свойства
Марка стекла Категории Приращение показателя преломления Ротн’ Ю7’ град-1, в пределах температур от —60 до 4-20° С Коэф- фициент линей- ного расши- рения а. 10? в пре- делах темпе- ратур
по пока- зателю прелом- ления по средней дисперсии прг—пс* по показателю ослабления по оптиче- ской одно- родности заготовок размером, мм
пе * « «4? до 250 св. 250 со. от —60 до 4-20° С 1 от 4-20 до 1 4-120° С
лкз * 1—4 4—5 1-3 4-5 1-3 11 - IV - К) - 9 —6 86 92
лкюз * 1—4 4—5 1-3 4—5 1-3 II -IV — 10 -9 -6 86 92
ЛК4 * 1—4 3—5 1-3 3—4 1—3 III -IV 37 38 42 50 52
ЛКЮ5 * 1—4 3—5 1—3 7—8 2—3 III -IV — — — — —
ЛК6 * 1—4 3—5 1—3 2—5 1-3 II -IV —3 —2 0 80 83
ЛК7 * 1—4 3—5 1—3 5—6 2—3 III -IV 53 '54 57 40 44
ФК14 3—4 — 2—3 2—4 1—3 —28 —26 —23 88 98
К8 1—4 4—5 1—3 2—4 1—3 I -IV 22 24 28 68 76
КЮ8 1—4 4—5 1—3 2—5 1—3 I -IV — — — — —
кюо 2-4 4—5 2—4 5—6 1—3 II -IV — — — — —
К14 2—4 4-55 1—3 4—5 1-3 I -IV 38 40 44 62 69
Ю 14 2-4 4—5 2—4 4—5 1-3 I -IV — — — — —
К19 3—4 4—5 1—3 3—4 1-3 I -IV 22 23 27 74 80
КИ9 3—4 4—5 1—3 4—5 1—3 I -IV — — — — —
БК4 2—4 4—5 1—4 2—5 1—3 II -IV 17 18 23 74 80
БКЮ4 1—4 4—5 1—3 4—5 1-3 II -IV — — — — —
Б Кб 2—4 4—5 1—3 2—4 1-3 II -IV 16 18 22 74 82
БК106 1—4 4—5 2—3 4—5 1-3 II -IV — -— — — —
БК8 2—4 4—5 1—3 2—4 1—3 II -IV 32 34 38 56 62
БКЮ8 2—4 4—5 2—3 4—5 1—3 II -IV — — — — —
БКЮ 2—4 4—5 2—3 2—4 1—3 II -IV 35 37 42 65 71
БКИО 2-4 4-5 2- 3 3-5 1- 3 11 - IV — — — — —
Б КЗ 2—4 4—5 2—3 4—5 1-3 11 - IV 24 26 29 62 69
ТК2 1—4 4—5 2—3 3—4 1-3 11 -IV 31 33 38 64 70
ТКЮ2 2—4 4—5 2—3 4—5 1—3 II -IV — — — — —
ТК4 2—4 4—5 2—3 3—4 1-3 II -IV 40 42 47 59 66
ТК8 2—4 4—5 2—4 2—5 1—3 II -IV 34 36 42 62 71
ТК12 2—4 4—5 1—3 3—4 1—3 II -IV 26 27 30 58 65
ТК13 2—4 4—5 2—4 3—4 1—3 II -IV 23 24 28 61 67
ТК14 2—4 4—5 2—3 2—4 1-3 II -IV 20 21 23 63 69
ТКН4 2—4 4—5 2—3 4—5 1—3 II -IV — — — — —
ТК16 2—4 4—5 2—3 2—4 1—3 II -IV 18 20 24 66 72
ТКП6 2-4 4—5 1—3 3—5 1—3 II -IV — — — — —
ТК17 2—4 — 2—3 2—4 1—3 7 9 12 69 76
ТК20 2—4 4—5 1—3 3—5 1—3 II -IV 21 23 27 66 73
648
Продолжение табл. 22.2
Мар ка стекла Категор и и Приращение показателя преломления Роти • 107- град-1, в пределах температур от —60 до +20° С Коэф- фициент линей- ного расши- рения а.10’ в пре- дел ах темпе- ратур
по пока- зателю прелом- ления по средней дисперсии nF> — nc' по показателю ослабления ед по оптиче- ской одно- родности заготовок размером. мм
пе * * пр до 250 св. 250 cd. от —60 до -f-20° С от -j-20 до -ф 120° С
ТК120 2—4 4—5 2—3 4—5 1—3 II -IV
ТК21 2—4 4—5 2—3 3—4 1—3 II -IV 31 33 39 73 81
ТК121 2—4 4—5 2—3 4—6 1—3 II -IV — — — — —
ТК23 2—4 4—5 1—3 2—5 1—3 II -IV 33 35 38 52 58
СТ КЗ 2—4 4—5 1—3 2—3 1—3 11 -IV 2 4 9 71 79
СТК7 2—4 4—5 3—4 2-3 2-3 II -IV -14 — 13 -12 84 94
СТК9 2—4 — 2—3 4—7 2—3 — 55 57 64 51 57
СТК12 2—4 4—5 2—3 2—6 2—3 II -IV 33 35 39 57 67
СТК19 2—4 4—5 1—3 3-4 2—3 11 -IV — — — — —
КФ4 1—4 4—5 3—4 4—5 1—3 II -IV 35 36 40 63 71
КФ6 1—4 — 1—4 4—5 1-3 — 29 30 34 62 68
КФ7 3—4 — 1—3 5—7 1—3 — 42 44 1 50 55 60
БФ1 2—4 4—5 2—4 2—5 1—3 II -IV 32 34 39 66 72
БФ6 2—4 3—4 2—3 4 1—3 II -IV 22 24 31 77 83
БФ7 3—4 4—5 1—3 3—4 1—3 II -IV 38 40 46 68 75
БФ8 2—4 3—4 1—3 3—4 1—3 II -IV 26 29 35 77 82
БФ11 2—4 3—4 2-3 4—5 1-3 11 -IV 40 42 48 63 70
БФ111 2—4 4—5 .2-3 4-5 1 - 3 II - IV — — — — —
БФ12 1 - 4 4-5 2 - 4 3 5 1 -.3 11 -IV 25 29 39 83 88
БФ112 2-4 4 5 1—4 4-5 1—3 11 -IV — — — — —
БФ13 2—4 4—5 2—4 2—5 1—3 11 -IV 40 43 52 61 68
БФПЗ 3—4 4—5 2—4 4—5 1—3 II -IV — — — — —
БФ16 2—4 4—5 2—4 3—5 1—3 II -IV 22 25 32 78 84
БФ21 3—4 4—5 3—4 1—3 II -IV 44 47 55 71 77
БФ121 3—4 4—5 3—4 4—.) 1—3 II -IV — — — — —
БФ24 3—4 4—5 3—4 2—4 1-3 II -IV 48 52 62 74 79
БФ25 2-4 3- 4 2 4 2 —5 1 -3 11 - IV 47 50 59 66 73
БФ28 2 4 3 4 3 4 4 5 1 3 и IV 79 84 97 59 65
ТБФ1 3 1 3 4 5 8 1 3 — 63 68 81 65 75
ЛФ5 2 1 3 4 2 3 3 4 1 - 3 1 - IV 38 42 50 67 72
ЛФ105 2 4 3 1 2 3 4 - 5 1 -3 II -IV — — — — —
ЛФ9 2- 4 2 4 6 7 1 -3 — 3 6 14 81 89
. ЛФ10 3- 4 3 4 5 - 7 1—3 — 23 26 32 72 77
Ф1 2—4 3 1 2 4 2 -4 1 -3 1 -IV 45 49 59 71 74
Ф101 2—4 3 - 4 2 4 3 5 1 -3 I -IV — — — — ——
Ф102 2—4 3 - 4 2 - 4 4 5 1-3 I -IV — — — — —
649
Продолжение табл. 22.2
Марка стекла Категории Приращение показателя преломления ₽опт'107- град-1, в пределах температур от — 60 до + 20° С Коэффи- циент линей- ного расши- рения а-10? в преде- лах темпе- ратур
по пока- зателю прелом- ления S S Q. <D В по показателю ослабления по оптиче- ской одно- родности заготовок размером, мм
пс * * пе по средней ди до 250 св. 250 & О S S 1 + Е- О О Ч от -{- 20 до + 120° С
Ф4 2—4 4—5 2—4 4—5 1-3 I-IV 47 52 64 73 76
Ф104 3-4 4—5 1—4 4—5 1—3 I—IV — — — —
Ф6 2—4 3—4 2—4 3—4 1—3 1—IV 40 45 56 70 74
Ф9 2—4 — 1—4 6—7 1—3 — —5 —1 8 90 96
Ф13 2—4 4—5 1—4 2—4 1—3 II—IV 47 52 64 71 75
ФИЗ 1—4 4—5 2—4 3—4 1—3 II—IV — — — —
ТФ1 1—4 3—4 2—4 2—4 1-3 11—IV 29 34 46 82 86
ТФ101 2—4 3—4 3—4 4—5 1—3 II—IV — — — —
ТФ2 .2—4. 2—4 3—4 1—д .53 —59 75 73 JZ8.
ТФЗ 1—4 4—5 2—4 2—4 1—3 II—IV 56 64 83 77 83
ТФ103 2—4 4-5 1—4 2—4 1—3 II—IV — — — —
ТФ4 1—4 3—4 2—4 2—5 1—3 II—IV 65 74 97 77 82
ТФ104 2—4 3—4 3—4 7—8 1—3 II—IV — — — —
ТФ5 2—4 4—5 2—4 3—5 1—3 II—IV 69 78 102 78 84
ТФ105 2—4 4—5 3—4 7—8 1—3 II—IV — — — — —
ТФ7 2—4 4—5 2—4 2—5 1—3 II—IV 42 49 70 93 96
ТФ8 2—4 4—5 2=4. 2—4 4—3 -1L=BL_ 53 60 78 77 82
ТФ108 2-4 4—5 3—4 5—6 1—3 II—IV
ТФ10 2-4 4—5 2—4 3—5 1—3 II—IV 87 97 125 75 81
ТФ110 2—4 4—5 2—4 7—8 1—3 II—IV — — — —
ОФ1 2—4 3-4 3—4 4—5 1—3 II—IV 31 33 37 59 63
0ФЮ1 2—4 3-4 2—4 4—5 1—3 II—IV — — — — —
ОФ4 3-4 5 3-4 2 -3 1—3 П—IV 36 38 44 44 52
Примечание. Абсолютные значения изменений показателя
преломления Рабе ^°» в зависимости от температуры см.
ГОСТ 73659—78.
* Допускается устанавливать требования к коэффициентам Аф
и ЛА отдельно от требований к коэффициенту Ах. ** Для заготовок,
подвергнутых тонкому отжигу со скоростью менее 0,5 град/ч.
650
Т а б л и ц а 22.3.
Предельное отклонение пе
w{nF, -пс.)
Кате- гория пе Пр' — ПС'
1 ±2-10~ 4 ±2-10-6
2 ±3-10-* ±3-10"6
3 ±5-10“ 4 ±5-10- 6
4 ±10-io-4 ilO-lO'6
5 ±20-10-4 ±20-10-5
Таблица 22.4.
Предельное отклонение
по однородности
в партии заготовок по tie
H(nF, ~пс,)
Класс пр' — пС’
А 0,2-10-4
Б 0,5-10-4
В МО’4 1-Ю"6
Г В пределах задан- ной категории
Т а б л и ц а 22.5.
Оптическая однородность,
оцениваемая по разрешающей
способности
Таблица 22.G.
Категории бессвильности
Категория Отношение <р/<р©. не более
1 и 2 3 4 5 t 1,0 1,1 1,2 1,5
Прнмеч л н и е. Для стекла 1-й категории ди- фракционное изобрлжеиие точечной миры не должно иметь разрывов, хвостов и заметного на глаз отклоне- ния от круга.
Кате- гория Характеристика бессвильности
1 Не допускаются сви- ли, равные по оптиче- скому действию кон- трольной свили 1-й ка- тегории
2 То же, 2-й категории
Таблица 22.7. Классы бессвильности
Класс Направления, в которых заготовка должна удовлетворять задан ной катггории бессвильности
А Б Дна взаимно перпендикулярных направления Одно направление
Примечание. Допускается в среднем ие более 10 узловых свнлей длиной до 10 мм в 1 кг стекла.
651
Таблица 22.8. Допустимые отклонении по оптической однородности,
характеризуемых коэффициентами Кф, дК и
Кате- гория КФ «X
Свили, обнаружи- вающие двойное лучепреломление Допускаются одиночные свили Допускаются потоки свилей общей пло- щадью от пло- щади заготов- ки, %
на расстоя- нии друг от друга, мм общей длиной от размера заготовки
I До 0,25 * До 0,15 * Не допу- скаются Св. 50 мм До одного диа- метра —
II Св. 0,25 до 0,70 Св. 0,15 до 0,25 Св. 30 мм До двух диаме- тров (диагонали) заготовки До 10
111 Св. 0,70 до 1,50 Св. 0,25 до 0,80 Св. 20 До 50
IV Св. 1,50 до 3,00 Св. 0,80 до 1,50
V Св. 3,00 Св. 1,50 Не допускаются очень грубые одиночные свили и потоки свилей, обнаруживающие двойное лучепреломление св. 30 нм, расположенные в центральной трети толщины заготовки, и св. 10 нм при расположении их в крайних третях заготовки
* Для заготовок деталей иое лучепреломление (см. табл фициентам АК и /С.. интерференционных приборов Кф и ДЛ до 0,10. Бессвильиость (см. табл. 22.6 и 22.7) и двой- . 22.9) не указывают, так как качество стекла обеспечивают выполнением требований к коэф-
лица
Таблица 22.13. Категории пузырности
в зависимости от массы и класса пузыриости стекла
Класс пу'зыр- иости Масса заготовок, г, не более, для категории пузырности
1. 1а 2 3 4 5 6 J 8 9 10
А 300 500 700 1000 1500 3000 5000 20 000 Св. 20 000 Св. 20 000
Б 100 250 500 700 1000 2000 3000
В 50 100 200 300 500 1000 3 000 20 000
Г 30 50 100
д 10 30 50 Св. 10 000
10 000
Е—Ж — 5 10 30 100 300
Таблица 22.14. Категории пузырности различных марок стекол
в зависимости от массы заготовки
Марка стекла Масса заготовок, г, не более, для категории пузыриости
1 а 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ТК4, ТК104, ТК8, ТК14, ТКН4, ТК16, ТКИ6, ТК120, ТК21, ТК121, ТК23, ст кз, СТК7, СТК12, БФ13, БФ113 100 200 700 1000 1500 3000 5000 20 000 Св. 20 000 г
СТК9, СТК19 30 50 100 200 300 500 1000 3 000 10 000 Св. 10 000
654
Таблица 22.15. Классы пузыриости стекла,
сваренного в керамическом и платиновом сосудах
Марка стекла Класс пузырности
К19, КП9 А—Б
К8, К108, ЛФ6, Ф1, Ф101, Ф102, Ф4, Ф104, Ф13, ТФ1, ТФ101, ТФ2, ОФ1, ОФ101 А-В
Л КЗ, ЛК 103, ЛК4, Л Кб, ЛК7, БК4, БК104, БК8, БК108, КФ4, КФ6, БФ1, БФ6, БФ7, БФ8, БФ12, БФ112, БФ24, ЛФ105, Ф113, ТФЗ, ТФ103, ТФ8, (ТК4, ТК104, ТК8, ТК14, ТК114, ТК20, ТК21, ТК23, ТК121, СТК7, БФ16) Б—В
К14, КИ4, БК6, БКЮ6, БКЮ, БКПО, БК13, ТК2, ЛФ6, ТФ4, ТФ104, ТФ108, (ТК16, TKU6, СТКЗ, СТК12, БФ13, БФ113) Б—Г
К100 ТК12, БФ21, БФ121, Ф9, ТФ5, ТФ105, ТФ7, БФ28, ЛФ10 В-Г
К7, (СТК9, СТК19) В-Д
ТК4, ТКЮ4, БФ25, ТБФ4, ОФ4, ТК12 Г-Д
ФКИ Г-Е
ТФ10, ТФ110 Д-Ж
Примсч а и п я. 1. Марки стекла, заключенные в скобки, сва- рены в платиновом сосуде. 2. В стекле с показателем ослабления 1 — 3 категории число иунчрей в 1 кг стекла соответствует наибольшему классу пузырности для стекли данной марки.
655
Т а б л и ц а 22.16. Радиационно-оптическая устойчивость,
характеризующая приращение оптической плотности AD
на 1 см после облучения
Марка стекла &D, не более Марка стекла Д£). не более
ЛК103, БК110, ТФ103, ТФ105, ТФ110 0,040 БКЮ8, ТК120 ТК121 0,020 0,065
ЛК105, 0ФЮ1 0,050 БФ111 0,060
К108, БКЮ4, БКЮ6 0,015 БФ113 0,200
кюо 0,030 БФ121 0,120
К114, ТФ104, БФ112 0,045 ЛФ105 0,110
КП9, ТК102, ТК104, ТКН4, ТК116 0,025 t Ф101, Ф102, Ф104, Ф113 0,070
ТФ101, ТФ108 0,080
Т а б л и ц а 22.17. Рекомендации по замене исключенных
из ГОСТ 3514—76 марок стекол
Марка стекла Рекомендация по их замене Марка стекла Рекомендация по их замене
ФК1 ФКП КФ1 БФ1
К17 К8, КЮО КФ8 ОФ1
БК9 БКЮ БФ23 БФ4
ТК109 БФ111 ОФ 2 ЛФ11
Примечание. Стекла марок ФКД, ФК11 и БФ4 поставляются по нормативно-технической документации
656
Таблица 22.18 Группы химической устойчивости стекол
(ГОСТ 13917—68)
Группа К влажной атмосфере Группа К пятнающим агентам
А Б В а У д Силикатные стекла Неналетоопасные Промежуточные Налетоопасные Несиликатные стекла Устойчивые Промежуточные Нестойкие I II III IV Непятнающиеся Промежуточные Пятнающиеся Нестойкие стекла, требующие особо осто- рожного обращения при обработке
Примечание. Силикатные стекла содержат SiO2 > 30% мол.; несиликатные — SiO2 < 30% мол. (ТФК, ФК- СТК. ТБФ).
Таблица 22.19. Показатели преломления
и дисперсии оптических стекол
Марка стекла «01 Р«—'М Пр—пр Пр-пс nF~ne nh ng
Пр—пс nF~nC nF~nC nF~nC
ФКН 1,5199 752 0,701! 0,453„ 0,533я 0,440, 0,1585
ТФК1 1,6084 933 0,703„ 0,456, 0,540„ 0,4472 0,153,
СТК20 1,7647 1522 0,706г> 0,4593 0,5506 0,4604 0,1526
OKI 1,5222 684 0,704о 0,4563 0,5394 0,4449 0,155,
ТБФ9 1,8083 1890 0,711о 0,4644 О,5642 0,476, 0,1486
СТФ2 1,9441 4626 0,726о 0,482„ 0,632,. — 0,1350
СТФЗ 2,1696 6873 0,729,! 0.487, — — 0.1316
СТФ11 2,0557 6351 0,730; 0,488, 0,658н — 0,1319
По классу бсссвилыюегп В поставляют стекла: ЛКЗ, ЛК.103, ЛК4,
ЛКЮ5, ЛК6, ЛК7, ФК14, ГК12, ТК17, СТКЗ, СТК9, СТК12, СТК19,
КФ6, КФ7, ТБФ4, Ф6, <!>!), ОФ 1, 0ФЮ1, ОФ4; остальные стекла —
по классу А—Б.
Вне рабочей зоны заготовки стекла требования к нормируемым
параметрам, кроме двойного лучепреломления, не устанавливают.
657
Таблица 22.20. Категории и классы оптических стекол
Наивысшие категории ПО Классы по
nL оптиче- ской Ч М бес-
Пр- пс одно- ч Ю 1 ТО S свиль- Я
Марка стекла при размере заго- товки, мм родно- сти при размере заго- товки, мм Си Е Г Ч S зателю осл или k, с при размере заго’ товки, мм Си то с Я Q о я ч я о к л Ч S о
й S св. си
ДО св. ДО св. ДО 150 к О т
150 150 150 150 л ч ч О S с к 150 ДО 300 ч о С
ФКП 4 4 .1 2 1 4 2 2 в в Г—Е
ТФК1 5 — 2 — 2 7 2 — в в Е
СТК20 5 — 2 1 7 1 — в в Г-Д
OKI 5 5 1 1 2 5 2 2 А в Е
ТБФ9 5 — 2 — 2 8 2 — А в Е
СТФ2 5 — 2 — 3 5% 2 — — в Е
СТФЗ 4 — 3 — 1 7,5% 1 — в в Е-Ж
СТФ11 5 — — — 3 7% 2 — — в Е
Стекла марок ЛК1, ЛК5, ФК13, KI, К2, К102, КЗ, К5, К15, К18,
К20, БКН, ТК1, ТКЮ8, ТКИ2, ТК123, СТК8, СТКЮ, КФ104, КФ5,
БФ4, БФ106, БФ107, БФ108, БФ26, БФ27, ТБФЗ, ЛФ1, ЛФ7, ЛФ8,
ЛФ11, ЛФ12, Ф2, Ф7, Ф8, Ф108, ТФ102, ТФ11, ТФ12, ОФЗ, ОФ5 не
вошли в ГОСТ 3514—76 и изготовляются по нормативно-технической
документации.
Появление новых марок стекол позволяет разработать оптические
системы с меньшим числом линз. Они открывают широкие возможности
в конструировании оптических снегом, обладающих высокой степенью
коррекции аберрации в широкой области спектра.
В табл. 22.19 и 22.20 приведены характеристики некоторых марок
стекол, соответствующих отраслевому стандарту. Большой интерес
представляет особый крон OKI, который обладает большим коэффи-
циентом светопропускания в инфракрасной области спектра и в сочета-
нии с особыми флинтами ОФ4 и ОФ5 дает отличную апохроматическую
коррекцию.
Оптическое цветное стекло
Оптическое цветное неорганическое стекло, предназначенное для
изготовления светофильтров, выпускается в заготовках размером
(диаметром или с наибольшей стороной) не более 250 мм и не более
360 мм для стекла, окрашенного сульфоселенидами или сульфидами
металлов (ГОСТ 9411—75).
658
Таблица 22.21, Показатель преломления,
химическая устойчивость и плотность цветного стекла
Группа Группа
О хпмиче- О химиче-
ч ской оэ ч ской со
р, устой- съ устой- U
чнвости чнвости
Марка 2 е да s: S О) Марка »s 2 н да да да да *’3
о Ю да S S' да да « Е- е да да да
да « к 3 5 ° S «А ч б да о S к да с S ал о к о Ч 8 § о« да к Ч1Т да о 2 да я с >> о к о Ч
С ч да да а: ? С с: ч да да С
У л ь т р а ф 1 полетов о е зсю 1,535 д IV 2,83
с т е к л с зсп 1,550 в I 2,83
УФС1 1,540 д I 2,84 Желто- з е л е н о е
УФС2 1,557 д I 2,65 с т е К Л О
УФС6 1,520 в I 2,58 ЖЗС1 2,52
УФС8 1,509 А IV 2,46 1,522 в I
ЖЗС6 1,522 в I 2,50
Ф и о л е т о в о е стекло ЖЗС9 1,522 в I 2,50
ФС6 1,495 | А I 2,40 ЖЗС12 ЖЗС13 1,527 1,527 в в I I 2,53 2,53
Синее с т е К Л О ЖЗС17 1,527 в I 2,53
ЖЗС18 1,534 д IV 2,84
СС1 1,520 в I 2,51
СС2 1,520 в I 2,51 Желтое с т е к л э
СС4 СС5 СС8 СС15 1,520 1,582 1,520 1,513 в в в в I II I I 2,51 3,25 2,52 2,48 ЖСЗ ЖС4 жсп ЖС12 1,536 1,632 1,523 1,523 в А В В IV I I I 2,78 3,69 2,64 2,64
С и н е - з еле ное ЖС16 1,523 в I 2,64
с т е к л с ЖС17 1,523 в I 2,64
СЗС7 ЖС18 1,523 в I 2,65
1,514 в I 2,57 ЖС19 1,502 в Ill 2,40
СЗС8 1,517 в I 2,59 ЖС20 1,540 д I 2,82
СЗС9 1,522 в I 2,61
СЗС16 1,515 А I 2,60 О р а н жев ое стекло
СЗС17 1,518 А I 2,50 1,523 2,55
СЗС20 1,477 В IV 2,27 ОС5 в I
СЗС21 1,535 а IV 2,86 ОС12 1,523 В I 2,64
СЗС22 1,535 а IV 2,93 ОС13 1,523 В I 2,64
C3C23 1,534 д IV 2,84 ОС14 1,523 В I 2,65
СЗС24 1,516 а 1 2,55 ОС17 1,523 В I 2,64
СЗС25 1,515 а 1 2,54
СЗС26 1,534 д 1 2,84 К р ясное ст е к л О
СЗС27 1,503 а IV 2,44 ксн 1,523 В I 2,64
е к л КС 13 1,523 В I 2,64
□ е л е н о е с 1 О КС15 1,523 В I 2,64
ЗСЗ 1,523 В 1 2,52 КС17 1,523 В I 2,64
ЗС7 1,535 д IV 2,85 КС 18 1,523 В I 2,64
ЗС8 1,534 д IV 2,83 КС19 1,523 В I 2,67
659
Продолжение табл. 22.21
Марка стекла Показатель прелом- ления Пр Группа химиче- ской устой- чивости Плотность d, г/см3 Марка стекла Показатель прелом- ления Пр Группа химиче- ской устой- чивости Плотность d, г/см3
к влажной атмосфере к пятнаю- щему агенту к влажной атмосфере к пятнаю- щему агенту
И н фр а кр а С н о е НС6 1,502 А IV 2,42
с т е К Л С НС7 1,502 А IV 2,42
ИКС5 1,533 в I 2,73 НС8 НС9 1,503 1,505 А А IV IV 2,42 2,42
иксе ИКС7 1,541 1,556 в в I I 2,74 2,82 нею НС и 1,509 1,514 А А IV IV 2,42 2,43
П у р п у р и ос стек л о 1102 1,527 А IV 2,46
ПС5 1,673 А I 4,09 Т е м II о е С т е к л с
ПС7 ПС8 ПС13 1,537 1,604 1,591 А А В I I IV 2,72 3,56 3,26 тез ТС 10 1,525 1,523 ? ! 2,53 2,51
ПС14 1,477 В IV 2,27 Бесцветн о е стек Л О
ПС15 1,477 В IV 2,27 БСЗ 1,512 А I 2,52
Н е й т р а л ь н о е с т е К Л 0 БС4 1,502 Б I 2,38
НС1 НС2 нсз 1,521 1,523 1,526 в в в I I I 2,51 2,52 2,52 БС7 БС12 БС14 1,643 1,508 1,670 А А а I I IV 3,72 2,47 3,08
Приме а н и е. Предпочтительно применять стекла марок,
выделенных жирным шрифтом.
Таблица 22.22. Категории пузырности цветного стекла
(по ГОСТ 3514—76)
Марка стекла Масса заготовок, г, не более, для категорий
2 — 4 00 JI 4—8 ОО 1 L0 6—8 7 — 8 8
CCl, СС2, СЗС20, ЗС1, ЗСЗ, ЖЗС1, ЖЗС5, ЖЗС6, ЖЗС9, жен, ЖС12, ЖС16, ЖС17, ЖС18, ОСП, ОСЮ, ОС13, ОС14, ОС17, КС11, КОЗ, КС15, КС17, КС18, КСЮ, НО, НС2, НСЗ, НС6, НС7, НС8, БСЗ, БС7, БС8, БС12, ПС5 30 50 100 300 500 1000 3000
660
Продолжение табл. 22.22
Марка стекла Масса заготовок, г, не более, для категорий
1 3 — 8 4—8 5—8 6 — 8 7—8 8
СС9, СЗС7, СЗС8, СЗС17, СЗС21, СЗС22, C3C23, СЗС24, СЗС25, СЗС27, ЗС10, ЗС11, ЖС4, ЖС19, ПС14, ПС15, ТС6, БС4 10 30 t 50 300 500 1000 3000
СЗС5, СЗС9, СЗС15, СЗС16, СЗС26, ЗС6, ЗС8, ЖЗС18, ЖСЗ, ЖС20, ОС5, ОС6, ПС7 5 10 30 100 300 1000 1000
ТС7, БС14 — — 30 50 100 300 500
СС4, СС5, СС8, СС15, ЖЗС12, ЖЗС13, ПС8, ПС13, НС9, ТС10 — 10 30 50 100 200
УФС1, УФС5, УФС6, УФС8, ФС1, ФС6, ИКС1, ИКСЗ, ИКС5, ИКС6, ИКС7, нею — — — 30 50 100 200
Примечание. Ввиду невозможности контроля не устанав-
ливается 2-я категория пузырности для заготовок марок СЗС9, СЗС20,
СЗС21, СЗС22, C3C23, ЗС1, ЗС10, ОС5, ОС6, ПС5, ПСИ, ПС15, НСЗ.
НС8, ТС6, УФС2, УФС8, ФС7, ЖЗС17. НС11, НС12, ТСЗ.
Таблица 22.23. Спектральные характеристики стекла
для нейтральных светофильтров
Марка стекла Показатель поглощения /? ср мм-1 °ср ах
Номи- 11 ИЛЬНЫЙ Предельное отклонение ио категориям %, не более, по категориям
' 1 ' 1 2 1 2
НС1 0,07 '-0,01 + 0,02 10 15 20 25
НС2 0,24 '0,03 ±0,05
НСЗ 0,47 J-0.05 ±0,10 25 30
НС6 0.06 ±0,01 ±0,02 30 35
661
Продолжение табл. 22.23
Марка стекла Показатели поглощения £ср, ММ”1 °ср °тах
Номи- нальный Предельное отклонение по категориям %, не более, по категориям
1 2 1 2 1 2
НС7 0,12 ±0,02 ±0,04 7 10 17 23
НС8 0,37 ±0,03 ±0,06 5 10 10 15
НС9 0,55 ±0,06 ±0,11 15 20
нею 0,90 +0,10 0,09 +0,20 —0,18 20 25
ней — ±0,18 ±0,36
НС12 — ±0,35 ±0,66 10 15 30 35
Таблица 22.24. Спектральные характеристики стекол,
окрашенных сульфоселеиидами или сульфидами металлов
Марка стекла Длина волны Хпр, им 43 я ч о № S S я ч - Показатель по- глощения k^Q, мм, не более Крутизна кривой оптической плот- ности k.', не ме- Р нее, при толщине светофильтра, мм
Но- ми- наль- ная Предельное отклонение по категориям
1 2 3 2 и 3 5 10 и 20
жен 420 ±5 ±10 ±15 560 0,005 0,6 0,4 —
Ж12 450
Ж16 470 0,8 0,8
ЖС17 490 580 1,2 ТО
Ж18 510 600 0,8
ОСН 535 650 0,007 1,2 1,2
ОС12 550
ОС13 565
ОС14 580 680
662
Продолжение табл. 22.24
Марка стекла Длина волны ХПр, нм Длина волны ?е0> нм Показатель по- глощения , мм, не более Крутизна кривой оптической плот- ности k0, не менее, при толщине светофильтра, мм
Номи- нальная Предельное отклонение по категориям
1 2 3 2 и 3 5 10 и 20
оси 540 ±5 ±10 ±15 650 0,007 0,2—0,6 для свето- фильтра толщиной 1; 2; 5 и 10 мм
КС11 610 680 1,2 1,2 1,2
кс1з 630 700
КС15 650 720 — 1,0 1,0 —
КС17 670 750
КС18 685 800 0,02 0,68 0,8
КС19 700 0,03
Оптическое цветное стекло нормируется по следующим параметрам:
физико-химическим свойствам, показателю поглощения, двойному
лучепреломлению, пузырности, бессвильности, неоднородности. В табл.
22.21—22.24 приведены марки стекол, основные параметры и техни-
ческие требования по ГОСТ 9411—75.
По показателю поглощения k}, устанавливаются две категории
цветного стекла, характеризуемые предельными значениями и отноше-
нием показателей поглощения.
Для стекла типа ПС устанавливаются две категории по показателю
поглощения Аср, характеризуемые 0ср иОтах (табл. 22.23), где kcp—
среднее арифметическое значений показателя поглощения k\, измерен-
ного через каждые 20 нм в области спектра 440—660 нм для стекла марок
НС1—НСЗ н в области 440—700 нм, для стекла марок НС6—НС 12;
Оср — среднее арифметическое абсолютных значений отклонения пока-
зателя поглощения k\ от измеренного значения /гср, выраженное
в процентах от /гср; О1)|;1Х— наибольшее из абсолютных значений откло-
нения показателя поглощения к\ or измеренного значения выражен-
ное в процентах от А'с|1.
Стекло, окрашенное сульфоселеиидами или селенидами металлов,
нормируется по иок,нагелю поглощения/е, , А, и k для стекла толщи-
« .. л<> up Г
нои, равной толщине светофильтра (табл. 22.24), где — показатель
поглощения в области наименьшего поглощения; лпр— длина волны,
при которой оптическая плотность стекла превышает на 0,3 оптическую
плотность стекла той же толщины при длине волны л(); kp — крутизна
кривой оптической плотности стекла, равная разности оптических
Плотностей стекла при длинах волн Апр — 20 и Апр, нм,
663
Категории двойного лучепреломления стекла — 3—5 по
ГОСТ 3514—76. По бессвильности устанавливаются четыре категории
стекла: 1-я и 2-я категории определяются по ГОСТ 3514—76; по 3-й
категории не допускаются видимые в проходящем свете потоки свилей,
но одиночные и узловые свили допускаются, а по 4-й категории допу-
скаются свили, оставшиеся после перемешивания по установленному
технологическому режиму для данной марки. Неоднородность окраски
стекол сульфидами или сульфоселенидами металлов, характеризуемая
наибольшей разностью значений Znp в пределах одной заготовки диа-
метром (или наибольшей стороной) до 40 мм, не должна превышать
ДЛпр = 2, для заготовки размером свыше 40 мм до 90 мм — ДЛпр ~ 3,
размером свыше 90 до 180 мм — ЛЛпр = 5, размером свыше 180 до
360 мм — Д7,пр = Ю.
Химический (синтетический) состав оптических цветных стекол
регламентируется технической документацией, утвержденной в уста-
новленном порядке.
Оптические кристаллы
Искусственные оптические кристаллы имеют ряд ценных свойств,
отсутствующих у оптического стекла: пропускание излучения в ультра-
фиолетовой области спектра; пропускание излучения в инфракрасной
области спектра; значительная величина коэффициента дисперсии при
малом показателе преломления (у фтористых соединений).
Оптические кристаллы вместе с тем имеют и недостатки, затрудняю-
щие их применение. К ним относятся: оптическая и механическая
неоднородность в различных направлениях и наличие вредных включе-
Рис. 22.1. Спектральное пропуска-
ние пластинки из хлористого калия
толщиной 12 мм
обладают, следовательно, оптической
нии; гигроскопичность и раство-
римость в воде некоторых кри-
сталлов; дороговизна и ограни-
ченные размеры монокристал-
лов; малая твердость ряда кри-
сталлов; ядовитость некоторых
кристаллов.
В табл. 22.25 и 22.26 даны
характеристики наиболее часто
применяемых для изготовления
оптических деталей искусствен-
но выращиваемых кристаллов.
Все ука.заш1ые кристаллы отно-
ся гея к кубической системе,
изотропностью и поэтому пе имеют
двойного лучепреломления (при условии отсутствия в них внутренних
натяжений).
NaCl — мягкий, с высокой степенью однородности кристалл, хоро-
шо растворим в воде и гигроскопичен. Пригоден для области спектра
с длиной волны 0,25—15 мкм. Практически используемый интервал
дисперсии в инфракрасной области спектра равен 8,5—15 мкм. В основ.-
ном применяется для спектральных призм в инфракрасной области
спектра.
КС1 — очень мягкий достаточно однородный кристалл, хорошо
растворим в воде и гигроскопичен. Практически используемый интервал
пропускания 0,33—21 мкм (рис. 22.1). Применяется для кондеисорных
линз ультрафиолетовых микроскопов, призм и, окошек спектральных
приборов для инфракрасной области.
664
Т а б л и ц а 22.25. Характеристики оптических кристаллов
С65
CQ
Т а б л и ц а 22.26. Показатели преломления кристаллов при t = 20° С [66, 89]
О
я
Z
05
Z
сэ
О
сб ф (М Ю ОО со Tf оо о о — о со ф ю со
666
Рис. 22.2. Спектральные кривые пропус-
кания кварцевого стекла различных ма-
рок в слое толщиной 1 см:
1 — для КУ-1; 2 — Для КУ-2; 3 — для
КВ-Р; 4 — для КВ; 5 — для КИ
NaF — достаточно твердый, однородный кристалл, мало растворим
в воде и негигроскопичен. Применяется для изготовления призм и
окошек в инфракрасных спектрометрах. Пределы пропускания 0,2—
12 мкм. Практически используемый интервал дисперсии 0,4—11 мкм.
CaF2 — твердый, хрупкий кристалл, обладает выраженной ани-
зотропностью механических свойств. Применяется для изготовления
деталей ультрафиолетовой и инфракрасной микроскопии, для окошек и
призм в ультрафиолетовой и инфракрасной спектроскопии. Область
пропускания 0,18—10 мкм.
КВг — очень мягкий, достаточно однородный кристалл, хорошо
растворим в воде, гигроскопичен. Применяется в инфракрасной спектро-
скопии для изготовления призм и окошек. Диапазон пропускания 0,21—
27 мкм. Практически используемый интервал дисперсии в инфракрасной
области 15—27 мкм.
КРС-5 — очень мягкий кристалл, практически нерастворим в воде
и негигроскопичен, ядовит. Диапазон пропускания приблизительно
0,5—40 мкм. Используемый интервал дисперсии 24—40 мкм.
KAI(SOj)2- 12Н2О — мягкий, однородный кристалл, хорошо раство-
рим в воде, гигроскопичен. Применяется в основном в качестве линз для
апохроматических объек-
тивов микроскопов, пред-
назначенных для види-
мой области спектра.
Оптическое
кварцевое стекло
(плавленое)
В зависимости от ос-
новной области спект-
рального пропускания
ГОСТ 15130—69 устана-
вливает пять марок квар-
цевого стекла, предназна-
ченного для деталей, ра-
ботающих на пропускание
света в одном направле-
нии (табл. 22.27 и рис.
22.2).
К нормируемым по-
казателям качества стекла
(табл. 22.28—22.34) отно-
сятся: оптическая одно-
родность, двойное луче-
преломление, бессвиль-
ность, мелкозернистая неоднородность, пу.чыриость, люминесценция
и пропускание в ультрафиолетовой части спектра (для КУ-1 и
КУ-2), интегральное пропускание в видимой чисти спектра (для КВ
и КВ-Р), пропускание в инфракрасной области спектра (для КИ),
устойчивость к гамма-радиации (для КВ-Р).
По пропусканию в ультрафиолетовой части спектра устанавлива-
ется четыре категории, характеризуемые показателем поглощения при
длинах волн 170, 215 и 240 нм и две категории — на участке спектра
2600—2800 нм (табл. 22.28). Значение коэффициента светопоглощения
в видимой части спектра в слое толщиной 1 см не должно превышать 0,1%.
667
Т а б л и ц a 22.27. Спектральная характеристика кварцевого стекла
Марка стекла Спектральная характеристика Основное назначение
КУ-1 Стекло, прозрачное в уль- трафиолетовой области спек- тра, без заметных полос поглощения в интервале длин волн 170—250 нм, нелюминесцирующее Защитные стекла, приз- мы спектрофотометров и другие оптические детали, работающие в вакуумной и ультрафиолетовой части спектра
КУ-2 Стекло, прозрачное в уль- трафиолетовой области спек- тра, с заметной полосой поглощения в интервале длин волн 170—250 нм Оптические детали, для которых полосы поглоще- ния не важны
кв Стекло, прозрачное в ви- димой области спектра, не свободное от полос погло- щения в ультрафиолетовой области спектра и от поло- сы поглощения при 2720 нм Оптические детали, ра- ботающие в области спек- тра 0,25—2,5 мкм; детали, требующие низкого коэф- фициента расширения или высокой термостойкости
КВ—Р ки Стекло с теми же свой- ствами, что и КВ, устойчи- вое к гамма-радиации Стекло, прозрачное в ин- фракрасной области спек- тра, без заметной полосы поглощения при 2720 нм Защитные стекла и дру- гие оптические детали, ра- ботающие в инфракрасной области спектра (до 3,5— 4 мкм)
Таблица 22.28. Категории стекла,
характеризуемые показателем поглощения
Кате- гория Показатель поглощения д,^, см'1, нс более
при длинах волн Л, нм на участке спектра 2600— 2800 нм
170 215 240
1 0,3 0,05 0,05 0,05
2 Не нормируется 0,10 0,05 0,10
3 Не нормируется 0,15 0,10 —
4 Не нормируется 0,25 0,27 —
668
Таблица 22.29. Допускаемые отклонения
по оптической однородности
Категория Наибольшее отношение <Р/<Го Качество дифракционного изображения точки
1 1 Без дефектов для заготовки длиной хода луча не свыше 20 мм
1а 1 Допускаются дефекты
2 1 Не нормируется
3 1,1
4 1,2
5 1,5
Таблица 22.30. Двойное лучепреломление
в зависимости от категории оптической однородности
для заготовок всех марок стекол (кроме КИ)
Категория Разность хода, нм/см, не более Категория оптической однородности
I 30 1; 1а; 2
и 50 3—5
III 70 Не нормируется
При не должно мечание. У стекла марки превышать 100 нм/см. КИ двойное лучепреломление
Т аблица 22.31.
Категории и
размеры пузырей
Т аблица 22.32. Категории
по пузырям и количество пузырей
размеров 0,05 мм
Кате- rop ИЯ Наибольший размер пу- зыря. мм
1 0,1
II 0,2
Ill 0,5
IV 1,0
V 2,0
VI 3,0
Марка стекла Среднее число пузырей на 1 кг стекла категорий
1 п 11 III и IV V и VI
КУ-1 КУ-2 кв КВ-Р До 100 До 500 До 1000
ки До 200 До 1000 До 2000
669
Таблица 22.33. Приращения показателей преломления
при повышении температуры на 1° С
Показатель преломления Приращение р.107 прн температуре, °C
— 100 — 70 — 50 — 20 + 10 4-20 4-40 4-60
пА- 97 93 93 96 98 99 102 104
пс 99 95 95 98 99 100 103 107
nD 100 96 96 99 101 102 105 108
пе 101 98 98 100 102 104 107 НО
nF 104 99 100 102 104 106 109 112
п0, 106 103 102 104 107 109 112 115
Таблица 22.34. Показатели преломления п-, при t = 20° С
X, нм X, нм X, нм «X X, нм «X
214,4 1,5341 700,0 1,45550 1300 1,44712 2400 1,4319
253,6 1,5053 766,5 1,45412 1400 1,4460 2500 1,4301
280,3 1,4942 800,0 1,45351 1500 1,4448 2600 1,4282
312,5 1,4847 863,0 1,45249 1600 1,4436 2700 1,4262
.365,0 1,47472 900,0 1,45194 1700 1,4424 2800 1,4241
404,7 1,46980 950,8 1,45124 1800 1,4411 2900 1,4219
434,1 1,46708 1000 1,45061 1900 1,4398 3000 1,4196
486,1 1,46332 1050 1,44999 2000 1,4384 3100 1,4171
546,1 1,46028 1100 1,44940 2100 1,4369 3200 1,4146
589,3 1,45860 1150 1,44882 2200 1,4353 3300 1,4119
656,3 1,45657 1200 1,44825 2300 1,4336 3400 3500 1,4091 1,4062
Устойчивость _ к воздействию гамма-радиации характеризуется
величиной (в см 1), которая при длинах волн 300 и 540 нм после облу-
чения дозой 106 рад составляет соответственно 0,150 и 0,025 и после
облучения дозой 108 рад — не более 0,200 и 0,050.
По люминесценции, возбуждаемой УФ излучением устанавливаются
две категории: по категории 1 люминесценция не допускается; по
категории 2 интенсивность люминесценции не должна превышать интен-
сивности контрольного образца. Стекло всех марок должно быть устой-
чивым к гамма-радиации дозой не менее 104 рад.
Интегральное светопропускание в видимой области спектра, харак-
теризуемое коэффициентом светопоглощения в слое 1 см, для стекла
марок КУ-1, КУ-2 и КИ составляет 0,1—0,2%.
Средняя термооптическая постоянная V = Pc/(nt — 1) — а —
в пределах температуры от —60 до +20° С равна 213-10~7 град х,
670
Средний коэффициент линейного расширения а в пределах темпе-
ратур:
От —60 до +20° с................................. 2.10—’
» +20 » +50° С................................. 4.10-’
» +20 » +120° С................................ 5-10-’
» +20 » +420° С.............................. 6-10—’
Жаропрочность 1000е С Химическая устойчивость 1—А (по
ГОСТ 13917—68).
Механические свойства: предел прочности при изгибе при 20° С —
ие ниже 40 МПа, при изгибе при 800° С — не ниже 70 МПа; при сжа-
тии — выше 600 МПа; при
ударном изгибе — 0,2—
0,3 МПа; плотность при
20° С —2,21 г/см3.
Оптические ситаллы
Ситаллы — стекло-
кристаллический матери-
ал, состоящий из двух
основных фаз — стекло-
видной связки и равно-
мерно распределенных в
ней кристаллов, образо-
вавшихся в результате
специальной термической
обработки стекла опреде-
Рис. 22.3. Пределы температурного удли-
нения ситаллов СО115М, СО156, СО21
леипого химического со-
става, с малым или близ-
ким к нулю коэффициен-
том теплового линейного
расширения.
Ситаллы имеют повышенные по сравнению со стеклом термостой-
кость, механическую прочность и твердость. Они относятся к хрупким
материалам, разрушающимся под воздействием ударно-вибрирующих
нагрузок. По химической устойчивости по ГОСТ 13917—68 к воздей-
ствию влажной атмосферы ситаллы относятся к группе А, к пятнающим
агентам к группе — I.
СОП5М применяется для изготовления изделий, в которых не
допускается изменение формы поверхности с изменением температуры
(астрозеркал, подставок для интерферометров и гироскопов и других
изделий, не работающих в проходящем свете); выпускается в заготовках,
имеющих форму дисков, квадратных или прямоугольных пластин
диаметром до 2000 мм, шириной до 1000 мм и толщиной до 300 мм. По
среднему коэффициенту теплового расширения а/Ср в интервале темпе-
ратур от -60 до | 60" С для епталла COII5M установлены три катего-
рии: 1-я cooiBcrciByer 03: 1,5- I0'7; 2-я - а/ер — 0± 2,5-10"’;
3-я — а/ер 0 г д. |()
По пузырности установлены две группы, характеризуемые числом
пузырей определенного тиаметра и расположением их в рабочей зоне
заготовки. Число пузырей (камней, узловых свилей) диаметром менее
0,3 мм в рассредоточенном виде в обеих группах для заготовок не устанав-
ливается. Для заготовок диаметром (или с наибольшей стороной) до
500 мм допускаются в 1 кг ситалла пузыри (камни, узловые свили)
671
Таблица 22.35. Физико-химические свойства ситаллов
Параметр Марки ситаллов
СО115М СО156 СО21
' Средний коэффициент линейного расширения а-10’ град'1, в диапазоне температур 20—420° С От 2,5 до 6 От 7 до 10 От —2,5 до +0,5
Термостойкость, °C 545+50 350+50 650+50
Коэффициент пропуска- ния т-10, %, в образце толщиной 10 мм Не менее 60 60—70 45—65
Показатель преломле- ния пе 1,538± +4-10'4 1,548+ + 2-10'3 1,556- IO"4
Средняя дисперсия nF,—пс> 0,0103+ + 3-10'4 0,0006+ + 2- 10'4 0,0110+ + 2-10-4
Плотность, г/см3 2,46 2,49 2,52
Пузыри, камни, узловые свили диаметром: до 0,3 мм рассредото- ченном виде от 0,3 до 2 мм, шт./кг более 2 мм Г ц нормируется Не более 1 Не более 500 | 1000 Допускается не более 0,001 по площади от всей площади заготовки
размером от 0,3 до 2 мм в количестве 50 шт. (I-я группа) и (00 шт.
(2-я группа); для заготовок размером от 500 до 1200 мм допускается
количество пузырей 60 шт. (1-я группа) и 200 шт. (2-я группа) указан-
ных выше размеров. Пузыри диаметром свыше 2 мм допускаются в таком
количестве, при котором их общая площадь не превышает 0,1% (1-я
группа) и 0,2% (2-я группа) от рабочей площади заготовки. Коэффи-
циент пропускания в слое 1 см (источник А по ГОСТ 7721—76)— не
менее 60%; показатель ослабления ед = 0,22 см-1. Некоторые физико-
химические свойства ситалла приведены в табл. 22.35 и на рис. 22.3.
СО156 отличается от СО115М повышенной прозрачностью в види-
мой части спектра и лучшей однородностью, но обладает меньшей
термостойкостью, имеет более резкое изменение коэффициента линей-
ного расширения с повышением температуры и значительно большую
пузырность (см. табл. 22.35 и рис. 22.3). Ситалл применяется для
изготовления пробных стекол и деталей измерительной техники.
672
СО21 — ситалл с отрицательным коэффициентом линейного расши-
рения от 0 до 350° С, что обеспечивает его высокую термостойкость
(см. табл. 22.35 и рис. 22.3). Применяется для изготовления деталей
типа обтекателей, смотровых люков и защитных экранов.
Оптическая керамика
Оптическая керамика иолпкристаллические материалы, полу-
ченные методом npeccoiiainiii под большим давлением в вакууме, механи-
чески изотропны, ио 1ермомехаипчсским свойствам значительно пре-
восходят аналоги соогпен гвующих монокристаллов, хорошо обрабаты-
ваются н обладают высокой устончпвостыо к тепловым ударам.
Оптический керамика применяется для изготовления светорас-
сеивающих экранов, подложек интерференционных светофильтров,
окоп и обтек;!гелей в приборах, работающих в ИК-области спектра,
а также в условиях высоких механических и термических нагрузок.
К01 — поликристаллическнй материал, получаемый из порошко-
образного фторида магния MgF2; обладает средней твердостью
(585- 10 МПа), прозрачный в области спектра 2—7 мкм. Плотность
3,171 г/см3. Не растворяется в воде, разбавленных кислотах, щелочах и
органических растворителях.
К02 — поликристаллическнй материал на основе сульфида цинка
ZhS, мягкий (354- 10 МПа), прозрачный в области спектра 1,8—14 мкм.
Плотность 4,09 г/см3. Не растворяется в воде и органических раствори-
телях; незначительно растворяется в слабых растворах кислот и щело-
чей, Предел прочности при температурах 20, 200 и 400° С соответственно
равен 7,9; 5,5; 6,6-10 МПа.
К04 — поликристаллическнй материал на основе селенида цинка
ZnSc, прозрачный в области спектра 0,546—14 мкм. Плотность 5,25 г/см3.
Не растворяется в воде, растворяется в кислотах.
К05 — поликристаллическнй материал на основе окиси магния
с добавкой фторида лития в количестве до 0,3% по массе. Прозрачный
и области спектра 0,5—7 мкм. Плотность 3,578 г/см3.
Оптическая керамика нормируется по следующим показателям
качества: пропусканию п ПК-области спектра; равномерности показа-
теля ослабления; включениям. В табл. 22.36 -22.50 приведены некото-
рые фишки химические свойства оптической керамики.
Г абл п ца 22,36. Показатели преломления К01
К, мкм "А X, мкм «А , К, мкм пК X, мкм пК
1.0 1,3778 2,8 1,3658 4,0 1,3526 5,2 1,3339
2,0 1,3720 3,0 1,3640 4,2 1,3499 5,4 1,3301
2,2 1,3706 3,2 1,3620 4,4 1,3470 5,6 1,3266
2,4 1,3692 3,4 1,3598 4,6 1,3439 5,8 1,3221
2,5 1,3683 3,6 1,3576 4,8 1,3407 6,0 1,3179
2,6 1,3675 3,8 1,3551 5,0 1,3374 6,5 7,0 1,3063 1,2934
Интерполяционная формула — Л -р BL ~р CL2 -р 7)А2 4“ £Х4,
где L = (V — 0.02Н) /1- 1,37770; В = 0,001348; С — 0,000216;
D = —0,0015041; В ~ --4,41. 10-“.
l/g 22 в, А. Панов и др.
673
Таблица 22.37. Коэффициент пропускания К01
различной толщины (потери иа отражение не исключены)
Катего- рия S а 5 S s R ® 2 Коэффициент пропускания %, не менее, для толщины заготовки, мм
6 7 8 9 10
1 2,4 3,0 3,5 4,0 4,5 59,6 (9,2) 66,5 (6,8) 74,5 (4,5) 79,0 (4,1) 81,0 (1,2) 55,0 (10,6) 63,0 (8,0) 71,5 (6,3) 76,0 (4,7) 79,0 (1,9) 51,0 (11,3) 59,0 (9,2) 68,5 (7,1) 74,0 (5,4) 76,5 (2,5) 47,0 (13,0) 55,5 (10,2) 65,5 (8,0) 71,5 (6,0) 74,5 (2,6) 43,5 (14,7) 52,0 (11,2) 63,0 (8,8) 69,0 (6,7) 72,5 (2,7)
2 2,4 3,0 3,5 4,0 4,5 52,5 (16,7) 63,0 (11,7) 66,5 (10,5) 70,5 (9,2) 73,5 (5,3) 47,5 (19,2) 59,0 (13,5) 63,0 (12,1) 67,5 10,3) 70,0 (6,4) 43,0 (21,3) 55,0 (15,3) 59,0 (13,7) 64,0 12,1) 67,5 (6,7) 39,0 (23,3) 51,0 (17,0) 55,5 (15,3) 60,5 (13,5) 64,5 (7,6) 35,5 (25,4) 48,0 (18,7) 52,5 (16,8) 57,5 (14,9) 61,5 (8,9)
Примечание. В скобках приведена равномерность коэффи-
циента пропускания, характеризуемая величиной (ттах—тппп)/ттах
%, не более.
Таблица 22,38. Коэффициент пропускания т;_ К01
слоя толщиной 1 см
X, мкм Ч’ % | X, мкм % X, мкм Ч’ % X, мкм гх, %
2,0 50 2,75 33 4,0 86 5,0 85
2,4 2,5 62 65 3,0 3,5 72 80 4,5 4,95 90 78 6,0 86
Таблица 22.39 Показатели преломления К02
X, мкм . । Х.мкм "Л X, мкм "X X, мкм ”х
1,8 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 2,2658 5,0 2,2631 5,5 2,2589 6,0 2,2558 6,5 2,2551 7,0 2,2504 7,5 2,2477 8,0 2,2447 2,2416 2,2381 2,2344 2,2304 2,2260 2,2213 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 2,2162 2,2107 2,2048 2,1985 2,1918 2,1846 2,1769 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 2,1688 2,1601 2,1508 2,1410 2,1306
Интерполяционная формула — A ~^BL -|- CL2 + £>Х* + £Х*, где L = (V - 0,028)-*; А « 2,25698; В = 0,032586; С = 0,000679; D « —0,0005272; Е = —6,04-’.
674
Таблица 22.40. Коэффициент пропускания К02
различной толщины (потери на отражение ие исключены)
Кате- гория Длина волны, мкм Коэффициент пропускания %, не менее, для толщины заготовки, мм
2 4 8 10
1 5,0 12,0 71,0 (0,8) 67,5 (2,4) 69,5 (1,9) 61,5 (4,4) 66,0 (3,6) 50,5 (8,9) 65,0 (4,5) 46,0 (10,8)
2 5,0 12,0 70,0 (1,4) 66,5 (2,7) 68,0 (2,6) 60,0 (5,4) 64,0 (5,5) 48,0 (10,4) 62,0 (6,8) 43,0 (13,0)
Примечание. В скобках приведена равномерность коэффи- циента пропускания, характеризуемая величиной (ттах—^min)/Tmax % (не более).
Таблица 22.41. Коэффициент пропускания т>_ К02
слоя толщиной 1 см
м мкм Ъс % х, мкм V % К, мкм V * к, мкм %
2,0 62,0 4,0 82,0 8,0 86,0 11,5 68,0
2,5 70,0 5,0 87,0 9,0 85,5 12,0 61,0
3,0 74,0 6,0 87,0 10,0 82,0 13,0 32,0
3,5 78,0 7,0 86,5 11,0 61,0
Таблица 22.42. Показатели преломления К04
к, мкм "X К, мкм "X X, мкм "X X, мкм
0,5461 2,6684 1,4 2,4615 4,6 2,432 10,0 2,408
0,5876 2,6250 1,8 2,4502 5,0 2,430 12,0 2,395
0,6563 2,5779 2,2 2,411,3 6,0 2,427 14,0 2,379
1,1 2,4796 2,6 2,4406 7,0 2,423
1,2 2,4720 3,4 2,437 9,0 2,414
675
Таблица 22.43. Коэффициент пропускания К04
различной толщины (потери иа отражение ие исключены)
Кате- гория Длина волны, мкм Коэффициент пропускания %, не менее, для толщины заготовки, мм
2 4 6 8
1 8,0 10,6 14,0 63,0 (1,9) 65,0 (1,4) 66,5 (1,0) 57,5 (3,8) 61,0 (2,7) 63,5 (1,9) 52,0 (5,4) 57,5 (4,2) 60,5 (2,7) 48,0 (7,1) 54,0 (5,4) 58,0 (3,7)
2 8,0 10,6 14,0 60,0 (4,0) 62,0 (3,3) 64,0 (2,3) 52,5 (7,9) 56,0 (8,3) 59,5 (4,5) 46,0 (11,7) 51,0 (9,3) 55,0 (6,6) 40,0 (15,2) 46,0 (12,1) 51,0 (8,8)
Примечание. В скобках приведена равномерность коэффи- циента пропускания, характеризуемая величиной (Tninx'“Tmln)/TmaX’ % (не более).
Таблица 22.44. Коэффициент пропускания Тд К04
слоя толщиной 1 см
к, мкм TV % к, мкм % % к, мкм Д- % X, мкм Тд, %
1,0 35,6 8,0 81,7 12,0 88,3 17,0 52,9
3,0 65,2 9,0 78,7 14,0 87,5 18,0 46,5
5,0 7,0 77,3 79,4 10,0 11,0 89,1 88,7 15,0 16,0 84,3 64,3 20,0 8,0
п р и м е ч а н и е. Потери на отражение исключены.
Таблица 22.45. Показатели преломления К05
X., мкм «Л к, мкм к, мкм к, мкм
1,00 1,7227 2,75 1,6968 4,50 1,6536 6,25 1,5845
1,25 1,7188 3,00 1,6920 4,75 1,6455 6,50 1,5721
1,50 1,7156 3,25 1,6868 5,00 1,6368 7,00 1,5452
1,75 1,7123 3,50 1,6811 5,25 1,6275 7,25 1,5307
2,00 1,7089 3,75 1,6750 5,50 1,6177 7,50 1,5154
2,25 1,7052 4,00 1,6684 5,75 1,6072 7,75 1,4993
2,50 1,7012 4,25 1,6612 6,00 1,5962 8,00 1,4824
676
Таблица 22.46. Коэффициент
пропускания К05 различной толщины
(потери на отражение ие исключены)
Кате- гория Длина волны, мкм Коэффициент про- пускания %, не менее, для тол- щины заготовки, мм
2 4 5
1,0 74,0 63,5 59,0
1 3,0 84,5 82,0 81,1
5,5 86,0 83,5 82,0
1,0 65,5 49,5 43,0
2 3,0 82,0 78,0 75,5
5,5 83,5 78,0 75,5
Таблица 22.47.
Коэффициент
пропускания та,
К05 слоя толщиной 1 см
м мкм % м мкм V;
0,5 30,0 5,0 90,0
1,0 50,0 5,5 87,0
2,0 84,0 6,0 85,0
3,0 87,0 7,0 17,0
4,0 89,0
Таблица 22.48. Коэффициенты линейного расширения
в интервале температур, °C
Марка Коэффициент линейного расширения . 107, град-1 (среднее значение) в интервале температур, °C
К01 100 От —60 до 20 ИЗ От 20 до 120 117 От 20 до 180 123 Ог 20 до 280 135 Ог 20 до 500
К02 59 Ог —60 до 20 69 Ог 25 до 100 69 От 25 до 200 72 Ог 25 до 300 75 Ог 25 до 400
К05 90,4 Or -60 до 20 109,9 От 20 до 120 114,4 От 20 до 180 120,7 Ог 20 до 280 126,8- От 20 до 420
К04 7,7-10““ в интервале температур от 25 до 200
22 В. А. Панов и др.
677
Таблица 22.49. Показатель ослабления е%
в рабочей области спектра
Марка Длина волны, мкм Показатель ослаблении е^, свг1, ие более, по категориям
1 2 ’ ! г ‘
К01 2,4 3,0 3,5 4,0 4,5 0,34 (0,2) 0,26 (0,2) 0,18 (0,2) 0,14 (0,2) 0,12 (0,2) 0,43 (0,3) 0,30 (0,3) 0,26 (0,3) 0,22 (0,3) 0,19 (0,3)
К02 5,0 12,0 0,07 (0,3) 0,26 (0,2) 0,10 (0,3) 0,30 (0,2)
К 04 8,0 10,6 14,0 0,19 (0.2) 0,13 (0,2) 0,10 (0,2) 0,29 (0,3) 0,22 (0,3) 0,17 (0,3)
К05 1,0 3,0 5,5 0,33 (0,5) 0,06 (0,5) 0,07 (0,5) 0,60 (0,5) 0,12 (0,5) 0,14 (0,5)
Примечание. В скобках приведена равномерность (emax~Emln)/Emax в предках диаметра одной заготовки.
Таблица 22.50. Размеры заготовок
Марка Диаметр диска, мм Толщина, мм Отношение диаметра к толщине
К01 От 30 до 200 От 4 до 10 От 5 : 1 до 20 : 1
К02 От 30 до 100 От 4 до 10 От 5 : 1 до 20 : 1
К04 От 25 до 80 От 3,0 до 8 От 10 : 1 до 20 : 1
К05 От 30 до 50 От 3,5 до 7 От 10 : 1 до 20 ’ 1
11 р и м сч а н и е. Для К01 поставляются заготовки с диаметром полусферы от 50 до 200 мм»
678
Оптические термопластичные
полимерные материалы
Термопластические полимерные материалы используются для
изготозления оптических деталей, работающих в видимой и близкой
инфракрасной областях спектра. Согласно отраслевому стандарту из
полимеров в зависимости от их назначения могут изготовляться опти-
ческие детали следующих типов:
В — растры, линзы Френеля, расположенные в плоскости изобра-
жения или вблизи нее;
Рис. 22.4. Спектральные кривые коэффициен-
та пропускания пластин:
1 ♦— полиметилметакрилата толщиной 0,6 мм;
2 полистирола толщиной 0,6 мм; 3 поликар-
боната толщиной 1 мм
Г - детали приборов широкого потребления — фотоаппаратов,
биноклей, луп, очков и т. и.;
Д —детали осветительных систем;
Е — защитные стекла, матовые экраны.
В табл. 22.51 и на рис. 22.4 даны физико-механические свойства
термопластических полимеров типа полиметилметакрилата, полисти-
рола блочного марки «Д» и поликарбоната, используемых для изготовле-
ния оптических деталей. Детали из полимеров характеризуются следую-
щими показателями качества: чистотой поверхности, величиной включе-
ний, а также габаритными размерами.
Но величине включений детали из полимеров разделяются на
четыре группы, характеризуемые диаметром и числом включений на
определенном участке в пределах светового диаметра (табл. 22.52).
В табл. 22,53 даны рекомендации по выбору требований по чистоте
поверхности и включениям деталей в зависимости от назначения послед-
них. Детали более высокого качества, а также детали других типов,
изготовленные из полимеров марок, не указанных в отраслевом стан-
дарте, изготавливаются но соглашению между заказчиком и изготови-
телем.
22* 679
Таблица 22.51. Физико-механические свойства
термопластичвых полимеров
Характеристика Полиметилметакрилат Полистирол блочный <Д* (ГОСТ 9440-60) Смола поликарбонатная «Дифтон» (ТУ 6-16-1450—69)
лсо—м ЛСО-Мб лпт (МРТУ 6-05-871 — 66)
ТУ 6-01-283-68
Показатель пре- ломления пе (20° С) Коэффициент ve Коэффициент пропускания т Коэффициент расширения а-10’ град-1 Рекомендуемая температура экс- плуатации, °C Плотность, г/см8 Твердость по Бринеллю, МПа, не менее Усадка, % 1,49 См рис 600 ±60 1,19 130 0,6—0,8 1,49 22.4 ±50 1,19 130 1,49 кривая 1} 900 ±50 1,19± ±0,01 170—180 1,59 30,8 См. рис. 22.4 (кри- вая 2) 800 (0+50° С) ±40 1,05+0.ь 140—150 0,4—0,6 1,58 См. рис. 22.4 (кри- вая 3) 600 ±100 1,2 150—160 0,5—0,7
Т а б л и ц а 22.52. Группы включений
Груп- па Диаметр участка, мм Диаметр включений Число включений, шт., не более Расстояние между вклю- чениями, мм, не менее
0 5 До 0,01 Св. 0,01 до 0,02 » 0,02 Не учитываются 3 Не допускаются 1
1 10 До 0,05 Св. 0,05 до 0,10 » 0,10 » 0,30 » 0,30 Не учитываются 3 1 Не допускаются 5
680
Продолжение табл. 22.52
Груп- па Диаметр участка, мм Диаметр включений Число включений, шт., не более Расстояние между вклю- чениями, мм, не менее
2 15 До 0,10 Св. 0,10 до 0,30 » 0,30 » 0,50 » 0,50 Не учитываются 1 Не допускаются 5
3 15 До 0,10 Св. 0,10 до 0,50 » 0,50 » 0,70 » 0,70 Не учитываются 2 3
Таблица 22.53. Классы чистоты и группа по включениим
в зависимости от типов деталей
Типы деталей Назначение детали как элемента оптической системы Класс чистоты поверхности по ГОСТ 11141—76 Группа по вклю- чениям
— Детали, находящиеся в фо- кальной плоскости и рассматри- ваемые под увеличением не ме- нее 5х IV 0
в Растры, линзы Френеля (при расположении их в плоскости изображения или вблизи нее) IV 1
г Луны, очки, детали фотоанпа- ратои, биноклей и других прибо- рок широкого потребления IV—VII 1-2
Д Детали осветительных систем V—VII 2—3
Е Защитные стекла, экраны VI—VII 2—3
681
Таблица 22.54. Некоторые физические свойства органических стекол
• та А • 8 ЛК J 5 frs «о й w я* о « та «j о н а О, О' ООЛО Оз-coco
Показатель преломления пе прн температуре, °C Ю 0> ОО 0О | |
Ю со сч 00 00 । t 1 1
О <£> 1,486 1,484
»О 1 1,488 1,486
СЧ сч аз о др аз оо о аз
Плот- ность, г/см’ 00 00 00 I—1 I «—1
та та
X Ч <Х if! чтю«?
та о ОН*?СЧ
s в 0061 н
I 3000 оо I I
I 2800 12 20
1 2600 сч оо I [
аз | 2400 о- I I
ч ж 4> и о? та X оогг *-ю I I
£ i та а £ та £Х 2000 | о> о> о — Tf чх СЧ сч
S № и е- ГЕ X | 1800 , о О' Ю СЧ Ю со тр ’ф сч со
& <u s s та Я X | 1600 скания О О С53 О Ь- СО Tf тр
8 & спектр элны, е опропу оо о о О О Ю О
eu E e s л о та Ч \О 1нна в< | 1200 и н — осчо о аз оо оо
8 CD О о t=t 0001 фицнеь ОСЧ 00 о аз оз оо 03
§ к та | 800 ’Э* (П о ОСЧ оо оз ОЗ ОЗ со оо
Cne« 1 Видим О сч о о о оз ООО аз
2.55. I400 О О оо О □0 О оо оо
u a 2 | 380 00 03 Ю rf 00 00 оо b-
л И ' К та № О & Ч О X ja. 360 о? oSto^i?
T аб 1 3401 0 — 00
1ьтрас 320 ] СОООО ю
1 300 | — ООО
Марка стекла СОЛ СТ-1 2-55 Т2-55
682
Стекло органическое конструкционное
В зависимости от назначения конструкционное органическое стекло
выпускается по ГОСТ 15809—70 следующих марок: СОЛ — пластифи-
цированное, СТ — непластифицирован-
цое, 2-55 сополимерное. В табл. 22.54 и
22,55 приведены некоторые физические
Свойства и светопропускание органиче-
ских стекол.
PW
Рис. 22.5. Спектральные
кривые коэффициента от-
ражения р (А) стекол
МС20, ОНС1, ОНС2,
ОНСЗ и ОНС4 в видимой
области спектра
Светорассеивающие стекла
По своим свойствам и назначению
светорассеивающие стекла разделены на
три типа (табл. 22.56) [47]. Указанные
стекла являются силикатными и по хи-
мической устойчивости по ГОСТ 13917—68
относятся к группе А-I (типы I и II) и
А-Ш (тип III). Некоторые характери-
стики светорассеивающих стекол приве-
дены в табл. 22.57 и 22.58. На рис. 22.5
показаны спектральные кривые коэффи-
циентов отражения стекол. Индикатрисы
рассеяния (рис. 22.6—22.11) представлены
Таблица 22.56. Классификация светорассеивающих стекол
Тип Марка стекла Показа- тель пре- ломления пО Плот- ность, г/см’ Назначение
МС20 1,52 2,80 Изготовление непрозрачных
ОНС1 1,50 2,61 деталей, диффузно отражаю-
I ОНС2 1,50 2,61 щнх направленный на них
ОНСЗ 1,50 2,61 свет (экраны, пластины, кю- веты, сферы, образцы сравне- ния и рабочие эталоны отра- жения и белизны)
ОНС4 1,50 2,61
МС19 1,472 2,30 Изготовление деталей, пре-
II МС13 1,51 2,54 образующих направленный
МС23 1,52 2,63 световой пучок в диффузный
MCI 2 1,49 2,45 прн работе в проходящем свете
МС16 1,472 2,30 Изготовление образцов и
III MCI 7 1,472 2,30 рабочих эталонов мутности,
MCI 8 1,472 2,30 а также имитаторов различ-
MCI 9 1,472 2,30 пых рассеивающих сред
П р и м е ч а и ц я: I. Мс: — молочные, а также мутные стекла;
ОЦС — отражающие нейтральные стекла. 2. Стекло марки МС19
применяется как дли преобразования проходящего направленного
пучка света в диффузный, так и в качестве образца мутности, поэтому
оно отнесено к типам И и Ш. 3. Стекло марки МС20 является замени-
телем стекла марки МС14.
683
Таблица 22.57. Спектральные кривые
коэффициента отражения р (к) (рис. 22.5)
Длина волны, им Р
МС20 она ОНС2 ОНСЗ ОНС4
400 0,935 0,690 0,450 0,290 0,170
440 0,945 0,715 0,485 0,300 0,165
480 0,960 0,735 0,515 0,300 0,155
520 0,970 0,740 0,530 0,295 0,155
560 0,970 0,740 0,530 0,290 0,150
600 0,970 0,740 0,525 0,285 0,150
640 0,965 0,735 0,525 0,280 0,150
720 0,965 0,735 0,525 0,275 0,165
Таблица 22.58. Зависимость интегрального коэффициента
пропускания от толщины полированного стекла
Марка стекла Толщина образца, мм Коэффи- циент про- пускания Марка стекла Толщина образца, мм Коэффи- циент про- пускания
МС12 2 0,27 МС23 2 0,61
1 0,36 1 0,68
МС13 3 0,59 МС19 8 0,79
2 0,68 6 0,82
1 0,78 4 0,86
2 0,91
МС23 3 0,53
bjpW
Рис. 22.6. Индикатрисы спектрального коэффициента яркости
Р (к) стекол МС20, ОНС1, ОНС2, ОНСЗ, ОНС4 при е = 0 (а) н
е = 45° (б). Стрелкой отмечен угол падения освещающего
пучка
-30'20-10 О 10 20 30 40 SO 60 70 so
v°
684
Рис. 22.7. Индикатрисы спектра-
льного коэффициента яркости
Р (л) стекла МС19 при е=0;
Р (X) = 1 при угле наблюдения
у=5°
Рис. 22.8. Индикатрисы коэффи-
циента яркости Р (Л) стекла мар-
ки МС12 толщиной 0,5—3,0 мм
(штриховая линия) и марки
МС13 (сплошные линии); Р (X) =
= 1 при угле наблюдения у — 0
Рис. 22.9. Индикатрисы коэффи-
циента яркости р (X) стекла мар-
ки МС23 (пунктирные линии) и
марки МС19 (сплошные липни);
Р (л) = 1 при у = 0 (для стекла
МС23) и при у == 5° (для стекла
МС19)
РиСу22.10. Индикатрисы рассея-
ния стекол МС16, MCI 7, MCI 8;
Р (X) = 1 при у = 90°
685
графиками зависимости коэффициента яркости Рл светорассеивающего
полированного стекла от угла наблюдения у* в одной плоскости.
Цифры около кривых означают тол-
щнну образца в мм; е — угол па-
дения освещающего пучка.
Стекло листовое малопузырное
Стекло листовое малопузырное
марки СВВ предназначается для из-
готовления доступных чистке плоских
оптических деталей, для которых оп-
тические константы не нормируются.
Физико-химические свойства: п =
= 1,515±0,001; Пр, — пс. = 0,0088.
Коэффициент линейного расширения
(при температуре 20—120° С) равен
85-10 ’±0,5-10 ’.Плотность2,49г/см3.
Площадь листа пе более 1000 см2; наи-
большая из сторон листа 50 см; толщи-
на листа 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 12 мм.
Допуск для толщины листа ±0,5 мм.
Стекло должно отвечать следу-
ющим техническим требованиям. Раз-
Рис. 22.11. Индикатрисы ко-
эффициента яркости Р (Л)
стекла МС19; значения
Р (А.) = 104 при у=5°
нотолщинность по краю ±0,1 мм для листов толщиной до 6 мм и
±0,2 мм — для листов толщиной более 6 мм. Кривизна (стрелка про-
гиба) ие более 0,1 мм иа длине 10 см. Допуск на кривизну всего листа
изменяется пропорционально изменению его размера. Поверхность
листа, полученная в процессе вытягивания стекла, должна быть глад-
кой, Допускается серый налет н отдельные царапины шириной не более
0,15 мм. В средней зоне листа, составляющей 75% его площади, пузыри
диаметром до 0,15 мм в рассредоточенном виде не нормируются. Для
стекла толщиной до 6 мм допускается один пузырь диаметром от 0,15
до 0,5 мм на площади 20 см? и в том числе диаметром свыше 0,3 до 0,5 мм
иа площади 200 см2; для стекла толщиной свыше 6 мм допускается не
более двух пузырей на указанных площадях. Диаметры пузырей свыше
0,5 мм не допускаются. В краевой зоне пузыри не нормируются.
Двойное лучепреломление для листов толщиной до 6 мм не должно
превышать 70 нм/см и стекла толщиной более 6 мм — 100 нм/см. Свили,
видимые невооруженным глазом в проходящем свете, не нормируются.
Светопоглощен не стекла не должно превышать 7% на 1 см слоя стекла;
допускается слабая зеленоватая или голубоватая окраска. Светопро-
пускание пластинок стекла толщиной 1 см — не меиее 85%. Химиче-
ская устойчивость IB; после кремиеземио-восковой или кнслотло-
парафиновой защиты стекло удовлетворяет группе А.
Клеи для оптических деталей
Пихтовый бальзам (ГОСТ 2290—76) применяется трех типов:
О — непластифицированный, Оп — пластифицированный — для склеи-
вания оптических деталей из силикатных стекол, точная центрировка
которых обеспечивается за счет дополнительного крепления и фиксации
в оправах; Н — непластифицированный — для склеивания предметных
стекол н других деталей.
686:
Рис. 22.12. Спектральное
пропускание кремнийорга-
нической смолы толщиной
13 мкм
Бальзам типов О и Оп в зависимости от числа пенетрацин подразде-
ляется на следующие парки: 5 (весьма твердый, только бальзам типа О);
20 (твердый); 45 (средний); 75, 105 (мягкий); 145, 195 (весьма мягкий).
По внешнему виду бальзам — совершенно прозрачная масса желто-
ватого цвета. Показатель преломления при 20° С: пе — 1,52-^1,54.
Коэффициент линейного расширения в интервале температур 0—25° С:
а— (1,5±2,0)10-1. Светопропускание при толщине склеивающего
слоя 0,01 мм и интервале длин волн 320—2700 нм — не менее 99%.
Допустимые разности коэффициентов термического расширения Да
склеиваемых деталей не более 30-10*7. Условия склеивания — прн
нагревании до 120—130° С. Склеивание
бальзамом применяется только для де-
талей, работающих при температуре
не свыше 45° С.
Клей ОК-72Ф — для склеивания
оптических деталей, в том числе с раз-
личными покрытиями, а также дета-
лей консольно подвешенных, работа-
ющих на удар; для склеивания дета-
лей в тропическом исполнении; деталей
с разностью коэффициентов Да >
> 30-10”’; деталей из тяжелых флин-
тов; для герметизации склеивающих
слоев. Показатель преломления при
20°С: пе = 1,588±0,02. Условия
склеивания — при температуре 18—
20° С. Клей ОК-72Ф токсичен. Клей
ОК- 90 (пластифицированный) приме-
няется в видимой области спектра для
склеивания крупногабаритных оптиче-
ских линз; может быть применен для
склеивания органического стекла с силикатным; латунных и дюралю-
миниевых коронок с рубином; пластин монокристаллического герма-
ния. Показатель преломления при20°С:пе = 1,543±0,001. Условия
склейки — при температуре 18—26° С.
Клей УФ-235М — для склеивания деталей из ультрафиолетового
стекла, кварца, флюорита, фтористого лития и других минералов,
прозрачных в ультрафиолетовой области спектра от 220 нм. Показатель
преломления при 20° С: пе = 1,464± 0,002. Условия склейки — при
температуре 95° С.
Клей ОК-6О — для склеивания деталей, изготовленных из кристал-
лов (например, из флюорита, бромистого калия, хлористого натрия),
прозрачных в инфракрасной области спектра до 8000 нм. Показатель
преломления при 20° С: пе — 1,517±0,002. Условия склейки — при
температуре 18—26° С.
Бальзамин применяется в видимой области спектра для склеивания
оптических деталей с разностью Ла не более 30- 10 7 и диаметром не
более 80 мм. Склеивание линз е отношением наименьшей толщины
к диаметру d/D > 0,10 производят при условии, что деформация не
влияет заметно на оптические свойства. Показатель преломления при
20° С: пе— 1,521 ±0,002. Условия склеивания — при нагревании
до 70—80° С.
Бальзамин-м применяется в видимой области спектра для склеива-
ния оптических деталей, линз любых размеров с разностью Да>
> 30-10 "7; деталей с любым отиошеиием наменьшей толщины и
687
диаметру, призм, в том числе со светоделительными покрытиями; свето-
фильтров, поляроидов всех размеров. Показатель преломления при
20° С: пе= 1,520+ 0,001. Условия склеивания — при температуре
18—26 С.
Акриловый клей применяется в видимой области спектра для склеи-
вания поляризационных призм из кальцита; деталей из саликатного
Рис. 22.13. Спектральные кривые коэффициентов пропускания клеев
при толщине слоя 0,01 мм:
I в- бальзамин; 2 — бальзамин-м; 3 — акриловый клей; 4 —• ОК-ЭО; 5 —.
ОК-72Ф и ОК-50Г1; 6 — УФ-235-М; 7 — ОК-бО
стекла диаметром до 30 мм; поляроидов; светофильтров и клиньев
с желатиновыми и поливиниловыми пленками; деталей из квасцов;
силикатного стекла с металлом (кроме олова, хрома, инвара, ковара).
Показатель преломления при 20° С: пе— 1,488± 0,001.
Клей ОК-50П применяется в видимой области спектра для склеива-
ния оптических деталей, а также деталей консольно подвешенных,
работающих на удар; деталей из силикатных стекол с различными
покрытиями; стекол с металлами (за исключением хрома, олова, инвара,
ковара). Показатель преломления при 20°С: пе= 1,582±0,002. Усло-
вия склеивания — при температуре 18—26° С. Клей токсичен.
Указанные выше клеи (кроме бальзама) должны отвечать требова-
ниям ГОСТ 14887—69.
688
Примеры условного обозначения клеев:
Бальзам пихтовый Оп—Т20 ГОСТ 2290—76 (твердый пихтовый
бальзам типа Оп марки 20).
Бальзам пихтовый О—ВМ145 ГОСТ 2290—76 (весьма мягкий
пихтовый бальзам типа О марки 145).
Клей ОК-72Ф ГОСТ 14887—69.
Морозостойкость до разрушения склеивающего слоя (при средних
радиусах кривизны поверхностей склеиваемых деталей и с разностью
ДаЗО-10-7) для клеев бальзамин, акриловый, УФ-235М и ОК-60—ие
менее 60° С, для клеев ОК-50П, ОК-90, ОК-72Ф и бальзамин-м — не
менее 90° С. Склеивающий слой указанных выше клеев плесневыми
грибками не поражается. Бальзамин помимо влагостойкости обладает
также устойчивостью к бензину, керосину и маслу.
Клеи бальзам, акриловый и УФ-235М не используются в деталях,
работающих с перепадом температуры от +50 до —60° С.
Оптический клей, прозрачный в ИК-области спектра, представляет
собой раствор кремнийорганической смолы и имеет интегральное
пропускание, равное 82,1%, в интервале 1—8 мкм (рис. 22.12) 146).
На рис. 22.13 приведены спектральные кривые коэффициентов
пропускания клеев при толщине слоя 0,01 мм (ГОСТ 14887—69).
Клей ММА используется для соединения деталей из стекла диамет-
ром до 900 мм, работающих в различных климатических условиях.
Разность коэффициентов термического расширения соединяемых стекол
допустима до 0,5-10“7 град х. Полимеризуется при температуре 18—
20° С н деформации деталей не вызывает.
Сплав ТКС-1 — термопластичный клей, применяется для склеива-
ния деталей из материалов с показателем преломления пе > 2 (кремний,
германий, стекла ИКС-24, ИКС-26, ИКС-30 и др.), допускающими нагрев
до 170° С.
Литература; [46, 47, 66, 89].
ГЛАВА 23
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Стали углеродистые качественные
конструкционные
Современный уровень техники предъявляет к оптико-механическим
приборам требования обеспечения надежной и долговечной работы
в различных условиях их эксплуатации. Поэтому применяемые для их
изготовления конструкционные материалы должны обладать комплексом
разнообразных свойств, физических и механических характеристик.
Из всех материалов лучшее сочетание прочности и долговечности
имеет сталь. Содержание углерода в сталях составляет от 0,08 до 2,14%.
Качественная конструкционная сталь маркируется по химическому
составу цифрами, которые указывают среднее содержание углерода
в сотых долях процентов. С повышением содержания углерода проч-
ность стали повышается, а пластичность уменьшается.
Для изготовления малоответственных деталей применяют автомат-
ные стали — низкоуглеродистые стали с повышенным содержанием
серы и фосфора. Недостатками этих сталей являются пониженная
пластичность и вязкость, а также повышенная склонность к коррозии.
Механические свойства углеродистой качественной конструкционной
стали приводятся в табл. 23.1 и 23.2.
Легированные конструкционные стали
В легированной стали содержатся специальные легирующие эле-
менты (хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, марганец, кремний,
медь, кобальт н др.), повышающие ее механические и специальные
свойства.
Хром — повышает прочность и твердость, увеличивает прокали-
ваемость стали, одновременно понижая ее пластйчность и вязкость.
Содержание хрома — до 3%.
Никель — придает стали антикоррозионную устойчивость, проч-
ность и пластичность, повышает сопротивление удару, повышает
прокаливаемость и уменьшает коэффициент теплового расширения.
Содержание никеля — 1—5%.
Вольфрам — увеличивает твердость стали, препятствует росту
зерен прн нагреве, способствует уменьшению хрупкости при отпуске.
Содержание вольфрама — до 1,5%,
690
Таблица 23.1. Механические свойства
углеродистой качественной конструкционной стали;
плотность 7,8 г/см® (по ГОСТ 1050—74)
со л г.Ю->, Па — « •к 6, % Ф, % 1 н О X 73 НВ Назначение
р. о S о S о Гч
Не менее
08 20 33 33 60 131 Детали, изготавли-
10 21 34 31 55 — 143 ваемые штамповкой, хо- лодной высадкой или сваркой. Цементируемые
и цианируемые детали, не требующие высокой
прочности сердцевины
20 25 42 25 55 —. 163 Оправы и резьбовые кольца для оптических деталей. Корпуса для шар и коподшипников
30 30 50 21 50 8 179 Малонагружеиные оси
и валики
35 32 54 20 45 7 187 Детали, обладающие
40 34 58 19 45 6 197 достаточно высокой прочностью при средней
вязкости: оси, валики,
зубчатые колеса, детали муфт и кронштейны
45 36 61 16 40 5 207 Оси, валики, зубчатые колеса, рейки и болты
50 38 64 14 40 4 217 Детали высокой проч-
55 39 66 13 35 — 229 пости: зубчатые колеса, рейки, муфты, оси, ва-
лики и винты движения
60 41 69 12 35 — 229 Кулачки и эксцент- рики
65Г 44 75 9 — — 229 Детали, работающие
70Г 46 80 8 — — — на износ, пружинные шайбы, спиральные пру-
жины, кольца и втулки
Примечании'. 1. Сталь 45 и сталь 55 следует применять
только как заменители. 2. Нормы механических свойств приведены
для нормализованной стали. 3. Здесь и далее в таблицах: ов — времен-
ное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении!; <тт —.
предел текучести; 6 — относительное удлинение; ф — относительное
сужение; ан — ударная вязкость; НВ — число твердости по Бринеллю.
6&1
Таблица 23.2. Механические свойства
конструкционной горячекатаной стали (по ГОСТ 1414—75)
Марка ста- ли МПа в. % % Диаметр отпечат- ка, мм НВ Назначение
Не менее
АН А12 А20 АЗО А35 А40Г 42 42 46 52 52 60 22 22 20 15 15 14 34 34 30 25 23 20 4,75 4,75 4,65 4,45 4,25 4,20 160 160 168 185 201 207 Для изготовления сложных по форме в трудных в обра- ботке мелких деталей (ше- стерни, винты, гайки, втул- ки, фланцы, малонагружен- ные оси, резьбовые оправы для оптических деталей). Сталь А20 рекомендуется так- же для деталей, подвергае- мых цементации и цианиро- ванию То же, но для более нагру- женных осей, деталей муфт и неотсчетных мелких ше- стерен Для изготовления нагру- женных неотсчетных осей, шестерен, деталей муфт и т. п.
Примечание. Механические свойства приведены для тер- мически необработанной стали.
Молибден — повышает твердость и прочность стали, уменьшает
крупкость, пластичность и вязкость. Содержание молибдена — 0,2—
0,6%.
Кремний — увеличивает прочность (не снижая вязкость), упругость
и жаростойкость. Содержание кремния 1—2%.
Марганец •— повышает прокаливаемость стали, увеличивает ее
твердость и износоустойчивость и уменьшает магнитность. Содержание
1-2%.
Легированную сталь обозначают сочетанием букв и цифр. Первые
две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента.
Следующими за ними буквами обозначают содержащиеся в стали леги-
рующие элементы: X — хром, В — вольфрам, М — молибден, С — крем-
ний, Н — никель, Г — марганец, К — кобальт и т. д. Если содержание
легирующего элемента больше 1%, то следующими за буквами цифрами
указывают процент его содержания. Буква А в конце маркировки озна-
692
Таблица 23.3. Механические свойства
легированных конструкционных и подшипниковых сталей
Марка стали ат-1»"1. МПа Вв-Ю-1, МПа в. % ф. % ? и о 2 dtt Назначение
Не менее
15Х 50 70 12 45 7 Для деталей, подлежащих це- ментации (кольца насыпных ша- рикоподшипников, шестерни, валики, шариковые направляю- щие); мелких деталей, работаю- щих в условиях износа при трении
40Х 80 100 10 45 6 Для аналогичных деталей, подвергаемых закалке
ШХ15 42 73 21 46 4,5 Отожженная. Для деталей, требующих высокой твердости и сопротивления истиранию, по- стоянства размеров (отсутствие поводок): кольца шарико- подшипников, валики и диски фрикционных механизмов, направляющие. Твердость до HRC, 62—65
Примечания: 1. Приведены нормы свойств сталей 15Х.
и 40Х после закалки и отпуска. 2. Стали 15Х, 40Х — по ГОСТ 4543—71;
сталь ШХ15 — по ГОСТ 801—78.
чает, что сталь содержит менее 0,025% вредных примесей серы н фос-
фора и является высококачественной.
Пружины изготавливают из специальных пружинных сталей, обла-
дающих повышенными упругими свойствами, которые достигаются дей-
ствием легирующих элементов и термической обработки. Для изготовле-
ния деталей, работающих при высоких температурах, применяют
жаропрочные стали.
В качестве коррозионпостойких используют высокохромистые
нержавеющие и хромоникелевые стали.
Для изготовления колец, роликов и шариков подшипников малых
сечений применяют высокоуглеродистые хромистые стали, а для боль-
ших сечений — хромомаргапцевую сталь. Эти стали хорошо сопротив-
ляются контактной усталости и обладают высокой износостойкостью и
твердостью.
. Механические свойства некоторых легированных сталей приводятся
в табл. 23.3 и 23.4.
693
Продолжение табл. 23.7
Марка сплава Способ ЛИТЬЯ Тер мообр аботка <та.1О-, МПа А v» /0 А/В Назначение
Не мен? е
БрО5Ц5С5 БрАЖ9-4Л БрАМЦ9-2Л БрБ2 мягкий БрБНТ1,9 мяг- кий ЛК80-ЗЛ ЛС59-1ЛД ЛС59-1Л Б К 3 Б р К К Б р Сплавы К 3 Д ц р о н з ы оловянны о и з ы алюминиев о н з ы б е р и л л и е в * Закалка » медноцинковые— е (по Г 18 15 ы е (по 50 40 40 л е (по 40 40 лату 30 30 20 20 'ОСТ 6 4 6 ГОСТ 12 10 20 ГОСТ 20 20 Н И 1П 15 15 6 20 13-79) 60 60 493—5 100 100 80 1789- 130 1 120 1 о ГОСТ ПО 100 70 30 Антифрикционные детали, арматура 4) Для фасонного литья, под- шипниковых втулок, червяч- ных колес Ю) Для плоских пружин и пру- жинных шайб 17711—72) Антифрикционный сплав. Применяется для фасонного литья, изготовления шестерен н деталей, работающих в мор- ской воде Для литья под давлением, а также для других видов литья Для фасонного литья, арма- туры, втулок и сепараторов ПОДШИПНИКОВ
Продолжение табл. 23?
Марка сплава Способ литья Термообработка ов-Ю-*, МПа 6, % НВ Назначение
Не мен зе
С п лавы алюминиевые (по гост 2685- 75)
Группа I. Сплавы на осио-
ве системы алю-
миний—кремний:
АЛ2 ЗМ. ОМ, ВМ. — 15 А 50 Для тонкостенного ажурного
КМ литья. Изготовление деталей
К —- 16 2 50 с повышенной герметичностью
д — 16 1 50 (корпуса приборов). Ввиду пло-
ЗМ, ОМ, В24, Т2 14 4 50 хой обработки мелких резьб
КМ 15 не рекомендуется применять
К Т2 3 50 резьбы диаметром менее 3 мм
АЛ9 Д Т2 15 2 50
3. о, в, к — 16 2 50 Для корпусов, оправ, крон-
д — 17 1 50 штейнов, направляющих с лег-
3, о, в, к, д Т2 14 2 45 ким трением н т. п. По обраба-
км Т4 19 4 50 тываемости превосходит АЛ2.
3, о, в Т4 18 4 50 Высокая коррозионная стой-
к, км Т5 21 2 60 КОСТЬ
3, о, в Т5 20 2 60
зм, ом, вм Т5 20 2 60
зм, ом, вм Тб 23 1 70
зм, ом, вм Т7 • 29 2 60
зм, ом, вм Т8 16 , 3 55
Таблица 23.6. Механические свойства алюминиевых сплавов
для холодной обработки; плотность 2,7—2,8 г/см3
(по ГОСТ 21631—76)
Марка сплава Состояние сплава ив.10-\ МПа 2 « •с еГй 6, % Назначение
Не менее
АМцМ Отожженный 9,0 18 Листовой ма-
АМц1/2Н Полунагартован- ный 15,0 — 5 териал. Хоро- шо сваривает-
АМг2М Отожженный 17,0 — 16 ся. Приме-
АМг21/2Н Полунагартован- и ый 23,0 14,0 5 няется для футляров, ме- таллических ящиков и коробок
Д1АМ Отожженный 15,0 12 Для деталей
Д1АТ Закаленный и естественно соста- ренный 37,0 19,0 15 средней прочности
Д16АМ Отожженный 15,0 10 Для несущих
Д16АТ Закаленный и естественно соста- ренный 41,5 27,5 10 и сильно нагруженных деталей
В95АТ1 Закаленный и искусственно со- старенный 49,0 41 6 приборов
В9БАМ Отожженный Не более 25,0 10
Сплавы алюминиевые литейные
Сплавы алюминиевые литейные используются для получения
отливок сложной конфигурации, изготовление которых другими спо-
собами обработки нерационально. Наиболее распространенными явля-
ются сплавы алюминия с кремнием (силумины). Имеются сплавы алю-
миния и кремния с добавками меди, марганца и магния, а также сплавы
алюминия с магнием.
Механические свойства наиболее часто применяемых в приборо-
строении алюминиевых литейных сплавов приведены в табл. 23.7.
696
Таблица 23.7. Механические свойства и примерное назначение цветных литейных сплавов
Назначение СТ 21437—75) Для направляющих сколь- жения, корпусов малых диа- фрагм и рукояток Для корпусов и кронштей- нов Для высокойагруженных де- талей приборов — качалок, пе- далей, кронштейнов и др. Дли высоко и средненагру- женных деталей приборов — корпусов, кронштейнов и др. Целесообразно применение для деталей, требующих повышен- ного предела текучести
НВ Не менее | 1 1 Illi III । в 8
ю aS СЧ д Tt* н еою сч сч сч сч счтр —* « 8
BUW 'r-OI ‘“J» я и о ю о осч СОЮЮЛ сОЮСЧ сч s СО Д СЧ СЧ^Ч^-СЧ сч^сч сч ег "ТГ
Термообработка t ко в ы й антифрик плавы магниевые Гомогенизации с за- калкой на воздухе То же и старение Отжиг Гомогенизация с за- калкой на воздухе То же и старение Гомогенизация с за- калкой на воздухе То же и старение
Способ литья НМ S fcT cd та СО СО СО ч в о
Марка сплава ю о Ю СО & 1 1 1
697
Продолжение табл. 23.7
Марка сплава Способ ЛИТЬЯ Тер мообр аботка <та.1О-, МПа А v» /0 А/В Назначение
Не мен? е
БрО5Ц5С5 БрАЖ9-4Л БрАМЦ9-2Л БрБ2 мягкий БрБНТ1,9 мяг- кий ЛК80-ЗЛ ЛС59-1ЛД ЛС59-1Л Б К 3 Б р К К Б р Сплавы К 3 Д ц р о н з ы оловянны о и з ы алюминиев о н з ы б е р и л л и е в * Закалка » медноцинковые— е (по Г 18 15 ы е (по 50 40 40 л е (по 40 40 лату 30 30 20 20 'ОСТ 6 4 6 ГОСТ 12 10 20 ГОСТ 20 20 Н И 1П 15 15 6 20 13-79) 60 60 493—5 100 100 80 1789- 130 1 120 1 о ГОСТ ПО 100 70 30 Антифрикционные детали, арматура 4) Для фасонного литья, под- шипниковых втулок, червяч- ных колес Ю) Для плоских пружин и пру- жинных шайб 17711—72) Антифрикционный сплав. Применяется для фасонного литья, изготовления шестерен н деталей, работающих в мор- ской воде Для литья под давлением, а также для других видов литья Для фасонного литья, арма- туры, втулок и сепараторов ПОДШИПНИКОВ
Продолжение табл. 23?
Марка сплава Способ литья Термообработка ов-Ю-*, МПа 6, % НВ Назначение
Не мен зе
С п лавы алюминиевые (по гост 2685- 75)
Группа I. Сплавы на осио-
ве системы алю-
миний—кремний:
АЛ2 ЗМ. ОМ, ВМ. — 15 А 50 Для тонкостенного ажурного
КМ литья. Изготовление деталей
К —- 16 2 50 с повышенной герметичностью
д — 16 1 50 (корпуса приборов). Ввиду пло-
ЗМ, ОМ, В24, Т2 14 4 50 хой обработки мелких резьб
КМ 15 не рекомендуется применять
К Т2 3 50 резьбы диаметром менее 3 мм
АЛ9 Д Т2 15 2 50
3. о, в, к — 16 2 50 Для корпусов, оправ, крон-
д — 17 1 50 штейнов, направляющих с лег-
3, о, в, к, д Т2 14 2 45 ким трением н т. п. По обраба-
км Т4 19 4 50 тываемости превосходит АЛ2.
3, о, в Т4 18 4 50 Высокая коррозионная стой-
к, км Т5 21 2 60 КОСТЬ
3, о, в Т5 20 2 60
зм, ом, вм Т5 20 2 60
зм, ом, вм Тб 23 1 70
зм, ом, вм Т7 • 29 2 60
зм, ом, вм Т8 16 , 3 55
Продолжение табл. 23.7
. Марка сплава Способ литья Термообр аботка trB-10-1, МПа 6, % НВ Назначение
Не мене е
Группа II. Сплавы на осно-
ве системы алю- миний—крем-
ний—медь: АЛЗ к 17 0,5 65 Для изготовления деталей
3, О, в 14 0,5 65 средней нагруженности (кор- пуса приборов). Удовлетвори- тельная обрабатываемость ре-
3, О, в, к Т1 17 — 70 занием и свариваемость
3, О, в. к Т2 15 1,0 65
3, О, в Т5 22 0,5 75
к Т5 25 0,5 75
3, о, в, к Т7 21 1,0 70
3, О, в, к Т8 18 2,0 65
д — 16 0,5 65
Продолжение табл. 23.7
Марка сплава Способ литья Термообработка а8.1о->, МПа б. % НВ Назначение
Не менее
Группа IV. Сплавы на осво- ве системы алю- миний—магний: АЛ8 3, О, в, к Т4 29 9,0 60 Для изготовления деталей, требующих высокой коррозион- ной стойкости, а также несу- щих повышенные вибрацион- ные нагрузки. Отличная корро- зионная стойкость и обрабаты- ваемость резанием
Примечание. Для бериллиевых бронз число твердости по Виккерсу (не более). Условные обозначения способов литья и видов термической обработки: 3 — литье в песчаные формы: О — литье в оболочковые формы; В — литье по выплавляемым моделям; К — литье в кокиль; Д — литье под давлением; М — модифицирование. Т1 — искусственное старение без предварительной закалки; Т2 — отжиг; Т4 — закалка; Т5 — закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение; Тб — закалка и полное искусственное старение; Т7 за- калка и стабилизирующий отпуск; Т8 »₽• закалка и смягчающий отпуск.
Сплавы алюминиевые спеченные
Спеченные алюминиевые сплавы (САС) представляют собой брике-
тированные, спеченные и деформированные порошки алюминия и
легирующих элементов или порошки, из которых состоят стандартные
алюминиевые сплавы.
Спеченные алюминиевые сплавы применяют в случаях, когда их
нельзя получить методом лнтья и обработки давлением. Методом стече-
ния изготавливают САС, содержащие ряд легирующих элементов и
обладающие особыми физическими свойствами.
Спеченный алюминиевый сплав САС1 кроме алюминия содержит
26—30% кремния и 5—7% никеля. Низкий коэффициент линейного
расширения сочетается в этом сплаве с малой теплопроводностью.
САС1 применяют для изготовления деталей, работающих в паре со
сталью при температурах от 20 до 200° С.
Сплавы цветные литейные
Из цветных литейных сплавов в оптико-механическом приборострое-
нии применяют: сплав цинковый антифрикционный, магниевые сплавы,
бронзы оловянные, алюминиевые н бериллиевые, а также медноцинко-
вые сплавы — латуни.
Магниевые сплавы обладают небольшой плотностью и достаточно
высокой прочностью. Кроме магния они содержат алюминий, цинк,
марганец и другие легирующие элементы. Магниевые сплавы надежно
работают в условия вибрации и хорошо обрабатываются резанием.
Недостатками их являются: низкая антикоррозионная стойкость,
плохая деформируемость в холодном состоянии и легкая воспламеняе-
мость.
Сплавы на основе меди с добавками олова, алюминия, свинца,
кремния или бериллия называют бронзами. Бронзы обладают хорошими
механическими, антифрикционными, литейными свойствами, антикор-
розионной стойкостью и хорошо обрабатываются резанием. Бронзы
обозначают буквами и цифрами соответственно входящим в них компо-
нентам и их процентному содержанию.
Латунями называют сплавы меди н цинка. Сплав обозначают бук-
вой Л, буквенным обозначением основного легирующего элемента и
цифрой, соответствующей содержанию меди и этих элементов.
Механические свойства и примерное назначение цветных литейных
сплавов приводится в табл. 23.7.
Нейзильбер
Сплав ТБ — Нейзильбер МНЦ15-20 (ГОСТ 492—73) применяется
для изготовления особо точных шкал с тонкими штрихами и характери-
зуется высокой коррозионной стойкостью, красивым серебристым цветом
и хорошей обрабатываемостью в горячем и холодном состоянии.
Твердость по Бринеллю: мягкого металла НВ 700, твердого с накле-
пом НВ 1650. Химический состав; Zn — 18,0—22,0%; Ni-j-CO — 13,5—
16,5%; Си — остальное.
702
Титан и его сплавы
По сочетанию физико-механических свойств титановые сплавы
являются универсальным конструкционным материалом, обладающим
нехладноломкостью алюминия и сталей, высокой коррозионной стой-
костью медноннкелевых сплавов и нержавеющих сталей, немагнит-
ностью и прочностью большей, чем у большинства конструкционных
материалов.
Электрохимическое поведение титана при контакте в морской воде
с другими металлами аналогично поведению нержавеющей стали.
Сам титаи во многих случаях ускоряет процесс корродирования кон-
тактирующих с ним металлов.
Ниже приведены основные свойства титана.
Плотность при 20° С, г/смя................. 4,5
Коэффициент теплового расширения .... <8,15=t0,15) IO-’
Коэффициент теплопроводности............... 0,057—0,055
Удельное электрическое сопротивление,
10-" Ом-м.................................. 42,5
Модуль упругости, МПа...................... Н2 000
Модуль сдвига, МПа......................... 41 000
Коэффициент Пуассона....................... 0,32
Титан хорошо обрабатывается давлением. Обрабатываемость титана
и его сплавов резанием близка к обрабатываемости нержавеющих
сталей. Нарезание внутренних резьб на высокопрочных титановых
сплавах затруднительно. Титановые сплавы поддаются газовой резке,
резке вулканитовыми кругами, свариваются контактной и аргонодуго-
вой сваркой и соединяются пайкой (припоем па основе серебра) со всеми
сталями и цветными металлами. Механические свойства титана в сравне-
нии с другими металлами приведены в табл. 23.8.
Характерным для титана и его сплавов является склонность к кон-
тактному схватыванию при трении, что затрудняет их обработку реза-
нием и создает опасность заклинивания деталей в трущихся узлах
механизмов. Среднее значение статического коэффициента трения для
•пары титан—тнтаи 0,61, а динамического (при скорости 1 см/с) —
0,47—0,49. При сухом трепни цветных сплавов по титану коэффициент
трения находится в пределах 0,2—0,5.
Существующие смазки не обеспечивают значительного повышения
сопротивления схватыванию и снижению коэффициента трения и износа
в узлах трения.
Вследствие низких антифрикционных свойств применять неупроч-
ненный титан и его сплавы в узлах трения следует только при низких
параметрах трения. Упрочнение путем термического оксидирования,
диффузионное упрочнение поверхности титана н его сплавов путем
насыщения поверхностного слоя кислородом, азотом, бором, углеродом
703
Mi
Таблица 23.8. Механические свойства титана
в сравнении со свойствами других металлов
Металл ав.Ю-*. МПа в, % Ф, %
Титан технической чистоты 34,6 44,7 81,2
(ВТ 1-00)
Армко-железо 34,4 36,9 91,8
Алюминий технический 8,0 38,0 87,8
Никель 35,9 43,8 74,9
Магний 20,0 11,5 12,5
Медь 22,0 46,0 70,2
Ванадий 36,8 32,0 72,0
Цирконий 20,4 29,0 —
илн кремнием н упрочнение применением гальванического хромирова-
ния или химического никелировании поверхности повышают их анти-
фрикционные свойства.
Титан и его сплавы применяют для изготовления деталей приборов,
к которым предъявляются требования высокой прочности, коррозион-
ной и термической стойкости: деталей амортизаторов, втулок, валиков,
кронштейнов, оснований, фланцев н стоек.
Пластические массы
Обладая комплексом ценных свойств, пластические массы являются
хорошими конструкционными материалами.
В состав сложных пластмасс входят:
1) связующее вещество, которое придает пластмассе пластичность,
способность формироваться и при затвердевании сохранять полученную
форму;
2) наполнитель, вводимый для упрочнения н придания пластмассе
требуемых свойств. Неорганические наполнители повышают термиче-
скую и химическую стойкость и изменяют свойства пластмассы. Органи-
ческие наполнители упрочняют пластмассу;
3) пластификатор, придающий пластмассе мягкость н пластичность;
4) красители, применяемые для окрашивания пластмассы в требуе-
мый цвет;
5) стабилизаторы, препятствующие разложению под действием
солнечного света или температуры.
Характеристика н области применения, физико-механические свой-
ства и обозначения некоторых пластмасс приведены в табл. 23.9, 23.10
и 23.11.
704
Т а б л и ц а 23.9. Общая характеристика и области применения пластмасс
Способ перера- ботки С К К с с
Основные свойства и применение значения Температура эксплуатации от —60 до +60° С. Для изготовления ненагруженных армированных и неармированных деталей и деко- ративных деталей (кнопки, махо- вички, патроны, столики микро- скопов) спорошки Для изготовления армирован- ных деталей электрот ехнического назначения (платы, корпуса па- тронов, колодки и др.) зрошки Устойчив в условиях тропиче- ского климата. Температура экс- плуатации от —65 до +100° С. Для изготовления ненагруженных и слабоармированных деталей ра- диотехнического назначения, экс- плуатирующихся на воздухе и и условиях повышенной влаж- ности
Цвет ? § «о о, та д , § Ч £ . £ * f S’ 1 5 « ° ° ”
Наполнитель о а , S. g , •и <ь> о? о л О i £та § g,B | е § S* Ш В Cuu О ЕС Щ & СХ S' си У S
ГОСТ, ТУ A. Z ГОСТ 5689—79 Б. Эл ГОСТ 5689—79 В. В ГОСТ 5689-79
Марка сч 12 о о о о О ООО —« СО ’’Г о со со со со Й о1 £2 О ГЛ съ <т>
705
Продолжение табл. 23.9
Марка ГОСТ, ТУ Наполнитель Цвет Основные свойства и применение Способ перера- ботки
Г. Ударопрочные пресспорошки
У4-080-02 ГССТ 5689—79 д. в Органиче- ский лагохимостой Черный кие прессп Для изготовления деталей, об- ладающих повышенной стойкостью к ударным нагрузкам. Темпера- тура эксплуатации до 200® С орошки КП
Вх4-080-34 ГССТ 5689—79 Минераль- ный Черный Для изготовления деталей элек- тротехнического назначения, обла- дающих повышенной водостойко- стью к ударным нагрузкам. При- годен для прессования высокоар- мированных изделий сложной кон- фигурации. Нельзя применять се- ребряную арматуру. Устойчив в условиях тропического климата кп, лп
Вх2-090-69 ГОСТ 5689-79 Органиче- ский и ми- неральный Стоек к воде и кислым средам. Для изготовления деталей с повы- шенной кислотостой костью кп, лп
Продолжение табл. 23.9
Марка ГОСТ, ТУ Наполнитель Цвет Основные свойства и применение Способ перера- ботки
Вх 1-090-34 ВхЗ-090-14 К-214-52ВХ (фе- нолит РСТ) К-214-52Э Ж1 -010-40 Ж2-010-60 КФ-з j ГОСТ 5689—79 ГОСТ 5689—79 МРТУ 6-05-1297—70 МРТУ 6-05-1297— 70 Е. )i ГОСТ 5689—79 ГОСТ 5689—79 Ж. ТУ 6-05-1625—73 Минераль- ный Органиче- ский Минераль- ный волок- нистый То же 'аростойкие л Латераль- ный Органиче- ский и ми- неральный Фрикционньи Асбест Желтый, коричне- вый От темно- зеленого до чер- ного ресспороии Черный пресспорс Серо- фиоле- товый Стоек к воде и кислым средам. Устойчив в условиях тропического климата. Для изготовления дета- лей с повышенной водо кислот- ностью • Работает в тропических усло- виях. Предназначается для изго- товления деталей электротехниче- ского назначения си Устойчив в условиях тропиче- ского климата. Для изготовления электроустановочных изделий, об- ладающих повышенной жаростой- костью IUK.U Для изготовления изделий с вы- сокой механической прочностью и фрикционных изделий кп кп кп, лп кп, лп кп кп кп, лп
Продолжение табл. 23.9
Марка ГОСТ, ТУ Наполнитель Цвет Основные свойства и применение Способ перера- ботки
У1-301-07 У2-301-07 Волокнит К-420-15 Электротехниче- ский листовой: А, Г 3. ГОСТ 5689—79 ТУ 6-05-1466—71 ТУ 12-22—71 ГОСТ 2910—74 Волокнистые Органиче- ский Вискозное волокно И. Tenet 'ipeccMamej. Серо- корич- невый политы шалы Обладает высокой механической прочностью и хорошими анти- фрикционными свойствами. Темпе- ратура эксплуатации до 100° С. Для изготовления деталей с повы- шенной прочностью при изгибе и кручении (фланцы, рукоятки, стойки, кулачки, шестерни, на- правляющие втулки и т. п.) Для изготовления методом прес- сования изделий технического на- значения различного профиля, к которым предъявляются повы- шенные требования в отношении механической прочности Температура длительной экс- плуатации от —65 до +105° С. Для изготовления деталей (клемм- ных плат и др.) с повышенными электроизоляционными показате- лями, работающих на воздухе и в трансформаторном масле в элек-, трических полях частотой 50, Гц кп, лп МО, СК
ай* . ИИЯ
Продолжение табл. 23.9
Марка гост, ТУ Наполнитель Цвет Основные свойства и применение Способ перера- ботки
Б ЛТ Конструкпионный: ПТК и ПТ ПТМ-2 ГОСТ 5—78 — — Температура эксплуатации та- кая же, как для марок А, Г. Для изготовления деталей с повышен- ными механическими показателя- ми, работающих на воздухе в элек- трических полях частотой 50 Гц Температура длительной экс- плуатации от —65 до +120° С. Для изготовления изделий, рабо- тающих на воздухе с относитель- ной влажностью 95±2% при ча- стоте 50 Гп Температура эксплуатации 125—155° С. Текстолит ПТК по сравнению с текстолитом ПТ имеет более высокую прочность. Для из- готовления силовых деталей — шестерен, втулок, подшипников скольжения, роликов, прокладок и т. п. Для изготовления вкладышей подшипников. Можно эксплуати- ровать при температурах 125— 155 С
Продолжение табл. 23.9
о
Марка ГОСТ, ТУ Наполнитель Цвет Основные свойства и применение Способ перера- ботки
А и Б Электротехниче- ский листовой: I, II, V-l, V-2 III IV ТУ 6-05-898—71 ГОСТ 2718—74 К. Асботе Л. Геп кстолиты чинакс Для изготовления бензо- и мас- лостойких деталей с повышенны- ми механическими показателями, работающих при температуре до 125° С (детали механизмов сцепле- ния и тормозов) Работает в диапазоне темпера- тур от —65 до +105° С. Для изго- товления деталей электротехниче- ского назначения, предназначен- ных для работы на воздухе в нор- мальных климатических условиях при частоте 50 Гц и напряжении до 1000 В Применение то же, но для ра- боты в условиях повышенной влажности То же, но для деталей, предна- значенных для работы в условиях влажного тропического климата МО, гп ГП, МО
Продолжение табл. 23.9
Марка гост, ту Наполнитель Цвет Основные свойства и применение Способ перера- ботки
Стекло органиче- ское термопластич- ное: Л-1 ЛСО-М ЛПТ Стекло органиче- ское конструкцион- ное: СОЛ СТ-1 2-55 Т-2-55 II. П о А ТУ 6-05-1344—71 ТУ 6-01-283—68 ТУ 6-05-871—66 ГОСТ 15809—70 ТУ 6-01-360—69 л и м е т и л . Прессовочнь Б. Листовые м е т а к р ie матерш. материал платы мы Для изготовления изделий тех- нического -назначения (колпачки, шкалы, индексы) и оптических де- талей неответственного назначения ы Для изготовления прозрачных деталей приборов. Надежно рабо- тает в интервале температур от —60 до +60° С гп Ф, св, МО
Продолжение табл. 93.9
Марка ГОСТ, ТУ Наполнитель Цвет Основные свойства н применение Способ перера- ботки
Класс А, гр ппы А1,А2 Группа АЗ Ориентированный прессматериал АГ-4С ГОСТ 9359—73 Г ГОСТ 10087—62 III. Амине Прессовочные Сульфит- ная цел- люлоза /. Стекло А. Прессовок пласт! материал Различ- ный пл а с т н ные Mamef. Желтый я я Не имеет запаха, светостоек, может окрашиваться в любые тона. Основными недостатками являют- ся: склонность к растрескиванию при эксплуатации и высокое водо- поглощение. Аминопласты А1 при- меняются для изготовления про- свечивающих деталей; А2 — для непросвечивающих. Обладает высокой водо- и тепло- стойкостью, прочностью и способ- ностью окрашиваться в любые тона. Изделия не растрескиваются. Применяется для изготовления не- прссвечивающихся деталей прибо- ров (главным образом светотехни- ческих) к и Для изготовления конструкци- онных и электротехнических дета- лей повышенной прочности, при- годных для работы в диапазоне температур от —60 до 4-200° С. Хорошо армируется гп, лп Ф, лп
Продолжение та<5л7 23.5Г
и яонвц
Марка ГОСТ, ТУ Наполввтель Цвет Основные свойства н применение Способ перера- ботки
КАСТ ТУ 401-433—74 Б. Стекле ътекстоли ты Высокая тепло- и влагостой- гп
11402—70 11502—70 А. Полиэтил ТОСХ 16337—77 V. Пол» ген высокого д । о л еф и явления (н Белый кость. Для изготовления кон- струкционных деталей и ы изкой плотности) Малое влагопоглощение, гиб- Ф, лд
18202—£55 12002—200 10702—020 10802—020 11102—020 11303—040 20906—040 Б. Полиэтил ГОСТ 16338—77 ен низкого да или любой вления (вь Белый кость при вязких температурах, высокая температура теплового разрушения, стойкость к действию агрессивных сред. Изделия из по- лиэтилена склонны к растрескива- нию под влиянием механических воздействий и окружающей среды. Для изготовления деталей при- боров юокой плотности) Более высокая прочность, чем КП, лд
ИЛИ любой у полиэтилена высокого давления
Продолжение тябл. 23.
Марка ГОСТ, ТУ Наполнитель Цвет Основные свойства и применение Способ перера- ботки
В. Пропилен
05П10/020 МРТУ 6-05-1105-67 — Белый Высокая водо- и химическая лп
или стойкость. Меньше, чем полиэти-
любой лен, подвержен растрескиванию,
но более склонен к старению. Без эффективных стабилизаторов имеет
малую стойкость к воздействию
ультрафиолетовых лучей. Для из- готовления деталей приборов
► VI. Фторопласты
Фторопласт-4 ГОСТ 10007—72 — Белый Высокие диэлектрические свой- кп, ш,
ства. Стоек в тропических усло- виях и ие подвержен действию грибков. Стоек к агрессивным сре- дам и к действию радиационного СВ
излучения. Обладает большим ко- эффициентом линейного расшире-
ния, тепло- и холодоустойчиво- стью. Нельзя нагружать даже при нормальной температуре свыше 3 МПа. Для изготовления прокла-
Фторопласт-3 ГОСТ 13744-76 — Белый док втулок н шайб Высокие прочностные показа- кп,
тели, хорошее сопротивление пол- зучести. Для изготовления уплот- ЛД, МО
иительных деталей для высокого давления при температуре до 70° G
Продолжение табл. 23.9
Марка ГОСТ, ТУ Наполнитель Цвет Основные свойства и применение Способ перера- ботки
Блочный полисти- рол: Д Т Эмульсионный по- листирол А ПМ-67 ПМ-69 ГОСТ 20282-74 ТУ П-622-69 ТУ П-729-70 VII. Поли VIII. Пол Графит, окислы металлов, абразивы и др. стирол Бесцвет- ный Различ- ный Белый и а м и д ь Желтый ы Стоек к щелочам и слабым кис- лотам, разрушается в нефтепро- дуктах. Разлагается при темпера- турах выше 220° С. Хрупок. При эксплуатации появляются поверх- ностные трещины, увеличиваю- щиеся под действием нагрузок. Для изготовления электроизоля- ционных деталей, катушек и кас- сет для фото- и киноаппаратуры, футляров, а также неответствен- ных оптических деталей Высокая стойкость к истира- нию, низкий коэффициент трения, высокая механическая прочность. Устойчив к окислению и ионизи- рующему излучению. Хорошо со- противляется ползучести. Не го- рит на воздухе. Легко обрабаты- вается резанием. Для изготовле- ния подшипников, винтов и ше- стерен ЛД ЛД, кп
Условные обозначения: ГП — горячее прессование; ЛП — литьевое прессование; МО — механическая обработка; Ф — формование; СВ — сварка; ЛД — литье под давлением; КП — компрессионное прессование; Ш — штам» повка; СК — склеивание.
Т а б л и ц а 23.10. Физико-механические свойства пластмасс
Марка Плот- ность. г/см8, не более Разрушающее напряжение, 0,1 МПа Удар- ная вяз- кость, кДж/м2, не менее Твер- дость по Бри- неллю Тепло- стой- кость по Мар- тенсу, *С, не менее Водо- погло- щенне за 24 ч, мг, не более Масло- стой- кость за 24 ч, % Бензо- стой- кость за 24 ч, %
при растя- жении при сжатии прн ста- тическом изгибе
Не менее
Пресспорошки общего назначения
03-010-02 1,4 | 1 600 ' 700 5,9 30 — 40 130 55 0,03 0,05
Э2-330-02 Э1-340-02 1 м Электроизоляционные пресспорошки 1 500 I 637 I 4,9 I 30 — 40 1 500 1 588 1 4,9 | 20 I 125 1 125 1 45 1 55 | 0,03 1 0,03 | 0,05 | 0,05
ЭЗ-340-65 | 1,95 Высокочастотные пресспорошки 1 1 100 | 490 | 3,4 | 20 । 150 । '° [ 0,015 । 0,03
У4-080-02 1.5 Ударопрочные 1 200— | 392 1500 1 пресспорошки 8,8 | 20—45 | 130 | 65 1 ₽- 1
Вк4-080-34 Вх2-090-69 Вх1-090-34 ВхЗ-090-14 К-214-52 (Э и ВХ) 1,75 1.6 1,6 1,5 1,65 1 11 1 1 Влаг(. 1 200— 1 500 1 500 — 1 700 1 500— 1 700 1 100 — 1 700 1 400 — 1 700 >химостойк 343 539 588 590 600 ие пресспор 7,8 4,4 4,4 5,9 6,0 кики 30 — 40 30 — 40 27 — 31 30 — 32 120 125 125 125 НО 20 20 15 15 15 0,012 0,02 0,016 Стоек 0,4 0,05 0.03 0,016 Стоек »
Продолжение табл. 23.10
Марка Плот- иость, г/см8, не более Разрушающее напряжение, 0,1 МПа Удар- ная вяз- кость, кДж/м2, не менее Твер- дость по Бри- неллю Тепло- стой- кость по Мар- тенсу, °C, не менее Бодо- погло- щен не за 24 ч, мг, не более Масло- стой- кость за 24 ч, % Бензо- стой- кость за 24 ч, %
прн растя- жении при сжатии при ста- тическом изгибе
Не менее
Ж1-010-040 Ж2-010-060 1,90 1,75 — Жа 1 600— 1 700 нестойкие 441 539 гресспорошк 2,9 3,9 и 36—40 40 145 140 20 35 0,01 0,01
КФ-3 У1-301-07 } У2-301-07 1 Болокннт | 1,85 — 1,95 1,45 Фри 700 Воле 1 200 кционные п 800 книстые п 784 рессматери 21 оессматерш 8,8 алы 30 1ЛЫ 25 200 140 1,45% 90 0,1 0,11 0,1-0,3 0,025
Электротехниче- ский листовой толщиной 1—9,5 мм: А, Б, Г ЛТ Конструкцион- ный: птк ПТ ПТМ-2 1,45 1,35 1,4 1,4 1,4 500 1000 1000 850 1 500/2 500 1 300/2 300 1 200 * Т екстс 1500 1400 1200 литы 12-17 25 35 35 30 II III 135 140 140 3-9,0% 0,45 — 0,9% 0,8 0,9 1,0 — II III
* Только параллельно слоям.
814
Продолжение табл. 23.10
Марка Плот- ность, г/см3, не более Разрушающее напряжение, 0,1 МПа Удар- ная вяз- кость, кДж/м*, не менее Твер- дость по Бри- неллю Тепло- стой- кость по Мар- тенсу, сС, не менее Водо- пог ло- щение за 24 ч, мг, не более Масло- стой- кость за 24 ч, % Бензо- стой- кость за 24 ч, %
прн растя- жении при сжатии при ста- тическом изгибе
Не менее
А сбо текс толи ты
А 1 — 1100 35 2,0
Б <1,7 — 900 27 2,0
Гетинакс
Электротехниче-
скнй:
I. II 1,45 800 — 1000 8 — 15 150
III 1,4 700 1000 13 150
IV 1,38 600 — 600 4 — 5 150
V-l, V-2 1,4 600 800 8 — 10 — • 150 — — —
СОЛ Стекло органическое конструкционное
1,18 775/710 29 000 1195/990 25,5/13,0 21.1/21,5
СТ-1 1,18 830/780 32 100 1010/1180 33,3/13,8 23,7/23,7 __
2-55 1,18 1,2 1080/925 W—< 1550/1210 32,0/14.8 23,7/29.9
Т-2-55 1055/1000 — 1760/1200 28,9/15,0 27,4 •* «Н* __
Аминопласты
Класс А! группа А1 Не менее __ - 600 6,5 100 2%
0,3
» А2 Не менее — 750 7,0 __ 100 2%
» АЗ 0,3 Не менее . 700 120
6,0 1,5%
0,3
С т еклотекстолит ы
КАСТ 1,9 30 - — 60,0 - 200 1,4-2,5% - —
*• Только для неориентированного стекла.
Продолжение габл. 23.10
Марка Плот- ность, г/см8, не более Разрушающее напряжение, 0,1 МПа Удар- ная вяз- кость, кДж/м«, не менее Твер- дость по Бри- неллю Тепло- стой- кость по Мар- тенсу, °C, не менее Водо- погло- щение за 24 ч, мг, не более Масло- стой- кость за 24 ч, % Бензо- стой- кость за 24 ч, %
при растя- жении при сжатии прн ста- тическом изгибе
Не менее
Полиэтилен вы- сокого давления Полиэтилен низ- кого давления Полипропилен 05П10/020 Фторопласт-4 Фторопласт-3 Блочный: Д Т Эмульсионный А ПМ-67 ПМ-69 0,930 0,955 0,91 2,02 2,16 1,06 1,06 1,07 1,41 1,41 100—170 220 — 300 250 — 400 140 — 350 350 — 400 420 — 400 420—40и 400 — 450 1000 — 1300 950 — 1250 100 2 000 — 2 5ф) 2 000 — 2 300 2 100 — 2 400 Полиол 120 — 170 200 — 350 Фтороп 600 Полисп 1000 1000 1000 Полиа 1800 1800 ефины 2 — 12 33—80 ласты 100 (не ло- мается) 20 шролы 20 20 22 миды 60 60 1,4—2,5 4,5-5,8 6,0—6,5 3—4 10-13 14-16 14—16 14 — 20 18 — 28 20 — 27 160 ПО 130 95 95 100 280 280 0,29% 0,30% III 1 1 Mill 1 1 111 1 1 111
Примечания: 1. Разрушающее напряжение текстолитов и асботекстолитов при растяжении дано по основе. Напря- жение при сжатии в числителе параллельно слоям, в знаменателе — перпендикулярно. 2. По органическому стеклу в числи- теле приведены показатели свойств для ориентированного стекла, а в знаменателе — для неориентированного. 3. Тепло- стойкость для полипропилена приводится по методу НИИПП, а для фторопластов, полистиролов и полиамидов — по методу Вика. 4. Фиэико-мехаинческие свойства органических стекол ЛСО-М и ЛПТ приведены в гл. 22.
Таблица 23.11. Обозначения некоторых пластмасс
По новым ГОСТам н ТУ По старым ГОСТам и ТУ
Пресспорошки и прессмате- риалы: 03-010-02 Э2-330-02 Э1-340-02 ЭЗ-340-65 Вх2-090-69 У1-301-07 У2-301-07 Текстолит конструкционный ПТМ-2 Гетинакс: I II 111 IV V-1 V-2 Аминопласт: Класс А, группа А1 Класс А, группа А2 Класс А, группа АЗ К-18-2 К-21-22 К-211-2 К-211-3 К-18-23 Волокнит » Текстолит марки 2 Гетинакс: В, Вс Д Г Тр А Б Аминопласт марки: А Б КМ-68
Смазки и масла
Смазки и масла (табл. 23.12 и 23.13) предназначаются для уменьше-
ния износа трущихся поверхностей деталей, снижения трения, обеспе-
чения плавности хода деталей и узлов и работы приборов в широком
диапазоне температур, герметизации предохранения осыпки на опти-
ческие детали. В зависимости от назначения смазочные материалы
подразделяют на антифрикционные, противоосыпочные, консервацион-
ные пластичные смазки и смазочные масла.
Замазки
Замазки применяют в разъемных соединениях оптико-механических
приборов для заполнения зазоров и уплотнения швов между деталями
из стекла, стали и цветных сплавов, для обеспечения влаго- и пыле-
непроницаемости (табл. 23.14).
720
Табл и ца 23.12. Смазочные материалы, рекомендуемые для применения в узлах приборов,
непосредственно контактирующих с оптическими деталями
721
722
Продолжение табл. 33.19
Обозначение Рабочий температурный интервал, °C; консистенция Температура каплейадення по ГОСТ 6793—74, °C, не менее Применение
Смазка Орион ТУ 38-001188-74 Смазка ГОИ-54п ГОСТ 3276—74 Смазка М3 ТУ 38-101213—72 Масло МС-6 ГОСТ 11552—76 Масло веретенное А У ГОСТ 1642-75 Масло МС-14 ГОСТ 21743—76 Масло ВНИИНП-6 ТУ 38-001168—74 Масло МБП-12 ГОСТ 7935—74 Против От —60 до +80; вы- сокая Кон се От —50 до +50; средняя От —50 до +80; средняя См От —50 до +50 От —30 до +40 От —10 до +40 От —45 до +150 От —10 до +50 оосыпочная 180 )в а ц и он н ы е 60 100 азочиые мае смазка Для внутренних полостей, в том числе и в условиях вакуума до 1,3-10‘3 Па М а з к и Для защиты наружных поверхностей при хранении изделий в укупорке до 10 лет Для защиты изделий в морских условиях и в приморских районах на сроки до 8 лет ла Для механизмов с малыми нагрузками (шарикоподшипники, микровинты и др.) Для подшипников скольжения, зубчатых передач, шарниров, валов и других механиз- мов при средних нагрузках Для микровинтов фокусировки (на иглах), точечных соединений и т. п. с высокими контактными нагрузками Для скоростных шарикоподшипников и узлов трения скольжения с высокими кон- тактными нагрузками Для шестерен, трибок типа часовых меха- низмов, фотоаппаратов (автоспуски, посты замедления) пар трения сталь—сапфир и дру- гих механизмов с высокими нагрузками
Примечание. Смазки, удовлетворяющие по верхнему пределу рабочих температур требованиям ТУ на изделия о тропическом исполнении, можно применять в тропических условиях с антнсептированием их 1%-иым раствором 4-капроил- резорцива. В смазки АЦ. КРОН и Орион следует Добавлять 0.3% гексаэтилдистаноксана.
Таблица 23.13. Смазочные материалы, примеиеиие которых допустимо в узлах приборов,
ие контактирующих с оптическими деталями и находящихся ие ближе 30 мм от иих
Обозначение Рабочий темпера- турный интервал, °C; консистенция Температура каплепадения по ГОСТ 6793 — 74. °C, не менее Применение
Смазка ЦИАТИМ-201 ГОСТ 6267-74 Смазка ЦИАТИМ-221 ГОСТ 9433—60 Смазка . ВНИИНП-228 ГОСТ 12330—77 Смазка ВНИИНП-257 ГОСТ 16105—70 Смазка ОКБ-122-7 ГОСТ 18179—72 А н т и ф р и От —60 до +90; низкая От —60 до +150; средняя От —45 до +150; средняя От —60 до +150; низкая От —60 до +120; средняя кционные см 170 200 175 180 160 а з к и Для подшипников качения, зубчатых зацеплений и других узлов с малыми кон- тактными нагрузками. Не рекомендуется применять в условиях прямого контакта с водой и при относительной влажности воздуха более 80%, а также при дли- тельном (более 3 лет) контакте с цвет- ными металлами Для подшипников качения, пар ме- талл — резина при умеренных нагрузках Для высокоскоростных шарикоподшип- ников (до 60 000 об/мин), узлов трения гироскопов, подшипников качения чув- ствительных опор точных механизмов и т. д. Для шарикоподшипников (скорость до 30 000 об/мин), редукторов, резьбовых соединений, в том числе при остаточном давлении до 1,3-10** Па Для подшипников качения и скольже- ния (в том числе гиромоторов до 25 000 об/мин), цапф шарниров, опор, зубчатых и червячных зацеплений и др.
Продолжение »абл. 23.13
Обозиачеиие Рабочий температурный интервал, °C; консистенция Температура каплепадеиия по ГОСТ 6793—74, °C, не меиее Применение
Масло смазочное 132-08 ГОСТ 18375—73 С м От —70 до +70 азочные масл а Для подшипников качении и сколь- жения
Примечание. Смазки, удовлетворяющие по верхнему пределу рабочих температур требованиям ТУ на изделия в тропическом исполнении, можно применять в тропических условиях при условии антисептнрования их 1%-ным раство- ром 4-капроилрезорцина.
Таблица 23.14. Замазки, применяемые в оптико-механических приборах
Обозначение Цвет, группа твердости Рабочий темпера- турный интервал, *С Температура каплепадеиия, °C Назначение
Замазка 5 Черный, мягкая От —50 до +50 +70 Уплотнение узлов и изделий с жесткими фланцами, заливка и уплотнение винтов
Замазка 30 Коричневый, мягкая От —60 до +130 Не плавится Уплотнение узлов и изделий с жесткими фланцами, заливка и
Замазка 25 То же От —60 до +130 > > уплотнение винтов
Замазка 50 Зеленый, мигкая От —50 до +50 +70 Уплотнение тонких фланцев, не- сущих оптику
725
Продолжение табл. 23.14
Обозначение Цвет, группа твердости Рабочий температурный интервал, ®С Температура каплепадеиия, °C Назначение
Замазка 35 Замазка 135 Замазка 140 Замазка 230 Замазка 245 Невысыхающий герметик 51-Г-З ТУ 38-405138—73 Замазка У-20А ТУ 38-105357—71 . Коричневый, мягкая Коричневый, полутвердая Голубовато- зеленый, полутвердая Черный, твердая Черный, твердая Черный, мягкая Зеленый, полутвердая От —40 до +50 От —60 до +130 От —40 до +50 От —40 до +50 От —60 до +130 От —60 до +100 От —50 до +70 +65 Не плавится +65 +70 Не плавится Не плавится Соединение на контакт больших поверхностей Уплотнение разъемных соедине- ний, имеющих в стыке средние за- зоры, уплотнение винтов Уплотнение зазоров более 0,5 мм, заливка головок винтов Уплотнение зазоров не более 0,5 мм. Завальцовка оптических деталей Уплотнение зазоров более 0,5 мм Герметизация разъемных соеди- нений изделий Герметизация заклепочных швов и разъемных соединений изделий. В условиях тропического климата применяют только в закрытых объ- емах
Примеча ние. Замазки, удовлетворяющие требованиям ТУ на изделия в тропическом исполнении по верхнему пределу рабочих температур, можно применять как тропикоустойчивые при положительном результате их испытания иа грибоустойчивость. При отрицательном результате — в замазку необходимо ввести 1%-ный раствор 4-капроилрезорцина.
Адсорбенты для осушки приборов
В качестве адсорбента для постоянной осушки находящегося внутри
прибора воздуха применяют технический силикагель (табл. 23.15).
Технический силикагель представляет собой высушенный гель кремние-
вой кисЛоты пористого строения, с сильно развитой внутренней поверх-
ностью. В зависимости от формы зерен силикагель бывает гранулирован-
ным или кусковым, а в зависимости от величины пор — мелко- или
крупнопористым.
Таблица 23.15. Основные характеристики
технического силикагеля (по ГОСТ 3956—76)
Сорт Внешний ннд Размер зерен, мм Механическая прочность, % Насыпная плот- ность. г/дм3 Влагоемкость, %, прн относи- тельной влаж- ности
20% 40% 60%
Не менее
Высший Первый Стекловидные прозрачные или матовые зерна овальной или сфе- рической формы Стекловидные прозрачные или матовые зерна овальной, сфери- ческой или непра- вильной формы. Цвет — от бес- цветного до темно- го с черными включениями 2,8—7,0 2,8—7,0 98 94 780 720 9,5 9,0 17,0 16,0 27,0 25,0
Для заполнения патронов постоянной осушки .рекомендуется
применять гранулированный мелкопористый силикагель марки КСМГ
высшего или первого сорта. Перед применением силикагель следует
просушить горячим воздухом при температуре 150—180° С для удаления
адсорбированной влаги.
Силикагель-индикатор представляет собой сухие зерна мелко-
пористого силикагеля, пропитанные раствором солей кобальта. Он
применяется или только для контроля относительной влажности среды
в замкнутом объеме прибора по изменению его окраски или одновре-
менно в качестве адсорбента и для контроля относительной влажности.
Ниже приводятся основные свойства силикагеля-индикатора
(ГОСТ 8984—75):
726
Цвет верен
От синего до
светло-голубого
Содержание верен размером 1,0—3,6 мм, %,
не менее ................................
Влагоемкость, %, не менее, при относитель-
ной влажности: ............................
96
20% ........................
50% ........................
13
20
8
При изменении окраски силикагеля-индикатора (за счет его увлаж-
нения) на сиреневую или розовую его следует перед применением про-
сушить при температуре 120± 5° С до окрашивания в светло-синий или
голубой цвет.
Литература; [89, 90, 98, 1081.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Апеико М. И.) Дубовик А. С. Прикладная оптика. М., Наука,
1971. 392 с.
2. Бардин А. Н. Сборка и юстировка оптических приборов. М.,
Высшая, школа, 1968. 325 с.
СЗ.Аэегунов Б< Н., Заказиов Н. П, Теория оптических систем.
М., машиностроение, 1973. 488 с.
4. Бородачев Н. А. Обоснование методики расчета допусков и
ошибок кинематических цепей. Ч. I. М.—Л., АН СССР, 1943. 88 с.
5. Бородачев Н. А. Обоснование методики расчета допусков и
ошибок размерных и кинематических цепей. Ч. II. М.—Л., АН СССР,
1946. 228 с.
6. Бородачев Н. А. Анализ качества и точности производства.
М., Машгиз, 1946. 252 с.
7. Бородачев Н. А. Основные вопросы теории точности произ-
водства. М.—Л., АН СССР, 1950. 416 с.
8. Браславский Д. А., Петров В. В. Точность измерительных
устройств. М., Машиностроение, 1976. 311 с.
9. Бруевич Н. Г. Точность механизмов. М., Гостехтеоретиздат,
1946. 352 с.
10. Бруевич Н. Г., Доступов Б. Г. Счетно-решающие устройства.
М., Военно-воздушная Краснознаменная академия им. проф. Н. Е. Жу-
ковского, 1954. 412 с.
Т 11. Вейнберг В. Б., Саттаров Д. К. Оптика световодов. Л., Машино-
строявне, 1977. 319 с.
ТЧ2.]Волосов Д. С., Цивкин М. В. Теория и расчет светооптических
систеж М., Искусство, 1960. 526 с.
13. Волосов Д. С. Фотографическая оптика. М., Искусство, 1978.
543 с.
-14. Войшвилло Н. А., Блинова Л. Д., Миронова Л. Р. Индика-
трисы рассеяния стекол, применяемых для рассеяния проходящего
направленного пучка света. — ОМП, 1974, № 2, с. 29.
15. Войшвилло Н. А., Демкина Л. И. Светорассенвающие стекла
для изготовления образцов мутности и имитаторов светорассеивающих
сред.—ОМП, 1972, № 2, с. 35. 1 11
16. Вудсон У., Коновер Д. Справочник по инженерной психологии
для инженеров и художников-конструкторов. Пер. с англ. М., Мир,
1968. 517 с.
17. Гальперн Д. Ю., Нефедов Б. Л. О возникновении рассеянного
света в оптических приборах и способах его устранения. — ОМП, 1953,
№ 6, с. 36—44.
18. Герцбергер М. Современная геометрическая оптика. Пер.
с англ. М., Изд-во иностр, лит., 1962. 487 с.
728
19. Гершун А. А. Избранные труды по фотометрии и светотехнике.
М.—Л., Гостехиздат, 1958. 548 с.
20. Городинский Г. М. Рассеивающие свойства восковых экра-
нов. — ОМП, 1963, Xs 9, с. 7—9.
21. Городинский Г. М.( Порохова Т. Г., Тоскуева Л. П. О чувстви-
тельности поперечных и продольных наводок в проекционных отсчет-
ных устройствах. — ОМП, 1971, Xs 6, с. 3—7.
22. Городинский Г. М., Орещенко Л. П. Исследование оптической
керамики КО1. — ОМП, 1977, Хэ 8, с. 34—35.
23. Городинский Г. М., Маленкова А. И. Рассеивающие свойства
матовых экранов в ближней ИК-области спектра. — Прикл. спектр.,
1972, т; XVII, Xs 2.
24. Городинский Г. М., Закорина Н. А. Рассеивающие свойства
матовых стекол при отражении. — ОМП, 1961, Хе 7, с. 35—39.
25. Городинский Г. М., Порохова Т. Г., Будин В. П. Разрешающая
способность экранных отсчетных устройств. — ОМП, 1976, Xs 2,
с. 51—56.
26. Городинский Г. М., Тоскуев Л. П. О некоторых фотометри-
ческих характеристиках иммерсионного экрана. — ОМП, 1972, Xs 3,
с. 61—62.
27. Грейм И. А. Оптические отсчетные системы в приборостроении
и машиностроении. М.—Л., Машгиз, 1963. 239 с.
28. Грейм И. А. Элементы проектирования и расчет механизмов
приборов. Л., Машиностроение, 1972. 216 с.
29. Грейм И. А., Зальц А. Е. Зеркально-призменные системы, их
расчет и элементы юстировки. Л., СЗПИ, 1978. 79 с.
30. Гришин Б<. С. Юстировка геодезических инструментов. М.,
Геодезиздат, 1962. 184 с.
31. Гришин Б. С. Юстировка сложных оптических систем прибо-
ров. М., Машиностроение, 1976. 205 с.
32. Гуревич М. М. Введение в фотометрию. Л., Энергия, 1968.
244 с.
33. Данилевич Ф. М., Никитин В. А., Смирнова Е. П. Сборка
и юстировка оптических контрольно-измерительных приборов. Л.,
Машиностроение, 1976. 255 с.
34. Джеррард А., Дж. М. Берч. Введение в матричную оптику
М., Мир, 1978. 342 с.
35. Днепровский Н. И., Каврайский В. В., Мусселиус М. М. Вве-
дение в практическую астрономию. М.—Л., ОНТИ, 1936. 408 с.
36. Долинский И. М., Дюкачева О. В., Рагузин Р. М. Особенности
механизмов для перемещения объектов в плоскости, перпендикуляр-
ной оптической оси микроскопа. — ОМП, 1969, Xs 5, с. 36—40.
37. Ельников Н. Т., Дитев А. Ф., Юрусов И. К. Сборка и юсти-
ровка оптико-механических приборов. М., Машиностроение, 1974.
350 с.
> 38. Ефремов А. А., Законников В. П., Подобрянский А. В. Сборка
оптических приборов. М., Высшая школа, 1978. 296 с.
39. Журавлев А. Н. Допуски и технические измерения. М., Высшая
школа, 1978. 251 с.
40. Захарьевский А. Н. Контроль оптических систем и приборов.
Л., ЛИТМО, 1946, вып. 2. 90 с.
41. Захарьевский А. Н. Конспект сферической тригонометрии
(с примерами из оптотехники), Л., ЛИТМО, 1948. 44 с.
42. Захарьевский А. Н, Интерферометры. М., Оборонгиз, 1952.
729
43. Иванцов А. И. Основы теории точности измерительных уст»
ронств. М., Изд-во стандартов, 1972. 212 с.
44. Ильин Ф. С., Федоров Г. И., Федин Л. А. Лабораторные оптн-
чесщйТюиборы. М., Машиностроение, 1966. 496 с.
(45 . Импульсная фотометрии. Сбориик статей, Л., Машиностроение,
1978TWH. 5. 264 с.
46. Ишматурова М. С., Сергеев Л. В. Оптический клей, прозрач-
ный в инфракрасной области спектра. — ОМП, 1967, № 12, с. 43—45.
47. Каталог светорассеивающих стекол (оптических). Л., ГОИ,
1975. 56 с.
48. Кемпннский М. М. Проектирование механизмов измеритель-
ных приборов. М., Машгиз, 1961. 143 с.
49. Кемпииский М. М. Точвость и надежность измерительных
приборов. М., Машиностроение, 1972. 264 с.
50. Коротков В. П., Тайц Б. А. Основы метрологии и точности
механизмов приборов. М., Машгнз, 1961. 400 с.
51. Коротков В. П., Тайц Б. А. Основы метрологии и теории точ-
ности измерительных устройств. Изд-во стандартов, 1978. 352 с.
52. Козлов М. П. Зубчатые передачи точного приборостроения.
М., Машиностроение, 1969. 398 с.
Т53. Кожевников Ю. Г. Оптические призмы. М., Машиностроение,
1975. 192 с.
54. Кравков С. В. Глаз и его работа. М.—Л., АН СССР, 1951.
531 с.
55. Крылова Т, Н. Интерференционные покрытия. Л., Машино-
строение, 1973. 224 с. »
56. Кругер М. Я., Кулежиов Б. М. Конструирование оптико-
механических приборов. М.—Л., Машгиз, 1948. 219 с.
57. Лебедев И. В. О некоторых свойствах систем плоских зер-
кал. — Труды ИФМ. Вып. 1. Минск, АН СССР, 1956, с. 125—151.
58. Литвин Ф. Л. Проектирование механизмов н деталей прибо-
ров. Л., Машиностроение, 1973. 696 с.
59. Максутов Д. Д. Изготовление и исследование астрономической
оптики. М.—Л., ГИТТЛ, 1948. 280 с.
60. Мальцев М. Д. Расчет допусков на оптические детали. М.,
Машиностроение, 1966. 265 с.
61. Микроскопы. Л., Машиностроение, 1969. 511 с./Авт.:
Г. Е. Скворцов, В. А. Панов, Н. И. Поляков, Л. А. Федин.
62. Михайлов Е. А. О повышении точности счетно-решающих
приборов методом регулировки. М., Оборонгиз, 1958.
63. Нагибина И. М., Прокофьев В. К- Спектральные приборы и
техника спектроскопии. Изд. 2-е, Л., Машиностроение, 1967. 324 с.
64. Нефедов Б. Л. Методы решения задач по вычислительной
оптике. М.—Л., Машиностроение, 1966. 264 с.
65. Оптико-механические приборы. М., Машиностроение, 1965.
366 с./Авт.: С. Г. Бабушкин, М. Г. Беркова, К. Р. Гольдин,
Н. Я. Крупп, К. А. Муниц, С. А. Сухопарое, К. И. Тарасов.
66. Оптические материалы для инфракрасной техники. М., Наука,
1965. 335 с./Авт.: Е. М. Воронкова, Б. Н. Гречушникова, Г. И. Дист-
лер, И. П. Петров.
67. Оптические приборы в машиностроении: Справочник/Под ред.
Н. П. Заказнова. М., Машиностроение, 1974. 238 с.
Т68 . Орлов П. И. Основы конструирования: Справочно-методиче-
ское пособие. М., Машиностроение, 1977. 357 с.
730
69. Ортоскопия фотограмметрических объективов. М., Недра,
J976. 176 с./Авт.: М. М. Русинов, В. Г, Афремов, А. Ш. Шахвердов,
Е. Г. Шлям.
70. Основы инженерной психологии. М., Высшая школа, 1977.
334 с./Авт.: Б. А. Душков, Б. Ф. Ломов, В. Ф. Рубахин, Б. А. Смирнов.
71. Панов В. А., Андреев Л. Н. Оптика микроскопов (Расчет и
проектирование). Л., Машиностроение, 1976. 432 с.
72. Плотников В. С., Варфоломеев Д. И., Пустовалов В. Е. Расчет
и конструирование оптико-механических приборов. М., Машгиз, 1972.
73. Погарев Г. В. Оптические юстировочные задачи: Справочное
пособие. Л., Машиностроение, 1974. 224 с.
74. Погарев Г. В. Юстировка оптических приборов. Л., Машино-
строение, 1968. 292 с.
75. Проектирование механизмов и прнборов/Под ред. К. И. Заблоп-
ского. Киев, Вшца школа, 1971. 520 с.
76. Рагузни Р. М. Проектирование механизмов микроскопов. —
ОМП, 1972, с. 36—39.
77. Рагузин Р. М. Предметные столики н препаратоводители ми-
кроскопов. — ОМП, 1973, с. 29—33.
Ч|Р 78. Русинов М. М. Габаритный расчет оптических систем. М.,
Геодезиздат, 1959. 258 с.
79. Русинов М. М. Техническая оптика. Л., Машиностроение,
1979. 488 с.
80. Русинов М. М. Несферические поверхности в оптике. М.,
Недра, 1973. 326 с.
81. Русинов М. М. Юстировка оптических приборов. М., Недпа,
1969. 326 с.
82. Сакин И. Л. Инженерная оптика. Л., Машиностроение, 1976.
255 с.
83. Сапожников Р. А. Теоретическая фотометрия. Л., Энергия,
1967. 268 с.
84. Скворцов Г. Е. О влиянии некоторых ошибок юстировки пано-
рамических систем на точность измерения углов. Сборник статей. —
ЛИТМО, 1956, вып. 19, с. 66—74.
▼ 85. Слюсарев Г. Г. Методы расчета оптических систем. Л., Маши-
ностроение, 1969. 672 с.
V86. Слюсарев Г. Г. Расчет оптических систем. Л., Машинострое-
ние, 1975. 639 с.
87. Сокольский М. Н. Влияние аберраций оптической системы
на точность нониального совмещения штрихов. — Опт.. и спектр.,
1970, т. XXIX, вып. 1, с. 183—189.
88. Сокольский М. Н. О точности продольных наводок в оптиче-
скиклдиборах. — Опт. и спектр., 1970, т. XXIX, вып. 2, с. 401—406.
бэГтСправочинк конструктора оптико-механических приборов. Изд*
2-е/ПВ5Г ред. М. Я. Кругера и В. А. Панова. Л., Машиностроение,
1967. 760 с.
90. Справочник по пластическим массам. Изд. 2-е/Под ред. В. М. Ка-
таева, В. А. Попова, Б. И. Сажных. М., Химия, 1975, т. 1. 447 с.;
т. 2. 567 с.
91. Справочник по военной оптике/Под ред. акад. С. И. Вавилова
и проф. М. В. Савостьяновой. Л., Гостехтеоретиздат, 1945. 263 с.
92. Справочник конструктора точного приборостроения/Под ред.
Ф. Л. Литвина. М.—Л., Машиностроение, 1964. 943 с.
93. Справочник конструктора точных приборов. Изд. З-е/Под ред.
И. Я. Левина. М., Машиностроение, 1967. 727 с.
731
94. Сухопарое С. А. Сборка и юстировка морских оптических
дальномеров. М., Оборонгиз, 1961. 180 с.
95. Сухопарое С. А., Долинский И. М. Методы расчета допусков
на юстировку оптических систем с помощью передаточных коэффици-
ентов. — ОМП, 1967, № 3, с. 1—5.
96. Сухопарое С. А., Долинский И. М. Передаточные коэффици-
енты оптических систем. — ОМП, 1967, № 4, с. 10—14.
97. Тарасов К. И. Спектральные приборы. Л., Машиностроение,
1977. 359 с.
98. Титановые сплавы в машиностроении/Под ред. Г. И. Капы-
рина. Л., Машиностроение, 1977. 247 с.
99. Топорец А. С. Монохроматоры. М., Гостехнздат, 1955. .264 с.
100. Тудоровский А. И. Теория оптических приборов. М.—Л.,
АН СССР. Ч. 1, 1948. 661 с. Ч. 2, 1952. 567 с.
101. Турыгин И. А. Оптические части приборов. Справочная книга
оптико-механика. Ч. 2. Под ред. Л. Г. Титова. М.—Л., ОНТИ, 1937,
117—180.
102. Турыгин И. А. Прикладная оптика. М., Машиностроение,
Ч. 1, 1965. 362 с.; Ч. 2, 1966. 431 с.
•у 103. Урмахер Л. С. Справочник по офтальмологической оптике
и приборам. М., Медицина, 1971. 179 с.
104. Фабри Ш. Общее введение в фотометрию. М.—Л., ОНТИ,
1934—с.
Д05. /1>един Л. А., Барский И. Я. Микрофотография. Л., Наука,
197П-И0 с.
106. Фурман Ш. А. Тонкослойные оптические покрытия, Л.,
Машиностроение, 1977. 263 с.
107. Хаизеи Ф. Основы общей методики конструирования. Пер.
с нем./Под ред. М. Я. Кругера. Л., Машиностроение, 1969. 165 с.
108. Цветные металлы и сплавы: Справочник. М., Металлургия,
1975. 216 с.
109. Цуккермаи С. Т. Точные механизмы. М., Оборонгиз, 1941.
304 с.
НО. Цурабо Д. Д. Детали и узлы приборов: Справочное пособие.
М., Машиностроение, 1975. 557 с.
?111. Чуриловский В. Н. Теория оптических приборов. М.—Л.,
Машиностроение, 1966. 564 с.
112. Чуриловский В. Н. Теория хроматизма и аберрация 3-го по-
рядка. Л., Машиностроение, 1968 . 312 с.
ИЗ. Шерклифф У. Поляризованный свет. М., Мир, 1965. 264 с.
114. Шнейдер Ю. Г. Образование регулярных микрорельефов на
деталях и их эксплуатационные свойства. Л., Машиностроение, 1972.
240
/115.ДИубников А. В. Оптическая кристаллография. М.—Л.,
АНМХСР, 1950. 275 с.
'V 116. Якушенков Ю. Г. Основы теории и расчета оптико-электрон-
ных приборов. М., Советское радио, 1971. 336 с.
117. HerzbergerM. Refractive Indices of Infrared Optical Materials
and Color Correction of Infrared Lenses. JOSA, 1962, v. 52, N 4,
p. 420—427.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ................................................ 3
Глава 1. Физическая оптика (Ф. А. Панов).................... 5
Электромагнитные волны. Спектр электромагнитных
колебаний ............................................. —
Уравнения волнового движения............... 6
Интерференция света. Основы теории интерферометров 7
Оптическая длина пути ................................. 8
Область и поле интерференции............... —
Входные и выходные зрачки и поле интерферометров —
Ширина щели при иелокализованных полосах... 9
Допустимый размер входного зрачка при локализован-
ных полосах ........................................... —
Интерференция в пластинках ........................... 10
Кольца Ньютона ....................................... 11
Принцип создания интерференционной картины в интер-
ферометре ............................................ 12
Дисперсия света. Основы теории спектральных приборов 14
Принципиальная оптическая схема спектральных при-
боров ................................................. —
Светосила спектрального прибора ..................... 15
Линейная дисперсия призменных спектральных приборов —
Теоретическая разрешающая способность спектральных
приборов.............................................. 17
Фраунгоферова дифракция от круглого отверстия .... 18
Увеличение прибора, имеющего спектральные призмы 19
Кривизна спектральных линий ......................... 20
Реальная разрешающая способность спектрального при-
бора ................................................. 21
Дифракционные решетки ................................ —
Угловая и линейная дисперсии решетки ............. 22
Разрешающая способность прибора с дифракционной
решеткой.............................................. 23
Излучение и поглощение све7а............................ —
Монохроматическое и сложное излучение :............. —
Законы теплового излучения АЧТ....................... 25
Излучение тел, не являющихся абсолютно черными 30
Соотношение между энергетическими и светотехническими
величинами ........................................... 31
Расчет световых свойств потока на основе кривой рас-
пределения энергии по спектру......................... 33
Светотехнические величины ........................... 34
Излучение равноиркостных поверхностей................ 38
733
i Реакция приемников лучистой энергии на падающий
5 поток излучения ...................................... 39
Отражение света ...................................... 41
. Поляризация света при отражении....................... 42
I Виды поляризации света ........................ 43
Потери света в оптических приборах.................... 44
Просветление стекол ................................... —
Расчет светопропускания и светопоглощения бесцветного
стекла ............................................... 45
Потери света при отражении и поглощении в светофиль-
трах ................................................ 46
Расчет интегрального коэффициента пропускания свето-
фильтра для видимой области спектра при сложном
излучении ...........................................
Светофильтры переменной плотности (фотометрические
клинья) .............................................. 47
Расчет коэффициента светопропускания оптических при-
боров ................................................ 48
Формулы для вычисления оптической плотности некото-
рых отдельных элементов оптической системы...... 51
Распространение света в анизотропной среде (кристаллы) 54
Двойное лучепреломление в одноосных кристаллах . . —
Положительные и отрицательные кристаллы. Волновые
поверхности Френеля .................................. 55
Поляризаторы...................................... —
Поляризационные призмы........................... 56
Примеры расчета симметричного поля поляризации
призм ................................................ 59
Оптические компенсаторы ............................. 60
Расчет интерференционной окраски кварцевой пластинки
при параллельных николях ............................. 61
Глава 2. Геометрическая оптика (В. А. Панов) .............. 63
Основные понятия геометрической оптики................. —
Строение пучка лучей .................................. —
Основные законы геометрической оптики.................. —
Параксиальная оптика ................................. .65
Главные точки, главные плоскости, фокусы и фокусные
расстояния .......................................... 66
Формулы, определяющие положение сопряженных точек.
Линейное увеличение в сопряженных плоскостях ... 67
Угловое и продольное увеличения ..................... 68
Узловые точки ...................................... 69
Построение изображения . . ........................... —
Построение изображения с помощью узловых точек 70
Преломление луча через сферическую поверхность ... —
Преломление через несколько сферических поверхностей 71
Оптическая сила системы ............................. 72
Инвариант Лагранжа-Гельмгольца........................ —
Бесконечно тонкая линза .............................. —
Система из нескольких линз, расположенная в воздухе 73
Линзы конечной толщины................................ —
Кардинальные величины системы, состоящей из двух
частей .............................................. 74
Ограничение пучков лучей в оптических системах .... 75
734
Геометрическое виньетирование ........................ 76
Положение зрачков и окон в основных типах оптических
систем ............................................... 77
Соотношения между линейным полем и светосилой си-
стемы (инварианты Лагранжа—Гельмгольца) .............. 78
Видимое увеличение оптических приборов................ 79
Видимое увеличение лупы ............................. 80
Видимое увеличение лупы, работающей с аккомодиру-
ющим или аметропическим глазом................. —
Телескопические или афокальиые системы.............
Сложный микроскоп .................................... 82
Передача перспективы оптическими приборами .... 85
Естественное впечатление ........ 86
Общие формулы для светосилы оптического прибора —
Светосила оптического прибора при малой передней
апертуре (объективы зрительной трубы, фотографические
объективы для ландшафтных съемок и т. д.)............. 87
Светосила оптического прибора при малой задней апер-
туре (проекционные приборы, осветительные системы,
прожекторы и др.) ..................................... —
Разрешающая способность оптических приборов.......... 88
Согласование разрешающей способности прибора с раз-
решающей способностью глаза ........................... —
Дифракционная разрешающая способность прибора . . —
Глубина изображаемого пространства ..................... 90
Глубина резкости телескопической системы.............. 92
Глубина резкости лупы и микроскопа .................... —
Глубина резкости при аккомодации глаза................. —
Аберрации центрированных систем ........................ 93
Аберрации третьего порядка. Коэффициенты Зейделя —
Коэффициенты аберраций третьего порядка бесконечно
тонких компонентов ................................... 94
Сферическая аберрация................................. 96
Кома.................................................. 97
Условие синусов ...................................... 98
Апланатические точки преломляющей поверхности ... 99
Формы апланатических менисков ........................ 100
Изопланатическое изображение элементарной поверх-
ности вблизи оптической оси.......................... 102
Астигматизм и кривизна изображения..................... —
Дисторсия ............................................ 101
Хроматические аберрации .............................. 105
Зависимость между волновой н продольной аберрациями 108
Объективы из двух склеенных линз ..................... 112
Особенности расчета окуляров ........................ ЛТЬ
Линзовые конденсоры................................... гТа
Назначение асферических поверхностей.................. 119
Выражение аберраций системы через аберрации ее ком-
понентов .......................................... .....
Формулы для вычислений аберраций системы после
окуляра ............................................. 120
Анализ кривой широкого наклонного пучка в меридио-
нальном сеченни ................................... 123
Отражение и преломление на плоских поверхностях опти-
ческих детален ...................................... —
735
Преломление луча через плоскость . . .......... . 123
Отражение от плоского зеркала .......................125
Система зеркал ....................................... —
Преломление пучка через плоскопараллельную пла-
стинку или призму................................... 127
Графическое построение хода луча через плоскопарал-
лельную пластинку (или любую ей эквивалентную
призму) методом редуцирования ...................... 128
Преломление лучей через призму в ее главном сечении —
Преломление луча, проходящего через призму вне пло-
скости главного сечения (внемеридиональный луч) ... 129
Дисперсия призм .................................... 130
Ахроматические клинья .............................. 133
Габаритный расчет зрительной трубы . » .............. —
Условия нерастраиваемости оптического прибора при
изменении температуры .............................. 139
Определение значений показателей преломления опти-
ческих стекол....................................... 143
Интерполяционные формулы М. Герцбергера для вы-
числения показателя преломления в инфракрасной
области спектра .................................... 146
Глава 3. Глаз как оптический инструмент (Л4. Д. Кругер) 147
Строение и свойства глаза ......................... —
Аккомодация глаза ...............................д « 148
Недостатки зрения .....................................—
Влияние на остроту зрения условий освещенности . 'ТУ 149
Световые пороги ..................................... —
Контрастная чувствительность ...".................... 150
Разрешающая способность ......................... —
Бинокулярное зрение ................................. 151
Цветоощущение........................................ 152
Глава 4. Оптические детали и узлы (Л1. Я- Кругер,
В. А. Панов) ........................................ . 154
Общие сведения ......................................... —
Условные обозначения, применяемые на чертежах и схемах —
Требования к оформлению чертежей оптических деталей,
узлов и схем ......................................... 155
Общие требования ..................................... —
Оформление рабочих чертежей деталей................. 156
Оформление рабочих чертежей узлов................... 162
Оформление оптических схем......................... s=-.
Линзы ................................................ 66^
Фаски на оптических деталях круглой формы (линзы,
сетки, светофильтры и др.) ......................... 168
Зеркала ............................................... —
Призмы............................................... 169
Составные призмы................................... 181
Расчет размеров призм ............................... —
Призмы с одной отражающей гранью (тип А)........... 183
Паразитные отражения в призмах..................... 184
Призменные системы для раздвижки окуляров по рас-
стоянию (базе) между глазами........................ 186
Призмы для разделения пучков лучей................. 188
736
Призмы для соединения полей .......................... 188
Оборачивающие призменные системы ..................... 190
Оптические шарниры ................................... 192
Клинья ................................................... —
Фаски на призмах и иекруглых пластинках........... 193
Дифракционные решетки .................................. 194
Сетки . •......................................... 198
Растровые (трансверсальные) сетки .................... 201
Допуски на изготовление заготовок сеток и лимбов. __
Выбор марки стекла ................................
Методы и точность нанесения делений на сетках . . . 202”
Сетки с искусственной подсветкой ..................... 206
Светофильтры...................................... 207
Стеклянные светофильтры для микроскопии .............. 209
Светофильтры для контрольно-измерительных приборов 210
Светофильтры поляризационные ......................... 211
Светорассеивающие экраны ............................... 212
Чувствительность визирования штрихов на просветных
экранах ...........................................' 214
Чувствительность визирования штрихов на непрозрач-
ных отражающих экранах ............................... 215
Разрешающая способность отсчетных устройств при
дополнительных системах наблюдения на экране . . . 216
Рассеиватели из оптической керамики КО1............... 217
Люминесцирующие экраны ............................. —
Защитные стекла ........................................ 218
Требования к качеству и чистоте защитного стекла . . . 219
Защитные стекла в бинокулярном телескопическом
приборе ................................................ —
Защитные стекла с обогревом ......................... 220
Жгуты волоконно-оптические гибкие...................... 221
Объективы ............................................. 231
Окуляры . . .......................................... /$44)
Типы окуляров и их характеристики..................
Автоколлимационные окуляры .......................... 250
Уровни ................................................ 252
Пробные стекла для проверки радиусов сферических по-
верхностей оптических деталей интерференционным ме-
тодом .................................................. 255
Допуски на чистоту поверхностей оптических деталей 257
Глава 5. Крепление оптических деталей (Н. А. Михайлов) 263
Общие положения ............................... —
Крепление круглых оптических деталей................... 264
Крепление завальцовкой ............................... 267
Крепление резьбовым кольцом........................... 269
Крепление пружинящими планками ....................... 273
Крепление проволочным кольцом......................... 275
Крепление приклеиванием ................................ —
Крепление зеркал ................................. 277
Крепление призм ........................................ 283
Крепление защитных стекол ............................. 301
Крепление линейных шкал .............................. 304
Глава 6. Типовые конструкции оптико-механических узлов
(А4. Д. Кругер, В. А. Панов, Р. М. Рагузин и
И, М, Долинский) .............. 305
737
Узлы крепления защитных стекол v.................... 305
Системы визирования .................. . . ........
Объективы телескопических приборов . .' ,......... ЛИЦ
Зеркально-линзовые объективы . . . ............. . оГ2
Фото- и кинообъективы ............................... 343
Мнкрообъективы ...................................... 316
Окуляры............................................... 320
Системы смены увеличения ............................. 327
Светофильтры.......................................... 330
Механизм клинового компенсатора...................... 331
Конденторы и коллекторы микроскопов................. 332
Выключающееся зеркало................................. 333
Крепление дифракционных решеток ...................... —
Модуляторы света...................................... 334
Фокусировочные механизмы ............................. 336
Глава 7. Диафрагмы, щели, бленды, наглазники и налоб-
ники (Л4. Я- Кругер, Б. Г. Резницкий, В. А. Панов) 338
Диафрагмы.......................................... —
Расчет ирисовых диафрагм ............................. 345
Щелевые диафрагмы............................... 346
Наглазники и налобники ................................. 347
Бленды и устройства для защиты от рассеянного света . . 352
Способы уменьшения вредного (рассеянного) света ... —
Глава 8. Расчет допусков иа изготовление н сборку опти-
ческих деталей, узлов и приборов (Г. В. Погарев) 357
Критерии оценки качества изображения и допуски на
дефекты оптической системы...................... 358
Расчет допусков на оптические поверхности и детали;
перпендикулярные оси системы........................ 362
Расчет допусков на наклонные оптические поверхности
и пластинки ........................................ 365
Влияние смещений н поворотов зеркально-призменных
систем на положение и ориентировку изображения . . . 367
Расчет допусков на оптические детали с учетом требова-
ний к точности функционирования и к сборке приборов 376
Пример расчета допусков на оптические детали артил-
лерийской панорамы ................................. 385
Глава 9. Методика структурного анализа Механизмов при-
боров (И. М. Долинский).................................... 396
Общие сведения ...................................... —
Основные определения ................................. —
Избыточные связи и местные подвижности в механизме 398
Методика структурного анализа ........................ 399
Определение общего числа подвижностей в кинематиче-
ских парах анализируемого механизма и числа контуров
в нем .............................................. 401
Таблица для структурного анализа механизмов ... —
Структурный анализ механизмов с упругими звеньями 406
Структурный анализ неподвижных соединений .... 407
Рекомендации по изложенной методике................. 413
Глава 10. Расчет и конструирование подвижных систем оп-
тических приборов (В. В. Кулагин) ........... 414
Механические системы оптических приборов............... —
Механизмы подвижных систем оптических приборов
(ПСОП) ............................................... —
738
Замечания к проектированию механизмов ПСОП .... 420
Характеристики точности механизмов ПСОП ...... 423
Причины и виды ошибок механизмов ................... 424
Определение ошибок механизмов ...................... 428
Расчетные формулы ошибок механизмов ................ 431
Расчеты на точность при проектировании (виды расче-
тов, исходные данные и условия) .................... 435
Критерии технологичности конструкций ............... 436
Критерии степени влияния ошибок..................... 442
Методы компенсации ошибок механизмов................ 444
Проектный расчет механизмов на точность............. 445
Проверочный расчет механизмов на точность......... 446
Примеры расчета механизмов на точность.............. 447
Глава 11. Направляющие для прямолинейного и враща-
тельного движения (Л4. Я- Кругер, М. И. Ка-
линин) .................................................. 456
Общие сведения ......................................... —
Принципы конструирования направляющих.................. 457
Направляющие для прямолинейного движения............ —
Направляющие с трением скольжения..................... —
Направляющие с треинем качения ...................... 468
Направляющие с внутренним (молекулярным) треиием 474
Направляющие для вращательного движения................ 475
Направляющие с трением скольжения..................... —
Направляющие для вращательного движения с трением
качения ............................................ 480
Конструкции и расчет специальных подшипников . . . 483
Крестообразный пружинный шарнир ..................... 485
Определение моментов трения в опорах скольжения и
качения ................................................ —
Глава 12. Винтовые механизмы (М. Я. Кругер, В. А. Панов) 491
Винтовые механизмы точного движения .................... —
Расчет винтовых механизмов .......................... 492
Точность винтовых механизмов ....................... 494
Конструкции отсчетных винтовых механизмов.............. 495
Точность изготовления ................................ —
Материалы для винтовых пар........................... 499
Глава 13. Зубчатые передачи (М. Я- Кругер, М. И. Калинин) 500
Общие сведения.......................................... —
Цилиндро-коническая передача с углом 90° между осями 502
Погрешности зубчатых передач........................... 505
Расчет моментов и усилий............................... 506
Расчет мертвых ходов ............................ . 509
Глава 14. Отсчетные устройства (Л4. Я- Кругер, В. А. Панов) 512
Оптические отсчетные устройства......................... —
Оптические отсчетные устройства непосредственного от-
счета ................................................ —
Оптические отсчетные устройства с микрометрами . . . 513
Шкаловые отсчетные устройства........................ —
Допуски на деления линейных и угловых шкал .... 515
Шкалы на металле .................................... 517
Размеры штрихов ...................................... —
Точность шкал ....................................... 518
Размеры цифр и знаков ............................... 519
Профиль штриха .......................... ........ ......
739
г
Конструкции отсчетных устройств ................. 519
Применяемые материалы ........................... 525 >
Точные фиксаторы ................................ 526 j
Глава 15. Герметизация и осушка приборов (М. Я- Кру-
гер, Б. Г. Резницкий) .............................. 529
Общие сведения ..................................... —
Конструкций корпусов приборов, сальников, патронов и
клапанов осушки ................................. 530
Расчет элементов уплотнения ...................... 531 ]
Глава 16. Покрытия оптических деталей (М. Я- Кругер,
В. Л. Панов) ................ 541
Виды покрытий ..................................... —
Основные характеристики и выбор покрытий......... 556
Глава 17. Защита от коррозии. Покрытия деталей оптико-
, механических приборов (А. М. Левинзон) . . . 558
Металлы и сплавы, применяемые без покрытий........... —
Контактная коррозия .................................... 559 '
Нанесение на чертежах обозначений покрытий.............. 562
Покрытия металлические и неметаллические неоргани-
ческие .................................................. —
Краткая характеристика покрытий ....................... —
Обозначения покрытий ................................. 563
Выбор покрытий ....................................... 564 I
Основные требования, предъявляемые к деталям, под-
вергающимся покрытию.............................. 567
Основные характеристики металлических покрытий . . 569
Основные характеристики' неметаллических неоргани-
ческих покрытий ..................................... 572
Покрытия лакокрасочные ................................. 574
Краткая характеристика покрытий.................... —
Обозначения лакокрасочных покрытий................ 575
Выбор лакокрасочных материалов для окраски деталей 576
Специфические лакокрасочные материалы, применяемые ’
8 оптико-механическом приборостроении................. 581
Требования к окрашиваемым деталям ................• —
Временная противокоррозионная защита изделий . . . 582
Глава .18. Источники и приемники света (В. А. Панов,
М. Я- Кругер).............................................. 584 .
Лампы накаливания для оптических приборов.......... —
Кинопроекционные лампы накаливания................... 585
Лампы накаливания с йодным циклом (галогенные) для
оптических приборов ................................. 592
Лампы электрические светоизмерительные..............
Дуговые лампы высокого и сверхвысокого давления . . .
Ртутно-кварцевые лампы .............................
Ксеноновые лампы с дуговым разрядом ................
Газоразрядные циркониевые лампы ...................... 593
Газоразрядные спектральные лампы с линейчатым спек-
тром излучения....................................... 598
Импульсные и стробоскопические лампы................. —
Фотоэлектронные умножители ............................ —
Болометры ............................................ 612
740
Электронно-оптические преобразователи (ЭОП) .... 612
Фоторезисторы и фотодиоды.......................... — Об/
Глава 19. Организация рабочего места и органы управле-
ния приборами (М. Я- Кругер, Р. М. Рагузин) 613
Рабочее место оператора ............................... —
Органы управления............................ 615
Расположение и мнемоничность органов управления 616
Средства отображения информации ....................... 617
Пульты управления ..................................... 618
Глава 20. Технические требования к оптико-механическим
приборам (Б. Г. Резницкий) .................................. 619
Общие требования ...................................
Требования по стандартизации и унификации . . . .
Требования к консервации и упаковке ................
Эргономические требования и требования технической
эстетики ............................................. 620
Требования по безопасности труда................. —
Требования к составным частям приборов ................. —
Требования к оптическим деталям............... 621
Требования к оптическим деталям, находящимся в опти-
ческих системах ........................................ —
Требования к телескопическим приборам ................ 624
Требования к устойчивости приборов к внешним воз-
действиям при эксплуатации ............................. —
Требования к приборам, предназначенным для работы
в районах с тропическим климатом ................., . 633
Глава 21. Основные правила разработки конструкторской —
документации (5. Г. Резницкий).............................. ю36
Стандарты, используемые в начальной стадии разработки
конструкторской документации .......................
Стандарты, используемые при разработке чертежей
Стандарты, используемые при разработке технических
условий . .......................................... 644
Стандарты, используемые при разработке эксплуатаци-
онной документации ................................ —
Глава 22. Оптические материалы (В. А. Панов) .... 645
Оптическое бесцветное стекло .......................... —
Оптическое цветное стекло ............. 658.
Оптические кристаллы ................................ 664
Оптическое кварцевое стекло (плавленое)........ 667
‘; Оптические ситаллы ..................................... 671
Оптическая керамика ................................. 673
Оптические термопластичные полимерные материалы . . 679
Стекло органическое конструкционное ................. 683
Светорассеивающие стекла ............................... —
Стекло листонос малопузырное ........................ 686
Клеи для оптических деталей ............................ —
Глава 23. Конструкционные материалы (Б. Г. Резницкий) 690
Стали углеродистые качественные конструкционные . .
Легированные конструкционные стали................
741
Литейные стали................................... 694
Сплавы алюминиевые для холодной обработки.......... 695
Сплавы алюминиевые литейные ....................... 696
Сплавы алюминиевые спеченные....................... 702
Сплавы цветные литейные.............................. —
Нейзильбер........................................... —
Титан и его сплавы .................................. 703
Пластичёские массы ............................... 704
, - Смазки и масла .................................... 720
Замазки ............................................. —
Адсорбенты для осушки приборов ...................... 726
Описок литературы ......................................... 728