/
Текст
- КОМПЕНСАЦИЯ
М. Ла
.ы
в поrРЕШНОСТЕЙ
в ОПТИЧЕСКИХ
. .ПРИБОРАХ
Ленинrрад
«Машиностроение.
Ленинrрадское отделение
1985
ББК 34.9
Л27
УДК 681..7 : 681,4.0-75'
р е Ц е н з е н т канД. теХН. наук В. А. Зверев
Л27
Латыев с. 'М.
Компенсация поrрешностей в оптических приборах.
Машиностроение, Леljинrр. .отд-ние, 1985.
248 с., И{Е.
1 р. 30 К.
/л.:
/
в книrе изложены методы повышения показат
лей качества оптических прибо-
ров путем компенсации поrрешностей, во%НикаЮlЦИх. при их изrОТОВJJении и эксплуа-
таЦИII. Даны теоретические основы расчета компенсаторов и МеТОДЫ ПОВJ>IшеНIfЯ ка-
чества приборов на стадии проектирования. Рассмотрены типовые компенсаторы по-
rрешностей оптических функциональных устройств, механизМов и принципы процесса
компенсации. . '
I<ниrа предназнач.,.ена
дJJя ин}кенерно-технических работников, занимающихся
конструированием, изrотовлением и эксплуатацией оптических приборов.
п 2706000000-150 150-85
038 (01 )-85
. ,
ББК 34.9
605.8
Святослав МихайловИ
ЛА TDIEB
КО
ПЕНСАЦИЯ
ПОfРЕШНОСТЕЙ'
В ЩIТИЧЕСКИХ
:ПРИБОРАХ
Редактор л. М. Ман,учарян,
Художественный редактор с. с. Венеди1(mО8
ТеХlJический редактор Т. М. Жилиц,
"
Корректоры: и. F. Иванова, А. и. Лаврuнен/(,о
О,бложка художника А. Ф. Каширских .
ИВ N9 4094
.
..
Сдано в 'набор 06.11.84. Подписано в печаТЬ 02.04.85..М-21З72. Формат .60
Ol/18.
'Бумаrа типоrрафская .Н2- 3. rарнитура литературная. Печать высокая. Усл.печ.л. 15,5.
Усл.кр.-отт.15.5. Уч.-изд.л.17,2. Ти
ажЗО90ЭКз. Заказ 12. Цена 1 р.ЗОк.
Ленинrрадское отделение ордена TpYAOBoro KpacHoro Знамени ·
издательства «Машиностроение», 191065, Ленинrрад, ул. ДзерЖlIнскоrq, 1 О
Леllинrрадская типоrрафия N2 6 ордена TpYAOBoro KpacHoro Знамени
Ленинrрадскоrо об
единения «Техническая книrа» им. Евrении Сок
овой
" Союзполиrрафпрома при rOCYA&PCTBeHHoM коМитете СССР ,
по 'делам издательств, полиrрафии и КНII}КНОЙ Торrов:Ли.
193144, Ленинrрад, УЛ. l\'\оисеен!{о, 10.
..
@ Издательство «Машиностроение»
1985 r.
iI р Е Д И С Л О ,В И Е
Современные тенденции развития точноrо приборостроения ста-
вят пер д оптической ПРОIvlышлеН!lQСТЬЮ задачу П9 даЛЬ}lейшем
и значительному повышению качества выпускаемых изделии. В этон
.. u
связи большое значение имеет Систематизация и развитие путеи
и методов повышения качест а оптических приборов
Одним из путей повышения показателей t<ачества 'приборов
.. u .
является компенсация поrрешностеи, возникающих при изrотовленин
и экrплуатации приборов. Этот способ в'есьма эффективен и позво-
ляет не только получить требуемые показатели .к чества, но и рас..
ширит!> допуски на изrотовление и сборку деталей и узлов црибора
а также ПО ЫGИТЬ производительность работы прибора. В настоя-
щее время накоплен достаточно большой опыт по применению ком-
,пенсаТОрО поrрешностей в точном приборостроении и машино-
строении. Компе саторы поrеешностей некоторых механиз ов pa -
C OTpeHЫ в работах [1 , 38, 48], компенсаторы IJоrр ШНО,стеи приво-
дов станков и передач n; работах [20, 44], электронных измери..-
тельных устройств в работах [2-, 5, 12]. I-IекоторbIе вопросы
компенсации поrрешностей в опти еских ПР И 9 0 рах (ОП) излощены
в 'стаТI;?ЯХ и работах по юстировке приборов [9, 11, 33, 47, 541.
- Вместе с тем СilIедует отметить, 'что мноrие задачи, возникающие
- u
при исцользовании, компенсации поrрешностеи, еще не решены,
поэтому эффективность применения этоrо спосо а nо ышения каче-
ства,приборов используется не в полной мере и существенно зависит
от опытности разработчика (конструктора). На практике бывают
. случаи, коrда требуемые J оказатели качества прибора невозможно
получить из-за. orQ, что не предусмотрены необходимые компенса-
торы, или они предусмотрены там, rде в них нет надобности. Зача-
стую применяемый КОМlIецсатор не обладает достаточным диапазо-
ном работы, цеобходимой чувствительностью и надежностью. МетОД
компенсации бывает не соrласован с qбъемом рыпуска приборов
и условиями ПрОИЗБодства. Указанные недостатки, как правило,
выявляются только при .изrотовлении опытных образцов или в про-
цессе эксп уатации прибора, коrда их уже трудно или невозможно
устранить.. · -
Использование досrижений науки и передовоrо опыта по КОldпен"
сационному методу повышения качества изделий особенно важным
.является дЛЯ ОП, ни один из которых не обходится без IOct-ировки, ,
основанной, как известно [32, 54], на компенсации поrрешностей
изrотовления и сборки деталей прибора с помощью T X ИJlИ иных
КQмпенсаторов. Однако в литературе практически ОТСУТСТJ3уют опи,.
сания способов компенсации поrрещностей ОП, основ теорци комцен...
сации систематических и случайных поrрешн.остей, методик расч та
омпенсаторо13 а также работы по систе tати ацип и кдассификации
1. З
типовых компенсаторов поrрешностей ОП, которые позволили бы еще
на СТадии разработки схем, КОНСТРУlЩий и технолоrических процес-
сов изrотовления. и юстировки прибора эффективно применять
. u u
компенсацию поrрешностеи для повыш ния показател и качества.
В предлаrаемой книrе сделана попытка осветить некоторые воп-
u I ,
росы комценсации поrрешностеи, не нашедшие д{)стато ноrо отра-
жения в литературе, а также обобщить практический опыт по приме-
нению компенсаторов поrрешностей функциональных устройств оп. .
Автор выражает признательность сотрудникам ЛОМО, rои и
ЛИТМО А. с. Васильеву, В. п. Треrубу, В. А. Звереву, В. В. Боба-
шеву, ю. А. Степину, Е. А. Васильеву, r. В. Поrареву, А. М. Бур-
о баеву, H. и. КРУЧfIНИНОЙ за предоста леНИ,е материалов и обсужде-
ние некоторых разделов рукописи. Автор будет блаrодарен читате-
лям за все замечания. и р:ожелания, KOTopыe они сочтут нужным
сделать, и просит направлять их по адресу: 19106 , Jleнинrрад,
ул. Дзержинс.коrо, 10, ЛО Ij:здательства «Машиностроение».
"
rлава 1 .
..
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА
ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
..
Для cOBpeMeHHoro оптическоrо приборостроения характер-
ным является неуклонное повышение требований к качеству произво-
димой продукции точности, надежности, качеству изображения,
экономичности (технолоrичности) производства. Успешное выпол-
u
нение нормируемых техническим заданием показ.ателеи качества
при проектировании новых" и модерниз ции выпускаемы. приборов
зависит от критическоrо анализа вариантов;- схемных, конструктив-
ных, технолоrических и друrих решений с целью 'выявления и
устранения недостатко13. .,
Рассмотрим методы повышения качества' ОП при проек'tи.роваНИII.
в случае, коrда первqначальное решение не обеспечивает требуемых
показателей качества, особенности этих методов и взаимосвязь.
1.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
.
Качеством продукции называется совокупность свойств продук-
ции, обусловливающих ее приrодность удовлетворять определ нные
потребности в соответствии.с ее назначением [39]. Качество прибора
отражает способность выполнять ero функциональное назначение
в соответствии с техническими условиями. Для объективной оценки
качества прибора ero свойства неоБХОДИМ0 характеризовать коли-
чественно....... показателями :kачества.
Показатели качества хар.актеризуют технико-экономические осо-
бенности прибора и классифицируются по следующим основным
rруппам [39]. ' .
Показа:rели назначения характеризуют Itазначение, обла.СТЬ "при-
менения, производительность, точность, светосилу, разрешающую
способность, дальность действия, KOHCTPYKT}fBHble особенности. '
Показатели надежности характеризуют безотказность, itOJlro-
вечность, ремонтоприrодность и сохраняемость прибора. .
Показатели технолоrичности характеризуют степень соответ-
ствия прибора и el"o элементов оптимальным условиям совремеиноrо
производства./ Важнейшими технолрr»ческими nоказателями каче-
стра продукции являются коэффициент -сборности (блочности) изде-
ли'я, коэффициент использования рациональных материалов, удель-
ная TpyдoeMKO TЬ. /
Эрrономические показател,И позволяют оценивать степень при-
спрсобленности рибора к взаимодействию с человеком (с точки зре-
ния удобства, r.иrиены и безопасности труда и т. п.).
Эстетические показатели характеризуют внешний вид прибора,
ero сооtветствие современному стилю, rаРМОН,ическому сочетанию
эле ентов чрибор М ЖДУ СQбой, СQQт етстрпе формы прибора ero
пазцачению.
б
Показатели стандартизации и унификации характеризуют степень
использов-ания и применения в данном цриборе стандартизованных
унифицированных и заljмствованных узлов и деталей. ./ , ,
Патентно-правовые показатели :характеризуют патентосп соб..
u
ность и патентную чистоту cxeMHЫX и кон-структивных р шении
прибора. . , '"
Наиболее мноrочисленнqй rруппой являются показател назна-
чения. ДJIЯ оптически приборов существуют как общие показатели
назначения (показатели точности функциониро]3ания, качества изо-
бражения)., так и чаСтные (показзтеJIи, характериз ющие параллель-
ность визирнь!л осей бинокулярных приборов, увеличение микро"
скопоп, ,светосилу фотоrрафических' приборов и т. д.).
Компенсацию поrрешностей мы будем рассматривать преимуще-
ственно на основе обеспечения с ее помощью общих показателей
назначения оптических приборов: Вопросы применения компен а-
торов 'для обеспечения частных показателей назначения, \ а также
u '
показателеи надежност , технолоrичности и друrих решаются ана-
лоrично. . .
Рассмотрим, какими показателями характеризуются качество
изображения, создаваемоrо оптической системой прибора, ,и точность
ero... функционирования.. ,"," .
Показатели качества изображения. Эти 1Токазатели' характери-
зуют способно ть оптической системы прибора создавать ИЗО9ражение
BbIcoKoro качества. т. е. rеометрически подобное предмету '. неиска..
'женное по форме .с правильной передачей[деталей контраста и цвета.
Кроме Toro, изображение предмета до жно' занимать правилъное
пространственное положение (чтобы не б:DIЛО параллакса, поворота
и наклона изображения).iВ настоя ее время нет единоrо показателя
(критерия) качества изображеlJИЯ характ ризующеrо все перечи-
сленные'требования. I
На практике качество изображения, создаваемое оптической
системой, оценивв.ют следующими основными показателями: разре:.
шающей спосо..бностью, остаточными волновыми или rеометрическими
аберрациями, частотно-контрастной характеристикой.
Качество изображения точки зрения правиль'ности ero про-
CTpaHcTBeHHoro положения оценивают значениями р сфокусировки,
уrловоrо или линейнqrо паралл кса, наклона и поворота.изобра-
жения. . . .' .
Показатели точности функционирования прибора. В большин-
___ CTB ОП происходит не только оптическое, но и механическое элек..
трическое и друrие виды преобразований .сиrнала. Качество таких
.приборов определяется уже не только показателями качества изо-
бражения, но и показателями точности- rо фу кционирования, т. е.
П9казателями характеризующими потери информации при преобра...
З0вании сиrнала от об'Ьекта всеми функциональными устройствами
прибора, ПОК(tзателями точности функц онирования прибора яв.
ляются: .
поrрещность ЦрИОQра .......... разность ,между действительным и pac
четным (и.цеа,л!;!f!ЫМ) П3Ч f!ип.l\1И иnформаТИlНNfQ цapaM Tpa _13 OA'
6
I \
Hoto сиfнала fIрибора, ёорtвеtстйуioiцими информати.вному пара.
метру входноrо сиrнала; ' "
поrрешность ФУНКЦИОНИРQвания прибора разность между дей-
ствительным и расче'rНЫМ изменениями , информативноrо пара метра
выходноrо сиrнала прибора, соответствующими изменению, ИНФ9рма" I
тивноrо параметра входноrо сиrнала; - .
. поrр'ешность в'ОСf1РОИ3ВОДИМОСТИ прибора .....:.. разность действи-
тельных значений информативноrо .парамеrра выходноrо сиrнала
прибора, соответст у щих ,одному и тому же информат tlвному пара-
метру входноrо сиrнала при повторных циклах функционирования.
Такими же показателями характеризуется тоЧность р.аботы
фУН,кционаЛЬ!jЫХ устройств ,прибора. Например ,/ показателями точ-
-Ности р'аботы механизмов являются поrрешности положения ведо-
Moro звена, перемещения и поrрешность от' MepTBoro хода........... основ-
ная причина поrрешности- ;воспроизводимости мех, низмов ' ( 5].
Основным показателем точности как приборов, так и фу'нкцио-
нальных устройств Я1)ляется поrрешность> функционирования, кото-
рая в соотв тствии с rOCT ..8.009 72 нормируется характеристиками
систематической и случайной ее составляющи.х. либо хара теристи-
ками ее суммарной поrрешности.
1.2. ПОfРЕш80СТИ' И ФАI<.ТОРЫ, .
ВЛИЯЮЩИЕ НА ,I<.АЧЕСТВО ПРИБОРА
Поrрешности, возникающие при изrотовлении и эксплуатации
прибора, в существенной мере влияют на б9ЛЬШИНСТВО ero показате"
,-,. . ..
леи на\3начения, а также на показатели надежности и технолоrич.;
ности. Рассмотрим подрорнее поrрешности, влияющие на.показатели
качества 113Qбражения;, создаваемоrо оптической системой,' и 'на
показатели точности функционирования.. .
Поrр wности, влияющие, на качество ИЗQбражения. На качество
изображения, создаваемоrо оптической системой, влияют поrреш-
ности,. которые м..ожно объединить 'в следующие rруппы:
. 1) отклонения от расчетных характеристи'к материала оптиче.. ,
ских деталей (показателя преломления, средней дисперсии);
2) поrрешности изrотовления деталей (радиусов, кривизны, тол-
щины, клиновидности); "
3) поrрешности сборки оптической системы (децентров!<и, дефор-
мации, о'!'клонения от расчетныIx воздушных промежуткqв); .
, 4) поrрешности, возникающие при эксплуатации оптическоrо .
прибора из-за изменения температуры, атмосферноrо. давления,
вибраций, 'рефракций- воз:душных слоев й Т'. д. ,
Поrрешности, влияющие на точность прибора. Поrрешно'сть
функционирования прибора'обусловлена потерями информации еще,
до поступления на ЧУВСТВJ:lтельный элемен прибора, в приборе и при
реrистрации результатов. ' . .
ДQJIриборные или методические П1>rрешности обусловлены оши..
бочностью илц недрстаточностью разработки принятой теории меТода
функционирования либо допущениями в отношении объекта, сиrнала....
"
7
, "
иЛи kaiIaJla прохождения си.rнала. МеТОДические fIоtреtпtfости хараК-
терны.д.ця приборов, принцип действия которых основан на косвенных
методах измерения. Например, в функции, заложенной в ОСНОВУ'
. работы импульсных светодаЛЬН9меров: D == Ct/2п, rде D дистан-
ция до объекта; С скорость света в B aKYYMe; ,t время прохожде-
ния излучения до объекта й обратно; п показатель преломления
среды, предполаrается, что <;корость света и показатель прелрмления
. среды на трассе измерения постоянны и p aBHЫ некоторым конкрет-
ным значениям. При реальных измерениях эти параметры MorYT
u
отличаться от принятых значении, что. .приводит К поrрешности
, ,
А )1,...
v тах дейстВ.
J
v:>
4"2
1
О.
. 60
120
180
240 300 lf,.,. о
, ,
Рис. 1.1. rрафик поrрешности\ от MepTBoro хода дву-хпарноrо зубчатоrо
реДУКТора .
измерения дистанции. Друrим примером методической поrрешности
может служить поrрешность, возникающая из-за дискретности
измереций. На рис. 1: 1 изображен rрафик поrреIiIности от MepTBoro
хода зубчатоrо редукfора, измеренной через 1° поворота ( ) веда-
Moro звена (примерно две точки контроля на зуб ведомоrо колеса).
Если такую передачу контролировать в оrраниченном числе точек
(например, в трех-четырех, как это часто бывает на ПР,актике), то
может возникнуть большая методическая поrрешность, представляю-
щая.. собой ра3НОСТ9 между истинныIM (за которое можно принять
в нашем примере значения MepTBoro хода по rрафику) и полученным
u
при дискретном измерении, значениями маКСИJ,\1альнои поrрешности:
L\SMeT ::;: КV maX действ....... Av max И3М. . ,..'
к методическим поrрешно.стям относят также допущения о рас-
положении, температуре, форме объекта и поrрешностJt..ориентирова-
ния прибора относительно объекта (например, поrрешности, возни-
u u
кающие при измерении линеиных перемещении оптиметром из-за
наклона ero трубки относительно направления перемещени ; по-
rрешности измерения уrлов наклона зеркала ав околлиматором
из-за коллимационной ошибки). " /
В том. случае, коrда в основу ФУНКЦИОНl!рования прибора поло-
u
жено допущение о прямолинеином распространении света на участ е
от объекта до прибора, к методическим поrрешностям следует отнести
влияние рефракции воздушных слоев, приводящей к искривлению
линии визирования. и ухудшению качества изображения. В против-
8
ном случае ее относят к факторам, ПРИВОДЯЩИМ к эксплуатационным
поrрешностям. '
Приборные илц инструментальные поrрешности обусловлены П,о-
терями информации в оптических, меха1:lических,' электрических
и друrих преобразователях сиrнала из-за допущений в заложенной
функции преобразования, поrрешностей изrотовления и сборки эле-
ментов, влияния эксп уатационных 'поrрешностей и факто-
ров. _ . ,
Допущения в функцци" преобраЗ0вания сиrнала (их называют
также теоретическими поrрешностями)" бывают трех ВI:IДОВ [18]:
1) использование вместо строrой теоретической функции, связ'ываю-
щей информативные параметры выходноrо и входноrо сиrналов,
приближенной функции (например, замена танrенсной зависимости,
СВЯЗЬ1вающей yroJI поворота автоколлимационноrо зеркала с пере-
мещением из.ображ ния на сетке автоколJiиматора, линейцой зави-
симостью); 2) окруrле,ния параметров, входящих в функцию преобра-
зованиЯ', производимые из за наличия иррациональнь чисел либо
требований rOCTa (например, окруrление до ближайших значений
rOCTa радиусов кривизны линз, окруrление модуля зубчатоrо
зацепления ДО ero значения из нормальноrо ряда); 3) конструкти ные
допущения, характерные для реальных конструкций высших кине-
матических пар (см. п. 5.3). I .
ПоrреШНОС1"И изrотовления и сборки элементов явлS{ются техно-
лоrическими и представляют собой отклонения от расчетных значе-
ний характери тик материалов, поrрешности раэ еров; формы и рас-
положения деталей. Технолоrические поrрешности одни из самых
мноrочисленных ,и наиболее сильно вл»яющих на точность функцио-
нирования (и качество изображения) прибора первичных поrрешно-
стей. Эксплуатационные поrрешности представляют собой поrреш-
ности размеров, форм и положения деталей, а также изменения харак-
теристик материалов, ИСТОЧНИI50В и приемников излучения из за.
влияни наrрузок, вибраций, сил трения, перепада температуры,
давления, влажности, раДИ8ционноrо излучения и т. п. ·
Поrрешности реrистрации обусловлены потерями информации
при реrистрации --результатов ,функционирования прибора. Эти
поrрешности связаны, как праВИЛ9,. с оператором tI вызваны запаз-
дыванием или опережением реrистрации сиrнала, поrрешностями
считывания результата, управления (наведения); настройки и вы-
верки прибора, обработки результатов.
поrрешности реrистрации условно выделены в отдельную rруппу
и связаны не только с объективными параметрами и характеристиками
прибора, но и с субъективными психо-физ!{олоrическими возмож-
ностями очератора. Так как 'поrрешности считывания и наведения
зависят от конструктивных паР(lметров прибора, 1'0 их часто относят
K эксплуатационным, инструментальным поrрешностям. Поrреш-
ности обработки результатов, особенно в случае, коrда прибор вы-
дает их в неявном виде, относят к методическим поrреш'ностяи.
Поrрешности настройки и выверки MorYT бьiть отнесены к тем и
друrим.
9
.... ..
Перечисленные поrрешности, влияющие Ha качество ОП, будем
называть пеРВИЧНЫl\lIИ поrрешностями и факторами. Они представ-
ляют обой отклонения от номинальных значений КОНСТРУКТИВН:QIХ
.параметров деталей и сборочных единиц 1, изменения влияющих
факторов ( q'), ОТКЛQН НИЯ от расчетных значений функции преоб-
разования сиrнала в приборе ( /) и отклонение йнфqрмативноrо
параметра сиrнала, поступающеrо на вход прибора, от ero номи-
нальноrо ,значения ( X): . q == q qo; q' == q' qo; / == / /0;
x == Х ........... Хо, rде q, q', х действительные значения.. конструктив-
ных параметров, влияющих факторов и Jfнформативноrо параметра
, ,
входноrо сиrнала. соответстве,ННО; qo, qo, Ха h-оминаЛl?ные значе-
нця конструктивны параметров, влияющих факторов.. и инфор-
мативн;оrо параметра входноrо сиrнала COOTBeTCTB HHO; /, 10 дей-
ствительная и номинальная функции, связывающие информативные
параметры У и х выходнqr'О и ВХОДНdrо сиrналов соответст-
венно.
Заметим, что первичные фа.кторы приводят к изменению конструк-
тивных парамеТРОБ деталей и сборочных единиц, т. е. оказывают
влияние на качество 'прибора посредством q, причем один первич-
вый фактор (например, изменение температуры) может действрватъ'
на изменение к--ак рдноrо, так и нескольких конструктивных пара-
метров одновременно. '
. Каждая отдельная первичная поrрешность и фактор влияют на
тот или иной показатель качества ОП, 'это влияние будем называть
в дальнейшем частичным влиянием (частичной поrрешностью, расфо-
кусировкоf1", параллаксом) и обозначать: YAq, YAq" YAX, YAf.
Функция, связывающая частичное влияние .с первичной поrреШНQ-.
стью или фактором, может быть в' общем случае как линеиной, Ta '
и нелинейной, и называется передаточной функцией (ко.эффициентом
влияния) первичной поrрешности (фактора). f#
Основное внимание при компенсации поrрешностей будет уделено
инструментальным поrрешностям, оказывающим доминирующее
влияние на точность р'аботы и качест о изображения оп.
Классификация поrрешностей, влияющих на качество прибора.
Как уже, отмеч лось, н.а качество прибора влияет. большое ,количе-
ство разнообразных первичных поrрешностей и факторов. По при-
роде, возникнове'ния они MorYT -бытр случайными инеслучайными.
.. По результату действия поrрешности. подраЗделяются На оказываю-
щие случайное и неслучайное воздействие на качество партии прибо..
ров и каждоrо прибора в о:rдельности.. .
Случайными по своей природе являются поrрешности и факторы,
изменяющиеся нереrулярно, :все они претерпевают рассеяние при
1 Поrрешности конструктивных параметров сборочных единиц' являются комп"
лексными [18 J, обусловлеu:ными пер;ВИЧН IМИ поrрешностями изrотовления и сборки .
деталей. Обычно в качестве комплексных первичных поrрешностей принимают
поrрешности п6купных элементов (например, шарикоподшипников, фотоприемни..
ков) и поrgешности СQОР,ОЧНЫХ единиц, нормируемых К9мплексным показателем
(например, кинематическая пеrреШНQСТЬ зубчатых колес, поrрешность Фокусноrо
расстояния склейки объектива и Т. д.).
,.
10
f30зttиkновеtt И и не Moryr btTb заранее опредеJiеНЬi однозначно по
своим параметрам.. . _
к таким поrрешностям относятся B e поrрешности технолоrиче-
cKoro характера (фоку-сных расстояний линз, уrлов призм, де-
центровки, эк:сцентриситеты шкал, лимбов), отклонения свойств
материалов, эксплуатационные поrрешности, обусловленные дейст-
вием случайных факторов (из-за влияния. сил. трения, вибра-
ций, турбулентности атмосферы, нестацион рных температурнь 'х
полей). ' /. q.. "
Некоторые из случайных поrрешностей MorYT иметь сист мати-
ческую. (неслучайную) составляющую. Например, пqrрешность диа-
а)
..Jjq
--Af{
Дr[
P(A )
.
Испра8имый
арак
.
Рис. 1.2. Поля рассеяния диаметра (а) и толщины (6) линзы
· u
метра линзы величина случаиная, однако, претерпевая рассея-
'ние в поле допуска, эта поrрешность. имеет одltП знак (минус), опре-
деляемый заданным ОДНОСТОРОf{НИМ поЛ'ем допуска. Системаrиче-
екая составляющая (p c. 1.2,. а) определяется координатой
середины поля допус а Aoq == ,0,5 (AqB + Аqи), rД I1qB' I1qи верх-
нее и нижнее предельные отклонения поля допуска соответст-
венно. '
Т.ак KaI{ при изiотовлении линзы стремятся избежать неисправи-
Moro брака, то дейст ительное поле .рассеяния а (Aq) смещено отно-
сительно пол допуска и исходноrо рассеяния 0"0 (Aq) (за которое
обычно прин имается рас<;еяние, подчиняющееся заКОI:1У raycca)
, на величину а. Таким образом центр rруппирова ия М дейс:rвитель-
Horo рассеяния не совпадает с центром поля допуска. С и среднее
(неслучайное) значение первичной поrрешности равно Aq === Aoq +а.
Значение а зависцт от метода обраб !ки (автоматический, пробных
проходов), а == (О --+-- 0,2) Aq [37]. При расчетах пользуются относи-
тельным значением а, которое называется относительным коэффи-
Цl:fентом асимметрии q == а/бq, . rде бq......... половина. 'поля .допуска.
Тоrда
i1q == . oq + rxq бq.
-
(1.1)
11
Для записи систематической состаВJIйющей случайной поrрешности
удобно пользоваться так называемым приведенным коэффициентом
асимметрии поля допуска [18]
· C q == A;/&J == l1oq/Bq + q, . (1.2)
откуда кq == Сqбq.
В тех случаях, KorAa задан симме ричный допуск на параметр '..
детали (расстояние между отверстиями, уrловы размеры, толщины
линз и пластив), или же происходит симметричное рассеяние зна-
чений поrрешности или влияющеrо фактора, систематическ;ая состав-
л.яющая OT YTCTByeT (C q == О) 'либо определ.яется только 'смещением
центра действительноrо поля рассеяния от номинальноrо (C q == <Xq).
Примером этоrо является поrрешность толщи'ны линзы (рис. 1.2, б),
среднее значение которой несколько больше номинальноrо значения
из-за стремления рабочеrо-оптика иметь вОзможность удалить воз-,
никшую царапину или иметь запас для подrонки радиуса под проб..
ное стекло. \'
Неслучайными по сво й природе являются поrрешности, неи ме- .
няющиеся или изменяющиеся закономерно, параметры их MorYT
быть ,зара ее определены. К ним относятся HeK Topыe методические,
теоретические, эксплуатационные поrрешности, обусловленныIe дей-
ствием систематических факторов (например, деформации от извест-
ных сил, температурные деформации от стационарных температур-
ных полей). .'
3aMeT M, что де,формации от известных сил и температурные дефор-
маЦfIИ относят к систематическим поrрешностям условно, так как
u u
они имеют случаиную составляющую, из-за влияния случаиных
факторов. Например, уrол скручивания валика под действием неко"
T,oporo момента может быть рассчитан заранее по известному моменту
сил, диаметру валика, моду,nю сдвиrа материала и длины скруч вае-
. Mor участка. Однако ЗJIачение действительноrо уrла может отли-
'чаться от рассчитанноrо из-за. поrрешности изrотовления диаметра
и отклонений характеристик материала от расчетных. Рассчитан-
u
Н9е значение зазора между оправои и диаметром линзы при заданном,
изменении температуры может отличаться от действительноrо из-за
поrрешностей изrотовления их диаметров и отклонений коэффи-
циентов линейноrо расширения материаЛQВ от расчетных. Так как
рассчитанное значе ие таких поrрешностей мало отличается от
'действитеЛl!НЫХ значений (мала случайная составляющая), то эти
поrрешности принято относить к систематическим.
По характеру воздействия на качество прибора поrрешности
также МОЖJIО классифицировать на случайные и неслучайные. Эту
классификацию осуществляют для партии прибор в. (т. е. для слу-
чая, коrда прибор не изrотов ен) и для KOHKpeTHoro экземпляра
(для учета изменения поrрешн стей при повторных циклах 'функцио-
нирования riрибора). .
. Например,' для партии приборов практически в-се поrрешности
технолоrическоrо происхождения' (за ,исключением отклонений ха-
рактеристик матеllиала ОПТl:Jческих деталей из стекла одной плавки)
12
оказывают случайное --воздействие lIа kачество прибора. Для' КОН-
KpeTHoro же экземпляра эти поrрешности.оказывают неслучайное
влияние на качество.
Рассмотрим поrрешности фокусноrо расстояния объектива и экс-
центриситет - лимба Для партии приборов цх влияние на качество
случайное, так как неизвестны ни начение, ни знак поrрешности.
u u ,
На единичныи экземпляр эти поrреш ости оказывают неслучаиное
влияние, так как для KOHKpeTHoro прибора известны их - значение
и знак. При повторных циклах функционирования прибора они
будут оказывать одно и то же влияние на ero качество и' не претерпе-
вать р'ассеяния.' . .
. u
Некоторые поrреlJlНОСТИ оказывают случаиное ч:лияние как на
качество всей партии приборов, --Так и на качество еДИНИЧНQrо при-
бора. К ним отно ятся, напри.мер, рефракция ВОЗДУИlноrо тракта,
влияние сил трения, -случайные поrрешности считывания 11 др.
Неслучайные по своей природе причины и факторы оказывают зако-
номерное влияние на ачество всей партии и единичноrо прибора.
Например, теоретическая поrрешность автоколлиматора оказывает
одинаковое действие на точность работы как отдельнqrо прибора,.
так и всей партии приборов.
По характеру изменения значений первичные поrрешности и фак-
торы подразделяются на неизменяющиеся (постоянные), переменные
реrулярные, переменные нереrулярные и смешанные. Изменение или
посто'Янство их зна!lеаиЙ,рассматривают в зависимости от изменения
выходноrо (или входноrо) информативноrо параметра прибора
в процессе ero функционирования (изменения из"'за износа и старе-
ния материалов при этом не учитываются). '
К постоянным относят такие поrрешности, значения которых
не изменяются в функции' у, это отклонения свойств материалов,
технолоrические поrреШI!ОСТИ размерqв И,ПQложений деталей (поrреш-
ности толщин -линз, уrлов призм, децентровки и перекосы поверх-
ностей), деформации от постоянных наr,рузок. '
К переменным реrулярным относят те поrрешности, которые
изменяются закономерно ;в функции у. ПримерQМ может служить
измен'вние деформации трубы телескопа (rнутие телескопа) под дей-
ствием силы тяжести в случае изменения уrла места, а также теоре...
",. I 't
тические I поrрешности. '
к переменным нереrулярным относят поrрешности и факторы,
из еняющиеся нереrулярно в функции у. Это,' например, шерохова
u u,
. тость поверхностен де ален, оиение колец шарикоподшипников, -
эксплуатаЦИОНН Iе по решности из-за неста иль ости сил трения
и прочих случаиных факторов. .
К смешанным относятся поrрешности, из енение которых в функ-"
ции У имеет постоянную или переменную реrулярную и,переменную
нереrулярную составляющие. Это поrрешности дел ния линейных
и KpyroBbIx шкал, шаrа винта, кинематические поrрешности зубча-
тых колес.' . '.
По направлению первичные поrрешности и факторы (10дразде..
ляются на скалярные и векторные. Скалярные характеризуются
13
ТОЛЬко числеlt ьtМ значением (с учеtом знака), направление отсчета .
KOToporo вполне определенно. Это поrрешности размеров деталей,
деформации от сил тяжести, изменени размеров при колебании тем-
пературы .B KTopHыe поrрешности характеризуются численным
значением и направлением. При расчетах направление векторных
поrрешностей считают неопределенным и заранее неизвестным. К ним
относятся децентрировки линз, 'эксцентриситеты шкал, смещения
из-за вибраций" Jурбулентность атмосферы.
..' Частичные влияния первичных поrрешностей в зависимости
от характера вызываемых их первичных поrреШНОGтей также под-
..,
Ау разде яются на случаиные и не-
случаиные. . ..
в зависим сти .от характера
изменения частичноrо. влияния
(riоrрешности) в функции BЫ OД-
Horo информативноrо' параметра
прибора их подразделяют [5] на
аддитивные, му льтипликативные,
степенные, периодические и ком- .
бинированные (рис. 1.3). Вид 'час-
тичной поrреШН9СТИ зависит не '.
только от изменения значения пер-
вичной · поrрешности ..(в функции-
у), но и от вида их связывающей
передаточной функции.
Аддитивные частичные поrреш-
ности (например, поrрешность
от сt.'50Я шкалы', прибора) имеют
постоянное значение, не зависящее. от у (l1у == co)nst). МУЛЬТИJlЛИ-
кативные ПQrрешности (накопленные) изменяются пропорционаЛЬНd
у (6.у ==' ky). Примером может служить \ поrреШНQ,СТЬ измерения
уrла наклона зеркал'а автоколли атором и -за поrрешности фо-
KycHoro расстояния объектива, расфокусировка на краю поля
из-за разворота светоделительноrо зеркала BOKpyr оси, периен-
дикуля.рной к плоскости падения луча. Степенная поrрешность
имеет вид l1у == kym.. Такой характер имеют обычно теоретические
поrрешности, аберрации оптической системы (например, кома и
дисторсия из-за децентрировок линз). Периодические частичные
поrрешности изменяются в функции у по периодическому; заЕ:ОНУ ,
(например, l1у а sin Jky). Типичными пример'ами являются поrреш-
ность уrлоизмерительноrо прибора, , обусловленная эксцентриси-
TeToM Lro лимба, и наклон изображения из-за поrрешности установки
плоскоrо зеркала в сходящемся пучке лу ей. Некоторые fIоrрешцости
имеют комбинированный x paKTep. Как правило" это поrрешности,
обусловленные смешаннымц первичными поrрешностями (напри -
мер, поrреШ}lОСТЬ измерения...размеро окулярным винтовым микро-
метром из-за поrрешности шcrrа винта). .
'Кл.ассификация первичиых поrрешностей по природе и воздей-
ствию на качество прибора на случайные и неслучайные, знание их .
14 # .
.
, ,
........
/
Рис. 1.3. rрафики чаСТQЧНЫХ поrреш..
,
ностеи:
1 комбинированной; 2 муль-типлика-
тивной; 3 аддитивной; 4 периоди-
чеСКОЙ;1 степенной '
, .
u 4' u
вида и своиств имеет важнеишее знач ние при расчете компенсато"
ров; ыор Toro или иноrо метода компенсации, разработке методики
их юстировки.,
1.3. ПОВЫШЕ.НИЕ КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
В рроцессе проектироваНИlI на стадии анализа ,техничеtкоrо
рещения производится проверка соответствия' расчетных показа-
тел й качества qп требованиям техническоrо задания.. Как правило,
первонача ьное решение'" не является уд<?влетворительным и по в-
ляется необходимость повышения показателей качества проектируе-
oro объекта--з счет 'каких-т мероприятий изменений конструк-
ции, ужесточения допусков, примененuя новых технолоrических
процессов. . Наиболее эффективно качество объекта может быть
повышено именно в процессе проектирования,. Существует несколько
методов повышения качества оп.
Технолоrический метод основан на том, что для изrотовления
" .-/
прибора используют маlJ1,ерuалы с высокими nоказаmeлямu, напри-
мер, стекло первой катеrории по 8n е , (n F nc), по' оптической
. однородности и двойному лучепреломлению; применяются высокока-
чественные элементы (прие'мники, сточники; шарикоподшипники
и т. п.); назначаются жест uе допуски на размерыIи положение дета-
лей ТаКQЙ прием повышеН!lЯ качества ОП связан со значительным
удорожанием ПР.ОИЗБодства и не может считаться наиболее эффектив-
ным. Кроме Toro, развитие теiнолоrических возможностей отстает
.от предъявляемых требований к точности изrоrовления элементов
и приборов и простое ужесточение допусков н'а их изrотовление
и сбор у чаще Bcero не дает желае оrо результата. Однако ПОВplше-
"иие качества технолоrическоrо оборудования и технолоrических
процессов определяет перспективность даННоrо метода. .
Вместе с тем, технолоrический метод повышения Ka eCTBa при-
бора следует считать полезным и эффективным при более полном
и" правильном использовании уже имеЮЩИХС$l .теХНОJIоrических
возможностей производства. В качестве примера применен.и,Я этоI:'О
метода повышения качества IJрибора сравним новую модификацию
круrлоrо поворотноrо стола СТ -320 с серийно выпускаемым толом
СТ-24 (приспособление к универсальному измерительном микро-
скопу УИМ-24). При разработке этоrо стола блаrодаря ИСПОЛЬgова-
нию новых материалов (ЦИАМ [O 5., фторлон), высококачественных
элементов (шаров подшипников с rfоrрешностью диаметров не более
O,1 O,2 мкм}, технолоrических ВОЗМО l!остей оборудования уда-
лось повысить точность новой модификации примерно в два раза.'
В уrлqизмерителрном приборе с одностороннам отсчетом одной ир
основных поrрешностей, влияющей на точность работы, -является
остаТОЧНЬ1Й эксцеНТРИС}lтет лимба после центрировки последнеrо
относительно оси вращения ПQ кольцевой риске .или штрихам. Для
уменьшения этой поrрешности было предложено 1 (рис...1.4) наносить
;1, А. с. 623709 (СССР).
Jtj
I Рис.
деления на лимб 4, предварительно закрепив ero на оправу 2, ис.
по.льзуя внутренний диаметр оправ-ы 'как базу. Диаметры D 1 , D 2
(валика 5, BOKpyr KOToporo вращается стол 3, соединенный с лим-
бом) и 'D 3 (шаров 1) 'nОЛЖНЫ быть изrотовлены с большой точностью
(поrрешности диаметров D 1 и D 2 составляют 0,2 O,3 мкм) вЬ избе-
, жании эксцентриситета после сборки
1 2 узла лимба с валом.
о Проектный метод повышения ка'.
чества ОП (наиболее лерспективный) ,
основан на. раци.ональном перерас-
пределении допусков и параметров,
изменен и конструкции отдеЛЬН IХ
деталей и узлов, сх.емы или J1РИНЦИ-
на, функцион'ирования' прибора или.
ero функциональных устройств.
Рациональное nерерасnределенuе
допусков позволяет существен,НО по-
Рис. 1.4. Схема конструкции уr.ло" высить технолоrичность прибора, а
с'.
измерительноrо стола иноrда и ero показатели назна-
. чения. НаПЕимер,' в объективах до-
пуски на центрl:iровку отдельных
линз часто назначают одинаковыми,
u
однако децентрировка каждои линзы
влияет на величину аберраций по-
у разному, поэтому целесообразно рас-
ширить допуск на линзы, которые
влияют слабо, и сузить допуск на
те, которые впияю очень сильно.
., ) Примером этоrо может служить
распределение допуска на центри-
ровку поверхностей объектива «AraT-
14» с переменным фокусным расстоя-
нием для кинокам ры «ЛОМQ-215».
В этом объективе" содержащем 18
поверхностей, фактически только де-
центрировка поверхностей трех по-
следних линз (особенно последней
измерительноrо И предпоследней) существенно влияет
устройства дальномера на каче"t.ТВО и бражения (кому). Зна-
чения коэффициентов влияния на
изменение попере ных абер аций ,при децентрировке поверхностей
на 0,01 мм. для f' == 9 приведены' в табл.' 1.1. '
Для получения требуемоrо качества изображения были назна-
чены жесткие и равные допуски на центрировку всех элементов.
Однако это не позволило получить хорошеrо качества всех. изrотав-
ливаемых объективов. Перераспределение допуска в сторону ero
существенноrо расширения (в соответствии с коэффициентами влия-
ния децентрировок повер!,-ностей) на все элементы, но с обеспечением
возмо ности юстировки комы последних линз (см. п. 4.2),. позволил-о
16
1
XJ
получить Jребуемое качество изображения и повысило технолоrич-
ность изделия.. \
Повышение качества' изделия раЦUОН,альным перераспределением
v
параметров рассмотрим на ПРJiмере измерительноrо устроиства
оптическоrо Аальном:ера (ЛИJlЗОВОМ компенсаторе) рис. 1.5. С по-
v '
мощью этоrо устроиства производят измерение диетанции до цели
посредством измерения цараллактическоrо уrла' у. Оно содержит
афокальную телескопическую систему 4, 5, отклоняющую пучок
лучей при перемещении т а б л и Ц а' 1.1
положительноrо компонен-
та с помощью двуплеяеrо
рычаrа 3 и винтоооr9 ме-
ханизма 1, 2.
У rол у связан следую-
v
щеи зависимостью с КОН-
структивными параметра- I
ми устройства и уrлом х
ПОБорота винта:
у '2 k pxl(f' , 1 2п),
.
.ib .
Номер поверх- I
н ости
... .... Н I: .
" " d.
" " //-
Коэффициент влияния
.
. rде '1' '2 длины плеч
рычаrа; k, р число за..
. OДOB и шаr резьбы винта
соответственно; f' фо-
кусное р.асстояние линзы
5. В типовых узлах у
. 10', '1 == '2; k == 1; р ==
== 1 мм, фокусные расстоя..
u
ния линз устроиства коле.. _
блются в пределах от не- .
скольких l'4eTpOB до 1 О м.
. Измерение параллак..
тическоrо уrла должно
производиться . С поrреш-
ностью .не (\более 0,2 0,3".
Основные поrрешности фунkционирования устройства обусловлены
поrрешност"ью фокусноrо расстояния f' линзы YAf' == y f'lf:;
поrрешностью длин плеч р Iчаrа '1, r2 YArl' Ar 2 == + y rl, 2/'1, 2;
поrрешностью шаrа винта p Y4P === r2 plrlf'; поrрешностью форм
опорных поверхностей рычаrов Ilh 1 , h2 YAhl == '2Ilhl/('lf' , YAh2 ==
== Ah 2 lf' и осевым ,зазором CO в винтовой паре Ily co == r2 cO/(rIf').
Если точность'функционироцания устройства опред лялась бы
только поrрешн'остью f', то пределы!йй допуск на эту первичную
поrрешность, в относительных единицах был бы равен Ilf' If' == Ilyly ==
0,05 %. Такой допуск технолоrически выдержать невозможно.
Следовательно, необходимо компенсировать влияние этой поrреш-
ности. Так как эта поrрешность, а также IlYAr" И YAr1 носят мульти"
пликативный характер, то реrулированием одноrо из 'плеч рычаrа
МОЖНО произвести взаимокомпенсацию их, влияния. Реrулировкой
'7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 .
12
13
14
15
16
17
18
О, 15. 10 2
O,3.10 6
О 3. 10 3
, .
0,4. 10 3
0,44.10
0,7.10 3
0,6. 10 6
0,46.10 3
О 9'6. 10 2
,
o 12. 10---2
, ,
0,15 мкм/рад
0,15 мкм/rад
о, 1 · 10-:-
0,001 мкм/рад
0,44
039
, ,
0,16
0,57
, u u
компенсируется также влияние накопленном состав-ляющеи поrреш-
ности шаrа винта. (см. пп. 3.2.и 5 2). Местцая поrрешность шаrа
винта при этом не Кdмпенсируется, что требует назначен я на нее
. жестких допусков и обязательной индивидуальной проверки микро-
м трических винтрв [40 J. ' ·
. з фо.рмулы дЛЯ Y&P следуе , чт<? влияние поrрешности шаrа,
винта зависит от соотн шения '"1,/'1. Следовательн , если предусмо-
треть эти параметры не равными друr друrу, как в типовом узле,
а принять '1 == (2 -+- 3) '2' то влияние' поrрешности шаrа винта
(а также поrрешностей Ahl' co) бу ет ослаблено в два три раза.
Это озволит существенно ПОВЬ1СИТЬ технолоr чность винтовой пары
а)
;'/////L////(//////////
0)-
////////////7///////
1'""
t
М 1
Mz п
. (
J!.
. L
.1J
, Рис. 1.6. Схема компараторов:
э, п эталонная и поверяемая шка.'1Ы;. М 1 1I М 2 отсчетные
- микроскопы
блаrодаря расш.ирению. допуска на поrрешности ее изrотовления (
и возможности пе реходС! к выборочному КОНТР9ЛЮ. ДЛЯ обеспечения
ТРебуемых характеристик у ла изменение соотношений длин плеч
рычаrа приведет к изменению' пар метров .винта- (увеличению шаrа,
при том же значе ии.х либо увеличению чи ла обореТQВ, винта при
неизменном значении р). Увеличение длины винта, как известно,
, u о'
приводит к некоторому возрастанию' н акопленнои t составляющеи
поrрешности ero шаrа. Однако, во-первых, это возрастание незна-
читеЛЬН0, а BO BTOpЫX, акопленнаЯI составляющая компенсируется
реrулировкой размера од оrо из плеч pbl ara. Такое перераспреде-
ление конструктивных napaMeTpdB рычаrа и винта может вызвать
увеличение rаб-аритных размеров устройства. Рациональной компо:
u ' .
новкои конструкции это можно устранить.
. Примером решений" позволяющих' существенно снизить влияние .
поrрешности шаrа винта на точность и чувствительность перемеще-
ния, выполняемоrо с помощью винто рычажIfоrо привода'$ Moryr/
служить механизм TOHKOf; фокусировки икроскопа типа «Винкель» ,
и наводящие устройства теодолитов [11], соотношения длин плеч
рычаrов в которых равны 1/3 1/5." . '
Изменения в конструкции nрuборов Mo.rYT существенно повысить
их качество. На рис. 1.6, а представлена, схема компаратора, в :кон-
струкции KOToporo собл дается принцип Аббе, . поэтому при повороте
стола на уrол cp он обладает поrрешностью йзмерения dY1' BToporo
порядка малости
. Y1 ==, L 2 sin 2 L\cp/2 L6. 2/2, '
./'
18
I
а компаратор, кЬйстРУкция kOT r>oro не удовлетворяет принциnУ
Аббе, (ри,с. .1.6, б), имеет .поr-реIiIность первоrо __ ПО,рядка
, Y2 == Н sin cp H cp.
На рис. 1.7, а изображена схема измерительной автоколлима-
ционной rОJIОВКИ, качество .И 9бражения и TO HOCTЬ работы коfорой
MHO O лучше блаrодаря изменению' конструкции. В автоколлима-
а)
3
Рис. 1. 7. Схемы конструкций измерительной rоЛОВКИ
ционной rоловке прототипа (рис. 1.7, б) поrрешность' положения
зер кал а 3, стоящеrо между линзами телеобъекти)!а, приводит. к коме
и друrим аберр.ациям. Поrрешность положения зеркала 3 (рис. 1.7;,а),
стоящеrо в параллел ном пучке лучей телеобъек!ива 1, 2, практи-
а)/ 2
"
з
4-
. .
1
,
Рис. 1.8. Основания rОРИЗОНТaJIЬНЫХ длиномеров:моделей
ИКУ..2 (а) ,Н изr..4 (6)
. чески ни'какоrо влияния 'на качество изображения не оказывает,'
здесь также существенно снижена трудоемкость юстировки. Еще
одним примером является сравнение конструкций оснований rори-
З0нтальных длиномер6в ИКУ-2. и изr-4 (рис.' 1.8, й, б). В длино-
. мере ИКУ -2 основание 1 является несущим элементом пинольной
бабки 2, предметноrо-стола 3 и измерительной бабки 4. Под дей-
ствием вес'а. измеряемоrо объекта возникает проrиб основания,
приводящий к'поrрешности измереция до 1 мкм. В длиномере изr.4
19
'ОСНО8аНие 1, несущее измер\йтельньiе бабки, разrружен<) ОТ преДМет-
Horo стола, и проrиб ни}кнеrо основания 2 прибора под действием
веса объекта мало сказывается на точности измерения (поrрешность
достиrает 0,2 мкм при максимальной HarpY3Ke)., .
Изменением схемы устройства можно повысить качество прибора.
На, рис. 1.9, а, б приведены схемы винтовоrо и спир льноrо оку-
лярных икрометров. Спиральный микрометр обладает теми же.
техническими возможноетями, что и винтовой, однако, блаrодаря
замене пос.тупательноrо движения подвижной сетки 1, осуществляе-
.
Moro винтовым отсчетным механизмом 2, вращательным движением
а)
Рис. 1.9. 'Схема винтов rо (а) и спиральноrо (6) ОКУЛЯR"
} Horo микрометров
u u- u -
сетки со спиральнои и линеинои шкалами, имеет меньшую поrреш-
ность измерения. Изменение схемы микрометра уменьшило длину
u u
отсчетнои кинематическои цепи, ч:rо привело к повышению ero точ-
"
о)
а)
)(
3
J[ .
J[ ][
Рис.. }.10. Схемы отсчетноrо привода
ности (коническая зубчатая передача 3, 4 являеrся привод?м и не
оказывает влияния на точность прибора).
. На рис., 1.10, а, б представлены две схемы отсчетных приводов
приборов, око чательноrо Bap aHTa и первоначальноrо. Оба при-
вода состоят И3 одинаковых червячных 1, 2 и зубчатых 3, 4 пар,
110 переставленных местами. Червячные пары имеют передаточные
о:rношения i == 1 : 120,. зубчатые........ i == 1 : 3. Ма симальную. по-
20
rрешtIQСТЬ уtЛА ПОВороtа при3мыI С ПОМОЩЬЮ nриводэ., изоораженitСfО
на рис. 1.1 О, а, определим из выражения
Y ax == I1Уl + Y2/120 + уз/120 + ' Y47360,
rде Yl' Y2' Уз, Y4 кинематические поrрешности червяч-
Horo колеса; червяка, зубчатоrо колеса 3, и зубчатоrо колеса 4 соот-
ветственно. , ,
Максим льная поrрешность друrоrо привода (рис. 1.1 О, б) со-
ставит
11 '
Ymax == Уз + Y4/3 + ДУl/ 3 + Y2/360.
· Если для упрощени.я вычислений примем, что Yl Y2 Уз
Y4' получим
1 11 /
Ymax/ Ymax 1/1,6.
Таким образом, изменение схемы, привЬда прибора J}
позволило повысить точность ero работы примерно
в 1,6 раза.
3начительноrо повышения качества прибора удает- J1 .
ся достичь, путем изменения nринццnа функциони- uf 8' Oz
рования прибора'. В качестве примера приведем' све-
u б б Рис. , 1.11.- Па..
тодальномер, изм ряющии дистанцию олее ыстро раллактический
и точно, чем оБыIноo приме .яемые монокулярные и треуrольник
стереоскоqйческие 9птипески дальномеры. I .
Измерение дисrанции оптическими дальномерами основано на
решении параллактическоrо треуrольника 0102Ц (рис. 1.11). rлав-
ной причиной поrреШНОС1И измерения дистанции являетс поrреш-
.НОСТЬ ивмерения параллактическоrо уrла Е. .
Поrрешность измерения дистанции D из-за поrрешности измере-
ния параллактическоrо уr'ла Е для дальномера с базой В равна
D B == B E/E2 == D2 E/B.
Поrрешность 'измерения' параллактическоrо уrла зависит не
только от технолоrиtIеских и эксплуатационных поrрешностей дадь-
HOM pa, но и от поrрешности, обусловленной оrраниченной остротой
зрения оператора. Эта поrрешность, например, при етереоскопиче-
ском способе наблюдения составляет около 10" и вызывает так назы-
ваемую теор тическую ошибку .дальномера, равную
ET == 1 О "/r"
rде r увеличение дальномера.
Поrрешность измерения дистанции из-за теоретической ошибки
дальномера достиrает существенных зн чений. Н'апример, при D
== 6000 м, В ==.1 м и r == 10x DAE == (6000)2 10" .5.10 6/(1 х
, т
. Х 10 Х ) 180 м. Измерение дистанции светодаль омером основано
на измерении времени прохождеJlИЯ (t) излучения от дальномера до
. объекта наблюд ния:.D == Ct/(2n), rде С скорость распростране-
ния света в вакууме; n показатель преломления среды (воз-
духа). .
ц
]} = В/Е
21
fлаВНая i1оrрешitость измерения JIJiстанции . йЬзнitkаеt из-за
поrрешности измерения времени (t) прохождения . сиrнала. Совре..
мецные спосоры ПОЗВОЛ!lЮТ намерять промежутки времени с' точ-
ностью около .10 9 с: Исходя. из этоrо D e === C t/(2n) ==
== 3. 108 · 1 0 9 / (2 · 1) == 15 см. '.
Как видно из расчетов, поrреШН9СТЬ измерения дистанций свето-
дальномером не зависит от дистанции и,зн чительно меньше поrреш-
ности оптическоrо дальномера. По друrим показателям качества
(н пример, производительности измерений) он также превосходит
. u
оптическии .дальномер, однако уступает ему в надежности.
13
- .
v;Y14
f/,,;I-...., 16
'
15 ,
f9
8
'tf'
I
6
I
7, 1 2
. ..
1 · J
.. >т
. .
5
Повышение качества прибора, не обязательно связано с полным'
изменением принципа действия, достаточно бывает лишь изменить
, принци,:! действия ero основных преобр азователей. Например, замена
визуальных оптических систем отсчета КQординат перемещения стола
'и микроскопа в универсальном измерительном микроскопе УИМ-23
· на фотоэлектрические -системы отсчета координат (микроскоп
УИМ-29) позволила ПОJ3ысить производителъно. ть измерений в три-
четыре раза, улучшить условия работы, существенно уменьшить
количество деталей OCHo Horo производстра. .
На рис. 1.12 (изображена схема отсчетно.й системы поперечной
каретки микроскопа УИМ..23. Она содержит осветительную --систе- .-
, му 1 10, эталонную шкалу 11, пРоекционну систему 12 19
с оптическим микрометром 15, 16 и восковой экран 20. Фотоэлектри-
qеский датчик линейны перемещений 1 7 (рис. 1.13) содержит Bcero
восемь оптических деталей: источник света 1, конденсор 3, клин 5,
дифракционные решетки 6, 7 и четыре проекционныIx линзы 4, строя-
щие изобр ажение на фотоприеМ,никах 2 1.
J. А. с. 508672 (СССР).
;'
Рис. 1.12. Схема визуальной отсчетной
системы микроскопа
22
Одн.ако следует заметить, что такой пут.ь повышения качества
приборов зави ит от появления новых изобретений, качественно
. новых.. технолоrl:lческих процессов (н пример, практическая р али-
зация идеи, заложенной 'в основу -работы светодальномера, стала
возможной только при появлении мощных ИСТQЧНИКОВ изл'учения
лазеров и чувствительных приемников ......... ФЭУ) ,
: Компенсационный метод повышения качества ОП широко исполь,-
зуется на практике.. Он основан a применении специальных техно-
лоrических, орrанизационно-техничеси;их и. конструкторских меро-
'о u
приятии с целью компенсации влияния поrрешностеи, ухудшающих
1 34'5
)
.19.7 .
17 5 24,5 5
8иВА 8uоБ
'"
, I
Рис. 1.13. Схема фотоэлектрическоrо датчика' линейных пере"
, мещений
, .
+ качество оп. Этот метод тесно связан как с технолоrическим (в слу-
чае . применения l'ехнолоrических методов компенсации), так и
с проектным (в случае ко.нструкционных kетодов компенсации) мето-
дами повышения качества оп.
..' . МЕТОДЫ I\ОМПЕНСАЦИИ поrРЕШ'НОСТЕЙ
в ОПТИЧЕСI\ИХ ПРИБОРАХ
Технолоzuческuй метод компенсации заключается в дополнитель-
ной обработке деталей прибора, а также в реrулировках и юстиров:.
ках в процессе сборки ОП с целью компенсации отклонений характе-
ристик материалов д элей и поrрешностей их иэrотовления и
сборки. <r
Ltополнительная обработка деталей производ тся, как правило,
в процессе их сборки в УЭJJЫ и называется ПRИFОНКОЙ или доводкой.
Доводочные операции MorYT осуществляться либо на металлорежу..
щих станках (ус ановленных на специальном участ е сбор.очноrо
цеха) J1ибо шабрением, притиркой, ра вертыванием. Доводки бы-
23
вают раздельные, коrда каждая 'деталь подrоняется к эталону (на-
пример, с по ощью притиров), либо совместные, коrда подrоняются
друr к друrу сопряrаемые детали. Процесс доводки деталей является
трудоемким и требует высокой кваЛlIфикации сборщика.
Реrулировки и юстировки осуществляются на завершающем
этапе сборки прибора или ero узлов путем подвижек деталей, влияю-
щих на качество оп. Процесс реrулировки и юстиров и заключа€тся
в выявлении поrреш'ностей, подлежащих компенсации (конт'роль),
их устранении и gэиксации результата. ·
При использовании конструктивных компенсаторов, как пра-
вило, не обойтись без их реrулировок и юстировок (т. е. :rехнолоrи-
ческой компенсации). Это rоворит о некоторой условности класси-
фикации методов. В вязи с этим под технолоrической компенсацией
будем понимать rлавным образом только дополнительную обработку
деталей. Данный метод применяется для получения высокой надеж-
ности компенсации, а Т,акже в тех случаях, коrда друrие методы ис-
поль овать невозможно. В остальных случаях экономически выrод-
нее применять конструктивный или "орrанизационно-технический
методы компенсации.
Примером применения технолorическоrо метода может служить
доводка направляющ'их подвижных систем универсальноrо и биоло-
rическоrо микроскопов, подрезка оправ линз в о бъективах для фоку-
сировки, реrулировки фокусноrо расстояния или компенсации сфе-
рических аберраций, а также притирка и прикатка ходовых винтов,
аубчатых колес приводов оп. .
ОР2анuзацuонно-технuческuй метод компенсации заключается в
u u
селекции деталеи, введении поправок, рандомизации поrрешностеи,
пересчете оптической системы прибора на плавки стекол (пересчете
для исправления аберраций по фактическим значения показателя
u ""'1 U U
.. преломления и сред еи дисперсии партии стекла с дальнеишеи
комплектацией деталей П9 толщинам и воздушным промежуткам).
Рассмотрим пример применения селекции объективов и. окуляров
бинокля для обеспечения параллельности между собой осей пучков
лучей, выходящих из окуляров. Непараллельность осей возникает,
в частности, из-за неравенства увеличений в трубках бинокля
(рис. 1.14) и равна a, == а,1 а,2 == О) (r 1 r 2 ) == O) r. Допуск
на неп раллельность пучков лучей не превышает (в в ртикальной
плоскости) 1.5'. Отсюда опр.еделим допуск, на ОТIroсительную раз-
ность увеличений в трубках r/r == a,/rU) ------: a,/ О) Он == 15' /250 ==
== 1 %. Увеличение в трубках: r 1 == f бl/f кl; r 2 == f б2/f к2.
Учитывая, что поrрешность фокусноrо расстояния объектива
в серийном производстве достиrает 1 %, а окуляра 2 3 %, макси-
мальное значение разности увеличений трубок," ожет достичь сле-
u
дующих значении:
, , , L\ f '
Ar == Ar 1 + Ar 2 == Afоб\ + A OK\ + А Об2 + ,ок2 ::::: (6 8) %.
r r 1 r 2 f бl f OKl f 062 f ок2
Компенсацию этой поrрешности производят селекцией объекти-
вов ,окуляров по фокусным расстоян ям, комплектуя их таким
2
образом, tITOObI разность увеличений в трубках не fIреi3ьtIi1ала 1 %.
Для этоrо поля рассеяния фокусных расстояний объективов и оку-
ляров относительно их номинальных значений. (1 об. ном, ,! он. НОМ)
р зделяют на Н СКОЛJ>КО диапазонов (rруп ), а затем, измеряя факти-
ческие значения их фокусных расстоянии, осуществляют КОМJIлек-
товку по rруппам (рис. 1.15). Число комплектовочных rрупп будет
зависеть от величины поля рассеивания, определяемой максималь-
. ными (Iоб шах, {окшах) И минимальнь ми (/об mln, 'ОН mln) значе-
ниями поrрешностей фокусных расстояний.
Примером, селективной сборки может служить также комплекта-
ция револьверных rоловок МИКРО,объективами в биолоrически,х
r 1
р
,
{'оо: тах
fоб: ном -'
(;кнам ·
fo тб
f'
r
12
'"
Рис. 1.14. Функциональная
схема бинокля
tI
Рис. 1.15. Схема разбиеция полей рассеяния фО-
кусных расстояний объектива и окуляра на
rруппы
..
-
микроскопах. Поrрешности изrотовления и сборки револьверных
rоловок и микрообъективов MorYT привести к тому, что при пере.:-
ключении объективов изображение.Alfteдмета уйдет из поля зрения.
Компе ация неблаrоприятноrо сочетания поrрешностей осущест.-
вляется подбором к револь еру TaKoro комплекта микрообъективов,
чтобы п и любом сочетании rнезд револьвера и 09ъективов изобра-
жение предмета не смещалось более чем на допуск (в том случае,
коrда не удается 1J0добрать объе тивы, применяют технолоrическую
компенсацию поrрешностей" револьвера).
. Планиру компенсацию. поrрешностей селекцией деталей, сле-
дует отдать предпочтение орrанизованной селекции по сравнению
с неорrаНИЗ0ванной. При неорrанизованной селекции (метод под.
бора) оптик или сборщик-механик выбирает из партии деталей,
поступающих на сборку, такие, KOTqpbIe дают нужное сочетание
параметров (нужные посадку, толщину, длину). Характерным hриме-
u
ром неорrаНИЗ0ваннои <;елекции является комплектация линз по
u u - u
толщине перед склеикои для взаимокомпенсации поrрешно теи
их толщин.
При орrанизованной селекции детали с помощью специальных
калибров сортируют по rруппам размеров до поступления на сборк'у.
Орrанизо анная селекция считается более перспективной и тех-
нолоrичной, чем неорrанизованная (особенно при крупносерийном
25
и массовом nРОi;lэводстве), kоторая является более трудоемкql%
. и результат ее зависит "от квалификации сэорщика
Несмотря на некоторые недостатки метода сеЛекции (возможность
незавершенноrо произво ства," дополнительныIe затраты на сорти-
ровку, нарушение при ципа полной взаимозаменяемости) он по.зво"
ляет компенсировать неблаrоприятные сочетания 'поrрешностей изrо-
товления деталей и расширит допуски на ТОЧНQСТЬ изrотовления
их размеров.
Орrанизационно-технич ский метод может БЫТh применен', на-
пример, для компенсации влияния поrрешности изrотовления лимба
уrлоизмерительноr<? прибора типа теодолита (рис. 1.16, а). Поrреш-
I
а)
'
\.
, ?
. '
,Рие. 1.16. Схема теодолита (а) и rрафик поrрешности измерения
, уrла теодолитом (6) "
ность изrотовления лимба (L\(f)), случ йная' по своей природе и нося.
щая нереrулярный ,характер, в конкретном уrлоизмерительном
приборе бу'дет вызывать систематическую поrрешность при измере-
нии HeKOToporo уrла <р (рис. 1.16, б). Для компенсации этой поrреш-
Насти в результат измерения можно ввести поправку, учитывающую
поrрешность лимба на данном диапазоне, либо произвести измерения
уrла на различных участках лимба ((f)1, «>2' ..., СРп), которым соответ-
ствуют поrрешности L\<Pl, L\CV2' ..., L\tpn. Это позволит перевести
систематическую поrрешность лимба в случайную (рандомизация
поrрешностей) и обесп чит повышение точности результата измере-
ния,_ равное примерно значению корня- квадратноrо из числа изме-
. u .
рении. ..
Увеличение числа повторных измерений однрй и той же величины
позволяет, как известно, уменьшить случайную поrрешность резуль '
тата измерений. Это используют для' компенсации поrрешностей
наведения, считывания, поrрешностей, обусловленных нестабиль-
востью тр ния, рефракциями воздушных слоев и вибрациями. На-
пример, при наведении 9ишт.риха оптич скоrо микрометр"а на изо-
бражения. штриха проектируемой шкалы оператор вследствие orpa-
виченности остроты зрения выполняет эту наВОДJ{у с поrр.ешностью.
Известно, что средняя квадратическая поrрешность совмещения (ау)
штриха с БИШТрИХQМ составляет- примерно 6 8" (в линейной мере
8 10 мкм). Следовательно, предельная в роятная поrрешность
26
положен я изображеН!iЯ штриха ш!<алы относительно БИШТRиха
при- одиночном наведении может дос иrать а- значений. бу' == 3Q'y ==
== 18 +- 24" (в линейной мере.. 24.........30 мкм). Для микроскопа
УИМ 23, упрощенная схем'! KOToporo приведена на- рис. 1.17, это
приводит к: пр дельной" поrрешност положения стола 1: буц ==
=== бу' / 30/63 0,5 мкм, rде увеличение проекционной си-
..,
стемы.
При MHoro paTHbIX' повторных :со.вмеще иях поrрешн'ЬСть поло-
жения стола может быть уменьшена до значения корня квадратноrо
из числа повторных совмещений буп == бу' /(р V ii), rде n число
повторн;ыIx измерений. " .
, Для компенсации влияния некоторых поrрешностей применяют
также чисто орrани3 ционныIe методы. Например, для КDмпенсации
ВидА
105
Ir IIIII' I111
Рис. 1.17. Схема отсчетной системы '
поrрешности от MepTBoro хода рекомендуется производить отсчетные
перемещения подвижных систем- прибора всеrда С ОДНQЙ стороны.
Подобны же образом можно уменьшить влияние рефракций воз"
дуtпных слоев, оказывающих существенное влияние на поrрешность
функционирования уrлоиэмерительных и друrl:lХ приборов (теле-
" с опы, теодолиты, нивелиры, автоколлиматоры и т. п.). Из-за реф-
ракции про/исходят искривления' визирных осей приборов, приводя-
, щие к поrрешностям измерения и наведения.
Уменьшить влияние рефракции можно, если изолиров ть воздуш-
ный тракт от объекта до прибора, 'устранить источник тепловоrо
излучения на пути оптичес оrо пучка лучей, располо1КИТЬ прибор
выше над землей .. рабо:rать в определенное время суток, коrда
рефракция "незначитеJiьна.
К орrанизационно-техническим методам компенсации ледует,
ВИДИмо, отнести и такие мероприятия как создание в помещепиях,
в которых эксплуатируются прецизионные приборы и. оборудова-
u .
ние, постояннои температуры, давления, влажности, а также отсут-
ствие сквозняков, ;вибраций, пыли и т, п.
Конструктивные .методы компенсации осуществляются с по-
мощь ступенчатых компенсаторов, рету JIИРОВОЧНЫХ устройств,
силовоrо замыкания, применения малорасстраивающихся систем,
устройств стабилизации и корректировки. / >
Ступенчатые компенсаторы......... это детали, изме!lением размеров
которых добиваются компенсации технолоrических и друrих цоrреш.-
ностей приборов. Изменение размеров- компенсатора (скачкообраз-
oe, непдаеное) прои ходиl' при PJ2\ амепе JlИQО при ДОЦQдпитеJIЬНОЙ
21'
технолоrической обработке. H рис. 1.18, а представлен компенса-
тор (кольцо) К, заменой Лйбо подрезкой KOToporo добиваются фоку-
сировки объектива. На'. рис. 1.18, б компенсационная прокладка К
позвоЛяет реrУ;Iировать зазор в оси вращения, а на рис. J .18, в
боковой за ор в зацепленци.
При проектировании этих компенсатQpОВ следует определить
их размер и чув ствительность, с которой надо изменять этот размер
а) К .6)
m.
IOк
,....:)
в)
Рис. 1.18. Примеры использования простейших КОНСТ"
РУКТИВ!lЫХ комп.енсаторов
(подбором или подрезкой). Размер .определяют расчетом поrрешности
размерной цепи (для кольца 'к (рис. 1.18, а) поrрешностями 11' 12
И SF объектива). Чувствительность определяется из допустимых
показателей качества узла или прибора. Чувствительность изменения
. 5 ) . толщины кольца, опреде-
f!,} ляется либо чувс.твитель-
ностью rлаза к ПРОДОЛЬНЫМ
наводкам z О,2/а:: ли-
бо доiIусtимым параллак-
СОМ (v): tJ.z == { K rv/fmax,
rде ' K ........ фокусное рас-
стояни окуляра; t.......... сме-
щение rлаза; r.......... увели-
чение трубы .
Чувствительность lK
. изменения размера про-
.. кладки К (рис. 1.18, в) определяется исходя \из допустимоrо зна-
чения MepTBoro хода ( ,,) : 1п == тz v /(4 tg а), rде i число зубьев
колеса; m. модуль зацепления; a уrол зацеплен ия. .
Реrул ровочные устройства в отличие QT ступенчатых компен-
саторов позволяют плавно изменять размеры и IJоложения деталей
и узлов, подвижкой которых обеспечивается требуемое качество.
На рис. 1.18, е изображено устройство для плавноrо реrули-
рования зазор в опоре, тройство для фокусиров и Qбъектива
28 .
Рис. 1.19. Реrу ировочные устройства
и 'реrулиров-ки ero фокусноrо расстояния изображено !la рис. 1.19, а,
па рис. 1.19, б для реrулирования rоризонтальнои оси вращения
теодолита. . ,.
u
К реrулировочным устроиствам от осятся простые конструктив-
ные 'решения (-без введения дополнительных деталей), например,
соединение оправ Qб ектива с корпусом по резьбе для обеспечения
плавной фокусировки (рис. 1.20, а), а также сложные, состоящие
из не кольких деталей. На рис. 1.20, б изображена схема компенса-
цИИ накопленной поrрешности ша- .
ra винта и фокусноrо. расстояния о).
линзы в дальномере, что до сти-
rается разворотом винта относи-
'v
а)
.,.
8) ::
Рис. 1.20. 1Остировочиые ко пенсаторы
тепьно 'направляющих каретки ПОДВИЖНОЙ JIИНЗЫ на некоторыIй
yrOJI у. При этом, создается коррекция . '
кр кр кр .
dуи ==......... 1'21t Х + 1'21t xcos У ==.......... 1'21(, (1 cos у).х,
. .
rде 1(" р....... число заходов и шаr резьбы винтовоrо механизма; f' .......
фокусное расстояние подвижной линзы.
На рис. 1.20, в представлен компенсатор поrрешности изrотов-
ления длины рычаrа привода столика монохроматора. Разрезная
реrулировочная rайка позволяет уменьшить поrрешность от зазора
в паре винт rайка (рис. 1.20, z). , /
Hu a рис. J .21 изображен в ра резе объектив бинокля в эксцентри-
ковои оправе, разворотом которой компенсируются' поrреЦIНQСТИ,
ПрИБодящие к непара.ллельностц осей пучков лучей, выходящих
из ОКУJIЯРОI3 трубок,
29
СИЛ,овое замыкание позволяет омпенсировать поrрешности изrо-
\ товления и сборки, а также некоторые эксплуатационныIe факторы
(например, зубча ое зацепление с устранением влияния БОКQвоrо
зазора ,(рис. 1.22, ,:а) с помощью пружин, уста-
овленных на разрезном колесе).
Пружинный подпятник (рис. 1.22, б) aB-
томатически выбир'ает зазоры, предохраняет
оси от поломки в условиях тряски и ви(5раций,
компеНСl:lрует температурные колебания разме-
ров. Пружинное кольцо ко пенсирует возмож-
ное пережатие объектива при сборке и
Рис. 1.2 i. Объектив 'в
. ДВОЙНОЙ эксцентр и ко..
ВОЙ оправе .
а)
5)
х
Zz
.
.« ') .
. .
. ," .
ф ::: ".$
Рис. 1.22. Компенсаторы п rрешностей на основе СИJIовоrо
замыкаНия .
у
В)"
,
колебания температуры в процессе эксплуатации прибора
, (рис. 1.22, в). .
ОДНИМ из эффективных методов компенсации поrрешностей,
ухудшающих качество ОП, В'Jlяетсlя применение маJIорасстраиваю-
щихся систем.
fJ,) W1 :=Ю, 6)-
f:
Рис.
..
На рис. 1.23 приведены схемы биаксиальных коллиматоров опти-
ческих дальномеров. Смещение ОДНОЙ..из линз относительно друrой '
(рис. 1.23, а) -при сбор.ке . ли эксплуатации приборов не ,приводит
к непараллельности. визирных осей коллиматора (уrЛЬL: (01 и' 002
равны). Во втором случае не возникает расстройки биаксиальноrq
коллиматора (рис. 1.23, б) при смещении линз, наклоне зеркала,
а та.I{же не требуется точноrо равенства фокусных отрезков линз.
К малорасстраивающимся системам следует отне ти также и опти-
ч кую ли ейку ИС-36, приведе-нную H рис. 1.21. Дейс:rаи JlИ
30
. '" ..
нейКИ OCHqBaho на сnойстве афокальноЙ теЛескопической системы
создавать масштаб изображения постоянным и paBHbIl\{ единице неза-
вИСИМО от полож ения ,сопряrаемых поверхностей (задний фокус
одноrо из объективов 01 совп.адает с переднuм фокусом друrоrо
объектива 02)' а та же быть мало увствительной KJ поrрешности
фокусных раССТQЯНИИ компонент<?в инесовпадению qэокусов.
, Еще одним при ером может служить
фокусный уровень авиационноrо сек. _
станта ИАС-}, позволяющеrо получить
v
,уст ичивую вертикаль при наклонах
.... ..
, . .". "
'1'
01
* .
., '-
'1'
.,
,
02
It
, \
Рис. 1.24. Схема узла оптичес ой линейки Рис. 1.25. CxeMa tфокусноrо
уровня авиасекстанта
/ .. '
инструмента (рис. 1.25). «Нерасстраиваемость» вертикали получается'
здесь' БJiаrодаря тому, что -радиус R кривизны уровня равен фокус-
ному расстоянию " объектива.
Широкое распростра.нение получили также устройства стабили-
зации и/ автqматическ<?Й' коррекции. Примером MorYT служи ь ком-
\...... .... .
2 Се '!..е)
+-\т А
. ,,;1 iI.
'
"
к
1@
.
.'
"
O . }
1
.
s
.
Рис. 1.26. Схема нивелира с само..
устанавпиваюrцейся линией визи
РО8ания
Рис. 1.27. Схема .нивелира с
. компенсатором
пенсаторы наклонов нивелиров в нивелирах с самоустанавливаю-
U U .
ися линиеи визирования. . \ .
На рис. 1.26 изображена схема TaKoro 'нивелира фирмы «Эртель»
(Ertel). При наклонах нивелира На уrол 8 отклоняется компенса-
ционная призма К (на уrол 8"), установленная на плоском пружинном
шарнире, в результате чеrо в пространстве предметов линия визи-
рования 9с ается rоризонтальной. На рис. 1.27. изображена схема
l:Iивелира «Кони 007». (Koni 007) фирмы «I(арл Цейс» (Carl Zeiss).
При наклоне данноrо нивелира на уrол 8 'Компенсационная пр из-
ма 1, свободно подвеше ная на пластинке, стабилизирует в rори-
31
ЗоНТе линию визирования. Выражение S == 0,5 f б оудет"" услойием
стабилизации.
, в точном приборостроении широко используют также системы
автоматической коррекции поrрешностей, возникающих из за коле-
бани температурЬJ, технолоrическнх поrрешностей и т. д. Напри-
"
мер, температурнаn компенсация изменения показателя прелом ения
, дисперrирующей призмы
- . о) tJYK осуществляется с помощью
A!/At 4у,," ДB X стержней -<рис. 1.28, а)
1 с различными показателями
u
линеиноrо расширения аl И' 2
(автоколлимационная схема)
разворачивающими зеркало,
либо с помощью биметалли:'
ческоrо рычаrа (рис. 1.28, б), ·
Рис. 1.28. Температурные компенсаторы разворачивающеrо стол с
призмой при колебании тем-
является условием компен-
а)
пературы. Выражение IlYAt == IlY8
сации.
На рис. 1.29 изображе:Qа схема коррекционцоrо устрой.ства для
устранеция влияния эксцентриситета червячноrо колеса. Здесь
-
f ,2 , t /5 б 7
.. I I lrnV I /h - 1:r11 \ \':'+n
I! I!I ., T'f7J W III /.W///////.&'/hll 'l.
( r \ 11 Iil 1 ' / ' >'Ш . \ · \ '
'1 I ' , //// Wh "\ """'''''''''''''''''''' '''''''''Y. I
l "" / < ' \ T
, · \ »/}J
t k A · · 1- Ir,' ", ,'
rrr-' . . r....""""'11 ....... .... ..... '-" +
.1 I,...oo r-. ," , 11 Ir.E=
I // ,-,, . rПА /...
. ./ // .
· W'//f l . I.п " ////.'/////// 7 L
'L ' .ll
, v; ,, i j .
, . =т=
, ,.", ''l ==
I '/ · 'lj
i / !l """"" \
' 'Щ'fl 111.'..'1 .. \. " ........................,,......'\..,'\.
""''\.'''' 'l'/ l'\... WДW////////М
1 . i :; fa
.Ри . 1.29. Коррекционное устройство червячной передачи [46]: .
J --- червяк; 2...... шкала; 3 индекс; 4 рычаr; 5 толкатель;. ...., коррекционная
. шайба; 7...., червячное колесо .
наК'лонная шайба 6 через рычажную передачу производит дополни-
тельный разворот индекса 8. В результате червяк поворачивается
на дополнительный уrол (Ilх и ), осуществляя корреКЦИ,9 ННЫЙ , пово-
рот ( Уи) колеса: Ilуи== ........IlYAe == /(, tg Уи а sin y/(zr) , rде ....... чис-
. 32
- ,
по gаходоiз черВstка . Z ЦИСJiо зуоьев коЛ са а раССТоstнйе. от си
ПОБорота коле а до толкателя; r радиус ычаrа ,индек а; у
, rол поворота колеса;, YK .......... коррекционныи uJI!ЗКЛ.ОН . шаибы. .
в некоторых случаях коррекционные устроиства предстаВЛЯЮ1
собой довольно СЛQжные системы..'
, На рис. 1':30,' а представлена ринципиальная схема выверителя..-.-
фокусировки телес опа 1. Здесь фотоприемник 2 »ыставляетсst
. в первичном фокусе rлавноrо
зеркала телескопа 9 подв жкой
"стакана 1 с помощью вывери
теля фокусировки, содержащем
источник света 3, призму I1И
I "
рамиду 4 с двумя отражающими
и одной преломляющей rр"анью;
составной светофильтр 5, поло
винки KOToporo имеют разный
цвет; конденсор марку ,.6,
штриховая марка KOTop.oro рас-
положена перпендикулярно к
I!змеряемому напр влению; пен
таотражател'и 7, ,14; КОН1'роль
ную зрительнуlQ.' трубу 11;.
юстировочный ;J.вуклиновый
компенсатор 8, предназначен
ный для совмещения изобра
жений штрихов марки 6 при
. юстировке выверц.теля.' В, том
случае, коrда происходит pac
фокусировка телескопа (фОТО
приемник и марка не находятся
в фокальной плоскости зер:ка./ f
па) лучи света, отраженные от
зеркала в точках А и. Б будут Рис. 1.30. Выверитель фокусировки те-
не параллельны друr друrу и I . JIескопа
I
изображения / рихов марки в ..
поле gрения I контрольной труБыI (рис. 1.30, б) разойдутся. Знак
расфокусировки определяется по rвзаимному расположению цветных
изображений частей штриха.
ПРИ.ИСПОЛЪЗ0вапии в телескопе различных фотоприе ников воз-
u -
никает рассоrласование положении светочувствительноrо слоя прием-
ника и плоскости марки.6, что приводит К сбою нуля выверитеЛjl
фокусировки. Для устранения этоrо недостатка служи устройство
компенсации фокальной разности. фотоприемников, содержащее
двухклиновый компенсатор 13, 'привод" 12 и шкальное отсчетное
устройство 10, шкала.котороrо. rрадуирована 'с учетом фокальной раз-
ности. Нулевой отсчет соответствует,. совпадению марки выверителя
с фокальной плоскостью rлавноrо зеркала. .
" 1 A: с. 263 27 (СССР).
,2 Латыев с. М. ,.
'Jt
а)
э
4
8
10
. 9
)
\....
о)
\-
33
,Как видно из пр ь денноrо, примера, n коррекционно устрой-
ство MorYT быть включены компен аторы для 'обеспечения ero юсти-
ровки, настройки и выверкй. В данном выверителе, кроме упомяну..
тых компенсаторов 8 и 13, предусмотрены т'акже юстировочные
подвижки пентаотр ажателей, разворот пирамиды BOKpyr оси Оl ОЗ'
смещения источника' света. . ..
в последнее время для автоматизации работ ОП все болёе широ-
кое применение находят ЭВМ, которые MorYT бьiть использованы
также для коррекции влияния поrрешностей i1риборов. В качестве
примера использования ЭВМ дЛЯ коррекции можно цривести компен-
сацию методичес их поrрешностей функционирования космических
2 3 секстантов с помощью бортовых
ЭВМ космических кораблей 1.
В. разработанном окулярном
мик ометре с фотоэлек-
трической отсчетной си'стемой
u
координат случаиная, поrреш-
ность наведения на объект, вы-
полняемая рператором, умень-
шается повторными' совмеще-
ниями, пр.ичем результат
измерений обрабатьmается на
микро ЭВМ, встроенной в ре-
rистрационный блок.
лаrодаря применению ЭВМ
стало возможным компенсиро-
вать влияние некоторых слу-
u u
чанных поrрешностеи, которые
считал сь ранее неко пенси-
, руемыми. Это привело, в ч'аст-
ности, к развитию отдельНоrо.... направления в оптике: к созданию так
u u. u u
называемои адапrивнои оптики" содержащеи активныи элемент
(управляемыIй ЭВ ) для1компенсации влияния турбулентности и
рефракций воздушных слоев на Ka eCTBO изображения, создаваемоrо
u u
оптическои систеМОИr и. друrих, эк(;плуатационных и технолоr че-
ских поrрешностей системы [1 ]:--,ОдЬа из'таких систем, используемая
для коррекции влияния турбу ентности воздушной атмосферы,
изображена на рис 1.31 [59]. Коррекция искаженноrо ,J'урбулент"
ностью ат осферы волновоrо фронта происходит здесь блаrодаря
управл емому «rибкому» зеркалу, состоящему из n триппель призм,
установленных на пьезоэлектрических колонках. При подаче элек-
трическоrо напряжения, Ul Un на пьезоколонки последние изме-
няют свой размер, перемещают триппель призмыI, компенсируя тем
самым искажения волновоrо фронта. Управление необходимым
перемещением призм осуществляется компьютером с лоrическим
устройством и анали атором сиrнала с фот приемника
ЭВМ
1
' If
Рис. 1.31. Схема адаптивной системы: '
1 светоделите.пьное зеркало; 2 активное
rибкое зеркало; 3 управляемый блок высо."
коволь1'ноrо напряжения;. 4 компьютер;
5 усилитель; 6 фотоприемник; 7 объ-
ектив
;1, Основы проектирования космических секстантов7 А. r.' Николаев, и. А. За"
белина, Н. Ф., Романтеев и др. М.: Машиностроение, 1978. 216 с.
З4
Все перечисленные компенсаторы поrрешностей MorYT быть клас-
сифицированы еще и IJO их типам.. .
в зависимости от вида компенсируемых поrрешностей и месту
еrулировки (изменению параметров) компенсаторы 'можно по раз-
елить на реrулир_овочно-юстировочны , функциональные,_ настроеч-
но..выверочные. .
Реrулировочно юстир.о очные компенсатор предназначеныI длuя
компенсации поrрешностеи отдельных деталеи и размерн:pIХ цепеи,
их параметры изменяются при выполнении реrулировок и 'юсти-
ровок прибора. (Например, кольца для фокусировки о ъективов,
прокладки для реrулиро ки зазоров в кинемат ческих парах, до-
водка направляющих, реrулировочные устроиства _ для центри-
ровки объективов и зеркалрно-призменных систем).
Функциональные компенсаторы предназначены для компенсации
перёменных поrрешностей функциональныIx преоБР З0вателей при-
бора, их параметры изменяются при эксплуаrаЦИ!f прибора. ,При-
мером TaKoro типа компенсаторов MorYT служить КQррекционные
устройства, темпераТУРНf?Iе компенсаторы, устройства стаБИЛИЗ.ации
линии визиро ания,. адаптивные КОl\t!пен-саторы., ,-
., Настр<?ечно выверочные компенсаторы предназначены для ком-
пенсации/ поrрешностей ориентации пр бора, износа, расстроЙки.
Параметры этих КQмпенсаторов изменяютс в процессе настройки
и выверки прибора. К компенсаторам данноrо типа относятся уст-
ройства для выверки оптических дальномеров по высоте. и дальности,
устройства выверки теодолита в полевых условиях для устранения
наклона вертикальной и rоризонтальной осей вращеН:fIЯ и коллима-
ционной ошибки, реrулировочные устройств , предназначенные
для компенсации наноса направляющих и дл компенсации изме-
нения MOMenTOB и сил на рукоятках управления.
1.5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ
'ВЫБОРА МЕТОДА КО ПЕНСАЦИИ
При компенсации поrрешностей возникает вопрос выбора метода
компенсации. От правильности ero решения зависит эффективность
данноrо способа обеспечения показателей качества ОП.. Рассматри-
вая компенсаторы как подсистему прибора, следует, их свойства
также оцеН,ивать некоторыми п..оказате.[lЯМИ качества, характери,
Зующими их точность, экономичность (технолоrичность), н-здеж-
ность, пределы работы. Кроме 'Toro, при выборе Toro или иноrо
метода компенсации следует руководствовать..ся возможностью ero
римене ия; которая обусловлена, с одной стороны, видом и харак-
тером ком енсируем й поrрешности, а с друrой, условиями про-
Изводства. Например',. невозможно компенсировать поrрешности
теоретические, эксплуатационItьiе (рефракцию воздуха, деформации)
технолоrическим Me OДOM, но MOJКHO омпе ИРОБать их копструк.
Тивным И ор!,анизационно"техническим методами, Если ВЬJбирается
конструктивный .компенсатор (например, для компене'ации периоди.
ческом поrрещпости), ТО невозможно примепеиие ступенчатоrо
2. 35
. .
. ., u
-компенсатора, следует применить коррекционное устрриство, созда-
ющее периодическую поrрешность (коррекцию) обратноrо знак'а.
Точgость компенсатора определяе ся остаточной компенсируемqй
поrрешностью либо остаточным значением компенсируемоrо пока-
зателя качества. Например, остаточная поrрешностъ фокусноrо
расстояния телеобъектива (компенеируе ая подвижкой одноrо ком-
понента относительно друrоrо) определяется в основном поrреш-
ностью измере ия e,ro фокусноrо расстоя.flИЯ. .Остаточная непарал...
лельность выходных осей пучков лучей бинокля, обусловленная
разностью увеличения. трубок; определяе с полями' рассеяния
значений фокусных расстояний объективов и окуляров в пределах
своих'rрупri при селекции (см. рис. 1.15). Остаточное значение боко-
Boro заЗО'ра пары рейка зубчатое кол со, компенсируемоrо ступен-
чатым компенсатором (см. рис. 1.18, в) будет определяться не только
,возможностями изменения толщ ны ПRОКЛ8ДКИ, но rлавным обра-
зом эксцентриситетом' колеса' (фактором, который' не .позволяет при'
такой компенсации полностью избавиться от БОКОБоrо зазора)
. Если же применить для компенсации разрезное колесо. (см. рис. 1.22,
а) или силовое замыкание, то боковой зазор будет комп нсироваf.l
полностью. <
Экономичность (технолоrичность) компенсатора опреде.цяется за-
тратами на выполнение той и и иной компенсации. Иноrда Ioэконо-
мичность одноrо Me oдa по. отношению к друrим МОЖl!.о определить
достаточtlо просто (на качеетвенном уровне). Например при крупно-
серийном производстве приборов конструктивный метод компенсации
п дпочтителен церед т нолоrическим. Орrанизованная селекция
деталей перед сборкой экономичней, неорrанизованной селекции,
коrда ее делает квалифицированный р'абочий. Среди конструктор-
ских методов коiiп нс ции следует, Ьтдавать предпочтение тем,
которые требуют мен шеrо количества юсrцровок. Например ком-
пенсация зазоров в направляющих с помощью силовоrо ЗJlмыкания,
, как правило, технолоrичней компенсации их реrулировкой. В дру:'
rих случаях экономичность Toro или иноrо метода компенсации ..
определить не просто, так как она' зависит от большоrо количества"
факторов: серийности прибора, теХНОJIоrической оснащен ости про-
. изводства, квалификации рабочих, стоимости и дефиц тности MaTe
риалов, конъюнктуры рынка и т. п. '. ·
Под надежностью компенсатора ПОНljмают ero свойство 'сохранять
работоспособность (Т. е. заданные функции 'с параметрами, удовле-
творяющими предъявлеНRЫМ требованиям) в течение требуемоrо
промежутка времени. или треQуем<?й нарllаботки прибора. /
Надежность компенс тора обусловливается ero безотказностью
{свойство сохранять работоспособность в уечение некоторай пара-
БОТКIf без ,вынужденных перерывов)', ре нтоприrодностью (СБОЙ-
ство к П.р упреждению, обнаружению и устранению отказов путем
.проведения техническоrо обслуживания и ремонтов), сохраняе- 'i
мостью. (свойств сохранять. параметры неиз енными при опреде-
lIенных условиях и сроках хранения и транспортировки прибора),
'долrовечпостью ( ПОСQбцость К.длите gНОЙ сл уатацип при не?О.
3fi '.
-
. ходимом техническом ,оБCJIуживании). Оценка на ежностиu Toro ИЛИ j
иноrо метода компенсации часто явля тся сложнои задачеи, так как
") по ОДНИМ показателям надежности следует отдать предпочтение
одному компенсатору, а по друrим п казателям ......... друrому. Однако
и здесь некоторым компенсаТQрам можно отдать пр дпочтение без
u u
вычислении их !10казателеи надежности, на основании накопленноrо
" практическоrо опыта. ИзвеСТН9, например, что компенсация поrреш-
. ностей неподвижных систем прибора (поrрешностей положения
1) -зеркал, Пр'ИЗМ, 4)бъективов и.т. д.) ДQполнительной обработкой,дета-
лей (припиловкой, шабре- ..
· нием, доводкой) и использо-
ванием ступенчатых компен- .
саторов . более надеж.на, чем
реrулировочными устрой-
CTB aMJi. И наоборот, д я не-
которых подвижных систем
при наличии износа следуе
отдать пр дпочтение реrули-
ровочным устройствам (кото-.
10 pble MorYT быть подналажены
в процессе эксплуатации)
по сравне' ию с технолоrи-
ческими методами компен-
;) сации.
. . Пределы' работы КОl\1пен
сатора характеризуются ве...
личиной создаваеМQЙ'ИМ Кор-
рекnии д я компенсации
максималь,НО возможноrо Р 2 Й
. . ВС. 1.3. Кинематическая схема ЩeJIево
значения поrрешности (по- диафраrМы типа rои
rрешностей) либо ее (их) час- .
тичноrо влияния. Не всеrДа пределов работы компенсатора бывает'
достаточно для полной КОМпенсации поrрешностей. Например, если
компенсировать непараллельность визирных осей бинокля только
с;мещением объектива или окуляра перпеНДИКУJIЯРНО оптической оси
тру ки, то для полной Компенсации максимально возможной непа-
раЛJlельности объектив Или окуляр придется смещать на такое рас-
стояние, что существенно ухудшится качество изображения [32].
Друrим пример.ОМ СЛУЖит попытка компенсировать только доводкой
кроме iiоrрешностей Формы напр вляющи..х поступательноrо (или
вр щательноrо) движения также поrрешность их размеров или
расположения, которая может достиrать знаtJений до десяты.х долей
ИЛЛtfметра. Подобные ..поrрешности компенсировать доводкой неце:
лесqобразно., ..,
Рассмотрим, как перечисленные в,Ыше критерии Позволяют ВЫО:-
брать .метод компенсации поrрешностей в спектральной щелево'й
'диафраrме типа rои,. изrотавливаемой небольшими сериями. Кине-
матическая схема диафраrмы цриведена на рис. 1.32. При вращении
(х) барабацчпкSl перем щ ется впит I,"uомействующпп ЩР!О УН 2,
37
-.. "
Kz
б
, 1 1
i
на котором закрепл н плоский кулачок (клин) 3, замыкающийся
на..ВИНТ с помощью пружины 5. В результате перемещаются толка-
тели 4, непосредственно связанные с ножами диафраrмы. Анализ
схемы (см. п. 2.3) показ,ывает, что для обеспечения заданных требова-
, ний к точности раскрытия диафраrмы, ее положению и форме (отсут-
ствие клиновидности) требуется компенсация' К 1 зазора в паре
винт rайка, К 2 зазора в направляющих ползуна, К з поrреш-
ности уrла клина, К4 поrрешности формы пове хности клина"
Кб ......... зазора в направляющих ножей, К6 непараллельности кро-
мок ножей.
.Компенсация зазора в паре винт- rайка ВОЗМОЖIdа всеми тремя
методами: технолоrическим (притиркой винта и r.айки); орrаниза-
ционно-техническим (введением поправо"
селекцией винтов и raeK, односторонним
отсчетным движением винта); конструк-
тивным. (реrулировочным устройством,
I силовым замыканием). Все методы, за ис-
ключением селекции, обеспечивают'требуе-
",мую точность: остаточный осевой зазор 2.......
3 мкм. Селекция винтов и raeK вследствие
больших полей рассеяния поrрешностей их
. u
изrотовления, а также из-за малых серии
выпускаемых диафраrм может практически
не дать требуемой точности компенсации.
Рис. 1.33. Компенсация за'" Заметим также, что такой метод для данно-
зара в. паре вИнт rайка ro случая был бы еще и неэкономичен из-за
большой незавер-шенности производства.
По экономичности технолоrическая и орrанизационно-техниче-
ская компенсация уступают констру..ктивной первая .......... из-за боль-
u .. ,. u
шои трудоемкости подrонки винта и rаики, а введение поправок
и одностороннее отсчет ное движение из-за неудоб тва при экс-
плуатации (потеря времени, УХУДЦIение комфорта).. ..
Наиболее просто 'зазор в паре винт......... rайка можно было бы
компенсировать силовым замыканием, выполнив пружину 5 такой,
чтобы она не только замыкала ползун на винт, но и выбирала бы
зазор. Такая компенсация, однако, была бы недостаточно надежна,
v
так как непосредственно на винт во еиствуют радиальные и осе-
вые силы, создаваемые рукой оператора (различные по значению
и знаку).. . "
Для компенсации этих сил пришлось бы создавать очень сильную
пружину, что привело б к увеличениям износа пары винт rайка
и поrрешностей из-за деформаций If сил трен'ия, т. е. к потере точ-
. v '
Н0СТИ надежности устроиства. .
Таким образом, наиболее эффективна компенсация. с помощью '
реrУЛИрОБочноrо устройства. В типовой конструкции щелевой диаф-
parMbI зазор компенсируют с помощью разрезной rайки (рис. 1.33).
Разрезную rайку 1 выполняют в виде цанrи конусные части ко-
торой обжимают ходовой винт . при l3инчи:ваflИИ реrулировоч.
IiorQ Rольца :3 в корпус 1,. .
38
1
. /
Компенеация . зазора в направляющих ползуна возможн'а под- .
rО1IКОЙ ползуна и напраIfJIЯ ЮЩИХ, селекцией де:rалей, конструктив-
а ной реrулировкой зазора и силовым замыканием. Отказавшись от
технолоrической компенсаци по экономическим соображениям,
а от селекции еще и из-за недостаточной точности, остановимся
на конструктивных методах компенсации. Так как ползун находится
по сравнению с вин.том в более определенном и стационарном сило"
ВОМ режиме, то применение силовоrо замыкания для компенсации
о зазора достаточно надежно. В данном случае определение наиболее
, A A
.'
А..А
, ,
lA
.
1
f
Рис.: 1.34. Компенсация зазора в на..
.- праВJIЯЮЩИХ типа ласточкин хвост
рис. 1.35. Компенсация по
. rрешности уrлов клиньев,
ус анЬвленных на ползуне
щелевой диафраrмы
выrодноrо варианта реrУЛИРОБочноrо ус:rройства. или варианта
силовоrо замыкания основыв.ается на количественной оценке (т. е.
показзтелях) экономичности. В типовой, конструкции применяют
комбинированное решение силовое замыкание с элементами pery-
лировочноrо устройства (рис. 1.34). Для компенсации зазора между
направляющими 2 и ползуном 1 последний изrотавливают с двумя
сквозными прорезями на концах. Механик при сборке этоrо узла
слеrка отrибает концы ползуна, которые работают в соединении' с не-
KOTOpЬ M подпружиниванием. ·
Поrрешность уrла клина может быть компенсирована доводкой,
_вв дением поправок в отсчет, реrулировочным и коррекционным YCT
роиствами .
Поrрешность уrла клина приводит к поrрешности рас рытия
..щели и к смещению ее центра -из-за неравенства уrлов .клиньев.
,Это обстоятельство требует введения не только постоянной поправки
в отсчеl' на рас рытие щели (осуществить это было бы, видимо,
несложно), но И поправки, учитывающей смещение, что не позволяет
СЧитать этот метод компенсации э ономичным.
39
. ftрименение kоррекцИЬilноrь устройсfnа таkже неэффективно
из за" сложности' таких УСТРОЙСТВ. Сравнение технолоrическоrо
метода с ре,rулирqвочным устройством' показывает; что последнее
в условиях серийноrо прdизводства более экономично, хотя в общем
случае мецее надежно; в лабораторны условияхx работы- ди фраrмы
u
надежность реrУЛИРОRочноr9 устроиства достаточно высока.
13 типовой конструкции поrрешность зrотовления уrлqв кли.ньев
_компенсируют разворотом клиньев 1 относительно ползуна 2
(рис. 1.35). Для повышения надежности клинья...после реrулировки
можно заШТИфТОВ8ТЬ.
ПОi'решность формы поверх-
ности клина из за переменноrо
нереrулярноrQ характера этой
ошибки' практически I можно
1 .
2
Рис. 1.36. Компенсация
зазора между ножом 1 и
напраВляющими 2, 3, пру"
жиной 4
Рис. 1.37. Компенсация' непарал..
лельнос'FИ кромок ножей.
u
компенсировать только технолоrическим методом: в типовои КОН-
етрукции ее компенсируют доводкой (полировкой) поверхности'
, .
клина.
Компенсацию зазора направляющих ножей аН(}dlоrично компен-
сации .rЗ8зора В направляющих ползуна осуществляют наиболее
эффективно силовым З-8мыканием. или реrулировочным' устройством.
Так как ножи перемещаются в pTKpыTыx Т-образных направляющих,
то в типовой конструкции азор компенсируют силовым замыканием
!iожей на направляющие пружцно (рис. 1.а6).
НепараЛJrельность кромок ножей, возникающую из-за поrреш-
ности прямоrо уrла (Х ножей (рис. 1.37), компенсируют технолоrи-
u u u u
ческои доводкои, селекциеи деталеи, ступенчатым омпенсатором
и реrулировочным .устройством. . . /
, Технолоrическая компенсация и селекция. деталей (ножей) эко-
номически невыrодны. Последняя, kpome..-..тоrо, ,не может обеспечить
40
r а б л и ц а 1.2
... ПоказаТ6ЛИ качества
компенса1'ОрОВ
"
, , , .,
, ..a '0 о ,
..а о l..a cvCt;S
Метод комп нсации Е-оо:: ,..а ='Е-о ФЕ-о :a t:; :S:
:rE-о t:::[() t:; CQ-8<
(,):s: 01.) o:r() O- b
0= :s:o as o as -8<
=Ф ::S= :I:= t::t:; \OS
= cafoe ct;S
о-и BecoBq коэффициент ::SCV Е-о
::S::S :ro=
cw).:s:: >. 5
00- I I 0.2 I
I:Q= 0.4 0.3 о. 1 U (J 'CQ. :1
\'\
..
Притирка 10 5 4 6 10 14,5
Tex.нoJIO-
rический . Ретуширование '0 ....... ...... ...... ......
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .
- .
Поправки 10 3 3 2 10 -12,6
Орrаниза- ;t. Селекция , 10 0 1 1 6, О 11,
Ь? 11,9
ционно- РандомиэаАИЯ. -о ...... ...... ...... ...... .......
't'ехниче- Одностороннее 10 4 6 10 14,4
СКИЙ движение
,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
t
Реrулировочное 10 8 10 11,3
.
. ,
устройство I 5 16,5
Конструк- Силовое ' замыкание 10 6 I 10 10
ТИВНЫЙ I Коррекционное _ .0 -
...... -
устройсrво
. . . . . . . . . . . . . . . . 1. . . I · . . I . . .
..
, требуемой точности (остаточная клиновидность допускается не более
1 мкм). Эк;рномическиrневыrодным .ок.азывается применение ступен-
чатоrо К9мпенсатора T K как Я обеспечения требуемоft точности
потребовалось бы очень тщательное изменейие ero размера. В типовой
модели параллельность рабочих кромок ножей рrулируют разворо-
том одной из направляющих 1 относительно друrой 2 (рис. 1.37).
Рассмотренный пр'имер пqказ.ал, чrо при выборе Toro или' иноrо
метода компенсации возможны случаи, 'коrда по одним П.Qк затеr!lЯМ
,предпочтение следует отдать одному ВI:fДУ компенсаторов, а по дру-
r:и друrому Для поиска 'оптимальноrо решения в подобных слу-
чаях и особенно, коrда П9казаТ JlИ надежности, точности и экономич-
ности компенсаТQра не рассчитаны, а,оцениваются на,основании
опыIаa и здра оrо смысла, рекомендуют п-рименять матрицу 'опrими-
зации решений' [45}. " - .
_ Матрицу реIIiен й составляют на основании весовых. коэффициен-
тов показателей качества и баллов, которыми оценивают показатели .
Toro или иноrо компенсатора. ' .
Весовой коэффициент, принимающи -значение 'ОТ О ,до 1, про-
ставляют в зависимости 'от относительной важности критерия и ero
пяциst ца аЧ СТ:[30 ОП, исХ'о. я. из те Jlических . условий и техни'-
1J,
ческоrо задания на прибор. Сумма всех весовых коэффициентов
р ав на 1. ' .
Баллами от О до 10 оценивают tIоказатели качества компенсатор':!
на основании их расчета; лиБQ исходя из накопленных практических
данных, опыта или интуиции разработчика. Минимальный балл
О означа т' невозМ:ожн.ость примен ния, " либо невозможность
обеспечения требуемоrо показателя. Вариант, набравший наиболь-
шую сумму баллов, считают наиболее эффективным.
Табл. 1.2' представляет матрицу решений для выбора компен-
сатора зазора в паре винт rайка ..(первоrо компенсатора рассмот-
peHHoro примера). .' ,'
Возможность применения компенсатора целесообраЗНQ оценивать
двумя баллами: О (тоrда прочие показатели не рассматриваются и
вариант отбрасывается) и 10. ПреДeJIЫ работы можно, но не обяза-
тельно оценивать дв мя такими же баллами. Здесь балл О означает,
что диапазон компенсации возможной поrрешности(ей) может быть
недостаточным и д я полной омпенсации потребуется применение
дополнительных мероприятиw. '
rлава 2
"
ТЕОРЕТИЧЕСКИ ОСНОВЫ' РАСЧЕТА-
КОМПЕНСАТОРОВ ПО rРЕШНОСТЕЙ
в ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ
Расчет компенсатор.ов поrpешностей заключается в опре-
делении необходимоrо и достаточноrо для. обеспечения требуемых
показателей качества ОП числа компенсаторов и требований к их
параметрам. От числа компенсаТ9РОВ в существенной мере зависит
технолоrичность прибора. В условиях крупн6 ерийноrо про звод-
ства число комп нсаторов стараются уменьшить, компенсируя только
те fIоrрешности, которые не позволяют получить требуемое качество
прибора. Это объясняется тем, что компенсаторы, как правило,
требуют реrулировки и юстировки,'" трудоемкость которых выше
- u u
трудоемкости точноrо изrотовления деталеи при крупносериином
рроизводстве. В условиях мелкосерийноrо и единично о производ-
ства, компенсаторы используют также для повышения технолоrич-
'ности некоторых деталей бла одаря ра.сширению допусков на по-
rрешности их изrотовления. В некоторых случаях компенсаторы
'u
применяют для I10вышеН1iЯ показателеи качества, связанных
с экономической эффективностью прибора. .' .
От правильноrо определения требований к компенсаторам, в пер-
вую очередь, к точности, пределам работы зависит эффективность
их' применения. Как число компенсаторов, так и .:rребования к их
параметрам зависят от количества, вида J1 степени влияния первич-
ных .поrрешностей, а также от заданных значений показателей ка-
42
чества оп. в связи е этим расчет компенсаторов пр едстаВJ1яет собой
сложную, мноrофакторную задачу, решение которой должно осно-
вываться на моделях, учитывающих взаимосвязь всех факторов.
2.1. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ
' И МАТЕМАТ"ЧЕСКАЯ МОДЕЛИ КОМП'ЕНСАЦИИ
поrРЕШНОСТЕЙ
..
Разработка моделей компенсации поrрешностей в ОП основана
на том, что процесс функционирования прибора и компенсатор'а
пр"едставляют как сложную систему, параметры КQТОРОЙ в общем
случае носят вероятностный ?,арактер. Модели процесса компенса-
ции можно рассматривать в виде совокупности понятий, "С1:РУКТУР-
ных> И функциональных схем, уравнений, лоrических операторов,
,таблиц и т. д., С помощью которых ха.рактеристики состояния си-
стемы, определяются в зависимости от параметров процесса, вх.одных
или выходных сиrнаJlОВ, влияющих внешн.их воздействЙЙ, времени
и друrих факторов. Разработаем концептуальную и математическую
модели, - позволяющие ответить на вопросы, связанные с числом ком-
пенсаторов поrрешностей и ,требований, которые должны быть им
предъявлены. ','
Компенсаторы поrрешиостей, помощью которых удается повы-
сить качество прибора, являются ero «лишними» системами. ОI!И
требуют производства, юстировки, реrулировки и друrих зат'рат.
,Однако специфика ОП такова, что ни один из них не может быть
изrотовлен без компенсации тех' или иных поrрешносте . Необхо-
димое и достаточное для обеспечен я требуемых показателей ка-
чества прибора (или ero функциональноrо устройства) число компен-
саторов можно определить, если связать функциональной, зависи-
мостью поrрешности прибора,. допустимые значения "nоказателей
качества, число компенсаторов и их параметры. ..
Причинно следственные связи между этими факторами MorYT
быт!> выявл ны следующей конце туальной моделью: ,В том случае,
,к,О2да aдaHHыe nоказатели качества прибора (или ФункционаЛЬНО20
'устройства) невоз.можно или экономически нецелесообразно получить
из-за технолоzических,. эксплуатационных и дРУ2их nО2решносmей,
применяют компенсаторы nО2решносте(1, число которых и требова-
ния к, ним зависят от nараметро.в прибора, числеННО20 значения.
и вида nоzрешностей, условий nроизводсmва и эксплуатации. '
На основании этой модели можно разработать математическую
модель, характеризующую количественно виде функциональных
зависимостей выя ленные прич нно-следственные связи. Для этоrо
вначале определим действие первичных поrрешностей и факторов
на показатели качества оп.
Запишем действитеЛI?НУЮ и номинальную (расчетную) функции
преобразования сиrнала ОП. (или функциональноrо устройства)
в слеДУ!9щем виде:.
У === f (х, Qi, ql);
Уа == {О (Ха, QiO, qio),
(2.1 )
(2.2)
43
rде у, y деfIствитеiIьkое k iiЬминальное энаitенйй инфdрмат в-
Horo параметра выходноrо сиrнала ',прибора (устройства) соответ-
. ственно; Х, Хо .......... действительное' и номинальное зн.ачецие информа-
тивноrо параметра входноrо сиrнала соответственно; Qi, QiO
е .-
деиствительное и НОl\4инаЛJ?ное значения I\<?нструктивноrо параметра
'прибора; ql, qio действительное и ноrlИнальное значения влия-.
ющих фа торов; " {О....... действ тельная и номинальная функция,
вязывающие Х и у. -
в связи с тем что реальная функция преобрззования сиrнала
е е
О,тличается от номиналЬ.нои, возникает разность между деиствитель-
ным и номинальным значениями информатив оrо пар метра выход-
Horo сиrнала прибора ' ,
dy == у уо.
(2.3) .
""
в общем случа dy представляет собой поrрешность функциони-
рования прибора, либо аберрацию оптической системы, либо рас-
фокусировку, перекос или наклон изображения, лиБQ непараллель-
ность визирных осей бинокулйрных прибороIt, т.. е. характеристику
интересующеrо нас п'оказателя качества / прибора (dy М6жет быть
е е
характеРИСТИКОIt TaKOro показателя, которыи определяется раз-
е
ностью между ero но инальным и реальным с оиствами, например,
х-арактеристикой точно ти, качества изображения). I , , -
Подставив в выражение (2.3) значения' у и yo из выражени,Й (2.1)
и (2.2) и разложив в ряд ТеЙJfора действительную функцию преобра-
. зования, запишем (ьставаясь в рамках линейной зависимости между
первичными поrрешностями и их частичными влияниями). результат )
их CO]3MeCTHOro действия на' показатель качества' .
Ду}:. == (дуjдх)о dx + [1 (х: qiO, qio) 10 (х, qiO, q;o)] +
n 1
+ Е (ду/дqдо dqi + Е (дУ7дqi)о dqi,
1 ' 1
(2.4), /
rде ду/дх, ду/дq, ay/aq' передаточные функции (ко' ффициенты)
. пеl?ВИЧНЫХ qоrрешностей; 8x:::z х ХО отклонение информатив-
Horo параметра входноrо сиrнала от ero номинальноrо значе-
ния (методическая поrрешность); f (х, qiO, qio) {о (х, qiO, QOi) ==
== 4YA.i теоретическая инстру'ментальная поrрешность; ....dq. ==
== q Qo =------ первичная поrрешность конструктивноrо параметра;
q' == q' Qo изменение влияющеrо ф ктора; n число первич-
ных поrрешностей конструктивных парам тров; l число влия-
ющих факторов. ИНДекс «О» означает что частные производные
вычисляют для номинальноrо значения параметров без учета по-
rрешностей.
_ Поскольку величина 8х может быть обусловлена действием не
ОДНQrо, а нескольких допущений (первичных методических поrреш-
ностей), Ynf "'действием pa3HopOДHЫX теоретических поrреш-
-., 44.
tJ
.
ностеЙ, а велiIчина Aqi деЙ: твуеt на rtоказаtеJ1ь качества через Aq,
то выражение. (2.4) запишем в виде '
. ..
"
т Ф n
Ayz. == (ay/aX)O.l 1X i + 1J Y6fl + 1J (ду/дqдо L\qt"'+
1 1 1-
+ {(ay/a9i)O ,(дqi/дqj) L\qj},
\"
fIC
u
rде т и (j) число мето ических и теоретических п<?rре ностеи
COOTBeTCJ:BeHHo; р число параметров, на которые воздеиствуют
влияющие факторы.,. ,
u u
Соrласно концептуальнои 'модели компенсаторы поrрешностеи
необходимо применять в том случае, коrда 'L\y'2. > Yd, rде L\Yd
ДОПУС1'и мо е значение по азателя качества прибора '(функционал -
Horo устройства). Следовательно, математическая модель" связыва-
ющая первичные поrрешности, параметры прибора- и условия экс-
плуатации с чисJ10М и п раметрами компенсатора,.... може't быть пред-'
ставлена следуioЩЙМ соэтношением: .
т Ф n
1J (дуjдх)о xi + 1J AY l1 fi + 1J (ду/дqдо qi +
,i i 'i .
+ t { (дУ/дqд t (aqi/aqj) L\qj } t . { ay/aqi t. (aqi/aZJjj) L\ZИj } -<= Yd'
". J ". J
(2.5)
'.)
\
'rде к число компенсаторов; r число параметров, на которые
воздействуют 'компенсаторы; дqlдz н 'передаточная 'функция (коэф-
фициент) компенсатора; L\ZR корре,КЦИОННЫЙ сиrнал' на компен-
сатор. ВеЛI!чина L\ H в общем случае представляет собой либо изме-
нение параметра компенсатора [например, поворот распорноrо резь-
бовоrо Qльца между компонентами объектива"ДЛЯ реrулировки ero
ф усноrо "ра,ССТОЯНИЯ (см. р,ИС. 1.19, а) J, либо то непосред твенное
изменение первичной поrреJIIНОСТИ (изменение IЮнструктивноrо па-
раметра прибора), которое осуществляется компенсатором (напри-
мер, .с'лой материала tI правляющей, уд ляемый при шабрении),
либо поправку, вводимую в отсчет.
Последнее слаrаемое в выражении (2.5) представляет собой кор-
реКЦl:lонное воздействие, .к мпенсаторов ( YH'2.) дЛЯ уменьшения
Влияния поrрешностей прибора H a ПОК8затель KaQeCTBa до значения,
paBHoro (или меньше) допустимому (расчетному) значению. Выраже,-'
ние (2.5) соответствует случаю, коrда компенсаторы оказывают
Влияние посредством изменения конструктивных параметров при-
бора. . ,
При коррекции непосредственно 'информативных параметров у
или х (этот случай встречается весьма редко) посл днее сл.аrаемое
имеет вид (соответственно для у их):
.
YK'2. === (ду/дz иj ) ZRj; Аун'Е. == ду/дх (qх/дz иj ) !1Zl\j. ·
J J
45
Количество, виД и tIередаточныIe Фунt<nии' поrрешItостей прй раз..
работке Toro или иноrо варианта конструкции прибора известны.
Однако большинство поrрешностей IJОСИТ случайный характер, по-
/'
этому на стадии пр'Оектирования их конкретные значения неиз-
вестны, т. е. ,выражение (2.5) может и еть множ'ество решений, обла-
дающих некоторой вероятностью отноСительно неизвеС1НЫХ К, aq/aZ g
и dz и . ., . ,
- Так как при проеКТИрОВ,ании прибора обеспечивается не. один
U" U
показатель качества, зависящии от первичных поrрешностеи, то
общее число компенс.аТОР9В в приборе, их передаточную функцию
и коррекционные возд йствия определяют из решения n линейных
неравенств или уравнений:
Yl Yl 1: -<: Yld;
Y2 Y2R -<: Y2d;
. . . . .... . . . . . . . . . . . .
(2. 6)
Yn Упи 1: -<: Ynd. ,
\ .
Эту систему с уч том Toro, что первичныIe поrрешности MorYT носить
случайный характер, можно решить численными методами на ЭВМ
с помощью процедуры, позволяющей путем итерационных прибли-
жений на основе направленноrо перебора оптимизировать область \
решений. '
В некоторых случаях компенсаторы применяют l!e только для
обеСП,ечения требуемых показателей назначения, но 'И дЛЯ расшире-
ния допусков на изrотовление и сборку элементов прибора, блаrо-
даря \чему повышается технолоrичность ero изrотовления. С учетом
Toro, что стоимость детал й обратно процорциональна квадратам
д пусков, число компенсаторов, П08ышающих технолоrичность коп-
струкции можно определить из соотношения
,.1 .
.. ''']
п n 1с
Сi/бqi > С i /бqi 2 + R иj ,
i i j
, ,
rде Сi/бqi == Rl затраты на обеспечение допуска бqi (C l коэф-
фициент пропорциональности для выIаженияя поrрешности в едини-
цах затрат); Сi/бqi 2 == Ri затраты на обеспечеI:Iие расширенноrо
допуска бqi == бqi + бqк (бqн увеличение допуска блаrодаря компен-
сатору); 'R и затраты 1Iа изrотовление и юстировку компенсатора;
n число поrрешностей, допуск на которые расшир ется; K. число
кdмпеНGаторов.
В тех случаях, коrда компенсаторы позволяют повысить -произ-
водительность работы (как, например, в авторедукционных ниве-.
лирах) или друrие пок'азатели, связанные с экономической эффек-
тивностью прйбор , их необходимо учитывать при определении числа
компенсаторов по формуле (2.7). Неравенство (2.7) целесообразно
использовать при нахождении' области решения. системы уравне-
ний (2.6) относительно не.известных К, dZн,. aq/az K . .
В настоящее время автоматизированный расчет производится
только для компенсаторов, QбеспечиваюLЦИХ некоторые покаэатели
"
(2.7)
46
,7
качества изобр жения-, создаваемоrо оптической системой. 13 осталь-
ных случаях из-за недостаточноrо развития системы abtomaTI-JЗИРО-
взнноrо проектирования ОП (особен.но механических функциональ-
ных устройств) и.......отсутств я элементной базы данн.ых по типовым
u
компенсаторам поrрешностеи их рассчитывают аналитическим ,мето-
дом. Для аналитическоrо решения уравнений (2.5) и (2.6) следует
ввести систему критериев, ПОЗВОЛЯIQЩИХ уменьшить их неопре-
деленность. /
о
2.2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА I КОМПЕНСАТОРОВ
\
Необходимость применен я комп нсаторов для обеспечения тре-
буемых качеств прибора определяется на этапе ero проектирования,
при выполнении точностных, аберрационных и. друrих расчетов
[31, 56]. TaK как БОЛЬШИНСТIaО поrрешностей. прибора являются
u
случаицыми, то на этапе проектирования мы не мажем знать их
u '
конкретных значении, поэтому определение числа компенсаторов 'ЦЗ
> выражения (2.5) и требований к ним должно быть основано на ве-
роятностном суммировании случайных поrрешностей. Это приводит
К тому, что неравенство (2.5) имеет множество решений, обладающих
u
екоторои вероятностью.
, НеопределеннЬсть решений обусловлена также. тем, что для
компенсации поrрешностей, нарушающих требуемое качество, MorYT
быть выбраны компенсаТОРЬ1 с различными значениями L\z}O aq/az}C
или ay/aZ Kj Для уменьшения неопределенности H paBeHCTBa (2.5)-
необходимо выполнить Iследующ е условия: 1) неравенство (2.5)
превратить в равенство; 2), случайным поrрешностям присвоить'
рпределенное -вероятное значение (такими значениями MorYT быrь,
1 .
например, их практические предельные вероятные значения, кото-
рыми нормируются в общем случае показатели качества прибора);
3) число компенсаторов. должно быть минимальным,.НО достаточным
. ,
для обеспечения требуемоrо качества; ,4) показатели качества ком-
пенс'атора должны обеспеЧ0вать эффективность ero применения.
С _ учетом этих условий запишем выражение (2.5) в виде
nс n1
Aqi qi + АсiСРi бqi +
i i
+ "1 I A /l i q'f + " .A ik i {,2 qi I).YK"J:. " I).Yod, (2.8)
V t - t
rде nC u число частичных влияний (т. е. еДИНИЧfIЫХ влияний пер-
в чнои поrрешности или фактора на показатель качества), вызван-
ных систематическими (неслучайными) первичными поrрешностями
и факторами; пl, п2 число частичных/ влияний, обусловлеННI5IХ
случайными поrрешностями и фактор ами, которые имеют и не имеют
соответственно систематические составляющие; Aq ==, ay/aq == АсАо
передаточная функ ия (коэффициент) первичной 'поrрешности или
фактора (Ас и Ар) неслучайная и случайная части передаточной
· 47
функции соответственно); бq........ половина ероятноrо поля рассея-
ния случайной первичной поrрешности или фактора; С р , kp
коэффициенты, эависящие от расположения поля и вида раесеяни я
первичной поrрешности или фактора, а также .от их передаточной
функции. [1,8]; YVd........... до.пустимое 'вероятное значение, показателя
качества.
· Коэффициент С р учитывает систематическую составляющую a-
стичноrо влияния. Для частичных влияний, обусловленных скаляр-
ныIии первичныии поrрешностям"И, ero определs:IЮТ по формул
С; == C q == 8. 0 q/бq + rxq [СМ. формулу (1.2) J, а для частич.ных
влияний, обусло!3ленных векторными первичными поrрешностяМи,.........
, 2n:
, 1
по формуле С р == м (Av)C q == 211: J Av de C q .' rAe :M.<At,) мате-
о ".
матическое ожидаlIие случайной части передаточной функции;
.е направление BeKTopHO первичtlоji пеrр шности (если О e
3600)... .' _' .
Коэффиц ент kp учитывает откло еIlие действительнбrо закона
рассеяния астичноrо влияния от закона raycca (норм.альное распре-
деление). Для частичных' влияний, обусловленных скалярныIии пер-
вичныии поrрешностями, ero определяют" по формуле 'k p == kq ==,
==' <1 (8.q)/cr o (8.q), rде kq ........ коэффициент относительноrо рассеяния
первичной поrрешности r или фак:rора; о' (Дq) . среднеквадратиче-
ское О КЛО,нение действит.ельноrо закона распределения; '<10 (8.q} .........
среднеквадратическое от лонеlfие рассеивания, подчи яющееся за-.,
кону raycca. Дл,я частичных влияний, обусловленных векторными
первичными' поrрешностями и фа кторами [18 J" коэффициент k p
находят из выражения' k p == V 0'2 (Ао) (k + 9C ) + М 2 (A v ) ,k ,
/ 2n '
rде (J2 (Av) 2 J Av de.
- о .
Очевидно, что необходимость в применении компенсаторов (т. е.
в вве ении 8.Уи ) 'возникает в том случае, коr,ца суммарное влияние.
поrрешностей больше допустимоrо значения. Дл5.1 выяснения этоrо '
суммируют левую часть выражения (2.8) при dYR == о. Однако
полученныIй результат не позволяет. опреде.лить степень влияния
',каждой ,первичной поrрешности и фактора,' поэтому компенсаторы
и допуски на первичнфе поrрешности назначаются здесь весьма про"
извольнр, на основании аналоrий и опыта разработчика.
Методику _ расчета ко пе сатор в.. более целесообразно основы-
aTЬ на проектных расчетах; коrда по 'заданному показателю каче-
ства приt50ра (Функциональ..ноrо устройства), ero схеме, КОНСТРУКЦI!И
- ,
и условиям эксплуатации определяют допустимые значения первич-
ных поrрешностей. При т'аком подходе определяется степень лияния
каждой первичной поrрешности и фактора и, следовательно, MorYT ,.
быть найдены поrрешности, требующие компенсации. .
Определение 'Toro, что :dy'l:. > dYvd; а также степени влияния
каждо цеРВИЧНQЙ цоrреЩЦQСТИ и фактора ца по азат ль качест а
48 .
..
, .
производится с п_о ощью ко ффициентоввлияния' Лi 1'L\Y d/AYAqi 1,
rде YAqi ----7- частичное влияние [18J. Если окажется, что имеЮТСIl
поrреlIIНОСТИ и факторы с значением "'i, меньшим, чем наименьшее
допустимое значение (л о ) этоrо коэффициента, то условие (2.8) может
быть выполнено ТОЛВКО с помощью компенсаторов (т. е. АУНЕ =f=. О),
· ус раняющих или ослабляющих действие этих поrрешностей и фак-
торов. .
9 Наименьшее допустимое значение коэффициента влияния опре-
деляют, ИСХОДЯ,}J3 выражения (2.8) (если прираВIIЯТЬ Ауи'Z. == О)
, при условии равенства частичных влияний rрупп n с , пl и n 2 . Для
этоrо вначале находят выражения для коэффициентов влияния ча-
стичньiх поrрешностей различны rрупп [приравнивая число ,!l a -
сr.rИЧНЫХ влияний друrих rрупп в формуле (2.8) нулю J: '
I I
Ас === AYVd/(Aq"Aq);' . . .. . (2.9)
л'1 === L\Yvd/[A c р + k p ) Bq]; (2.10)
. ., A == AYvd/(Ackp бq) (2.11)
Преобразовав выражения' (2.9) (2.11) и подставив их в (2,.8),
получим
,.
..
п с nl
L\Yvd === АУvd/ЛСi + Е YVdCpi/[(Cpi + kрд л'li] +
i' i
I
, "1 ( AY dk"pil[(CPi + k pi )2 Л ;J + !!1tlvdIЛ I'
Jv1 t t
""
1)
Далее сократим выраже!lие (2.12) на AYVd ' .'
(2. 12)
. 'п с nl
1 === Е l/Л С i + Е Cpi/[(C pi .,+ kрдЛli] +
i i .
r n1 · n2 .
+ V k i/[(Cpi + k p - i )2 л' i] + I/Л i.
t t
*'"
(2.13)
При условии. paBHpro влиянии частичных поrрешностеiI: (т. е.
при Лсi ==. li == "'2i == "'о) ПОЛУЧИМ
, .
пl ... f nl ..
ЛО == п с + Cpi/(C pi +. kрд + - V - kpi/(C pi + kрд2 + п 2 " (2: 14)
..
читыв?я, что дл большоrо' числа, Т ХН(jлоrич с.ких поrрешно-
. стей rруппы 111 обычно выполняется следу!Ощее соотношение [18]
Cpi/(C pi + k pi ) kpi/(C pi + k pi ) 0,5, (2.15)
"-
а также, что число поrрешностей rруппы n 1 B пр:иборе, как правило,
невелико, наим ен ьшее допустимое значение коэффициента влияния
-можно найти по упрощецной приближенной' зависимости
"'
"'о п с + 0, 5п l + {o,25п + n;. (2.16) ,
49
Прежде чем принять' окончательное решение о компенсации той
или иной поrрешности или фактора, имеющих Л'i ,< Л о , следует уточ-
нить знаJlение Л о , отбросив ничтожно, влияющие на качество прибо'ра
поrрешноети и факторы." КритеР,ием ничтожности влияния поrреш-
ности является условие Лi' Лн, rде Л Н коэффициент влияния
ничтожно малых поrрешностей и факторов, определяемый из усло-
вия, что отбрасываемые частичные влияния не изменяют значения
8у'Е, более чем на 5 10 %: '
п с п еи . п. n 1н
а 8Yvd == 1} A qi 4qi 1J A qi i1qi + AeiC pi бqi ----:- AciC pi бqi +
i i i i
. ,
... f n 1 'n 1Н n 2 n 2н
+ V A ik;l fJq A ik i &/; + A ,k l &/; A ik i &/; ==
t " .. ". t
п е n еи
'== I1Уvd/ Л еi I1УVd/ Л СНi '+
i i
I п! п 1Н
+ t I1Yvd C pi/[(C pi + k pi ) Л 1 i] ' I1Y dCpi/[(Cpi ,+ kрд ЛIН z] + .
l i '
+ V А dk ii[(СРi'+kРi)2лЫ, H4Y ; dk i/[(CPi+kpi)2 1.;&1 + -+
.
, .
.. .
n 2 п 2и
+ I1У d/Л i !!оd!Л Нi,
i i
2.17)
. .
rде а == (0,95+0,9) коэффициент, учитывающи!! .уменьшение СУМ- -
марной поrрешности на 5..!..........10 %; nен, n lн , n 2н ......:.... число ничтожно
I 'U .
малых частичных поrрешностеи rрупп nС; nl', n 2 соответственно;
л. СН , Л 1и , Л 2Н коэф'фициенты их. ВЛИ,яния срответственно.
Сократив выражение (2.17) на 8Yvd, получим'
п е п 1 n ен
а === l/л. е i + 'Cpi/[(C pl + k pi ) Л 1 i] l/лсн i
i i i
п ' V )
lIi п. ·
Cpi/[(C pl + k pi ) ЛI н [ + .k l/[(Cpi + k pi )2 ЛIi] +
1, "
...
п 2 п 1Н n 2н
+ 1/л' i k l/[(Cp'i + k pi )2 лIн ,] l/л н [.
. i i I i
, .
Примем, что л'еi == л'li == "'2i == Л О ; Л СН i === "'lН i == "'2Н i == Ли;
Cpi/(C pi + kрд kpi/(C pi + kрд 0,5, и после некоторых пре-
образований найдем .
'" ЛО [А (п еи +"О,5п 1н ) ::1:: V В (nен + О,5nlн)2 + (В А2) (О, 25п lН + п2Н)]
fl .. А2 В '
(2.18)
rде А == n + О,5п1. ",оа; В == О, 25n l + n 2 .
. .
50
При выIьлнениии расчетов .K 1tJlЧТОЖНО малы поrрешностям преД-
варительно QТНОСЯТ: поrрешности .BToporo порядка малости, а также
те, которые меньше друrих в три раза и более (т. е. у которых
Лi Зло). В том случае, коrда отсутствуют систематические поrреш-
насти (п с == О). и ничтожно малые поrрешности rруппы пl (п 1и == О), .
коэффи иент ничтожноrо вли ния поrрешностей rруппы п 2 опреде-
о ЛЯЮТ либо по зав исимости, полученной из формулы (2.1 8)
о Ли == Л О V п2н/[0;25пl (1, nl) + ало (nl ало) + n2];
либо из выра.жения [18, 37]
Лн, == -. / kЛОn2н/(2ло nl),
I
, I .
rде k == 10 (при 10 %'.ном риске) и k == 20 (при 5 %.ном риске).
В том случае,' коrда отсутствуют и поrрешност rр ппы n! (n 1 ==
== О), ИЗ формулы (2.,19) по лучим ,
"'H ' УЛ3 n 2Н/(n2 л3а 2 ).
.
Так как при nс == n 1 == О наимеl:lьшее допустимо е значение коэф-
, фициента влияни Л О == -Vn;, то ли == v n2 /(1 ........!. а 2 ), что соrласуется
С' данными работы [18} и с известным критерием ничтожно малых
поrрешностей по М. Ф. Маликову (см. Маликов М. Ф. Основы ме-
троJiоrии, М., 1949).
Уточненное значение л о находят, по формуле
. J
ЛО == nс п ен + 0,5 (nl nlн) + у 0,25 (пl . nlн) + n2 1128. (2.20)-
Выявив 'все поrрешности, требующие компенсации (т. е. поrреiп-
ностк с лi < "'о), выбирают тот или иной компенсатор для устранения'
влияния одной или нескольких поrрешностей.
, При этом учитывают величину и характер в ияния ( лучайное,
неслучайно , аддитивное, мультипликативное, периодическое и т. п.),
у ловия, прои водства (серийность, наличие необходимоrо обору до- .
вания, квалификацию рабоч.их) и эксплуатации прибора. Эти фак-
торы по .воляют выбрать метод компенсации и определить требова-
ния к компенсатору ' точки зрения возможности применения 'Тоrо
или иноrо метода, точности компенсатора, ero надежности, эконо-
мичности и диапазон работы. Вначале выбирают компенсатор для
компенсации наиболее.. сильно влияющей поrрешности, а также та-
u u '
кои, которыи позволяет компенсировать не одну, а несколько по-
u
,rрешностеи сразу. ,
Точность омп нсатора определяют исходя из требуемой точности
u u u
компенсации, характеризуемои остаточнои величинои компенсируе-
Moro влияния либо компенсируемой ,поrрешности.ил 'фактора:
. f1УИR == Y q ' Уи; qHR == q f1qи.
. ,
, Величина недокомпенсации также' имеет коэффициент влияния 'Ha
показатель качес ва
Л НН == Yvd/ YHsJ I YVd/(Aq LlqИR)I.
(2. 19)
(2.2])
51
/'
МаКСИмаJiьiiqе ДОПУСТИМое значение itеДокомnенсации on eJte.ti 16f
с учетом условия Лик;:::: ло:
YHK ш === УVd/'ЛО; } .
(2.22)
qfЩ шах === У d/(Аqло).
.Пр'и этом влияние компенсируемой поrрешности или фактора умень-
шено до значения, }Je нарушающеrо требуемоrо качеСТ13,а.
Значение недокомпенсации, удоВлетворяющее условию:
УНI{ min -<= AYfJd/ ; }
. Аqнк mln "" !!.и-Vd/(А лп),
означает, что влияние дан но,Й' поrрешности или фактора можно
'считать полностью компенсированным (так KaK Л нн Ан). В том
, u u'
случае, коrда компенсатор воздеиствует на какои-то параметр при-
бора, ero коррекцию определяют по ф<?рму ле '."
I1Уиi === (ду/дqд (aqi/aZRj) f1ZI(j == AqiAzj f1z Иj === АИ'j Az Hj .
r Изменение коррекции Д ОЛЖН 9 быть TaK M, чтобы выполнялись
условия (2.22). или' (2.23). Отсюда можно определить требования
к величине A Hj при' известном минимальном значении коррекцион"
uoro сиrнала Zнj Jn, которое может быть создано В Iбираемым
методом компенсации, либо требования K ZHj min, П,ри из естном
значении А иj : .
ф .А н ) тах === Уvd/(ЛО AZ Rj min); ,
Ан} mlp == YVd/( H.AZRj mln);
ZHj mln == Уvd/(лоАнj);
, Z i min === f1Уvd/(л н А нj ).
. "
(2.23)
"
(2;24)
(2.25)
(2.26)
(2.27)
/
3дес'ь Аz и } mln минимальное значение. коррекционноrо сиrнала,
обеспечивающее уменьшени компенсир.уемой поrрешности до зна-
чения., . не нарушающеrо требуеМО,rо качества; f1Z i min""-'" значение
коррекционноrо сиrнала" обеспечивающеrо полную компенсацию'
/
поrрешности. - J ' , .
иапазон работы компенсатора QРИ компенсации одной поrреш-
ности (фактора) определяется ее максимальным значением
f1Z Hj шах === Уvdl(ЛiАн}), (2.28) ,
а прй комиенсации нескольких поrрешностей (И.,1И факторов) их
максимальным суммарным значениеl\:1. Например, при компенсации n .
технолоrических. поrрешностей (случайных по природе)
I
!!.ZRj maX !!.YVd V l/лl! Ан}, · '. (2.29) ."
Действие компенсатора,приводит к тому, что компецсируемое
влияние одной поrрешности и ли фактора (лрбо сама поrрешность :
1) уменьшено до значения, не н рушающеrо требуемоrо качества
52 ·
(коэфФициеНt в.fШЯНИЯ не)(ОКОМitеiIсации K при ЭТОМ ).,и > и.
Ай); 2) ЦОЛНОСТЬ19 устранено (Л нк л н ).
В п pBOM случае наименьшее допустимо знач ние коэ4lфициента ,-
влИЯНИЯ, 'которое обозначим теперь лЬ К [вычисленное по формуле
(2.20), но с учетом Toro, ч о компенсатор увеличивает или остав"
ляет неизменным число ничтожно малых поrрешностей], остает-
ся неизменным, а во втором случае уменьшается. Условие -'
л,нк < o обычно ук.азывает на, неправильность В Iбора компен-
сатора: . . . .. ' '. .
Если одним ко пенсатором устраняется ,ц й- ие. n по'rрешностей,
то возможны следующие случ и: 1) при условии, что су ма ная
недокомпенсация имеет коэффициент влияния л нн 1: ;:::: л н , эти по,,:
rрешности исключаются из расчета лЬ К ; ,2) при Л Н > лн 'л
эти поrрешности заменяются' одной, не .нарушающей требуемоrо
качества; 3) при ЛИК <. л .из: формулы для расчета лАК мы также
исключаем n 1 поrрешltостей, но остаточная недокомпе сация
продолжает вл ять так сй.цьно, что требуемоrо показат я качест.ва '
не получить (т. е. возможно, что потребуе,ТСЯ комп нсировать не-
до'комп нсацию) .
.После Toro как ввели первый компенсатор, выя.вляют наличие
fiоrрешностей и факторов, у которых hl < Л К, И тоrда вводят вто"
, u .
QPOH КОl\1пенсатор.
Окоцчательно число компенсаторов -1(, определяют при отсутствии
nоrрешностей. и факторов, у KOT OPЫX Лl < ,л К. При' этом' будут
выполнены условия (2.5) и' (2.8). .'
· Так как в выр'ажении' (2.5) учитывается число компенсаторов,
обеспечивающих только' какой-то один показатель качества оп,
то общее ч сло компенсаторов находят суммированием числа ком-
пенсаторов по всем показателям качества,' которые MorYT быть опре-
' u
делены также. с помощью изложеннои методики.
При выполнении расчетов комценсаторов по данной методике
для определения коэффициентов влияния ка дой первичной по-
rр'ешности и фактора необходимо задать их значение. Значения си-
стематических поrрешностей' (теоретических ошибок,' деформаций
о..::. известньtх сил и т. д.) вычисляют по известным конструктивным .
параметрам прибора 'и YC-lIQВИЯМ ero эксцлуатацци. ЗначеНl! влия,;,
ющих факт.оров опред ляют ис одя-из условий эксплуатаци прибора
и ero параметров, а также нц 'основании известных эксперименталь"
ных данных о значении 'Foro или иноrо фактора. Например, известно,
Ч поrрешность совмещения марок из-за оrраниченной остроты
зрения оператора (Llct) в случае Н'ониальных наводок характеризуется
средним з ачением стандартноrо Q;rклонения, paBHoro lO 15".
Следовательно, при определении коэффициента влияния этоrо фаJ{-
тора (л) будем задавать ero значение половиной практически вероят-
H<?ro-- поля рассеяния, 'paBHoro 30.........45". На рсновании известных
да!lНЫХ задают также .пределы колебаний сил трения в кинематиче-
ских парах (с учетом материалов пар, их 'конструкции, наrрузок,
шерох.оватости поверхностей, смазки), рефракцию воздушных слоев
53
t /
(учитывая возможное состояиие атмосферы, толщину В03ДУШНОfd
сл о я) и т. д. . ' 4',
Значения технолоrических поrреШНОС1'ей задают допусками на
изrо:rовление и сборку деталей прибора. Так как стоимость прибора
в суще твенной мере определяется трудоемкостью изrотовления и
сборки ero деталей, то заданные допуски 9УДУТ определять также
технолоrичность прибора. Это обстоятельст о, а также экономиче-
'ская целесообразность применения компенсаторов технолоrических
поrрешностей (см. концептуальную модель) учитывается в рассмотрен-
, U ,
нои методике экономическими уровнями точности технолоrических
процессов изrотовления и сборки де:rалей.
Сначала допуски на все технолоrические поrрешности задают по
экономическому уровню точности технолоrических процессов (бqэ).
Этому уровню соответствует точность, получае 'ая в серийном про-
изводстве при изrотовлении деталей на автоматическом и у'нивер:
сальном оборудовании с по ощью типовоrо инструмента, оснастки
и приспособлений. Сборка осущеСТВJJяетсf!. без приrонок и реrули:-
рОБОК. Контроль производят С помощью цеХ9воrо инструмента (ми-
-,-крометров, индикаторов, калиБР9В" эта!lонныx стекол). Для .
заводов оптической п.ромышленности ' экономическому уровню
в 'среднем соответствуют допуски по 9 11 MY квалитетам точ-
ности.
, Вычислив значения частичных влияний ервичных поrрешностей,
которые заданы допусками на экономическом уровне точности, можно
найти соответствующие коэффициенты их влияния (Лэi ==
== I L1g vd /(Aq iбqэi) 1) на качество ,оп. При Лэi Ао допуск на данную
поrрешность может быть задан на экономическом уровне точности.
Если Азl < Ай, то 'допуск на TaKYIQ поrрешностъ должен быть уже-
сточен до значения, соответствующеrо производственному уровню
'точности технолоrических процессов. .
Производственному уровню соответствует точность, получаемая
u u I #
В сериином производстве при изrотовлении деталеИ,на универсаль-
ном оборудовании, но с применением специальноrо инструмента,
оснастки и /технолоrических процессов (lJапример, при изrотовлении .,
еталей на шлифовальных CTaHKaX с использованием разверток,
кондукторов, ПР!f пособлений для центриро ки заrотовки и с увели-
чением числа повторных циклов обработки поверхностей деталей).
Этому уровню точности соответствует сборка с элементами компен-
сации П,оrрешностей подвижками деталей, сопровождающимися кон-
тролем на качественном уровне и с исполь о&анием производ твен-
ных средств контроля. Производственному уровню соответствуют
в среднем до-пуски по 6 8 MY квалитетам точности.
После вычислеlIИЯ коэффициентов влияния поrрешностей, до-
пуск на которые задают по производственному -(бqпд -уровню точ-
ности (Ап! _ == I Уvd/(АqlбqПl) 1) путем их сравнения с ЛО выясняют
. возможность назначения допуска на ЭТО'м уровне (при Апl Ай).
Для поrрешностей с Апе < 'Ай назначают еще более высокий допуск
(с ответствующий техническому уровн,ю точности технолоrических
П,роцес ов).
54
,_
о Техническому уровню соответствует предельная точность, KO O-
рая может быть достиrнута с помощью специальноrо оборудования,
инструмента и технолоrических процессов,. Например, для дости-
жеНИЯ точности нанесен я делений на штриховых лимбах. (диаметром
около 1-00 мм) с поrрешностью не' более 1" используют прецизионные
делител,?ные машины, осуществляют стабилизацию температуры
{до COTЫ долей rрадуеа), давления и влажности в рабоч м помеще-
ни и, защиту от вибраций и т. п. Этому УРQВНЮ точности соответ-
ствует сборка с приrонкам..и и реrулировками, сопровожд ющаяся
контролем лаборатор ыми средствами (автоколлиматорами, интер-
ферометрами, микроскопами). Техническому УРОВНIQ cQOTBeTcTByeT
в среднем допуск по 4 5-MY квалитетам.
После вычисления коэффициентов влияния паrрешностей, ДО-
'пуски на которые были заданы по техничеСКО!АУ (бqтд wовню точ-
ности ( Ti == I УVd/(АqifJqтд I ), определяют возможность назначе-
'ния допусков на этом уровне (п.ри "'Т! "'о) либо необходимость
их компенсации (при "'т < "'о). Исходя из за рат на выполнение
Toro или иноrо допуска fJQTi', можно определить также цел,есообраз.
lIOCTb омпенсации этой поrрешности в случае, если ,затраты на ком-
пенсатор будут меньше (обычно примененuе КО,мпенсатора целесооб-
разно в случае еДИl{ичноrо и мелкосерийноrо производства).
Основными факторами, позволя!Ощими определить эконом ический
эффект' принимаемоrо решения, являюtся условия производства:
серийность прибора, наличие необходимоrо оборудования, оснастки"
контрольно-юстировочных приспособлений и Т. п. После проведения
р.асчетов компенсаторов, необходимых для обеспечения требуемы..
показателей качества ОП, производят .уточнение допусков на пер-
вичные поrрешности (см. п. 2.4). J
. Для машинной реализации методики расчета компенсаторов
целесообразно использовать два' алrоритма. С помощью nepBoro
, u u
алrоритма можно выявить степень влияния каждои первичнои
поrреШНQСТИ, уточ1нить допустимые значения первичных поrреш-
ностей и определить число поrрешностей, требующих компенсации.
По второму алrоритму на основании данных, полученны при рас-
четах по первому алrоритму, опред ляют число компенсаторов и
требования к их параметрам. Работа ЭТоrо алrоритма орrанизована
в режиме прямоrо диалоrа оператор а ,с ЭВМ. Процесс расчетов
является иtерационным и основан на использовании результатов,
получаемых при реализации последовательных шаrов.
Первый алrоритм можно представить в 9ледующем виде:
1 Задать следующие данные:
Qt число 'поrрешностей i == 1, 2, ...; п;
t значения первичных поrрешностей Aqi (технолоrические поrреш-
Ности задать допусками, соответствующими экономическому бqЭi'
производственному fJqпi и техническому fJqTi уровням точности тех-
нолоrических процессов);
ЗН'ачения передаточных коэффициентов первичных поrрешностей
A i' A ci ;,
число частичных влияний rрупп nс, пl, n 2 ;
55
значеНI:fЯ коэффициентов С р ! 'k pi "для _ случайных первичных I
U
ПQrрешно теи; ,
коэффициент риска при отбрасывании ничтожно малых ОШlfбо а;
значение допуска на - покаэатеJIЬ качества Yvd. '
2. Вычислить по формуле (2.14) значение наименьшеrо допусти-
Moro коэффициента влияния л о . _
3. Вычисли'fЬ значения частичных влияний поrрешностей rрунп
по,' n! и n2 по следующим формулам: ' -
.
f1YAgi == Aq't dqi; 'dУбqli . r Ас#. (C pi + kpl) бq i; Убq2i == A ikpi бq2i. .
Для технолоrических поrрешностей расчет произвести по допускам
f1qэ, соответствующим экономическому уровню точности. ,
4. Вычислить .коэффициенты влияния "'i I10rрешностей ,по фор"-
мулам (2.9), (2.11). .
5. Сравнить полученные значения Лil.С "'о: если Л, 3""'o, занести
их в rруппу ДЛЯ проверки на ничтожное БЛИЯНJ'lе (пH.i); если Лi <
< 3л о , в rруппу пj. '
6. Вы ислить по формул_е (2.18) коэффициент ничтожноrо влия-
ния Л Н И вывести на реrистр-атор (дисплей, печать). При выполнении
машинноrо расчета ЗJIачение л н может быть вьt!lислено не по' при-
ближенной форму е (2.18), а по формуле, учитывающей "коэффи
циенты C pi и k pi [см. фор улу (2.17) J. .
7. Сравнить значение Лi из rруппы пн, с Ли: если Л'i лн' за-
l:Iести их в rруппу' ничтожно влияющих (n н )' и вывести на р.еrйстра- .
тор; если Л, <3 Ли, вывести значение первичной поrрешности и коэф-
фициент влияния на реrистратор.
, 8. Рассчитать' по формуле (2.2Q) уточнекное значение наимень-
,niero допусти оrо коэффициента влияни'я ЛО И вывести ero на р rи-
стратор. ,
9. Сравнить значение лl из rруппы. nj с ло: если Ai Ао, вывести
значение первич.ной поrрешности и коэффициент ВЛИЯНИЯ 4 на. реrи-
стратор; если коэффициент влияния систематических поrрешностей
и влияющих факторов АI ЛО, занести их в число поrрешностей,
требующих компенсации Nи'i; если коэффициент влияния техноло-
rических поrрешностей Лi Ао, выполнить пп. 3 и 4 (расчет про-
извод ть;' по допускам бqпi, соответствующим, производственному
уровню точности). .,
1.0. Сравнить рассчи'tанные 'в пп. 3 и 4 значения коэффициентов
влияния АпЕ с лй: если Лпl ЛО, вывести допуск. и коэффициент влия-
ния на реrистратор; если Лпl Ао, выполнит'ь пп. 3 и 4 (расчеты
производить по допу кам бqтl, соответствующим техничеСКомt
уровню точности). . ,
11. Сравнить рассчитанные в пп. 3 и 4 значения коэффициентов
ВЛИЯНИЯ Лтl с .1..,0: если Ат! Ао, вывести допуски и коэффици/енты
влия-ния на реrистратор; если ЛтЕ <:з Ао, занести их. в число' поrреш-
ностей, требующих компенсации N иi и. вывести допуски. и коэффи-
: циен ы влияния на реrистратор.
. 12. Конец. - - .
QQ
.
Исходя из nида nоrре1lJНостей, требующих КОМпенсации N RI , I!"
коэффициентов влияния Лi, условий произврдства оператор выбирает
U . U
тОТ или инои компенсатор для компенсации однои или нескольких
поrреш!!остей. При этом он вводит значение аименьшеrо сиrнала
на компенсатqр, которое может быть создано выбранным методом
компенсации ZRj min, либо значение передаточноrо коэффициента
компенс тора A Rj .
Дальнейший расчет производится по второму алrоритму,'КОТОрЫЙ
· можно представить в следующем виде:
1. Задать значение ZRj min (либо A Rj ).
с- 2. Рассчитать по формулам (2.22), (2.23) максимальное и мини-
мальное значения недокомпенсации ( УИR шах i, dуин min i, qHR шах i,
8.qИR min i) И вывести их на реrистратор. . ,"
3. По формулам (2.24) (2.27) произвеGТИ расчет A Rj (если было
задано di Hj mln) либо расчет' t!Zпj mln (если было задано A'Rj), (рас-
е считанные эцачения вывести на реrистратор. ' "
" 4. Вычислить по формулам (2.28), (2.29) диапазон работы ком-
пенсатора ZHj тах, результат вывести на реrистратор."
5. Вычислить значение коэффициента недокомпенсации Л НИ i' по
формуле (2.21), вывести на реrистратор. .
6. Сравнить значение ик 1 С Лй И Лн: еСJIИ Лик i ;::::: H' ТО nоrреш-
ность (или, поrрешности) лодностью компенсирована, ее (или их)
занести в rруппу ничтожно малых n и и по формуле (2.20) рассчитать
значение лЬ К , которое вывести на реrистратор; если Л Н > Лик l л ,
G _ то В случае (компе'нсации одной поrрешности значению лЬ К присвоить
значение ло; если ЛИ > Л нк (' "'о, то в случае- компенсации одним
I компенсатором n к поrрешностей значеЩlе Л К рассчитать, по формуле
(2.20), при отнесении к ничтожно малым n н .......... 1 поrреЦIностей, и
р зультат вырести- на реrистратор; сли Л нк l < Ао, то в случае ,({ом-
пенсации одной поrрешности на реrистратор подать метку «Ошибка
в "выборе метода компенсации"»; если Лик 1 < .лй, то в случае компен-
сации n к поrрешностей зна ение ЛЬ К рассчитать по 'формуле' (2.20)
'4ПРИ отнесении к ничтожно "малым n н 1 поrрешностей,. затем BЫ
вести на реrистратор, n н по rрешностей в числе N Ri qзменить одной
-поrрешностью, значение которой ( YHH или qHR) И коэффициент
влияния' 'Лин также вывести на реrистратЬр.
7. Сравнить 'значения "Лi ИЗ rруппы N Kl с ",ь к : если At Л К,
в вести поrрешность из. rруппы N {а; сли Лi < лЬ К , ввести второй
, компенсатор. и перейти к п. 1. .,. .
Весь циlк . повторить до у сл овия, что коэффициенты ВЛ1fЯНИЯ
> ) .
nоrрешностей Jtз rруппы N K примут значения ,л'i л К.
8. 'Конец. " .-
Рассчитав. компенсаторы, необходимые для обеспечения oiHoro
J ИЗ показателей качества ОП, переходят к .расчету по данным алrо-
ритмам, компен аторов, .обеспечивающих СО0тветствие прибора дру-
rим показателям. Прим:енение ЭВМ поз оляет ус.корить процесс рас-
четов и использовать более точные ФОРМУЛЫ дЛЯ их выполнения.
57
Особенно удобно производить с помощью ЭВМ уточнение допусков
на первичные поrрешности и фаКТОРЬ1 по алrоритму, основы' KOToporo
иаложены в п. 2.4. , .
, "
.
2.3. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ КОМПЕНСАТО ОВ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
, Используем изложенную выше методику для расчета компенса-
торов, обеспечивающих H KOTopыe показатели качества простых ОП
и функциональцых узлов. Примеры подобраны так, чтобы '9хватить
различные типы функцио альных преобраЗ0вателей с различными
..
Рис.. 2.1. Схема - автоколлиматора: J
1 зеркало; 2 объектив; 3 подвижная сетка ОКУ-
лярноrо винтовоrо микрометра; 4 непоДВИЖ ная сетка
с rрубой шкалой; 5 окуля.р; 6 винтовой механизм;
7 точная шкала; 8 источник света; 9 конденсор;
10 сетка; 11 светоделительная призма-куб
.
,....
показателями "к чества, разнородными поrрешностями и компенса
торами. . \ .
Расчет компенсаторов автоколлиматора. Предположим, что тре- "
буется создать автоколлиматор на базе автоколлимационной торцо-
вой трубки [33] со следующими техническими данными:. пределы
измерения .уrла наклона зеркала (у) . ::1::20', цена деления точной
шкалы (А т) 5", . допустимое предельное вероятное значение, по-
rрешности автоколлиматора ( YVd) 5".
Разработанный автоколлиматор (рис. 2.1) основан »а измерении
перемещения автоколлимационноrо изображения сетки 10 при на-
клоне зеркала 1 с помощью окулярноrо винтовоrо микрометра 3 7,
точная шкала" 7 KOToporo имеет 60 делений (цена де'ления 5"),
а rрубая шкала + 4 деления (цена деления....... 5'). Искомый уrол
поворота (у) зеркала связан следующей зависимостью с конструк-
тивными параметрами автоколлиматора:
1 kp
У === Т arctg !'2л ,
58 .
,N'!l .N'g
лл
;\
1
.
2
"
О,
.
Первичная' поrрешность ПП
. ( q)
3
4
5
6
Теоретическая 6ут
Поrрешность фокусноrо расстояния
, объектива ! ",
Поrрешность деления точной шкалы L\<p
Эксцентр Ifситет точной шкалы L\e
'!'" .. J .. ,
Поrрешноёть СНЯТIlЯ отсчетов n "
Поrрешность совмещения марки подвиж
ной сетки с автоколлимационной маркойiа
Поrрешность совмещения марки подвиж-
ной сетки из-за параллакса L\p
Поrрешность шаrа винта L\ t
Зазор в паре В,инт rайка L\co
Непараллельност& перемеrцений винта и
сетки L\ l'
Поrрешность формы опорной площаДКfi
'винта L\h I f
,
Изменение контактной деформации цары
,винт, площа ка Ad
Зазор в направляющих сетки' L\си
Поrрешность формы направляющих сетки
hи
т а б л и Ц а 2.1
ч астичн ые поrрешпости
( лЬ' J!q)
. nс
n 1
n 2
/
7+
8
9
10
11
12
13
14
YT
. L\y А!
/
L\у ф
L\Y!1e'.
L\YAn
!!.УАа
L\YI1P
('
L\УЛt
L\y C о
L\YAv
ДУ h
. L\Y.Ad
"
L\y c
н
L\Yl1h
н
rде k число заходов; р ----- шаr винта винтовоrо механизма; " .........
фокусное расстояние объектива; х уrол по!3,орота то ной шкалы.
"'. Так как измеряются небольши.е уrлы поворота зеркала, то в ОС.НОВУ
работы авток!->ллимаrора положена приближенная зависим;оать
Уа == kpx/(4f'n) == kpn/(2f'n T ).
Здесь k == 1; р == ,,,1 мм; ' == 343,64; n ----- уrол ПОБоро't8 точной
шкалы в делениях,' Птах == nrn T == :f:240, rде n r I ----- число" делений
rрубой шкалы; n Т ......... число деЛ,ений точной шкалы.
Определим число компенсаторов, позволяющих, обеспечить за-
данную точнЬсть работы авто коллиматора, созданноrо по этой схеме,
а также тр бования к компенсаторам. При этом одновременно опре-
деляют допуски (или уточняют их, если они были получены при
.проверочном точностном расчете, проводившемся при конструирова-
нии) на теХН9лоrические первичные поrреIiIНОСТИ.
, - в табл. 2.1 приведецы первичные. поrрешности,' влияющие . Ha
точность авто коллиматора, и осуществлено ..распределение вызван-
JlЫХ ими ча rИ:ЧJI/JJJ р rрещft9СТ Й ро rрупп l'4 п с , пJ' п 2 . Значение
'f
09
. наименьшеrо допусти оrо, коэффициента влияния соrласно ФОРмуле
- (2.16) сост'авляет ло == б,6. Результаты расчетов для опреде ления
.степени влияния частичных поrрешностей приведены в, табл. 2.2.
Как видно из таблицы, 'ничтожно малое влияние На точность
автоколJfиматора оказывают поrрешН'ости 1, 3, 10, 12, !3, 14. Про-
верку праJзИЛЬНОСТИ отнесения. данных поrрешностей к ничтожно
малыIM производим с помqщью Ли ' 31, вычисленноrо по формуле
(2.18) при а == 0,9. По формуле (2.20) находим Ай 3,2. Требуют
компенсации поrрешность фокусноrо :расстояния объектива (Af')
и. зазор в винтовом зацеплении (L\co).
:Компенсироват обе поrрешН:ости одним компенсатором н'е пред-
ставляется возможн'ЫМ, так как зазор в винтовом зацеплении яв-
ляется переменной нереrулярной вели,!иной Компенсацию поrреш....
ности фокусноrо расстояния можно осуществить, например,. измене..
нием воздушноrо промежутка между л нзами объектива. Недоком-
пенсация определяется rла ыIM образом' поrрешностью измерения
фокусноrо раССТОЯl!ИЯ объектива и чувствительностью реrулировки:
т а б JI и Ц а 2.2'
Н2 N!!
пп
5
6
1
8
9
10-
..
11
12
13
'14
,
Ч астич-
ная по-
rреш-
н ость
AYAq
1
2
3
4
Ау-Т
Ау Af' .
АУl1ф
YAe I
Общее выражение
частичной поrреш-
ности Aql1q
, 4y3/3
(y/f') Af'
(y/x Aq>
(y/xR) sin (х +
+ ,80) Ае
'._ O.5A n
[250/(2/'r)] аа
[rt/(2f'2'50) 1 'ар
[1/(2/')] At
[1/(21')] Асо '.
-(у/2) Ау!
[1/(21')]
::f:: (1/21') Ad.
· [1/(81' L)] Ac
[1/ (81' L)] Ah
Численное
значение-пер-
вичной поrреш-
.ности для тех,:,
нолоrических,
ПЦ
0,05"
3,4 мм
10'
125 мкм
175 деления
ЗО"
\>
55 мкм
3',0 мкм
100 мкм
10'
1,0 мкм
0,07 мкм
200 мкм ...
10 мкм
Численное
значение
частичной
_ поr.реш-
ности, ..."
0,05
12 ·
0,06
0,4
0,5
0,7
0,46
0,87 ·
29
9,01
0,46
. 0,02
0,1
0,0002
Коэффи-
циент
влияния л
.
100
0,4
83,3
12,5
10..
.
7,1
10,86
5,74
0,172 .
500 .
1 0,86
250
50
/
Ау 4n
· Ау 4(7.,
АУ4Р
AY4t
Ау &со
АУАУ
AYAh
AYl1d
Ау Ас
н
Ау l1,"t п
..
25000
При м е ч а н 'н я: 1. R == 12, S ММ \' радиус барабана точной шкалы; 80
. начаJ1hная фаза вектора эк.сцентриситета шкалы; r::::: IБ Х у еличение окуляра;
L === 30 мм ДЛI{Н'З (база) ползуна сетки; t == 0,5 мм смещение rлаза наблюда-
теля в поперечном .направлении. 2-. Поrрешности 13 и 14 BToporo порядка малости
только при соблюдении при ципа ббе J
""'1.. " .... ..... <. 1 ... .. , 't"'.......,.. ...... ... ;..-" .." J.. .... ...... t 'w'" ':1> ... ....
()
и Д9стиrае'r 0,1 % f'. Отсюда по формуле (2.21) и табл. 2.2 находим
дик == 4,16. Так как Л Н > Л НК > Ло, tюrрешность уменьшена, однако
статочной недокомпенсацией пренебречь .н льзя (т. е. ЛЬ К '== л ).
Коэффициент влиян;ия поrрешности от- заЗора в винтовом за еплении
меньше Л К, поэтому неQбходим второй компенсаТ0р. К"Омпенсация'
заЗ9ра в винтовом зацеПJIении может.быть осуществлена, например,
реrулировкой зазора с помощью разрезной rайки. По фОРl'4уле
(2.22) и общему 'выражению ч стичной по'rрешности из табл. 2.2
находим, что зазор после реrулировки должен быть не более 5,5 мкм.
Таким !?бразом; требуемая точность автоколлиматора достиrается
с помощью двух ,компенсаторов, которые позволяюt повысить техно-
лоrичность изделия блаrо-' .
даря расширению допус-
ков на Llf' и Дсо. . "
Расчет компенсаторов
призменноrо. бинокля. Од.. - 1
ним' из основных показате-
леи качества призменноrо
бинокля (рис 2.2) являет-
ся параллельн6сть осей
пучков лучей, выходящих
u
из окуляров от однои И .
той же точки предмета:на-
блюдени . Допусти.мая их ", О!(
непараллельность да,' !на-
. u 1Q
пример, ввертикальноя '
плоскости составляет 15' Рис.. 2.2. Схема призменноrо бинокля:
( u 1 l-я трубка бин'окля; 2 объектив I-й трубки;
В rоризонтальнои, плос- 8 призма П2; 4 призмз П 2 ; 5 r--- 'объектив 2-1
КОC'fи допуск составляет трубки; . 6 2-я трубка бинокля; 7 призма Пi;
20' П Р ' И Д ив.е р rенции осей 8 окуляр 2-й трубки; 9....... шарнир; 10....... окуляр <
l-й 1:рубки; 11 ..... призма П 1
И 60' при их конверrенции). ..
.Определим число компенсаторов и требования к ним, обеспечи-
вающие заданный показаТeJIЬ качества ( dod == 15') в ПРИ8менном
бинокле 6 х 30 при фокусных расстояниях объективов f б == 120 мм
и, 6куляров ' K == 20 мм. Наводка На резкость осуществляется'
вращением окуляров. На непараллельность осей.в вертикальной
плоскости влияет, как известно (32], большое колич.ество техноло-
rических поrрешностей, основные и,З которых приведены в табл. 2.3.
3начение'иаименыl!rоo допустимоrо коэффициента влияния со. '
rласно формул (2.16) составляет Л О == 4,7. Результаты расчетов для.
определения степени частичноrо влияния первичных поrрешностей
на непараллельность осей. приведены в табл: 2.4, ИЗ которой видно,
что все поrрешности оказывают такое сильное влияние, что требуе-
u u u
мои параллельности осеи не получить даже при на-!!ичии лишь однои,
из них. Только 17, 1&, 21 .и 22 я riоrрешности моrли бы не требовать'
компенсации, при усл вии HeKoToporo ужесточения их допуска.
Компенсация поrрешностей в биноклях раЗJIИЧНЫх фирм осуще-
СТБJJяетс по разному (32). H QстаflаВЛJJВ lIСр a сравнительно
61
5
а
:
8
,N'g ,N'g
пп
1
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16'
17
18
19
20
21
22
т а б л и ц а 2.3
.
П рвичная поrрешность ПП ( q)
'\
2
Поrрешность фокусноrо расстояния объектива первой труб-
ки tl
Поrрешность фокусноrо расстояния объектива 'второй труб...
ки f2 .
Поrрешность фокусноrо расстояния окуляра первой труб-
ки ! з . .
Поrрешность фокусноrо расстояния окуляра второй труб-
ки ! 4 .
Непараллельность rео;метрических осей трубок бl
Не араллельность оптической оси поворотной трубки оси
шарнира б2 . . .
Децентрировка объектива перво,Й трубки el
I .
» »второй ТРУ9 К И; e2
» окуляра первой трубки L\е з
» »втор ой тр убки L\ e 4
Сдвиr ребра призмы П 2 вдоль оси Х P2
» » »П 2 » »Х ДР2 '
ПОВОРО1: rлавноrо сечения призмы П 1 BOKpyr оси У CPYl
Поворот rлавноrо сечения призмы Пi BOKpyr оси У ДCP 2
Поrрешность прямоrо уrла призмы П 2 дцl
» »»» П ЛП 2
Поrрешность в острых уrлах призмы П 2 Д81
» »» » »П 2 d8 2
Частичное
влияние
(Aa q) n 2
da , 1
дa '2
L\a '3
L\a /1.' 4 .
Аа б1 \
а б2
3.
4
5
6
Пирамидальн<?сть призмы П 1 L\n1
» »П 1 L\n 2
Неперпендикулярность rлавных сечений призм Порро пер-
вой трубки ДУl '
Неперпендикулярность rлавных сечений призм Порро вто-
рой трубки ДУ2 . .
,.
..
a Ае1
L\a e2
L\a Аеа
L\a e4
L\a P2
да АР2
L\ q>Yl
да А '
'q> у2
L\а/1П 1 ,
f1d П2
f1a А81
L\a /182
L\a 1(1
f1a /1 1(2
L\a Ау!
dtx, Y2
анализе компенсат.оров тех. или иных моделей, определим их число
и требования к ним. \
Анализ, первичных поrрешностей показывает, что поrреЦIНОСТИ
фокусных расстояний объективов и окуляр в, эксцентриситеты оку"
ЛЯ ров не MorYT быть компенсированы подвижкой и разворотом
призм на мостике или смещением объективов (окуляров). Непарал-
лельность оптической оси поворотной трубки оси шарнира' (8б 2 )
,должна компенсироваться незав симо от Toro, паР_ clIлел на она или,
нет оптической осп леподв»жной трубки. Поrрешпостп 57. 6, 7" 1.1
62
.
Ng .N'g
пп
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20'
21
22
ч астич-
ное
влияние
a АТl -
Аа А f 2
a, А f 8
aAf,
a, Ад 1
a аб 2
a, Аеl
aAe
0,2
a Ае а
,: a Ае
, ,
. a, Ар!
a Ар;
Аа Аср 1
У .
aAcp
У!
Аа АЛ 1
(J,!!аП 2
a, АВ1'
a, АВ 2
a, Апl
Аа Ап 2
a, 11
: a, А12
т а б Jt 11 U а 2.4
Общее выражение
частичноrо влияния
AqA
Значение
первич-
ной потрет-
ности
Значение
чаСТИ1Щоrо'
влия-
ния, ...
Коэффи -
циент
влияния л
'\
(rroоб/ f об) Д! 1
.
(rWоб/ f об) ! 2
(r(J)O.JfOH) fз-
(rroоб/fон) f4
(r..... 1) б:t
'"
sin б2 (r..... 1)
el/fo
. e2/foH
езl f он
Ae4/foR
2 P9/foH
2 P;/foH
( 2X l/foH) L\q>Yl
, ,
. ( 2Х l/ f он) q>y2 '
( 2nХ 2/ f он) П 1.
(2nх 2 / ;он) П 2
( 2п св. п/fон) el
( 2D cB. п/fон) АВ 2
( 2nX l/foH) L11tl \
( 2nX l/foH) п2
2roOH Yl
2roOH Y
18
18
36
36
50
100 .
16,6.
16,6
16,6
16,6
66
66
40
40
15
15
4
4
24
24
5,2
5,2
0,83
0,83
0,41 '
0,41
0,3
0,15
0,9
0,9
0,9
0,9
0,22
0,22
0,375
0,375
1
1
3,75
3,75
0,51
0,51
2,88
2,88
1,2 мм
1)2 ММ
0,4 ММ
0,4 ММ
10'
20'
О, 1 мм
0,1 ММ
о; 1 ММ
0,1 ММ
0,2 мм
-0,2 ММ
5'
5'
2'
2'
2'
2'
2'
2'
5'
5'
А
При м е ч а н'и е. r == 6 Х ..... увеличение бинокля; О)об ==: 50 утоп поля
зрения объектива; <.оок == 300 уrол поля зрения окуляра; f3 900 максималь-
ный утол поворота поворотной трубки; 11 1, 5 показатеЛl? преJIомления Ma':te-
риала призмы; -..!1 80 ММ, Х 2 50 ММ ..... расстояния от приведенноrо ребра призм
7, 11 и 3,4 до переднеrо фокуса окуляра; D cB . п .... световой диаметр призмы.
13, 15, 17, 19 (СМ. табл.2.3 и 2.4) подвижной трубки так же как и
...поrрешности 8, 12, 14, 16, 18, 20 неподвижной трубки MOrYT быть
компенсированы ,одним KOMIteHcaTOpOM} . "
Введем первый компенсатор, устанавливающий оптическую ось
поворотной трубки параллельно оси ш рнира. Это можно сделать,
наПf.>ймер, смещением. призмы п 2 вдоль ОСИ Х, поворотом rлавноrо
сечения призмы 01 BOKpyr оси У, сдвиrом объектива или окуляра
вдоль оси Х, реrулировкой шарнира. / .
Соrласно формулам (2.21) и (2.22) максимальное значение недо-
. компенсации' этой поrрешности LlaнH шах == 3,2', а минимальное
63
-Зttачение,. hоgВОЛJlющее сЧИтать TY tIotperu ocTb nОлitостьto kомпеи"
сированнон, dа ИR min l' (приближенно принимаем л н 3л о ).
В первом случае поrрешности 5, 6, 7, 11, 13, 15, 17 и 19 заменяются
_ одной (ТС!15 как недокомпенсацией МЫ' пренебречь не можем) и тоrда
л К == 3,87, во втором 'случае эти поrрешности полностыо исклю-
чаютс'я из формулы для расчета 'л К и тоrда л К == 3,74.' Рассмотрим
случай, Коrда л К == 3,87. Он п<?зволяет расши,рить :rребования
к чувствительности коlt4пенсатор в три раза по сравнению со слу-
чаем, .коrда л К :....... 3,74. Если эту компенсацию мы будем осущ-еств-
лять подви ноц призмы П 2 вдоль оси Х, то тоrда чувствительность
ЭТОЙ по вижки определим из выражени5!.
P2 mln == - alIH тах ' K/2 1 О мкм.
Если компенсация осуществляетс"Я ПОБОрОТОМ rлавноrо сечения.
пр змы П 1 -во,круr оси, У, то чувствительность разв рота найде
следующим образом: ,
CPYl mln L\a uR maxf K/(2xl) . 0,4' ·
I При компенсации поrрешности сдвиrом объект ва или окуляра
ero чувств тельность L\errin == ' K L\a HK ,пах ==.19 мкм.' ,При компен-
сации поrрешности реrулировкой шарнира чувстви-тельнос:rь ero
р.азворота dcpLIJ min 0,6'. Так Ka остаются поrрешности. с Ai <
Л К, вводим, второй компенсатор, предназначенный дл я устране-
ния непараллельности оптической оси неподвижной трубки оптиче-
ской оси подвижной трубки. Компенсация Mo eT быть осуществлена
вышеперечисленными методами за 'исключением реrулироiзки шар-'
нира. Максимальное значение недокомпенсации при этом будет равно
аяк2mах === 8а V d/ Л Ь К === 4,1'; чувствительность. P;т 13 мкм.
. ,
L\cp 2 min Q,5'; de in 24 мкм; Л К == 2,82. Сравнение коэффи-
циентов влияния поrрешностей 21 и 22 со значением ' л к по.казы- \
.в-ает, что эти поrрешности уже не требуют компенсации. ,
Компенсация поrреШН,остей - фокусных расстояний объективов I
и окуляров, приводящих .к разности увеличений трубок, может
быть осуществлена либо их комплектацией, либо реrулировкой фо-
KycHorp расстой.ния одноrо из них.. При компенсации макси альное '
значение поrрешности фокусноrо расстояния объектива в rруппе,
либо ero изменение при реrулиров е должно составить I1f б. як =='
:=: аVdf б/(r(J)о-бл К) 0,35 мм, а . окуляра ......:. f K. як dtLod: Х
Х f к/(r(J)ОБЛ К) 0,06 мм.'Коэффициент Л К == 2,23. Децентрировка
каждоrо окуляра влияет на непараллЕ!льность осей ТЯК сильно; что
требуется их компенсация. Компенсацию можно осуществить либо
конструктивным центрированием окуляра относительно резьбы па-
трубка, либо результртивной технолоrи еской обработкой корпуса
.окуляра ОТ ero оптическо'й оси. В обоих слуqаях остаточная децен-
трировка не должна' · превосходить ? значения eOK. НК ==
=== # ' K (ZОd/лgк 40 мкм.
64
. Таким образом, требуемьtй ttокаэа1'еЛЬ качества бинокля достИ=
'rается- применением по крайltей ме.ре пяти компенсаторов. БИНОКЛИ t .
выпускаемые в СССР, содержат'в QCHOBHOM семь комценсатор'ов, ;raK
как установка оптической оси подвиясной трубки параллельно оси
шарниыа U установка параллельности оптических осей достиrается
JIe двумя,. а чеТqIРЬМЯ компенсаторами: rрубо подвижкой призм
на мостике. и точно смещением объективов. Компенсаторы ириз-
MeHHoro Jбинокля позволяют не только получить требуемую парал-
лельность осей, но и расширить '.допу'ск на большинство первичных
поrрешностей, что существенно повышает технолоrичность изrотовле-
ния бинокля.
Расчет компенсаторов спектральной щелевой диафраrмы. К спек";
тральным щелевым диафраrмам предъявляются высокие требования
к точности изменения ширины щели и ее форме (клиновидности и
поrрешностям формы образующих' ее i<pOMoK ножей).'
Приведем расчет компенсаторов, обеспечивающих УК-8занные
требования в щелевой диафраrме, созданной на базе унифи'цирован -
_ ной диафраrмы типа rои, J:lo с неСКОЛЬК9 измененными пределами
работы. Пределы рас рытия щели диафраrмы составляют 0 3 мм;
допустимое пре,ц.ельное вероятное значение поrрешности щели на
всем диапазоне 5 мкм; клиновидность щели.......... 1 мкм.
Кинематическая схема диафраrмы изображена на.. рис. Т.32.
Изменение ширины (у) щели здесь происходит при перемещении
ножей 4, опирающихся на плоский кулачок (клинья) 3 ползуна 2.
Ползун перемещ.ается винтовым механизмом .J при вра\щении (х)
барабанчика со IlIкалой. .
. Искомая ширина щели связана следующей зависимостью с кон-
стРук!ивными параметрами узла;
у == kp tg Р x/3t == 2kp tg, n/п т ,
rде k == 1 .....:.... число заходов винта; р шаr винта; уrол клина,
== 140 2'; х уrол поворота точной шкалы '(максимальный yro
поворота х тах == 6.2п; n \ yroJI' поворота точной шкалы в деле-,
'ниях, Птах == nrn T == 600 (пl' ' 6 число делений rрубой шкалы,
n т == 100' число делений точной шкалы). Цена деления ТОЧНОQ
шкалы" А т == 5 мкм; цена деления rрубой шкалы АI' == 0,5, мм.
В табл. 2.5 приведены основные первичные поrрешности, влияю..
щие-ьна тqчность раскрытия щели диафраrмы. Значение наименьшеrо
допустимоrо коэффициента влиян я соrласно' формуле (2.16) равно
ло == 7,4. Как видно из табл. 2.6, к ничтожно малым MorYT быть
отнесены поrрешности 1, 3, 8, 10, 12. Проверку правильности их
отнесения к ничтожно малым производим с помощью коэфф циента
Ан == 42,2, вычисленноrо по формуле (2.18) при а ==. 0,9. Сравнение
коэффициентов влияния указанных поrрешностей со ,значением Ли.
показывает, что лишь только поrрешности 8 'и 10 MorYT Не учиты-
ваться при расчетах. .Так как допуск на поrрешность 34>может быть
уменьшен в ДBa раза (до 5'), то эту поrрешность тоже можно не учи-
rbIBaTb при расчетах.
3 Л тыев С. М.
65
4-"'" ...... r ...
13
14
15
;_ 1,!
16
17
18
19
20
-<:.' ......"" .." .... ... '
H H
ил
Первичная лоrрешность (ПП)
t а б л и ц а 2.&
Частичные поrрешности I
AYAq I
nс I
n!
п!
ДУАа
Аудр
y Аф!
YAl
YAY
gA.t
YAЬ
.
1
Поrрешность совмещения штриха шкалы
с индексом Аа
Поrрешнос',1Ъ совмещения штриха шкалы
· из-за параллакса Ар
Поrрешность деления точной шкалы q>1
Эксц нтриситет точной шкалы Ае
Перекос барабанчика точной шКалы y
Поrрешность шаrа винта At
Зазор в паре винт rайка Асо ..
Непараллепьность перемеlЦений винта и
ползуна А<рв
ПоrрешноcTh формы поверхностей выс...
шей пары винт----ползун Ah
Изменение контактной деформации пары
винТ..... ползун Ad
Зазор в направляюlЦИХ ползуна АС1
Поrрешность . формы направляющих
и ползуна Aht
Поrрешность yr ла neBoro клина АРп
Поrрешность уrла правоrо КJIина Рп
. .
Поrрешность формы поверхности \левоrо:
клина АЬ!
Поrрешность формы поверхности право-:
ro клина АЬ в
Зазор в направляющих JIeвoro ножа АС2
Зазор в направ яющих правоrо нОжа
Ас з
Поrрешность формы направляющих иле.
Boro ножа М4 ..
Поrрешность формы направляющих и
правоrо ножа М&
Ау Асо
Ау Аер!
AYAd
Ау Ас!
,.
АУАс
I 2 ..
1 Ау 'АСа
Ау Ah l
..
Ау А А
1-';1
AYI1f,
D
Ау Ah. .
y I1ha
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Ау Ah4
Ау Ah.
Уточненное значение коэффици ен,та Ло, равное 74, Itаходим
из формулы (2.20), после чеrо определяем, что поrрешности 6, 7,
11, 13, 14, 15, 16, 17 и 18 требуют компенсации. Выполнить это
одним компенсатором невозможно (вследствие малоrо хода винта
возможна Jlиш частичная взаимокомпенсация поrрешностей уrлов
клиньев и йhкопленной поrр-ешности шаrа винта). .
Начнем .0 компенсации наиболее --сильно действующих поrреш-
ностей 11, 17 и 18. Исходя из выражения (2.22), определяем, что
на больwее значение недокомпенсации поrрешностей 17 и 18 со-
66
Т а б л и ц- а 2.6
,
. "
Ч8СТИЧ Общее выр 8жение !Н8чение
Н2 Н!! ная по- Зн 8ченu-е частичной К <'!tффИ ..
пп. rреш- частичной поrреш-- ПП поrреш- циент
н остЬ насти А!/ Aq == AqAq н ости , мкм влияния
AYAQ ,
1 YAa. (А т 250/1) &Ct 30" 0,187 , 26,7
.
.2 AYA ' [А Tt/(l250) ] Ар 0,5 -ММ 0,5 10
3 Y АФ1 (у/ х) CP1 10; 0,23 21,7
, (5') (0,115) . (43,4)
4 АУАе [у sin (х + 125 мкм 0,765 6,5
+ Bo)/(xR)] Аl
5 YAY [у sin (х --1:- JO' 0,293 17,0
> + во-> L/ (xR)] Ау .
6 YAt .2 tg Р At 2 мкм 1,0 5
(3)' - / (1,5) (3,33)
7 Ау Асо 2 tg Асо 50 мкм 25, 0,2
I
8 Y Афз ( y/2) Acp 20' 0,054 92,5
- 9 YAh 2tgpAh 1;6 МКМ 0,8 6,25
10 AYAd 2 tg Р ' d 0,2 мкм 0,1 50
1'1 А[/ АСl (Ь tg р/ В 1 ) c! 150 мкм 10,7 0,46
12 Ау Ah 1 (Ь tg / В 1 ) hl 3,2 МКМ 0,228 21,9
13 УАf3л [xkp/(1t cos 2 р)] рл 10' ... 3,82 1,3
14 Ау Аf3 п . [xJrp/(п cos 2 р)] рп 10' 3,82 '" 1,3
."
15 Y Ah 2 (l/cos р) h2 1,6 мкм 1,64 3,0
16 Y Aha (l/cos р) Ah3 1,6 МКМ ,64 3,0
17 " Ау АС2 (tg Р) Acs 220 МКМ 55 0,09
18 Y АСа (tg р) dCa' 220 мкм 55 0,09
19 dy Ah, (L 1 tg Р/Ва) dh\ 3,2 мкм 0,39 12,8
(0,5) (0,06) (83,3)
20 dYAh (Ll tg / Ва) dha 3,2 мкм 0,39 12,8
f I (0,5) (0,06) (83,3)
При м е,ч а н и е: 1 z 1 мм расстояние между штрихами точной шкалы; t
50 мм .... возможное смещение rлаэ наблюдателя; R 13 мм --- радиус барабана
точной шкалы; 80 начальная фаза вектора эксцентриситета шкалы; L 16 мм ..:..
расстояние от края барабана до точки поворота-: 1) 1 О мм .... вылет клина; В 1 z
35 мм .... база ползуна; 1'1 1 О мм .... расстояние от центра поворота ножа до ero
опоры на клин; 8 2 ,:::s 20 мм база ножа.
ставляет L\C HK тах ....... ДУvd/(tg л'о) 3,5 мкм, а поrрешности
11 LlCHKmax :;:: Yvd/(btg /Bl) л,о] 12,5 KM. Если эти по.
rреш ости компенсировать силовым замыканием (см. п. 1.5), то Ас ац ;;:
о. .Тоrда, применив :rри компенсатора, получим Л К == 4,1. Следо-
вательно, поrрешность 6 уже не требует компенсации. ;
, Максимальное значение недокомпенсации следующей значительно .
,влияющеjf поrрешносr и 7 составляет Асо. HK тax == Yvd/(2tg Л,gк)
4* 67
2,4 МКМ. Если применить реrулировку зазора обжимной rайкой
(как в типовой конструкции), то уменьшиtь значение дс о . НI\ 'не
удастся из-за поrрешности шаrа винта (Т. е. ЛБ К == Л К == 4,1).
Поrрешности уrлов клин ев (13 и 14) реrулируют путем их раз-
ворота относит ельно ползуна,. Максимальное значение недокомпен-
сации составляет L\Рик шах == Yt'd/[ (хкр/(п COS 2 ) ЛБ К ] З'. Тоrда
Лi К == Л К == 4,1. Минимальное значение недокомпенсации, позво-
ляющее не у итывать эти поrрешности', -/ равно -L.\13ПR mln == '
== L.\Yvd/[XKpj( it cos 2 Р) ли] O,W. /В этом'. случае Л К 3,85. В обоих
случаях остаются Iпоrр шности, требующие компенсации. Выбираем '
вариант с лg к == 4,1, так как он позво яет более просто осуществить
реrулировку уrлов клиньев.. ,
Поrрешности формы поверхностей 15 и 16 устраняются обычно
их доводкой. Допустимая поrрешность формы равна L.\h 2 , 3 НИ == . .
== L.\Yvd/[(I/cos Р) лg к ] 1,2 мкм. Этот допуск С учетом небольшой I
баЗО QЙ длины кромки может бть выдержаl1 тонкой шлифовкой.
Проведенный расчет компенсаторов позволяет обеспечить с их
п:омощью заданную точность функ ионирования щели. На клино-
видность щели L.\К щ влияют поrрешность прямых уrлов ножей Да
(см. рис. 1:37) и 'поrрешности формы их направляющих L.\h 4 и h'б:
L.\К щ Аа ' Н да; L.\К щ Ah 4.5 === (Н/8 2 ) L.\h 4 , б,
rде Н == 20 мм рабочая BbIcoTa ножей.
Так как эти поrрешн'ости относятся к rруппе n 2 , то Л О == 2.
И ходя из допустимой клиновидносtи L.\К щ vd == 1 t мкм, находим
допустимые значения первичных поrрешностей': Да}, 2 ==
,== L.\К щ Vd/(НЛО) ---:-- 5"; Ah 4 ,5 == L.\К щ fJd/ [(Н/8 2 ) ЛО] == 0,5 мкм. Вы-
держать таки допуски технолоrически весьма ТРУДНQ, поэтому
производят компенсацию поrрешностей. Поrрешность прямоrо уrла
ножей L1a омпенсируют путем ориентирования их рабочих кромок
параллельно друr друrу раЗВОРОТQМ направляющих (см. рис. 1.37).
Д9ПУСК на поrрешность выполнения прямоrо уrла при изrотовлении
ножей может быть расширен до экономическоrо уровня точности.
Возникающая при таком методе компенсации косинусная поrреш-
ность раскрытия щели мала и ею.. можно пренебр.ечь.
Поrрешность формы h4' &h 5 направляющих ножей, приводящая
u
К их переменным наклонам при движении, устраняется доводкои.
Рабочие кромки ножей также доводятся и контролируются пробным
стеклом.
Рассмотренные примеры показыIают,' что введение компеJlсаторов
позволяет расширить допуски не талько на компенсируемые, но
и на друrие поrрешности.
2.4. УТОЧНЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ
ПЕРВИЧНЫХ поrРЕШНОСТЕЙ
Правильное определение допустимых значений первичных по-
u .
rрешностеи имеет весьма важное значение, так как от этоrо зависит
назначение oqYCKOB на технолоrические первичные поrрешности,'
68,
с.
а следовательно, технолоrичность прибора. Допустимые значе-
ни влияющих факторов позволяют уточнить условия экс-
плуатации прибора и оптимизировать ero. конструктивные пара-
метры. . I
. Например, если поrрешность совмещения штриха точкой шкалы
щелевой диафраrмы из-за параллакса (см. табл. 2.6) царушала бы
требуему.ю точность работы, то пришлось бы изменить конструкцию
шкаЛЬНQrо отсчетноrо устройства (для уменьшения параллакса)
либо каким-тО образом уменьшить или устранить возможное смеще- ,
иие rлаз наблюдателя в поперечном направлении. '
Допустимые значения первичных поrрешностей и факторов
определяют при выполнении npoeKTHoro расчета из условия paBH,oro
вЛ'ияния их частичных поrрешно тей (влияний) [18], т. е. пр'и
- Ас, == А 1 , == A 2 i == Ао. Следовательно, исходя из (2.9) (2.11), можно
получить:
Ilqci == Yvd/(AqiAo); )
бql ==: AYVd/[A c ! (С р, + kрд "-о];
fJq2i == 'dYVd/(AcikpiAo),
(2.30)
rде,'dqс, 'бql, бq2. допустимые знач ния 'lJнеслучаЙН IХ первичных
u u
поrрешностеи и СJJучаиных, и еющих и не имеющих систематиче-
скую составляющую' соответственно; Ао наименьшее допустимое
значение коэффициента "влияния, вычисленное по формулам (2.14)
или (2.16).
Как видно из этих выражений, допустимые знаЧения первичных
поrрешностей зависят не только от их передаточной функции (коэф-
фициентов) "Aq (Ас), но и от числа поrрешностей (т. е. от Ао). Однако
среди них есть поrрешности, 13лияющие Qчень слабо на показатель
кач ства прибора (узла), что приводит при условии равенства их
. u
частичных влиянии к некоторому ужесточению допусков на друrие
u
поrрешности И, как следствие, иноrда к неоправданнои и компен-
сации: Первое уточнение допустимых значений первичных поrреш-
ностей производят при выявлении ничтожно малых поrрешностей
и факторов с помощью коэффициента Ан, вычисленноrо по формуле
. (2.18). В том случае, коrда отсут твуют неслучайные поrрешно ти
(или 'они учтены отдельно), а ч сло. Ничтожно малых из rруппыI nl
равно. нулю, наименьший до.пустимый коэффициент влияния может
быть определен по формуле (2.19). Исключив ничтожно малые по-
rрешности (т. е. 'такие, у которых Л, ;а:: л н ), пересчитывают по фор-
муле (2.20) значение Ло. Уточненное значение Ао подставляют в вы-
ражение (2.30) и получают новые (расширенные) допуски на первич-
ные поrрешности и фактqры. .
. Далее выявляют поrрешности,' требующие компенсации, опре-
деляют tfйсло компенсаторов по вышеизложенной методике и. нахо-
. дят ЗНачение A . к, вычисленное по формуле (2:20) с учетом тото,
. u"
что часть компенсируемых поrреIIJностеи переидет в rруппу ничтожно
маJlЬ Х поrрешностей, ' .
69
После этоrо вторично уточняют допустимые значения п рвичных
поrрешностей и факторо:в: ' .
. dqct == dУОd/(Аqiлg. К); .
бqli == L\Yvdl[A ci (C pi + ,kрд л . К]; -(2.31)
бq2i == УVd/(АсikРiЛО. К).
Однако приведенное уточнение допусков может быть не 'окон-
чательным. Среди первичных поrрешн{)стей (особенно технолоrи е-
ских) встречаются такие, допуски на которые являются весьма же-.
сткими. Их можно выполнить, но с точки зрения экономичности
I
целесообразно расширить допуск на них за счет более слабо влия-
ющих ошибок. Примером T,aKpro допуска является допуск на поrреш-
ность шаrа винта в винтовом механизме спектральной щели (см.
табл. 2.6). Выдержать допуск, равный 2 мкм, весьма сложно, ком-
пенсация же этой поrрешности принципиально возможна, но в дан-
ном устройстве экономич.ески и технически нецелесообразна. Вместе
с тем некоторые поrрешности оказывают rораздо более слабое влия-
ние (например, 1 и 5). Кроме этоrо, для обеспечения друrоrо пока-
зателя качества (в нашем примере клиновидности щели) допуски
на некоторые первичные поrрешности иноrда у..жесточаются, либо
компенсируются (поrрешности 19 и 20)" в результате чеrо они пере.
ходят в разряд слабо влияющих или ничтожно малых для первоrо
показателя (точности раскрытия щели). Заметим, что вследствие
u u
полнои компен ации некоторых поrрешностеи уменьшается также
значение коэффициента (для щелевой диафраrмы это приводит ,
например, к тому, что поrрешность совмещения штриха с индексом
из-за оrраничения остроты зрения оператора может быть также
отнесена к НИЧТОЖЦ9 малым). Расширение допуска на сильно влия-
ющие поrрешности после указанноrо уточненця производится двумя
методами. Первый из них основан на некотором ужесточевии допуска
.на слабо влияющие поrрешности (например, изrотовление детали не
на экономическом а на производственном уровне точности). В этом
u .
случае влияние данных поrрешностеи становится ничтожно малым
и они не учитываются при расчете уточненноrо значения Л . К. У.
ОкончатеJ]:ьные допуски находят по формуле (2.31), подставляя вме.
сто Л . к ero уточненное значение. В щелевой диафраrме, например,
можно ужесточить допуски на перекос барабанчика (до 5 8') и
поrрешность формы ПОЛЗу.на (до 2 2,5 мкм). Тоrда учитывая, что
JIоrр шности 19, 20, 1, 5, 12 являются ничтожно малыми, получаем
уточненное значецие Л . К. У 3,5.
. Второй метод расширения допусков основан на проверочном
расчете показателя качества по формуле (2.8), в которую подстав-
ЛЯЮТ значен я первичцых поrрешностей, полученных из выраже-
иля (2.31), Поскольку суммарное влияние лервичных поrрешностей _
будет меньше, чем Yvd (так как До' к < л ), то допуски .на некото-
рые из них МОЖ60 расширить. В некоторых случаях допуски пере-
распределяются: сужаются на слабо влияющие (при этом их перевод
70
в НИЧтожно малые необзязателен) и расширяются на сильно влия-
I9щие поrрешности.
Применение этоrо метода определения допустимых значений
первичныIx поrрешностей и факторов, oCHoBaHHoro на методике проект-
Horo ра чета (с учетом компенсаторов) и' дальнейш м их перераспре-
делением и уточн нием на. основе проверочноrо расчета, следует,
видимо, ,считать наиболее эффективным.
2. . РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКА
НА ПОКА3АТЕЛЬ КАЧЕСТВА ОПТИЧЕскоrо ПРИБОРА I
МЕЖДУ ErO ФУНКЦИОНАЛ НЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
Часто ОП представляет собой сложную систему, содержащую
большое количество простых и сложных функциональных устройств,
поэтому расчет компенсаторов целесообразно ПрОВОДИТh отдельно для
каждоrо функциональноrо устройства, а не для Bcero прибора в це-
лом. Это обусловлено тем, что на этапе'проектирования конструкции
отдельных узлов прибора бывают разработаны еще недостаточно (что
. затрудняет проведение расчетов Bcero прибора), а также тем, что
, .
в последнее время существует тенденция arperaTHoro проектирова-
пия, коrда прибор компонуется из отдельных функциональных
законченных (иноrда. унифицированных) УЗЛОJJ.
ДЛЯ расчетов компенсаторов в функциональных устройствах не;.
обходимо распределить суммарный, допуск на интересующий нас
показатель Ka eCTBa прибора между ними. Это можнО выполнить
несколькими способами. -'
l-й способ основан на предположении, что все функциональные
u u
устроиства влияют случаино и один аково на показатель качества
I1Yvd == .. f М::>:: l1 i : v n,
V i
rде dYfJd допустимое значение показателя качества прибора (сум-
марный допуск); n число устройств; i допуск на отдельное
функциональное устройство. Тоrда ,d i == Yf}d/V n. При таком рас-
пределении допуска не учитывается то, что функциональные устрой-
ства влияют на показатель качества- неодинаково, а в соответствии
с коэффициентом влияния. . .
2-й способ распределения основан на том, что суммарный допуск
распределяется между влияниями функциональных устройств про-
ПQрционально их коэффициеl:fТУ влияния [23]: . '.
I1Yvd == I1Yvd!<l j t К ; + I1YvdK2 / К , + · · · + I1Yvd K n / K i ,
. &.
rде l( коЭФФ циен.т влияния устройства; I1Yvd K i I Ki == I1Yi л ==
== iKi (частичное) влияние отдельноrо функциональноrо устрой-
ства (di допуск на устройство).
71
, Допускй иа ФуttkЦИQitалыtые устройства tакже fiолУчаlOт Я оДИ"
наковыми (но c учетом их коэффициентов влияния)
L\1 == L\2 == L\i == L\YVd I K i . . '
При условии случайноrо вл яния функциональных устройств
имеем
. ....
L\yvd == "1 ( t МIO == L\i"1 ( t ю,
V & V t'
отсюда L\i,== L\Yvd I v !' .
Равнозначное распределение, допуска между функциональными
устройствами обладает тем недостатком, что в случае сильноrо
влИяния некоторых устройств допуск на' все устройства получается
Жестким. Здесь суммарный допуск достиrается за С,чет бол е точноrо
изrотовления слабовлияющих устройств. Так как затраты на выпол"
, u
пение допуска устроиства аналоrично затратам на' выдерживание
допусков деталей возрас ают пропорционально'квадратаМ.АОПУСКОВ, .
то такой метод распределения не всеrда эффективен.
3 й способ распределения- основан на том, что суммарный допуск
распределяется равнозначно между частичными влияниями функ..
циональных устройств
L\YVd == V (L\ ; Кд 2 == L\tKi уп,
rде lKl == 2K2 == nKn частичныIe влияния функциональных,
устройств. Следователь но,- i == YtJd/(Ki"; п ).
В соответствии с различными значениями коэффициентов влияния
допуски на функциональные устройства здесь олучаются разными.
Такое, распределение более рационально, так как позволяет выделить
устрой тва, ВЛИflющие наиболее сильно, и выдержива.ть допуск на
-них, применяя специаЛDные мероприятия: компенсацию поrреш..
ностей, использование спецпализйрованноrо оборудования, кон-
ТРОJIЪНО ЮСТИРОВОЧНЫХ приспособлений.
4 й способ распределения c'YMMapHoro допуска между функцио-'
u '
нальными ус роиствами основан на учете затрат, связанных с вы-
полнением допусков. Допуск распределяется так, чтебы с одной /
стороны обеспечить требуемый. показатель качества ОП, а' с друrой,------;-/
наименьшую, стоимость ero изrотовления':
n . 1
V МIO == L\YVd;
n. ..
С / А 2р . · -'
LJ i D.l == тlП,
i
72
/
rде C i коэффициент пропорциональности для выражения допуска
в единицах стоимости; р > о ......... показзтель. степени.
При решении этой системы (C i == 1, р == 1) получим [13]
, ,v
t!i == t!Yvd i' V Ki Ki'
,
Распределение допусков на функциональные узлы 3 M и 4..м
. способами считается наиболее оптимальным. Вопрос о выборе Toro
или !'IHoro способа распределения CYMMapHoro допуска зависит от
вида устройства, степени унификации ero, условий ПрОИЗБодства.
Все перечисленные способы часто.ис- В
пользуют для распредел ния ДQПУСКОВ на
детали прибора (т. е. технолоrические пер-
вичные . поrрешности). При этом'- следу.ет.
обратить внимание на то, что при распре-
делении допуска 4-м способом обычно
учитывают ТОЛI? КО затраты, связанные с
изrотовлением деталей. 3.атраты на их
сборку или не учитывают или считают,
что стоимость сбор.ки 09ратно пропорцио-'
пальна квадратам дбпусков на поrрешНОСТИ
сборки. Между. допусками на изrотовле-
ние деталей и' стоимостью их сборки
имеется корреляционная зависимост'Ь. Для
сборки мноrих деталей, особенно тех, ко-
ToppIe образук;>т'размерную цепь с одина-
ковыми коэффициентами влияния поrреш-
ностей (например, при К == 1), затр ты на сборку возрастают с pac
ширением допуска на поrрешности изrотовлеНIfЯ собираемых деталей.
На рис.- 2.3 представлены зависимости стоимости В изrотовления
и сборки таких деталей от допусков q на их изrотовление [54)
К'ак видно из rрафиков, И,меется оптимальная зона допусков на по-
rрешности изrотовления деталей, ,учитывающая затраты и на изrо-
товление и на сборку. Это следует иметь в виду при распределении
допусков с учетом затрат, связан ых с их обеспечением. Заметим,
что в случае применения комп нсаторов стоимость сборки в-меньшей
u u
степени зависит от поrрешностеи изrQтовления деталеи и увеличи-
вается с уменьшением допуст моrо значени;я недокомпенсации.
'\
.
с.
\
. Jjq
/Рис. 2.3. 3ависймости стои"
МОСТИ изrоТовлениSl (1) и
сборки (2) деталей 01' допус"
ков на их изrотовление (3
суммарная стоимость)
rлава 3
ОСНОВЫ КОМПЕНСАЦИИ поrРЕШНОСТЕft
ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
При использовании компенсационноrо метода повышения
качества ОП возникают вопросы,' связанные с орrанизацией про-
цесса ко пенсации. К ним относят я разработка структурных .схем
и функциональных зависимостей, сI3языIающихx первичные поrреш-
73
4
ности ОП И параметры компенсатора, выявление закономерностей
u u
и правил компенсации системаТJ:Iческих и случаиных поrрешностеи,
peKOMeHдaц по расчету парамеТРQВ компенсаторов и ИХ практи.
ческому вшполнению.
3.1. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ
КОМПЕНСАЦИИ поrРЕШНОСТЕЙ
Представим процесс компенсации поrрешностей ОП в виде-струк-
турной схемы (рис. 3.1), содержащей р объект (наблюдения, измере-
ния, управления) 1; оп ический прибор 2;, компенсатор 3 [Х, у
информативные параметры входноrо и, выходноrо сиrналов; qi
конструктивные парамеТР I прибора; ql влияющие факторы (рефрак'"
ция воздушных слоев, температура, вибрации и Т. д.); f функция,
I связывающая Х и у; o, уо, q/o, qio, fo........
расчетные (номинальные) значения,
.. перечисленных параметров; L\ZR""""':
u
корректирующии сиrнал на компен-
сатор; L\х и .........: коррекция, вырабаты-
ваемая компенсатором, поступающая
на вход прибора; Уи оррекция
компе.нсатора, подаваемая на выход
прибора (т. е. коррекция нформа-
тивноrо параметра вых дноrо сиr-
Рис. 3.1. Структурная схема процес" нала); qiR коррекция"" компенса-
са компенсации поrрешностей тора, изменяющая . u-араметрbI при-
бор а ] .
Методические поrрешности; инструментальные, поrрешп?сти ре-
rистрации и поrрешности, возникающие из з изменения влияющих
факторов, приводят к ухудшеНИ19 качества прибора (L\y == У Уо).
В зависимости от поrрешностей прибора, входноrо или выходноrо
информативноrо параметра, влияющих факторов компенсатор выра-
батывает коррекционное воздействие, которое так изменяет пара-
метры прибора либо ero входной или выходной сиrнал, что устра-
няется (компенсируется) либо результат действия поrрешности IHa
тот или иной 110казатель качества, либо сама поrрешность. Для
выработки коррекционноrо воздействия необходимо получить KOp '
рекционный сиrнал на компенсатор ( Zk).
В зависимости от способов получения коррекционноrо сиrнала
структурные схемы компенсации поrрешностей ОП MorYT быть
построены по MeToдa , аналоrичн м методам ко пенсации поrреш-
ностей электроизмерительных приборов: вспомоrательных измерений,
обра,зцовых сиrналов, обратноrо преобразования 12, 121. Наиболь-
шее распространение в оптических приборах получили первые два
метода коррекции.
Компенсация методом всnомоzатеЛЬНbtХ измерений (рис. 3.2)
заключается в том, что поrрешности параметров и изменения влия-
ющих факторов (либо их частичные влияния) измеряются с помощью
вепомоrательных измерительных устройств. Их роль выполняют
74
1 2 У (Уа)
Ха f(x,Qt,QIJ ..
. I .
...............
(fo (1. t q to, q D))
\ ,
fj q t!(
Ах к 3 I1Yt<
f z
обычно контрольнс-юстировоцnые приборы: измеритеЛьные микро-
скопы, aBTOKO-!lлима'(оры, приборы измерения линейных величин
(индикаторы, ОПТИJ.'vJетры, интерферометры), датчики' температуры
и давления, лекальные" линейки, пробные crекла и т. д.
Измеренные значения поступают в вычислительное устройство,
функции KOToporo при авт-оматизированной коррекции выполняет
процессор, а при неавтоматизированной коррекции таблицы или
rрафики. В вычислительном устройстве заложена зависимость ча-
стичных показателей качества ( YAq, Aq') от первичных поrреш-
ностей и факторов y А А' == Х У
uqi' uQl 1 2
== f ( ,. у, Qi, qi, Aqi), а также до-
пустимые значения первичных по-
rрешностей и факторов (Aqi ДОП,
- Aqi ДОП) и их влияний (Ау AQl ДОП'
Ау AQI ДОП). На основании сравнения
измеренных поrрешностей и факто-
ров с их допустимыми значениями
(либо действительноrо и допустимоr
влияний поrрешностей) вычислитель-
ное устройство. при Aqi > Aqi ДОЦ'
YAQ > YAQi ДОП вырабатывает кор-
u
рекционныи сиrнал на компенсатор
8z R . Коррекционный сиrнал изменяет
параметры компенсатора, в резуль-
u .
тате чеrо компенсатор воздеиствует
на параметры прибора ( qH) либо
на информативные параметры х,
у ( XK' Аун) с целью устранения са..
мой поrрешности или ее влияния на
качество. '
В некоторых случаях задачи вспомоrательноrо измерительноrо
и вычислительноrо устройств решают непосредственно компенса-'
торы, например, темпераТУРН Iе компе саторы расфокусировки. и
изменения диаметров линз и зеркал, .представляющие, собой набор
деталей !fз материалов со специально подобранными ко ффициентами
u . } .
линеиноrо расширения.
Методом в<;помоrательных измерений осуществляют компенсацию
поrрешностей в процессе реrулировки и юстировки 'приборов pery-
лировочно-юстировочными компеН.саторами. Типичными примерами
является реrулирорка фокусных расстояний объективов, их фокуси-
ровка, устранение наклона изображени , доводка направляющих
поступательноrо и вращательноrо движения подвижных систем.
Методом вспомоrательнь!х измерений про зводят также компенса-
цию влияния перепада ,температуры, коrда по измеренному ее Зl!а-
чению вводят поправ и в результат (например, изменением цены
...деления) или изменяют некоторые конструктивные параметры при-
бора. Таким образом построена компенсация поrрешностей в адап-
75
...
.
.............
ВУ
Y q =f(x,y, q ,.6q,.1 q')
I J1q"' q доп . IJYtJq,-"fjУАq.DОп
AZ K
\fJq" (fjJ<",JjY/f)
Рис. 3.2. Схема процесса компенса"
ции методом вспомоrательных изме..
'рений:
1 ...... объект; 2 оптический прибор
(функциональное устроЙство); 3 ком-
пенсатор; В И У вспомоrательное из-
мерительное устройство; В У вычи-
слительное устройство
"'
тцвной оптике. rде ПО измеренной деформации зьлновоrо фронтА,
обусловленной турбулентностью воздушных слоев, с помощью
процессора управляется адаптивный компенсатор (rибкое зер-
кало).
Метод вспомоrательных измерений обладает следующими особен-
ностями: "
1) корр.ектируется не суммарный показатель качества (суммар-
ная поrрешность)' прибора, а только ero составляющие, .оБУСЛОВ7
,
ленные отличием некоторых параметров qi и qe от их номинальных
значений;
2) для, измерения отклонения каждоrо параметра от ero номи-
нальноrо значения (Aqi, I1qi) необходимо иметь... отдельное ВИУ;,
3) В Iчислительное устройство должно
у содержать либо допустимые значения пер-
вичных поrрешностей и факторов, либо
допустимые значения их влияний;
4) результат коррекции в существенной
мере зависит от качества ВИУ.
Компенсация методом рбраЗЦО8ЫХ сие-
налое (рис. 3.3) основана на том, что об-
разцовый сиrнал (х о ) подается Ha вход
riрибора (функциональноrо.' устройства) (
или же в состав системы коррекции вхо-
дит образцовый прямой преобразователь
(О П Л). Образцовый сиrнал позволяет по-
ЛУ1Шть номинальное значение (ун) инфор-
мативноrо па аметра выходноrо сиrнала
путем расчета по номинальной функции
прибора, а образцовый прямой преобразо-
ватель номинальныiM преобр зованием.
сиrнала.
Номинальное значение (Ун) поступает в вычислительное устрой-
v -
ство, rде вычисляется разнос ь значения Ун и деиствительноrо ero
значения (у), поступившеI:О с выхода прибора (Ау;::::: у Ув). Вы-
чи лительное устройство lIa основании.сравнения Ау с ero допустимым
значением (Аудоп) вырабатывает при Ау > yдoц коррекционный
сиrнал на компенсатор. В качестве образцовоrо сиrнала используют '
волновой фронт эталонноrо источника cBe:.roBoro излучения, эталоны
уrловых и лине"ЙНЫХ величин (шкалы, призмы, коллиматоры и т. п.),
уrлы и расстояния между предметами, звездами, длины волн спек-
тральных. линий. Образцовыми преобразователями MorYT быть эта-
лонные приборы; объективы, оптические микрометры.
Методом образцовых сиrналов обычно производится компенсация
поrрешностей при окончательной ЮGтировке -прибора или ero функ-
циональных узлов. Например, компе'нсаци комы объектива из-за
деnентрировки линз, коrда по дифракционному изображен ю точки
или изображению миры судят о наличии недопустимой комы IJ устра-
няют ее смещением (или разворотоМ" oKpyr оси) определенной линзы.
По такой схеме работают HeKoTop Ie автоматические компенсаторы
76
Ха
2
ВУ
Ун д.У= Y YH
L1!r-':J У 80n
L1Z" ..
L1 q ,,(JX/<,L1YK)
:1
Рис. 3:'3. Схема процесс а
компен аЦИ!i метОДОМ образ..
цовых сиrналов:
1 объект образцовы сиrна-
лов; 2 оптичесКий прибор
(функциональный узел); 3
компенсатор; оп п - образцо-
вый прямой преобраЭОRатель;
В у .... вычислительное Y...cT-\
ройство
fнутиЙ И расфокусировок телескопов, осн<?взнньiе на ,всtроеиitьiХ -
в них эталонных преобразователях.
Метод образцовых сиrналов обладает следующими особенностями:
1) корректируется суммарный показатель качества (суммарная
поrрешность) прибора (или узла), обусловленный действием всех упо-
мянутых выше поrрешностей;'
2) необходимо наличие образцовоrо информативноrо параметра
входноrо сиrнала Хо либо образцовоrо прямоrо преобразователя
.ОПП, осуществляющеrо номинальное преобразование;
3) коррекция производится в дискрет"
ных точках диапазона работы прибора, co
ответст ующих значениям образцовоrо сиr..
нала; \
4) результат, коррекции в существенной
мере зависит от качества образцовоrо сиrиа..
ла либо качества "'опп.
Компенсация методом обратНО20 npe
образоваНИll основана на сравнении информа-
тивноrо параметра входноrо сиrнала (х) с
ero номинальным значением. (Хн), получен-
ным с помощью преобразования информатив" '
Horo параметра выходноrо сиrнала (у) об..
., разцовым обратным преобразователе ООП
(рис--: 3.4). Входной сиrнал х и ero НQминаль..
ное значение Хн поступают в:вь числ тельное
устройство, rде их разность. сравнивается с
ее ДОПУ'стимым значением. На осно!3ании этоrо
еравнения вычислительное YCTPOijCTBO вы-
рабатывает сиrнал 4ZH- В образцqвом обратном цреобразова еле
, заложена НОМ,пнальная функция обратноrо преобразования хн ===
==- ,-:1 (у, qiO, q;o).
Метод обратноrо преобразования наиболее часто используют
в оп совместно с методом Qбразцовых сиrналов. Метод обратноrо
преобразования имеет следующие особенностц:.
1) корректируется суммарный показатель качества (суммарная
поrрепiность) прибора, обусловленный инструментал'Ьными поrреш-
ностями, поrрешностями. реrистрации и влияющими факторами (по-
rрешности, обусловленные допущениями 01'носитеЛЬНQ объекта и
канала у итываются только при наличии образцовоrо входноrо
си на:Ла хо от объекта наблюдения);
2) необходимо наличие образцовоrо обратноrо преобразователя
ООП, от точности KOToporo существенно . зав.исит также точность
коррекции. ,
Процесс компенсации поrрешностей ОП довольно часто строят
по смешанной схеме: 'при поузловой сборке применяют метод вспо-
моrательных измерений, окончательную юстировку производят ме-
тодом образцовых сиrналов, а компенсацию эксплуатационных ПQ
rрешностей одним из этих методоВ'. Во всех случаях коррекционное
77
.
>
1
.х
у
2
ВУ
L1x = )( XH
L1x"L1x oп
Хн
L\ z1(
. 3' AQK(J3X K ,!JYK)
Рис. 3.4. Схема проu.есса
компенсации методом об..
paTHoro преобразования:
. 1 ...... объект наблюдения;
2 ...... оптический прибор; 3 ......
компенсатор; опп об-
разцовый обратный преоб..
Qiiзователь
nоэдействие компенсатора на ОСновании Аz и может оыть НАпраЙJlеttО
как на параметры прибора qR' так и на информативные параметры
выходноrо ( Уи) И входноrо ( хи) сиrналов. .
"
3.2. КОМПЕНСАЦИ,Я
СИСТЕМАТИЧЕСКИХ поrРЕШНОСТЕЙ
Систематические поrрешности оказывают наиболее сильное влия-
ние на показатели качества приборов. Они (особенно систематические
поrрешности для партии приборов), как следует из выражений
(2.16) и (2.30), определяют допуски на технолоrические первичные
поrрешности.
Систематические поrрешности прибора целесообразно точки
зрения их компенса ии разделить на две rруппы: 1) оказывающие
неслучайное вЛlIяние на качество всей партии приборов и 2) оказы-
вающие неслучайн6е влияние на качество отдельноrо экземпляра.
Компенсация ВlIИЯНИЯ поrрешности l-й rруппы может быть осуще-
ствлена компенсатором, параметры KOToporo изв стны заранее и
не требуют индивидуальной реrулировки в различных экземплярах
приборов, так как поrрешность,и ее влияние на качество всей партии
приборов одинакова. Компенсация влияния поrрешности 2-й rруппы
требует реrулировки параметров' компенсаторов в каждом экземпляре
прибора в зависимости Ot-конкретноrо значения поrрешности.
При компенсации поrрешностей aK l-й, так и 2..й rрупп, зада-
чами, решаемыми при проектировании компенсатора ЯВЛЯ,ются:
опреде-лен_иеZl метода компенсации, расчет параметров компенсатора
и разработка етодики практической реализации параметров, кото-
рая при компенсации систематических поrрешностей 2-й rруппы
включает в себя. методику ИЗ!dерения KOHKpeTHoro значения поrреш- .
ностей. Наиболее сложно решать эти 3,адачи в том случае, коrда.
влияние поrрешности носит степенной, периодический или комбини-
рованный характер. Рассмотрим некоторые способы решения задач
u
при компенсации этих поrрешностеи.
Fрафо-аналumuческ,uй способ расчета napaMemp0frKOMneHcamopoe
основан на rрафо-аналитическом сравнении влияния компенсируе-
мой поrрешност с результатом корреКЦlJонноrо ..воздействия ком-
пенсатора. Рассмt>трим компенсацию.. теоретической поrрешности
механизма тонкой наводки (типа Мейера) микроскопа, схема oToporo
изображена на рис. 3.5, а. На рис. 3.5, б, в предctавлены rрафики
точной УТ и приближенной Уц зависимостей перемещения тубуса у
от уrла поворота а сектора, теоретической поrрешности YT' по-
rрешности от изменения длины плеча рычаrа YAr' недокомпенса-
цИИ YHK дЛЯ случая полной компенсации теоретической поrреш-
ности в конце j}aбо rо диапазона. На рис. 3.5, 2, д представлены
аналоrичные rрафики Ут, Уп' YHH при pa eHCTBe недокомпенсации
в KOHцe и середине рабочеrо диапазона, а на рис. 3.5, е, ж при
различном .нормировании точности работы в начале и конце рабо-
чеrо диапазона. Тубус (или стол) микроскопа перемещается на ве-
личину. у == + 1 мм. с помощью зубчато-рычажноrо механизма, име-
78
ющеrо следующие конструктивные параметры: 'о == 6,88 мм, а ==
=== 80, 1 == 15 ММ. Теоретический закон передачи движения имеет
вид Ут == 'о sin а ::1:: 1 (1 ........ cos ) 'о sin cz :!: a4/(8l). Составляю-
щая '5(1,4/(8l)" учитывающая наклон шпильки, оказывает ничтожно
малое влияние на закон движения (ввиду Toro, ч о «а), поэтому
а) .rн
Ui}3
r tp )(
r8iп (YT) б)"
Д YIJ,.
Ду }1 i
,/' I
.
о}
у
а тах а;
а)
- tJy НК
N
.
<:1
ж)
fj у Н!<
Рис. 3.5. Компенсация теоретической поrрешности
механизма тонкой фокусировки микроскоп
40
Ут 'о sin (1,. Так как уrол поворота сектора мал, то в основу pa .
боты механизма положена приближенная зависимость Уп '0(1,.
Появляющаяся теоретическая поrрешность YT == Ут Уц
,o(].,3/6 (см. рис. 3.5, в) достиrает в конце диапазона значения
0,0035 мм.
При допустимом значении суммарной поrрешности механизма
на всем диапазоне Yvd 5 МКМ'теоретическая поrрешность требует
компенсации, так как имеется также большое количество техноло-
rических поrрешносте-й, не позволяющих получить требуемую точ-
ность работы, '
,
79
"
. .
Анализ конструкции механизма показывает, 'что наиболее просто
осуществить компенсацию, если зменить плечо рычаrа j и ввести
коррекцию обратноrо знака. Однако теоретическая поrрешность
. о
носит степеннои характер, а поrр шность из-за изменения длины
рычаrа ультиплика!ивный характер (рис. 3.5, в). TO 9значает,
что возможна только частичная компенсация, приче величина и
3JIaK недокомпен-сации будут существенно зависеть от значения 'K. .
Рассмотрим несколько вариантов компенсации. В том случае,
коrда теоретическа,Я поrрешность полностью компенсирована в конце
диапаЗ0на движения (рис. 3.5, в), максимальное значение недоком-
пенсации YHK а! И соответствующие ей значения yr.тia аl и 'K
. находят следующим образом. Вначале определяют а 1 , приравнив'ая
нулю производную от разности между теоретической (деЙСl'вите.ль-
ной) и приближенной зависимостями: ( YH K а l )' == , cos аl 'о == О,
откуда cos а 1 == '0/,. Так как B KOHцe диапаЗ0на движение YHIt == .
== r sin а тах ,оа тах == О, то '0/,::::: sinamax/amaxo Следовательно,
cos <Хl == sin <Хтах/аmах. .
.' Ра3JJОЖИВ в степенной ряд правую и левую части этоrо выраже-
ния, получим, аl == a max /-,I3. Максимальное значение недокомпен-
сации (в точке ( 1 ) будет равно . .
fI
YHKa! == r sin аl 'Oal === 'о sin etl/COS аl ....:.... foal
'oa /3 == (roCt ax/6)/2,6 == Аут/2,6,
Т. е. теоретическая поrреШНОСТI? уменьшается в 2,6 раза. Коррекцию
П,леча рычаrа подсчитываем по формуле Ar , ( == , 'о == 'о (l/cos а 1 ..........
1) == 'о (1 cos (Y.,l)/COS аl 'oa /2 == 'o ax/6.
Друrой вариант возможной компенсации основан на такой кор"
рекции " что значенuе унк а ! В начале" диапаЗ0на движения равно
по значению Аунк а ,но обратно по знаку в конце этоrо рабочеrо
/ шах
диапазона (см. рис. 3.5, д). Уrол а 2 , соответствующий максимальной
'u
недокомпенсации, наидем,. если приравняем нулю производную
от разности между Ут. И Ул: ( YHK ( 2 )' == , cos a2' 'о z:= О, откуда
'о ==. , cos а 2 . Так как значения недокр»пенсации в начале и в конце
диапаЗ0на движения раВI!Ы, то ,sin (Х2 ,оа 2 == , sin (хm;х +
+ ,оа тах . ПреобраЗ0вав э о выражение, получим 'о (а 2 + Ct max ) ==
== r (sin а2 + sin атах), и после подстановки cos.Ct (а 2 + <Х mах ) ==
-= == sin а 2 + sin атах. Разложим функции синуса и косинуса в сте-
u
пеннои .ряд, при этом оrраничимся первыми двумя членами:
2 )( ) з . 3
(1 а2/2 а2 + атах == а2 а2/ 6 + а тах а тах /6.
Посл преобраЗ0вания этоrо выражения по.лучаем уравнение
2a + 3a aтax a ax == (а2 + (Хтах) (2a + 2Ctmax a ax) ' О,
откуда а 2 == 0,5а тах . Максимальное значение недокомпенсации
определим o формуле
YHKa2 == , sin а2 'оа2 == 'о (tg а2 С'Х2)
'oa /3 === 'oa ax/24 == Y,,/4.
во
Таким образом, теоретическая поrрешность уменьшил ась . в четыре
' раза. .
Следует однако, заметить, что такое уменьшение поrрешности
справедливо для случая, коrда измерения начинаются, от a о.
В случае произвольноrо выбора начала измерения. мы можем про-
изводить их из положения (Х2 и заканчивать, например, в положе-
нии (Хтах, тоrда YHK тах ''oa, ax/2, т. е. YT 'уменьшится в два
раза.
Коррекцию плеча рычаrа определяют аналоrично спо обу, рас-
смотренному выше: А,к 'oa /2 == 'оrfrnах/8. Для уrла аз недоком-
'пенсация Аунк аз == О, 'т. е. ,оаз == , sin аз, откуда аз cos а2'== sin аз.
-Разложив в степеННQЙ ряд левую и правую части равенства, ,имеем:
аз (1 a /2) == (хз a /6. Следовательно, 3a == a и аз == у 3а 2 ==
== О,87а тах . . ' .--...
в тех случаях, коrда точность работы этоrо механизма норми-
руется по-разному на всем диапазоне движения, целесообразно
применить третий вариант коррекции. Тоrда изменение., (если
измерения начинаются при а == О) нужно осуществлять так, чтобы
значение YHK а, В начале диапазона движения было меньше, чем
в' конце ero (например, во столько раз, во сколько допустимая по-
rрешность в начале диапазона меньше поrрешности в конце диапазона
движения: Аунк а 4 / Аунк a max == YdHIAYdJ{, рис. 3.5, ж). Параметры
(Х4, А,к, Аунк а, Аунк а/оп р еделяют -аналоrично.
4 тах
Заметим, что если в данном механизме осуществляется компен-
u
саци'Я -только теоретическои поrрешности, то реrулировать длину
плеча в каждом экземпляре не нужно, т. е. коррекция может быть
осуществлена исправлением размера 'о в чертеже детали на ве-
личину А,н.
Расчет параметров компенсаторов по способу наименьших квадра-
тов применяют обычно при необходимости аппроксимации экспери-
ментальных данных для определения функциональной зависимости,
которая наилучшим обр.азом' описывает изменение интересующей
нас величины (т. е. позволяет нам выбратр, какая, например, из
прямых экспонент или полиномов может описать искомую зави-
симость). Способ. наименьших квадратов может быть приме ен
также для расчета компенсатора. Например, с ero помощью можно
. u
решить предыдущую ,задачу по определению оптимальнои коррек-
ции pbI ara тонкой фоку ировки микроскопа для уменьшения тео-
, ретической поrрешности. Наиболее..целесообразно этот м.етод исполь-
зовать для определения параметров компенсатора по эксперимен-
тальным данным о компенсируемом , CYMMapHOM показа еле. ка-
чества.
Если, в предыдущем примере плечо рычаrа , сделать реrулируе-
мым, то, измерив суммарную потрешность перемещения тубуса
---{стола) микроскопа, обусловленную всеми систематическими поrреш-
ностями, можно по СQособу' наименьших квадратов вычислить не-
обходимое значение 'H изм нения r Д:.1] оптимальной компен-
сации.
81
Используем способ наи еньших квадратов для опреде ения
параметров компенсатора в измерительном устройстве (линзовомо
компенсаторе) даЛЬНQмера (см. рис. 1.5).
\ Суммарна'Я поrреШН9С Ь измерения параллактическоrо,уrла у ==
== '2kpx/(f' '12п), rде '1, '2 длины плеч рычаrа; k, р число \ захо-
дов и шаr резьбы винта соответственно; x ' уrол поворота винта;.
': _ фокусное расстояние подвижной лин ы афокальноrо объектива,
обуславливается следующими поrрешностями: фокусноrо расстоя-
L1 ния подвижной линзы f' , длин плеч
W ДУЕ. рычаrц ( '1' (2)' шаrа винта p, форм
r .,опорных поверхностей рычаrов дh 1 ,
r h2' осевым зазором в винтовой паре
I (данная поrрешно ть компенсируетс
' индивидуально с помощью разрезнои
rайки). Влияние перечисленных поrреш..
ностей столь велико, что в этом устройст..
У ве \предусмотрена компенсация их дейст-
вйя реrулировкой плеча '1. Оптималь-
ное значение коррекции плеча можно
определить по методу наименьших
квадратов, измерив суммарную ПQrреш-
ность устройства y в функции уrла у
(рис. 3.6). Измерение производится на
установке, схема которой изображена
на рис. 3.7 [40-].
Проверяемый узел устанавливается
. v v
между коллиматорнои и зрительнои -
трубами, предварительно выставленны
ми друr относите ьно друrа. Вращением
вала винта (на который устанавливают
лимб для ввода уrлов х) добиваются нулевоrо отсчета по окулярному
микрометру 3 (т. е. в этом положении' у == О). Затем изменени м х
v
устанавливают расчетные значения уrла у на измерительном устроист-
ве и с помощью окулярноrо микрометра зрительно'й трубы измеряют
ero действительные значения: УД == l/f б, rде 1 перемещение
изображения; f б фокусное расстояние объектива зрительной
трубы. По результатам измерений рассчитывают значение 'K.
Так 'как Yн. ,== I1Y!:J.r == yl1'R/' == ay, rде а == "H/" то за-
дача заключается в ТОМ,-чтобы подобрать такое а, при котором сумма
квадратов отклонений экспериментальнай зависимости от сrлажи;
вающей прямой была бы миним льной: .
n . дР n
F == ( Yi ауд 2 == ffilП, т. е. д == 2 ( Yi ауд Yi ::;:: о.
i. а l
Отсюда а == ( У, Yi) I ( Yl)' следоват льно,
rR== ' (* YiY ) I (* Yl)
о
Утих
I
I
I
I
Рис. 3.6.' Компенса ия суммар..
ной поrрешности линзовоrо
компенсатора дальномера:
&уЕ, суммарная ПQrрешность;
ау сrлаживаЮЩая прямая;
&у Ar коррекционное воз..
R
действие компенсатора
.'
82
Величину недокомnенсации определяем 1fЗ выраженйя Аунн i
== Yi (dr./r) Yi. ,
В некоторых приборах и устройствах имеется аддитивная со-
ставляющая суммарной поrрешност , в результате чеrо поrрешность
сrлаживается пря ой, имеюще'й УJ1aвнение вида l1у == ау + Ь.
в этом случае коэффициенты а и Ь находят из следующих урав-
. нений [10]:
ппп
n Е У i Ау i Е У i Е AYi
а=== i i l
n YI ( Yi)2
ппп n
У7 AYi Yi Yi AYi
Ь=== i i l i
tt ( n... ) 2
n Y7 ' Yi
t \ t
.
,
" 2
I
/
r
. .. -
.
»
Рис. 3.7. Установка для измерения поrрешности уrлов отклонения линзо..
Boro компенсаТ6ра:
1 коллиматор: 2..... зрительная труба с окулярным винтовым микрометром 3
Если суммарная поrрешность носит степенной или период че-
ский характер, соответствующие коэффициенты сrлаживающей кри-
u u
вои определяют путем решения системы т уравнении с т неиз-
вестными: .
п f
L [AYi f Yi' а, Ь, с, . . . , т)] ( ; ) l == о;
l
n
:' L [AYi f(Yi, й, Ь, с, т)] ( , ) i == о;
. . . ,
i
n
L [AYi f(Yi' й, Ь,' с, · · ., т)] ( : ) l == О.
f
Решить эту систе у можно в том случае, если задать вид сrла-
живающей функции на основании характера рассчитанно или
измеренной поrрешности. Коррекционное устройство таких поrреш-
83
настеЙ ocnosaHO на кула4ках или нелинеЙных механизмах, БQСррО-
изводящих сrлаживающую кривую (например, коррекцию ПRИВОДОВ
ОП, содержащих винтовые и зубчатые механизмы, с помощью ку-
лачка). Выполнение или реrулировка параметров компенсатора про-
изводится в ка)Кдом экземпляре прибора индивидуально.
3.3. I\ОМПЕНСАЦИЯ ВЛИЯНИЯ
СЛУЧАЙНЫХ поrРЕШНОСТЕЙ и ФАI\ТОРОВ
Некоторые цоrрешности и факторы оказывают случайное влияние
на "калество как партии, так и отдельноrо экземпляра прибора.
К ним ТНQСЯТСЯ турбулентность воздушных слоев', нестабильность
трения и нереrулярные биения в кинематических парах, внутренняя
и внешняя вибрации, случайные сqставляющие оrрешности Н,аведе-
ния и снятия отсчеТОВ t нестаБИЛ,ЬНОСТI> источников питания, шумы
. u -
приемников и электронных устроиств, нереrулярные изменения
{3нешней .среды. Компенсировать сами поrрешности не представляется
возможным, .поэтому стремятся JJИШЬ уменьшить влияние их на
качество оп. Компенсация влияния случайных поrрешностей и
факторов основана на OДHO из свойств случайных в личин, исполь-
зовании адаптивных компенсаторов, работающих в реальном 'мас-
штабе времени, применении орrанизационно-технических меро-
приятий.
Использование свойств случайных величин. Для компенсации
влияния случа ных 'поrрешностей на точность функционирования оп
, u u u
используют известное своиство уменьшения влияния случаинои
поrрешности при уseличении числа повторных циклов функцио-
нирования (измерений, наво..док).. Сущность э'ООrЬ метода состоит
в том, что среднее зн чение выходноrо информативноrо параметра
n
у === Yi/n имеет среднее квадратическое отклонение а у
i . .
- v ( :1 у -+ ( и,: у +",'. + ( :п У ===a/vn меньшее пр мер о на
значение корня квадратноrо из повторных циклов (n), чем (J отдел -
Horo измерения И.1IИ наводки. В свя'зи с этим для уменьшения влиЯ"-
u u
ния случаиных поrрешностеи на практике широко используют
увеличение числа и мерений ОДl!ОЙ и той же величины. Примерами /
компенсац и TaKoro рода являются повторные измерения уrла между
объектам,И с помощью теодолита, MHoroKpaTHbIe повторные наводки
окулярноrо микрометра микроскопа на края измеряемоrо обректа,
повторные измерения превышения высот при ниве,лировании.
В некоторых оп, содержащих фотоэлектрические датчики ли-'
u u u
неиных и уrловых перемещении, результат повторных из ерении
реrистрируется и обрабатывается с помощью используеМ IХ в них
ЭВМ, что. позвол ет существенно повысить экономическую эффек-
тивн.ость данноrо метода компенсации. На этом свойстве основаны
также HeKOTOpы коррекционные устройства ОП, например, инте-
rрирующее устройство авиационноr секстанта, схема KOToporo при-
ведена на рис. .8. В авиационном секстанте высота .светила изме-
84
рйется путем ПОБорота зерkала 9 при совмещении изоб"ражеlIИЯ
светила с изображением пузырька уровня. Вследствие качки КО-
'рабля, дрожания рук оператора и неточностей совмещения поrреш..
ность измерения yr.fIa составляет 1 2°. ПрименеН'ие интеrрирующеrо
устройства (см. п. 4.7), позволяющеrо определить среднее значение
высоты светила h за некоторое BpeM , в течение KOToporo o epaTOp
удерживает пузырек уровня и изображение светила, эта поrрешность
уменьшается" до значения 2 3' [25]:
т
h== ; J adt,
о
rде 'к, масштабный коэффициент; а, уrол поворота уrломерноrо
барабана (уrол поворота зеркала 3); t ремя, в течение KOToporo
... 1
Истинный 20ризонт
Рис. 3.8. C eMa секстанта:
',1 фокусnыii уровень; 2 неПОДвижное зеркало; 3 под-
вижное зеркало; 4 объектив
П.рОИЗВОДИЛОСЬ усреднени (rраницы интеrрирования Т составляют
40, 120 или 200 с).
Следуат отметить, что при увеличении числа измерении можно
v v
уменьшить только влияние случаинои поrрешности, систематиче-
ские же поrрешности остаются при этом неизменными.
Применение адаптивны компенсаторов. Параметры адаптив.ных
компенсаторов изменяются в реальном масштабе времени в процессе
функционирования прибора. Это значит, что они позволяют компен-
сироваТЬ..влияние поrрешности (или фактора) со скоростью, соиз-
меримой со СКОрОСТЬЮ изменения поrрешности. Запаздывание pery-
лировки параметро компенсатора не должно HapYJI1aTb требуемой
точности компенсации. L{ля этоrо a время адаптации (коррекции)
дt и == t 2 t 1 , в течение которой происходит измерение корректи-
pyeMoro ВJlи.яния AYt 1 либо самой поrрешности или фактора, вы-
85
работка kорреКЦИОnRоrо воздействия Ra kOMneHcaTop ZR и измеие
ине lIapaMeTpoB компенсатора, создающих -l1ун (рис. 3.9), изменение
влияния поrрешности (фактора) не должно быть больше максимально
допустимоrо значени я недокомпенсации, т. е. i1Yt 2 Аук -<: i1YHK П1ЗХ.
Время адаптации компенсатора, работающеrо в автоматическом
режиме по одной из схем коррекции (вспомоrательных измерений,
образцовых сиrналов, обратноrо преобразования или смешС\нной),
в зависимос!'и от B дa корректируемых поrрешностей и факторов
изменяется от нескольких часов до долей секундыI. Наиболее сложно
компенсировать влияние случайных поrрешностей и факторов,
изменяющихся с большой скоростью (например, влияние рефракций
J1y tJy , воздушных слоев). Известно
, 1{ [1 ], что коррекция ат осфер"
ной турбулентности требует
быстродействия адаптивных
компенсаторов телескопов и
оптических систем связи, рав-
Horo примерно 0,01 с. Созда-
ние таких систем привело к
появлению HOBoro перспек-
тивноrо направления_в'фИЗИ-
ке и технике адаптивной
оптики;
Под адаптивной оптико'й
Рис. 3.9. Изменение влияния случайной поr.. понимают оптическую систе-
решности 1 и коррекции 2 во времени му, позволяющую блаrодаря
активному элементу (роль' ко-
Toporo выполняет чаще Bcero "rибкое зеркало) компенсировать вли'я-
иие турбулентности земной. атмосферы путем изменения формы вол-
HOBoro фронта. АдаПТИ Н Iе компенсаторы оптических систем MorYT
быть использованы для компенсации поrрешностей, обусловленных
. вибрациями, перепадами температуры, нестабильностью трения и
биениями в' кинематЙческих парах механизмов наведения. .
Рассмотрим схему и принцип работы экспериментальноrо теле-
скопа с адаiIтивным компенсатором атмосферных искажений [1, 49].
Пучок лучей от звезды или наземноrо излучения попадает н& rлавное
зеркало телескопа J (рис. 3.10), которое с помощью диаrональных
зеркал 2.и 3 строит изображение перед проекционной инз й 4.
Линза через. светоделительное зеркало 5 epe aeT изображение на
щели, установленные во втором фокусе перед фотоумножителями
'ФЭУJ и ФЭУ2. Диаrональное з ркало :1 установлено на пьезоэлек-
трических колонках, позволяющих при подаче на них напряжения
нак онять зеркало для центрировки изображения относительно
щели анализатора. - Упр вление зеркалом осуществляе'rСЯ фотоэлек-
тронными умножителями ФЭУ3 и ФЭУ4, измеряющими поток от
двух половин щели. Диаrональное зеркало 3, являющееся основным
u. u
.устроиством адаптивнои системы, состоит из шести подвижных эле..
ментов (зеркал), перемещающихся перпеJIДИКУЛЯРНО K плоскости
зеркала для коррекции атмосферны'х искажений BO HoBoro фронта.
86
'<t
-.:::]
\ t1 t'z.
\ . I _ /'" ----- \ .............
\ 1 / ДУк
\ /Л2
t /
" ----,./
t
,.
"
Перемещение осуществляется пьезоэлектрическими цилиндрами на
величину долей длины волныI света Bcero за 0,06 МС. Максимальное
перемещение (при подаче напряжения :f: 1000 В) состаВJlЯет ::1::2,5 МКМ.
Управление перемещением осуществляется ФЭУ2, ,анализирующим
резкость изображени..,Я, и блоком проrраммной лоrики, последова-
тельно пер мещающей элементы зеркала. Управляющее лоrическое
устройство обеспечивает ПОI:IСК таких положений элементов зеркал,
которым соответствует максимальный сиrнал с ФЭУ2. Фотоэлектри-
ческий умножитель ФЭУ 1 вместе со щелью перемещается поперек
изображения и используется для ero записи. На рис. 3.11, а, б
1
*.
4+ r;
Пр о zраммная-
лоеuка
,Рис. 3.10. Схема телескопа' с адаптивным компенсатором атмос"
ферных искажений
[4 , 50] приведены результаты. испытаний этоrо телескопа в
случае искусственной звезды (изображение лазерноrо источни-
ка света, сформированное через 25Q-метровый слой турбулентной
атмосферы, рис. 3.11, а) и естественной (изображение Сириуса,
рис. 3.11, б) . ' ,
Как видАо из рисунков, применение адаптивноrо компе сатора
позволяет существенно улучшить резкость изображения -звезд,
практически приближая ero к дифракционному пределу качества
изображе ия. К недостаткам адаптивных 1елескопов [1] относятся
оrраничения, связанные с немонохроматичностью излучения звезд
(что мешает устранить влияние рефракций воздушных слоев для
широкоrо диапазона длин волн, так как деформации на различных
длинах волн MorYT оказаться в данный момент времени различными);
получение идеальноrо изображения на оси телескопа, но не по всему
полю зрения; невозможность использования в некоторых случаях
адаптивноrо телескопа из-за предельноrо быстродействия адаптив-
u
нои системы. ,
Применение орrанизационно-технических ероприятий. Opra-
ниэационно-техническце мероприятия, позволяющие умеНЬ!llИТЬ
влиянце случайных поrрешностей и :фаКТОРОБ на качество прибора,
заключаются в создании таких условий работы' прибора, которые
87
предотвращают. появление J1:ли уменьшают поrрешности. К .JIИМ:
u
можно отнести создание термостатированных помещении, уменьше-
ние циркуляций воздушных слоев, создание постоянноrо давления,
влажности, виброзащиты и т. д.
Одним из эффективных методов является также улучшение
кач ства изображения, создаваемоrо оптическо си темой, с помощью
j
а) 5)
t
.()
o
,
::х:
..()
cu
.
\.)
o
УпраВленце
зеРКQЛОМ
ВХЛЮЧ8НО
, \,
"
t
.с)
fi
о
cu
..
Q)
-.5 О 5
!/еnо6ыс свкунды
УпраВление
зеркалом
6ключено
о 5
!lzлобые ceK!JHBbl I ,
Рис. 3.11. Изображения ИСТОЧНИКОВ излучения, по-
- J1уч:енные с ПОМОЩЬЮ телескопа
апостериорноrо восстановления деталей объекта по ero искаженному
изображению. Для 'этоrо необходимо Иl\lеть дацные об изменении
оптической передаточной Фун,Кции' и уровне отношения сиrнал/шум
для полученноrо изображения.
fлава 4
ТИПОВЫЕ компЕнсАторыI поrРЕШНОСТЕЙ
ОПТИЧЕСКИХ ФУНКЦИОНАЛ..ЬНЫ УСТРОЙСТВ
в процесс функционирования ОП цроисходИ't. преобра-
зование. BxoAHoro сиrнала ero функциональными устройствами.
В зависимости от вида преобразований функционал?ные устройства
принято подразделять на оптически , оптикр-электронные, механи-
ческие ,и др. В конструктивном отношении они представляют собой
отдельные узлы или совокупность узлов, объединенных, общим
nазначением.
К оптическим функциональным устройствам относятся оОъек-.
тивы, зерк лъно-призменные системы, окулярные и оптические
микрометры, преобразователи -линейных и уrловых перемещений" на
основе шкал, лимбов, дифракционных решеток, оптические скани-
u
рующие YCTpOI!CTB П дp.
68
от качёства этих Функциональньtх устроАств зависят пЬказатели
качества Bcero оп. Рассмотрим устройство, расчет и юстировку ти-
повы компенсаторо поrрешностей наиболее УПQтребительных ФУНК-
циональных устройств.
4.1. ТЕРМОl(ОМПЕНСАТОРЫ
, При изменении температуры к чество оп может существенно
< ухудшиться, Ifз-за возможной расфокусировки .оптич,еской, системы,
децентрировок или пережатий оптических деталей, изменения фо-
· кусных расстояний, размеров и положения эл ментов конструкции.
Наиболее значительное влияние оказывает изменение температуры
на точность функцион,иро-- 1.2 3
ваН!lЯ оп, качество изо-
бражения, создаваемоrо
u u
оптическои системои, Ij,
надежность.
. Компенсаторы расфо-
кусировки. Рассмотрим
объектив, строящий изо- ·
Iбражение на фоtоприем-
нике, установленном в ero Рис. 4.1. Конструкция узла объектива без ком..
фокальной плоскости , . пенсатора:
(рис. 4.1 ).. . Объектив со- . 1 объектив; 2 корпус; 3 фотоприемник
стоит из двух склеенных
компонентов. Изменение температу.ры приводит к изменению радиу..
сов кривизныI.. показателей преломления \ и... толщины линз объек-
тива. Из-за удлинения кор,пуса изменяется и расстояние между
объективом и приемником. .'
L{ля отдельной тонкой линзы (пренебреrая изменением ее тол-
щины) изменение ее фокусноrо расстояния определим из выражения
l1'; t == f'2 L\ФАt == f'2 [ Ап м ' Ф (п 1) ( 'IAt '2At. ) ] :::::
n l rf (
. :с= 1/2 [ - 1 At ф........ (п !) а L\t ( 1... ..... ..!... ) ==
. n 1 rl '2 J
,"= f'2,[( п 1 а)ФмJ == f/2VtФМ== f/Vt.М, (4.1)
rде J1.пJ!t ==. At из енение пок.а.зателя преломления при изме-
нении температуры на величину ' t (р", ....... температурное приращение
показателя преломления ДJIЯ длины волны света л); I1rl.2At ==
, == '1,2 a t изменение радиуса кривизны поверхности при из-
менении температуры (а......... коэффициент ЛИ!lе'йц.оrо расширения
'материала линзы); V t == [ A/(n....... 1) а] ......... термооптическая по-
стоянная. Для склейки из двух .пинз будем иметь _
11{; f1.t :=: f;2 (Фl Vl t + Ф2V2t) At. (4.2)
И менение фоку<;ноro (и вершинноrо Фокусноrо) расстояния при-
водит к расфокусировке системы, изменению масштаба. Термоопти-
89
е.
чес}{ие аберрации МЫ H ytIUTbtBaeM, так kaK иХ знаqение, как пра.
вило, невелико и может быть сведено к нулю специальным подбором
марок стекол [21]. В том случае, если марки стекол подобраны так,
чтобы фокусное расстояние оставалось неизменным при колебании
температуры, т. е. I1f At == О, что возможно при выполнении усло-
вия Ф1 V 1t == Ф2 V 2t (Т. е. при V 2t == "2 V1t/"1' так как для склейки
обычно соблюдается соотношение Ф1/"1 == Ф2/V2)' расфокусировка
будет иметь место из-за изменения длин.ы корпуса.
Ко пенсац я расфокусировки оптической системы при колеба-
ниях температуры является одной из часто встречающихся задач.
Она осуществляется, как правило, подвижкой объектиsа, ero компо-
нента или приемника BДO Ь оптической оси. Движение производится
1 2 (а,) .J(aJ) 4(rf 2 ) 5
б
Рис. 4.2. :Компенсатор расфокусировки объектива:
1 объектив; 2, 4 кольца с различными коэффициен-
тами линейиоrо расширения;' 3 корпус; 5 фотопри-
емник; 6 дружинное кольцо
с помощью набора специальных деталей, имеющих определ.енное
значение коэффициентов линейноrо расширения, жидкостных ре-
зервуаров и .электродвитат ей.
На рис. 4.2 изображен компенсатор расфокусировки, состоящий
. из двух цилиндрических колец, установленных между об:ьективом
и фот<?приемником,
Условие отсутствия расфокусировки имеет вид:
f At == 11 At + 1112 Ае; f 2 (Ф Vlt + Ф 2 V 2t ) 11 rx l + 12 rx 2. (4.3)
. .
Так как 11 + 12 ' , то, выбрав материал, из KOToporo будут'
изrотовлены кольца термокомпенсатора (т. е. при известных коэф-
фициентах al, (Х2' один из которых, как правило, больше, а друrой
меньше термооптических постоянных стекол), можно решить урав-
нение (4.3) относительно неизвестных 11 и 12:
11 == [ f 2 (Фl Vlt + Ф 2 V 2t ) f rx2]/ (rxl (2).
. '
Первоначальная фокусировка объектива (при номинальной тем-
- .
пературе) в подобной конструкции осуществляется во время юсти-
ровки системы подрезкой одноrо из колец термокомпенсатора либо
.подрезкой оправы приемника или оправы объектива. Пружинное
кольцо должно ПР9 ИЗВО ДИТЬ надежное замыкание системы объекТиВ......... I
кольца приемник" при всех возможных. колебаниях темпера-
туры.
90
в том случае, коrда термооптические постоянные стекол имеют
значения, приводящие к уменьшению фокусноrо расстояния системы
при увеличении температуры, термокомпенсатор должен уменьшать
расстояния между объективом и ,приемником. .
На рис. 4.3 изображен термокомпенсаrор, позволяющий произ-
водить перемещения приемника как влево, так и вправо 'вдоль опти-
ческой оси при увеличенйи температуры путем подбора материалов
цилиндрических колец термокомпенсатора. Условие отсутствия
расфокусировки будет
иметь вид
rде ан, аl, а2, аз коэф.
фициенты линейноrо рас-
ширения корпуса и колец.
Первоначальная фокуси-
ровка может производить:
ся с помощью резьбовоrо
кольца 4.
Наибdлее значительно
\
влияет перепад температур
на расфокусировку длин-
нофокусных ли зовых 'н
зеркаЛЬНI?IХ объективов.
Для Toro qтобы иметь
представление о реальных
значениях расфокусировки
таких систем" рассмотрим
термокомпенсатор зер/кала
u
телескопа, рассчитанныи
и изrотовленный объе-
динением лома имени J 2 1
В. и. Ленина. Рис. 4.4. Компенсатор расфокусировки зеркала
Н 4 4 б телескопа:
а рис. · изо ражен 1.... зеркаnо: 2 .... КОЛЬЦО из стали: 3 .... кольцо
компенсатор расфокуси- из инвара
ровки еркала телескопа, .
иэrотовленноrо из стекла пирек (коэффициент линейноrо расшире-
ния ар == 3 3.10 6 l/rрад) с радиусом' отражающей поверхности'
r == 4200 мм. :Изображение строится в фокальной плоскости зерка:
ла. С фокальной плоскостью сопряжена последующая' оптическая
система либо плоскость фотоприемника. Фокусное расстояние зер-
кала f == ,/2 =:: 2100 ММ. Соrласно техническим условиям. коле.
бание температуры допускается на величину 6t + 300. Возможная
расфокусировка (без учет тубуса), В9зникающая из-за изменения
фокусноrо расстояния зеркала равн.а AZ == f4t == 6rl:.t/2 ==
== ra p f1t/2 == f'a p l1t == :J::0,2 мм.
f; !!.t == (Lна и ....... 11 а l +
, + 12а2 [заз) I1t,
L K
1 2 3
Рис. 4.3. Узел с компенсатором расфокусировки
объектива:
1.....:..3 набор колец с разлИЧНЬiМИ коэффициентами
линейноrо расширения; 4' резьбовое кольцо; 5
пружинное кольцо 4
210(J
Lr= 2051,5
L H =445
L и
Lc
91
,
Для компенсации расфокусировки тубус выполнен в виде набора
цилиндров из стали (ас === l1t8.10 6 1/rрад) и инвара (ан === 1,6><
х 10"'6 l/rрад). ОпредеJIИ длину стальных (Lc) и инваро ых (L и )
цилиндров.
Условия отсутствия расфокусировки имеют вид:
f t == Lc I1t + АL и I1t + LH I1t;
- ;
l' ар t == Lcac dt + Lиа и t + Lпа р 8.t.
Так как L и , L T LCt то L ' == ({'ар LтfXи Lиар)/(а с аи)
== 350 мм, откуда L и == 1701,5 мм. .
Рис.' 4.5. Компенсатор расфокусировки :
1 --- IQСТИРОВОЧНЫЙ винт; 2 t 3 --- цип-индрические стаканы с чередующимися коэффициентами
JJинеlfНОI"О расширения; 4..... заl'tlыкающая пружина; 5 --- юстировочный винт; 6 --- корпус
- . средника: 7 .... зеркаJJО
ДJIЯ сокращения rабаритных размеров такой термокомпенсатор
ВЫПОJIНЯЮТ в виде набора ЦИJIИНДРОВ, вставленных друr в друrа и
имеющих различные коэффициенты JIинейноrо расширения (рис. 4.5).
Цилиндры должны быть изrОТОВJIены и собраны так, чтобы не БЫJIО
заКJIиниваний и заеданий. На их сопряrаемые поверхности наносят
тонкий СJIОЙ смазки. Первоначальная фокусировка зеркаJIа 7 осу-
щеСТВJIяется подвижкой Bc ro компенсатора относительно корпуёной
детаJIИ 6. В данной ко струкции предусмотрена также ц нтрировка
зеркаJIа.
В случае выполн ния конструкции термокомпенсатора в виде
набора цилиндров (см. также рис. 4.11) суммарное oceI3oe п ремеще-
- ние виутреннеrо цилиндра, связанноrо с зерка:лом, относителыio
"t
иаружноrо, связанноrо с корпусом" p BHO
n т
Al :----- 1] lli(J,li e Е 12i a 2i 6.t,
- е..l . 1-1
92
rде 11' (Хl И 12' а2 .......:. размеры и коэффициенты линейноrо расширения
охватыIающеrоo (в осевом направлении) и охватываемоrо цилиндров
соответственно; n, т........ количество. ,соответствующих цилиндров
(обычно т == n, либо т == п + 1). Охватывающие цилиндры ВЫ-
ПОЛlI'Яют из одноrо материала (напр.имер, стали с (Х 12.. 10 6 l/rрад;
титана с а, 8,5.1p 6 l/rрад; инвара с (Х 1.,6.10 6 l/rрад) , а охва-
ТЫВ,аемые из друrоrо (например, алюминця, дуралюминия. с (Х
(22 +24) 10 6 l/rрад; латуни и нейзильбера с (Х 18. IO 6 l/rрад;
пластм сс с (Х (20 +100) 10 6 l/rрад), поэтому 11:. == «(Xlll1: ........
(X2l21:.) t, rде li1:., 121:. суммарная длина соответствующих ци-
линдров. Для случая т == п и lli == 1 2i 1 получим I1l1:,' ==
== 1tl «(Xl' (X2) I1t.. ",
Часто наружное кольцо выполняют 'из Toro же материала, из
KOToporo изrотрвлен корпус (оправа) ОПТlLческоrо элемента. Так как
коэффициент линейноrо расширения стекла обычно меньше коэф-
фициента . материала, из KOToporo изrотовлен корпус, то для вну-
тренних колец подбирают материал, имеющий коэффициент линей-
Horo расширения, больший коэффициента маТ,ериала оправы (ХС <
< (ХО < (XH
При колебаниях температуры происходит также Jfзменени диа-
метров сопряrаемых цилиндров. Во и бежание "заклинивания посадка .
в их сопряжени рассчитывается так, чтобы обеспечить при' макси-
мально возможном отклонении температуры от номинальной ra..
ра тированный зазор L\C m1n == I1C o . m1n + «(Хl (Х2) DI1 max, rде
L1C o mln вероятный .минимальный зазор при номинальной тем-
пературе; D --:---- диаметр' сопряrаемых элементов; L\t max .........: макси-
, мальное отклонение температуры от номинальной.
Коrда для компенсации, возникающей при перепаде температур
расфокус ровки, требуется создать значительные (до 10 мм) переме-
щения эл ментов оптической системы, термокомпенсаторы в' виде
набора цилиндров не применяют из-за большой массы и rабаритных
размеров. Компенсация расфокусиров и в этом случае может быть
осуществлена подвижкой элементов, например, с . помощью "жидкост-
Horo резервуара, установленRоrо на корпусе системы 1. На рис. 4.6
изображена схема оправы объектива с жидкостным термокомпенса-
тором', основанным на перемещении в корпусе 1 объектива оправы
(линзы 4 с помощью рычажноrо механизма б поршнем 7. Перемеще-
ние поршня' вызвано изменением объема жидкости резервуара 8
при ИЗменении температуры; Перемещение ,поршня с учетом измене-
ния объема корпуса резервуара и площади CaMOf'O поршня при из-
менении температурыI на tlt равно
L 1 11 VAtlA == [V o ( 3(Х) I1t]1 [Ао (1 + 2(Х I1t)],
rде V o номинальный объем резервуара; коэффициент объем-
Horo расширен'ия жидкости; Ао номинальное сечение поршня.
Ес и плоскость изображения смещается при- изменении темпе-
ратуры на величину dS (из за изменения показателей преломления
1 А,с, 651290 (ссср),
93
.
. ,
стекол, радиусов кривизны, толщины линз и воздушных промежут-
ков), то коррекционное переl\fещение линзы 4 будет р а 5НО L 2 ==
=== dS/K., rде К коэффициент влияния перемещения линзы 4
на расфокусировку объектива.
Отсюда получаем конструктивные данные для параметров термо-
компенсатора (например, для соотношения длин плеч рычажно{'о
механизма)
11 L 1 У О (P За) I1t К
-т;: L'l Ао (1 + 2а I1t) 118 ·
Как показали испытания этоrо 'термокомпенсатора, качество ero
работы существенно зависит от попадания воздуха в полости резер-
J 2:5 L 2 4 , '
А
9 8 7 6
Рис. 4.6. Жидкостный термок мпенсатор объектива:
1 корпус; 2 5...... оправы элементов объектива; 6 двуплечий
рычаr; 7 поршень; 8 резервуар с жидкостью; 9 .... замыкающая
пружина .
I
I
I
I
I
I
.
вуара и поршия. Для устранения этоrо недостатка жидкость заклю-
чается в резиновый сильф-он (рис. 4.7). .
UПирокое распространени ПОЛУ9ИЛИ таК1Ке автоматически уст-
ройства, основанные на различноrо рода системах выработки сиrНaJlа
дефокусировки, управляющеrо приводом фокусирующеrо элемента.
На рис. 4.8 изображена система 1, содержащая выверитель фоку- .
сировки И компенсатор rнутий телескопа. Выверитель фокусиро ки
содержит систему подсветки 1, 2 pGtCTpOBblX марок 3., 4, аВТОКОЛJlима-
ционный полупрозрачный отражатель 7, светоделительную призму -----
куб 21, пару клиньев 23, диссектор 24, электрически связанный
через управляющий усилитель и контрольный индикат<?р 27 с при-
водом 5 фокусировки, кассетодержателя. В 'кассетодержателе 6
установлена кассета (фотоприемник или спектроrраф), на которой
строится изображение зеркалом 20 телескопа.
При номинаЛьной температуре выверитель фокусировки юсти-
руется так, чтобы изображения растров проектировались через
rлавное зеркало симметрично относительно фотокатода диссектора
(кассета находится в фокальной плоскости зеркала). Амплитуды
. ;J.1A. с. 5 91791 (СССР). .
94
,
моду лUР6йаkны}{ сиttIЗJ1013 изооражениtf pacTpoBbIX марок · /3 ' и 4 при
этом одинаковы, напряжение на выходе усилителя 27 отсутствует
и двиrатель привода фокусировки кассетодерж теля не работает.
При изменении температуры появляется расфокусировка теле-
скопа, приводяща к несимметричному изображению растров ОТ-
носительно плоскости фо-
токаТ0да диссектора. Амп- I
литуды сиrналов 9УДУТ
различными (причем поря-
док ледования большей и
меньшей амплитуд зависит
ОТ знака расфоку,СИРОВКИ)
и усилитель подаст на.пря-
жени на двиrатель при-
вода кассетодержателя.
Коrда кассета, займет по
ложение точной фокуси-
ровки, изображения раст-
ров займут симметричное'
расположение относитеelIЬНР диссектора и двиrатель остановится.
Наивысшей чувствительности выверите ль расфокусировки до-
стиrает при максимальном изменении контраста в изображении
1 2.. . J 4-
Рис. 4.7. Жидкостный резервуар с резиновым
сильфоном:
1' корпус; 2 резиновый сильфон; 3 поршень;
4 замыкающая пружина
1 2 .3.4 -
26
25
. "-
14
.\
15
15
Рис. 4.8. Схема выверителя фокусировки и ком..
пенсатора rнутий телескопа
растров, которое обеспечивается при расположении растров на рас-
стоянии d друr от друrа
d === 2,О8лk/{2ла;( [1 ----- ЛIL/(2 А)]}' .
. 95'
.-----
fде л рабочая длина волнЫ света; ал ЗадНИЙ аnертурный
уrол выверителя фокусировки; fl, частота растра; k коэффи-
циент, зависящий' от частотно-контрастной характеристики выве-
рителя фокусировки с учетом свойств - диссеК1'ора, k =р 1.,
Поrреш'ность работы выверителя определяется точностью кон-
троля фокусиро!!ки /
I1f == I1m 'Л/ а'1 ,
- . u
rде 11т пороrовая чувствительность приемнои СИ,стемы к отно-
сительному изменению ос-вещенности. При" 11т == 1. 10 3, O' ==
== 1/200, 'л == 0,5 мкм 111' == 0,02 мм.
Клинья 23 образуI,OТ плоскопа-
р ллельную пластинку переменной
L/( толщины, которая вносит продольную
расфокусировку изображения раст-
ров на фотокатоде / ,llиссектора на
величину 118, автоматически вводи-
мую следящим приводом фокусиров-
I
ки В положение кассетодержателя
AS == (n h 1) ( + 1 tg 8),
rде n h коэффициент преломления
стекла клиньев для рабочей длины
волны света; ::1::1 относительное
встречное пара.]Iлельное смещение
клиньев; 8 уrол кли а. .
КомпенсаТОРЬ1 пережатий и зазо-
ров объективов в ОП,равах'. Так как
коэффициенты линейноrо расширения материалов оптических де-
талеЙ I:f:,оправ, как:правило, различны, то при изменениях темпе-
ратуры!возникает опасность недопустимых их пережатий или сме-
щений в зазорах.,__ Особенно важно учитывать это при креплении
крупноrабаритныхJзеркал и линз, работающих при значительных
перепадах температуры. Для предупреждения этоrо между наруж-
ным диаметром линзыI (зеркала) и ее оправой ,устана ливают термо..
компенсаторы. Расчет термоком_пенс тора (рис. .9) производится
на основан-ии следующей зависимости:
2Ll\a; I1t == Dorl,o t ..... Dпа л t,
rде L и размер /компенсатора; Do ........ диаметр onpaBbI; D л ........ диа-
метр линзы; ан, ао, (tл 'коэффициенты линейноrо расшцрения ма-
т иалов компенсатора, оправыI и линзы cooTBeTctBeHHo; t изме-
нение температуры. ТаК как Do == D n + 2L 1H тО' .
'LI{ === D л (а о (XJl)/[2 «(%1{ qo»). (4.4)
fla практике получили распространение две конструкции таких
термокомпенсаторов. На рис. 4.10 изображено устройство для креп-
ления крупноrабаритноrо объе ктива с теРМ9компенсаторами, состоя-
щими ИЗ вкладышей 1, привинченных к накладкам 2, которые кре-
Рис. 4.9. Схема соединения объекти--
. ва с опра оЙ: '
1 оправа; 2 объектив; 3 термо-
компенсатор
96
.#
,
пятся оолтами к опРаве ооъектива. Вкладыш изrотзвливают из . pr
стекла сал (а 9.10...5) или винипла а ВН (а 7 .10 5). В про
цессе сборки результативной обработкой вк дыша по конкретному
диаметру линзы (или с помощью проклаДdК'И подшабриваниit кор.
п са) добиваются соединения линзы с термокомпенсатором бе
зазора (либо с небольшим зазором, paBHbIIvi 3 5 мкм). Для фиксации
линзы в отверстия термокомпенсаТОРdВ Заливают rерметик. Число
компенсаторов по .периметру линзы з висит 01 ее accы и Достиrает
в КРУПI!оrабаритных системах 12 16 и более.
4 +А J
..
5...6
/'
l'
ВидА
(у fJ елuчеI:f О )
-2
1
J..
.
8ид8
I
...., б
.......
Б
....
PliC. 4.10: Крепление объектива с термокомпенса-
'l'9рами:
1 ....... термокомпенсационныf\ вкладыш; f'" наКЛаАка; 3
линза; 4 ...... оправа \
t .
На рйс. 4:'11 изображен термокомпенсатор в сборе с зеркалом
телескопа. Термокомпенсаторы -установлены по периметру оправы
(на рисунке приведена часть конструкции). Они представляют собой
набор встаВ.[Iенных.друr в'друrа цилиндрических втулок, изrотовлен"
ных из двух материалов с различными коэффициентами ЛинеЙllоrо
расширения. Замыкание термокомпенсатора на повеР4НОСТЬ зеркала
осуществляется реrулировкой винта 1 с 'последующей фиксацией.
Сборка IlJiлиндрических втулок осуществляется так, чтобы не воз-
ни.кали заклинивания и заед ния. Ролик 2 обезжиривается, так как
попадание смазки на поверхность зеркала недопустимо. 11
Известны. также к-онструкции, rде роль термокомпенсатора при
неБОЛЬШИХrОТЛИЧИЯХ\ коэффициен ов линейноrо расширения оправы
4 Латыев С. М. 97
.
,
" МаtерИа.[!а JiИJlэьt nьtпоЛняеt rерМеТИk или норiiкрил (14]. Лри ocy '
IЦествлении'такоrо метода компенсации следует обратить внимание
на то, что слишком тонки слои rерметик'а ( 1 О мкм) теряют свои
эластичные СВ9йства, т. е. эффективность компенсации' снижаетс,Я.
Для устранения возможноrо затекания rерметика' внебольшие за-.
зоры. (между 'линзой и оправой объектива)" отверстия в корпусе
оправы ,объектива под зали ку 'rерметика следует выполнять со
специальными карманами (СМ. рис. 4.21)
1
:i :1 ,*
#
.* " #
,.
Рис. 4.11. 'Термокомпенсатор зеркала объектива ..
болыuоrо диаметра. ...'
в том случае, коrда, оправа, линзы имеет существенное отличие
коэффициен а линейноrо расширения "материала (из-за стремл ния
подобрать ero близким по значению к коэффициенту линейноrо pac-
ширения материала линзы) 01' аналоrичноrо коэффициента корпус,:,
ной детали, между ними также устанавливают, тер оиомпенсатор,
в качестве KOToporo используют вкладыши, рассчитанные по формуле
(4.4), либо rофрированные плоские п'ружиньt. На рис. 4.12I'приве-
дена часть К9НСТРУКЦИИ объектива с такими ,термокомп&нсаторами.
Здесь · значеН!fЯ к оэффициентов линейноrо расширения материалов,
JIИНЗЫ 1 и оправы 2 мало отличаlQТСЯ друr от дpyra. .НеБОЛЬШQе.
относительное изменение их диаметров при перепаде температуры
компенсиру.ется упруrими С1IOйствами rерметика 4, -посредством
KOToporo линза связана. с оправой. Коэффициент линеЙНQrо расшире-
ния материала корпуса ан сущест енно тличается от а о , так ка'к .
98
он ПОДdбран в соответ€твии с знач--ением а зерка-!lа (на р'исунке не
показано), заКl>-епленноrо в' нем. .,
Компе сация изм-енений диаметров оправы линзы и корпуса
nРОИЗВQДИТСЯ с помощью rофрироiзанных уп.руrих секторных пла-
стин 7, зажатых между наружными 6 и внутрецними 5 "кольцами,
привинченными соответственно к корпусу и оправе.
KOMne caTOp увода нуля rрадуироьочной, ривой спектральноrо
прибора.. В спектральны приборах, ..исполъ ующи В. качестве
дисперrирующеrо элемента призменны системы, при:. из енении
с. температ,уры озникает сбой нуля ...щкалы. Эта поrрешность обус-
i ' 8иа А
..
.....
5
Рис. 4.12. Термокомпенсатор с
СИJIЬфОННЫМИ плоскиМи.... пружи"
.. нами:
J линза; 2 иправа ЛИН::IЫ; 3
корпус; 4 rерметик;, 5 I{ОЛЬUО
внутреннее; G КОЛbl{О наружное
i ..... плоская rефрированная пру..
ина
: повлена rлавным обр аэом" изменением показателя преломления
u
,дисперrирующеи призмы и ПрОЯВЛЯ,ется уже при изменении .тем-
пературы Bcero на есколько rраду ов .
Рассмотрим термок.омпенс тор, применяемый .для коррекции та-
I кой поrрешности в спектрофотометре СФ.16 (рис. 4.13): Шкала 1
прибора"свяэана с дисперrирующей кварцевой цризмой 6, установ-
ленной на поворотном стопе 7 посредством кинематическоrо ПРИВQ.да, "-
состоящеrо из зубч тых колес 2, 8, винтовой передачи 4 и рычаrа 5.
Дис:персия .моН:охроматора от 185 до 1200 Нм, что осуществJtяется
,разворотом приэмы на уr л 50 ЗЗ' 57". .
. При изменении температуры на :f:5° ОТ. номнн'аJIЬНОЙ (что допу-
скается условиями э сплуатаЦflИ прибора) показатель преломлени
кварца изменяется (например, для липии е на величину ne ==
== eпe t == 104 .lO 7.1 ,46028.5 == ::I:: 76 .10 6).
Измененню 'показателя преломления на еличину Ап соответ-
ствует ПОБОрОТ ПРИ3М I на УI:ОЛ d t [29 J
> d j === Si!1 А Аn/у-I ...... п 2 Si n 2 А.
,
rде А пре,JJОМ!1ЯЮЩИЙ yroJl призмыI.
4* 99
Следовательно, на такой уrол нужно аатоматически доворачив'Зть
призму, чтобqI компенсировать иЗменение ее показателя преломJiеl!ИЯ
при изменении температуры. При t == :1::5° дополнительный пово-
рот составляет 10". В качестве компенсатора используется биметал-
лцческ'ий .рычаr 5, изменение радиуса кривизны KOToporo приведено
на рис. 4.14 (а, б). При изменении температуры рычаr изrибается,
доворачивая стол с дисперrирующей призмой. Расчет рычаrа про-
'"
360мм ,
][
.
../
изводитоя из условия,
был равен ::1:: 1 О".. '
# Если пластина 1 изrотовлена из алюминия. (аl == 26 .,10 6) или
латуни (аl r= 18,9.10 6), а пластина 2 из стали (а 2 == 12.1/0 6),
Рис: 4.13. Схема привода спектрофото-
метра
чтобы поворот ero сечения при. I1t ,== + 50
,;
L.
.
Рис. 4.14. Изменение радиуса \ кри-
визны, биметаллическоrо рычаrа:
. а при номинальной температуре
(+20 ОС); б ........ при увеличении тем" , ·
пературы выше номинальной
" .
то ПРИ. увеличении температуры будет происходить изrиб рычаrа
с. воrнутосtью со стороны стал.ьной полосы (при уменьшении тем-
пературы от номинальной наоборот): '
Радиус кривизны такой балк [42} опр елим по формуле
, r 1 [ (2;86h + hf) (h 1 + 2,86h 2 ) + h 1 + h2 ] ,
. . (а! (Х2) де 6 (h 1 + h 2 ) 2,86h 9 h 1 2'
. .
тде 2'86......... коэфФициент, равный отношению модулей упруrости
стали и алюмини . При h 1 ==6 мм, h 2 ==32 мм '== 1,3 10 мм.
Тоrда длина СQединения ЛJ1астин до жна СQстаеJlЯ'fЬ L ::;;; 2, di ;;;:
:::: 130 ММ. .
1-
100
Так как показатель преломления призмы и ero температурное
приращение различны в спектральном диапазоне длин I}ОЛНЫ, а би-
металлический рычаr рассчитывает я для одноrо (среднеrо) зна-
чения корре тировочноrо уrла поворота I1ризмы, то недокомпенсация
не может быть сведена к минимуму на всем диапазоне работы при-
бора. Конструкция рычjirа спектрофотометра изображена на рис. 4.15.
Основная пласти\на 4 рычаrа изrотовлена из стали и имеет перемен-
..
360!: О. 05
AL
.
.
, A A
'J
4-
, Ри . 4.15. Биметаллический рычаr спектрофотометра
l'
ное с чение для повышения жесткости. B TaBKa 3 припаивается или
приклеивается J{.рычаrу. Для изменения длины рычаrа предусмотрена
возможность подвижки кронштейна 2, а реrулировка ero начальноrо
положения производится перемещением винта 1.
'<i
. 4.2,. КОМПЕНСАЦИЯ. ДЕЦЕНТРИРОВОК
. ЛИНЗ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
"
Под децентрировкой линзы ПQнимается см-ещение eHTpo ри-,
визны ее оптических поверхностей € базовой оси [7]. На практике
различаЮТ.децентрировку neRBoro и BToporo рода. Децентряровка
первоrо oдa обусловлена наклоном, косиной линзы и paBHascMe
щению центра" кривизны поверхности с базовой 'оси на величи,ну
L\C Rv L\ , rде Rv радиус кривизны поверхности; yroJl
наклона 'линзы. Децентрировка BToporo рода вызвана поперечным
смещением линзы с базовой оси и равна этому смещению" для обеих
поверхностей: 6.C f.. Е: 6.С. .
Децентрировки возникают из-за поrрешностей изrотовления линз ,
(раЗНОТОЛЩI!ННОСТЬ по ,краю, несовпадение центров кривизны с осью
базовоrо цилиндра), при склейке линз (клиновидноать слоя клея,
несовпадения оптических осей склеиваемых линз друr с друrом и
осью. базовоrо цилиндра), из за поrрешностей изrотовления оправ
(неперпендикулярнос.ти опорных торцев, эксдеНТРИСИ'I :rов посадоч-
ных диаметров), а также вследстви сдвиrов' и наклонов-линз и их
опрае 13 ,эазорах соеДИlIе IiЙ при сборке. Децентрировка' ЛИНЗ при-
lQl
. ,
водит к появлению OMЫ, хроматизма, астиrматизм , наклону пло-
скости изображения и друrим аберрациям оптической систёМI?I.
В бинокулярных прибор х возникает неп ралл льность визирных
u '
осеи. " . '
Исходя из аберраций децентрированных оптических систем, при
'расчете о пределяют допуски на це трировк.у J;IИНЗ системы. При этом
в связ!'l с тем, что обеспечение вы цсленных ДОЦУСI\ОВ часто является
u u
трудно осуществимои задачеи, расчетчик вместе с конструктором
и технолоrом'реша т вопрос о необходимости 'применения компен-
саторов децентрировки; перераспределении .допусков и методике
юстировки объектива.
Прежде чем перейти к типовым компенсаторам децентрировок
линз следует отметить, что вопрос о ,доrtусках на x центрировку
внесложных Qптичееких системах, необхОДИмость введения компен-
саторов и чувствительность подвижки Mory быть р.ешены исходя
из упрощеlJНЫХ формул, СВЯЗ Iвающих децентрировку с допустимой
комой и хроматизмом [21, 32, 37].
Для одиночной линзы ДОПJсrимая децентрировка BToporo рода
и ее на лон [32] определим пц формуле
. !!.сIl === !!.p;6vf' /D; !!. '\' === 2п !!.о:.Л 3 (п 2 1) 0;( ф2 1) w]; ,
rде F'C' волновой д.опуск на уrловой хроматизм; 'v коэффи-
циент диспер ии;.. D рабочиц дцаметр линзы; аи допустимое
u . . ,
значение уrловои комы; n покаэатель преломлеН1iЯ; аА апер-
турный уrол в п'рq транстве ИЗQбражения линзы; р линеиное
ув личен е ЛИН,зы; W уrлово е у:ее.личение последующей систе>1Ы.
Допуск на децентрировку f.t-й поверхности линзы оптической .
системы [21] найдем из' выражения
C . 2n Jt бq;J[З (n . 1) h a it+l]'
rде бq ......... допустимо значени'е комы; ,,,.,....... радиус кривизны по"
верхнос.r.и; n,..,....... показатель преломления; hjJ. ........ высота точки
встречи луча с поверхностью; O' ........ С 9ДИМ9СТЬ (обратная величина
рас.стояни,я до изображен и!!); Plt+l..... линейное увеличение после-
дующей системы:, . r I
. , Допуск на хроматизм и кому отдельной линзы или поверхности
находят из cYMMapHoro допуска на эти аберрации системы ero' деле.-
нием на значение корня вадратноrо из исла лин'з и и поверхносте
либо с учетом коэффициента их влияния (см. п. 2.4). Суммарный
допуск на визуальные о т еские системыt, обычно принимают рав-
I ным 0-,1 мкм В волновой мере; либо радиусу первоrо дифракционноrо
кольца [21, 32]..
. Типовая компенсация децен,ТРИРОВОК линз оптических систем
'основана на результативной обработке опр в линз', смещении одной,
из линз (иноrда двух и более) перпенди'ку.лярно к оптической оси,
развороте и наклонах линз, устраняюЩИ-К (уменьшающих) саму
децентрировку., либо создающих аберрации" paBHыe, но с противо- -
пол?жиым- 3Ha QM по сра п нц.ц>" 9 QМQе сируемыми аберрациямп
всеи системы . .
I,Q2
-J
.'
Рез .атkВJf8s. o pa60TKa опра в ЛИНЗ';',' При сборке линз йоз..
-м-ожную децентри,ровку их пот отн'ош ению друr к друrу уменъш ют
результативной отработкой оправ. При этом устраняется влияние
поrрешностей изrотовления 1:1 сборки линзы и оправы. Этот техноло-
rичеа ий метод компенсации достаточно подробно ИЗЛ9жен в лите-
ратуре [9]. Суть ero заключается в том, ч:rо оправа лицзы изrотав-
ливается с припуском и окончательно обрабатывается в размер
(после сборки с линзой) от оптической оси. линзы. ОбрабО'N<:а проиа-
одится на токарном станке со специальным патроном, позволяющим
совместить оптическую ос-ь л-инзы с осью шпинделя станка, (РИСr 4.16).
Ие е ещая часть патрона 2 перп ндикулярно к ос 'шпинде -!lЯ CTSlHKa,
-.
ОС
- .
...... ......
...... ""- "'01
' '
,/
...
l' 2 J 4 5 . \
Рис, 4.16. Схема устройства центрировоqно о патрона:
/ --.
fI 1 "'-"\ частЬ' патрона, навинчиваемая на ШПИНДель станка; .2 .......,смеlцаеМая' часть- па-
TpOHa 3 поворачиваемая часть; 4 переходннк; 5 оправа линзы
,
.
,-
совмещают ценrr.р крив-из ы поверхн;ости 01 С осью шпинделя станка, -
_ наблюдая за ее биением в авто'коллимаЦИQННУЮ ,центрировочную
трубку Забелина (ЮС..13). Затем, по рачивая часть патрона а
В9 К РУТ, центра ero сферы.., пр____иводят центр кривизнь вторрй поверх- -
ности линзы 02 на'ось ШПйнделя станка. Дл Toro чтобы не сбивалась
установка центра Ql' он должен находиться в одной плоскости с цен-
. тром сф.ерической части патрона. Это требование осуществляется
с помощыQ сменных переходников 4. После совмещения оптической
оси линзы с осью шпинделя 'станка базы оправыI А,' в и С обрабаты-
вают в номинальный размер. При этом компен.сируется децентри-
ровка линзы, обусловленная зазором' в посадке, перекосо . опорноrо
торца и собственным эксцентрисиreтом. .
Остаточная децентрировка линзы ОТНОСИ'Рельно' ба овой оси
оправы определяется поrрешностью совмещеJIИЯ центров ее кривизны
с ocь шпинделя .станка, бие,нием шпинделя станка и деформацией .
патрона. ,/ .
Особенно сильное влияние оказывают деформации патрона при
. больших размерах переходников и крупноrабари.тных ,линзах.
В этом отношении лучшим явлstется центрировочный патрон, пред-
ставленный на рис. 4.17. -Ero дocroинство явЛяется более высокая -
eCTKOCTЬ и возможность ц нтри'ровки менисков с любым располо.- .
..
103
I .
. . . " ,. , " t.. . ""
ж нием и центров кривизны относительно сферичес,КОИ части па:.
трона. Совмещение оптической оси линзы с осью шпинделя станка
здесь производится поворотами частей патрона BOKpyr центров сферы
неподвйжной части (находится всеrда на оси шпинделя) ОС! 'и по-
движной( части ОС2.
Дру.rим приеМt>м, ко орый ожно отнести; к рассматриваемому
методу, является. совмещение оптической, оси линзы с осью шпин-
деля TaHKa (с которой совпадает ось наружной, базовой поверх-
ности оправы, меющей номинальный размер) путем перемещения
и наклонов линзы за счет зазора в посадке при e завальцовке или
приклеивании, При креплении. крупноfабаритных линз ответствен-.
ОС2
ОС1
. I
О, 02
1 2 J 4-
Рис. 4.17., Центрировочный патрон" разработанныIй
rои ИМ. е: и. Вавилова: .
1 часть патрона, навинчиваеМая на .tUпинде.Т1Ь СТ,анка;
:! сферическая часть патрона; 3 часть патрона, coe ..
диняема.я с переходником; 4 пружина; 5 --:--- перех.од-
ник; 6 оправа ЛИНЗЫ
ных систем, результативная обработка оправы ведется по конкрет-
ным, измеренным размерам линзы.
Результативная обработка оправ линз позволяет обес'печит-ь
требуемое качество некоторых оптических систем.. Однако из,.tза
наличия остаточных эксцентриситетов, обусловленных неточным
совмещение.ц оптической оси линзы с О,сью ,шпинделя станка, бие-,
нием ШlIинделя станка, а также из за за оров в посадках оправ линз
в корпус и поrрешностей caMoro корпуса качество мноrих систем
. (например, микрообъективов, работающих с большим увеличением
и апертурой, кино и фотообъек ивов) обеспечить, применяя только
.этот метод, не удается. В этом случае применяют КQнструктивные .
методы, компенсации лецеНТРИРОВОКf ·
Кьмпенсация сдвиrом линз. Для выполнения этorо метода КОМ-
пенсации необходимо предусмотреть возможность перемещения од-
ной из линз перпе}lДИКУЛЯрНО к опт'ической оси с одновременным'
контролем качества изображения оптической системы. Перемещение
линзы обеспечивается созданием зазора между ее оправой и КОРПУ"
сом, установкой прокладок между 'линзой и оправой, либо специаль...
ной консtрукцией оправы ли зы (см. ,рис. '1.21). Контроль качества
и'зображения прои водится, KqK пра.вило, по дифракционному. изобра:
104
жению точки или изображению миры, создаваемому корректируемой .
системой.
.Б том случае, коrда оптическая система Иl\1.,еет БОЛQшое коли-
чество линз, перемещение' одно:й из них. создает аберраци'ю противо-
положн<;>rо знака по отношению к суммарной аберрации друrих
компонентов. При этом важное значение имеет праВИJIЬНЫЙ выбор
линзы, с помощью' которой будет производиться компенсаnия. Это
объясняется тем, что компоненты системы оказывают различное
влияи-не. на приращение а(}еррации пр.и их смещении. Одни линзы
практичеСК tнечув твит льны к смещени5!,М и поэтому не MorYT создать
'-."
if"" t l1
11 11
u... JJ
I 11
2
З.
5
6
7
Рис. 4.18. Конструкция микрооб'Qектива s разработанноrо rOH
. им. с. и. Вавилова
нужной' комuенсирующей аберрации, друrие, наоборот, слишко
чувствитеJIЬНЫ" и требуют сложной, тщательной реrулировки и
фиксации. Выбор коррекционноrо элемента целесообразно'" произ-
водит на основе анализа gлияния децентрировок линз системы. на
приращение аберрации'. Такой анализ позволяет конструкторам
не только выбрать коррекциоыную ЛИ,нзу разрабатываемой конструк-
ции объектива, но и сделать ero малорасстраивающимся при тряске
и вибрации. \
На рис. 4.18' изображена схема конструкции аналоrичноrр объ-
ектива. Ниже приведены данные о влиянии децентрировки ero эле-
;
MeHTO на кому. \ /' -
Номер элемента 1 . 2 3 4 5 6 7
Кома при fJ"C ==
== О,ОУ . . . . : 0,02 0,049 O, 105 0,086 0,074 o, 182 0,082 .
Из приведенцых данных видно, что аберрации 3- и 4-ro элемен-
тов, а также 5-, 6- и 7-ro компенсируют друr друrа, поэтом,у, связав
оправы 3 и 4 (а также 5, б и 7) элементов друr с друrом и зафцкси-
ровав их (например, с помощью rерметика или цемента), получ'ают .
конструкцию, устойчивую. к децентрировкам. В - качестве 'компенси.'
рующ rо 'ыбран лем нт 2, оправа KOToporo посажена в корпус
,;
lOQ,
/
снебольшим зазором и может смещаться с помощью четырех' шпи-;.
, I
лек, ввинчиваемых в корпус при юстировке. . .. .-
в некоторых объективах бывает иноrда трудно найти одиночную
u ....
линзу, позволяющую с нужно чувствительностью ПРО,извести кор-
рек ию.. В это случае подбирают !акие две линзы, как правило,
. с 'положительным и отрицательным влияниями,. которые конструк-
тивно объедиiiяют в один компонент, смещаемый перпен икулярно
к оптической оси системы.' Если оптическая. ИС1'е а содержит два...
"7рИ компонента, то смещением одноrо из них производится по сути
.
Рис. 4.19. Центрировка линз анаморфотной насадки:
1, .2 цилиндрические линзы; 3, 4 ....-компеНС lI ИОНIIые прокл дки
, .. .
. ее центрировка. Типичным прим ером этоrо является центрировка
линз анаморфотной насадки (рис. 4.19) к кинопроекционному объек-
тиву. Здесь БJ10КИ 1 и 2 цилиндрических JIИНЗ .вначале цент.рируются
относи:тельнС1 своих оправ. Центрировка осуществляется с по ощью
цзменениSl. размера hрокладок 3 'и 4. Нужный размер прокладок
получают подбором или обра(>откоц (шабрением). Вершина цилин-
дрической линзы ДОJlжна с.овладать с осью наружной оправы. Кон-
троль центрировки может осуществлят ся с помощью ,индикато"ра
по равенству ero минимальноrо показания при повороте на. 1800
- "," u
оправы с линзои, поджаТQИ к призматическому или ножевидному
упору (СМ. рис. 4.19, б). Контролируют качество изображения собран-
ной насадки при рассмотрении в микроскоп изображения мир кол.
, '
106
.1Iиматора через юстируемую насадку и объектив. Если при -ВЬ СтаJ ''
ленных параллельно образующих цилиндров блоков 1 и 2 качество
изображения миры будет ,неудовлеТВОРИТ ЛЬН1?IМ, 'то п оизвод т
'дополнительную центр-ировку одноrо из блоков. J.... . '
Еще одним примером может служить юстировка узл с тремя....-
nоследни и ли зами объек!,ива «AraT:'14» (рис. 4.20). Как ыло по-
казана выше (см.' табл. 1.1), именно децеНТрИрОБКИ 'этих линз (осо-
бенно последних двух) оказывают ..основное влияние на качество
Bcero объектива. На п"рактике" центрировку этоrо узла осуществляют
сдвиrом оправы линзы 3 в пределах зазора в ПQс;адке (постукиванием),
добиваясь к'ачественноrо изобра е'ния дифракционной точки, созда-
, .,
'. -
(;;,
t 2
4
/'
J
/
Рис. 4.20. Схема узла объек-
тива «AraT..l4)
v .
рис. 4.21. Схема 'центр ровки круп,,:
ноrабарит о:й линзы сдвиrом с по- .
следующей ,фиксацией rерметиком
BaeMoro этим узлом: Так как 'влияние децентрировки линзы 1 на
поперечные аберрации существен.но меныре, чем влияние линз' 3
и 2, то по сути здесь производится центрирование линзы 3 по лин-
зе 2.
...
Весьма часто применяют сдвиr ли"нз,'для центрировки крупно-
rабар'итных объективов. Обычно такие линзы центрируют OTHOCI:I-
тельно 'базовой-оси опр вы сдвиrом, за счет 'зазора в посадке с по-
следующей фиксацией rерметиком или норакрилом _ (рис. 4.21).
Линзу 1 смещают в зазоре винтами 4, добиваясь совмещения ее оси
с базовой осью оправы 2. ПОС,ле этоrо отверстия в оправе заполняют
rерметИJ{ОМ 3 и выдерживают некоторое, время, необ одимое для ero
-полимеризации. В. том случае, коrда значения коэффициентов Jlиней-
Horo расширения материалов оправы и fIИНЗЫ с'уществеННQ разли:,
чаютс , между оправой и линзой' помещают термокомпенсаторы
(см. рис. tl0). Тоrда центрировка линзы производится за счет за-
зор,а между термокомпенсатором и ли'нзdй. Для фиксации положения
ЛеИИЗЫ эффективным является применение норакрила 65 [14 J. Недо-
. , .
tтатком TaKoro. метода центрировки является деформация линзы
u
из за усадки клея ри поли ер",зации и сильнои ,адrезии к стеклу.
.Для устранения этоrо - недостатка на поверхи.ость ли зы помеЩ51ЮТ
107
\
фторопластовую пленку (толщиной около 50 мкм) или липкую ленту,
- KOTOpЫe. устраняют адrезию клея к стеклу. , I ..
Отметим, что чувствительность смещедия корректировочных линз
,определяется дцпустимым значением остаточньrх аберраций ( т),
Т. е. допус'!имой недокомпенсацией и коэффициентом влияния К:
11 ,
Cmin == m/K. . .
Поперечным сдвиrом лин оптических систем ПРОИЗВОАЯТ ч-акже
юстировку паRаллельности оптических осей бинокулярны прибо-
ров, осуществля т реrулировку направления ВИЗИРН IХ осей отно"
ительно баз. Типичными примерами такой коррекции являются
смещения в двойной эксцентриковой оправе объективов биноклей
f' ,
х
Рис.. 4.22. Сйещение объектива' зрительной трубки для установки визирной оси па-
· раллельно базе (основанию) с помощью экцентриков.ых оправ" 1 и 2 .
для 9беспечени параллельности оптических осей трубок, объект -
вов авто коллиматоров для обеспечения перпендикулярности визир-
ной оси к торцу трубы, объективов прицелов, :з.рительных труб,
коллиматоров для-- установки визирной ..оси параллельно базовой
поверхности.
'Чувствительность смещения объектива ОП,ределяют допустимым
ЗН,ачением непараллельности (неперпендикулярности) (рис. 4.22).
Cmln f' '\':
. .
Эксцентриситеты оправ 1 и 2 обычно равны друr друrу, а их значе-
ние должно б:ыIьь достаточным для компенсации максимал ьно воз-
можной поrрешности. Перемещение узловой точки объектива воз-
можно в любое положение относительно осей х и у в пределах ДВОЙ-
Horo эксцентриситета оправ.
На -рис. 4.23 из'ображена схема установки для выставления. па-
раллельности оптических осей системы CMeHbi увеличения etepeocko-'
пическоrо микроскопа мссо. Система смены у ели чения 1, состоя-
щая из двух пар rалилеевских трубок с увеличением 1,6 X и ах,
смонтированных в 'цилиндрическом барабане, устанавливается на
контрольно юстировочное приспособление 2, сод ржащее _коллима-
тор 4. и, зрительную трубу 3. Вначале юстируют теле копичность
108
" .. ..С
трубок подвижкой вдоль оси отрицателыIlхx компонентов, доби-
ваясь pe3KO O изображения марки КОЛЛJ{матора. Затем .подвижк й
их перцендикулярно к оптичес.ко'й 'оси (в пределах зазора посадки)
устанавливают ОП1'ичес,кие оси трубы параллельно друr друrу и
перпеНДИКУ!lЯРНО к оси вращения, контр<? ируя отсутствие двоения
зображения мар и коллиматора и. ее сме ение с марки (пер кре.
, ,
2
/
Рис. 4.23. CxeM установки для юстировки системы
смены увеличения
. .
стия) сетки трубы. TaK как допуск на параллельность осей пучков
лучей, .исходящих из одной точки, для бинокулярной насадки ра-
вен 15' (в вертикальной плоскостJf), то чувствительность подвижки
" f .
. dC m1n .== daf'/r,
rде {' фокусное расстояние смеЩаемоrо компонента системы смены
увеличения; r увеличение последующей системы бинокулярной
насадки. При r /8 Х , ".== 20 мм dC 0;012 ММ.
Компенсация поrрешностей посредством разворота линз . В связI1'
с тем, что децентриров ки ' линз предсtа13ЛЯЮТ со б о й векторные вели-
чины, то, разворачивая линзу или несколько линз оптич ской'си-
l .
'"
етемь! BOKpyr базовой оси, МОЖlIО k()Мn lI.сйроватЬ вJtиЯНйе иХ дeЦ M;;'
трировок. TOT прием используетСя при сборке объективов теодоли-
тов [11 ], фотоrрамметрических [27] и крупноrабар тных ,объективов. '
Компенсация происходит также бл"аrодаря улучш нию взаимноrо
. центрирования компонентов, либо изменением .знака а(5еррац й
отдельНЫХ составляющих. Эффективность компенсации в су ществен:'
МUЙ мере 'зависит от ero конструкторской и техн6лотической под-.,
rотовки.. _
. в качестве примера обос'нованной, подrотовки. этоrо метода рас-
,смотрим компенсацию танrенциаЛ:6НОЙ дисторсии фотоrрамметриче-
CKoro 0бъектива. [27]. Танrенциалрная, дисторсия отдельцоrо ЭJI8-
мента 'объектива "зависит от BeK;ropa ero децентрировки и является
y
123
.L1C J
х
ДC
- .
Рис. 4.24. tЮстировка фотоrрамметрическоrо объеК'f:ива для устранения
танrенциальной дисторсии: а.......; схема конструкции объектива;; б ..........
BeKTOpы' децентрировок компонентов /"(L1C 2 ---- OCHOBHoro; L1C 1 , L1С З ",:;",
юсrировочных;. АС'Е"....... суммарный вектор)
векторной. величиной, ПОЭТ МУlсу арный вектор танrенциальной'
дисторсии_всеrо 09ъектива'буде определяться' направлением векто-
ров децентрировки ero компонентов. .
Следовательно, разворачивая линзы объектива, можltо найти
такие на!1равления их децентрировок, что сум арный вектор TaHreH"
циальной дисторсии буд т равен нулю. Задача ПQиска тих направ:ле-
ний может быть упрощенcr при конструктивном rруппировании КОМ-
понентрв объектива в rри элемента (рис. 4.24, а): основной (2)' и два
юсiирово ныIx '(1 И 3). Такое решение обуслов.лено извест ным свой-
., u
ством трех векторов: ,если модуль одноrо вектора эквивалентном
децентрировки OJ!Horo из них не-больше YMMЫ модуле'й Д8ух друrих,
- u u
то всеrда можнr> '[аити такие их_ направления, что суммарныи BeI\T'Op
будет равен нулю (рис 4.24; б). Для обеспечt!ния .возможности
контроля положения этих элементов наносят риски на их оправах
и метку на корпусе 9бъектива. Юстиро ка 'производится на ортиче-
екой скамье,. либо. на специальной yc aHOBKe путем измерения век."
тора.макси альной танrенциальной дистор ии объектива при раз-
воротах юстировочных элементов. Y TaHOBKa содержит измерител ..
ную сетку (с-рядом радиусов векторов), установленную в фокальной
плоскости объектива, и -зрительную трубу с -.окулярным микроме-
тром. Окончательное положение элемен ов - объектива, позволя-
ющее компенсировать танrенциальнущ дисторсию, определяют непо-
средетвенным измерением на веКТQРНОЙ схеме, которую строят ПО
.
-110
результатам :измерения, либо' Бычис.tIением по коорди атам векто-"
РОВ. - · -- ; ,
Друrим примером TaKoro метода центрировки служит .-юстировка
объектива «Мезон 2А» 1. На рис. 4.25 изображен узел крепл.ения
первых двух лин / ЭТОFО объектива,- спрое.ктиров.анный _ с возмож-
IJОСТЬЮ компенсации поперечны;к аберра,ЦИЙ Ьт децентрировки П0-
верхностей JI H3 путем ..их.,&разворрта. Компенс.ация OCHOBa a на том,
АА .
j/ jI jI
,
I "1. tI
;1
'" , ;/ f/
.,
JI /1'
" '."
r
,.
.
, . ;1
1 , /1
'" 'f/ .,
" lf
,
"' # '/1'
,
J . 4-
Рис. . 4. 5. Схема центрирования линз объектива
'ЧТО значения КQэффцциентов вл яния. децентрировок оптичееких
поверхностей на аберрации пр мерно ,равны, но противqпрложны
по знаку. В связи с этим если центры кривиз ы таких поnерхностей
будут ПРИGлизительно, совпадать,.. то t СУМl\faрная аберрация Ji3-З'!
децентрировки. не.. превысит допуска. Для ЭТО,rо лиllзЫ устанавливают
в оправах так, чтобы ,цецентрировка по ерхностей 1 и 4 OTHocl1TeпbHo
сборочных ,баз А, Б, В, r не цревышала допуска, . а децеНТРИQовка
поверхностей 2 и 3 (размеры Ь 2 и ь з ) отлйчалась друr от друrа не
более, чем на величину АЬ, paBHY сумме расчетных ДQПУСКОВ на
децентриров у этих поверхностей. После этоrо, соединяя оправы;'
развЬра и ают их так,> чтобы направления децентрировок совпадали..
Контрол осущеСТВЛЯI?Т с' помощью автоколлимаЦИОННQ1Й трубки
:1 А. t. 539285 (СССР).
111
3абелина, по сетке которой определяют расстояние между центрами
v . '
кривизны поверхностен. .
Компенсаuия наклоном JJИНЭ. ЭтОТ метод компенсаuии применяю
на практи е реже, тзк как для своей реализации o требует более
сложных конструкторских решений и устройств, а TaK e обеспече-
o v
ния высокои чувствительности наклона линз, вызывающеи смещ ние
центров кривизны поверхностей линзы с базовой.. оси jlа ве.т.rичину
IlCI yR. .
Наще Bcero наклоны элементов используют при центрировке
зеркальных и зеркаль.но-линзовых объективов. На рис. 4.26 пред-
"
т 2 '<, ' I
..
11 10 9 8 7 6 5 4-
Рис. 4.26. Схема центр:dровки зеркально линзовоrо объектцва по..
средством наклона линз '
ставлена констру ция зеркально-линзовоrо объектива, центрировка
KOToporo осуществляется наклонами мениска 1 и компенсатора
аберр ций 2/ сферическоrо зеркала 3 [4). Сначала центрирутт
компенсатор абер'раций относительно базо ых поверхностей а, R
и BHYTpeHHero ди метра ФИ корпуса 4. Совмещение вершины' В
v
коническои поверхности компенсатора "с осью BHYTpeHHero цилиндра
корпуса осущеотвляется разворотом эксцентриковых втулок 8 и 9"
а установка параллельности поверхностей D и G наклон'ом ком:,
пенсатора с помощь\<> про кладок 7 (rрубо) и 10, 11. (точно), Центри-
. ровка зеркала 3 обеспечивается технолоrическими допусками на
перпендикулярность торца Е -к ero оси перпеч икулярностью трех.
опорных выступов р кольца б и при необходимо ти про кладками 5.
Мениск центрируют наклонами ero оправы с помощью винтов 12
и перемещением в оправе прокладками 13. Чувствительность накл,О-
нов (например, для мениска) 'определяют исходя из допустимоrо
значения несовпадения центра ero кривизны. (L\C d ) 9 r9 К9Й l3 ком-
пенсатора
"mln == Cd/(R l f
t '
u
, .
rде .R. расстояние от поверхности MeH CKa до цёнтра ero кривизны;
1 расстояние от точки поворота оправы' мениска до ero поверх
ности. '
На }уис. 4.5 представлен прймер крепления сферическоrо зеркала
телескопа в оправе с'о?еспечением центрировки ,путем ero сдвиrов
оправы винтами 1 и наклонов винтами 5. .
Накло ами относительно оправы центрируют плоско-выпуклые
крупноrабаритные линзы (рис. 4.27). Цен.трировка заключается в том,
. . ..1
что п-лоскую поверхность линзы устанавливают юстировочными
винтами 3 пар лле ьно 4 " 5 6 с
.базовой поверхности опра-
вы (либо перпендикуляР'НО
к оси наружноrо цилинд-
ра), наклоняя ее BOKpyr
центра сферической' по-
верхности. Отцентрирован-
ную таким образом линзу
фиксируют rерметиком.
'Для повышения надеж- J
,ности крепле:мия смещение
линзы вдоль оси оrра и-
чивают резьбовым кqль-
дом. Резьбовое. кольцо в
случае опоры на поверх-
ность линзы может нару..
шить ее центрировку, поэтому ero затяrивают на буртик оправы.
Прокладка 6 обеспечивает минимальный осевой зазор' (или Н 3f1ачи-
тельный, натяr) соединения.
6
Рис. 4:27. Схема центрировки плоско--выIуклойй
крупноrабаритной линзы посредством наклонов
относительно оправы:
\ .
I линза; 2 оправа; 3 ЮСТИРОВО\IНЫ" винт;
..J резьбовое кольцо; J'ерметик; (j прокладка
....
4.3. КОМПЕНСАЦИЯ · поrРЕШНОСТЕЙ
ФОКУСНЫХ РАССТОЯНИЙ ОБЪЕКТИВОВ,
ФОКУСИРОВКА И30Б АЖЕНИЯ
Поrрешность фокусных расстояний объективов, окуляров и дру-
rих силовых элементов оптических . систем, а также поrрешности их
расположения' вдоль оптической оси приводят К появлению расфо-
кусировки; параллаксу, непараллельности визирных осей биноку-
лярных приборов, поrрешности, масштаба изображения.
На.этапе проектирования прибора в зависимост'и от предъявляе-
мых требований к. точности ero функционирования и качеству изобра-
жения, создаваемоrо оптической системой, рассчит вают опуски
на поrрешность фокусных расстояний силовых элементов. и прrреш-
ность их расположения. Этот ра чет выполняют для определения
возможности обеспеченця указанных дрпусков технолоrическим пу-
тем или необходимости применения компенсаторов и .требований
к ним. .
Поrрешность фокусноrо расстояния силовоrо эл,емента оптиче-
U u
скоп системы зависит от ОТКJIонения ПQказателеи преломления сте-
кол, поrрешностей изrотовления И сборки. Влияние каждой первич-
JI9» поrреШJi9 СТ fI !Ia фокусное раССТ9ЯНJlе л»нзыI uзходят дифферен-
1 JЭ
...
I
,,
цированием выражения для силы одиночной линзы, ,rраничащей
, .. t
, С 03ДYXOM: "..
ф == 1//' ==.(n 1) ( ...!... ..... ...!... ) + d (n...... 1)2 ;
. r 1. '2. п, 1'2
A f ' ... { ,2 А ф ........... / ,2 [ _1 1 d (f}2:':'" f) ] 'А J' , А .
Ll А n .......... Ll А n .......... ........ ....... ........... ..... Llп . Ll п,
'1 ,'2 п 2 'l'2 1 .
'Li f ' == f '2 L\ф == { '2 [ (п...... 1) + d (п 1)2 ] А'
f1 Af 1 r 2 п, 2 , url
,. '1.12
, ,2 · .-
. f (n::i 1) М 1 /,2 ('! ....:.. 1) 4лN 1 /D2; >
f ' == f '2 L\ф == 1 ,2 [ (п':'" 1) + d (п....... j)2 ] А,
A :2, Ar 2 . 'i пr1ri 2
""":f/2 (п 1) A 2 / 2 (п 1) 4лN 2 /f)2;
'2 .
fAd == f'2 ФАd == f'2 (п....... 1)2 Ad!(пrl'2),
. .
rде Ф :-:---- оптическая сила линзы; п, '1' '2, d, Дп, A'l, '2' - Ad 'кон.
структивные параметры линзы; покаэатель преломления материала,
... .
радиусы кривизны, толщина по оси и их поrрецщости СQответ,СТВЕЩНО;
N отступлеIЦiе радиусов кривизны поверхностей от номинала
в числе колеЦ (ПОJlОС) Ньютона; А ....... длина волны света при контроле"
по пробном"у стеклу (поrрещность пробноrо стекл.а не учтена); D ........
световой диаметр линзы.' , . ',' ,
.. "\
На этапе проектирован"ИЯ 13се'''пер.вичиые поrрешности должны
быть отнесены к случайным (за исключением Ап, если заранее из-
вестно, из стекля какой плавки будут изrотовлены детали),' поэтому
суммарное отклонение фокусноrо расстояния тонкой .линзы опреде-
лим из ВЫ.ражения
/
f ' .. / ,/2 б п! + [ 1,2 (п...... 1) ] 2 бr2 + . [ 1'2 (п....... 1) ] 2 бr 2 . . .
:Е V. (п....... 1)2 . ri 1 . ri 2
&rде бпl, б'l, 8'2 половltна поля расс яния соответствующей пер-
u '
вичнои поrрешности. -- r
ля одиночноrо сферическоrо зеркала c н-аружным отражением
фокусное j>йсс:rояние равно riол вине.. радиуса ,кр визны, ,поэтому
L\fAr '/2 === " Ar/r 4f' rлN/D 2 8f 2лN /Д2.
, \
Для склейки из дву){ тонких линз, учитывая условие ахромати-
зации \11fl ==/ V2{2 и слабое' влияние поrрешностей раДИУСQВ кр.И-
. I U
ВИЗНЫ склеИ,ваемых поверХНОС'I.'еи, ПОJIУЧИМ
. Ф Э === l/f === <151 + Ф2 - Фl (1 'V2!'V2);
j .
м; 1 / ( 1 2Фl ) 2 бnr + [ f;2Ф(V2 ] 2. бn +
JI пl ....... 1" . (п2....... 1) v 1
.,;
-
.. .
+ [ ' : (nl 1) ] 2 бr2 + [ , 2,(п 1) ] 2 бr2
, 2 1 ,2 4
J.. ,,' ...
\4. )
114 '
rде Фl' 'Ф2' Фд ОnТИ$t ские СhЛЫ l-й и 2:.й линз и склейки соотйе1'.
· с!вен:но; "1, "2, пl, n2 коэффициенты средней дисперсии и 'показа-
..тели преломления <:текол соответственно; rl, r4 радиусы кри нзны
u ' -
поверхностен', rраничащих с ВОЗДУХОМ. ,-
Оптическая сила ,системы, состоящей из n тонких линз, нахо-
ДЯЩJiХCil в воздухе, p Ha
..
n.
ф == ..!.... . hi ф:
. ' " h Р
.
'- 1==1
..
..
, rде h 1 , hi ВЫСО,та. точки 'падения луча на пеJJВУЮ и i-ю линзы
Поrрешность .фокусноrо' расстоя ия такой системы .имеет вид
. .
, , A f :2./ n т
!1f:t== h; JI [ n i \ У'бnl'+. k [ hi(n:j 1) ]2бr'.
..... Оптическая си а двух линз или системы ЛИНЗ, состоящей из двух
компонентов, расположенных на расстоянии d ДР'уr от друrа, .равна
.
· " 'Ф ' , Фl + Ф2- ФI Ф 2 d .
. В связи с этим norpemHOCTb d ипи ero из енение
приводит к поrрешности или .измен нию фокусноrо
стемы на величину
M I:.d == -----:-f 2 Il Ф з I:.d == f 2ФIФ2 fld: . . '" (4.7)
Приведенные формулы ИСПОlIЬЗУЮТ для определения возможной
поrрешности фокусноrо раССТОЯНИll системы\ и для решения вопроса
- о необходимости и диапазоне работы компенсаторов поrрешности
фокусноrо рас'стояния и расфокус ровки (с уч том возможной по.
rрешности расположения с'амой системы вдоль оптической оси)..
КомпенсаЦlJЮ поrрешности фокусноrо расетояния системы обычно
\ \ . ,. "
. пр изводят измен нием' воздушноrо промежутка Me дy ero компо-
нентами или с помощью селекции элементов (см. п. '1.4). ·
Точность компенсации при изменении воздушноrо промежутка
определяют ЧУВ ТВI-.Iтельностью изменения воздушноrо. промежутка
[формула (4.7)] и поrI1ешностью измерения Фокусноrо расстояния
систе ы (поrреШНОС1:ЬЮ контроля результатов, коррект!'fРОВКИ).
При компенсации с помощью селекции элементов недокомпен-
сацию поrреШН9стей комплектуемых .систем определяют эна-
. чением _ рассеяния их фокусньtх расстояний в. соответствующих
rруппах (СМ. рис. 1.-1 ). .
Фокусировка 1 изображения производится продольными смеще-
н»ями фокусных или друrих элементо оптической системы. Макси-
мальное ...;'nеремещение определяют с. помощью вышеприведенных
формул, а ч вствительнос:ть .:...... чувствит ьностью. rл за к-.рродоль-
1 Эдесь мм. р8.ссматрива расфокусировку t возн кающую только из..эа поrреш
ностей изrотовления и сборки элемеНТ9В прибора, а также эксплуатационных по
rрешностей. .
(4.6)
на величину d
расстояния си.
. .
115
. HbiM наВОДkам, допустимым значением парал акса или tлубиноh
резкости. ,
, Чjвствиiельност rлаза к продольным наводкам, мкм, равна [32]
!1T OJ2/a'1., (4.8)
rде аА задний апертурный уrол фоку-сируемой системы. 'Допусти-
мый' продольный параллакс !1'р (расстояние между' изображением
и маркой сетки) мож Ь определить для телескопической системы и
отсчетноrо МИКРОСК9па по следующим зависимостям: ,
p == "2 O Y p/(tr он); (4.9) .
p == 250 Yb.p/(tr он), (4.10)
rде р линейное увели ение микрообъектива; r u}( увеличение
окуляра; . t с иr rлаза. в поперечlЮМ наI1равлении; YAP до-
пустимая поrреш ость измерений из-за параллакеа.
Различают дифракционную, rеометрическую и акко одационную
rлубины резкости, одна из . которых в зависимости от l:Jазначения
фо.КУСНОЙ системы и определяет искомую чувствитеЛЬНОСТБ наводки.
Дифракци;онную rл'убину резкости "изображаеМQrо пространства.
опрер.еляют для объективов, работающих на' конечном расстоянии,
. из выражения
Т д л/(2а ), (4.11)
rде ')." длина волны света; ал передний апертурный уrол.
В пространстве изображений T ')...J(2a ). rеометрическую rлу-
б ну резкости изобр жения.и изобраJКаемоrо про транства опреде-'
ляют из' условия,. чтобы кружок рассеяния казался наблюдателю \
под уrлом., не большим разрешающей, способности rлаза:
.. Tr + L'i'/(aA ); т; === + L'i'/ал, (4.12)
rде L- расстояние от наблюдат ля до. изображения (экрана,
пленки); '1' разрешающая способность rлаза (колеблется в зави-
с мости от условий наблюдения от 1 до 10').
Для лупы и окуляра rеоме.трическая rлубина резк:о ти будет
равна [37 ] .
Tr. л == 2ф2502/(dr к) 12,5/r K'
rде d диаметр. зрачка rл(!за. ..'
Для проекционноrо объектива rеометрическая
проецируеМЬr,О к'адра имеет вид [19]:
Tr. n == + f,2 Lmin/[(p' 2f'} BX].
(4.13)
rлубина р зкости
(4.14)
,
rде L min минимальное расстояние от наблюдател/я до изображе-
ния; р' расс ояние от выходноrо зрачка до экрана D Bx диа- -
метр входноrо зрачка .объектива. .--
Аккомодационную rлубину резкости для лупы и окуляра опре-
делим по формуле [37], .!.. .
Так 250rr K.
( 4.1-5)
116
I
в литературе tЗ7.j встречаются рекомендации суммир6ваtЪ зна-
чения Т-д, Tr, Т аН при нахождении rлубины резкости изображения
(или изображаемоrо пространства). На наш взrляд, этоrо делать 'не
следует, так как эти rлубины резкости имеют различную физическую
природу, перекрывают друr друrа и не MorYT суммироваться. Таким
обр аЗ0М, чувствительность компенсатора расфокусировки должна
обеспечивать измен ние продольных, расстояний между ИЗОQраже-
пиями 'и сеткой (экраном, фокальной плоск<?стью, последующей.
системы) в пределах от T (нижняя rраница),' до rеометрическо
или волновой rлубины ,резкости '(верхняя rран ица)./ Для ,лупы верх-
пей....rраНltц й является аккомодапионная rлvбина' резкости.
"
1
.1 - -... - .... ...... ...... - --- -- .... ..... ..... ...... ...... - - ..... - - --- - ,
I
I
1
1
I
r
I '"
I
I
I
I
3'
' "
ti
",.
I
I
I I
I I Т
I Z I
1................ ...,....+ .......................
10 ' 9 8 7
Рис. 4.28. Схема проекционноrо автоколлиматора
. .
в том случае, коrда фокусировк.у осуществляют продольным пе-
ремещением обlъектива, для определения чувствительности ero пере-
мещения пользуются приближенными формула и, связывающими
ero перемещение L1x с перемещением "зображения dl [32]....... для
систем с «' 1, » 111 и == 11. I соответственно:
l x; j
l 2 I1x.
Ы д.х 2 /!':
(4.16)
, Раuссмотри примеры 'компенсации вышеперечисленных- norp .
ностеи. "
. ..
Пример. На рис. 4.28 изображена схема проекционноrо а втоколл иматор а ,
разработанноrо в ЛИТМО, в. котором требуется- ПРО!lзвесtи фокусировку и реrули-
РОВКУ фокусноrо расстояния объектива Для обеспечения расчетной цены дел!ния.
Автоколлим;атор содержит телеобъектив 10, зеркало с от ерстием (либо призму-
куб) 99 матовый (восковой) экран 4 с биштрихом, конденсар--сетку 8,. маJIоrаба..
ритный индикатор 2, защитную лупу 3, источник света 7, винто--рычажный при..
БОД 5, 6. При повороте отражающеrо зеркала 1 на некоторый. yroJI tX автоколли"
мационное изображение штриха, HaHeceHHoro на плоскую поверхность пинэы",кон-
денсора, проектируемоrо телеобъективом на матовый экран, смест тся на рас..
1,17
- стояние 1 == l' tg 2а 21'а, . rде l' == 515,46 мМ. . Измерив 9ТО перемещени
с помощы6- индикатора (при совмещении винто"рычажным приводом QИШТРИХ эк"
'р' ана с автоколлимационным штрихом), пределяем искомое з ачение а:. а ==
== /1 (2() == nAIJ2/').== пА ", rде п числО" отсчитанных делений индикатора; А ==
== 1 О МIfМ .......; цена деления индикатора в линейной мере'; А п == 2" цена деле"
нил шкалы индикатора в уrловой мере. .' .
Поrрешность измерения . а из':за поrрешности фокусноrо расстояния равна
''; l1a 'f' == / 8.//(2/,2) == ------;-а 111' ;f'. ,
, Если допустить, что... величина aAf' не более одноrо деления На всем диапазоне
измерен!'fЙ ( тax == 30'), по.цучим f' == l1a A f,l' /ашах == 2" -515,46130' == 0,57 ММ.
РеrУЛИРОВkУ Фокусноrо расстояния телеОбъектива производим перемеще-
нием вдоль оси ro отрицателЬНОI:О КQмпонента. Используя формулу (4.7), находим
чувствительность перемещения этоrо компонента. ..
6.d == if'/(f,2Фj, Ф 2) 2,2 мкм.
,. .
Здесь Фl == 1/86,13; Ф2 == 1-/11,37...... оптические силы положительноrо и отрица-
тельноrо компонентов COOTBeTCT eHHO. Чувствительн ть перемещения ко.мпонента,
8'
10
.
"
5
L.J'
м
u
.......
"
. ,
. {
Рис. 4.29. Схема уrлоизмерительной ПРQекционной' rоловки '
\
равную ,2,2 мкм, обеспечи',l'Ь смещением ero qправы ОТ руки (что было заложено
в коцструкции первой партии автоколлиматоров) весьма трудно, .по тому оно
должнg осуществляться специальным реrулировочным устройством, например,
с помощью резьбовоrо (с мелким шаrом) соединения оправы с корпусом.fДля. умень-
шения децентрировки .оправа имеет центрирующую цилиндрическую поверхность.
Диапазон перемещения определяется дифференцированием' выражения (4.6)
с учетом (4.5) и составляет пр мерно 1 мм. Чувствительность фокусировки этоrо
объектива определяется как .6.Т == O, /Й A. == 0,2/0,0262 ==. 0,28 мм. Такое переме..
щение можно осуществить подвижкой Bcero объектива от..,. руки без применения
специальных фокусирующих устройств. , .
Пример. На рис.' 4.29 изображена схема уrлоизмерительной проекционной
rоловки прибора' для измерения MepTBoro хода редукторов. Здесь требуется произ..
BecTU. фокусировку проекционноrо микрообъектива 1 (МЩ 40Х 0,65; f' == 4,35),
.работающеrо с апертурой а А == 0,4 и увеличением 71, 1 на лимб 2 и устранить
разномасштабность изображения интервала (у == 0-,7 мм), ero шкалы с нониусной
шкалой, нанесенной на матовом экране 8 (у' == 54 мм), '
1 t Определим, с какой чувствительностью нужно пер.емещать МИКРООf''J..рктив при
еrо:<рокусировке. Эту, величину можно найти, связав. rеометрическую rлубlJНУ ез
ости изображения штрихов лимба на экране с перемещением микрообъектива.
,
118
\
. tеометрическую rлубину резкости и орражения Ha дeM из условия, что KPY
жок рассеяния наблюдатель видит .под у лом. "1'.== 1 :
Tr == 250'Ф/о:д. == 250.0,0003/0,0051 15 ММ.
Тоrда, соrласно формуле (4.16) чувствительность перемещения объектива !1х ==
== Al/ 2 == Tr/ 2 == 2 J 5 мкм. Полученное значение является верхней rраницей
чу-вствительности фокусировки. Нижнюю rраницу наЙДем по формуле (4.8): А-Т ==
== 0,2/0,42 == 1,25 мкм. Ч вствительность ФОКУСИР9ВКИ ,микрообъект.ива в указан"
ных пределах в отличие от предыдущеrо примера MO H.O обеспечить только с помо"
щью специальных устройств. Так как система подсветки 3 5, построенная до Кел..
леру, обеспечивает в прост ра нстве предметов телецентрический ход лучей, то рен
можно устранить только реrулировкой Фокусноrо'расстояния проекционноrо объ
ектива .либо смещением экрана вдоль оси [32]. в связи с ,тем, что в качестве проек'"
ционноrо объектива выбран стандартный микрооб ектив,. устранить рен можно
.только смещением экрана' вдоль оси. ..
2> LPпределим, с какой чувствительностью нужно перемещать экрац, если допусти"
мая разномасштабность составляет 0,1 мм. При т еценrрическом . ходе лучей
масштаб изображения равен [321 у'/у,== 1.'//', rде z расстояние от фокальной
плоскости проекционноrо объектива до экрана. Продифференцировав по у', по..
пучим искомую чувствительность подвижки: ш' == f'dy'/y == 4,35.0,1/0,7 == 0,6 мм.
Это смещение достиrается' подвижной от руки оправы экрана вдоль (joбовидны
пазов. Рассчитаем максимальное значение подвижки. Причинами разномасштаб"
ности являются поrрешности расположения оптических элеме1;lТОВ и поrрешность
фОКУGноrо расстояния оБЪектива. Поrрешность расположения не пре!30СХОДИТ
долей, мил.лиметра. Поrрешность же фокусноrо. расстояния достиrает 2 3 % ero
значения и приводит к ущ в нному изменению масштаба и, след ват л но, к зна..
чительньuи rtеремещениям экрана:
AZAf == :f:;y' А/' /у == :l::Р А/' == =,::77,1.0,12 == =,::9. мм. .
Пример. В виНтовом оку ярном микрометре (см. рис. 1.9, ) требуется одно"
временно резко' B дeTЬ марку, нанесенную на подвижной сеТ1.<е, шItалу rрубоrо
отсчета (либо ,индекса) и изоб.ражение....объекта наблюдения, создаваемоrо объекти"
БОМ. ' Так как, rлаз аккомодируется ,на' сетку, то r уtSина резкости определяется
выражением .(4.13) и составляет, наПР'klмер, для окуляра с r == lSX 0,05 мМ.
В предеЛах этой rлубины резкости может возникнуть ПРОДОЛЬНЫЙ параллакс ме..
жду маркой по вижной сетки и изображением об,!>-е та, с которым она совмещается.
Таким образом, при сборкё нужно обеспечить р rулировку расстояния между
подвижной и непоДВИЖНОЙ сетками с чувствительностью не менее 0,05 мм и фоку..
сировку изображения на подвижную сетку с УВСТВИТeJIьiостью, опр-еделяемой допу"
стимым. значением продольноrо параллакса (если допуск на Hero не меньше
0,05 мм). Напр.имер, для автоколлиматора с ОКУЛЯрJ;JЫМ микрометром (см. "рис. 2.1)
Б случае, есЛи допу тимое значение поrрешности измерения из"за параллакса равно
АуА.Р == 0,2", '! == 343,6 мм, t == 0,5 мм, r == lБ Х , ТО -ПО' формуле (4.9) с учетом
автоколлимации получим !1р == 0,023 мм. '
П имер. в некоторых оптических приборах для компенсации расфокусировки,
возникающей в процессе эксплуатации, п меняют системы автофокусировки.
Отдельные схемы таких' устройств были рассмотрены в пп. 1.4 и 4.1..
Рассмотрим устройство коррекции расфокусироВ'ки кадра. совремеиноrо диа"
проектора. На рис. 4.30 изображена схема устройства подфокусировки изобра..
_ жения диапроектора, комленсирующеrо разли ие толщины диапозитивных ра..
мок, проrиб пленки, температурные деформации корпуса прибора. Оно представляет
собой съемнЫй автономный узел, построенный по схеме ДВ9йноrо микроскопа Лин..
ник и содержит источник света' 1, линзу 2, строящую изображение нити лампы
на поверхности пленки 3., линзу 7, переносящую иsображение НJR'и в плоскость
позиционно"чувствительноrо фотоприемника 9, теплофильтр 8. [Iри' смещении
плоскости пленки от номинальноrо положения на" величину Т изображение нити
лампы сместится o;rносителЬН0 равносиrн льн<?й зоны Аифференциальноrо фЬто"
диода ца еЛflЧИНУ у': . .
у' == ZT 2 S n «(1.,/2) ==.Т Y2 2.
".
( 4.17)
1-,19"
rде f}2 ........ увеличение линзы 7; а == 900 УТОЛ между осями двойноrо миgроскопа.
Обычно Y ax == Ь/2, rде Ь ........ размер фоточувствительной площ дки при.,емника.
В результате возникает сиrнал рассоrласования, КОТl>рый через усилитель 6 уп-
р ВJlЯет Двнrателем 5, ПрИВОДЯЩИМ диапозитив с помощью. зубчатоrо редуктора
и кулачка 4 в номинальное ПОJIожение. Задавая возможные смещения пленки
из номинальноrо полdжения Т max, - размеры чувствителЬНЫ,х площадок фотопри--
емника и размеры НИТИ лампы d, определяют по формуле (4.17) увеличение пинз
7 (Ра> и 2 (Рl): · .
Р2 == b/(2T max V2); I == b/(d 2)'
Характеристики OCHQBHoro проекционноrо объектива П9ЗВОЛЯЮТ определить требу..
емую ТОЧНОСТЬ коррекции исходя из rлубины ero резкости. Для проеКЦИОJlноrо
объектива rлубину резкости определяют по формуле (4.14), Приняв для дна-
I!роектора, что минимальное расстоя-
ние от наблюдателя до экрана при-
мерно равно расстоянию от диапроек-
тора до экрана, т. е.. L m1n (р' ........ 2f'),'
получим Tr. п ::::1 f''ФА, rде А ........ отно-
сительное отверстие объектива. Для
типовоrо проекционноrо объектива
. типа «Триплет» С l' ==.100 мм, А ==
== 1 : 2,8 получим (с учетом Toro, что
разрешаемая способность rлаза для
условий наблюдения диафильма 'Ф ==
== 5 6'): Tr. п == :1:: 100. 5' .3.10'" Х
Х 0,357 == :1::54 мкм. 'Это знамение в
'-..
свою очередь позволяет получить до-
пуски на чувствительность и точность
работы электронной части и привода.
Данная схема автофокусировки в
некоторой степени чувствительна к
наклону кадра BOKpyr' оси У, ftоэтому
при ero подвижках следует обеспечить
отсутствие наклонов как :pOKpyr ОСИ
У, так и BOKpyr оси Х (поворот кадра
BOKpyr оси Х не приводит к срабаты-
ванию слеДящей систеМqI, но может
вызвать раСфОКУСJlРОВКУ изображения
,. на краях). Допусти ое значение на-
Р . ис. 4.30. Схема У ст р ойства под ф ок у си р о- КЛОНОв dy BOKpyr произвольнрй оси
можно оценить соотношением Ау
вки кадра диапроектора 2Тр. п/ l , rде 1 размер кадра по
диаrонали. .
Юстировка узла подфокусировки производится в следующем, порядке. Вначале
настраивают на р'езкость проекционный объектив по эталонному кадру. Затем
осевым смещением узла с линзой 2 добиваются проекции нити лампы на пло
скость фотопленки. Перемещени м узла с линзой 7 осуществляют перенос изоб
ражения в плоскость чувствительных площадок ,фотоприемника. Подвижками и .
разворотом фотоприемника (при необходимости сдвиrами лампы) добиваются oт
сутствия сиrнала рассоrласования, что будет при параллельном и симметричном
расположении изображения нити лампы относительно fраницы между фоточув-
твительными площадками.
1
х
r
l'
/
4.4. ПЕРЕСЧЕТ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
нА ПЛАВКИ СТЕКОЛ И КОМПЛЕКТАЦИЯ ЛИНЗ
.
Пересчет оптических систем на плавки стекол и комплектацию
,линз по' толщинам широко применяют дл.я ПОВ Iшениц качества..
изображения,. создаваемоrо системой, и ра щирения ДQПУСКОВ нц
120
.оnтическиё константыI стекол, толЩину JIИН3 и J}оt'реШн6с'rИ радиус'ЬD
кривизны эталонных стекол, используемых для контроля.
Этот способ компенсации оснаван на том,. что упомянутые по-
U . U
rрешности являются случаиными только на этапе расчет оптическои
системы. Коrда же будет известно конкретное значение оптических
констант (п е , п-i" пс) .заrотЬвок ,стекол, будут изrотовлены линзы
и определен набор эталонных стекол, эти поrрешности перейдут
в разряд систематических. .
Влияние систематических пеrрешностей может быть' существенно
ослаблено следующим образом. Перед запуском оптических элемен-
тов в производство расчетчик на основании результатов обмера
радиусов эталонных стекол и данных о nе и п F nс паспоР'tа завода
- .
оптическоrо стекла на стекла конкретных плавок либо на основании
лабораторных измерений этих констант производит перерасчет
(коррекцию) оптической системы. Пересqет !!роиз одится на ЭВМ
или с помощью таблицы влияния указанных параметров на измене-
ния фокусноrо и веРШИН!Iоrо фокусноrо расстояний, хроматизма
положения и увеличения, сферической аберрации, астиrматизма,
дисторсии I и друrих аберраций. '
Результатом пересчета являются и.зменен'ия воздушных проме-
ЖУТКОВ" и толщин некоторых линз, обеспечивающие требуемое ка-
чество системы.. Б некоторых случаях изменяют радиусы кривизны
линз (для коррекции хроматических аберраций изменением радиусов
склейки), что является нежелательным, так как может повле ь
измен.ение радиусов 'iплифовальников и эталонных стекол. Указан-
U , U
ныи пересчет системы выполняют независимо от ее серииности.
В процессе изrотовления линз возникают поrрешности их тол-
щин, которые MorYT ухудшить качество системы. Для компенсации
их влияния линзы комплектуют по толщинам, так, чтобы отклоне-
ния толщин одних компенсировали отклонения друrих. .Этот метод
u
. применяют в основном в крупносериином и массовом цроизводстве,
[де можно подобрать комплект линз с нужной толщиной, так 'как'
, поrрешност.ь толщин отдельных линз распределяется по закону
Раусса с небольшим смещением центра rруппирования в плюс от
'номинала, из-за стремления оптика иметь исправимые возможные
.брак и дефекты (царапины, следы пузырей, отступление от прорноr9
стекла). Комплектация линз производится перед " склейкой КОМПО-
неНТ0В и сборкой 'системы. - . ·
Толщины .склеиваемых -линз hодбирают таким обра ом, чтобы
толщина склеиваемоrо блока была номинальной. Особенно тщательно,
с обязателъным учетом толщины слоя клея, следует комплектовать
системы, чувствительныIe к поrрешнос'fИ ТОЛЩин (напримеРt линзы
фотоrрамметрических объективов).
Перед сборкой системы линзы на основе таблиц влияния их топ-
щин на качество подбираются в комплект так, чтобы поrрешность
- u
изrотовления толщин одних компенсировала влияние поrрешностеи
друrих. Подобранный в оптическом цехе ,комплект линз маркируют
и отправляют в сборечный цех. В случае единичноrй- и мелКQсерий-
Horo производства комплектовать ли.изь! по толщинам перед склей...
· 121
.
koA и с ор*оЙ не tlре,цстаnляется возможным, поэтому КОМftенсзциЮ
влияния поrрешностей их толщин 'производят изменением воздуш-
ных промежуткав. Для этоrо измеряют поrрешности толщин ком..
плекта всех линз, входящих в 'систему, и по таблицам влияния
" (либо п ресчетом на ЭВМ) определяют. необходимое 'и:щененце не-
которых воздушных промежутков. Комплект оптики, для Ko'!:oporo
сделан пересчет воздушных . промежутков, маркируют,. снабжают
таблицей ТQЛЩИН и откорректированных, воздушных промежут-
'ков, которые выдеРЖJlваются при сборке. . 'Ц./ " /
, Так .как допуски на первичные поrрешности оптической.. систе ы
назначаются перераспределением суммаRноrО.допуска на -ее качество
м жду первичными поrрешностями, то применение метода пересчета
на, плавкu. стекол и комплектация линз 'по толщинам п зволяет,
расширить допуски не только Ha те' поrрешности, которые компен-
сируются при этом методе, но и на друrие (например, радиусов
- . u .
кривизны пов рхностеи линз, выд рживан я воздушных промежут.
ков, центрировки) Бо ее подробно метод пересчета на плавки из-
J;Iожен в работе [21]. . '. ' '. .'
.
,4.5. КОМПЕНСАЦИЯ поrРЕШНОСТЕЙ
РАСПОЛОЖЕНИЯ 3ЕРI(АJIЬНО-ПРИ3МЕННЫХ 'СИСТЕМ
. ,
qеркалы о-призменные . системы (з.пс) требуют: eCЬMa CTporo
u
ориентировки относительно друrих, элементов оптическом схемы.
Поrрешности расположения неподвижных. зрс в сходящемся, ходе
лучей при одят к децентрировкам, наклону и nepeKQCY изображения,
срезанию поля зрения и зрачков,. расфокус,ировке. Поrрешности
раСПОЛQжения неподвижных зпс в параллелъном ходе лучей ока--
зывают меньшее влияние на качество изображения, Qднако ,часто.
требуется их С'Fроrая уrловая установка относительно H'eKo:ropblX
баз прибора. .
Поrрешность расположения подвижных ЗПС приводит' К ПQrреш-
:ности функционировaIIия !Iрибор , ухудшени;l,g качеСТВа изображе-
ния и дру им 'дефектам. Рассмотр.им влияние поrрешностей располо.
жения простеipnих зпс, ЯВЛЯЮЩихся эквивалентами большоrо_
ряда более сложных ЗПС, на некоторые характеристики качества
ПРИ,бора. .....'
"зое в сходящемея ходе лучей.' Пусть зеркало. 1 установлено
в сходящемся ходе лучей Me y объективом 2 и--матовым экраном 3,
'на кото'ром строится изображение (рис. 4.31). Свяжем с номиналь-
ным положением зеркала неподвижную координатную систему. Х"
у, z, а с экраном Х э , YrH zэ.
При YCTal;loBKe зеркала вqзможны ero линеЙНЬ1е и уrловые сме-
щения (поrрешности) относиrельно номинальноrо положения Не-
большие смещения зеркала вдоль осей Х и у недейственныI (так как'
световой ДIJаметр зеркала обычно выполняется с запасом дJxя устра-
нения срезания cBeToBoro пучка). Смещение зеркала з.номинальноrо
положения вдоль оси z на величину Az выIыыаетT параллеЛqНЫЙ'
'сд иr qтраженноrG пучка лучей, т. е. сдвиr изображения на KpaHe
122
.
.
(l1уэ) , расфокусировку (L\zэ) ,
( б у' ) :
поrрешность .размера ,изобра ения
\
8 У == 2 siri 8 tJ.z. }
, э ,
'l1z э == 2 cos 8 L\z; ,
Ву" (4 cos y' / L) /j.z,'
, , .
,
,rде 8 уrол падения oceвor..{} луча.. на зеркало; у половина
размера изображения на экране; L' раССТQяние от плоскости
выходноrо зрачка объектива до э рана. '
Поворот зеркала' BOKpyr оси z неопасен. При nOBOpOT зер/кала
Bo.Kpyr, оси х на уrол" ДСРх происходят следующие явления [33 ]:.
. . ..
. . .
.
(4.18 )
УЭ-
бу'
/ Z
I I
. I I
"
I
..... ...... ..... 2у'
1
Рис. 4.31. Плоское зеркало в сходящемся пучке лучеji
, ,
1) - сдви'r ,изображения по вси Уз y == '2l L\cpx, rде 1 рас
стояние от точки п дения oceBoro луча на з ркало до экрана;
2) наклон плоскости изображения -'на величину L\срэ == '2L\cpx
(разворот относительно оси х э ); . . ' .
3) поrрешность размера (м сштаба). изображения по оси у за
'счет" наклона . лоскости изображения ---- бу' 2у,1 CPx/ L; ,
. 4) расфокусировка на оси (dZ a . о) и на краях ( 2з. н) иэобра-
жени ........ dz э . о 1 Llq>;; , Zэ. к 2у' Aq>x.::I: 1 dcp , Знак з висит
от направления OBOPOTa зеркала. _
При nOBopQ.Te зеркала BOKpyr оси у на уrол CPy происходят 'сле
дующие явлениЯ- [33]: .', .
," ,1) сдвиr изображения по оси Х Э ....... dх э ==' 2l cos 8 Aq>y;
2) разворот изображения oKpyr оси 2 э .........
"'" q>zэ == 2 sin 8 L\cpy; . (4: 19)
3) наклон изображения относительно оси Уз СРуз ::::::.
== 2 cos 8 cpy;
4) поrрешность масштаба изображения по оси Х э ' -'----- бу ==
== (2y 2 cos 8/ L) L\Cpyt rде y чоловина размера изображения :на
экране по оСИ X ; ,
5) расфокусировка на- оси (дz . о) и краях . . к .........
AZ 1 9 == l 9 8' CP ; dz;, == 2V bS;E CPv ::1:: CQS 8 A(P ' (4.20)
123
......... '
Если вместо зеркала перед экраном будет установледа призма
с одним отражением (эквивалентная "плоскому зеркалу и плоско-
паралле.ль'ной пластине), то' трrда ее поворот BOKpyr оси х при-
v ,
ведет к наклоннои развертке призмы в плоскопараллельную пре-
.ломляющую пластину, в осящую приращение хроматизма .(бqF С),
астиrматизма изображения (ба) и друrих аб рраций [37]:
бqF С (]/пс l/пF) d cpx; -ба [2 (п 2 1) dro/п 3 ] L\cpx,
rде n показатель предомления стекла дли линий е, Р, с; d тол-
( ,
щина развертки призмы; ro уrол наклона rлавноrо луча.
К изменению аберраций приводит поворот призмы также' BOKpyr
v
.осеи у и z.
Рассмотрим случай, коrда между объективом и экраном уста-
новлено уrловое зеркало (рис. 4.32). Известно, что для уrловоrо
I
ZЭ
'7 Н/ Щ ///
Х Э
99
.'"
/
\.
, >
<"
-
х
Рис. 4.32. "Уrловое зеркало в сходящемся пучке лучей
. "
зеркала .недей.ств нными являются' смещения вдоль ребра I(ВДОЛЬ
оси z) и ПОБОрОТ BOKpyr Hero (BoKpyr оси z). Смещение зеркала парал-
лельно оси х, направленной по биссектрисе уrла между зеркалами о,
приводит тодько К расфокусировке и поrреl!IНОСТИ размера изобра-
жения: \
dz э == 2 sin а, L\x; Ву'.== (4 sin ау' /L) x.
...
См iцение yr oBoro зеркала перпендикулярно к ero ребру по
осй у (параллельно биссектрисе yrJta между падающим и выходя-
щим луча1dИ) приводит только к сдвиrу изображения (децентрировка
BToporo рода) вдоль о и уэ
Уэ . == 2 sin (J y.
.
и свойства уrловоrо зеркала при ero смещении в,цоль указанных
направлений широко ИСПОЛЬ3УI,Oт при юстировке для сдвиrа и фоку-
сировки изображения, центрировки элементов системы. .
, Поворот зеркала BOKpyr оси х'приводит к развор'ОТУ изображ цпц
ВOKpyr оси Z{}:
,
Д<Рzа == 2 siq (j Acp ,
. 124
Наиболее 'опасным является поворот уrловоrо зеркала BOKpyr
оси у', вызыв"ающий сдвиr и наклон изображения, расфокус.ировку
на о си и краях, разномасштабность изображения [37]: ' '
& t э == 2l sin (j ч>у; <руэ == 2 s n а <py;
· &-'Zэ. о == sin а L\<p ; ,1Zэ. к == 2 si1) ay Py + 1 sin (J ,1<p ;
Ву; == '2y 2sin 0'/ L) L\<p ,
. rде 1 расстояние от ребра уrловоrо зеркала до ркрана; ,L рас-
стояние от выходноrо зрачка объектива до экрана; y половина
'изображения на экране по оси х. ..
При установке вместо уrловоrо зеркала призмы с двумя отраже-
ниями (например, БП-90 0 ) ее развороты BOKpyr' осей Х, у, а также
вызьцзают, кроме перечисленных дефектов, при . с
r' ращение аберраций, так как ее развертка в виде rf
толстой плоскопараллельно.й пластинки будет Ha
. u
клонена к оптич с ои оси.
Рассмотрим примеры расчета компенсаторов поrреш
ностей расположения зпс. В уrлоизмерительной rоловке
прибора ПМХ (СМ. рис. 4.29) из..за технолоrИ'Iеских поrреш..
.' ностей,, приводящих к наклонам зеркал, 6, 9, 10 и призмыI 7
BOKpyr оси у возникает разворот изображения штрихов лимба
относительно штрихов нониуса экрана. Этот разворот KOM
пенсируется поворотом зеркала 9 BOKpyr оси у. Рассчитаем
пороrовую чув твительность поворота зеркала исходя из усло-
вия, чтобы не было заметно на rлаз разворота изображения.
Определим, какой уrол разворота изображе'Ния штриха
относительно штриха нониуса e заметен на rлаз. i!ри(этом
будем исходить из Toro, что разворот (Ау) будет заметен
тоrда, коrда разность (d) между расстоянием по верхним (с)
и нижним (а) концам штрихов (рис. 4.33) будет равна в линейной мере разре-
шающей способности rлаза: d == 250. 'ф == 250.1' .0,0003 == 0,075 мм, следовательно,
Aq>z == Ау == d/ В == 0,075/5 :.... 50'. . .
По формуле (4.19} определим искомую t{УВСТВИТельность повррота зеркал!:
Aq>y == Aq>z/ (2 sin 8) == 50'/ (2 sin 500) 32' . Такая чувствительность может быть
достиrнута довольно леrко (например, с помощью прокладок, устанавливаемых
под оправу зеркала). Толщина прокладки будет определяться базой 1 оправы t ==
== 1 Aq>y == 0,2 мм.
EIЦe один пример связан с определением необходимости компенсации ВОЗМО1К--
у Horo ПОБорота свето,целительноrо зеркала 9 BOKpyr оси у а токоллиматора из"за
технолорических поl'ре ностей (см. рис. 4. 8). при таком повороте без учета
дефектов BToporo порядка малости опасными являются расфокусировка на краях,
, СДвиr и разворот изображения. Допуская расфокусировку на краях не более rлу"
бины резкости телеобъектива либо даже не более чувствительности продольных
наводок, равную 0,28 мм [см. формулу (4.8)], получаем из (4.20) Aq>y
Az /(2y' cos 8) == 0,28/ (2. 2, cos 450) == 4 5(). Такой допуск леrко выдержать
технолоrически. .
Допустимый едвиr изображения, определяемый rеометрическими размерами
автоколлимационной марки и биштриха экрана, равен :f: 1 мм. Отсюда Aq>y == ,
- == Ах э /(2l cos 8) == 1/(2.2,5 cos 450) == 1,60. Этот допуск также выдерживается
технолоrически. .
, Незаметный на rлаз разворот изображения автоколлимационноrо штриха othO-:
сителъно биштриха экрана составляет (при размере меНDшеrо из штрихов 5 мм)
50', следовател?но, допустимый. HaK OH еР,кал из выражения (4.19) будет равен
L\q>y:::;:: AfPz/ (2 Sln 8rпaх) == 50/(2 Sln 55,) == 30. Этот допуск наиболее жесткий из
paCCM..QTpeHHbIX . ПО.. и ОН может ,быт{) выдержан теХ QJIоrически без применения
в
Q
Рис. 4.33. Опреде..
ление заметноrо на
rлаз уrла разворо..
та изображения
штриха
. 1 5
компенсатора наклона. В том случае, -если !1роеiI.ируем я марка -. при юстировке
автоколлиматора может поворачиваться для устанqвки ее изображения параллельно
- биштриху экраilа, to пра этом компенсируется разворот изображения из..за наклона
светоделитёльноrо зеркала. Допуск на этот наклон будет определяться разворотом
из06р'Зжения, из за изменения уrла падения oceBoro луча на зеркаЛо: Aq>y ==
== L\q>z/ [2 (sin 8max' sin 8 m l n )] == 50' [2 (sin" 550 ...... sin' 350)] == 1,70. Таким образом,
наличия ко пенсатора пов рота зеркала BOKpyr рси V не требуется. I
На .рис. 4.34 Изображено зеркало 1, раеПОJIоженное, в сходящемся
пучке лучей между ПОJIожитеJI iIЫМ 2 и отрицатеJIЬН'ЫМ 3 омпонен-
там и телеобъектива, строящеrо изо.бражение на экране 4. В зто,Й
системе допуски на поrрешности 'ПОJI-о ения зеркала вдоль оси Z
< ......
"
..
ВиВ А
1
, -
)
Рис. 4.34. ПЛоское зеркало, расположенное между компонентами
телеобъектива
"
,
, .
"й уrлы ero ПОБорота Бокруr осей Х. и У опредеJlЯЮТСЯ ДОПУСТИМЫМИ
значениями хроматизма ипи комы, возникающих из за децеитри-
рОБОК l..rq и 2-ro рода компонентов тепеобъектива, обуслС?вленsых
поrрешностями положения зеркала.
Если, например, задать ВОJlНОВОЙ допуск .на хроматизм A Fo 4==
.:.... О, 1 мкм, а допусtиМое' значение КОМЫ, pa ЫM rадиусу пер оrо
дифракционноrо кольца, JO по формулам ДЛЯ ACI И y получаем
допустимое мещение зеркала IJAOJlb оси z: 4% 10 мкм, а н клон
относитеJI.ьно осей Х и У: Aq>x, у 2'. Такие допуски выдержать
технолоrически трудно, поэтому'с учетом возможной необходимости
компенсации-децентрировок компонентов, возиикаюU{их при креп-
лении в оправах, целесообраЗ}iО предусмотреть результати ную
обработку оправы I зеркала либо .ero соответствующие подвижки.
Р езультативная обработка базqвых, пов.ерхностей 'оправы произ-
водится после сборки узла зеркала на токарно-арматурном (либо
'фрезерном) станке с помощью 1roНТРО:ЛЬНО-ЮСТИРОБочноrо приспособ-
ления, сqдержащеrо аВТОКОJIJIимационную трубку. Приспособление
позволяет ориентировать зеркало перпендикулярно к шпинделю
CT HKa, . УrJIозая поrреЩ1JОСТJJ отражающей РОJ3ерХRОСТП ерцаJl'ii '
126
"
/ .
....
'\
ьтносительно базы после реэуЛЬтатиЬНой обработки обычно не ttpe.
ВОGХОДИТ 1 ' .' __ \,
Конструктивные ПОДВИЖКИ зеркаJ1a с высокой чувствительностью
осуществляются проектирqванием -специальных оправ. ОДНО из
возможных решений изображено на рис. 4.34. Здось смещение'
зеркала ВДQЛЬ оси Z осуществляется ;винтом 5 и пружиной 6. Пово-
роты 'BO!{pyr 'осей Х и У .......... винтами 7 и 9. Для обеспечения бqльше
независ ости юстир'овок центр сферы винта 5 ,цо жен совпадать
с отражающей прверхностью зеркала, а винты 7 9 образовывать
прямой, уrол. " /
Подвижное' зеРКaJIО в паРaJIJleJIЬНОМ ходе лучей. Рассмотрим 'влия- '
u >,
,ние поrрешностеи {lоложения rоловноrо качающеrоС"я зеркала не-
,.. /' У
IO
- б)
..
'"
Рис. 4.35. ПоrрешнОсти rOJlOBHOrO, зеркала перископическоrо визира: а .......
. схема визира;' б, 8, ,...... схемы поrреш стей ' '
"-
рископическоrо визира на точность визирования и измерения (или
ввода) rоризонтальных и- вертикальных уrлов: Упрощенная схема
прибора представлена На рис. -4.35, а. Здесь: 1 ---;---"К'ачающееся в:пре-,
дедах О,,", .......5 до, +200 rоловное зеркало, 2 .......... .неподвижiIое 'зеркало,
8 т объектив, 4 ----- сетка,. 5....... окуляр. На I точность визирования
и измерения rорцзрнтальных и вертикальных уrлов по сетке. визира
влияют следующие поrрешности положения rоловноrо зеркала:
1) коллимационная ошибка K неперпендикулярность. нор-
, мали, отражающей поверхност зеркала к оси качания (рис. 4.35,,6);
,2) накло,Н q>y оси качания (наклон оси цапф) <? носитеЛJЬНО
. rоризонтальной плоскости (поворот BOKpyr оси У) (рис. 4.35, в);
3) разворот d<pz оси качания BOKpyr вертикальной осц Z (будем
считать, что последующая система отъюстирована так, что визи-рная
ось п.араллельна оси Z (рис. 4.35, е). "
Коллимационная ошибка приводит к ТОМУ, ЧТО при ка:чании зер-
кала ero нормаль описывает' не плоскость начальноrо меридиана,
а поверхность конуса. Траектория следа нормали на сферу будет
отстоять от началь!!оrо меридиана на величину K, а след визирной
линим будет ПРОХОДИТЬ через зенит и ОТСТ0ЯТЬ от надира на вели-
чину 2dK. ' ,-
127
.,
...'"
Для опредеJIения IiоrреIliJtости БИЗИj)оnаниi и измереftия rори.
З0нтальных и вертикаль ых уrлов найдем направление OpT отра-
женноrо лу а в случае,. коrда зеркало им ет к лимационную по-
rрещность
( 1 2 sin 2 8 cos 2 L.\K 2 siri 8 cos L.\K sin L.\K
А "== М' А == 2 sin 2 cos L.\K sin L.\K 1 2 sin 2 ,L.\!(
, 2 sin в cos 2 dK cos в 2 sin ДК cos L.\K c<?s в ·
2 sin Е cos 2 L.\K cos 8 ) ( о ) ( sin 28 cos 2 L.\K ' ) '
2cosВCOSd!(;ind!( . О == · 2COSF.ceSbl(8in K. (4.21)
,1 2 cos 2 В cos 2 'L.\K 1 . 1 2' cos 2 В cos 2 L.\K . .
I rде А ' орт отр,\женно о луча; А орт падающеrо луча; М'
u ·
матрица деиствия плоскоrо зеркала; 8 уrол падения лучCt' на
зеркало:
Из выражения (4.21) следует, что коллимационная поrрешность
вызывае ошибку визирования и измерения r ризонтальных уrлов
(L.\Б Ак ) первоrо порядка, вертикальных L.\i AK ........ BToporo П,орядка
малости: .
Аб!1К == 2 cos в cos АК sin/ .K 2 cos в K; }
" L.\i!1K === 1 . 2 cos 2 е cos 2 L.\K 1 + 2 cos 2 8 == (4.22).
. - , == 2 СО8 2 В (1 cos 2 L.\K) 2 С08 2 8 L.\K2 == L\БЛ.тd2.
Накл,ОН оси качанйя прив.одит к TOMY что.нормаль еркала оQисыаетT
дуrу большоrо kpyra, наклонную к начальному меридиану. Траек-
тория следа визирнЬй оси также проходит через зенит и отстоит от
надира на 2L.\cpy'. Найдем направление орта отражеНf8lоrо луча при
наличии этой .поrрешности
, . ( ' 1 2 Si p 2 В · 2 sin в cos в sin .<py
А' == М' А == 2 sin в cos 8 sin L.\epy 1 2 соз 2 8 sin 2 А<ру
2 sin в cos 8 cos L.\<py 2 cos 2 В sin L\<py cos d<py
2 sin в coS в cos деру ) ( о ) ( ' sin 2в cos L\cpy . )
2 cos 2 В cos L\<py in L\a-q у О == c.o8 в sin 2 L\<py .. .
J 2 COS 2 В С08 2 L.\<py · 1 1 2 cos 8 COS 2 Асру
Следовательно, наклон оси цапф также приводит к поrреш ости
первоrо порядка при визировании и измерении rОРИЗ0нтальных ,.
уrлов и BToporo порядка- вертикальны уrлов:
,
АБА у === С08 2 е 8in 2 .dq>y 2 cos 2 е dq>y; }
А . ? 2 А 2 (4.23)
l.1tA<py == __ cos в L1<pY.
При развороте _ оси качания BOKpyr веРТИIfальной оси нормаль зер-
кала и визирная линия выходят из !1ЛОСКОСТИ начальноrо меридиана
(нулевой. плоскости в . ира) и описывают дуrу большеrо Kpyra,
ОТС1:QЯЩУЮ от Hero в плоск-{)сти rОРИЗ0нта на q>z. Для нахождения
ошибок визирования и измерения nроизвольноrо значения уrла
\'
128
,Mecta определим направление орта отраженН:оtо луча при наличии
u
этои поrрешнqсти: '"
'- ( 1 2 sin 2 8 Cos 2 d<pz 2 sin 2 8 cos L\<pz sin A<pz .
А' == М' А == 2 sin 2 Е cos L\<pz sin L\<pz 1 2 sin 2 8 .sin 2 Ll<pz
2 sin € cos L\<pz COS 8 2 sin 8 sin Llcpz COS 8
2 sin 8 cos dcpz СОЭ.8 ) ( о ) ( Sin 28 cos L\CPz )
2 sin 8 cos 8 sin d<pz ? == sin 28 sin L\<pz .
, 1 . 2 COs 2 8 1 ) 2 COs 2 8
Поrрешность визирования и измерения rОРИЗ0нтальных и вер..
тикалъных уrлов, таким образом, будет равна:
LlБ Афz === sin 28 sin L\cpz sin 28 L\cpz; I
' l1il>,фz == Ц 21;:pS2 е) (1 2'cos 2 е) == О. (4.24)
Перечислениые первичные поrрешности положения качающеrося
зеркала обычно устраняют при юстировке' данноrо узла. Для этоrо
конструкция крепления заркала должна обесцечить возможность
компенсации коллимационной поrрешности, а конструкция узла
оси качания ее наклон и разворот.
Анализ формул (4.22) (4.24) показывает, что влияние данных
поrрешностей может быть частично взаимно скомпенсировано, при-
чем недокомпенсация (особенно с.учетом Toro, что. отрицательные
уrлы места нев лики) может оказаться незначительной. Следова-
тельно, отпадает необх?димость КОМ,пенсировать каждую первичную
поrрешность, досrr-аточно оставить только один компенсатор, позво-
ляющий уменьшить влияние друrи поrрешностей. Использование
Э1'оrо в некоторых случаях позволяет ущественно упростить кон...
---струкцию узла зеркала и облеrчить ero юстировку. На рис. 4.36
изображена ко струкция TaKoro узла. Здесь 3 rоловное зеркало,
приводимое в движение рычаrом 6; 2, 4 цапфы оси качания;
1 корпус узла. Так' как имеется возможность компенсации колли-
мационной поrрешности зеркала, то оно крепится к цапфам приклеи-
ванием полиуретановым клеем ПУ-2 РТМ 3- 0..........70. Соосность цапф 4
и 2 выд рживается при этом технолоrически путем задания соот-
ветствующцх допусков на зеркало и цапфы, а также с помощью'
специальноrо приспособления для 'приклеивания. Компенсация
наклона оси цапф из-за их непараллельности основанию корпуса
специаЛЬНQIМ устройством здесь также может быть не предусмотрена. _
Компенсация коллимационной поrрешности и наклона оси цапф
осуществляется разворотом корпуса узла, что достиrается смеще-
нием фиксатора 5. Полная компенсация может быть осуществлена
при. этом только для Qдноrо значения уrла места, например, в ro.
ризонтальной плоскости (i == 0).- . .
Необходимое значение уrла поворота Корпуса. (L\<pz) определя.
ется . при этом из равнения 2 K cos 45() + 2 cos 2 450 d<py +
+ sin 900 <Pz == О, откуда <Pz == (y 2L\ K + L\<py). Наибольшее
значение недокомпенсации ( бlШ) будет соответствовать при ЭТОl\4
,.
5 Латыев с. М. 129
;' ,
Максимальному уtлу места (i == 40 б ): A HHтax == 2/11< cos 656 4.
+ 2 cos 2 650 cpy (y2 K + L\fPy) sin 130°. Н,апример, ДЛЯ леrко
выполня мых технолоtически допусков на АК и А<ру в 10' и небла-
rоприятном (одинаковом), сочетании их знаков значение недохомпен-
сации 'равно .L\бнi< шах 6'. Если такое значение недокомпенсации
поrрешности недопустимо, то следует ужесточ-ить допуски на K,
f 2 A A 4
А .
Рис. 4.36. rоловное зеркало визира
Лq>у ,(или допуск на одну из них), либо ввести второй компенсатор.
В данной конструкции ожно преДУСfvlотреть, например, реrули-
ровку наклона оси цапф путем. смещения стаканов подшипников
относительно корпуса в пределах зазора в посадке. '
4.6. КОМПЕНСАЦИЯ поrРЕШНОСТЕЙ ЛИМБОВ
.
лимБыI являются мерой уrла уrлоизмерительных приборов ro-
lIиометрическоrо Типа. От точности изrотовления и сборки лимбов
в суrцественной степени зависит точность работы этих приборов.
Различают c ' .no.rp.e1llНnСТИ лимбов: поrDешность деления "
установочныи эксцентриситет,- раЗlIОШИр Пlцg_g:rь.. ШТРИХQJ3 .... QТI!QGИ.
тельную поrреШЦQСТЬ, с, еТQЦР.Q.Л.У . .tl!!,Я.J поrQе..!РJ о..с.т.ь.__ фQРМЫу. цен
ТрИj)ОВ 'llI QJ1 DКP нос!_и, '.ropneBoe J?Ji-rен.ие. Основными из них
ЯВЛЯЮТСЯ установочныи эксцентриситет и поrрешность деления.
В прецизионных уrлоизмерительных приборах производят компен-
u
еацию ЭТИХ поrрешностеи.
Компенсация эксцентриситета лимба. Эксuентриситет (de)
н совпадение ОСИ вращен'ия 01 с центром делений 02......... ПРИВОДИТ '
130
;:'
к появлению поr..R еШ J ) СТI:f 9тс чета по лимБYL.....т. е. к поrрешности
ero положен ия (рис. 4.37, a)
, L\q>o == ........sin 6 f1e/ R ,
rде 6 ....... направление эксцентриситета; R .....-.о; рабочий радиус лимба.
Поrрешность изм рения уrла поворота лимба о ределим как
. 4СРАе == (sin Вт in он) L\e/R == [sin ев Sin'(cp + ев)] eIR,
rде ев, е т начальное и текущее направления эксцентриситета
соответственно; <р........ уrол поворота лим ба от начальноrо до теку-
щеrо положения. rрафик'.этой поrрешности зависят от .начальной
фазы вектора эксцентриситета и имеет. период, равный 221
a О)
/ / """ . "Lf Je е н =:=180 0 450 900
" ' '
/ \ \
Ов Н \ \.
Je О ,\
iJV/Jc - I 2 I + 1
90 10
\ Ди АС / ; '
" 1
/ }
' // --
I / 61fO 2250 2700
' .
Рис. 4.37. Поrрешность измерения уrлов из..за эксцентриситета
ли ба: а .....:. xeMa образования поrрешности отсчета; б ....... rрафи--
ки поrрешности Jf" зависимости от начальной фазы вектора экс--
центриситета .
"
(рис. 4.37, 6). ' !<ак видно и rWl -ФИ !9l!!... :'!!>_ _..в Jla<;THOM случае,
orlla 8 я == О "!ли B == 18 ..!. шность' !!1? ста Я Q90 еи.
HYCO. Y. в oCTaJt9 x .1! Jч а rрафики по еm !!!,. , PJU1ю.:qeны
)4ежду функnи (соЧ ..=- 1I1L .... cos .: , необходимо учи-
тывать п р и "вы явлении rармоническо составЛJtющей поrреmности
ОТ эксцентриситета, лимба по эксп риментальному rрафику суммар-
ной поrреwности устройства и при ее оррекции.
Ра ичают следующие' способы компенсаЩlИ вJlивния зксцентри-
ситета:
'*" " J' r 'lI центр !! ! ба; . .
10 ра'БОТ8 на. аметрально ПРОТИВОПОJIОЖИЫХ участках лимба
(дво'йной отсчет); 4 " , . н '-. . ",< ' .' H. ",' , "»
. ' З)" смеще}lие :J Q,()р: , ия. I
(" Центрирование Л1kМба. производится по ero r rе6метрическим эле-
ментам ИJIИ путем измерения составляющей поrрешности, обуслов-
ленной эксцентриситетом. Ц еl!,! р" р ов ние IJОм..L О J Т"рJ:I Ч К,ИМ . ле.
". H! . q щ r! я я., Q9. .н9v. ПО," . !I Р,!fР9J3.0 окр.уж ости,
9Tppa,8 НJНI.Q. ИТ Я: .НА 'n: M!iJ:lPJc eTQ де;I ;НJ:I ,,, !1} QЕД Jl. птр р.оJ J!И
.прD» JlQ.lJJj'f. П Q.">J Jl. ци.аJJl?!!J:>Iм: метка иJtИ"4 9J цам; раJjОЧ'!fХ ЩТРП_ 9 ' '
Для УС'!'l!J Ш JlJ!. . Ц ЦJРJ:l JI е,!а . M . Д9JJ еУ .}lМ Т J Q ,М9жиасть
п ре е аТhСЯ (перпеnдикулярно К оси) ОТПQситель .опраn . или
, ! , : : .QIiJ' a QfI , QJ:HQ uf"WJ?I!Q , ТСИ ращ ftйя; Прli 'цеНТрИр О 8 к е
... ........r---- 1'" .... ... .....
6. 131
'1
ось с лимбом вращают в центрах, на призме, либо в штатных под-
шипник х, а ю ,Я B *;!! 2,, !!... q, .ени 11, p p. eHI'! } J1ТРИ-
е 9:в Q IJ . q РУ .Qсrи {ИЛI).КОНЦОВ ШТРl!ХОВ) от< о ительно биштриха
Jшrриха) сетlGl, ми.кpDскопа .(рис. 4.38). '
f Биение YC E TY !3 9 ИМ,9УJ IРИ еза-
тянутых окончательно крепящих вйiftах либо сдвиrом ero 0IIpa bI 3
..-... .............. 117 """"" ""\' ....:' .. 'V... "'....... .. "' .. ... . .."..
1
"
Рис. 4.38. C eMa центрирования лимба по центрировочной
окружности
центрировочными винтами' 2. .Дq л . . Y :!P !l tl!! ,. . сце rр сите а
," имб..-закрепляюх.. OKOllqa:reJ1bHQ _. фиксируя при необходимости ero
положение rерметиком или rлетоrли ериновым цементом.
и
Рис. 4.39. Схема центрирования лимба по четыр м штрихам с помощью
,двух микроскопов
9ст 1'О ,Я . О_ ,R Цljij)r. .:t к, 1ЦР.Щ)О8КИ пр TaK .l\! тоде" ()БУ _JI_ОВ.
,. ;;.:J.c -", U
a иеК'р уr ЛО .. !"!!Р1!р.g .!! !! ,.р S , I1Qm Щtl Q.k.1'.. 1g Qlt t;щ .
ния - ее из 5бра Н,, JI М РJ.s:о '>о ТКИ микроскопа (из-за параллакса,
a .... " _,,,.. "'''''''''''.'''''f!I''IR U
оrраниченнои остроты зрения оператора и оrраниченнои чувстви-
тельности смещения лимба), ИЯНl!ем. ПQrреШНQСТИ опор вращения
.оси Обычно 9EE ЦI !I.O J . J!, H'!] , Q!J I!!! CQ. ! !3 2 73 мкм,
2 J\ oJК f!RI1] ес rи к JIQrp- шности ,И, мерени.я уrла b o лимбу диа-
Me pOM lQO мм до lO 15.
\ .е<Ш,ее высокую точно т ц нтриро.в.ан я МОЖНО получить при
g !!p i - - лим.ба П9 чеТ?Iрем диаметрально противЬположны
штр ха с ПОМОЩЬЮ двух микроскопов (p c. 4.39). Вращением JIи'мба
132 /
.
сов !.. ю! з бр ... 'рихчв. с,J5Ц.ЦIJR!IХОМ ceT МИК-
9 a, ]и 1, а '1fа l1рr5ТИВР,n;олqЖН IИ штрих. цаводят микррскоп М 2 .
Микроскоп М 2 дЛЯ удобства работы снабжается окуляр"микро-
метром. .M, повернув ли 8 O, ,Ща Т. БI!ЦIТРIJ;ОU
С !1 1!. ,, IJ RQ, опа M 1 изо ра ени пр.gт},!)!опqЛ9 ноrq шrрих .
"оrда, * Ka О _J:l. _р.исунка" р жеllие Н:J!;.IеВ Q...rQ. Ipтриха относи-
Te o МИКР.9скрпа Ма будет ОТСТОЯТ ,на YДBoeH HY ве ч у проек-
, Topa эксцентрис тета на ось JJ! GД 1!!!Х!. !lМ.!5 ВД2l!р, r9ji OCI(I
Н,! ло ин у М ,Р !lН И . е ЧИН .'..",JI:РОЦ ВОДЦТ ча rи цую? ом:пен.
/ I '...J1tlп I
4-
I
(
Рис. 4.40. Схема центрирования димба по измеренной поrрешно"
сти уrЛ8 поворот...
. _ Ц _,-!К. ! !Р,!I И ' f Око чатеJ:lЬ УК? , КО!NI , _l:Iсацию Рt?ИЗВОДЯТ'
BkЦ10 He eM П9дОб J?I <;Qпераи.ий ДJIЯ '. пары штрихов, раtположен-
И-Ы ПОД уrлом 900 к rпер;в м ,ц YM штрихам. '
# ТаК как при этом сдвиr лимба может ПРОИЗВОДИТЬСЯ не CTporo
. .параллеJlЬНО оси и и ОТJlичаться от расчетноrо, ТО эти операции при
необходимости повторяют. ,При т аком- me-т -оде цектрарQваиия части,чно
rXQмпеисирую:r ,!tакж& nepay-ю.,r,ар OJJИ. ПQ рgшиос.т'Иlделени JIЩlба.
J , e P-!!H М Ж9А :цеН1':РИРQ , Я OCHo a a измереUIl1J , п,оrR !!I.
iI <? !и . Yt .Q!!t...Q!IP I\J Qt:Q .JtО ИМ ,, И. змерения произво-
\ ,.Аят сравнением уr.ла поворота оси, задавае оrо с ПОМОЩЫQ,,,э :rаJJ ,Q.U.
.1l9f.Q з е.р аJ!ыlrрp полиrона 1 и авток'оллиматора ;......,с уrЛ2- »З .
peHHЬ O лимбу 3 Ji.отсчетному .микроскопу 4 (рис. 4:40).'
" 'JJ рафl'!КУ измеренно н,ПО Р' Ш.Н9. !J1 (JUic. 4.41) »,ЫЯВЛЯЮТ - e
сос:r В J!Я1Р.IЦY!Q <. :.,,-. QJ5.УСJ!Qв е н}[ю >., YC1aцp O HЫM, эксце трис тетом
I!!И.!'1 I! n j) ВQit r: .R I!. о . . l!q!:R .wJl:9С:t e )l ,; '1 ЭТ,Э. с ставля-
юща М,Q u :rR, а. ", ,p y I. .I9. ,А I1ИЯ J1е-котор9rQ,, c.yм.м,ap-
133
f! 2*fБ Э Ц !i ;&_а / м 7Q з:::е еli; .uаЩ),авле."
л :,. . qт".",!'р..;"",_.............. , .."""",."R..J.t!' , ","", .....; .<,...""+;.; r... ......Ш,,," -,,,,,,,,,,,, '"''!';'..... :.t. s. ..,.>-'''1:. ,
По е . ,qислеция АеЕ с= l1q>max A.r./J , .! ! ::::'Р' чи ." а.
1! 2 !( l!J: eJ:q qэ [] а,С ЦЩ!2! J!" 9 на еЛИ J{П.У .
. !:ц о !; е{ о * :l е ПКф:: jШi: я.. riр ::ф :е Э И:q> :e :.
!)J !I-tI , !2]Jt .&ш llt n rJ?, HO !1! l! .!.Q..лн у
. lЩ !>. дRQв- pgQ Jю и.J q.Р.R. .мJ:I и..Thи П !fл.ьн выпол:
. H и F r р. l1l1Ка. дпер.ио-до м-р, _ 2 ,AQ .c q! Y: T B TЬ · :Et'3:НRЫИ
метод бо ее ТРУДО,емкий, н.о позволяет получить высокую точност
работы лимба, так как компеНСИ..RуеТ 1! 'не только эксцентриситет
установки лимб , но !i,< р а.РМ .!! :& .ffi: :1 б
. цеНТQирования,лимбов фо- ,
Jtpocm . ..ТЯ ! РЛ СК Х,',цатчик в
yr JIgJ3b .. ,. ц ремеще.НИ Jf,
меIQЩ .Х, . _ , :ЦИ IР -!lЬНО
р ра.Сn Q.ж &ц. ";, ':Ui.:rыв аю-
360 щи m.емы. При нали,9ИИ
,эксцентрис те:а ли ба, а.
также из-за. первои rap..
v v
моническои составляющеи
"
поrрешности деления лим-
ба еКТ'р]iЧ !<}:I !lr pr,
. _ ьtpa б атъ@ qJ ;.. ,Il]'ыI.
ваЮЩИМIJ , ист мам, , будут
' !> ' ;: , i р- q,Rи ес!< . ( с
периодом 2п) . п !,реШНQСТИ
. .... . ....J.- ",,," ,.............. l'
, _ 2.. 9 I!JJ!t , I! <Щ!ПЦJ.iеся
. в I1РР1:И»QфЦ !. ,., J1 РJl ..сдвиt ;"фаэ. ж.а&--t ёи tilаJЮ С .пQмо щыo,фа ..
: :6З 1' О J ;: КСЦ:;&;. Jr:d : Д !.t .!, r<t J! Р! де .I!Ц"
""', ....... .1i>_""',"'. < u 1 "!';;;ш.J!Pw .1 .. ,. w./J , .
Для выявления суммзрноrо зксцентри'ситета лимба. в под6бны '
датчиках МОЖНО использовать обычный ОСЦИJIJIоrраф. Для зтоrо
на ВХОД осциллоrрафа подают сиrнаJlЫ с обеих считывающих систем,
ПРИ'Jем с ОДНОЙ из них сиrнал должен иметь синусоидальную (пило..
образную) форму (такой вид имеет сиrН8J1, полученный с фотоприем.;
ника), а с друrой системы сиrна.л должен иметь форму узкоrо прямо-
уrольноrо импульса (такой вид имеет сиrнал после э.лектррнноrо
формирователя). На экране осциллоrрафа при этом буде uаблю-
даться синусоид и вертикальный штрих, взаимное смещение ко-
торых будет свидетельствовать О наличии эксцентриситета лимба.
Оценив ero, сдвиrают лимб перпендикулярно к оси вращения, до. '
биваясъ отсутствия взаимноrо СМ IЦения сиrпаЛQВ t ЧТО произойдет
:при устрапеНIiИ выявленноrо эксцентриситета.
. ЭтОТ. СЦQQQб блаrодаря высокой чуцствительности и тому, что
центрировка ароизаадится в рабочем состоянии датчика, ПОЗ ОJIяет
существенно повыитьь ТQ ПОСТЬ центрировки JlимБОD С' MaJ1blM warOM
134
i1
AtpJ(
...-.... .L ...... .
." "-
/J '"
/. .
/'
/
" /
" "
...... ......
4 ({Jтax Ae
Рис. 4.41. rрафики измеренных поrрешностей
уrла ПОБорота..лимба: L.\q>1} суммарная .поrреш..
ность; L.\q> e ........ составляющая поrрешности,
, .
обусловленная эксцентриситетом; l\q>и........ коррек-
ционное воздей вие; L.\q>OCT....... остаточная' по..
rрешность
,
,
. .
, u
штрихов по сравнению с их.центрированием по кольцевои риске
(относительное смещение сиrналов на ,экр не осцилло рафа соот-
ветствует уче,!вереННDМУ значению эксцентриситета). ,
a o lf .на w .!t 1f2 J!JЕ.q(l'l 1jfl ДJJ.911JJ1!!Я1J!Ю!J1!f,f!. ! g'if!.f/!JJ5 j ' l!:f;l ,!,
H .на 41Рв еиешш в, прИБQ-ре. r.ДВ=УХ'; ',QJЫ р Р4W <
! !2 !ЩI:,J 9 2.!!!!2 l! !! IК ! :-2тсче!;. !!
}:I ll9 Q H ; )! 3 I e!; ,} . I 9 C! , ( ._l) ; .j , )J , A T уве-
личен Н ,.J!9!Р ЩI:IQ ТЬ QT, эксцентриситета лимб.а, отсч !_ П9, ,Д1!У.I:QМУ
. ... .....":'t.y r ,," :-.... 1 " '",. 1 ;..;...-", n';.......""....... 4- .... ... I.." 'С'.,Ц)".4 ....,.... ..."" I .......
ycт <? !fС 'Ш'у, ; J М Нk ULеп' .-I!;a rY A tДUI :
1 ".. t
. - 01 == О + ' U Ае/ R; 02 . 1800 ....... Аи Ае/ R. '
2 .
а)
и,
J[
J[
'-----
111111
о) \
и 7
и
. "пор
U z
и пор
. -- и 2
/
"
U-s.
и пор :;.
Рис. 4.42. Компенсация 8ксцеН1риситета лимба фотоэпектрическоrо датчика
уrловых перемещений: а........ xeмa датчика; б........ схема' npOCTpaHCTBeHHoro
. расположения зпектрических импульсов
При из еР Н Инн kОТО110rо уrла, Ч>о по п е Р В 9 М У отсчетному устрой-
>, ! y ПОJJ.У ЧИМ .. fPL. " _ -* _ t:-, IIq , , ,T,9,PPMY ,. . ..q> , . ' O-r ' Д<eAe.. "
Это позволяет получить знзчение.у ла без !IQrрешности от..,.эксцентри-
T 'l: . : :q>. .. .. .. ; (!P t,, ,)L u Оч в д ,..ч,ТО Q,РИ двойном ртсчете .
ПрОИСХОДИТ ХQМJJ !! Щ(ИЯ ,перв-,Q ..JLвсех..не.четных. rap.MQ1WК. пorреш..
\f.IШCЖей Ае J1. .,ДJiМQft . Так как большой эксцентриситет лимба при-
водит к изменению цены деления отсчетноrо микроскопа [11], то
при сборке лимб обычно центрируют одним из вышеописанных
способов. .
Данрый метод компенсации получил широкое распространение
и в фотоэлектрических уrловых датчиках, основанных на ра.стро-
вых лимбах. На рис. 4.42,'а изображена схема фотоэлектрическоrо
'Датчика, преобрззующеrо уrол поворота ваЛ,а с лимбом в серию по-
следовательных электрических сиrнаЛОD (вырабатываемых фото-
приемниками 1, 3), оnре)J.еляющих, ero пространственное положе-
ние. . .
;
'"
,.135
Наличие эксцентриситета ПРИБQДИ1' k тому, чtо на ОДНОМ kонце
лимба изображение светящейся щели 5, соз аваемой осветительной' б
и nроекционной 4 систе ами в плоскости штрихов лимба, начинает
модулироваться раньше, а на противоположном конце позже
(рис. 4.42, 6). В случа одностороннеrо считывания это приводит
К поrрешности измерения уrла,' так как формируемые \Электронной
системой обработки сиrнала по некотор6му пороrQВОМУ напряжению
и пор импульсы, являющиеся мерой уrла, будут смещеныI. .
При ДBY CTopOHHeM считывании и суммировании сиrналов с фо-
'fоприемников на некотором сопротивлении R происходит взаимо-
компенсация поrрешностей их расположения., В результате этоrо
. /
I 2.
'f
"
и
-d"' .
3
Рис. 4.43. Схема фотоэлектрическоrо уrловоrо датчика
#.../ j
импульсы, формируемые системой 2 по переднему фронту суммар.
Horo сиrнала, не претерпевают смещения из.:за эксцентриситета
лимба. Из рис. 4.42, б видно, что полная компенсация произойдет .
в том случае, коrда сиrналы с фотоприемников будут с6rласованы
по фазе и равны. В работе [6] показано, что в подобных системах
поrрешность компенсации существенно зависит от разности свето-
, вых, потоков вотсчетных ветвях; и определяется выражением - .
d<РПR == sin 8АеdФ/(2RФ),
rде L\ф разность световых потоков.
Кроме Toro, на разность сиrналов с фотоприемников будут ВЛИЯТЬ
f> u'
разность их чувствительностеи и качес'tВо юстировки проекционных
систем и фотоприемников (разворот и ображения и расфокусировка
светящеrося штриха относительно штрихов лимба, перекос торца
..чувствительной площадки фотоприемника). Вследствие этоrо дан-
ная система компенсации работает тем лучше, чем меньше сборочный
эксцентриситет лимб и ero торцевое биение. 'Поэтому при сборке
необходимо производить ero предварительное центрирование и ни-
велировку. , '
Еще одним примером рассматриваемоrо способа компенсации
может служить схема компенсации э сцентриситета путем переноса
-изображения освещенноrо штриха лимба с одноrо участка на проти-
воположный. Блаrодаря трму что проеКЦ}1:0нная система, состоящая
из объективов 2, 3 (рис. 4.43), прямоуrо:Льн х призм 1, 4 и призмы
136
с крышей 5 создает увеличение == l Х , изображение светящейся
щели" движущееся навстречу модулирующи,м ero штрихам противо-
положноrо участка лимба, перемещается из-за влияния эксцентри-
ситета лимба на величину у' == (sin ede) Р == dU Ae , равную пер...
мещению вдо.nь этой оси ни ней части лимба. В результате не воз-
никает поrрешности взаимноrо расположения электрических ИМПУJlЬ.
COB опредеЛ Я I9ЩИХ уrол новорота лимба.
f "Щ 1-f1;l qqдq,же1i1Jд4 g А в а оrо ,..Qn'fЯЧ С, QЙ системQЙ, при-
1Л !Jx.' »ази".с _ :rе: { JмЧТО_ ЛР !! В '!! .1! !! q , .р,аботы ВИ3УЗJlЬВЫХ
yr 2f:1 ep итель HЫ п иб91> 2в..... gI!!!.J* *J I. J.QJL!L .шg. qе ПРlJ.ро-
ров с одним отсче!Q уть этоrо способа состоит . r<?M, чrо если
зХать пере е индек , < , o ,,',K qTOP MY " ftРQ ii,, Щ)дИ Т,Сll ,Q,(CqeT , .
. : ;: :f ! J ;;Еi : h R ] Ос :п ,е
в eK o ?!.. ,* .P.!IE E . э! по_соб . пе ,С И реализуется
!й()М . меще ия инд.е. с.аl в каче т е. K Toporo испо _зуют
I! . 9. _ Ц . 2!! . 1iIi,с . ли'Ом а. T ge, р !:пение П<? ВО!lяет
'упростить конётрукцию и ю r!fR9 . .J, ПРИ <?Р . .На i!ие. 4.4 ' ПRиве..
' 9: a <& s !@to11 . P!! , CTo a, .. ?! р <?м. зо р а ение
кольцевой риски 1 лимба 2 проектируется с увеличением 1 х объек-
тив?м- !! !J .1! T r9 ЦIJI 9! , 1;e r> .иэрбра-
?!< !! :Y ,K ,.J c. и. ?иш!рихов проеКТИI:У" ТС ., ?б !3QМ 3
. .нa KpaH $:.;,)3 этQм CJIучае,.сдвиr,_ПРQе&тиру' моrр Э.lJ Ю Н'J'.а ри ки
JI lQ.. Q_9раже ия (при ,отсутствии ошибки рен) вдоль оси и из..за
r!I.д.Щ9j ..; НТР.И ЦТ 1' Jiи.мба paBe сдвиrу c a.e TO с. ним
[IJШ!Р!-!, , ПQЭТОМУ влияние эксцентриситета автом'атически исклю-
чаеrС.8, [22]. . .
' р уrим вариантом рассматриваемоrо способа компенсации ЯВ-
ляется пер меЩ !J_ е.> ,,>-И$.QРJlажеIWЯ Шт.р.И Х ..1!имба отноеитеЛ,?НQ- }Ie.. "
.. "'I "" 6....... .... ..'1o ..""'t"""..... .. .......
,2,8в,иж'!оrо ИН ..JYI}l. ще1U!:;"Q.I!f1 I!, Р'I:О I! величину, комIIенси-
х!2l[ i УЩ I.!!l . сдвиr.а - JЩМ.9 И ,за л Ц : Э1еСЦ Н !Йёиfета:
р щени у!!} :!, я ,.: ще BcerQ .с 9.мо !ц'ы2 ,QJ!Н Й
П!lоск п раллельнои стекляннои ластинки, введеннои J3 О1'счет"
'НУЮ с-истему. На рис. 4.45 изображена 'схема 'устройства для кон-
троля кодовых дисков 1...IJp)!,.I19l39po,!,e ,!.ла J! <?M 2 происходит
J! J{lt<? .._.. !I .!< п ,ра, е ь о .. пл?стины , , п g] r_ ЗУ.9 ч-а т х .
, lI WJЦ!I !? ?e c o I -R H_O 1, эксцентрика <5
l! р ычаrа 6. При Н, болыиц YT a . !! !lя _а Lп а,СТИНКИ изображение
щтР1Iха лимба будет смещено относи ельно щели-анализатора 7
на величину . "_Н
.... "" ..,...
АL и (п 1) d sin (я> + 6 .п) , eR/(nR) j
rде n, d показатель преломления стекла пластины и ее толщина
cooTBeTcTBeHHQ; q> уrол поворота" лимба; ени, eK. начальная
"фаза и численное значение вектора эксцентриситета эксце}:!трика;
R длина рычаrа.. ." .
1 А. с. 158106 (СССР).
}37
с друrой стороны, .'смещение изображения штриха из-э'а влияния
эксцентриситета лимба'равно
.
LA; == р (sin q> + 8 t8 ) Ае, ,
rде р линейное увеличение проекционноrо объектива 9; веи, 4е ..........
начальная фаза и численное значение вектора эксцентрисит та
лимба.
1!л 1\9 ц ации..JW.б хадима..обеCllе9]j.Iв. :l,С- 2 !W ..} J:,u " Ae.
И 2.tп ltl! Щ!"I;I Q, !Q .м.Q'!рШ: . р" rуди
ii f я1i Б . I!. iщо ;: еlIпоJ!. е;i:
. ,.......,... 1 ......... "" ,..,..." ..;JJt....."' ..., i .. ."'-"": . ,"''''',,- \ "("" "'" . . ...:r , ....."" . "',"'" .
1
'""
.
а
Рис. 4.44. Схема уrлоизмери- Ри . 4.45. Схема устройства для кон..
. тельноrо стола тропя КОДОВЫХ дисков
,,1 ,
..Q 2!Р Щ ?СТ . J!А имба ., J! : JIШ!<JL Qg.u .kottCl' -IlYJЩ1Ш...lL.З:Р-IOlq. ости
юсти PQB ки по доб нь ! q.И, 'ЩL..лpв.l\1.еЦ!llQ:t., .AQ»..QJ.IbllO ,. )JКo.
........... Кf)Мllс" пци rft оrрешностеи деления Jlимба. Поrреш ость, положе-
ния штрихов при делении лимба возникает вследствие мноrих при-
чин: поrрешностей привода стола делительной маШИ!lЫ, установки
заrоtовки лимба, на.1!адки маI1IИНЫ, резцовоrо инструмента, поrреш-
настей, возникающих из-за колебаний температуры, давления, сил
трения, вибраций. При получении фотокопий к этим поrрешностям ..
добавляются поrрешности из-за неравномерной засветки .участков
лимба, аберраций проекционной системы, неправильноrо ориенти-
рования заrотовки копии относительно ориrинала и друrие. В pe
зультате поrрешность положения штрихрв представляет собой пе-
ременную нереrулярную величину (СМ. рис..l.16, 6). Лимб является
u u u
замкнутои системои штрихов, поэтому сумма полных поrрешностеи
всех N ero штрихов равна нулю [8 У:
N N
Е i === Е (А<рс, + 4ff'vi) == О,
i==l i==l
J[ -
(4.25)
138
rде А<рс, L1rpv........ 'систематическая и лучайна я состаВЛЯЮЩие по-
rрешнос и положения штрихов соответственно. Систематическая
составляющая' может БыIьb предста лена следу!Ощим рЯДОr\1 Фурье,
имеющим четные И нечетные чле ы разложения: :-'
N т k
Acp c ==:' ACPci == а n sin nср == а 2n +l sin (2n + 1) ер +
i n==О n==О
1 ..
+ а п sin 2n<р, (4.26)
n==О
rде . а ........ амплитуда; , т == k + ! ........ число членов разложения, не-
четных (k) и четных (l); .n == О, 1, 2, ..., т.
Случайная составляющая подчиняется ,закону raycca, причем
N
d(f)жv == l1q>iv == о. ( .27)
1==1
, .
Компенсация систе.м.атuческой ,составляющей поrрешности деле-
ния основана на увеличении числа считывающих систем. Рассмотрим,
· u u
eMY равна поrрешность не окомпенсации этои составляющеи при
применении двух ДlJаметрально противоположных отсчетных уст-
ройств (см. рис. 4.39). Измеряемый уrол определяем при этом как
полусумму ero значений по одному и друrому устро ствам (сумми-
pye1yl и усредняем поrреЦIНОСТИ 1 положения диаметрально противо-
положных штрихов лимба). Систематическая составляющая поrреш-
ности одноrо из пих может быть ЗЗI:Iисана соrласно выражению (4.26)
m ,
в виде A(f)ci == а n sin п(f)i, а ДЛ}! ПРОТИВ9положноrо штриха
. n --:- О
т, ,
/J.<Pc (1 1800) == 'а n sin п (<Pi + 18()О). При их суммировании и ус-
n==о '
реднении с учетом Toro, что нечетные члены разложения нахо-
дятся в противофазах, а четные........ В' фа3е, получим недокомпенса-
u
цию поrрешностеи средн rо из двух отсчетов: ,
L\<J> ВК, == + { [ f a. n + 1 sln (2п + J) <J>i + t а п 'Sln 2n<J>i ] +
.. п==О п.=О
+ .[ o a n+1Sin'(2n + 1) (<J>, + 1800) + n o а п sin 2п (<J>i + 1800) ]} ==
1
== Е а 2n sln 2пepi. .. (4.28)
п==О
Таким образом, при двойном (визуальном или фотоrрафическом)
отсчете компедсируются только нечетные rармоники системати-
ческой составляюще поrрешности деления лимба. Для компенсации
четных rармоник Qбы но устанавливают две считывающие системы,
расположенные под yrJIOM 900 по отношению к первым двум систе-
мам. Однако, как показано в работе [8], при этом происходит ком..
пенсация не всех четных rармоник.
139
Де'йствительно, )для HOBoti системыI мь! Также имееМ недоkомttей-
сацию, .равную
1
CP K == а2п sln2пcpi +900.
n.:..::О
( 4.29)
Суммируем и усредняем выражения (4.28) и (4.29) получаем эначе-
u
ние недокомпенсации поrрешностеи средн rо из четырех отсчетов:
1 { ( [/2 1/2 )
L\lP1+; , ""2 n 1 .... а 2n sln 2тр; + 11==2 . о.. n sin 2nq>i +
. ,
[ . 1/2 1/2 ] }
+ n . о.. а 2n sin 2n (q>i + 900) + n 2 . ... а 2n sin 2n(q>i + 900) . ==
,
.
1/2 .
Е · а 2n sin 2п CPi.
n==2, 4, ... _
. (4.30)
Следовательно, ПРJi I:Iрименении четырех отсчетных систем не ком-
u
пенсируются, начиная счетвертои, rармоники, кратные четырем.
,. Так как с увеличением номера rармоники tre обязат льно происхо-
дит уменьшение ее амплитуды, .то применение только двух отсчетных
систем не может считаться достаточным для компенсации система-
тической составляющей поrрешности деления. Применение четырех
отсчетных систем ПОЗJ30ляет осуществить эту компенсацию более'
полно, причем в зависимости от наличия или отсутствия' rармоник
той или иной частоты в используемом лимбе и их амплитуд уrол
между пара,МИ отсчетных систем изменяется для осуществления ком-
пенсации наиболееl сильно влияющей rармоники. Например, из
выражения (4.30):видно, что, установив уrол; равный 45 , получим
компенсацию 4-й, 12-й и ДРУi'их rармоник.
При применении восьми считывающих систем систематическая
составляющая практически полностью компенсируется.
/(омпенсация случайной с()ставЛЯЮvЦей поrрешности деления мо.
жет быть осуществлена путем повторных измерений одноrо и Toro же
уrла на различных участках лимба (см. п. 1.4). Этот прием позво-
ляет уменьшить поrрешность примерно на значение корня к!3адрат"
Horo из числа повторных измерений, однако он весьма трудоемок.
Использование двух и большеrо числа отсчетных систем для компен-
u u ·
сации систематическои составляющеи позволяет на столько же
уменьшить случайную составляющую.
Еще больший эффект дae испол зование частичноrо или пол..
Horo интеrральноrо считывания,' применяемый в фотоэлектрических
уrловых датчиках. Суть ero состоит в том, что считывающая система
работает не по одному, а по n штрихов лимба или по всем штрихам
одновременно. При частичном интеrрировании для этоrо на лимб
вроектируется не одна светящаяся щель (см. рис. 4.42, а), а сетка
С n освещенными штрихами. При этом размер и шаr штрихов ceTK ,
8 также увеличение проекционной системы подбирают так, чтобы ее
изображение было ПОДQбно шкале лимба.
/'
140
На рис. 4.46 приведена схема фотоэлектрическоrо yrJioBoro дaT
чика с частичным интеrральным считыванием, в котором для этих
целей' используют сетки 3 (или. неподвижны й лимб), установленные
вблиз'и подвижноrо лимба 2, модулирующеrо пу ок света, проходя-
щий через n прозрачных штрихов на фотоприемник 1. При суммиро-
вании и усреднении сиrналов на фотоприемнике от n штрихов по-
rрешность положения импульса, выработаIJНО О по суммарному
сиrналу, соrласно теореме Чебышева будет иметь среднее значение,
u u
равное систематическои составляющеи поrрешности этоrо участка
лимба ( CPci), и дисперсию
Dx'i == Di/n,
rде D i дисперсия случайной поrрешности штрихов лимба. Таким
оБР З0М, при достаточно большом n iIоrрешность положения лимба
существенно уменьшается и определяется
в основном ero систематическими состав-
ляющими.
Рассмотрим теперь, как влияет поrреш-
ность шаrа штрихов неподвижной сетки
,или элемента неподвижноrо лимба на
точность компенсации. Случайная по-,
rрешность n, Ш'I'ри хов используемоrо эле-
мента лимба или сетки имеет математиче-
ское ожидание М ( CPvj), равное система-
тической поrрешности шаrа штрихов этоrо
элемента ( CPcj.), И дисперсию D j . "
При суммировании в случае отсутст-
вия корреляции между поrрешностями
штрихов лимба и сетки имеем Рис. 4.46. Схема фотоэлек..
CP cij М (dсрvд + M . ( CPvj) ==' ) трическоrо уrловоrо датчика
с частичным интеrральным
dCPci + <Pcj, , (4.31) считыванием
D ij == (Di + Dj)/п.
Следовательно, компенсация случайной составляющей ухудшается
на величину Dj/n. Систематическая составляющая поrрешности
полож ния лимба ( cp cij) в этом случае явдяется переменной ве-
личиной и не может быть сведена к нулю, так как величина <pci.........
также переменная (на разных участках). Для одних положений лимба
может оказаться, ЧТО cp cij < CPci вследствие взаимокомпенсации
dCPci и Llcpcj, а для друrих ----- CPx, cij > LlCPci. Это указывает нЗ" необ.
ходимость предъЙвлять высокие требования и к точности неподвиж-
ных сеток.
При полном интеrральном считывании у.rловое положение лимба
определяют по _ суммарному сиrналу, поступающему на фотоприем-
ник от всех N штрихов лимба. Для этоrо штрихи вращаемоrо 1:1 по-
доБН,оrо ему неподвижноrо .лимба освещают кольцевым источником
света, а прошедший поток ВОСПРИНИ!\1ают кольцевым фотоприемни-
ком (либо применяют оптические системы, позволяющие ИСПQЛЬ30-
2 j
L......J
,.....,
L.....I
....,
, '\
.. '
!41
(
nАние о ычныI'исtочнйkовB и ttриемников света). На риё. 4.47 изобрз-
жена схема уrловоrо датчика с полным интеrральным съемом 1,
oCHoBaHHoro на применении кольцевоrо источника света 2 и кольце-
Boro фотоприемника 5. При вращении вала 1 с укрепленным на нем
.лимбом 4 происходит модуляция BeToBoro потока" прошедшеrо че-
,рез все N ero штрихов и штрихов подобноrо ему- неподвижноrо
лимба 3, на кольцевой фотоприемник.
На рис. 4.48 изображена схема фотоэлектрическо.rо датчика 2
с полным интеrральным считыванием, исполъзующим обычные
источники и приемники излуч ния. Он состоит из ист чника света 1,
находящеrося в фокусе кон-
Оденсора 2, кольцевых отра-
жающих конусов 3 и 8, oд..
вижноrо и неподвижноrо лим-
бов 6 и 7, объектива 5 и
1
2
:5
......
. /",
'-
][
5
Рис. 4.47. Схема фотоэлектри--
ческоrо уrловоrо даТЧ,ика с пол-
ным интerральным считыванием
на основе кольцевых источника
и приемника излученйя
. ] [
'8
7
6
.
Рис. 4.48. Схема фотоэлектрическоrо
уrловоrо датчика с полным интеrраль-
ным считыванием I
фотоприемника 4. При вращении лимба б световой поток модули.
руется одновременно всеми щелями и собирается на фотоприем-
нике, пространственное положе ие cYMMapHoro импульса KOToporo
оп ределяет уrловое положение, лимба.
Так как сумма полных поrреШНОС'Fей всех. N штрихов лимба
равна нулю, то часто считается, что при полном интеrрировании
удается избавиться от всех поrрешностей ,ero изrотовления и сборки.
Очевидно, что такая полная компенсация' поrрешностей может
u u u u
произоити при выполнении по краинеи мере двух ус овии: равно-
мерности освещения рабочей пов рхности по пер и метр у и отсутствии
поrрешностей деления неподвижноrо (либо подвижноrо) лимба.
Равномерность освещения зависит от качества источника' света,
аберраций конденсора, децентрировок пер оrо и BToporo рода вау-
TpeHHero и наружноrо отражающих конусов и т. 'д. Но даже при
удовлетворительной равномерности освещения из-за невозможности
, ,
1 А. с. 696280 (СССР).
I А. с. 355493 (СССР).
.142
.......
выполнения BToporo условия (отсутствие поrрешностей) следует
считать, что дисперсия поrрешности. уrЛQвоrо положения лимба
будет .равна 'D'2.N ,== (D i + Dj)/N. Следов тельно', полной коыпеи tw
сации поrрешностей при интеrральном считывании достичь не
удается. .
4.7. КОМПЕНСАЦИЯ поrРЕШНОСТЕЙ
. \, НАВЕДЕНИЯ И СЧИТЫВАНИЯ
,.
. .
в основу функционирования мноrих оптических приборов (Teo
долитов, автоколлиматоров, измерительных микроскопов) поло-
жена операция 'совмещения изображения и марки, наблюдаемых
оператором с пqследующим, снятием отсчета по шкалам. При этом
из-за оrраниченной QСТРОТЫ зрения и друrих п'ричин [34] оператор
не может абсолютно правильно располощитЬ изображение относи-
тельно марки и оценить IHa rла'з расстояние от штриха до индекса
(т. е. долю деления IIIкалы). Возникают так называемые поrрешности
наведения (совмещения) и считывания, которые оказыв ют сильное
влияние на точность работы этих 'прпборов.
Поrрешность попереЧИЫХ,.наводок. Вследствие Toro, что дифрак
ционное изображение объекта в продольном направлении,rораздо
больше, чем в поперечном, а также ..из-за ' ккомодационных свойств
rлаз точность продольных навоДОК rораздо ниже, чем поперечных.
'Этим объясняется преимущественное использование в оптических
приборах поперечных наводок. . Точность пе>перечных наводок 'Е!:
., J? !ериз !S'Я ПQrl1еШ!t9СТl2.IQ..J1&crJОelJ;О 1!!i. Я '@ f! 1 KTa
' .,С . СQвм ае ои ... MJl @ а q...о.r Q ЦШ.9.-<;Ib,, QЕ};'tJJ.Q.Вl1 lt \ <;l! У Щ!l_ И"
u
J!Eичинами: плохим качеством механизма управления, пороrовои
чувёТirиreльностью движения opraHa (рукоятки) управления, orpa-
u u
,ниченнои остротои зрен я оператора, параллаксом.
Качество механизма управления определяется плавностью дви-
жения мех низма, упр вления (т. е. колебанием момента или силы
сопротивления на opraHe управления), жесткостью и инерцйон-
ностью ero ?веньев. ПОрQrовая, чувствительность движения обуслов-
лена оrраниченными психофизиолоrическими возможностями опе-
ратора в осуществлении малых (тонких) перемещений opraHa управ-
ления. Она зависит от 'размеров и формы opraHa управления, мо-
мента сопротивления движению, тренированности оператора и ха-
. \
рактера контроля за совершаемым движением.
На рис. 4.49 представлены rрафики, характеризующие зависн-
мость nороrовой чувствительности движения -(минимальноrо уrла
поворота) рукоятки (маховичка) с накаткой для нетренированноrо
оператора в зависимости от момента сопротивления движению и.
диаметра рукоятки при зрительном контроле за совершаемым дви-
жением: Как видно из rрафиков, наилучшая чувствительность дви-
жения достиrается при моментах сопротивления движению от 1
до 2 Н. см и диаметре рукоятки от 40 до 60 мм., .
Качество механизма и пороrовая чувств тельность opraHa управ-
JJепц опредеЛЯIQТ пороrовую чувстnцтелрцостр движения Bcero
/
1 3 .
.
механизма (привода) и, в конечном счете, степень ВОЗМОЖНОСТJI и-----
быстроту совмещения изображения и марки. При проектировании
иривода управления должны быть обеспечены ero жесткость, плав-
ность движения, оптимальные -моменты сопротивления движению,
размеры opraHa управления и 'передаточное отношение от opraHa
управления до перемещаемоrо объекта. o позволит получить до-
статочную чувствительность, не влияющую на поrрешность совмеще-
ния изображения и марки. В этом случае поrрешность наводки будет
u
JX. , определяться оrраниченнои
7тtn ... остротой зрения оператора и
параллаксом.
Известно, что поrреШНОСl
наводки зави ит QЦ ИА ,: .9I!-
ч. Iuа "м.ы1l<.маa p .oIL..Ji. ИХ'\' J{OlJ-
, '!PY T BHЫX ,) хара*теристик,
типа светофильтров ' ... KOH '-"
траСТНОС1;И ," изображен я
аберраций опт ч.е J5;ОЙ сис е:"
. мы, психофизиолоrических
..даJJНЫХ оператор- J1Я рас-
о,25Н'СМ чета и компенсации поrреш-
G,5H.CM но ти наводки необходимо
зН'ать закон ее рассеяния, на-
личие систематических со-
lН.СМ. ставляющих. и их причины,
факторы, изменяющие по-
80 rрешность при эксплуатации'
В, ММ прибора.
Рис. 4.49. rр'афики пороrа чувствительности Для получения: этих дан-
движения для рукояток с накаткой в случае НЫХ автором совместно с
зрительноrо контроля за результатом движе А. Соловьевой были П р ове-
нин
- дены исследования поrреш-
ности совмещения изображения штриха с биштрихом одноrо 'из
наиболее часто используемых на практике вида совмещаемых марок. 1,
Иссл дования проводились на установке, изображенной На рис. 4.50.
Поrрешность совмещения изображения штриха сетки 4 с биштри-
хом экрана 6 измерялась микронн м индикатором при MHoroKpaT-
ных наводках, осуществляемых винто рычажным приводом. Для
. . u
оценки влияния на результат исследовании MepTBoro хода индика-
тора он был измерен в десяти точках рабочеrо диапазона и не
превосходил l,р мкм. Определение числовых характеристик и зако-
На рассеяния производилось по результатам из 50 200 совмещений,
выполняемых с разных направлений (слева направо и справа на-
'лево). Роль влияющих факторов определялась по изменению чи-
словых характеристик поrрешности при изменении типа светофильт-
ров, освещенности, положения предмета наблюдения в поле зрения
проекционноrо объектива и замене проекционноrо объектива.
На рис. 4.51 предста ;Iены полиrоны рассеяния поrрешности
совмещения для случая цаводок па M TOBOM экране без светофиль-
.
24
16
40
J4
( 1<
тров (объем выборки....... 200), которые являются типичными !i для
друrих условий наблюдения. Проверка заКQНОВ рассеяния по кря- .
терию соrласия Пирсона показала, ЧТО -они подчиняются КОМПОЗИЦИИ
Jl
I
э - 8
'Вид А
Рис. 4.50. Схема установки для
исследойания [поrрешностей
поперечных наводок:
1 3 осветительная система (по
Келеру); 4 сменная сетка с тремя
темными штрихами; " проекци-
онный сменный микрообъектив
40 Х 0.65; 6 матов ый экран с тре-
мя ('\иштрихами; 7 индикатор с
ценой деления 1 мкм; 8. 9 смен-
ные светофильтры
I/r Ф I
закона raycca и равной вероятност , либо" (что пьлучалось реже)
закону raycca. Такое сочетание законов рассеяния об ясняется
тем, что существует некоторая зона е, оrраниченная линиями
р -
0,15
0,10
'"
'\.
0,05
о
0,533 558 O,S8J у, ММ
f
Рис. 4.51. Полиrоны рассеяния положений марки экра-
на при повторных совмещениях с изображением штриха-
1 2 для на'Водок слева и справа соответственно
,
и Ь (рис. 4.52), п.ри нахождении в kОТОрОЙ изобра:жения штриха опе-
ратор не замечает неравенства отрезков с и d. Этой зоне соответствует
закон равной вероятности рассеяццй ПQложецця биштриха относи-
. Q
тельно штриха при повторных наводках. Е ли же край штриха вы-
ходит за линию' а или Ь, но .не переходит линии а" или Ь', то он ПО-
u u u
падает в зону, которую 'ус.лОВНf? MOlКHO назвать зонои неустоичивои
· . чувствительности: оператору начинает казаться, ЧТQ отрезки с и d
не .равны, причем уверенность в этом возрастает при приближении
к rpанице а' или Ь'. Этой зоне cooTBeTcJByeT заКQН [аусса. Если же I
край штриха выходит за л нию а' или Ь', то опера-
тор уверенно замечает неравенство отрезков и при-
, водит изображение в зону е'." , '
Величина и соотношение зон е и е' зависят от
мноrих факторов: размеров h и /Н, апертуры объек"
'f.ива, контраста, освещ нности, длины волны света,
величины и вида аберраций, вида наводок (нониаль-
ное, с биштрихом, наложени м), остроты зрения
оператора., Эти, зоны определяют поле рассеяния
положений изображения 2бу == е' h == С таХ .........d rn1n .
При расчетах полей.. вероятных значений поrреш- ,
ности важно знать возмо ные соотношения Me y
зонами е и е' (cTporo :t:оворя, соотношение м жду
законами raycc-a и равной вероятноС'tIl); так как они
MorYT быть найдены умножением средней квадрати-
u I
ческаи. поrрешности на значения соответствующих
коэффициентов. В проведенных нами исследова--
, u .
ниях, носивших оrраниченныи характер, получены
соотношения между е и е' от О до 0,5.
Необходимо заметить, что на пр ктике часто
смешивают понятия поrрешность и чувствительность
поперечных наводок, принимая в качестве послед-
u
неи среднюю квадратическую поrрешность наведе-
ния (равную для случая совмещения с биштрихом .
6 8"" при нониальном совмещении 10 15" и при
.наложении 30 60").' ПОД чувствительностью (более
правильно......... пороrом чувствите.льности). следуеr.
I u
понимаrь то минимальное у л овое или линеиное сме-
щение изображения, которое может быть замечено'
оператором. Известно, что, оператор блаrодаря дифраКt(ИОННОМУ
перераспределению энерrии в изоБРflжении способен замечать очень
малые перемещения, равные в среднем 1/6 1/10 разрешающей
. способности rлаза, но оценить с такой точнострю неравенство от-\
резков с -и d он не может. В результате поле рассеяния положений'
изображения штриха I 2бу MHoro больше пороrа чувствительности
наводок даже в случае, коrда друrие составляющие поrрешности
совмещения (качество привода, пороrовая чувствител.ьность движе-
ния opraHa управления) оказывают ничтожное влияние.
В наших исследованиях значение 2бу в среднем было равно
O,6 1,0 разрешающей способности, а зона е (без учета h) 1 ,5 2,O
значениям пороrа чув твительнос и. .
Вопрос о соотношении 'между noporOM увствJfrельности и зо-
нами е и е' »меет важное значение' и нуждается в прозедении сце-
. "
н
е
е
j
а'
11
11.-
11
11
11
11
11
I J
11
(1
11
. I
а
ь'
Рис: 4.52. СХе-
ма бразования
,рассеяний при
совмещении
штриха с би-
штрихом
146
nиа ЛЬНЬfХ ИСё ледоваttи:ti. Ka ВUДН<> нjj ЦСА JчJ tJqм црч\ш ,
Вii.OO:iUI:' ,в цU'п rм п етса ПfVIp...дl}!ппир.оltаНJd.s:. rтОJJей.t>
.. еяния. что rо»оgит о r!! ..ЛЙt{li s. с! а !!' ___ !. !! ir Щ . 2J
_ rрешн и H lI . Q 1>]:pH, I1,a &.8 A.gi! Qlli ,, .,,
\.:О; Jf Q !Ш.Р [!;9l?М..,заключающеися, в Т9М, что он, QОЯСЬ перевести
(иЛИ, наооорот, недовести) изображение за центр биштриха, непро-
йзвольно ero не доводит.. т. е. /оказывается чаще У rраницы а при
'--' движении слева направо и у rраницы Ь ..при движении справа на-
лево. Значение ЭТ9Й поrрешности- зависит в первую очередь от опе-,
, ратора, а TaK e от размера зоны е'. Значение 1\; === У2 дЛЯ
ряти операторов, участвовавших в исследованиях', достиrало Ha-
чений от 5 до 30 МКМ. /
"
Условия наведения
Номер
объектива
Светофильтр
1
Красный KC-11
Оранжевый ОС-12
Зеленый 3С-2
Сине-зеленый СЗС-В
1
Наводка по центрально-
му штриху
Наводка по крайнему
штриху
(
'\
Без свето-
фильтра
2
3
Вез светофильтра, наводка по цен-
тральному штр иху
4
т а= б л и Ц а 4.1
Числовые характерис-
тики рассеяния поло-
жениЙ биштриха, мм
...
у
Ot 531
0,568
0,607
0,594
I .,
ау
Ot 015
0,012
0,013 .
0, 10
0,014
0,017
0,008
0,-014
0,009
.
...Для ' и ч ения появлен я этой составляющей поrрешности .
наведения слe:n: У 1 iНlfЮИЭв&Ди?tF' fI1l80Jt fI ..... :.:. OC;l) A.L, nаб1fnJдеfiи я
Й
....-е '"'O HO 'с-тorrопьт;'''''''нееметрн :fl Jr' киflеI({с1 -
u u .
;>",у:ТJШес-lЮИ". цeIU;f ; Q! . !!Lq,!!- . . l ,.. .' "
И fС ;Д '1 .._!!. 211 .R е , JШводок,. ,nЬЦIОЛЦЯ J? ;rt, , ,, , Л.Ю -
, !lИИ различных светофил!?тро , nOKa aJl , что > изме "ет S! He 'fdJ'tbXO
. редняя квадратичес.к _ , ,п<?rрешнрсть (ау), но и сме,щае.тся -центр
IJ!УЕПИР'? ания (tа.бл. 4.1). liзм не!!ие В ЧJJ Н I l..(1 Q.QYc !! .
ХлаВНЬ ' Rа О Ч!I,ь мuце IP аль ! чуве'Fв.и.хель.нQCIЦЮ ? p,
ННЯ . ..QllеРaI'Щla. L Q!I!Р. 1 , _ g9М,Ш -I1ИЯ , .Jj iI.м ЬW .!!9.. Е! Щ Ь
{!.,g," . !!. .JML сине зеленоrо свеТо<JlИЛh созда щеrо, видимо,
, оптимальное соотношение между упомянутыми факторами; что под-
тверждает рекомендации, изложенные в работе [21 J.- М$Ш "
I!!R", :_ rР, .n.IJJlр.оваRИ,Я ОQу лов е о' изменением центра симметрии
147
, "
а е И!l , (например, из за измеitе ltя xpOMaTi(3M увелiiчеiiия).,
.! ",", !!.!.UL.- ПО913,1Jе- НИSJ.";ЦаНснеи состаВi1lstЮщеи поrрешнос;ти
. 1Iав едения не следует производить переключеlJие светофильтров,
не закончив цикла и мерений. ·
При з.а е!I 2 qе ЦI!9 Н9rо. ОQъе rп а ,(па ана.л.оrИЧJIЫЙ) J{ при
p t . р W RPШП! h.t , <, !L 'J:Kax>" ,ПОJJ}l . Зрения пorрешнос'FЬ ПОFI.ереч"
'tiых J{а:аодак .с,ущеc.mе1l6Q »;;i.меlJ:flJ!g...s:е (см. табл. 4.1), TO обу ло ..
лено изменением величин,Ы и вида аберраций. ..." ,,,.. J
..' . .,"" H : ряс:: ," 4\.5 приве-депа .; зависимость" . средней квадратической
поrрешности наведе ия от освещенности. Как видно из рисунка,
поrрешность увеличивается не только при малых освещенностях
(из-за уменыпения контраста и чувствительности rлаз), но и при
.. слишком больших, создающих
u
ослепляющее деиствие, приво..
дящее к быстрому утомлению
оператора. Заметим, что осве-
щенность экранов, работающих
на просвет, MHoro меньше осве-
u
щенности, рекqмендуемои \ для
создания на рабочем месте (50.........
Рис. 4.53.' f3ависимость среднеквадрати" 250 ЛК). . '.
ческ й поrрещности наведения от осве- Расчет вероятноrо поля рас-
щенности еяния поrрешности наведения
при выполнении поперечных
v
наводок из-за оrраниченнои остроты зрения оператора следует про-
изводить по формуле
Ву" == ka" /r ,
б,мм
0,008
0,004
О
б
'12
18
2+ Е,ЛК
rде Ву" половина вероятноrо поля рассеяния; k коэффициент,
v
учитывающии доверительную вероятность и соотношение зоН е
и е' (для практически предельноrо значения поrрешности k ==
== 2,5+-3); а" среднее квадратическое значение поrрешности сов-
мещения в уrловой мере; r видимое .увеличение, при котором
производится наблюдение совмещаемых объектоJ3 (марок).
В линейной мере
Ву == Ika"5: 1 0---6/r,
rде 1 расст'ояние от оператора до наблюдаемых марок.
Для отсчетноrо микроскопа поrрешно ть наведения вызывает
поrрешность ,положения предмета
. бу :;:: 250ko'''5 .10 81f,
rде r видимое увеличение микроскопа.
Для телескопической сис емы поrрешность положения объекта
будет иметь вид: '
бу" == ka" /r т; Ву == Lka"5 .10-- 8 /r т'
rде r т ......... увеличение телескопической системы; L........ расстояние'
от системы до объекта наблюдения.
148
При несовnадении по rлуБИНе плоскости изображен я и марки
возникает параллаgс....:....... сдвиr изображения предмета относительно
марки при поперечных смещениях rла:за оператора. Так как смещение
rлаза оператора в пределах некоторой зоны (например, выходноrо
зрачка системы) является случайной величиной, то поrрешность
наводок из-за параллакса также случайна,
Максимальная поrрешность из-за параллакса определяется наи-
большим возможным смещением rла3а оператора:
при наблюдении неВООl'уженным rлазом:
dy == ptmax/a, (4.32)
, '
rде p расстояние между изображением предмета и маркой (про-
дольныIй параллакс); t max максимальное смещение rлаз odepaTopa;
а расстояние от оператора до марки. -(а == 250 мм);
при наблюдении через окуляр (лупу)
dy == ptmax/f' ptmaxr/250;
для отсчетноrо микроскопа
y === ptmaxr/(250p),
rде увеличение микр<?объектива;
u
для телескопическои системы
, l1у" == ptmaxr206 265/(2501'); l1у == L ptmaxr/(250f').
Поrрешность наведения из-за парал.лакса может быть суще-
ственно уменьшена усrранением ero при юстировке прибора. Это
достиrается взаимным смещением сетки или объектива либо ре-
зультативно обработкой их оправ.
Поrрешность считыван ия , 0.0. шкалам При снятии отсчета по
шкале оператор оценивает на rлаз долю e делени . Поrрешность
такой оценки обусловлена оrраниченными психофизиолоrическими
врзможностями оператора и параллаксом штрихов шкалы и индекса,
Даже, пр отсутствии параллакса точность rлазомерной оценки
весьма невысока (не более 0,1 0,05 деления шкалы). Поэтому
в том случае, коrда необходимо нимать отсчеты с точностью до 0,1.
деления и выше, применяют специальные устройства (нониусы,
микрометры). ' , . ,
Как изве'стно, поrрешность отсчитывания по шкалам зависит 'от
интервала, толщины, освещенности, контрастности штрихов шкалы
u
и содержит как систематическую, так и случаиную составляющие.
Систематическая составляющая поrр шности оценки долей деления
постоянна для каждоrо оператора (но различна для отдельных опе-
раторов) и заключаетея в том, что он приписывает отсчету всеrда
большее (либо меньшее) значение, чем имеется на самом деле, причем
u
величина этои поrрешности переменна в зависимости от значения
о ениваемой доли интервала.
При' расчетах поrрешность считывания целиком относят к слу-
9айным -(так как систематические поrрешносtи операторов различны
149
u заранее ней38естны). Наибольшее зНачение nоtреШ80СТИ отсчета
находится по формуле
Yc шах == -О,5А I1.n;
rде А -:----- цена деления; i1n == 1; 0;,5; (0,25); 0,2; О, 1 оцениваемая
на (лаз доля деления шкалы.
Расчет максимальной поrрешности отсчитывания из-за парал-
л акса ПрОИЗ О)IЯТ по фе-rмуле, аналоrичной" (4.32)
, ,
I1.Yc Ар == At max p/(an)"
rде n интервал деления.
,
'-
12
.....I......
11
z-= 176; ffF 5
z=58 i m=о,5
z-ЗО;t=2,5
t = 2.5' /(=2- леlJы""
1
1000р о т=::4 0 подорота
линии IJlJЗlJрО QнtJR
tJ
Z a 24;т a 7
z=50; т=l
Z=24; т=:1
Z::::60; т-l
Кинематическая схема оа-
реднитеJIЯ:
1 кнопка пуска "часовоrо механизма; 2 ......
рукоятка управления; 8 шкала секстан-
та в rpaAycax и минутах; 4 чаСОRОЙ ме-
ханизм; 5 каретка; б вилка; 7 ро-
лик осреДни;rеля; 8 ...... уrлоизмерите.льный
валик о<;реднителя; 9 рамка; 10 ...... rpy-
бая шкала осреднителя (один оборот....
З О ); 11 .... точная шкала осреднителя (один
оборот 1 О); 12 rрубая шкала отсчета
уrлов секстанта; 13 оrраничитель.пово-
рота '
r Интеrрирующие устройства. Случайные составляющие поrрешно-
стей наведения и считывания на практике часто J{омпенсируют пу-'
тем увеличения'числа повторных циклов функционирования при-
бора. в- связи с широким применением в оптических приборах фо-
тоэлектрических отсчетных систем и микро-ЭВМ, позволяющих
автоматизировать процесс отсчитывания и обработки результатов,
трудоемкость TaKoro метода компен ации может быть существенно
снижена. Примером коррекции поrрешности наведеция MorYT слу-
.жить двух- И трехко9рдинатныIe измерительные машины (микро-
скопы), фотоэлектрический ОКУЛЯРН,?IЙ ми:крометр, фотоэлек-
150
б1
1'"
.
. ,
АТ
А..А
1
:ТА
,.
. Рис. 4.55. Устройство узла осреднителя:
1 ролик; 2 ..... валик осреднителя; .rрубая шкала осреднителя; 4...... точ-
ная шка.nа осреДНИТ JJЯ; 5 rрубая щи:ап8 секстанта; 6 защитное стекло
101
трические теодолиты, в микро-ЭВМ которых предусмотрена про-
rpaMMa вычисления среднеrо значения результата мнорократ-
Horo на,едения IJрибора на объект наблюде ия. ...
Хорошие результаты. коррекции поrрешности наведения полу..,
u
чают также с помощью механических интеrрирующих устроиств,
используемых, например, в "авиационных ceKCTaH ax, секстантах
навиrационных перископов, . работающих в 'сложных условиях
· наводки из-за. качки судна, вибраций и дрожания рук оператора.
Эти устройства позволяют вместо одиночноrо измерения высоты
светила производить непрерывное измерение, в течение HeKoTopoto
промежутка вр-емени (обычно. 40, 120 или 2QO с), во время KOToporo
оператор удерживает изображение светила в центре марки. При.
этом на, уrломерном ,барабане осреднителя отсчеты уrлов будут
то уменьшаться, то увеличиваться, (алrебраически суммироваться).
На рис. 4.54 изображена кинематическая схема осредн теля одноrо
из таких секстантов.
, Ролик 7 и валик 8 осреднителя находятся во фрикционном соеди
нении друr с друrом. В "нейтральном положении их оси перпенди-'
кулярны друr к друrу. При пуске часовоrо механизма pa Ka 9, не-
u
сущая валик, с помощью реечнои передачи перемещает я nocTY-
U . ,
пательно с равномернои скоростью в шариковых направляющих.
'Повороты рукоятки 2 управления секстантом., выполняемые опера-
тором для совмещения изображения светила с маркой, приво ят
К перемещению каретки.5 и развороту роли'ка осреднителя. Перпен-
дикулярность между осями валика' и ролика нарушается и к посту-'
пательному движению валика' добавляется под действием ролика
. вращательное движение. Переместившись на рабочий ход 1, валик
развернется на некоторый уrол (j), представляющий собой YMMap-
ное значение всех ero положительны?С и отрицательных поворотов
за время работы часовоrо механизма
1
, == J tg t:I. dl/r,
, о
rде а......... уrол поворота оси ролика от номинальноrо. положения
в некоторый момент времени; d1 перемещение валика; r ра-
диус валика.
Конструктивно данный осреднитель" выполнен в виде aBToHoMHoro
узла (рис. 4.55).
4.8. КОМПЕНСАТОРЫ НИВЕЛИРОВ
С САМОУСТАНАВЛИВАЮЩЕЙСЯ ЛИНИЕЙ ВИЗИРОВАНИЯ
ДЛЯ повышения производительности и точности работ совремек.-
ных нивелиров применяют специальные устройства (компенсаТQРЫ),
автоматически устанавливающие визирную линию в rОРИЗ0нтальное
положение. Принцип работы этих компенсаторов основан, на том,
что при наклонах нивелира, оБУСЛО8ленных поrрешностью ero
выставки или нест БЦJJЬЦОСТQIQ ?сцовация (rpYHTa), оци. изменяют
tQ
6Д визирной оси в nриооре для созданий rоризонтальной ЛиНИИ
визирования в пространстве предметов. Достиrается это смещением
сетки либо поворотом или переносом визирной оси.
На рис. 4.56, a e представлены схемы способов компенсации
уrла наклона зрительной трубы нивелира [17]: компенсация уrла
наклона бл rодаря перемещению сетки нивелира при ero наклоне
на уrол 8 из положения Z в .положение Zo рычаrом с плечом 8, по-
ворачиваемым в точке Р на уrол 8' (рис. 4.56, 6); если точка Р совпа-
дает с узловой точкой объе тива, t-ТО S == {', а 8' == 8; компенсация
уrла наклона поворотом
и
визирном оси С помощью
зеркала, призмы или лин-
и
зы, уст новленнои в точ-
ке Р (рис. 4.5 , в) и ком-
пенсация переносом ви-
ирной оси С помощь
и .
зеркально-призменнои си-
стемы (рис. 4.56, е).
Для первых двух схем
компенсации уrла наклона
(6 и 8) должно выполнять-
ся условие: {' 8 == 88', а
для третьей схемы (е)
{'8 == k л S8, rде 8
длина рычаrа или длина
хода оси визирования от
точки ее падения на зер-
кало ,И,ЛИ призму KOMpeH
aTopa .цо'сетки; k л коэф-
фициент, зависящий от
числа отражений визир- .'
Horo луча в зеркально- Рис. 4.56. Схемы способов стабилизации ли-
призменной системе ком- нии визирования нивелиров
пенсатора. '
Из этих равенств BЫTe aeT основное уравнение компенсаторов,
расположенных за объективом нивелира: {' / S === .е' /е == k, rде k
коэффициент компенсации. Обычно ком.пенсат6р представляет соБQЙ
механический или rидромеханический маятник. Для получения
необходимоrо значения коэффициента компенсац и подвеску маят-
ника рассчитывают так, чтобы пр.И наклоне ВИ3ИРНQЙ трубы на
уrол е комп"енсатор отклонял визирный луч н.а уrол 8 } == k8. Необ-
ХОДимое значение коэффициента k достиrается механическими.
оптическими или оптико-механическими средствами. Компенсаторы.
MorYT быть установлены в сходящемся и в параJIлельном пучке лу-
чей перед объективом зрительной трубы нивелира.
Основными факторами, влияющими на поrрешность стабилиза-
, ции линии визирования компенсаторами, являются:
1. Нарушение уравнени компенсации из-за изменения экви:
валентноrо фокусноrо расстояния или расстояния 8 при перефоку-
. .
153
('
а),
Zo
. .........
: . .J. [ .
............
.........--
р
O) Р
$.4 . .... ...J . . Е
..... .....
, .... ....
, ..... .....
.... ....
2) .'_ ,
.OI!I
...:. .... .... i. .
.... .....
'!"'08____........
.....
СИрОЗКё зрительной трубы на рЗЗНОУДЙЛеНtlЪ1е ооъеktы Наблюде-
ния. Для исключения этой по решности применяют объективы,
фокусное- расстояние которых не изменяется при перефокусировке, .
либо компенсаторы, обеспечивающие соответствующее изменение
зна ений S или k. Нечувствительными к поrрешности из-за
перефокусировки являются компенсаторы, установлен.ные пе-,
ред объектив м (например,/ ко пенсатор нивелиров N, Dl,
ТН3). ,
2. Изменение высоты, узловой точки' объектива при наклонах
нивелира. Эту поrрешнос1'Ь можно уменьшить, если умеНЫIJИТЬ
расстояние {вылет) от объектива до центра ero поворота; если изме-
рить наклон нивелира (например с помощью уровня), то можно
также ввести поправки в отсчет на эту поrрешность. .
3. Оrраниченная увствительно<;ть маятниковой системы, обу-
словленная силами трения в точке подвеса, явлениями rистерезиса,
к чеством демпфировани я. Для повышения ч увствиrельности f\lаят-
никовой системы применяют, например, высокочувствительные двой.
ные и тройные шарикоп,?дшипниковые подвески [30], комбинацию
шарикоподшипниковой и нитя ой подвесок, стабильные маrнито-
индукционные и воздушные демпферы. ' I
" 4. Переп д температур, приводящий к изменению фокусноrо
расстояния объе тива и линейных размеров элементов, входящих
в уравнеН,ие 'компенсации, а также к ухудшен,ию чувствительности
подвески Для--уменьшения влияния этоrо фактора применяют терм-о-
компенсаторы, а также используют малочувствительные к измене-
нию температуры подвески. ,....
5. Поrрешности юстировки компенсатора, приводящие к нару-
шению соотношений' уравнения стабилизации, для устранения
которых следует выявить факторы (первичные поrрешности) техно-
JIоrическоrо характера, влияющие: на точность стабилизации, опре-
делить допуски на них и составить обоснованную методику юсти-
ровки компенсатора. 1
Применен е, устройство и исследование нивелиров с компенса-
торами подробно' описаны в работах [17, 47]. Остановимся под-
робнее на расчете допусков на поrрешности юстировки и рекомен-
.дадиях по ее выполнению. Рассмоrрим это на 17примере юстировки
компенсаторов авторедукционных · нивелиров ТН3 1 и ТН7
[26 ] .
Юстировка компенсаторов. На рис. '4.57 пр'иведена схема техни-
ческоrо нивелира ТН3 с самоустанавливающейся линией визиро- .
вания. В этом нивелире компенсация влияния уrлов наклона про-
изводится с помощью прямоуrольной ризмы 2, подвешенной как
маятник к rОРИЗ0нтальной оси качания. Ось качания 'смонтирована
на малоrабаритных сверхлеrких шарикоподшипниках:. Колебания
призмы 'rасятся маrнитоиндукционн.ым демпфером. Диапазон CTa-
билизации, равный + 45', оrраничивается взаимным наклоном изоб-
I ;\ А. с. 20 936 (ссср)".
154
ражения рейки и rоризонтаJfьноrо штриха сетки при f.!аклонах ни- .
велира. При наклоне нивелира относительно оси У возникает '
разворот сетки, а при наклонах относительно оси" Х ......... разворот
изображения рейки. Клин 1 служит для выставки линии визирова-
ния в rоризонтальную плоскость и выполняет роль защитноrо стекла.
В правильно отъюстированной си теме визирная ось трубы парал-
лельна оси качания призмы и направлена ПРОТИВОПОЛОЖНQ оси )(
по орту Ао. Нормаль отражающей rрани находится в плоскости
rоризонта и направлена по орту N o под уrлом 450 к оси качания.
Визирная ось в пространстве предметов находится в ПЛ9СКОСТИ
rоризонта и направлена по орту А о вдоль оси У'.
у
4 5
. . .'
б 7
.L
.
.J
r
Рис. 4.57. Схема ниве..
, пира тнз:, ,
1 .... юстировочный КJlИН;
2 ...... призма-компенсатор;
а .... объектив; 4 ..... приз-
ма; 6 ... фокусирующая
JJlIнза; 6 ...... се1.'ка; 1...
окупяр.
На поrреwность стаБИJlИЗ ЦИИ Jlин и визиров ния влияют спе.
дующие поrрешности юстировки компенсатора: 1) отклонение уrла
между осью качания призмы и ее нормалью к отражающей rрани
от номинапьноrо значения (450) на веJIИЧИНУ Ад; 2) непарал.лельность
оси визира по. отношеНИI9 к оси качания призмы в rоризонта.льной
плоскости на yroJI Ау и в верТиКаJIьJlОй........ на yroJI АР; З) непа.
раллельность нормали призмы rоризонтальнои' плоскости неот-
весность отражающей rрани) на величину d'Ф; 4) дестаБИJIизирующее
u ,
деиствие юстировочноrо КЛина.
Рассмотрим влцяние указанных поrрешностей на поrрешность
стабилизации линии визирования, Т. е. отклонение линии визир .
вания в пространстве предметов 'из rоризонталъной плоскости. Для
этоrо следует определить проекцию орта линии визирования в про;
u
странстве предметов Oq' каждои поrрешности при наКJlQпах ниве-
· пира BOKpyr осей Х Ц у па yrJ1bl и q>,
..
150:
, .
.. '
Запишем вектор нормали к отражающей rрани призмы с yQeTOM
б в виде
sin (4501 + 46) 2 cos 46 + 2 sin46
N == cos (450 + А6) == 2 'С05 46 2 sin А6
О О
-- V2 + У2 Аб
2 2
]/2 У2 Аб .
2 2
О
.
Орт падающеrо луча А о ' { ).
отклонение линии визирования при
оси У. Тоrда
Поrрешность
б
а
вызывает
,
накл нах нивелира BOKpyr
,
.
... ее У2 ]/2 --
cos ч' О sin fP L\б
NIp ,' SIp N ,==Z О 1 О 2 A6 ==
.. ----Sln q> О cos q> __ .. о
.
==
.. Jf ' У2"
совЧ' .,-+соsq>,..-4б {
.
! ' \ Ад
\
Jf2 Jl2
......51п q> ----r ..... S 10 q> ,.... 4б. .
.
,
rде S ер ..... ма.трица поворота системы координат.
. ( COS ер )
Орт падающеrо луча '13 .исходной СИСТ,еме: А* == о . На-
, sin ер
правление орта линии визирования с учетом б и ер находится. умно-
жением матрицы плоскоrо зеркала (М') на А * [32]: А ' == М' А * .
Так как нас интересует только проекция орта на ось z, то A ===
== 'тЗ1 А * + 8aAи + тita A ;'. '== C052 ер sin ер, .........2 cos 2 ер sin <рАб ........
1'56
.
COS 2 <р sin. <рL\б 2 + COS 2 ер sin <р + 2 siп З <рL\б + sin 3 ср б2. Сокра-
!ДаЯ и учитывая малость уrла ер (оrраничиваемоrо диапазоном ста-
билизации), получаем:
'A 2cp L\б.
( 4. 33
При наличии L\y орты нормали отражающей rрани призмы до
И после ПОВОРQта соответственно равны:
у2 cos ер 2
---т--
N== ]/2 ; /J ф ==
2 .
О
У2
---т-- ,
]/2
-- sin q>
.
о
а орты вектора П,адаJQщеrо луча: "
( Cos Y ) ( l )
А о == SlПоd У , y ;
....... ( CoS <Р ) ...
А == y . .
- sin ер .
. -
Проекция орта линии визирования на ось Z aBHa
A == cos ер sin <р sin <р f1y + cos 2 <р sin <р <p-Ay. (4.34)
.Б ТОМ случае, коrда ось визира непараллельна оси качания
ризмы в' вертикальной плоскости на уrол 4 , аналоrично преды.
дущему МОЖНQ записать:
CO ер "
...
N ф ==
JI!
,...
JI
......sln ер ,...
..
.
,
Ао == ( 1 ) ;
" Ар
. ( ....cos ер + sln q> 4 Р ) .
Ао == О ,
sln ер + cos q> 4р
Проекций, орта линии визирования/на ось Z ,
А; === ----cos 2 <р 51п ч' + cos ч' 51п 2 <р p + cos t ч' sln Ф +
+ cos 3 <р p cos ер A .
(4.35)
Отсюда следует, что влияние этой поrрешности практически по-
стоянно и изменяется при наклоне нивелира от О до <р на величину
aroporo порядка малости:
dA == (1 соз ер) A ер2 A /2 .
( 4.36)
157-
в слуqае неотвесности отражающей rрани "призмы на величину L\'Ф
DОЛУЧИМ: .
cos q> 2 + sin q> А'1'
У2
--т
sin q> 2 ' + cos q> А",
L
..... . ( cos ер )
Ао == О .
.......... s in\ ер
Проекция орта, ли ии визирования на ось Z имеет вид
"А; sin2 ер cos ер у2 4'1' соs З fP.,J2 Аф у2 cos ер ,1'1'. (4.37)
Влияние этой поrрешности также постоянно и изменяется на ве-
'личину .Бтороrо порядка малости .
dA == (1 cos ер) v2 Аф q>2,1ф/У2. (4.38)
На' более сильно дестабилизирующее действие юстировоч'ноrо клина
'происходит также при наклоне нивелира BOKpyr оси У. - . '
,Как известно, вращение клина BOKpyr оси падающеrо пучка
приводит к вращению пучка за ребром клина. Относительно верти-'
кальной оси пучок будет отклоняться по зависимости A / а sin <р,
. u
rде а ....... отклонение пучка лучеи клином; <р ........ уrол между перпен-
дикуляром к ребру ,клина. и rоризонтальной плоскостью.
При юстировке ребро клина может приняrь любое положение,
в зависимости от KOToporo будет изменяться дестабилнзация,вслед.
ствне изменен-uя q> при работе ниве ира .' . ..-.
_ ' dA; == а соа dq>. r (4.39)
"
В лучае, коrда ребр к ина перпе"дикулярио к плоскости r9РИ-
зонта (ч> == О), , получим ,
dA ==" dcp, (4.40)
rде d<p изменяется от О до зеJIИЧИНЫ 1 определяемой диапазоном ра-
боты компенсатора. -
Для техн.ических нивелиров с самоустанавпивающеЙСЯ 1 пинией
визирования поrрешность ее самоустановки Н,е должна превышать
A vd == 5". Найдем допуски dl на указанные поrрешности по сле-
дующей формуле (см. п. 2.4)
A i == Yvd/(Ki yn)',
N==
... У2 ..
---т--
У2 ;
--т
N ф ==
.
,
... ,1 Ф ее
, ( 1 )
А о == ;
rде 'AYvd допустимое значение показателя качества; К,...... пере-
даточный коэффициент 'поrрешности; а....... ЧИСЛQ - поrрешно<;тей.
Допустимое значение отклонения нормали отражающей rрани
ОТ 450.. равно
158:
AfJvd === A Vdi(2q> ) == 5;; · {).1 () в 1(2. 45; · 3'.1 O 4 у4) == 4,6. 1() 4 1,51.
Допустимые значения Qсталъных поrрешностей равны соответ-
ственно:
L1 Yvd == A vd/ ( ер -{ii) 3';
A vd::;:: A Vd/(COS ер vn> , 2,5";
dФvd == A;vd/(-,!2 co's ер уп)" == 1,8";
di lId::;:: A; d/Y n' ::;:: 2,5
Небольшой диапазон стабилизации позволяет обеспечить послед-
ний допуск (при а == 3', dcp == 45' dA тах ==i adep == 2,4"),. Осталь-
ные допуски технолоrически обеспечить невозможно и при юсти-
" ровке нивелира требует я их компенсация. __
Из выражений (4.35) и (4.37) видно, что оrрешности Af3 и L\'i'
,MorYT компенсировать, друr друr . Условием взаимокомпенсации
является выраж ние L\'Ф == L\p у 2 . Влияние данных поrрешносте'й
может быть компенсировано также рааворотом юстировочноrо клина.
В обоих случаях недокомпенсация их влияния при работе нивелира
BToporo порядка малости, определяемая выращ.ениями (4.36) и (4;38),
u .
позволяет расшиp1iТЬ технолоrическии допуск на эти поrрешности
)10 экономическоrо уровня. Так как поrрешность L\б не приводит
к поrреmности стабилизации линии визирования при наклонах
'нивелира относительно оси Х" то взаимокомпенсация БЛИЯНИ8 по-
rрешностей dб и y в общем случае невоз'можна.
Следовательно, при юстировке инструмента необходима отдель-
ная 'компенсация каждой поrрешности. Для этоrо в конструкции
узла качания призмы должна быть предусмотрена возможность ее
pa BopOTa относительно оси. Сама ось качания (либо визирная ось
трубы) должна иметь возмож,ность ПОВОРЕ>ТОВ. В rоризонтальной
плоскости. . , '
На рис. 4.58 приведена схем нивелира ТН7, ,который отличается
от нивелира TH 3 ббльшим диапазоном пределов работы компенса-
opa, равным ::1::6°, что позволяет производить установку нивелира
.В rоризонт На rлаз. Компенсация влияния уrлов наклона нивелира
производится здесь плоским зеркалом 2, подвешенным как маятник
. в двойной шарикоподшипниковой подвеске. Для устранения pa BO.
. ротов марки сетки, прикл'еенной к объективу, объектив установлен
в оправу, подвешенную на двух осях, одна--из которых параллельна
оси качания зеркала, а друrая совпадает с визирной осью. Коле-
бания подвижных систем rасятся маrнитоиндукцион ными демпфе-
рами. Визирная ось н в лира образуется узловой точкой объек-
тива и из.ображением центра (перекрестия) арки сетки зеркале 2.
На поrрешность стабилизации линии визирования влияют анало-
rичные первичные ,ошибки: 1) коллимационная ошибка непер-
пендикулярность нормали зеркала .к оси ero качания (dK); 2) непер-
, V
'пендикулярность визирноц оси К плоскости зеркала вследствие
децентрировки'марки сетки относи ельно узловой точки объектива
159
.
(Ае); 3) неотвесностЬ оrражающеА пЛоскости зеркала (А",); 4) деСfi1-
билизирующее действие клина.
Как показано в работе [3], первые три первичные поrрешности
вызывают отклонение линии визирования из rоризонта при наклоне
u u
нивелира на уrол 'v BOKpyr произвольно направленнои оси, лежащеи
в плоскости rоризонта на величину
" A sin О L\е/f б '\' COS (J) L\k L\ф. (4.41)
rде е направление эксцентриситета сетки; ro уrол между осью
. ПОБорота нивелира и осью Х, направленной вдоль визирной линии.
Наибольшая поrрешность сrабилизации линии визирования воз-
,/
1- ] /
t'i' ' 4
9 8 Ш б 5 .L...
_ . + .АА
., .
Рис. 4.58. Схема нивелира ТН7:
1 объеlhив; 2 плоское зеркало-компенсатор; 3.....
сетка; 4 10 наблюдатеJlьная система; 11 юстиро-
, вочный клин
.
,
никает при наклонах нцвелира BOKpyr оси Х (00 == О) и вертикаль-
ном . направлении вектора децентрировки (6 === 900).
Дестабилизирующее действие юстировочноrо клина также равно
dA == а cos (fJd(fJ. Исходя из Toro же допуска на поrрешность ста-
билизации линии визироваН-и , \найдем предельные значения до-
пусков на первичные поrреШНQ И. '
Допустимые значения коллимационной ошибки, децентрировки
сетки, неотвесности зеркала и детапибизации клина будут равны:
b.k vd === A vd/ ( 'V соз ro -,ln) == 5" · 5 · 10--6/ ( 60 · О, 0174. 1 ..,14) 24";
l1e v d:::::: А vdf б/(sin е yn) == 5" ,5.10"'6'162/(1.-,1'4) 2 MK ;
A"'Vd ' A Vd/yii == 2,5»;
dA vd == A fJd/Vn == 2 f 5 11 ,
Так/как эдесь стабилизирующий yroJI наклона больше, чем в ниве.
лире ТН3, то при а == 3' и dq> == 60 дестабилизация клина' буд т
160
...
равна dA тах 20,1,: Указаиньtе допуски выдержа!ь техilо.fIоrй.
чески невозможно. _ " ,
Анализ выражения (4.41) показывает, что поrрешности lle и ф
вызывают постоянное отклоненц.е линии визирования и MorYT ском-
пенсировать друr друrа. Условием компенсации является выраже-
ние 'Ф == sin 8Ае/f б. Следовательно, допуск на' il,e может быть
расширен до эконом ческоrо уровня. . .
в конструкции крепления зеркала должна б-ыть предусмотрена
!JО3МОЖНОСТЬ устранения ero коллимационной ошибки. Максималь-
ное значение недокомпенсации с ..Учетом друrих действующих nq-
rрешностей составляет не более 10 15".
Применение юстировочноrо клин'а (д же с малыми уrлами) в ши-
рокодиапазонном нивелире нецелесообразно. Из выражения (4.39)"-
следует, что в нашем случае для обеспечения dA;vd == 2,5" erb ребро
должно быть параллельно rQризонтальной плоскости (fP == 900)
и отклоняться при юстировке не больше, чем. Н'а уrол fP' ==
== ::I::arcsin (dA vd/(jdcp) + 70._
4.9. АДА!lТИВНЫЕ КОМПЕНСАТОР I
Все компенсаторы поrрешностей .в} широком смысле являются
адаптивными, так Ka их П,араметры приспосабливаются под кон-
кретные значения корре тируемых п rрешностей. Условимся под
адаптивными компенсаторами понимать такие, которые исполь-
зуются в адаптивной оптике.
Т.аким образом, адаптивным компенсатором будем называть
u u
активныи элемент оптическои' СJ:lстемы, параметры KOToporo изме-
няются в реальном масштабе времени с целью 'коррекции поrреш
ностей оптическоrо сиrнала (изображения). .Управление таким KOM
пенс атором, являющимся компоненто замкнутой следящей системы,
о-существляется с помощью анализатора изображения (или волно-
Boro фронта) и ЭВМ. Анализ 'И39бражения или измерение деформа-
ций волновоrо фронта является rлавным моментом этоrо управления.
РаЗЛliчают тр и метода решения эт-ой проблемы [1]. Первый
со тоит в Т9М, чтq пр извод т прямые измерения фазы волновоrо
фронта по апертуре с помощью 'rетерОДIiННЫХ детекторов. Этот метод
применяют в том случае, коrда принимаемый сиrнал приходит от
точечноrо монохроматическоrо источника' (например, лазера). Вто-
рой метрд основан на измерении.энерrии сиrнала от источника излу-
чения в фокальной плоскости объекти'ва, третий на измерении
разнос!Й фаз между соседними участками волновоrо фронта (напри-'
мер, с помощью интерферометра сдвиrа). Наибольшее распростра-
нение в адаптивных системах получил метод управления, основан-
ный на максимизации энеl'rии сиrнала от источника излучения.
По такой схеме раб тают., например, адаптивные оптические системы,
изображенн ые на рис. 1.31 и '. 3.10.
Адаптивные компен -аторы можно использовать для коррекции
t<aK поrрешностей, обусловленных влияющими факторами (рефрак=
пией воздушных сло в, изменением темпера уры, вибрациями, изме..
6 Латыев с. М. < ' 161
НёtIием iiаrруэок), 1'аК й технолоrичесКих ftоrрешноетей изtОТоf3ле-.
ния и сборки элементов оптической системы. .
Примером использования адаптивной системы для юстировки и
коррекции поrрешностей из-за температурных и силовых деформа-
ций может служить.схема телескопа с составным зеркалом (рис. 4.59).
Здесь юстировка COCTaBHoro зеркала и коррекция поrрешностей
производится с помощью системы управления элементами, содержа-
" .. .. .
fi
1-.5
2
6
\
1
Рис. 4.59. Схема юстировки cocтaBHoro телескопа:
1 осветитель; 2 вторичное зе кало; 3 уrолковый отража-
тель; 4 пьезопривод; 5 ..... составное rлавное зеркало; 6 анали-
затор.
щей осветитель, уrол овыIй отражатель, - анализатор изображения
и систему управления пьезоприводом. Принциfi ее работы ааклю-
чается в том, что лазерным источником освещения, расположенным
в фокусе телескопа, и уrолковым отражателем последовательно
U '
освещаются участки поверхностеи соседних элементарных зеркал.
Свет собирается в исходной точке при отсутствии рассоrласования
элементов зеркал относительно элемента, являющеrося базовым.
Анализатор изобра ения определяet величину этоtо рассоrласо-
вания и управляет пьезоприводом контролируемоrо элемента [24].
в настоящее время адаптивные компенсаторы используют в теле-
скопах и системах лазерной связи rлавным образом для компенса-
162
ции влияния турбулентности земной атмосферы, поэтому -их управ-
ление выполняется с частотой порядка КИJlоrерц. Такое быстродей-
ствие изменения параметров обеспечивают так называемые «rибкие»
еркала, управляемые пьезоэлектрическими приводами либо элек..
тростатическим полем. '
rибкими пьезоэлектрическими зеркалами называют такие, по-
верхность которых изменяется (деформируется) с помощью пьезо-
электрических приводов. Работа этих приводов основана на обра
, 1
/
1
I
(" I l'
, .
т I 1 I 1: 11 I J I 1 1: 1: I 1 ffi 1 1 1:1 1.
I 1\1: 1 J 1111 11111111111 11111 I1111 I
I '111 I 1 (11 I J (11 I I I 1'1 1 I I11 I I 111 I I
II( L....J 111 L..Jp, Lt..JII,I...J11( L...J11, LJ
. ,___ ...... .J) L..... ..... L.. .... .J L ..... ...11: ... ... .J l L ... .... .J \-- .... .,
,.. ,.. ., " "
.J
. IC ( II( ':'JI( ) IIC)I P!
I?
Рис. 4.60. Конструкция COCTaBHoro зеркала:
1 .... стеКЛЯНIIое алюминированное зеркало; 2 цилиндр из пьезокерамики; 3....
основание; 4 ..... юстировочный винт; 5 ..... электрод [1, 49] \
ном 'пьезоэлектрическом эффекте........ изменении размеров пьезоке-
рамики при подаче на нее электрическоrо напряжения. Известны [1 )
,два типа таких зеркал: составные и монолитные. Составное (иноrда
ero называ!рт поршневым) зеркало выполняется из HeKoтoporo
числа не бол е 20.......:..30 небопьших зеркал, yrOJIKOBblX отражателей
или триппель призм. Каждое из НИХ имеет индивидуальный привод
, управления. Схематично кок.струкция одноrо из такиХ зеркал, со-
стояще о из' шести элементов, представ.лена на рис. / 4.60. Ци-
линдр 2 изrотовлен из пьезоэлектрической керамики ЦТС либо
МНС, обладающей большей деформ-ацией и отсутствием rистерезиса
по сравнению с ЦТС [60]. Крепление пьезоэдектрических цилин-
дров к основанию и зеркал к цилиндрам осуществляется приклеива..
u u .
нием эпоксиднои смолои.
Коллинеарность и компланарность поверхностей элементарных
зеркал обеспечивается их'совместной полировкой после'приклеива.
ния) либо параллелрнОсть....... с помощью 'ЮСТИРQВОЧНЫХ ВИЦТОВ,
а компланарность ......... подачей напряжения смещения на пьезокера.
мику. I\омпенсация деформации DОJlПQвоrо фронта прcrnЗDОДИТСЯ
, 6* 163
поступательным (параллельным) ,перемещением элементарных зер-
кал пьезоэлектрическими --цилиндрами,' изменяющими свой ,размер
при подаче на них упр"авляющеrо напряжения. Каждый 'цилиндр
находится при нейтральном; положении в предварительно напря-
женном состоя,нии.
В некоторых конструкциstх' составных зер ал вместо элементар-
ных зеркал ИСПО)IЬЗУЮТСЯ уrолковые отражатели и триппель призмы,
ПОЗВОЛЯЮЩИeJfлучIiIить некоторые характеристики корректора [59].
, Существуют конструкции 'состав..
\' 2 ных з ркал. в-которых элементар-
# \ # .,; U/ If \ . ные зеркала наклоняются. Обычно
A X )(" CX' . для Toro каждое из них имеет
>< )( \«f «>< )< x Т р и пьеЗ0п р иво д а.
><Х ><>< >< X X ххх
){;<f )( x >< x Монолитное зе р кало выпол-
>Q<X Х >< >< X)( 1( '6« .zx u u
>« >< QY< >< 0 няют В виде СПJ!ОШНОИ тонк и ОТ:-
>< >< v? х Р ажаю щ ей пове р хн.ости , сое д инен-
..>< >< IC; х )( >< х х х Х ><
)х« N>« ><х * х ной либо с единым блоком пьезо-
элеКТРlJческой керамики - либо с..
некоторым чи ом цилиндров, вы-
u
полненных FfЗ пьезоэлектрическои
керамики. Цилиндры (или единый
блок керамики, к которому под-
соединена решетка с-необходимым
числом электродов) осуществляют
локальну деформацию отражаю-
щей поверхности зеркала. Зерка-
ло изrотовляют из стекла, молиб-
дена, бериллия и друrих матер.иа-
Рис. 4.61. Констру ция м нолитноrо фф
. зеркала: ЛОВ, значения коэ ициента
1 зеркало; 2 блок пьезоэпектриче- расширеf.lИЯ которых близки к
,ской керамики [1, 53] знач нию коэффициента расшире..
. ния пьезокерамики.
, На рис. 4.61 изображеца конструкция монолитноrо зер ала,
имеющеrо 21 зону локальной деформации. Сплошное алюминиро-
ванное зеркало прнклеено к блоку пьезокерамики, Иl'4еющей Диа.' .
метр 50 мм и толщину 12 ММ. На ерхней поверхности лока поме.
щена решетка электродов, расположение которых показано на ри-
сунке. К нижней поверхности подсоединен общий электрод.
Прикладывая к решетке биполярные напряжения относительно
общеrо электрода, поверхность зеркала деформируют 'селективно
в зависимости от ПРИЛ0женноrо напряжения (дефор,мация состав..
Jlяет от долей до нескольких д;лин волн). Частотная характеристика
TaKoro зеркала от О до 10 K Ц. Влияние зоны локальной деформации
на соседние участки зеркала незначительно, что считается преиму-.
, ществом по сравнению с 'мембранными адаптивными зеркалами.
На рис, 4.62 представлена схема управления rибким мембран,,
ным зеркалом. Отражающим элеменrом этих зеркал является".
мембрана .поверхность которой д формируется под действием элек:".
тростатичеСJ5:ИХ полеfi (ПрИВQДО:В). ,Отра ающая. .мембрана Bbl OJ1 .
16{
,
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
нена из титана. e толщина составляет обычно O,5 1,5 мкм,' диа-
метр до., l O ММ. .Мембрана помещается между прозрачным, и
управляющим, эле'КТрОД8МИ на расстоянии 50.........100 M M. ,
Конструкция мембранноrо зеркала приведена на рис. 4.63. -Про-
. зрачн'ый электр'од представляет собой токопроводящее покрытие,
иаliесенное на внутреннюю поверхность ,защитноrо окна. К электроду
приложено некоторое напряжение смещения и о , а к электродам
платы .4 и о + U s , rде. U s упр вляющее напряжение. Пр.и
отсутствии напряжения U s на управляющих элек?,родах поверх-
ность мембраны, плосgая .
(среднеквадратическое откло-
нение от плоскости не более
л/20). При подаче управляю-
щеrо напряжения суммарное
u . ,
усилие, деиствующее на мем-
брану,становится отличным
от нуля Ц мембрана деформи-
руется, причем центр дефор-
мации локализуется Haд. eM
электродом, к которому по-
дано напряжение. Неболь-
шая масса мембраны способ. -
ствует тому, что управляю- . Рис. 4.62. Схема управления rибким мембран..
щее напряжение несколько ным зеркаЛОМI .
ниже," чем в пьезоэлектри- 1 прозрачный электрод; 2 мембрана; 3.......
ческих зеркалах. - Обычно управляющие электроды
напряжению :f:: 100 В соответ- ..
ствует проrиб'мембраны + 0,5л. Демпфирование мембраны осущест;в"
'ляется воздушной средой. Управление дем'пфированием с целью по-
лучения наилучших частотных характеристик (>5 кrц) произво-
дится посредством изменения давлени'я воздуха между мембраной
и электродами. Система управляющих электродов выполнена в виде
печатной схемы. Диаметр мембраны равен 50 мм, активная (управляе-
мая) зона расположен на диаметре 25 ММ. Количество управляющих
8J1ектродов на рабочемдиаметре равно 53, что объясняется их тесным
р'асположением и Jiсполнением в виде rексаrональиой решетки.
ДлSJ получения наилучших частотных хара теристи в конструк-
ции предусмотрено устройство ,контроля давления. При использо-
вании как пьезоэлектрических, так и мембраНН9IХ зеркал ВQзникает
вопрос о неоБХОДИМQМ' числе управляющих приводов (N), частоте
управления (В W) и максимаЛЬJ{ОМ смещении ero элементов (мак-
симальном смещении фазы L\<pmax). В случае компенсации атмосфер--
ной турбулентности указанные требования к корректирующему
зеркалу можно найти из рекомендаций, изложенныIx в работе [58]:
N == (о,О5tk2С ZD /З/lп (I/SR)6/5;
BW == О;65У (k 2 сiтz)З/5; ,
А<РПJах :; O,57k (С ZD?/З)1'/2,
t
2,
з '
.-
11111111
.
t
rде k == 2л/'А, оптическое волновое число; С}., ПОСТОЯ,нная
структуры а:rмосферы; Z расстояние расп'ространения излуче-
ния; D T диаметр передающей системы; SR фактор Штреля
(отношение действительной максимальной интенсивности излучения
в фок льной плоскости К максимальной интенсивности злучеНИЯJ
оrрани енной дифракцией); V скорость боковоrо ветра. Число
l' 2
.
\.
б /
Рис. 4.63. :Конструкция rибкоrо мембранноrо зеркала:
1 заlI итное стекло; 2 мембрана; 3 .оправа мембраны;
4 печатная плата; 5 кабель; 6 устройство контроля дав-
ления (1, 52]
управляющих приводов можно .определить также в соответствии. '
с рекомендациями, изложенными в статье В. r. ТараlJе"нко «При.,
менение активноr деформируемоrо, зеркала для коррекции слу-
айных искажении фазовоrо фронта»....... ОМП, 1983, N2 2.
4.10. КОМПЕНСАТОРЫ rнУтий ТЕЛЕСКОПОВ
В процессе работы астрономических телескопов возможны появ.
u . I .'
пения смещении ero элементов относительно друr друrа из..за изме-
нения нормальных составляющих сил веса при наблюдении объек-
тов с различными зенитными расстояниями и температурных де-
формаций. Они приводят, например, к мещению кассеты относи-
тельно изображения светила, дифференциальному ИЗfибу (рассоrла-
сованию оптических осей) телескопа и rида и т, п. Эти механические
и температурные деформации, называемые обычно rнутиями теле
cI<ona, существенно ухудшают качество прямых фатоrрафий небес.,
ных свеТИJJ, поJJ ыx ClleKTpOrp M и фотометрич еСJ\И4 и мереН}lЙ,
'166
..
Для ,комhенсаций вЛияния rнутиl% телескопа в eto состав ВkЛIO-
u '
чают специальные устроиства компенсаторы rнутий. На рис. 4.64
приведена схема автоматизированноrо устройства 7"'"" компенсатора
rнутий, использующеrоCJI в rелескопе ЗТШ..2,6 м Крь мской астро..
физической обсерватории АН СССР 1. Устройство содержит выве..
рочную марку 5, расположенную в фокальной плоскости rлавноrо'
зеркала б, зеркально-призменный мостик ., состоящий из плоскоrо
зеркала 2 и крышевидной призмы 4, следящую систему 7, 8, 10,
14, сопряженную с rидом, снабженным окулярами 9 и 12, находя-
щимися на едином суппорте. Пучок света от выверочной марки
попадает через rлавное
зеркало и призменный мос"
тик иа объектив 1 rида,
который строит изображе..
иие марки в своей фо..
кальной плоскости. В этой
плоскости.. находится так..
же изображение 13 наблю..
даемой звезды.
3 ркально"призменный
мостик эквивалентен трип"
пель призме, поэтому лучи 14
света, выходящие из Hero,
па раллельны входящим,
независимо от пространст- 73
венных' поворотов мости..
ка. В результате 'любое 12 1110 9 8 7
смещение элементов опти" Рис. 4.6,4. Схема-компенсатора rнутий телескопа
u
ческои системы телескопа
вызывает fмещение изображения выверочной марки:в фокальной
плоскости rида относительно изображения звезды.
странение смещения изображения мзрки производится С по-
мощью наклонов в двух взаимно п рпендикулярных направлениях
плос ко пар алл ель я ой пластинки 14. Изображение звезды в поле
зрения телескопа возвращается в исходное положение экспониро-
вания поворотом Bcero телескопа. Окуляр 9 служит для визуалы оrо
дублирования модулятора 10 фотоэлектрическоrо канала. Недо-
- u
статком данноrо компенсатора rиутии является то, что он конструк-
"Тивно не сопряжен с выверителем фокусировки (это не позволяет
превратить цх в единую автоматически работающую систему)': а
также жесткие требования к точности выполнения двухrранноrо
прямоrо уrла крыши призмы, допуск на который составляет O,l
0,2" (не должно иметь места .двоение изображения выверочной
марки, которое вызывает снижение точности работы визуальноrо
и фотоэлектрическоrо каналов компенсатора rнутий .
Для устранен я недостатков и повышения точности работы со-
трудниками лома им. В. и. Ленина. БЫJiа разработана единая
3. А, с. 161537 (СССР).
, 2
· . ИJооражение
4 едет от з!JвэдЬf зЬвзiJы S
3
1
I
I
J
r
I
I
\ I
'\ I
..
167
система для J(омпенсаЦИ1i rнутий и -фОКУСИрОВI\И теЛескопа 1, -схемА
которой была изображена на рис. 4.8. Работа ее при компенсации
расфокусировки была описана выше. Рассмотрим, как производится
здесь компенсация rнутий телеСКQпа.. К9Rал компенсации. rнутий
содержит выверочную марку, нанесенную на деталь 4, зер ально':
призменный мостик 9, состоящий из 'призмы С крышей 8 и плоскоrо
. зеркала 10, плоскоп'араллельную пластинку 13,. которая качается
двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью при-
вода 14, фотоприемник 18, подключеННЬiЙ через управляющий уси-
литель 17 к двиrателю привода Пр)f работе телескопа по ЗJ3езде _ее
изображение проектируется зеркалом телескопа (наприм р, на qэо-
топластинку, установленную в ero фокусе). rидирование произво-
дится по той же звезде, изображение которой проецируется об ек-
ти ом 11 rида в центр перекрестия визирной сетки окуляра 16 и
центр фотоприемника ф6тоrида 15.
Выверочная марка проециру тся объективом rида в центр фото-
приемника 18. При появлении rнутий телескопа исходная точка
экспонирования ИЗ9бражения звезды на фотопластинке сдвиrается.
Одновременно сдвиrается изображе ие выверочной марки с центра
поля фотоприемника 18, ЧТQ приводит к появленю сиrнала рассоrла-
сования, управляющеrо через усилитель приводом качания плоско-
параллельной плаСТИIIКИ. Наклонами пластинки изображен'ие вновь
приводится в центр фотоприемника, однако при этом будет смещено
изображение звезды с центра перекрестия визирной сетки и центра
фотоприемника 15 rида. .
Поворотом Bcero телескопа от системы фотоэлектрическоrо .или
визуа.1Iьноrо' rидирования изображение звезды возвращают в исход-
ное положение. При этом изображени звезды на фотопластинк;е
займет исходную точку экспонирования. Для Toro чтобы предотвра-
ТИТЬ взаимное ВJJняние каналов выверителя фокусировки и компен-
сатора rнутий друr на друrа, перед растровыми марк;ами 3, 4.н дис-
сектором 24' установлены поляризаторы 22, 26 (одинаковоrо направ-
ления), ПЛОСКОСТЬ поляризации которых перпендикулярная к пло-
скости поляризаторов 25, 19 (также одинаковоrо направления), YCTa ,
новленных перед выверочной маркой и фотопр емником компенса
тора rнутий. Для устранения эллиптической поляризации света
при отражении в призме в поляризат()ры 25., 19 введены компенси-
рующие пластинки. . /'..
Допуск,На прямой уrол крыши призмы 8 в данной системе рас-
ширен блаrодаря сдвиrу входной 'и выходной диафраrм в разные
стороны от ребра КРЫIJIИ. .
Еще одним примером C CTeMЫ комплексной компенсации rнутйй,
расфокусировки и рассоrласований элементарных еркал может
служить cxeMa CO'CTaBHoro телескопа 2, изображенная на рис. 4.65.
rлавное зеркало телескопа образовано ше"сТЬЮ элементарными зер-
калами 5, соrласование которых осуществляется с ПОМОЩЬЮ теле-
1 А. с. 591791 (СССР).
2 А. с. 940122 (СССР).
168
скопа соrласователя, содержащеrо шесть _ триппеЛЬ-МОСТИКQВ 8
(конструкция их рассмотрена" в предыдущем примере), первичное
зеркало соrласующеrо телескопа, нанесенное на внутреннюю по,.
верхность вторичноrо зеркала 7 телескопа, и вторичное зеркало 9..
Компенсатор rнутий содержит выв роч'ную марку (диафраrму) 1,
8 9
6
11
12
13
,
14
15
16
17
18
79
, t
Рис. 4.65: Система соrласования элементарных зеркал, компенеа..
ции rнутий и расфокусировки COCTaBHoro телескопа
трип ь-мостик 11, плоскопараллельную стеклянную пластинку" 16,
которая качается в двух взаимно перпендикулярных направлениях
приводом 17, линзу Фабри спирамидой 22, квадрантный фото-
приемник 21. Выверuтель ФОКУСИРQВКИ содержит марку 1: пента-
призмы б, 12, линзу Фабри с призмоji 18, однокоординатный фото-
приемник 1 , прив6д 10, ПРQИ3ВОДЯЩИЙ фокусировку телескопа
u u
<?севои (IОДВИЖКОИ вторичноrо зеркала.
Jf1
Канал соrласования элементарных зеркал работает следующим-
образом. Лучи света (обозначенные на рисунке'тремя стрелками) от
марки 1, освещаемой лазерным источником и установле1JНОЙ в фа-
u
кальнои n оскости телескопа и телескопа соrласования, проходят
последовательно телескоп соrласователь, триппель-мостики 8, те-
лескоп и попадают на линзу Фабри спирамидой 23. Линза Фабри ·
и пирамида строят четыре изображения зрачков Bы oдa телескопа,
. в каждом из которых нах дятG.Я шесть изображений зрачков выхода
системы соrласований. 'Пос.л;едние переносятся .световодами на
матрицу из шести квадрантны!: фотоприемников, причем изобра-
жения, построенные отдельным элементом rлавноrо зеркала, соби- ,
раются на соответствующих площадках одноrо фотоприемника,
так чтобы определить направление наклонов зеркала BOKpyr двух
взаимно перп ндикулярных осей у, х, приводящих.к перераспределе.
нию энерrии в изображениях зрачков. · .
Сиrналы рассоrласования с фотоприемника управляют соответ-
ствующими приводами 3, 4 наклонов элементарноrо"зеркала BOKpyr
осей у и х. Отсутствие управляющеrо сиrнала соответствует поло.
жению зеркала, при котором изображение контрольной марки, за..
нимает !poro симметричное положение относительно вершины
пирамиды. В канале компенсатора rнутий изображение марки 1
(лучи света обозначены одинарной стрелкой) стро тся телескопом,
триппель-мостиком 11 и объективом rида 13 в ero фокальной пло-
скости, rде находится линза Фабри с пирамидой. Линза Фабри и
пирамида строят четыре изо"бражения зрачка выхода системы ком.. I
пенсации rнутий на соответствующих площадках квадрантноrо фото-
при.емника 21. При наличии rнутия телескопа изображеНJ'Iе марки
смещается и происходит перераспределени энерrии в изображениях
зрачка, что ПрИБОДИТ к появлению напряжения, управляющеrо
приводом 17. Привод наклоняет п'ластинку 16, возвращая изобра-
жение марки в исходное положение. При этом в фокальной плоскости
объектива "rида происходит сдвиr изображения объекта наблюде.
ния (звезды, Луны'и т. п.). Поворотом Bcero телескопа от системы
фотоэлектрическоrо или визуальноrо rидирования 20 возвращают
изображение объекта в исходное оложение. Изображение, образо-
ванное rлавным и 'ВТОРIfЧНЫМ зерkалами телескопа, возвращается
в исходную точку на реrистраторе сиrнала 2. Изображение кон-
трольной марки 1 в канале выверителя фокусировки (лучи света
обозначены двойными стрелками) также расположено в фокальной
плоскости объектива rида. Линза Фабри с призмой 18 строят два
изображения зрачка выхода системы фокусиров и на площадках
однокоординатноrо фотоприемника 19.
При появлении расфокусировки ,происходит перераспределение
энерrии в изображениях ..зрачков на фотоприемнике, вызывающее
управляющее приводом 10 напряжение. Привод перемещает вторич-
ное зеркало и телескоп-соrласователь вдоль оси до момента компен-
сации расфокусировки. T K как канал расфокусировки чувствите-
лен к rнyrиям "те-!lескопа, то привод коррекции rнутия должен иметь
скорость отработки' сиrнала в несколько раз больщую скорости
170
ПрИБQда фокусировки. Д Я расширения 130зможностеЙ телескоп
имеет лазерный осветитель объекта наблюдения 25, а ero rид........
устройство 14, 15 для введения полевых поправок при rидировании
от ЭВМ.
а
rлава 5
типовыIE КОМПЕНСАТОРЫ поrРЕШНОСТЕЙ
МЕХАНИЧЕСКИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
, УстРоА'ств
Для оптических приборов характерным является широкое
применение механических функциональныx устройств. Они исполь- .
зуются В качестве несущих систем, систем настройки и уп\равления
прибором, для непосредственноrо рреобразоваН}lЯ информативных
параметров ВХОДllоrо сиrнала. Наиболее высокие требования обычно
предъявляются к меха.ническим системам последней rруппы меха-
низмам и направляющим поступаrельноrо и вращателрноrо движе-
ния. Рассмотрим компенсаторы поrрешностей некоторых наиболее
употреб тельных в оптическ х приборах элементарных механизмов
и направляющих.
. 5.1. КОМПЕНСАТОРЫ поrРЕШНОСТЕЙ
ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Зубчатые,передачи используются в оптических приборах и тех-
нолоrическом оборудовании оптическоrо производства. для точной
передачи уrловоrо движения (например, в стереотрубах, пано-
рамах rерца, делительных машинах). Точностными характери-
стиками зубчатой передачи является кинематическая поrреш-,
u '
ность разность между деиствительным и расчетным уrлами пово-
рота ведомоrо колеса и холостое вращение (мертвый ход) ведущеrо
колеса, возникающее при реверсировании движения. В том случае,
I оrда зубчатая передача является отсчетной, стараются умеНЬJlIИТЬ
как кинематическую поrрешность, так и мертвый ход, который также
приводит к поrрешности передачи движения. В зубчатых передачах,
используемых в системах точноrо позиционирования (наведения)
и следящих приводах, уменьшают в первую очередь мертвый ход,
влияющий на качество выполняемоrо управления.
Компенсация MepTBoro хода передачи в случае, коrда ero значе-
ние больше допустимоrа; осуществляется с помощью силовоrо замы-
кания, реrулировки бо'кqвых зазоров и друrими известными мето-
дами [48 J, не вызывающими трудностей при их осуществлении.
Трудность компенсации кинематической поrрешности обуслов-
лена тем, что она является'переменной нереrулярной величиной,
имеющей различную амцлитуду и фазу в каждой конкретной пере-
даче. На рис. 5.1, а изображен типовой rрафик кинематической по-
171
- !
rрешност (6ср) зубчатой передачи й ФУНКЦИИ уrла ПОВорота (ер) ве-
домоrо колеса. Как видно из rрафика, кинематическая поrрешность
содер'жит низкоч стотную (рис. 5.1, б) и высокочастотную (цикличе
, скую) составляющие (рис. 5 1, в). rлавныIии причинами низкочастот-
ной составляющей (синусоидальной rармоники' с периодом 2п) яв-
ляется с о суммарный (rеометрический плюс кинематический) экс-
центриситет ведомоrо колеса. Причинами высокочастотной состав-
ляющей являются эксцентриситеты ведущих колес '(червяков), по-
rрешности шаrов и профиля зубьев ведомоrо и ведущих колес и т. п.
а)
A
""
о)
,1ср
OU) о
36,0 Т",.
I
I
1
.
Рис. 5.1. rрафики кинематиче кой поrpешности зубча.. о
той передачи: a ---:-- суммарной поrрешности;" б, 8........ низ'"
кочастотной и циклической составляющих
Общая суммарная поrрешностр передачи' является результатом
суммирования ошибок каждоrо колеса, передаваемых на, выход
с преО9разованием амплитуд и частот в соответствии с передаточным
отношением от KOHKpeTHoro колеса ДQ ведомоrо, и может быть пр д-
\
ставлена рядом синусоидальных rар оник, имеющих различную
амплитуду (А), частоту (р) и фазу (8):
.
,n
L\ep === A i sin (р,ер + ед.
l .
(5.1 )
Низкочастотная поrрешность является доминирующей (обычно
она СQставляет 50 80 % кинематической поrрешности передачи)
и может быть выражена формулой .
L\CPAe == [sln (fP + 60) ....... Si1?- 6 0] AeEl(rcosa,), (5. ) .
rде e веЛИЧJfна CY MapHoro эксцентриситета ведомоrо .колеса;
q> уrол ПОБорота !<о.леса; е о начальцая фаза CYMMapHoro экс-
I 172
центриситета; ', радиус делительно:ti,ОКРУЖН6СТи. Be;:toMoro колеса;
"а уrол зацепления". .
Компенсация той составляющей возможна .путем фазов<?й взаи-
мокомпенсации . rеометрическоrо и кинематическоrо. эксцентриси-
тетов, t{омпенсации rеометрическоrо эксцентриситета при сборке
либо G. помощью коррекционных устройств. "
Высокочастотная составляющая поrрешности передачи, как пра-
вило, в несколько раз меньше низкочастотной, поэтому ее к мпенси-
руют весьма редко. Компенсация осуществляется с помощью коррек-
ционных устройств, имеющих профильны1й кулачок [20] ·
ВзаимокомпенсаЦИЯ влияния rеометрическоrо и кинематическоrо
эксцентриситетов зубчат.оrо колеса. rеометрический., эксцентриси-
тет возникает за счет смещения зубчатоrо венца относительно осп
посадочноrо элемента колеса-при ero 'изrотовлении и сборке. Кинема-
тический . эксцентриситет возникает вследствие' неравномерности
вращения делительноrо стола зубофрезерноrо CTaH a, обусловлен-
ной эксцентриситетом черв чноrо колеса делиrельной цепи. Кине..
матический эксцентриситет для колес, изrОl'о ленных на одном стан-
ке. может быть найден из выражен;ия .
6.е к r eEr/R, (5.3)
rде R радиус делител ной окру.жности; f1e эксцентриеитет,
червячноrо колеса станка. .
Поrрешность положения 1 колеса ОТ этоrо эксцентриситета может
,быть выражена по формуле ,
АСРАек == [sln (q> + 6 0н )] l1 е п./(' cos а). (5.4)
rде Оон начальный фазовый уrол.
Определим влияние rеометрическоrо эксцентриситета колеса на
точность ero работы. Для этоrо рас'Смотрим образование поrрешно-
стей положения зубчатоrо колеса I, имеющеrо 'rеометрический экс-
центриситет 8.e r при зацеплении ero с ведущим колесом 2 (рис. 5 2, а).
Примем вращение колеса 1 против чаС9ВОЙ стрелки за положитель-
ное направление," а по часовой за отрицательное.
Эксцентриситет приьодит к дополнительно у повороту колеса
I против часовой стрелки при контакте по правым и левым профи ям
'на уrлы: '
L\<pn Aer :::::- &П Aer 1'0 == A.e r cos [900 (80r + а)]/,о ===
sin (8or + а) erj(r cos а);
СРл ACr ::!:: ЛАеrlrо === J1e r cos [900 (80r ....:.. а)]/,о ==
с
=== sin (8 0r _ (Х) er/(r cos (Х), (5.5)
rде IlП l1еr , ЛАеr проекции эксцентриситета на правую и левую
- u u
линии зацепления; 'о, r ........... радиусы основнои и делительнои окруж-
ности колеса.
. .
1 Переход от поrреШНQСТИ положения колеса х кинематическоЙ поrрешностп
(поrрешности iI ер емещения)! осущеСТВJIяется по формуле, _ анаJIоrичной (5.2).
173
.
На рИСу 5.2, б изооражены rрафики nоrреШlIостей положеНtiя
колеса в ФУНКЦИИ фазовоrо yralla е при вращении копеса в разные сто-
роны (rрафики построены без учета влияния боковоrо зазора). Из
формул (5.5) следует, что максимальные значения ошибок положе-
ния соответствуют фазовым уrлам: для левоrо ПРQфИЛЯ ел == 'Л/2 + сх,
для правоrо е п == n/2 ......... сх, следовательно, фазы paBHoro влияния
rеометричесgоrо эксцентриситета колеса при различных направле-
D: ,. ниях движения сдвинуты ОТ-
носи ельно друr друrа на
уrол. L\e == ел е ц == 2а.
Заметим, что в работе [41]
приводится ошибочный ре.
зультат: L\e == n 2(t, при-
, u
чинои KOToporo является не-
правильный выбор. системы
отсчета для ошибок положе-
ния колеса.
Из выражений (5.4) и (5.5)
видно, что поrрешности, обу-
словленные кинематическим и
rеометрическим эксцентри-
I ситетами колеса, имеют оди-
о наковый период, следова-
(O ,.. тельно, возможна их фазовая
взаимокомпенсация COOTBeT
ствующим изменением Bor
(либо Вон). Учитывая, что
уrловая поrрешность положе-
ния колеса от rеометриче-
CKoro эксцентриситета имеет
сдвиr фаз paBHoro влияния
на 2а по. левым и правым
проф лям, а для кинематиче'"
cKoro эксцентриситета сдвиr
фаз отсутствует, наивыrод-
нейшим для передач, работающих в отсчет ом режиме при обоих
направлениях движения, является прямо ротивоположное направ-
ле'ние B KTOpOB rеометрическоrо и кинематическоrо эксцентрисите-
тов (см. рис. 5.2, б). При этом происх.одит ВЗilимокомпенсация влия-
ния эксце,нтриситетов на поrрешность положения (и стало быть и
кинематическую поrрешность) при любых их численных значениях,
Достиrающая минимума недокомпенсацви пt>{1 L\e r == L\е и cos а, т. е.
практичес и при равенстве эксцентриситетов. Значение недоком"
пенсации для левоrо (л) и правоrо (п) профиля одинакова и мо-
жет быть найдена из выражений (5.4) и (5.5):
4fP K. п .1l == 4q>Ae r AfPAe x == 1 ,r e + .1e 2 de r &е к cosa х
· , cos а V
Х sin [ Ф + в + arctg ( Aer sin (:l:tt) ) ] .
о L\e r cos а + dе и
)
Рис. 5.2. --т Взаимокомпенсация влияний reo-
метрическоrо и кинематическоrо эксцентри"
ситетов колес ( L\q>JI Ае ' q>п Ае .........поrр.ешно..
. r r
СТИ положения колеса из..за rеометрическоrо
эксцентриситета'по левому и правому про-
филям; Aq> Ае ..... поrрешность из-за кинема-
. н
тическоrо эксцентриситета)
174
(5.6)
.
При !1e r == ' еи == e
dcp . п. .n :::С: 2 Ав sin (8;2) COS «(f) + 80 :!:: _;2)/(у сos а). (5.7)
Заметим, что самый неблаrо.приятный с учай наблюдается тоrда,
коrда эксц нтриситеть", направлены либо в одну сторону либо их
направление отличается на ::I::a
dep1I == 4ерА'е + АерАе == 1 -{ &e 1 , + Ае н + 2 Ae r Ае н cos (Z Х
· r к r cos а
Х sin [ q> + 00.+ arctg ( L\:e o:i: K ) ] · (5.8)
.' -
При er == &е к == &е
L\qэ1 V п, J[ == 2 Ае cos ( /2) 51п (ч> + 60 :f: а,/2)/(, cos t:J). (5.9) '-
в случае, коrда 608 =:!: 60&' + а, имее м: . " ./
Aq> п == V A + A + 2 Ae r Ае к sln (q> + OOr + <:J)/ (r cos I!t); (5.1 О)
&ep == 1 1 r Ae + Ae + 2 Ae r Ае к cos 2а, х
r cos а V
X sin [ q> + OO + arctg ( :::; :; ) tg'<:J] :. (5.11)
При Ae r == eK == e
. AcpXI == 2 Ае 5in (ер + 60r +'(Z)/(rcosa); (5.12)
4<p I == 2Ле 510 (ер + 6 or )/r. (5.13)
Сравнение выражений (5.б) и (5.7) с (5.8), (5.9), либ с (5.10) (5.13)
показывает, что в случае, коrда возможно реrулирование направле-
ния, например, rеометрическоrо эксцентриситета, уrлоsая поrреш-
ность колеса может быть существенно уменьшена.
При Ae r == &е к из выражений (5.7) и (5.12) получаем уменьшени
поrрешности в К раз: ,-
К == !1ep I / L\ep . п. === 1/510 (a,j2) 5,5.
..
Для зубчатых передач, работающих в отсчетном режиме при одно-
стороннем движении, выrоднее направлять векторы rео етрическоrо
и кинематическоrо эксцентриситетов под уrлом 180 + tX друr к друrу
в зависимости от Toro, какой профиль ,колеса работает вотсчетном
режиме (правый или левый). В этом случае для рабоче о профиля
при er == eH будет полная взаимокомпенсация ( HH == 0)=
"Практическая реализация взаимокомпенсации' ожет быть осу-
ществлена путем реrулирования положения заrото:еки колеса на
столе станка перед нарезанием зубьев. Для этоrо заrотовку нужно
смещать за счет зазора в посадке или с помощью специальноrо па-
трона в сторону, противоположную кинематилескому эксцентриси-
тету [41 J (направлени KOToporo для станка ДОЛЖНО бытв известным)
на величину, которая определяется из выражения (5.3). Следует
, u
y eCTb? что при такои реаJl зации СПQсо<?а КQмцецсации желательно
!75
:
отсутствие rео етрическоrо эксцентриситета, возникающеrо при
. монтаже колеса.
ВэаимокомпеНС!ЦIII(,) MO HO осуществить и при сборк колеса, iIa",
правляя суммарный rеометрический эксцентриситет (от эксцентри-
ситетов колеса и монтажа) по ОТНОIpению к направлению кинемати-.
ческоrо эксцентриситета в соответствии с вышеизложенными реко-
мендациями. Для этоrо нужно знать нацравление и чи:сленные _зна.
А' ' .
4
3
11
, .
0,,0 А
.(поВернуто)
Рис. 5.3. Отсчетная система rониометрическоrо устройства
," .
, .
чения Llе и и Lle r , которые можно получить при контроле ПQrрешности
обката (Ре) колеса и радиальноrо биения зубчатоrо венца. Конструк-
ция крепления зубчатоrо К6леса на oc должна позволять изменять
численное значение и направле}Jие er.
. Компенсация. центрированием и разворотом зубчатых колес.
Если зубча'ые колеса изrотавливают на станке, имеющем высокую
U . U u U
точность привода, rлавнои причинои низкочастотнои составляющеи
кинематической поrрещности. таких колес будет их rеометриче.скц
176
..,.
;
,
эксцентриситет. 'в ' ТOM случае повышение.. ТОЧНQСТИ зубчатой пере-
дачи может быть достиrнуто путем центрирования колес относи-
тельно осей их вращения во время сборки. Так как на точность зуб-
чатой передачи" работающей на замедление (типовой -случай), основ..
Ное влияние оказывает поrрешностъ последней пары, то' обычно
в передаче. устраняют радиальное биение зубчатоrо венца только
ведомоrо колеса. .
На рис. 5.3 изображен узел отсчетной системы rониометрическоrо
. устройства, в котором лимб 1 поворачивается C помощью червячноrо .
о)
1
.
6)
LJ
1'1
L..J
.....,
5
L...I
11
Ри . 5.4. Схема компенсации
влия:ния эксцентриситета ведо-
Moro колеса
L.J
М
KOJ!eca 2 и червяка 4, являющи,хся последней парой зубчатой пере-
дачи. Здесь для повышения точности и плавности движения винтами
3'при сборке п оизводят центрирование червячноrо колеса относи-
тельно оси вращения, замеряя биение ero зубчатоrо венца с, помощью
микронноrо индикатора. В данной конструкции предусмотрена также
возможность реrулировки червяка по 'червячному колесу, выборка
боковоrо и oceBoro зазоров червя а. .
Друrой метqд компенсации OC OBaH на том, что зубчатое колесо
- изrотавливают из двух одинаковых частей (путем разрезания_ или
нарезания зубьев одновременно на двух заrотовках), которые разво-
рачиваются относительно друr друrа на 180°. Тоrда суммарный экс-
центриситет 8.e одной половины колеса, )Jавный суммарному экс-
центриситету второй п.оловины '(рис. 5.4, а), будет. направлен про-
тивоположно ему, что вызовет равные, но p 3Hыe по знаку их раз-
.J
вороты: -
8.fPl Ае}: L\e,E [sln (<р + 801 ::1:: а,)/(, cos а,)+
. АЧJ2 Ae . Ae [sin (fP + 8 0 J. + 1с :i;: a)J/(r cos ).
.
177
..
Выполнив соединение половин колеса с ведомым валом 3 через
водило 4 (рис. 5.4, б) и средник 5, который соедин_ н шарнир но с ко-
лесами и может разворачиваться BOKpyr водила, получаем взаимо-
компенсацию ВЛI-JЯНИЯ разворотов половин колес из за влияния их
эксцентриситета (рис. 5'.4, в). Это происходит потому, что средник
поворачивается BOKpyr водила и не передает на неrО.уrловых по-
rрешностей половин колес. Движение же колес 1 и 2 (имеющее оди-
наковый знак) ОТ ведущеrо.колеса 6 передается через средник на
u
водило и через H ro на ведомыи вал.
Конструктивно (рис. 5.5) данная схема может быть выполнена
для передач,it: работающих с небольшими MOMeHTaM наrрузки, с во-
дилам l B виде:упруrой плоской .пружины и..жеСТКО,соединенным с I!ей
2
1
t
Рис.. 5.5. Зубчатое колесо с компенса-
цией влияния эксцентриситета
Рис 5.6. Схема корр.екционноrо уст"
ройства червячной передачи
.
средником 2 в виде цилиндрическоrо штифта, опирающеrося на но-
жевидные упоры 3 колес. '.
Корр.екционные устройства. Одно из первых коррекционных
устройств, применяемых в оптических приборах, было предложено
с. Т. Цуккерманом [46] для компенсации влияния эксцентриситета
червячноrо колеса стереотрубы (см. рис. 1.29). Коррекция проводится
дополнительными поворотами червяка при синусоидальном попра-
вочном покачивании индекса отсчетной шкалы с помощью наI!лонной
шайбы (или эксцентрика): установленной на оси червячноrо колеса.
Подобные устройства применяют также в некоторых моделях пово-
ротных столов и делительных rоловках. В том случае, коrда червяч-
ная передача работает в автоматическом режиме, коррекционные'
устройства основаны обычно на OC BOM смещении червяка. Схема
одноrо из таких устройств изображена на рис'. 5.6. Она содержит
червяк 1, косозубое (червячное) колесо 2, двойной эксцентрик (КУ-
лачо к 3) с реrулируемым направлением (ев от о до 3600) и эксцен-
триситетом ( еи), 'рычажную передачу 4, направляющую 5 для Bpa
щательноrо и поступательноrо движения червяка, пружину 6, пред
назначенную для силовоrо замыкания червяка и рычажной
передачи на эксцентрик.
178
При ПОБороте червячноrо колеса поворачивается закрепленный
на ОДНОЙ с ним оси эксцентрик, сообщающий через р"ычаr корректи-
ровочное движение червяку. Корректировочное устройство работает
по следующей зависимости:
А и (sin е ...... э!п ев) eRb/(ar), (5.14)
rде <р уrол поворота червячноrо колеса; е == <р + ев текущие
направления эксцентриситета; е н ..:..... начальное (при ер == О) направ-
ление эксцентриситета; а, Ь плечи рычаrа; , радиус дели ель-
ной окружности червячноrо колеса.
/J'f'
"
2
'"
..2
.
Рис. 5.7. rрафики кинематической поrрешности червячной передачи:
1 суммарная поrрешность без коррекционноrо устройства; 2 состав-
ляющая поrрешности, обусловленная эксцентриситетом колеса; 3 сум-
марная поrрешность после ,к ррекции
При настройке коррекци'онноrо устройства добиваются, чтобы
<PK == <PAe1:?' ч:r о обеспечивается реrУJIИРОВКОЙ величин eK
иен.' - .
Для этоrо, отключив коррекционное устройство, измеряют ки.не-
матическую поrрешность пер-едачи и выявляют по ее rрафику (л бо
с помощью rармоническоrо анаЛиза)'П рВУЮ rармонику, обусловлен-
ную CYMMapH IM эксцентриситетом червячноrо колесц. Для выяв е-
ния этой составляющей. не требуется большоrо количества точек
контроля 'на оборот ведомоrо колеса (обычно 12 36), что позволяет
u
применять для контроля простеишие кинематомеры или уrлоизме-'
,рителыiеe rоловки. На рис. 5.7 изображен rрафик кинемаТ!:Iческой
поrрешности (1) подобной передачи с червяком, имеющим число за-
ходов 1, модуль т == 1 и косозубым колесом с числом зубьев z == 150.
Выявив по нему низкочастотную составляющую (2) и определив
CPAe:E" найдем из формулы (5.14) необходимое значение eK (при Ь ==
== 10 MM а == 65 мм, еи 0,29 мм). Вычисленное значение eK
устанавливается на двойном эксцентрике р(!зворотом с последующей
фиксацией 'наружноrо .эксцентрика относительно виутреннеrо. Зна-
чения эксцентриситетов BHYTpeHHero и наружноrо эксцентриков
( e) равны, ПОЭТОМУ f!,.е и может реrулироваться :от О до 2 e. Кон-
179
ТраЛЬ величины (и направления Ае н ) проltз:водиrся, например, с по-
мощью индикатора. Необходимое значе,иие ОВ дЛЯ создания СРи об-
paTHoro знака к <P4e находится ,ПQ формуле (5.14)1 либо по виду
rpR при задании HeKOToporo е н (обычно задают ОН == О, 90" 18О,
. о \
270 в зависимости от Toro, каlЮе CP8 ри этом будет ближе к тре-'
буемому, за.те окончательно корректируют ов). Установка ОН
,производится разворотом Bcero эксцентрика относительно оси чер-
,вячноrо колеса. .
При правильном определении и установке l1.e K и ев коррекцион-
ное устройство практически полностью компенсирует низкочастот-
ную составляющую ки;нематической поrрешности передачи (линия 3
1
"
, ...
8
Ii
9 х
Рис. 5.8. Схема коррекционноrо устройства зубофрезер-
. . Horo станка ,
/
на рис. 5.7). Наличие коррекционноrо устройства позволяет умень-
шать кинематическую поrрешность передачи более, чем в два
. раза.
Для компенсации и. циклической составляющей, что характерно
для передач прецизионных делительных машин и зубонарезных
станков, кулачок профилируют в функции измеренной кинематиче-
ской поrрешности. Число точек к нтроля поrрешности и профили-
рОБКИ. кулачка при этом достиrает, как правило, нескольких сотен,
'что требует использования для этих целей автоматизированных ки-
нематомеров И станков для автоматической обработки кулачков [20 J.
На рис. 5.8 представлена схема коррекционноrо устройства зубо-
фрезерноrо станка [20 J, содержащеrо профилированный 'кулачок 1,
u u
предназначенныи для компенсации НИЗR;очастотных поrрешностеи
червячной передачи 2, 8 И профилированный кулачок 7, компенси-
рующий циклические поrрешности червяка. Коррекционное сме-
щение червяка 8 в направляющих происходит здесь при повороте
двуплечеrо рыч-аrа,3 BOKpyr шарнира 5 от кулачка 1 и при смещении
шарн;ира при повороте рычаrа 6 BOKpyr оси 4 от кулачка.7. Пр ком-
пенсации влияния только эксцентриситетов колеса и. червяка кулач. .
ки 1 R 7 MorYT быть выполнены в виде эксцентр ков.
180
, .
.
в особо точных машиttах и стйнкэ.х nрИМеttЯЮт корреКТИРУl6щ1tе
о, .
устроиства, учитывающие также эксплуатационные поrрешности
передачи. Они яв ляются замкнутой следящей системой, встроенной
u u u
В станок и содержаще устроиство измерения кинематическои по-
rрешности (кинематомер или эталонныIe элементы), устройство
u u
управления и исполнительныи opraH, компенсирующии выявленные
поrрешности [20, 44 J. .
5.2. I<.ОМПЕНСАТОРЫ поrРЕШНОСТЕЙ
ВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
ВИНТ08ые механизм.ы находят широкое применение в оптических
пр борах. Их используют как в отсчетных передачах (окуляр ых и
оптических микрометрах, спектральных пр"борах, делительных
машинах),' так и в устройствах управления (механизмах фокуси-
ро ки, наведения на объект) преимущественно для преобразования
вращательноrо движения (винта) в поступательное
у == nрх/(2п), (5.15)
rде у ....... перемещ ние rайки или конца винта для винтовоrо меха-
низма 1 рода; n ....... число за одов; р ....... шаr резьбы; х ........ уrол пово-
рота винта. _ "
Поrрешность функционирования винтовоrо механизма обуслов-
лена следующими ПРИЧflнами: ...
поrрешностью шаrа резьбы винта ( p) Y4P p; _ '
осевым зазором (dc o ) в резьбовом соединении. винта и rайки ........
I1Y4c . d'c o ; ,
о d
осевым биением (dpo) ,винта в опорах вращеНИ!l (винтовон меха-
низм 11 рода) Y4Po == dpo.
Поrрешность шаrа' rайки оказывает rораздо меньшее влияние
на точность работы, к тому же rайка может быть выполнена откры-
той, не охватывающей полно тью винт по окружности (например,
в виде cerMeHTa), либо контактировать с профилем резьбы винта по
точке. Одним из конструкrивных решений является выполнение
u v u
винтовон пары с винтом, имеющим трапецеидальныи, а rанки .......... пря.
моуrольный профиль, и контактирующих друr с друrом по среднему
диаметру резьбы. _
- Все эти поrреIlIНОСТИ приводят , кроме потерь точности, также
v .
К недостаточнои чувствительности и трудностям при управлении
устройствами, что требует их компенсации в прецизионных приборах
и 'машинах.
Компенсация oceBoro зазора осуществляется обычно с помощью
силовоrо замыкания rайки на левый или 'правый профиль резьбы
· u u u
.- винта; реrулировкои зазора с помощью цанrоВ'ои или разрезнои ,
rайки; притиркой или упруrим обж тием резьбы винта rайкой, вы.
полненной из полиэтилена или фторопласта, и друrими известными
методами [37, 48]. Необходимо иметь ввиду, что заэоровыбирающие
устройства увеличивают т,рение в резьбовом соединени'и и ускоряют
ero износ. Это требует периодическоrо .контроля и подреrулировки
181
1
КОМпенсатора (иноrда повторной притирки rайки I{ винту), исnоЛЬ.
t З0вания сочетаний материалов, обладающих низким коэффициентом
трения и хорошей приработкой (сталь оловянистая бронза, баб-
бит, полиэтилен, фторопласт). Как показали исследования, наилуч-
шие результаты достиrаются при применении raeK OTKpbIToro типа
,с дальнейшей передачей движения перемещаемому звену (каретке)
через пару BbIc ero класса (шарик). ..
Компенсация oceBoro биения ходовоrо винта осуществляется
обычно ero силовым замыканием (с помощью пружин, rрузами,
либо реrулировкой) на шаровую опору (см. рис. 5.9). При этом
опорная площадка винта 1 не должна иметь торцевоrо биения отно-
сительно оси вращения, что
обеспечивается ее шлифовкой и
полировкой совместно с цапфа-
ми под подшипник, либо при
вращении BOKpyr цапф. Пло-
щадка выполняется из закален-
ной стали, araTa, корунда, ру-
I
бина или сапфира. ПОЛИРQван-
u . u
ныи шарик в реrулируеМОII
шаровой опоре' 3 закреплен
неподвижно, и eJ:o центр дол-
жен находиться н.а оси враще-
ния винта. Подшипники / 2
(либо цапфы в случае опор
скольжения) до жны иметь ми.
нимально радиальное биение,
иначе это приведет к перекосу
опорной площадки и осевому
смещению винта. Кроме этоrо, ради льное биение приводит к по-
rрешности перемещения rайки. Перекос опорной площадки (d1')
яв яет,СЯ взаимосвязанной поrрешностью с несросностью (Lle) ша-
рика с осью вращения винта и вызывает осевое ero смещение
..
Рис. 5.9. Шаровая опора винта
I!y "t, e == (cos е т cos еи) e d1',
rде вт, 6 в текущее и нач льное значения yrJIa, определяющеrо
направление перекоса площадки соответственно. За один оборот
винта эта периодическая поrрешность изменяется от О до макси-
альноrо значения, paBHoro 2 de d1'.
\ Радиальное биение (dp) цапф в подшипниках приводит' к поrреш
насти dy&p dp2/ L, rде L расстоя;ние ,от площадки до MrHOBeH-
Horo центра поворота. Поrрешность перемещения' r :[йки з-за ра-
диа(>льноrо биения 'винта y p == 2 dp tg (а'/2).
КОМП,енсация поrрешности шаrа винта является более сложной
задачей, что обусловлено переменным нереrулярным характером
поrрешности, содержащей накопленную (1), периодическую (2) и
циклическую (8) составляющие (рис. 5.10). Она осуществляется
u "
корректировочным поворотом rаики, винта или о-осевым перемеще-
182
нием винта. Корректировочное движение производится с помощью
коррекционных линеек, кулачков ИЛI:I следящих устройств.
Компенсация поrрешиостей, C ПОМОЩЬЮ корреКЦRОНИЫХ J1l1иее
и кулачков. На рис. 5.11 изображена схема винтовоrо механизма
. u u
С компенсациеи поrрешности шаrа с помощью коррекционнои .ли-
нейки. Линейка 1 устанавливается в положения -1 или 11. В положе-
нии 11 по линейке скользит рычаr, соединенный с rайкой 2. Т ак как
u .
линеика повернута на кор..
рекционный уrол L.\1'8' то rай- lJy Ар
ка получает дополнительное
перемещение (L.\YR) при пово- .
роте винта 3 на некоторый
уroл Х (вводимый, например,
по шкале 4 инеподвижному
индексу 5): L.\YK (nр/2п)2 х
х х AYR/R 1 . При этом ком-
пенсируе ся накопленная со-
ставляющая (линия 1 на
рис. 5.1 О} поrрешности винто-
вой пары. Для омпенсации
u
периодическои поrрешности
линейку профилируют .
При установке коррек.. ' Рис. 5.,10. rрафики поrрешности шаrа винта
u u u
ционнои линеики на rаику ,
(положение 1) на нее замыкают двуплечий рычаr 6, '-'производящий
коррекционный поворот индекса 5, который ВЫП9лнен подв жным.
В результате винт поворачивается на дополнительный уrол dX R ,
r /12
Ута){ У
I
2
у
J
Jf
,Ir
5\ J I L б 1 .
3 п I ...L ,.......... ...... .,L..."" положен ив 1
х \R., ...... L.J 1::"1.:[' .......J LJ
U R 1
4-
Вид А
J
r
.
Положение О
Рис. 5.11. Схема компенсации поrрешности шаrа винта коррекционной
линейкой
что пр и води:r к коррекционному перемещению rайки: dуи
r (nр/2п)2 L.\y R x/(R 2 R m ).
На рис. 5.12 представлена конструкция оп)'ическоrо отсчетноrо
u 1. U
устроиства координатно расточноrо станка с коррекциеи поrреШ80СТИ
работы отсчетноrо винта 1 и rайки 2 с помощью коррекционной лu-
нейки 3. К6р.рекцион'ная. линейка .выполнена в виде тонкой упруrой
"" . пластины (ленты)! которая.- деформируется при сборке подвижкой
183
Вид К (убелuчено)
fФ. ....Ф!
Рис. 5.12. Отсчетное устройство
184
уrо.лЬНhКОВ ь по KOHKpeTHbtM знаttенияIvi: поtреtlIИОСТИ винтовоl% napbt,
что дает возможность компенсировать не только ее накопленн.ую, но
и периодические составляющие. В результате при перемещен и
rаики с закрепленным на ней щупом 4 в виде двуплеч rо рьiчаrа
последний передает корректировочное смещение индексу 5, уста-
новленному на' rайке в на"правляющих типа «ласточкин хвост».
Работу коррекционноrо устройства на основе кулачка рассмо-
трим на примере упрощенной кинематической схемы прибора иr-114
для определения оптически} констант стекол (рис. .13). Здесь
отсчетны,й поворот стола 9 осуществляется о! двиrателя 1 с помощью r
зубчатых передач 2, 4, винтовоrо механизма 6., 7 и ленточной пере-
дачи 8. УrQЛ поворота стола определяется с помощью фотоэле;ктри-
1 234- 5 Q 7 8
"....
11 10
Рис. 5.13. I\инематическая схема прибора И,r..114
ческих датчиков с дисками 3, 5. На точность работы этоrо ПРИБода
основное влияние оказывает поrр'ешность винтовой пары. Для ком-
пенсации этой поrрешности, а также поrрешностей зубчатой пере-
дачи 4, радиуса стола (рычаrа R) и' поrреш.нЬсти деления диска 5
предусмотрен корреКЦИОНН IЙ кулачок 11. Коррекционный кулачок,
совершая вращательное и поступательное движения от зубчатой
пары 13 и винтовой пары 12, качает опирающуюся на Hero линейку
10. В результате ходовая rайка 7, скользя по полированной линейке
" 10 (выполненной из стекла), поворачивается BOKpyr винта 6 и полу-
чает дополнительн<?е коррекционное перемещение. ЦРQфилировка
кулачка осуществляется по сум арной кинематической поrрешности
ПРИБода пр иб 9ра, измеренной для каждоrо деления диска 5. .
Компенсация с помощью следящих устройств. Механические
коррекционные устройства обычно позволяют снизить поrрешность
винтовой пары до десятых доЛей микрона (в лучшем случае) и пред.
назначены, как правило, для компенсации ее технолоrических по.
rрешностей. Коrда требуется более высокая точность коррекции и
v
компенсация эксплуатационных поrрещностеи, применяют коррек.
v '
ционныIe устроиства, основанные Ha использовании измерительных
следящих систем. О И содержат измерительное устройство, yctp-ойJ"
, v
ство управления и исполнительныи привод.
Измерительное YCTPO TBO предназн чено для точноrо измер ния.
перемещения каретки .(rаики) винтовоrо механизма с помощью дaT"
185
ЧИКОВ JIинейноrо nеремеЩёНИя, 6CltOnaHHbIX на 'диФракциоltньtх
решетках, интерферометре Майкельсона, индуктивных преобразо-
вате.лях. Устройство управления вырабатывает сиrнал рассоrласо..
вания либо командный сиrнал с проrраммноrо устройства, управля..
ющий исполнительным приводом, в качестве KOToporo обычно ис.
'2
з
:J
y ..
///////////
.-"////////////
Рис. 5.14. Схема коррекционноrо устройства винтовой
передачи маrдитострикционным приводом
· u u
пользуют маrнитострикционныи, пьезокерамическии приводы или
приводы с шаrовым и друrими электродвиrатеЛЯМJr.
На рис. 5.14 изображена схема винтовой передачи с I{оррекцией'
ее поrрешности с помощью следящеrо устройства, содержащеrо Mar-
нитострикционный привод [44]. Отс етный поворот винта 1 пере"
б'
\
Рис. 5.15. Схема управления приводом машины для наре-
зания дифракционных решеток
дается на смещение стола 4 через rайку 2 и ,Сердечник 3 маrнито-
стрикционноrо привода. Серде ник выполнен из. ферромаrнитноrо
материала, размеры KOToporo изменяются при колебании маrнитноrо'
поля катушки. Катушка привода работает от измерительноrо и упра-
вляющеrо устройств либо ПР9 r раммноrо устройства, в которое зане-
сены данные о технолоrических поrрешностях и влияющих факторах.
По такой .схеме може быть построено коррекционное устройство
с пьезокерамическим приводом. Отличи ero состоит в том, что пере-
мещение rайки передается на стол через столбик из пьезокерамики,
.о
изменяющии свои размеры.при подаче на Hero управляющеrо напря-
.
жения.
186
..
Друrим способом уменьшения ВЛИЯНJ{Я .поrрешности винтовой
пары на точность функционирования устройства является перевод
u
пары из отсчетнои в неотсчетную, т. е. использование ее TOJJЬKO в ка-
честве при вода [36 J. Такое решение применяется, например, в ма-
шинах для нарезания дифракционных решеток (рис. 5.15). Отсчет-
ное перемещение стола 8, несущеrо заrотовку, измеряется с помощью
интерференционноrо датчика линейных перемещений 1 7 [35 J,
содержащеrо подвижную, установленную на столе, прозрачную ди-
фракционную решетку б и неподвижную отражающую дифракцион-
ную решетку 5. При смещении подвижной решетки относительно не"
подвижной .возникающие муаровые интерференционные полосы,
имеющце определенную цену деления, подсчитываю]'ся счетчикрм 13,
который управляет :rорм зом, и электромаrнитной муфтой 11, разъ-
единяющей двиrатель 12 с зубчатым (червячным) 10 и винтовым 8, 9
приводами. Машины подобноrо типа, имеющие плавный привод; что
обеспечивается рациональным конструированием их. привода, ис-
пользованием таких материалов как стекло, фторопласт, бакаут,
доводкой кинематических' пар, и соответствующие условия эксплуа-
.
тации, позволяют достиrать точц.ости до десятых долен микрона.
5.3. КОМПЕНСАЦИЯ поrРЕШНОСТЕА
РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
. ..
Рычажные механизмы блаrодаря своей конструКtивной простоте,
технолоrичности, надежности и компактности используются во мно-
rих оптических приборах. С их помощью производится передача и
преобразование уrловых и линейных движений как в измерит льных
функциональных устройствах приборов (например, в оптиметрах,
спектралЬiIЫХ Пр,иборах, дальномерах), так и в устройствах управ-
ления (фокусирующие устройства микроскопов, устройства наведе-
ния теQДОЛИТОВ). В подавляющем большинстве это плоские однопле-
чие, выполненные по синусной или танrенсной схеме, либо двупле-
чие рычаrи. Из мноrозвенников наибольшее применение находит
параллелоrрамм. О ним из достоинств рычажноrо механ зм'а ЯВ-
дяется относительная простота компенсации ero основных поrреw-
u u
Н9стеи: теоретическоu и поrрешностеи длин плеч рычаrов.
Компенсация теоретических поrреwностей. Теоретические по-
rрешности возникают из-за допущений, принимаемых в законе функ-
ционирования и в конструкции рычажноrо механизма. Допущения
в закон ФУНКЦИ,онирования возникают при замене точной функции
преобразования приближенной. В одноплечих рычажных механиз-
мах это происходит, например, при замене синусной Уl или таиrенс-
ной У2 зависимости приближеНIl.ОЙ линейной функцией Уа (рис. 5.16,
й, б): Уl == arcsin (х/ R); У2 == arctg (x/ R); Уа х/ R . Возникающие
при этом теоретические поrрешности равны:
Yl'l ::::: arc.sin (x/R) x/R (X/R)3/6 == !f./6; }
АУзr == arctg ( /R) x/R (X/R)3/3 === tI/3. . · (5.16)
Друrой разновидностью теоретической поrрешности одноплечеrо
рычаЩJjоr9 механи ма Я J1яется КQНСТРУКТИJ;JЦQе приБJlижение реаль.
187'
НОЙ конструкции высшей кинематической' пары (рис. 5.16, 2) к ее
идеализированному схемному..представлению (рис. 5.16, в):
Аут у ....... Уо ::::;; arctg [(х + r/cos'y ....... r)/R] ...... arctg (x/R)
r [( 1 ...... cos y)/cos у]/ R ry2/(2R).
о)
х
I о- .1 t x
R
6) z)
/
/' I i )(
Уо
R 1.
,- I
ь) R
Н 1 в)
. ",.., .......... \ R1
. .
",'" ........... х
.........-.....
---
\ /
R' \ I r
2 \ I .
\ /
I
.....
/7н7 J777l
Рис. 5.16. Образование теоретИческих поrрешностеА простеАших ры..
чажных мехаНИЗМ9В
, \
В двуплечем рычажном механизме теоретические поrр шност ' -
возникают, если одно из плеч' выполн"ено по синусной, а друrое ....... по
танrеисной схемам (рис. 5.16, д), в то время, как принята линей..
иая зависим сть между х и у, либо уrлы Me дy плечами рычаrа
и".н праВJIениями поступатеJIЬНОfО движения не равны дpy друrу,
lВ8
!О. ..
...
Т. е. начальное положение одноrо из них не равно, начальному ПОJlО-
жению Apyroro (рис. 5.16, е). I
В первом случае (рис. 5.16, д) теоретическая поrрешность равна
. · . 3 ( З ) 3 ( 2 )
YT == R2 sln arctg (х/ Rl) ......... R2 X / Rl R2X I 2Rl ........y I 2R2 ; во
втором случае (рис. 5.1 , е)....... Аут ..:.... R 2 {Sil1 [(arcsin (x/R 1 » +
+ у] .:.. sin у\ R2 X /Rl ....... (уу2/2 + y2y/2R2 + уЗу2/12R ). ,
Появлеltие теоретических поrрешностей обычно возник-зет не-
преднамеренно, и их можно избежать при правильном конструир
ванин рычажных механизмов: ·
TaHreHCHOro ........... по схеме рис. 5.16, б (а не 5.16,2); "
оба плеча рычаrов (рис. 5.16, д) выполнять либ по синусной ли о
, u
по танrенснои схемам; ,
..
"
5)
д,у -
а)
Ar x
..
Рис. 5.17. Компенсация теоретической поr ешности рычаrа наклоном
. площадки толкателя
/
..
избеrать возникновения неравенства начальных положений плеч
рычаrов (рис. 5.16, е).
Компенсация теоретически поrрешностей всех видов ПРОИЗВQ-
J:l.ится обычно изменением длины плеча рычаrа .( R).' Так ка.к Э10
изменение приводит к мупьтипликативному изменению поrрешности
положения ведомоrо звена ( УАл., а теоретические поrрешности
имеют степенной характер, то полная компенсация возможна только
в одном из положений ведомоrо звена (см. рис. З.5). ДЛЯ друrих по.
. JIожений рабочеrо диапазона недокомпенсация ( YBH) определяется
U .
разно тью между теоретическоя поrрешностью и поrрешностью от
изменения длины плеча рычаrа: Уви == dYT'........ dY6R. Знак и чис-
ленное значение dR зависят от знака теоретической поrрешности и
выбранноrо положения точки ее полной компенсации.
iB связи с тем, что теоретическая поrрешност является.неслучай-
ной, коррекцию рычаrа можно было бы осуществлять изменением ero
размера на чертеже, однако на практике обычно применяют реrули-
ровку, что обусловлено неоБХОДИМОСТВЮ'компен ации технолоrиче-
ских поrрешностей изrотовления рычажноrо механизма.
Друrой способ компенсации теоретической поrрешности может
быть основан на установке пл щадки тол ателя (.либо площадки таи..
reHCHoro рычаrа) под уrлом Уи к начальному положе ию рычаrа'
(рис.. 5117, а) i В ЭТОМ СЛ.учае при смещении' тол кател.я на величину х
189
. .
рычаr повернется на yr0c1!, который будет отличаться от' расчетноrо
на величину
Y 'lH tg Аун (R R cos y)/R ......... у! f1уи/ 2 . (5.17)
" "
Подобрав соответствующее значение Уи' можно произвести более
u
полную ко пенсацию теоретическои поrрешности по сравнению
с компенсацией измен нием длины рычаrа, так как У 'Уи является
степенной функцией (рис. 5.17, б). Значение YK здесь также будет
определяться в зависимости от выбранноrо положения точки полной
компенсации. Значение недокомпенсации, исходя из выражений (5.16)
- и (5.17) будет иметь вид
YHH уЗ/6 у2 YH/2.
Найдем, например, значение УИl И Уни -Шах для случая, коrда
УНБ == О в 'точке Ушах:
L\YKl == (2ifmax/6)/Y ax == Уmах/З.
Значение Уl, с.оответствующее максимальной недокомпенсации, цри
этом найдем, приравняв нулю производную от разности функций,
определяющих L\уик: ( YHK)' == 3yf/6 ....... 2Y YK/2 '== О, отсюда 'Уl ==
== 2 L\УИl == 2Утах/ 3 .
аксимальное значение недокомпенсации (в точке Yl) составит
Уни шах == (2Уmах/ З )З /6 (2Уmах/ З )2 dYR1/ 2 == 4Y ax/(27 · 6) == Yl,/6, 75.
.
Таким обра&ом, мы видим, 'Что теоретическая поrрешность умень-
ш лась в 6,75 раза, что в 2,5 раза лучше результата, полученноrо
при компенсации изменением длины плеча рычаrа при тех же усло-
виях компенсации. .
В случае, коrда осуществляется такая коррекция, что YHK в не-
которой точке (У2) начальноrо диапа она движения равна по вели-
чине, но обратна по знаку dУПR в конце диацазона движения (опти-
мальная корреКIfИЯ при одном допуске на весь диапазон движения),
значение YH2 найдем из следующеrо равенства: .
/6 ..... y J1YK2/ 2 == ...... (Y ax/6 ..... Y ax t1y K2 /2)..
Преобраэовав выражение, получим
dY K2 (y + Y ax) == (Yi + Y ax)/3. '
Учитывая, что У2 == 2 dYK2' получаем
., ax 3Y ax L1Y K2 ...... 4 L11' 2 == о.
, Для нахождения корней этоrо кубичес:Коrо уравнения применим
решение Кордано · [16]. Подставив Ушах == х + YK2' получим'.
"ха' Зх L\ 1' 2 ...... 6 1' 2 == О.
Дейст вительный коре нь этоrо уравнения: Х == А + В, rде А ===
:;: ;r 3 A1' 2 + r 8 A1' ; В == У 3 Ау з У 8 t11' 2' т. е. Х =:; A1'I\3 Х
190
х (tf.з - + V8 + :; 3 ' 18 ) 2,36 dУИ2' . 'Следо!3аТельно, Ушах
== 3,36 YH2; YH2 ::;;:::;: Ушах/ 3 ,36. Тоrда У2 :;:::;; О, 59Ушах. Величина недо-
компенсации точках У2 И..Ушах:
YHH шах .::1:: YT/9,4.
Таким обр'азом, теоретическая поrрешность уменьшил ась почти
в 10 раз.
Если в конструкции толкателя заложить ВОЗМОЖНQСТЬ реrули-
РQВКИ YH' то можно компенсировать также поrрешность длины плеча
рычаrа. .
При использовании данноrо метода компенсац и следует иметь
U '
в виду, что данныи метод можно применить для рычажных механиз-
мов, работающих несимметрично относительно начальноrо положе-
ния рычаrа (так как при изменении знака у должен изменяться знак
ун) · , "' .
Компенсация' теоретической поrрешности одноплечеrо рычаж-
Horo механизма возможна также разворотом толкателя (на уrол «P1H
СМ.. рис. 5 17, а), причем площадка может быть как перпендикулярна
к толкателю, так и развернута относительно направления движения.
В том случае,. коrда площадка паралле,льна рыча"rу в ero началь-
ном положении, значение не)Jокомпенсации определяют из выраже-
ния
YHH == arcsin (x/R) ...... х (1 ....... cos d«PH)/R уЗ/6 11 l\fP /2.
Полученный результат равнозначен коррекции изменением длины
рычаrа. .
Для с.лучая, коrда площадка перпендикулярна толкателю, зна-
чения недокомпенсации определим из выражения r
. .
ДУнн == arcsin (x/R) х (1 соsА«ри)/R !g L\«ри (R R cosy)/R ==
== UЗ/6 У l\«p /2 y2I1fPH/2.
Полученный результат равнозначен компенсации теоретической по-
rрешности двумя рассмотренными выше способами. ,
В том случае, коrда функциональное 'устройство прибора содер-
жит бол е одноrо рычажноrо мех низма, их теоретическая поrреш
ность ы1жетT быть минимизирована с помощью полиномов Чебышева.
Методика точностноrо синтеза таких механ'измов, нашедших широкое
применение в рычажно-зубчатых индикаторах и ,измерительных ro-
ловках, изложена подробно в работах [15, 38]. , .
Компенсация теХНОJIоrических поrрешностей. Наибольшее вли!l-
ние на точность работы рычажноrо механизма оказывает поrрешность
изrотовления размеров плеч рычаrа. Значительные ошибки вносят
акже' поrрешности формы контактирующих поверхностей высших
кинематических пар, а также ,зазоры в шарнирах.
Рассмотрим влияние указанных поrрешностей на работу некото-
рых рычажных механизмов. В параллелоrраммном механизме '
" (рис. 5.18, а), используемом в некоторых оптических приборах, уrол
попорота кривошипа (х) должен быть передан на поворот (у) коро-
191
.....
MьtcJta, с передаточныI,' отношением, paSHbIM единице: !J === х. Так kak
размеры всех ero звень в: кривошипа (11)' коромысла (1з), шатуна
(12) и стойки (14) имею'f. поrрешности изrотовления, ТО В'ОЗНикают по-
rрешно'сти уrловоrо положения ведомоrо звена и переда и уrла (по-
rрешность перемещения ведомоrо звена). Методом преобразования
механизма или с помощь плана малых 'перемещений (СМ. прило-
жение 1) найдем зависимости между указанными первичными по-
rрешностямп и поrрешностью yrJIo oro положения ведомоrо звена:
Y!111 == tg У dl 1 /1 з ; Y!112 == 12/(lз cos у);
УЛlз == tgу lз/lз; Y!11. == А14/(lзсоsу).
Поrрешности перемещения ( p), соответственно будут равны:
. .
. ...... 1 :7 J , --- ..... .....
:tmax
---Умах / -----
, У
APA 2 (tJpK)
др t.1P" ,
I /1
, ' / I
I I .
, ;/r. y ' '.,
:?таА
......... max У
1.....'*
1 .
5)
. а)
l2 .
J1P At 1 .
4
Рис. 5.18. Влияние поrрешностей звеньев. параллелоrраммноrо механизма
, на точность передачи, движения. . \.
P!11t == (tg УТ tg ун) /),1 1 /1 з ; -Ap 12 === /),1,.1[1з (cos Ут COS Ун)];
I1Р!11 з == (tg УТ tg ун) /)'1з/1з; /).PfJ.l, == ........ !!lJ{13 (cos УТ COS Ун)],
rде Ут' Ун текущее и начальное положения ведомоrо звена COO T-
ветственно. "; ;
На рис. 5.18, б изображены"'rрафики поrрешностей пеf>емещения
шатуна из-з а поrрешностей коромысла и кривошипа при повороте
последнеrо в обе стороны от нулеВоrо начальноrо положения (хн ==
== Ун" == О) на некоторый уrол. Как видно из формул и rрафиков,
ПQrрешность передачи уrловоrо движения зависит '01' размера звена
lа и выбора/начальноrо положения параллелоrраI\fмноrо механизма.
Чем меньше параметр 13 и больше начальное значение Ун (см. системы
',координат P, У и др', У'), тем Сl{льнее сказывается влияние поrреш.-
ностей изrотовления зв ньев механизма на точность ero функциони-
poBaHия. .
Компенсацию поrрешностей. длин рычаrов производят обычно ре-
rулировкой размера одноrо из ,звеньев , riараллелоrрамма. Однако
такая реrулирdвка не может обесцечить полной компенсации суммар-
ной ошибки из-за различия функциональных зависимостей между не-
JIинейной суммарной поrрешностью, представляющей собой резуль-
тат. алrебраическоrо суммирования частичны1x поrрешностеfI, НОСЯ-
u u u
щих танrенсныи и косинус ыи характер, и коррекционным воздеи-
192
tтвием ( p r, K topoe в Завйсимости 0'1' 13ЬtopaltHOI'O звена Им еr ха.
рактер лишь одной из этих функций. Фактически недокомпенсация
определ ется разностью упомянутых" функций (заштрихованный
участок на p CYHKe)..) .
Следовательно, в том случае, коrда требуется более ТОЧJ!ая ком.
пенсация, необходим второй компенсатор, корректирующиt размер
друrоrо звена. Практическая реrулир-йвка размера звена может быть
u
осуществлена с помощью двоиноrо эксцентрика в одном из шарниров
(например, в шарнире кривошипа для реrулировки размера [4 стойки)
и разъемной конструкции, реrулируемой с помощью резьбовоrо со-
единени-я, одноrо из соответс вующих 'звеньев (например,,, криво-
шип .
Кор'ректировка поrрешносrr:и 'изrотовления длины плеча СИНУС-
Horo рыIаrаa в одно- и двуплечем рычажных механизмах осущест-
вляется обычно с помощью р зъем-
ной }{онструкции (напр'имеР/' рычаrа
столика спектралъноrо прибора, изо-'
браженноrо на рис. 4.15) разворотом
эксцентрической сферической опоры
рычаrа, либо деформацией. Дефор-
мация может быть необратимой (как,
например, при подrибке р чаrа в
фотодальномере «Блик» JJ,ибо упруrой
(как при реrулировке плеча рычаrа
механизма тонкой фОКУСИР9ВКИ ми-
кроскопа типа «Винкель»). На Рис. 5;19. Реrулируемый двуплечий
рис. 5.19 изобр жен двуплечий, ры- рычаr
Чаr, в котором упруrой деформацией
части.. конструкции реrулируется одно из плеч (R) и yrOJl между
рычаrами.
Корректировка плеча рь чаrа taH-rенсноrо механизма обычно про-
изводится ,изменением расстояния между шарниром и направляю-
щими толкателя путем смешения шарнира в ЭКСIlентри,КОВО Й оправе
либо по направляющим., .' ..
Поrрешности формы ( h) опорных поверхностей высших кинема.
тических пар (рычаrа и толкателя) вследствие' пересопряжения точки
пятна OHTaI{Ta в процессе работы рычажноrо механизма приводяr
к появлению частичной ошиБКИ t равной' для одноплечеrо механизма t
ВbIполненноrо по синусной или таlIrенсной схемам YAh h/ R.
а для двуплечеrо механизма (рис. 5.16, д, е) YAh Rl Ilh 1 /R 2 ;
dy Ah 2 8h 2 , rде dh 1 и 'dh 2 поrрешности формы вьiсших :Кинема-
тических пар на входе и выходе механизма соответственно.
Зазор. в шарнире р.Ычаrа приводит к поrрешности передачи уrло-
Boro движения и эффекту MepTBoro хода, возникающему в момент
реверсирования движения и приводящему, кроме поrрешности функ-
ционирования, к оrраничению чувствительно ти инеудобствам упра-
вдения механизмом. . . t
Рассмотрим влияние зазора На поrрешности рычажноrо меха-
низма на примере механизма фокусировки, схема KOToporo изобра-
1/27 Лат-ыев с. М. " 193
Q:
Жена на рис. .5.2Q, а. Здесь поворот х sиtitОБОfо мехаНизМа переДаеТСй
через ДВУПJlечий рычаr на смещение у ползуна: у ==: пph x/(2'1ftH},
rде n число заходов; р......... шаr резьбы ВИНТQ,воrо механизма; h"
. Н ....... малое и большое .плечи рыч жноrо механизма. ,
Для определения смещения цапфы рычаrа в шарнире А следует
найти I18правление суммарной силы P , приложенной к цапфе. Зцая
. , U
< направление и численное значение силы, замыкающ и ползун на
рычаr (Р), определяем направление' и численное значение (через
отношение h/H) реакции R со стороны винта на рычаr. В результате
цаходим напраВJlение и численное значение суммарной силы Р1:"
а).
о) и
'-.
v
и
Jt - ЯА
"/RA1
,;/
v
"
,.
Р '"
]:1
Р, РЕ
- 1 /
. /
1/
,k... R
Место быооркц -
Jx
('
--"I....
Рис. 5.20. Схема механизма фокусировки
.де ствующей 'на цапфу (маСС9Й рычаrа пренебреrаем). Под действием
этой силы цапфа смещается Jfз центра подшипника (Оц) по направле-
нию p на величину SAC АС/2 (ри'с. 5.20, 6). Реакция со стороны
подшипника R A уравновешивает силу Рх.. Смещение центра цапфы
, f1:З расч'етноrо оложения (оп) в (Оц) ПРИБОДИТ к появлению orpeiII- \
ности' положения YAC и изменеНИIQ длин плеч рыч'аrа HAC' 6.h/1C:
p -
1
ay c == cos (X,HI1C/2; H c == COS (хн ЛС/2; f1h c == sin t%JI C/2.
..
.
Само по .себе Это смещение неопасно, так как результат ero дей-
ствия устраняется в процессе соrласования шкал при сборке (если
,такое соrласование lIеобходимо), 8 изме ения длин плеч \,рычаrов
взаимно компенсируют свое влияние: '
8YAh АУАН У sin ан AC/(2h) y'cos (хн /(2N) == о.
'Однако в .процессе функцио ирования механизма при повороте ры.
чаrа l1змецяется начальное Нjlправление (ан) суммаРJlОЙ силы на не.
которое текущее (а т ), KOTOpO зависит ОТ'текущеrо yr.na.n080pOTa,'pbl.
" ч,rа. Статическое равновесие.установится в друrом положении, точка '
контакта (и центр. цапфы) сместится в положение Al (СМ. рис. 5.20, б):
, ' .
194 .'
Возникает поrрешность перемещения ползуна, равная разнос'IИ uши.
бок положения. ero в текущем и н чальном положениях меха-
низма
Ар!:,.с'=::, АУАС l' Ау4.С В.:;:........ (cOsczl'........ COSCZ u ) l1G/2.
Рассмотренный случай, не учитывает влияния СИJJ трения в под.
шипнике цапфы. На самом же деле при вращении цапфы на нее дей-
GTByeT сила трения F тр' направление которой I зависит от направле-
. ния вращения цапфы. ПОД действием,этой силы цапфа смещается на...
встречу движению до HOBoro положения статическоrо равновесия,
определяемоrо уrлом трения р. Таким образом" в р альныIx условиях
функционирования точка контакта уже в начальном положении ры-
ча;rа находится либо в точке А', либо в А" (в зависимости от Toro, по
часовой или против часовой стрелки ,вращал ась цапфа при реrули-
pOB e начальноrо положения), а центр цапфы........ в точке O , либо
O и наоборот. Смещение центра цапфы. найдем из выраженИя
O O р 8.С f C, rде. f КОЭФФИЦ.Jiент трения скольжения
. пары цапфа подпятник. По осям и и v центр. цапфы смещается на
следующие величины:
, .
Аи Ас , f== [COS «(Ж + р) COS (rt р)] /2 sin.p sina dC fsinczAC;
, --
AV АС, f f cos ri c. 0//
и1з.:за нестабйЛЬНОСТИ сил трени , поrрешностей форм подшипника
и пяты при этом возникает эффекrмертвоrо хода ...::... несоответствие
, u .
движении на входе и выходе рычажноrо механизма при реверсирова-
нии движения. Особенно сильно за оры 'влияют на точность работы
одноплечих рычажных механизмо , rAe смещения в шарнире приводят
к некомпенсируемому изменению плеча рычаrа, сдциrу элементов
(шкал, пластинок, зерк'tл); закрепленных на оси рычаrа и т. п. "
Для ум ньшения лияния зазора в шарнире H .качество работы
рычажнаrо механизма применяют различные .КОНС.труктивные реше-
ния, либо компенсацию зазора., Например, подвешивают рычаr на
l<рес,\ообразном пружинном шарйире [37], выполняют опоры на ре-
rулируемых центрах или призмах либо .шарикоподшипниках. При
использовании шарпкоподшипникqв следует учес ь, TO радиальное
биение Llp колецродшипника, ЛРiir,10 передается на 'смещение ползуна:
LlYAP == p. В"'том случае, коrда пр меняют цил"!.ндрический подшип-
ник СКu.llьжения, зазор компенсируют селекц еи пар, обжатием (см.
рис. 5.2Q, а) или их притиркой.. Друrим способом уменьшения влия-
ния зазора, практичес ки устраняющим эффект MepTBoro хода при
реверсе, является выполнение выборки на поверхности цапфы или
подш'ипника в направлении действия реактивных сил (см. рис. 5.20,6),
Таким образо , создается опора цапфы на две линии (площадки),
разнесенные на уrол, больший двойноrо уrла трения, что создает
условие устойчивоrо СIатическоrо равновесия. Аналоrично решение
применяется в рычажных механизмах наводящих усrройств неКОТЕ)-
рых rеодезичес их приборов [111 /' , '
, ., .
1/37* .J9{)
..
5'.4. КОМПЕНСАЦИЯ поrРЕШНОСТЕЙ НАПРАВЛЯЮЩИХ
'.. .
Н аправляющие П9ступательноrо и вращательноrр движения обес-
печивают заданное движение,' ОДНИХ деталей (или сборочных единиц)
относительно друrих. Как правило, направляющие qбеспечивают
одну (реже две) степень свободы подвижной детали относительно не..
подвижной, остальные степени свободы в их со единении должны быть
отняты.
Качество отнятий ЛИШНИХ, степеней свободы, 'Х:Iрактеризуемое
деформациями и смещениями подвижной детали по неФУНl\циональ-
ным направлениям, определяет такие пока атели Rачества направ-
ляющих как их точность, плавность работы (характеризуемую ко-
лебаниями сил и моментов при движен и) и надежность. '
х "
z
Hz
ис. 5.21. Направляющие ползуна винтовоrо окулярноrо микрометра
.
'...
. .
Основными поrрешностями нап'равляющих, влияющими на их
точность и друrие характеристики, являются ..поrрешности формы и
расположения поверхностей и зазоры в соединении с подвижной
деталью. Из влияющих факторов силы'трения и колебания темпе-
ратуры.. ',>
Рассмотрим действи'е этих поrрешностей. На рис. 5.21 изобра-
жена подвижная eTKa (ползун) t 1 винтовоrо окулярноrо 'М1'IKpOMe-
тра, перемещаемая в напр вляющих типа «ласточкин хвост» винтом 4
и пр ужи ной 3 вдоль оси У до совмещения биштриха, либо центра
перекрестия., с изображением, объекта. "
Под действием \ равнодеЙСТВУIqщей . сил р (силы, замыкающей
пружины), R (реакции винта) и СИЛ трения ПОЛ УН",,,находящийся
в .состоянии. неустойчивоrо статическоrо равновесия, MOiКer, сме-
ститься вдоль осей Х, Z или развернуться BOKpyr осей Х, У, Z в IIp.e-
делах зазора на следующие величины: .
Xf!a == C/sin а; Xf!h'::= h/sin а; ,
ZilC == C/cos а; Zf!h === .Ilh/cos а;
. Acpz дС == dC/(sin а Bz); 'A<pz Ah ......:. Ah/(Sin а Bz);
Асрх ЛС == AC/(cos а Вх); cp'x Лh == Ah/(cos сх Вх);
Асру ь.с == &Cj(cos а'В у ); A y 41f == I1h/(cos Ву)?
. ,
'96
-
,
rде АС зазор в соединении ,ползуна и направляющих; Ah по-
rрешность формы соответствующих поверхностей направляющих;
а уrол наклона поверхностей, оrраничивающих соответствую.
щие смещения и повороты; Bz, Вх, Ву базы между элементами
поверхностей, оrраничивающих повороты- полз-уна BOKpyr осей Z,
Х и у. соответственно.
Не все смещения и ПОВОРОТ I MorYT привести к смещению рабочеrо
элемента сетки (биштриха или перекрестия) ВДОЛБ оси YJ либо ero
смещению относительно рабочеrо элемента изображения вдоль
этой же оси. Некоторые смещения и повороты значительно влияют на
поrрешность функционирования, друrие оказывают слабое влияние.
Например, смещение сетки ,вдоль оси Х не приводит к поrрешности
функционирования окулярноrо микрометра в случае, коrда элемент
изображения (например, ЦIтрих шкалы) параллелен этой оси:
IlY!:J.X!:J.-С,!:J.h == о. в этом случае'r коrда элемент изображения имеет
наклон (1') к оси )f (например, изображение профиля резьбы), то
возможна поrрешность 'y X!:J.C, !:J.h == IlX!:J.c,!:J.h tg у. .
Смещение сетки вдоль оси Z не приводит прямо к поrрешности
"IlYAz, однако оно может быть опасным из-за возможной расфокусиров-
ки марок сетки и возникшеrо параллакса IIp === Ilz Ah , АС : IlYdz A;l, АС ==
=== rt 8Z Ah , Ас/250, rде t смещение rлаЗ8 оператор а.
ПОБОрОТ сетки B?Kpyr оси Z вызывает поrрешность функциони"
ровани,Я BToporo порядка малости при наводке по перекрестию и пер-
Boro порядка при HaBOДK по биштриху из-за нарушения- прин..
ципа Аббе:
8Y!:J.qJZ !:J.C,,!:J.h L Liq:> !:J.C, !:J.h/ 2 ; IlYAqJZ !:J.C, Ah Нх Ilq:>z АС, Ah,
rде' L расстояние от MrHoBeHHoro центра поворота до центра пере..
крестия сетки; Н х поперечный вылет биштриха относительно
MrHoBeHHoro Ц HTpa поворота сетки. .
Поворот сетки относительно оси Х также приводит к поrрешности
первоrо порядка малости только при наличии вылета Н z.:
Ily A.qJx АС, 6h Н Z Ilq:> х !:J.C, Ah;
Разворот ползуна относительно оси У, возникающей при ero
движении из-за наличия' IlC и Ilh под действием соответствующих
, сил и моментов может быть опасным вследствие возможной расфоку..
сировки и параллакса марок сетки
p == Llz!:J.qJy !:J.C, !:J.h Lx8fPy !:J.C, 6h'
rде Lx проекция на ось Х расстояния от MrHoBeHHoro центра по..'
ворота до соответствующей марки.
В том случае, коrда направляющие для пр молинейноrо движе-
ния состоят из двух и более деталей или имеют две и более поверх-
ности, обрабатываемые не с одной установки (как наПР!1мер, широко
применяемь е цилиндрические и призматические направляющие),
кроме рассмотренных .выше поrрешностей, влМ:яние на точность
.функционирования оказывает также поrрешность распол.ожения' их
поверхностей.
? Латыев с. М.
197
, На .рис. 5.22 изоораженьi ЦИJIиitдрич ские ttйt1раnЛяl6Щие j, 3
ползуна 2. Направляю щан 1 образует в соединении с ползунс>м пару
-IV класса (две пары 11 класса), а направляющая 3 пару 1 класса.
Цилиндры 1 и 8 не Mor YT БыIьь выставлены относительно друr друrа
абсолютно.точно. В частности, непараллельность цили дров друr
друrу в плоскости, параллельной плоскости YOZ,. приводит раз-
вороту сетки относительно оси, у и смещению ее рабочеrо элемента
(точки О) вдоль осей Х и z. Предположим, что цилиндр 1 лежит
В-ПЛОСКОСТlI, параллельной плоскости УОХ, а цилиндр 3 непаралле-
лен ему на величину J1y. Тоrда смещения точки О вдоль осей Х и Z
,
z при перемещении ползуна на диа-
Z пазон у будут равны:
I '. х AX/1v == уН Ау/Ву; Az == yL АУ/ВУе
Если цилиндр 1 непараллелен
плоскости УОХ на величину Llq>x
I (либо цилиндрыI 1 и 3 параллельны
'между собой, но не параллельны
этой плоскости), то п.ри переме-
I щении ползуна происходит допол-
нительное смещение точки О от-
носительно оси z: Ilz Аф .,.у == уА<р x
Поrрешность перемещения точ-
Х ' ки О вдоль рабочеrо аправления
у из-за этой поrрешности (BToporo
Рис. 5.22. Влияние поrрешностей рас- "порядка мало ти) будет равна
положения цилиндрических н правля" 4УАФ == у llq>x/2. " <t
ЮЩИХ на п ложение рабочеи точки . В направляющих поступатель-
Horo движения с трением качения
зазор между направляющими и подвижной деталью обычно устра-
няется. В связи с этим основными поrрешностями являются поrреш- (
ности формы И расположения поверхностей направляющих, формы
шаров, роликов, радиальное биение шарикоподшипников: < На
рис. 5.23 представле.на схема - направляющих поперечной каретки
м:икроскопа УИМ-23, в которую входят направляющие 1, 4, 9, ка-
ретка 2, коренные шарикоподшипники 3, 5, 8, 10, 11, обеспечиваю;
щие перемещение каретки вдоль оси У и отнимающие все остальные
степени свободы, поджимные подшипники б, 7, установленные на
подпружиненных рычаrах и лужащие для замыкания подшипников
3, O на направляющие 4,9. Основными первичными поrрешностями,
приводящими к смещению рабочей точкц' О каретки, являются еле-
ду щи :
поrрешности формы вер'хних 'ПQвер,хнЬстей (А) направляющих
1, 4, 9 (Ah A ) И боковых поверхностей (Б) направляющих 4, 9 (llh B );
н'епараллельность поверхностей А друr Apyry (Ауох) ,и rоризон
'тальной плоскости ХОУ '(Ilух); \
непараллельность пове}}хностей Б друr друrу (Ayoz) и вертикаль-
ной плоскости OYZ (Ay.l);',
радиальное биение KopeliabIx шарикоподшипников (L\p);
198
. irёn,::фаллеJlьн сtj, nрое1{ЦИ oce вращений под ипников '6, 8, j}
на плоскость УОХ (непараллельность плоскостеи вр'ащения под
шиtIНИКQВ направлению движения каретки, т,. е. плоскости fOZ)...
.' Поrрешности формы t1h A И hБ направляющих цриводят к раз..
вороту каретки относительно соответствующих осей 'и с ещению
точки о. Например, п.оrрешность формы поверхности А напра ля
щей 1 вызывает смещение точки. О ВДQЛЬ .осей Х и Z:. ,
. XAh А == Н I1h A ./B y ; z
I1Z h А == [1 h.A/By. О х
Поrрешность формы
поверхности Б направляю
щей 4 вызывает разворот
каретки относительно.ос
Z и смещение. точки' О
вдоль оси У и .Х:
. L\<pz hB == L\hB/Bz;
L\X hB ==.! hБ/ВZ;
L\Y hB ' ' L L\hBIBz.
Непараллельность--- по
ер НЬстей А друr дууrу
приводит к развороту пол-
зуна относительно осей У
и Х (см. при ер с ЦИЛИJ:lД
рическими направляющи"
ми). < Непараллельность.
поверхностей А плоскос-
ти Yoy ПРИВОДИТ к тому,
что при перемещении пол-
зуна вдо.ць рабочеrо H "
правления на величину у
точка О будет смещаться '
В д оль оси Z на величин у Рис. р.2З. Схема направляющих ПО;IIер чной Ka
ретки измерительноrо микроскопа Y 23
ilz vx. -== У Ily х
Непараллельностъ поверхносtей Б друr дpy y приводит К раз-.
вороту каретки относительно оси Z, а непараллельность поверхно-.
тей верти альной плоскос и на величину A.yz к смещению рабо-
чей точки вдоль оси Х: I1x vz === У l1yz. , ' . ___
. Радиальное биение коренных подшипников действует а аJIоrично
поrрешности формы направляю.щих, Т. е. приводит к. развороту ка-
ретки при ее движении относительно осей Х, У и Z и соответствую-
щему смещению рабочей точки вдоль этих осей. Например, ради-
аЛ,ьное биение подшипника 11 BbI3blBaeT смещение точки О ВДОЛЬ
осей Х и Z:
,
,1
)о(
!Q
1
(.
ilx p'== Н IlplBy; L\z p === L1. L\p/By' . .
7*
19 .
Непара.tiлельность плоскостеfr вращений подШип1tиков $, 8, J i
направлению .движения каретки приводит к возникновению трения
скольжения между наружными кольцами шарикоподшипников и на-
правляющими., Сила трения скольжения имеет поперечную состав-
ляющую, которая способствует отклонеJlИЮ каретки из плоскости
YOZ.. При изменении направления движения знак силы и направле-
\
ние отклонения меняются. Смещение каретки' вдоль оси Х фактиче-
.ски равно изменению контактной деформации подшипников 3, 10 и
поверхностей Б направляющих 4, 9 из-за действия попер чной силы
и може'Р быть подсчитано по формулам rерца.
Точность работы направляющих вращательноrо движения опре-
. деляют зазором в соединении подшипника и цапфы, поrрешностью
форм и расположения поверхностей, поrрешностью формы шаров и
,. биения вращающихся колец шарикоподшипников. Для определения
влияния зазора в напраВЛfiЮЩИХ вращательноrо движения вначале
находят- смещение цапфы в подшипнике под действием приложенных
сил, а затем поrреШIJОСТИ функционирования устройства рт этих
смещений. Рассмотрим в качестве примера зубчатую передачу с ве-
дущим 1 и ведомым 2 колесами, смонтированными на цилиндриче-
ских подшипниках скольжения (рис. 5.2 , а, б). )
Построим силы реакций в подшипн.иках J{олес' при вр.ащении
ведущеrо . колеса по часовой стрелке и определим соответствующие
им смещения (рис. 5 24, а). Для упрощения задачи силы тяжести
колес, силы трения в зубчатом зацеплении и инерционные Iсилы не
рассматриваем. Вращ ющий момент на ведущем колесе (М ВР ) урав-
новешивается ре,активным моментом, образованным парой ил R 1 и
R 1 , 2. Момент сопротивления движению a BeДOMO колесе (МС) урав-
новешивается реактивным моментом, образованным силами R" и
R 2, '..
Под действием реакций R 1 и R 2 В"подшипниках цапфы колес сме-
. стятся на величины:
L\Sl == 0101 == &С 1 /2; dS2 == 0202 == C2/2.
/
rде tlC l' tlC 2 ........ зазоры в опорах.
При вращении колес в подшипниках возникают силы трения Рl,
и F 2 , смещающие точки контакта на уrол трения р. В результате.
центры цапф смещаются в положения 0'1 и 02 для ведущеrо и ведомоrо
колес соответственно. Поrрешности положения, обусловленные сме-
щениями в зазорах подшипников из-за внешних сил 11 сил трения, для
ведущеrо и ведомоrо" колес будут равны:
\
.
АУАС 1 == &Si C<?S ( + P)lr2 == llC cos (а + p)/( 2r 2);
8УАС. == ......L\S2 cos (а .--.... p)/r2 == AC2 cos (а -... P)/(-2 r 2).
При одностороннем вращении ведущеrо колеса вследствие по-
стоянства первич ых поrр шностей и уrла зацепления поrрешности
функционирования передачи (кинематическая поrрешность и поrреш-
. ,
200
ность во производимости) MOrYT возник уть только из-за измене-
ния СИЛ трения (изменеН1fЯ уrла Рl,2):
· &РАрl == Cl [cos (а + PIT)' cos ((Х + Рlи)]/(2'2);
8P P2 == 8С 2 [cos (а Р2Т) ...... -cos (а Р2и)]/(2'2),
rAe Pt, 2Т'. Рl, 2Н .......... значения уrлов трения в текущем и начальном
положениях ведущеrо и ведомоrо колес соответственно.
, ASf=O"O:'
, п
. .; ;-. ; \ . Rif
Рис, 5.24, СмеЩелпя ца.пф ведуЩ rQ И ве,цОМQr9 зубчаТRIХ Кмес J) ПОАWIfП}НЧ
'"
б)
-.
..
· 201
При 'р'еверсиров?нии::- движения' 'ведуЩеrо колеса враIЧающий
момент меняет знак, зацепление происходит по друrим профилям,
u
вследствие чеrо меняеТС$! направл ение реакции в подшипниках
(рис. 5.24, б). Цапфы колес займут положения ОЗ' и 04; Поrрешности
положения колес будут равны:
Y Cl === 8$з cos (а + p)/r2 L\C 1 cos (а + p)/( 2r 2);
8Y C2 -== S4 cos (а, p)/r2 == L\C 2 cos (а P)j( 2r 2).
fI) . lJ ,
h ,/
.
"
.
Рис. 5.25. Реrулировка направляющ х rоризонтальной
оси теодоЛита: а...... призматических; в..... цилиндриче- .
. ских
_ Следовательно, при ре ерсир,ован'ии движения, возникает мертвый.
ход, приводящий К появлению поrрешности' воспроизводимости из-
за зазоров в подшипниках.ведущеrо и ведомоrо колес:' .
,
L.W 4C1 == 4УАСа ...... АУАС а == .....4сl cos (ее + p)/r2;
AC. == J1Y4C ...... AY C8 == &C;2 COS ( 'pji'2.
J
в тех случаях, коrда момент сопротивления ведомоrо колеса
не меняет знак при реверсировании движения (например, при CJ{JIO-
вом замыкании ведомоrо коле а на ведущее и однопрофильном зацеп-
JI НИИ Ko ec), действие зазоров на. поrрешность функционирования
передачи будет несколько ;иным. .
, Влияние поrрешноетей расположения и формы подшипников вра-
u
щательноrо движения рассмотрим Ha примере призмати.ческои на-
правляющей (elIarepbI) rоризонтальной оси враще,НИЯ теОДОЛ11:та
(рис. 5.25, а). Поrрешность ра(:положения верщины призмы п.о в'ы"
соте (L\H) , поrрешность уrла призмы (Lla) и поrрешность диаметра
цаПф];I (44)- ПрИВQДЯТ Н КJlОНУ rОр q НТ 1!!?Л9Й рсn ( 1') и к.ЛQrреw..
203." ..
I
'ностям nepBoro порядка малости при измерении rоризонтальных
уrлов (ф) и BToporo порядка при измерении вертикальных уrлов
теодолитом (32 ):,
Acp " L\y tg i; L\iiv Ау2 tg i,
rде i уrол места.' .'
Наклон rоризонтальной оси р.авен отношению превьtшения цен-
тра одной из цапф над друrой (находящейся на перпендику яре
к вертикальной оси теодолита) к расстоянию между лаrерами (L):
y == i1U/L. Превышение L\U связано с перечисленными первичными
поrрешнqстями следующими зависимостями:
\ "
J).U H === L\H; L\U Аа. == d cos (а/2)/[2 (1 cos а)]; L\U d == L\d/[2 sin (а/2)].
. ,,- ,
ce эти поrрешности приводят к постоянному отклонению rОРI;IЗОН-
тальной оси: ,
Местная поrрешность (шероховатость) цапфы бh и ее. овальность
i1h приводят к более опасным переменltь{М отклонениям центра цапфы
в вертикальной и' rоризонтальной ПJIоскостях при ее повороте, мак-
симальные значеНJ:IЯ которых можно оценить из следующих прибли,.
женныx выражениji [8]:. '.
,
АU Шахбh == бh cos (a/2)/sin rJ/==,бh/ [2 sin (а/2)];
L\ V шах 6/1 == бh sin (а,/2)/ sin а == бh/ [2 cos (а,/2)];
.
"АUШ ХАh == h os (a,/2)/sin а'== L\hf[2 sin (a12)];
, L\ V шах Ah == L\h sin (а/2)/ sin а == L\h/ [2 cos (а,/2) ].
I Если вращательное движение осуществля тс1t в шаРИКОI10ДШИn.
никах, то основными первичными nоrрешностями яsля rся осевое и
радиаJlЬное биения ero, колец. Рассмотрим их ,влйяние на точность
рабо ы уrлоизмерительной проекционной rоловки пр.ибора для изме.
рения MepTBoro хода редукторов (см; рис. 4.29). Принцип работы
Iroro прибора ОСН0ван на измерении уrла поворота вала с помощью
жестко со.единенноrо с ним лимба, отсчеты с KOToporo проектируются
на матовый экран! Осевое биение,( ро) подвиж'нplХ внутренних ко-
лец шарико одшипников, на которых .смонтирован ваn, может при-
вести к расфокусировке изображения из.за перемещения рабочеrо
участка лимба вдоль оси на l\po, а радиальное биение (4р) ........ к рас-
фокусировке и поrреwности измерения уrла. Так как радиальное
бмение ........ переменная нереrу.лярная величина, направление которой
изменяется в пределах от' О до 3600, то осевое перемещение проек-
тируемоrо уча.стка .лимба' (L\lo) и по решность.отсчета (Ау) определим
из выражений: . , . .
lo t1p === :f: 'R L\p/B; L\YAP == :f:: t!р/R л ,
rде R л ......... радиус рабочеrо участка лимба; В расстояние Me дy
подшипниками.' ,
Осевое' перемещен е лимба должно быть меньше или paJ3HO
rеометрической rлубине резкости (вившем примере 2;5 мкм), ОТКУДа"
допустимое злачение др при R n :;::= 40 мм й в == 100 мм будет равно
203
.
p === lo рВ/Rл === 2,5.100/40 === 6,25 МКМ. "-С друrой стороны,
если допустимая поrрешность измерения уrла д,у === 20", то предель..
ный Допуск (без учета друrих первичных поrрешнос:rей) на радиаль-
ное биение будет равен д'р === уRл === 20". 40. 5. 10 6 == 4 мкм.
Очевидно, что если не будет производиться компенсация Д,Y p,. то
именно эта величина. будет определять выбор класса подтип?"
-ника.
Технолоiические Memoabi компенсации пО2реШН(Jсmей направляю-
щих основаны на дополнительной ,обработке направляющих. Это
доводочные операции, выполняемые, как правило, на доводочных'
станках либо слесарной обработкой. Для направляющих поступа..
тельноrо движения' прЙменяют шабрение поверхностей, притирку
с помощью ручных или станочных притиров или сопряrаемых дета-
лей. Направляющие вращательноrо движения доводят с помощью
специальных притиров или сопряrаемой детали при вращении дово-
димой детали в патроне TOKapHor.o или притирочноrо станка, либо,
при ее ручном повороте в центрах. Основной целью доводки является
уменьшение поrрешности формы и расположения поверхностей на..
правляющих, влияющих на точносrь, плавность и надежность их'
работы. Следует заметить, что доводка является основным способом
компенсации поrрешностей;, формы деталей.
Рассмотрим некоторые примеры применения технолоrической
компенсации поrрешностей направляющих. На рис. 5.23 была п'риве..
дена схема направляющих поперечной каретки микроскопа УИМ-23.
Поrрешност из-мерения на микроскопе в значительной степени
определяется непрямолинейностью хода ero кареток. По т хническим
требованиям отклонение от прямодинейности движения для каретки
поперечноrо перемещения допускается на длине 100 мм не более
3 мкм В вертикальной и 1 мкм В rоризонтальной плоскостя'х. Эти
требования накладывают жесткие допуски на .первичные поrрешно"'!
сти направляющих. Так, допуски нЗ: поrрешность форм поверхностей
А и Б направляющйх составляют: на неплоскостностъ при параметре
шероховатости R z == 0,08 . (контролируеrся пробныM стеклом, N
1) 0,25 мкм; на непараллельность поверхностей А друр друrу и
плоскости rОРИЗ0нта не более 10' ; на непараллельность поверх-
ностей Б ....... 20"; на радиальное биение наружноrь (сферическоrQ)
I<-ольца подшипника не более 1 мкм; на непараллельность осей
вращения подшипников 5, 8, 11 fJO". .; ,
HeKoToP!>le допуски выдерживаются только с ПОМОЩI?Ю примене..
ния доводок. Так, поверхностр D (платики чуrунноrо основания под
направляющие) ша'брят до четырех-пяти точек на 1 см 2 , контролируя
плоскостность по краске с помощью контрольных плит или линеек
и добив ясь параллельности платиков, а затем поверхностей направ-
ляющих. Контроль осуществляют с помощью уровня. Плоскост-
ность рабочих поверхнос.тей направляющих (выполненных из стали
XBr) доводят с использованием чуrунных притиров и паСТ 1 rои,
осущестJ3ЛЯЯ J{ОНТРОЛЬ с помощью, пробноrо стекла. Такой же кон.
rpo.[IQ осуществляют при креплении направл ющих пл тикам для
выявлен я недопустимых об-ьемных деформаций,
204
Доводкой и селекцией обеспечивают допуск на. радиальное бие-
ние шарикоподшипнико,В. Для этоrо доводят с, помощью rрибковых
притиров биение беrовых дорожек HapY}I{HOrO и BHYTpeHHero колец
подшипников, вращающихся .в специальном патроне, до десятых
долей микроме.тра. Между двумя вращаемыми плоскими планшай-
бами, одна' из которых имеет торическую канавку, доводят до деся-
тых долей микрометра поrрешность форм шаров, которые затем ка...
либруют через О, 1 0,2 мкм и комплектуют. Биение собранных шари;-
коподшипников подверrают контролю.
С цомощью шабрения (до четырех пяти точеl\ на 1 см 2 ) доводят
также направляющие типа «ласточ ин хвост», колонки И кронштейна
визирной системы, установленные на поперечной каретке. Контроль
производят по плавности
и прямолинейн сти пере а)"
мещения кронштейна.
Проверку прямолинейное...
ти производят в двух.
взаимно пе,рпендикуляр
ных направлениях с по
мощью ,индикатора или
измерительной rоловки с
ценой деления 1 мкм И ре-
rхлируемых }{онтрольных
линеек длиной 200 мм и Рис. 5.26. Направляющие .для поступательно о
отклонением от плоскост", движен'ия
ности не более 0,25 мкм. .-
Перемещая кронштейн с индикатором по направляющим, реrули-
ровкой линейки добиваются одинаковых показ ний индикатора в
,крайних положениях.- Отклонение показаний индикатора в про-
межуточных пЬложениях характеризуеt непрямоли-нейность на-
правляющих, которая устраняется их подшабровкой. Допустимое
отклонение от прямолинейности на' длине 120 мм в зависимости от
величины перемещения составляет от 1,5 до .18 мкм.
Друrим примером применения доводочных операций является
дополнительная притирка на планшайбе с наждаком поверхностей
направляющих типа «ласточкин хвост», rрубой и точной фокусй-
ровки предметноrо стола (или тубуса) биолоrических микроскопов.
При ее выполнении получают более плавный ход ползуна в направ-
ляющих при минимальном зазоре. .. '
в случае применения цилиндрических направляющих для пря-
молинейноrо движения (рис. 5.26, а) (например, как в компараторах
ИЗА-2, И3А"-7) весьма сложно ДQбиться выс кой прямолинейности
образующих цилиндров для всех сечений. Лучшие результаты дости-
. ,
rаются при использовании плоских прямоуrо.[IЬНЫХ направляющих
(рис. 5.26, б), как, например, в rоризонтальных вертикальных дли-
номерах И3В-4 и изr -4., Напр вляющие МQЖНО дове rи притиркой
до плос ос ности,в одно-два кольца под пробное ст€кло.
До В.од К а направляющих вращательноrо движеlJИЯ с трением
скольжения эаКJIюч'а тся QБЬJЧН9 в доводке щеек цаrrф с помощью '.
'\
о)
.,>
(
205
i
пр тиров. Совместная плотн я притирка цапфы и ци индрическоrо
подшипника хотя и применяется , но не является л,учшим средстврм
против влияния зазора, для уме ьшения KOToporo ее обычно исполь..
зуют. Контроль поrрешности формы' цапфы при доводке производят
ga круrломерах или с ромощью ультраоптиметров и интерфероме- _
тров. Наиболее удобно производить онтроль' с помощью круrломе-
ров, по воляющих подучить rрафическую картину -nоrрешностей
формы доводимой цапфы. . .
KOHCтpYKтU8Hble методы компенсации nоарешносmeй направляю-
щих применяют в первую очередь для компенсации поrрешностей
u
расположения поверхностеи направляющих и. зазоров в соединениях.
В некоторых случаях, коrда компенсируется не caM первичная по-
u
rрешность, а ее влияние, удается компенсировать результат деиствия
и поrрешности формы на раВ-!lЯЮЩИХ..
Z IO
1 3
.
Рис. 5.27. Призматические направляющие: а.......... с трением сколь..
жения; б ......... <; трением качеliИЯ
Р'ассмотрим некоторые примеры конструктивных компенсаторов. /
'8 призматических направляющих (рис. 5.27, а, -б), как с трением
скольжения, так и с трением качения реrулировка зазора между'
ваправляющими 1, 3 и ползуном 2 осуществляется обычно подвиж'"
КОЙ.ОДной из направляющих (3) в пределах зазоров ПОД крепежныIe
винты. При такой реrулировке- добиваются .МИНИМ8.JIьноrо/'зазора,
обеспечивающеrо плавный ХОД на. BceM диапазоне перемещения пол-
зуна. rлавньiм у овием, обеспечивающим эффективность компенса-
ЦИИ, являе ся ,отсутствие пирамидальности, боковых по-верхностей
ползуна в вертикальноl и rоризонтальной плоскостях иwпоrрешно-
стей форм рабочих по ерхностей. Для устранения этих дефектов
направляющие с трением сколь ения перед реrулировко.й з зора
притирают совместно ползуном, а ползун и направляющие с тре-
нием качения ---- с помощью притиров.
Перечисленны способы реrулировки MorYT быть 'жесткими (т. е.
окончательной фиксацие подвижной направляющей), реrулируе-
мыми С ПОМОЩ1?Ю винтов, 'клиньев, эксцентриков, и эластичными ........
с замыканием подвижноrо ползуна с помощью'пружин.
Констру'ктивную компенсацию поrрешносте расположения ра-
бочих .поверхностей рассмотрим на примере направляющих попереч-
ной каретки микроскопа УИМ-23 (СМ. рис. 5.23). По рхности Б
направляющих 4, 9 должны быть параллельны друr.друrу.и плоско- '
сти YOZ (Т. е. перпендикулярны к движению продольной каретки),
'параллельными ДОЛЖНЬJ, БЬJТЬ И ЛJJQСКОСТИ: вращения щаРИКQЦОД.
шипников 5, 8, 11,.
206
"
На рис. 5.28 nриведеhЗ часть КОНСТРУКЦИИ этих направляющих
каретки микроскопа' УИМ...23., Поверхность Б направляющей 3. уста-'
навли'вается параллелъно требуемому направлению путем разворота
одноrо из. ее концов на платике (пов рхиос1'Ь D) с помощью реrули-
ровочных ... винтов 4 (друrой конец :направ.цяющей MeeT шаровую
опору 6, BOKpyr которой произ одится разворот). ' .
Контроль параллелъности цаправляющих производится с по-
мощью зрительной трубки и коллиматора, имеIqЩИХ прямоуrольиый
корпус, прижимаемых к контролируемым поверхностям. ДЛЯ KOH
троля параллельности поверх-
ности Б плоскости У OZ (T е.
перпендикулярности к на,прав- 1
u
лению движения продольнои
каретки) используют дополни-
т льно ,точную пентапризму и
u
цилиндр с полированнои пло- 1
u ... u
щадкои, которыи вставляется в
отверстие под, подшипник на-
u u
.правляющеи продольнои карет-
ки. Зрительная трубка" прижи-
мается при этом к поверхности
1 Б, а коллиматор . к ПOOlИРО-
u
ваннои площадке цилиндра.
Для замыкания коренных
цодшипников кареток на на..
uравляющие они посажены на
зксцентричес. ие валики. ОТПУС.
каюt стопор 12, и разворо'Том
валика .8. добиваются нужtlоrо
соединения подшип ика с на. . 6,
правляющей. 'Та ая реrулиров.- Ри . 5.28. Конструкции _ 'направляющих
ка обычно произsoдится в том' поперечной 'каре ки ми роскопа УИМ-2З:
случае ' коrда прямолинейность J ..... каретка: 2. 9..... коренные ПОДШИПНИКИ;
,. . 8 ... напрч»ляющая; 4 .... реrУJJИРОВ ЧНЫЙ
хода ка р етки в rо р изонтальной ВИНТ: 6 --; основание; 6 ... шаровая onopa: 7 ...
'. ,., rайка; 8 ..... зксцентриковая ось; 10 ..... канвовая
плоскости более 1 мкм (кон- шайба;. J J ..... ralKa; 1 Z ..... стопор'
трол руется по лекальной .ли. \
н йке, устанавливаемой на каретку,' трубкой оптиметра, закреплен..
ной тубусе визирной системы). При ЭТОМ разворачивают эксцентрики
переднеrо заднеrо подшипников 8 и 10 (см. рис. 5.23) в разные сто.
роны, чем обеспечивают параллельность плоскостей вращения опор-
ных подшипников 5, 8, 11 плоскостям Б (этим устраняется отклоне-
ние кар етки из ПJI<?СКОСТИ YOZ).' .
Плоскости опррных подшипников каретки предварительно вы-
ставляют параллельно друr друrу разворотом клиновидных шайб
. (подобных шайбе 10), помещенных между фланцем оси и торцом
внутрениеrо кольца. Требуемый наклон происходит после затяrи-
ания rайки 7 вследствие небольшоrо зазора между ОСЬЮ и внутрен-
ним кольцом ,подшипника. Контроль осуществляют с I:IОМОЩЬЮ
уровня, устаН .тIиваеМQrQ поочеР АН9 JI торцы КРtlIед ПОДШИnНИКQВ.
207
./
в конструкциях подшипников вращательноrо движения, изоб-
раженных на рис. 5.25, заложена возможность компенсации .наклона
оси цапф. Работая стяжным и упорным винтами призматической ла..
repbI (СМ. рис. 5.25, а), цапфу можно опускать или цоднимать, уста-
навливая rоризонтальную ось вращения перпендикулярно к верти-
.кальной оси. Разворачивая цил ндричеСКИQ подшипник BOKpyr цен..
тра (Он) наружноrо пояска d H (см. рис.. 5.25, б), смещают по верти-
кали центр (О.в)---внутреннеrо отверстия d B , выполненноrо эксцентри-
чески по отношению к наружному. Для устранения смещения цапфы
при реверсе в подшипнике делают неrлубокую выборку под уrлом
а == 900, разнося опору
. на две линии (площад-
ки), касательные к ко-
торым, MHoro. больше
уrла трения
На рис. 5.29, а, б
изображены подшипни..
u
ки С реrулировкои зазо-
ров с помощью разрез-
ной цанrи (рис. 5.29, а)
,и pery лируемой центро-
вой опоры (рис. 5.29, б).
В таких конструкциях
u
для «эластичнои» ком-
пенсацци зазоро цанrу
и центровую опору мож-
но замкнуть пружи..
нами.
Рис. 5.29. РеrУJIировка зазора в ПОДШl!пниках Компенсацию осевых
зазоров направляющих
вр щате ьноrо движения осуществляют замыканием валов на шаро-
вую опору (см. рис. 5.9). При реrулировке зазоров в направляю-
щих поступательноrо и вр щательноrо движения с жестким замыка-
нием следует обратить внимание На то, что оставшийся зазор должен
быть достаточным для удержания смазки (не менее 1 мкм) И обес-
печивать отсутствие TeMnepaTypHoro заклинивания. Температурное
заклинивание опасно в том случае, коrда направляющие и ползун
(вал) изrотовлены из разных материалов. Зазор (АС) изменяется,
как известно, при изменении температуры. ( t). по следующему со-
отношению:
а)
, .
о)
C CO + ( а l ....... <%2) L dt,
rде CO зазор при t == 200 с; <%1' <%2........ коэффициенты линейноrо
ра ширения сопряrаемых деталей; L ....... размер сопряrаемых деталей
в посадке. .
Для уменьшения опасности температурноrо .заклинивания при '
малых зазорах и больших перепадах температуры СОIJряrаемые Д -
тали изrотавливаю из одноrQ м териала7 Н9 одну из дет&лей (ползун,
вал) подверrаIQТ акаJlке,
20S
. Рассмотрим компенсации H' самих поrрешностеА нанраВЛSlюiцих,
а их влияния на T09HOCTb работы функциональноrо устройства. Ком-
пенсация подобноrо рода осуществляется применением систем, пере-
мещаемых по направляющим и нечувствительных к их поrрешностям,
.например, разработанные сотрудниками лома универсальная дли-
ноизмерительная. машина с лазерным интерферометром, нечувстви-
u u
тельная ,к н прямолинеиности перемещения измерительнои каретки
по направляющим станины, и серия датчиков линейных перемещений
(на основе линейноrо датчика rои [35 ]), которыми оснащен ряд
серийных приборов.
У .х)
ФП4 ....... и /
d ФП2
ФПЗ
.-
1"
Рис. 5.30. Схема компенсации влияния
поrреШНQстей направляющих в фото--
электрическом датчике линейных пере..
мещений
Рассмотрим работу одноrо из таких датчиков, схема KOToporo была
w приведена на рис. 1.13. Штрихи прозрачн<?й дифракционной решетки
u
имеют наклон по отношению к штрихам непрозрачнои решетки
(рис. 5.30, а), поэтому при смещении ее возникает смещение муаро-
вой полосы дифраrированных лучей. В упрощенном B дe можно
представить период муаровой полосы как Т == d/ср,.rде d постоян-
ная решетки; ер уrол наклона штрихов. В результате с четырех
фотоприемников '(два из н'их нужны для определения направления
. u U
движения, два друrих для подавления постояннои составляющеи
сиrнала), сдвинутых относительно лруr друrа на 1/4 периода,. сни-
маются электрические сиrналы вида:
и ФП! === U с + и у sin (2луjТ) == и с + И у sin rot;
ИФП2 === и с + U v 8in (rot п/2);
UФпз===Uс+Uv8iП(rot n); ,
и ФП4 :....... U с + И у 8in. (rot 3п/2),
209
rде и с , U v цостоянная и перемённа ёост 'вляtotцие сйfНЗ-!IЙ
соответственно. выIит,аяя из nepBoro сиrнала третий, а из BTOpOFO
четвертый, подавляют постоянную составляющую и удваивают по-
лезную .переменную: '.
и ФП l З === 2U v sin (j)t; U ФII 2 4 ' 2И у cos (j)t.
. .
Сдвиr фаз этих сиrналов отнесительно друr друrа на п/2.позволяет
выявить направление движения, а преобразование синусоидальноrо
сиrнала в прямоуrольный и подсчет прямоуrольных импульсов с по-
мощью реверсивноrо счеjчика определить величину перемещения.
При перемещении подвижной решетки вдоль оси У, Из-за norpelli-
ностей направляющих ВОЗМQЖНЫ ее ПОБОрQТЫ относительно осей У,
.Z, х. Повороты BOKpyr осей У и Z для TaKoro датчика неопасны [З5].
Поворот относительно оси Х (до 10" для кареток продольноrо и
поперечноrо перемещения микроскопа УИМ-29) приводит к поrреш-
u
ности Л}fнеиноrо датчика в свS!зи с изменением уrла ({), приводящеrо',.
к изменени шаrа. муаровой полосы и сдвиrу фазы (Д,\,) сиrналов
с приемников:
,
· TAq>==Td({)x/cy; Y . l2n epx/d,
rде.' 1 ::....... расстояние между приемниками. '
Для, компен ации этой ПОI:'решности было предложено наносить
на прозрачную решетку два участка наклонных штрихов с равными,
но' противоположно напра ленными ,уrлами HaK OHa (СМ. рис. 1.13 и
5.ЗО, 6). Теперь при перемещении подвижной решетки возникают две
системы муаро13ЫХ полос, ДВИЖУЩИ.еся навстречу друr др у r'y . Если
происходит наклон решетки, то для одноrо участка" ер уйеличивается
на L\epx, а для друrоrо уменьшается a L\({)x (Т. е. увеличиваются
или 'уменьшаются периоды соответствующих муаровых полос). Рас-
положив два фотоприемника напротив одноrо, а два друrих на-
против BToporo уч стка прозрачной решетки (СМ. р,ис. 5.ЗО, 6), с уче-
том сдвиrа фазы по учим -.
U ФП1 == и с + U v sln (oot + L\YAq>X);
U ФП2 == и с + U v s n (rot п/2 J-.. A1' q>x);'
U ФПЗ == и а + И у sin «(j)t 1( 4у&срх);
U ФП4 == и с .+ И у sin «(j)t 3п/2 4УАСРх).
,. .
Вычитая из первоrо сиrнала третий, а из BToporo четвертый,
с учетом малости L\,\" ПОЛУЧ':l м_
UФП1 З == 2И у sin (j)t cos y 2и sin rot;
.
. И ФП2 -- 4 == 2И у cos.(j)t cos *'1 2и cos rot.
Схема подключения приемников. представлена на рис. 5.ЗО 8. Таким',
образом, мы видим, что отсчетная система малочувствите.аьна к по-
rрешностям направляющих, крторые приводят к наклону каретки. .
Полной компенсации здесь не' происходит также из-за Toro, что при
наклоне решетки несколько изменяется амплитуда сиrнала.
J
210
\ .
ФОТОЭ.fIёК1'риче кий датчик .линейных перемеtцениti удобен также
13 юстировке. . Расстояние между ФО10приемниками (и центрами
.динз 4), равное Т/4, выдерживается технолоrи ески (см. рис. 1.13).
Не требует тр'оrой выдержки расстояние между дифракционными
решетками (0,5------:-1 мм), работающими в параллельном ходе лучей.
Параллельность дифракционных решеток выдерживается техноло-
rически либо устанавливается с помощью автоко.тiлиматор' . Полу-
чение необходимоrо сдвиrа фаз в n/2 между сиrналами фотоприем-
ников 1 2 и 3 4 осущеатвляется разворотом прозрачной дифрак-
\ цИ'онной решетки BOKpyr оси Х, сдвиr фаз в n между фотоприемни-
ками 1 3 и 2 4 перемещением Bcero блока вдол'ь оси z.
в датчике предусмотрена также. КОМQенсация постоянной состав-
ляющей поrрешности шаrа дифракционн'ой решетки.. Для эт6rо
отражающую дифракционную решетку изrотаnливают с шаrом,
несколько, меньшим требуемоrо, а затем; -устанавливая ее 'под не-
которым у'rлом к направл.ению смещения и наклоняя BOKpyr оси Х,
добиваются вдоль оси У шаrа, paB'Horo номинальному шаrу. '
\
..- 5.5. УСJРОЙСТВА ЮСТИРОВКИ ИСТОЧНИКО
И ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
, .
Поr.решности расположения И ТОЧНИI\ОВ и приемников оптиче-
'о
CKoro излучения' при одят к ухудшению показателеи. точности
функционирования ОП, качества изображения, падению отношения
сиrнал/шум. При проектировании функциональных узлов с п ием-
никаМJ;I и источниками излучения обычно предусматривают тот или
иной метод компеН,сации поrреp:Iнос,!,ей их расположения относи-
тельно некоторых баз. ' . '
Наибольшее распростран ние получили конструктивные методы
компенсацииfS(применяют также селекцию и изредка дополнитель-
ную обработку корпусов), обеспечивающие центрировку и фоку-
,сировку lJ риемников и источников излучения. Рассмотрим некоторые
конструкции креплений. светодиqдов, .позволяющие производить
ю.стировку индикатриссы их излучения,- фотодиодов и матриц пзс
(, с юстировкой'. положения их чувствительноrо слоя 1.
На рис. 5.31 изображено устройство для крепления светодиода 4,
позволяющее производи,тЪ юстировку направления индикатриссы
излучения. RJстировка производится поворотами светодиода в двух
взаимно перпендикулярных направлениях е помощью двухоснqrо
шарнира. Поворот BOKpyr оси Х осуществляет.ся разворотом ци-
линдро-ко ической оси 2 при ослабленной raijKe 6 в цилиндрическом
валике 1. Разворот BOKpyr оси У осуществл'яется покачиванием
цилиндрическоrо валика 1 в корпусе 9 при ослаблении винтов 10.
Светодцод крепится на оси 2 с помощью разрезноивтул и 3 и под-
КЛ,ючается через разъем,В. Детали 5 7, .11, 12 выполняют защитную
и ВСQомоrательные роли. Фокусировка светодиода производится
небольши.ми ,осевыми .подвижками ero относительно втулки 3.
t '
: Рис. 5.31 5.34 предоставлены r. В. Бреенковым.
211
/
На рис. 5.32 показано устроЙство для креплеiIий свеТОДИОДа 1
с обеспечением еrо,фОКУСИРОВКИ и реrул ровки ыаправления инди
катриссы И3.JIучения. Фокусировка производится перемещением дe
тал 4 по резьбе корпуса 5. Реrулировка направления излучения
осуществляе ся разворотами шаровой детали 3 при ослабленном
реЗl?бовом кольце 8. Для обеспечения возможности пово.ротов дe
тали 3 в не'й предусмотрено резьбовое отверстие, в которое при юсти-
А ..А
. -
Al
f
2
J
4-
5'
7
9
lA
10
Рис. 5.31. Устройство для крепления светодиода
с юстироикой направления излучения
- .
ровке завинчивают втулку (внутри втулки пропущены ПрОБода для
питания светодиода), с помощью которой производят покачивание
детали. Крепление светодиода здесь также осуществляется с помощью
разрезноrо кольца 2 и вин а 6 (в пред дущей конструкции винт
не показан). Недостатком данной конструкции является то, что
при осуществлении фокусировки из за вращения детали 4 возможно
появление децентриро,ВКИ излучающей площадки светодиода.
Устройство для крепления светодиода, изображенное на рис. 5.33,
позволяет производить фокусировку сетки 1, освещаемой светодио-
дом 12, пл-авными реrулировками с помощью резьбовых колец 2
и 5. От проворота сетка удерживается винтом с ЦИЛИНДРИЧЕ:СКОЙ ro
212 '.
..."'"
лоJ;3КОЙ 4. Сферическая деталь 8 может покачиваться BoKpyr трех
осей непосредственно от руки либо с помощью шпильки, ввqдимЬй
в' отверстие платы 9. '
На р.ис. 5.34 изображено устройство для крепления светодиода 1
с обеспечением e o центрировки, фокусцровки и реrулировки -на-.
правления излучения. Центрировка осуществляется с помощью
эксцентрических кольца 10 И оправы 4. Фокусировка. производится
подрезкой прокладноrо кольца 6. Реrулировка напраnления излуче-
ни выполняется аналоrично' рассмотренной выше схеме. Питание '
на светрдиод подается через. разъем 13.
Юстировка обычных фотодиодов заключается в их фокусировке
и центрировке, что достиrается, например, с помощью эксцентри-
ческих (СМ. рис. 5.34) и резьбовых 5 6 7 8
(СМ. рис. 5.33) колец.
Узлы крепления позиционно-
чувствительных фотодиодов И ма- 4-
ТРIfЦ ПЗС должны обеспечивать их J
центрировку, фокусировку, разво- . 2
рОТ BOKpyr 'оси' И при необхрди- 1
u
мости установку чувствительноя
площадки перпендикулярно к па-
дающему о'севому пучку лучей.
В OM случае, коrда фокусировка
и (I:fЛИ) центрировка изображения
осуществляется оптическими пре-
образователями сиrнала (объекти-
вами; зеркалами), в конструкции
крепления фотодиодов и пзс
\
ледует предусмотреть возмож", Рис. &.32. Устройство для крепления
ность их разворотов BOKpyr. оси светодиода с фокусировкой и реrули....
падающеrо пучка. рОБКОЙ на!lравления излучения
/На рис. 5.35, а изображено .
устройство для крепления /фотоприемни а 8' со следующими юсти-
ровочными подвижкаМ I. Смещение вдоль оси Z и разворот прием-
ника BOKpyr нее осуществляется от руки при осла {Iении винта 7
XOMYTOBoro зажцма детали б. Центрировка производится двумя па-
рами винтов 5, расположенными под уrлом 90° друr к друrу, JIa-
клоны, чувствительной плрщадки относительно осей Х, у выпол-
няются -' наклонами детали 9 с помощью коаксиальных сферических
шайб 1, 2, 4, одна из которых (например, 4) в процессе юстировки
подрезается. Для Toro чтобы производить независимы наклоны OT
носительно, осей Х, У, три вин а 3 располаrа тся. под, уrлом 9((
друr к друrу. .
в некоторых случаях для обеспечения осевьхх смещений при-
· емника и возможности ero наклонов замыкание 'детали 9 осуще..
СТВ.1!яется на три реrулир уемыIe резьбовые втулки 10' (рис. 5.35, -6).
Для повышения наде?Кности юстировки винты 3 и 5 заливают
. "
лаком или клеем. В некоторых случаях клеем фиксируют положен'ие
cex родвижнь! детале . Если требуется вь сокая чувствител'ьность
2t
"с=; ... .
1 2
J
4.
Вио А
.
Рис. 5.33. Устройство для крепления све-- Рис.- 5.34. Устройство ДЛЯ крепления
" т диода.-с плавцой фокусировкой светодиода с ero цетрировкой, фокуси-
ровкой и р.еrУJlИРОВКОЙ напраВJIе ИJl
ИЗJIучения
, \
/
.
214
5)
10 .
..
. ,
'..
Рис. 5.35. Устройство для юсти..
pyeMoro крепления фотоприеl'4"
{1пка
рйзвЬf)()1'l{ t1р,й мниkА BOKpyr оси hадйto1Цеfо пучкА и'еtо фокусtIрозки, "-
то это можно сделать с помощью конструкции, изображенной на
рис. .5.36./ 3д ь фокусировка приемника 3 осущес:rвляе!ся осевой
подвижкой детали 5. резь овыми кольцами 2, 4.. Разворот при не..
затянутых окончательно и .:r х 1 ПРОИ3ВОДится с помощь съемноrо
эксцентрика -7.. Центрировка выполняется вин:rами 6.
, .
Вид А
1
2
з
4
/
"',
I f:.
Рис. 5.36. У строАство для: крепления фотоприемника с плаВJ:lЫМИ. фоку..
сировкой. центрировкой и 'разворотом чувствительной площадки
',,;
Весьма часто, уrловое положение фотоприемника юстируется
С' помощью упруrой деформации частей корпусной детали, либо
с помощью упруrих шарниров.' I)PIJ таком способе реrулировки
иноrда появляются отклонеНИЯ t возц-икающие из-за rистерезисных яв"
J1ений и ynpyroro последействия в материалах деформируемых деталей
. ,
.
5.6. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ МУФТЫ
.
y ы предна начены для соединения концов ДBY валов для
передачи крутящих моментов и уrловоrа движения с одноrо вала на
друrой. С их помощью п.роисходит подсоединение электродвиrателей
к приводам подвижных функциональных устройств прибора (скани-
. рующим системам, системам фоку.сиравок, наведения), соединение
уrловых фотоэлектрических, индуктивных, потенциометрических и
друrих датчиков перемещения' с вращающимися элементами прибора
, и" 1'. д. Основным требованием, предъявляемым к муфтам,. применя-
ющимея в ОП, является точность передачи уrловоrо движения. .
Различают -три поrрешности передачи уrловоr,О движени'я: кине-
матичеСJ{УЮ разн сть между уrлами поворота ведомоrо и ведущеrо
валов; мертвый ход (холостое) ........ не передаваемое на вал движение
ведущеrо вала, возникающее B MOMeHT. реверсирования движения;
неравномерность уrловоrо движения '7""'" колебание уrловой скорос и
u о
ведомоrо' вала при постояннои уrловои скорости в дущеrо вала.
Все эти поrрешности в существенной степени зависят от поrрешно-
стей расположен я rеометрических осей соединяемых валов (их
несоосности, перек сов и oceBoro смещения).
......
215
,.
-Для компенсации ВЛ янця fIоrреmностей расnоложени5t СоедИ-
няемых валов применяют так называемые компенсационные муфты.
Наибольшее раСJ)ространение из них получили поводковые муфты, .
муфта Ольдrема, карданная, мембранная и сильфонная муфты.
Поводковые и карданная муфты не' позволяют получить высокой
точности передачи уrловоrо движения из- а кинематической поrреш-
ности' инеравномерности ДВ,flжения при несоосности' соединяемых
валов. Муфта Ольдrема свободна от этих поrрешностей, но обладает
большим мертвым ходом. Обычные мембранные муфты хорошо ком-
, A A
...............
.
) I
у
, /
л'
Рис. 5.37. Упруrая муфта
пенсируют перекос валов и недостаточно их несоосность. Наиболее
точными из перечисленных муфт при небольших перекосах и несоос-
ностях валов являются сильфонные муфты. Однако для их изrотов-
ления требуется материал, обладающий высокими упруrими свой-
ствами с отсутствием rистерезиса и упруrоr.о последействия.
Упруrая . муфта, разработанная под руководством В. В. Кула-
rина, изображена на рис. 5.37. Она содержит две ПОJlУМУфты 1, 2,
крепящиеся накладками к концам соединяемых валов, два диска 7,
между которыми закреплена креСТООQра ная мембрана 6, четыре
уrольника 4 и накладки 5, 8, с помощью которых происходит с<?еди-
пение мембраны IJ четырех плоских пружин 8 С полумуфтами. Такое
решение позволило создать компактную муфту, компенсирующую
смещение и перекосы соединяемых валов. Перекосы и осевые смеще-
Ния ПО.1lумуф'т компенсируются мембраной, а несоосность валов.........
плоскими пружинами. При небоiЛЬШИХ' крутящих моментах (менее
1 Н. см), децентрировках соединяемых валdв не более 0,1 мм и пере-
..
216
. косах в 1() 15' кинематиЧеская tiоfрешность муФтьt не nревосХОДИТ
нескольких уrловых секунд.
. На рис. 5'.38 приведена конструкция крестообразной муфты,
разработанной в литмо. Ее достоинством' является способность
компенсации несоосности, перекосов и ?севых смещений соединяемых
валов, простота конструкции и достаточно высокая точность пере-
дачи движения. Муфта содержит Bcero три относительно сложных
детали: полумуфты 1; 3 и крестообразный вкладыlш 2. На концах
полумуфтыI имеются призматические канавки, направленные пер-
пеНДИКУЛЯРНQ к оси. На концах вкладыша призматические канавки
направлены nараллельно оси. Соединение полум'уфт с вкладышем
осуществляется по редством четырех шариков 5, установленных
"
,
.
Рис. 5.38. КреСТQобразная призматическая муфта
В соответствующие призматические канавки, и силовоrо' замы'кания
с помощью пружин 4, что позволяет удерживать шарики в требуемом
положении и осуществлять осевое'соединение полумуфт без допол-
нительных деталей.
Точность передачи двltжения определяется в основном поrреш-
,ностями формы шариков и поверхностей призматических канавок
полумуфт и вкладыша. Поrрешность уrла поворота ведомой полу-
,муфты равна <p == h/ [2 sin (а/2)], rде а уrол призматической
канавки; h поrрешность формы.
'Как видно. из Форму.лы, поrрешность муфты будет уменьшаться
с увеличением уrла а. При плоских поверхностях полумуфт и вкла-
дыша (а == 180°). поrрешность будет минимальна, проще осуще-
ствляется доводка соnряrаемых поверхностей (однако. увеличи-
вается число вспом.оrательных деталей). Именно такое решение
заложено в конструкции муфты, изображенной на рис. 5. 9, точностЬ
раБотыI'. КОТQРОЙ примерно в 1,5 раза выше, чем у призматической
крестовой муфты а , 900. Для получения секундной точности
передачи' движения сопряrАемые поверхности и шарики таких муфт
должны им ть поrрешность lIe более долей микрометра. .
8 Латыев с. М.
211
На рис. 5.з9 представлено Устройст,ВО J{рес'tО9бразноti I1Iариковоfl
муфты, разработанной ПОД руководством Е. Р. -Маломеда. Она
остоит из двух полумуфт 3,. б, раБЬчие поверхноtти которых дове-
дены ПОД пробное стекло,. крестообразноrо вкладыша 7 с доведен..
НЫМИ рабочими поверхностями также под пробное стекло, шаров 5
(с поrрешностью формы 1Ie. более O,1 O,2 мкм), ПJIОСКИХ пружин 2,
4, рсуществляющих крепление шаров, пружин 8 для силовоrо за-
мыкания полумуфт и свинчиваемых деталей 1, 9 для oceBoro соеди-
нения полумуфт . Муфта позволяет компенсировать достаточно боль-
шие П,ерекосы и смещения соединяемых валов. Однако и здесь для
#
J'4 _
5
.
А....Д'
8
.:rI
Рис. 5.39. Муфта консТрукции лома ИМ. В. и'. Ленина
..
, u
достижения передачи у:rловоrо движения с секундноя ТОЧНОСТЬЮ
необходима редварительная реrулиро:вка соединяемых валов, обес-
печiп: ающая их несоосность не БОJ.Jее О, 1 мм и перекосы не более
lO 15'., ·
КОНТРОЛЬ поrрешности расположения соединяемых валов \ про-
ИЗВQДЯ'Т обычно с помощью лекальных линеек, и дикаторов, оптико-
механических устройств. Лекальными линейками (либо плоско-
параЛ.[Iельными пластинами} контро ируют HeCOOC OCTЬ валиков,
имеющих одинако р!й диаметр. КОНТРОЛЬ производится на каче-
ственном уровне (на просвет) путем приложения линейки к поверх-
ности одноrо из валиков и наблюдение за, поrрешностью располо-
v
жения друrоrо валика относительно поверхности линеики.
Индикатор позволяет ПрОИЗ,водить измерение I10rрешностей рас-
положения. поверхностей валов, имеющих различны1й диам тр. Для
этоrQ н'а один из валов, принимаемый за' базо.вый; устанавливают
струбцину, несущую индикатор, измерительный стержень .KOToporo
зам:ыка тся на ПОБерхност друr rо. в л'ика. 'Если ПРОИЗВОДИТЬ Бра-
218 ' /
4
,
.
щение струбцины BOKpyr' баЗОБоrо валика (или вместе с валиком),
- то при налич,ИИ HeCOOCHOCT соединяемых валов стрелка индикатора.
-будет отклоняться на удвоенное значение эксцентриситета. При сме-
щении струбцины вдоль баЗОБоrо валика (производится в )ДBYX
взаимно перпендикулярных положениях струбцины) по и?мененкю
показателей индикатора судят о перекос BToporo валика относи- -
теЛЬНОFО базовоrо. - .
, Оптико-механические устройства, как правило, основаны на
. u
автоколлимационном' измерениц поrрешностеи' расположения ПQ-
u
верхностеи.
НП 4 5) нп
r......
.... .. . r .1 L:
I 1-
I
I - I
.......: ......... ....... ..........1
8)
,
з '.
РИС." 5.40. KOНTp Ь поrрешно-
стей расположения соединяемых
валов
Одним из возможных способов, обеспечивающих требуемую точ.
ность выс ав и соединяемых валов, в случае оrраниченноrо про.
c paHCTBa является использование приспособления, oCHoBaHHoro на
принципе eMKoCTHoro. датчика.(рис. 5.40). Особенность этоrо) устрой-
ства состоит в ТОМ, что контролируе ая поверхность одноrо из вали-
ков использу тся для создания емкости, а друrая является базой
ДЛЯ .приспособления. Н пример, при контроле несоосности (СМ.
рис. 5.40, а) на валик 4 устанавливают приспособление 8 с электро-
дом 2. Электрод подключается к клемме измерителя емкости (напри-
мер, типа Е8-3) С низким потенциалом нп, а валик 1. подкл'ючается
К клемме с высоким потенциалом нп. При вращ нии валика 4 изме.
ряют изменение емкости C между электродом 2 и цилиндрической
J10веРхно :rью валика 1. Изменение емкости происходит в связи
с и меJIенйем роздушноr зазора между ними, ч:fо обусловлено не.
соосностью 68. Искомая несоосность валиков определяется по ф.ор-
муле: S ::;: K/(2 C), rде К .....,. п..ос оянная, зависящая от rеометри'"
8* ' 219
ческих раз еров электрода'и rабаритных размеров контролируемой
по ерхности. При контроле перекоса валиков (см. рис. 5.40, б)
приспособление перемещают по поверхности одноrо из них и изме-
ряют 'изм.енение емкости, обусловленное перекосом y. Искомый
перекос опр д ляется по формуле 4"1 == K/(L C), rде L переме-
щение приспособления.
Эксплуатация этоrо ПРИСПQсобления показала, что им удобно
пользоваться непосредственно' при сборке для выставки параллель-
ности и соосности валиков; используя ero как индикатор поrреш-
ности.
Устройство этоrо nриспособления показано, на рис. 5.40, 8.
Оно состоит из реrулируемоrо электрода 1, шкива для подсоедине-
ния электрода к измерителю емкости 3 и призматической струб-
цины 2. Такое устройство может н айти применение также для кон-
U I U
троля поrрешностеи размеров и расположения поверхностеи изде-
U u
лии, на которые нежелательно воздеиствоват чувствительным эле-
ментом.
5.7. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ РЕrУлиРовочныХ УСТРОЙСТВ ..
Чувствитель ость ,реI'улировочных устройств характеризуется
минимальным' перемещением ero рабочеrо (цсполнительноrо) эле-
мента БРmtп == АzрL\zи mln, rде Llz и min минимальное перемеще-
ние opraHa управления; A zp передаточная функция ( оэффи-
циент), связывающая Z и бр. Эта характеристика является одной
I u
из важнеиших для реrулировочно-юстиров()чных и настроечно-
выверочных компенсаторов, заложенных в КОНСТр.укцию прибора.
От нее ависит степень возможности и трудоемкость выIолненияя
коррекции. -
Так как реrулировочные устройства воздей твуют на конструк-
тивные параметры прибора, то значение БРmlП рассчитывают исходя
из требуемой точности комценсации (см. п. .2): - ".
БРmlП ' Аунн m'ax/Aq; БР iп . Ауни mln/Aq,
rде Aq передаточная функция (коэффициент), связывающая pery-
лируемый конструктивный параметр при.бора и показателъ качества;
YHH шах, . YHH mtn максимальное и минимальное значения не-
докомпенсации влияния поrрешностей соответственно.
Минимальное перемещение opraHa управления зависит от спо- 1
соба управления. При автоматизированном способе управления пере-
мещение opraHa управления осуществляется с помощью электро-
двиrателей, пьезо- и маrнитострикционных двиrателей. Значение
LlZ R mln В этом случае известно достаточно ciporo и определяется
характеристиками двиrателя (например, уrловым шаrом шаrовоrо
двиrателя, 'noporoBbIM значением измен ния размера пьезокерамики
и Т, д,), При ручном способе уцравления перемещения opraH8 упра ..
лепия рукояткам» и маховиками либо с помощью отверток, шпилек,
ключей осуществляется оператором. Здесь значение ZR mln зависит
от большоrо количества .факторов: вида контроля за соверш емым
220
..
движением, момента сил сопротивлени'я движен ю размера и форм
opraHa управлен , индивидуальных особенностей оператора.
Так как управление осуществляется в режиме корректировки,
т. е. последовательными приближениям.и рабочеrо элемента в тре-
буемое положение при троrании opraHa управления с места (либо
при ero медленном движении) с последующей мrновенной остан.овкой,
то зн.ачение ZR mln определяется rлавным образом запаздыванием
реа ции.руки оператора на сиrнал об OCTaHO Ke движения. Это
запаздывание объясняется наличием латентноrо периода сенсомо-
торной реакции ператора 1, характеризующеrо ero психофизиоло-
rические возможности к осуществлению 'малых перемещений. При
u
зрительном контроле за результатом движения латеНТН IИ период
меньше и чувствительность движения выше, чем при слуховом и
тактильном контроле. Этим объясняется известный факт существен-
Horo ухудшения результатов корректировочноrо движения, выпол-
няемоrо п? команде друrоrо, оператора либо'только по кинестати-
ческим ощущениям руки, (кинеста,\ическая обратная связь дает
лучшие результаты только у хорошо тренированных операторов).
Ролlт усилий, раЗВlJваемых рукой при выполнении корректировоч-
Horo движения, размеров и формы рукояток можно paccMQTp Tb на
. u
основании зависимости пороrовои чувствительности движения ру'"
коятки с накаткой в случае зрительноrо контроля за результ том
., движения (см. рис. 4.49). При больших моментах СОl)ротивления
u , .
.движению латентныи период реакции возрастает и чувст wrельность
снижае1'Сft. В то же время. при одном и том же моменте сопротивле..
u ' .
ния усилия, развиваемые рукои, уменьшаются с увеличением диа-
метра рукоятки, блатодаря чему чувствительность повышается.
, Однако при очень малых моментах сопротивления оператор не
U .
чувствует их и латентныи период снова возра.стает, проц сс движе-
ни становится менее «тонким» и усто чивым, что объясняется также
треммороМ' паЛl;>цев, под действием KOToporo происходит самопро-
извольное движение РУКОЯТl\И. Оптимальный момент сопротивления
движению составляет 1 2,5 Н. см, сила сопротивления O,5 1 Н,
диаметр ру-коя;rки 40 60 М!\1. ,
,., Отрицательное влияни на значение L\ZR min ,оказывает перепад
u u
моментов и усилии на opraHe управления, возникающии в момент
троrания, из за неравенства коэффициента трения покоя и трения
u
движения в кинематиче.ских парах реrулировочноrо устроиства"
а также из-за не,плавности (колебания моментов и сил) ero движения.
Это приводит к инерционному движению системы pYKa opr.aH (ру-
коятка) управления.
Зна ение ZH mln . при одинаковых конструктивных характери-
u u
стиках реrулировочноrо устроиства и условии движения суще-
ствениq колеблется у различных операторов (до 2 3 и более раз)
1 Простой сенсомоторной реакцией Dператора является реакция., в которой опе--
ратор выполняет то или иное Движение (например, нажимает на кнопку, прекра"
щает или "начинает перемещение рукоятки) в ответ на заранее известный; но вне"
запно появляющийся сиrнал с возможноji для Hero максимальной скоростью
(см. Б. Ф. ЛОМОВ, Человек. и техника. М.: СОВ. радио, 1966. 464 с).
221
и зависит от их тренирован,НОСТН. При ВQэраСТ8НИИ тренированности
ЧУDствительность движения заметно повышС!ется, а разность значе-
ний ZH mln раэныIx операторов уменьшается. Роль трениров'анности
оператора объясняется появлением навыка в осуществлении «тон-
ких». движений И переключении реrулятивных функций со зрения
на кинестезию (латентцый период реакци.и при зрительном контроле
составляет -о, I O, 15 с, а при кинестатическом у "тр нированноrо
оператора около 0,05 с).'
J{ля расчета чувствительности реrулировочных устройств с руч-
ным управлением движен я в табл. 5.1 приведены ориентировочные
значения .1z R ml для нетренированноrо опер.атора при зрительном
контроле за совершаемым движением.
В ачестве передаточной функции A zp , связывающей z и бр,
. обычно принимают функцию преобразов.ания движения, заложенную
в основу реrулировочноrо устройства [18], Аух == ду/дх либо Аху ==
== дх/ду:. rде х 'координата ведущеrо звена (opraHa управления);
у координата ведомоrо звена (рабочеrо элемента). 'Данное решение
-является прави:льным только. в том случае, коrда требуется получить
относительно rрубое значение БРmtп. При малых значенiиях БРmlП
(т. е. при высоких требованйях 1< чувствительности реrулирово ноrо
устройства) следует учитывать искажения реальной функции пре-
образования устройства из-за. по.rрешностей ИЗfотовления ero де-
талей, влияния сил трения, вибр,\ций. В этом случае зна.чение БРmln
определ ют с учетом поrрешности перемещения ero. рабочеrо эле-
мента ( p):
, БРmlП == Аух AZ R min + dp. (5.18)
Так как значен'ие ZR 1Jlin мало, то значение p будет определяться
при' небольшом диапазоне движения не ее мультипликативными,
степенными и периодическими (с большим периодом) составля-
'ющими, а 'высокочастотными (нереrулярными) составляющими. Сле-
довательно, чувствительность движения будет зависеть не от по-
rрешностей размеров и положения деталей, их эксцентри-ситетов,
перекосов, теоретич с их поrрешностей устройства, а- в первую оч .
peд от поrрешностей формы д алей высших кинематиче ких пар,
нереrулярных биений шарикоrIодшип.ников, местных поrрешностей
.шаrа винта в винтов х парах,' циклической составляющей кинема-
.тической поrрешности зубчатых передач, смещения и в зазорах кине-
матических пар .иэ-э влияния сил трения и вибраций.
.. При 'ручном управлении движением из-за высокой адаптивности
оператора к условиям процесса ero выполнения накопленные (pery-
лярные) составляющие поrрешности перемещения в обще можно не
.учитывать, принимая во внимание ТОЛЬ1{О местные (нереrулярные)
nоrрешности, действие которых часто бывает ослаблено упомянутой
далтацией. в р зультате при 'ручном управлении движением фор-
му'ла (5,18) преQбраэуеrся к виду .
БРmln.== Ау" 4tH mln + Арм'==. Ar Azl\'mtn + к V A Arfмl' (5.19)
222
Т а б л и ц: а .1
-, - - ,. ....... ... ....... .-. .;
.. .
Вид Тип opraHa управления, L\ZK min
движения условия движения ,
Рукоятка при оптимальном моменте сопрцтивле- 2 3'
пия (1 H.CM 2,5 Н.см) с опорой кисти руки t.
.4 t
., Рукоятка при отличии момеnта со ротивления от 10 15'
оптимальноrо с опорой кисти руки
-
. Рукоятка при оптимальnом моменте СОПРОТИВ- t 20 39'
л-ения без опоры кисти руки ,
,
j3раща- Рукоятка при отличии момента сопротивления '30' 10
от оптимаЛЬН0fО без опоры кисти руки '"
тмьное
OТJ3epTKa при оптимаЛЬНoм--1fоменте сопротивле- 30' ..;;...., 1 О
. ния С опорой кисти руки ' "
Отвертка при отличии момента сопротивления 2 50
от оптиМ'аJIьноrо без опоры кисти руки .. /
,
Шпилька, ключ при ОПТИЪJальном моменте с про- 1 20
, тивления с опорой кисти руки
. ..
3 50 ...
Шпилька, ключ при отличии момента сопротив-
ления от оптимальноrо без опоры кисти руки
, . "-
Рукоятка'При оптимальной силе сопротивления
. ,O,O2' O,05 мм
По ступ а.. (0,5 H I,O\H) с опорой кисти руки
тельное Рукоятка при отли ии силы сопротивления ОТ о, 1 O,2 M
оптимальной q,ез .опоры кисти руки
.
rAe t!.PM ........ местная (нереrулярная) с'ост вляющая поrрешности пере-
мещения реrулировочноrо устройства; Ilqи местная первичная
поrрешность; Aq::=: ay/aq коэффициент влияния первичной по..
rрешности; К коэффициент, учитывающий уменьшение влияния
местных поrрешностей реrулировочноrо устройства из-за адаптации
опер аТ 9ра к условиям н а в еде н и Sf, а также Toro, Ч'FО при М8jIЫХ
значениях t!.Zи mln, ожет не произойти полноr.о срабатывания мест-
ной цервичной поrрешности;' т число местных первичных по..
u
rрешностеи. ., · I
3начен е- коэффициента К зависит rлавным образом от частоты
местных первичных поrрешностей, а также от.. значени.й Aq (т; е.
скорости измерени,Я t!.PM). '.
в настоящее время нет достаточно надежных исследований зна-
чений этоrо коэффициента в "зависимости от характерист.ик местных
первичных поrрешностей и значений Aq (т. e .. типа и парамеТРО8
реrулировочноrо устройства и точности ero изrотовления). Ориен-
тировочно можно принять К == 1 в случае, коrда период изменения
PM меньше или рав.ен значению А ух ZK ln; К == 0,5' коrда этот
223
I
период в два pasa больше этоrо значения; К == 0,3 "коrда период
больше в три раза и т. д. "
Рассчитаем чу-вствительность движения некоторых часто при-
меняемых реrулировочных устройств.
Приме . Реrулировочное устройство 9сновано на винтовом механизме (пере-
меЩение объективов по резьбе, - наклон зеркал с помощью винтов, сдвиr оправ линз
винтами при их центрировке и Т. п.). Чувствительность перемещения в этом слу"
чае соrласно выражению (5.19) будет равна
БРmiп == (nt L\Zl{ miпf2л) + к L\t M ,
rДе n, t число заходов и шаr резьбы соответственно; L\ZK min ........... минимальный
уrол поворота винта; L\t M ........... местная поrрешность шаrа винта. При n == 1, t ==
== 0,5 мм, L\ZИ min == l О , &t M ==. 5 мкм..и К == O,lj--O,Q получаем БРmlП 2...........
4 мкм. Из приведенноrо выражения и расчета следует, что при обеспечении доста"
точно малых поворотов винта либо при малых значениях ero рабочеrо шаrа (что обе..
спечивается, например, с помощью дифференциальных винтов) чувствительность
перемещения определяется rлавным образом местной поrрешностью шаrа. Извест"
но, что местная- поrрешность шаrа даже прецизионных винтов достиrает значений
2......J мкм, поэтому для повышения чувстви'(ельности реrулировочноrо устройства
с винтовой парой вли ние этой поrрешности уменьшают путем введения в Hero
дополнительноrо масштаБНОFО" преобразователя (например, рычажноrо).
Пример. Рассмотрим еще один пример. Реrулировочное устройство основано
на ВИНТО РЫl{ажной передаче (см. рис. 1.5). Здесь чувствительность nеремещения
рабочеrо элемента устройства (без учета влияния зазора и поrрешности формы в опоре
рычаrа) будет равна /
БРmlП == nt L\zи mlпr2/(, 2л>- + к V ('2 L\t M /'l)2 + (L\h 1 '2/'l)2 + L\h ,
r e '2/'1 ........... с?отношение длин плеч рычаrа; &h 1 , L\h 2 поrрещности фррмы (ше"
роховатость) опорных поверхностей рычаrов. Так как поrрешности hl. и &h 2
доволq..но леrко MorYT быть доведены (шлифовкой, полировкой и т. п.) до долей мик"
рометра, то чувствительность винто рычажноrо устройства примерно в '1/'2 раз
выше винтовоrо. Например, при тех же параметрах винтовоrо механизма, значе"
ниях &z}( mln И "'2/'1 == 1/5 БРmlП (0,5 ........... 1) мкм.
Пример. Реrулировочное устройство ochobaHO..-на червячной передаче. В этом
случае чувствительность поворота червячноrо колеса
J ,
БРmlП == (n L\z}( mln/ Z ) + KfiO/"
tде n ........... число заходов червяка, Z 7 число зубьев червячноrо колеса, fio до"
пуск на местную кинематичеС'Кую (циклическую) поrрешность червячной передачи,
,........... радиус делительной окружности червячноrо колеса. Указать значение коэффи"
циента К в приведенной формуле B ЬMa за руднительно вследствие Toro, что fio
u u u
является комплекснои величинои, содержащеи rар.монические составляющие раз"
личных частот. В связи с этим оценка чувствительности движения червячной (и
друrих зубчатых передач) оценивается по составляющим местной кинематич'еской
поrрешности передачи, обусловленным поrрешностью профиля зубьев, приняв
значение К. == 0,1+0,3 (зависит от ш аrа местных выступов профиля) БРmlП ==
== (n Аz и mln/ Z ) + к (ff2/,)2 + (/f1/,)2, rде 'f2'.' 1ft допуски на поrрешности
профилей зуба колеса и витка червяка по нормам плавности соответственНо.
Для червячной передачи, выполненной по 7 й: степени точности и имеющей мо"
дуль 0,5; n == 1;, Z == 60 , при L\ZИ mln == 10' получаем БРmiП == 10/60-+
+0,1.10 З .V (9/15)2 + (12/15)2 30". .
п -и проектировании реl'УЛИрОВОЧНЫХ устройств наряду с обес-
печением необходимоrо масштаба преобразования движения от
,. орrаиа УJIравления до рабочеrо элемента (Аух) требуется сниже-
. ине местных первичных поrрешностей (или ИХ влияния), окаЗ I"
, вающих доми ирующее воздействие на плавность и paBHOMepH CTЬ
движения. Для., реrулировочныIx YCTpoi;icTB MHoroKpaTHoro исполь..
зования целесообразно предусматрива'l'Ь р,еrулировку момента co -"
противления движению для создания \ero оптималь оrо значения.
224
ПРИ л о ж Е Н И Е 1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРЕД.АТОЧНЫХ
ФУНКЦИЙ ПЕРВИЧНЫХ поrРЕШНОСТЕЙ
"'
Для учета влияния первичных поrрешностей на те или иные по.
казатели качества ОП и расчета компенсаторов необходимо найти
передаточные функции, связывающие первичную поrрешность с вы-
зываемым частичным влиянием. Вывод соответствующих расчетных
формул обычно цроизводят аналитическим и rрафо-аналитическим
методами: дифференцированием функции преобраЗQвания сиrнала
(функции, связывающей информаТИВНЫЙ.параметр х входноrо с-иrнала
или o ъeKTa с информативным параметром у выходноrо сиrнала),
разложением функции преDбразования в ряд; rеометрическим мето-
дом,' преобразованием исходной схемы; построением плана малых
, и
перемещении; векторно-матричным методом и, т. д.
, Рассмотрим основные методы на примерах н хождения переда-
точных функци'Й HeKoTop IX первичных I)оrрешностей в устрой твах,
рассмотренных выше.
Метод диффереНЦИРQвания функции преобразования сиrнаJlа
основан на том, что функция преобразования поочередно дифферен-
цируется по входящим в нее конструктивным п раметрам, имеющим
,первичные поrрешности. В у тройстве дальномера для измерения
параллактическоrо уrла х (см. рис. 1.5) уrол у связан с уrлом пово-
и
рота Винта и ,.конструктивными параметрами следующеи зависи-
, . -
мостью:
,
r 2КР
У === 1 , 2 Х,
'1 :rt
(ПI)
rде '1' '2 длины плеч рычаrа; к, р число заходов и шаr резьбы
винта соответственно; l' фокусное расстояние сдвиrаемой линзы.
Дифференцируя это выражение по соответствующим параметрам,
имеющим первичные поrрешности, получим:
'2 1С РХ f у f
д у f' == ===.................. 6. ;
f' 'r2n . 1
1Срх У А .
Y r2 === l' 2 /1r2 == ............ Ur2,
'1 :rt '2
.
Аум; == 2X Ar! == ..JL...Ar!.
- f 12:rt ' 1
M TOД дифференцирования функции преобразования является наи-.
более простым, однако ero невозможно применять для нахождения
передаточных функций поrрешностей нул вых параметров (переко-
сов, зазоров, поrрешностей форм, деформаций, биений), например,
и
для определения влияния зазора в шарнире рычаrа, поrрешностеи
формы поверхностей и перекоса опорных площадок рычаrа (см.
рис. 1.,5)_ С известным оrраничением этот метод применяют и в случае
нахождения передаточных' функций первичных поrрешностей, зна.
и u ' u
чения которых носят переменныи нереrулярныи и смешанныи харак-
тер. Так, например, ,передаточн'ая функция поrрешн<?сти шаrа винта
u А " 2 1СХ А У А u
рассматриваемоrо устроиства иy p == f"1 2л ир == р up, наи-
225
.
денная дифференцированием выражения (Пl),' правильна тоЛько '
для накопленной по решности шаrа винта (обусловленной постоян-
ным отклонением шаr резьбы от номинала), а для местной (нере-
rулярной) поrрешности шаrа это выражение' практически не может
быть использовано. Так как поrрешность шаrа винта приводит
к . поrvешности -перемещени,я конца винта ( " p, то пере-
Даточная функция этой поrрешности имеет вид '. .
YAP == ['2/(/"I)'}- 6,р. ' .
Метод дифференцирования нель,3Я применить в том случае,
коrда в функции преобразования сиrнала. отсутствуют' конструктив-
u '
ные параметры, от поrрешностеи которых определяются переда-
: точные функции (например', для параллелоrрамма механизма" ИЗ'Q-
браженноrо .на рис. 5.18, и. муфт на рис: 5.37 5.38).
Метод . разложения функции преобразования в ряд наиболее
- u
часто применя ют для нахождения теоретических поrрешностеи
устройств, . обусловленных заменой точных нелинейных функций
преобразования сиrнала их приближенным линейным -выражением.
, В схеме автоколлиматора (см. рис. 2.1) точная и приближенная
. функции преобразования, связывающие уrол у поворота зеркала
с уrлом х поворота шкалы, COOTB TCTBeHHO равны:-
I
1 ' "Р
У1- :;: Т arctg f'2л х;
'.
(П2)
. .
"Р
Уп == 4f'n Х,
"
(П3)
rде к, р число заходов и шаr резьбы вин-товоrо механизма соот-
ветственно; " фокусное расстояние объектива.
Разность между точной функцией и приближенной Функци й,
положенной в основу работы автоколлиматора, представляет собой '
теоретическую П9rрешность и определяется разложением функции
в степенной ряд (оrраничив'!ются первыми двумя членами. разло-
жения):
1 [ к,рх 1 . ( "рх ) 3 ] к,рх 1 ( "рх ) 3 4
YT == 2 ','2n ....."3 "2п -т -. .. ,..... 4/' п ==, 6 1'2л === ........ з: У!.
Аuзлоrично были найдены, например, теоретические поrрешности
механизма тонкой наводки типа Мейера. (см. л. 3.2), рычажных ме-
ханизмов (см. п. 5:3), а также значения недокомпенсации ЭТих:.ш)-
rрешностей. ,
fеометрический метод основан на rеометричес ом сопоставлении
ре льноrо и номинальноrо элементов прибора, отличающихся _.друr
от друrа рассматриваемой первичной поrрешностью. Процесс нахо-
ждения передаточной функции в этом случае включает в себя rpa- I
фическое построение, В Iявляющее первичную поrрешность; и 'ана-
литическое решение полученной rеометрической фиrУР I. rеоме ри- ,
ческим. MeTO OM обычно находят передаточные функции поrрещностей
нулевых параметров.
'226
На рис. 4.37 изображеНд Дйf1,nо ожения'цеН1'ра делений штри;соВ
лимба: номинальное 01' совпадающее c о ью вращения., и реаль-
ное 02' смещенное на величину эксцентриситета Де' шкалы. Разло-
жение ЭТf>rо вектора, на скалярныIe составляющие o ОСЯl\tl V И и
позволяют получить выражение для поrрешности отсчета ..по'
ли бу '. -
А. - .!1U'l1e ........sin е А
Licpl1e == ----- R . R ue,'
rде R рабочий радиус лимба; е.......... напр.авление эксцентриситета.
Исходя' из rеометрическоrо построения реальноrо и номинальноrо
положений поверхности пленки кадра дцрпроектора (см. рис-. 4.30),
, выводится выражение (4.17), по-
_ В ..L.l!.,.... ложенное в основу устройства
подфокусировки кадра. rеометри-
Lz ческие постро ния реальных по-
u I U
ложении ПОДВИЖНI:>JХ деталеи в
кинематических парах вращатель..
"' u
Horo и поступател ноrо движении
позволяют определить степень
влияния зазоров на точность их
работы (см. рис 5.20, б и 5.24).
uМетод преО З0вания ИСХОД"
Рис. Пl. Схема параллелоrраммноrо нои cxeM I устроис'[ва применяют
механизма В тех случаях, коrда невозможно
. ' использовать H метод дифферен"
,цирdва ия функции преобра ования из-за отсутствия в ней констру"
ктивных параметров, ни rеометрический метод. Суть этоrо метода
закл чается В. таком ,пр образовании исходной схемы устройства,
которое позволяеt ввести конструктивные па'раметры в функцию.
преобразования. Для преобразованцоrо устройства передаточные
функции поrрешностей определяют методом дифференцирования,'
а затем осуществляют переход к ИС,ходной схеме. ·
, Найдем передаточные функции поrрешност й размеров кривошипа
( 11)' шатуна (d[2), коромысла ( 1з) и стойки-- ( [4) параллелоrрамм-
Hor,o механизма (CM . рис. 5.18, а). Фун ция передаЧI;I уrла поворота
(х) кривошипа на' поворот. (у) коромысла равна единице: .у == х;
11 == 1 з ; 12 == 14. Преобравуем параллелоrрамм в шарнирный четы-
рехзвенник (рис. Пl) с конструктивными параметрами 11, 12, 1 з ,
14' р. Спр ектировав замкнутый контур четырехзв нника на ось V,
получ м выраженце
lJ
l4' t
v
sin у' === 1/13 (11 sin Х + 12 cos Р 14)'
(П4)
Выразив выражение (П4) относительно у' (либо прямо дифферен-
цируя ero), .находим методом дифференцирования функции переда'tJи
движен.ия -по КОНСТРУКТИ'вным параметрам 11, 12, [3 и 14 соответству-
221
\
ющие формулы дл поrрешностей уrловоrо положения ведомоrо
звена:
d', ( .1 sin х ) 1l1. L1' . ( 1 cos ) 1l1'.
Yдll 1;' cos у' 1, Y6l 2 13 cos у' 2,
ЛУАl з == ( .;з : ).Ы з ; ЛУА1. == ( IsC SY/' ) Ы 4 .
Осуществляя обратный переход от четырехзвенника к паралле-'
лоrрамму, для KOToporo х == у == у'; == о; 12 == [2 == f4 и [1 == 13 ==
== 1з, получим:
ЛУм, == l tg У Лl!; ЛУм. == 13 c s У Ы 2 ;
dУ61 з == 1 1 tg lз; ЛУtJ.l;== 1 1 Ы 4 ..
. 3 3 COS У \
Метод' плана малых перемещений основан на построении планов
скоростей и малых перемещений элементрв анализируемоrо устрой-
ства вследствие тех или иных первичных I . '\
поtрешностей. РаССМОТi»ИМ порядок на- а) о)
хождения передаточных функций по-
rрешностей кривошипа и шатуна рас-
смотрепноrо выше параллелоrрамма (см.
рис. Пl). ,_
Поrрешность длины кривошипа (11[1) р
ПРИВОДИТ К ТОМУ, ЧТО шарнир В парал- !
лелоrрамма переместится в направлении
АВ, а шарнир С по дуrе окружности Рис. П2. Планы скоростей и пе"
радиуса 13. По троим план скоростей, . ремещений
v v
пqзволяющии наити связь между пере..
мещениями шарниров В и С параллелоrрамма, (рис. П2, а). Из по-
люса Р откладываем вектор скорости V в шарнира В (параллелыlйй
направлению. АВ) и вектор скорости V е шарнира С (перпендику"
лярный к CD) Концы векторов замыкает вектор относитеЛЬН9Й
скороdти V eB (перпендикулярный к ВС). Из треуrольника скоро тей
находим, что V е == V в tg/ у. Далее от плана скоростей переходим
к плану мальtх п ремещений. Для этоrо выбираем такой отрезок
вр мени t, -в течение KOToporo шарнир В, двиrаясь со скоростью V B ,
переместится на величину 1l1 1 . Тоrда шарнир С за тот же отрезок
времени переместится на величину I1S e == Vet == V в tg yt == tg у Il[l.
Поrрешность уrловоrо цоложения ведомоrо звена- (коромысла) будет:
'. А SC 1 t A l
UY6.1 1 === 1 == l gYUl. ,
. 3 3
Из плана скоростей (рис. П2, б) после. перехода к ,плану малых
u 1. ,
перемещении аналоrично находим уrловую поrрешность положения
коромысла из-за поrрешности длины шатуна (d1 2 ):
L1Y ls == dS e /l 3 == 1/(1з cos у) fJ.1 2 .
Векторно-матричный метод получил широкое распространение
при решении задач юстировки зеркально-призменных систем и Ha
хождении передаточных функций по.rрешн стей у ломерных прибо-
р
V CA (J1 L 2 )
У
/
(<10;.,)
V C8
V CB
228
ров 1321, например, hереДаТОЧиые функцИй i16rрешностеl! nодйliЖа
Horo зеркала (см. п. 4.5) и поrрешностей юст ровки зеркально-
призменных компенсаторов нивелиров с самоустанавливающейся
линией визирования (см. п. 4.8). '--
Рассмотрим' порядок нахождения Бекторно матричным методом
вл яния коллимационной поrрешности теодолита отклонения от
т., z перпендикулярно<;ти. на yro.тi 11"
визирной трубы к rоризонтальной
оси качания на поrрешность изме-
рения rоризонтальных' Llcp и вер-
тикальных .Lli уrлов. H рис. П3
изображена схема теодолита, верти-
кальная ось вращения KOToporo со-
. u
впадает с ocь z прямоуrольнои си-
стемы координат х, у, z, rоризонталь-
ная ось вращения срвпадает ,с осью Х,
\ а визирная oc зрительной трубы,
которая должна быть перпендикуляр-
u
На к rоризонтальнои оси качания
(совп ад ать с осью у) и направле а по
орту Ао, повернута, BOKpyr оси z на
уrол Ll'" и направлена по ор-
ту А.
Для OPT A можно з-аписать следующее
( COS 11" sin d" О )
А == S A o == sin Il" cos dK О
О О 1
!;де S транспонированная матри а ПОБорота o}Wa А о на уrол d"
BOKp.yr оси z; Ао матрица, соответствующая орту номинальноrо
направления визирной оси, совпадающей с осью у.
Для орта А л направления визирной оси зрительной труб I теодолита
Н& точку визирования Т 1 справедливо следующее,матриttное выражение:
А л == SiSt.ФS i' t A == (!), (П6)
( 1' О О ' )
S i == О cos i sin i ;
,О. in i cos i
( COS Llcp sin L\cp О )
, S ф == sin dtp .. cos dcp о;
О О 1 '
S i," t == ( co i' S n i' ) , .
о sin i' cos i'
\ i
Рис. П3. Схема теодолита
матричное выражение:
(!) " ( o :). (П5)
229
-
tде Si матрйI.tа перехода от сист Мы осеЙ ме.с Н6СТИ х, у, i k луtf .
вой системе Х л , Ул, zл, направление оси Ул KOТOpOij. совпадает с на-
о правлением орта \ А л; SL1(f) матрица поворота визирной т,рубы
u u
- BOKpyr вертикальнои оси еодо ита для перевода визирнои линии
В пло кость начальноrо меридиана; Si} транспонированная Ma-
трица поворота визирной трубы BOKpyr rqРИЗ0НТальной оси качания
на. уrол i/ для визирования на точку Т 1. '"
ПОСЛ ДО,вательным перемножением матриц получаем:
( sin IlK cos Аср sin Il{j) cos i' COS dK )
cos i (sin Аср sin IlK + cos Il-f{) COS i' OS Ак) + sin i sin l' CO Ак .
sin i (sin Ilf{) s1n IlK + COS А<р cos i' cos I1к) + cos i sin i' cos 1\,
. ' ( IlK cos I1ср sin 11ср cos. i' ) ( О )
cO ,i (IlK Si Il<p + COSd<p cos i') + sin i sin.i' , 1-... (П7)
.........sin i (IlK Si А<р + cos L1<p cos 'i') + GOS i sir1 i' , О
.
, Так как значение вертикальноrо yrJla ё', отсчитанноrо .по лимбу
rОРИЗ0нтальной оси качания трубы теодолита отличается от истинноrо
· , значения' вертикальноrо уrла i на Ilj (i' == i + di), то, исходя из
выражения (П7), с учетом малости уrла Il<p можно записать
Ак, dq>.( cos i cos di ........ sin i sin Ili) 1(,......... Il<p c6s i +
, ' + sin i Ilq> Ili 1l1(,........ (j) cos i . r О,
откуда
L\qJ == AKJcos i == L\K sec i. (ПВ)
. Для определения поrрешности вертикальноrо 'уrла из выражения
(П7) запишем
. .........sin i d<p d1(, 'sin i (cos i cos {......... sil1 i s in Ili) +
. . ,
+ cos i (sin i cos Ili + cos' i sin L\i)
.
у .........sin i drp d + Ili (sin i 2 + cos i2j == о.
Отсюда "с учетом формулы (П8) будем име)'ь .
.Il == sin i Дер 111(, == tg i 1l1(,2. (П9)
Из выражений (П8) и (П9) следует, что коллимационная поrрешносtъ
теодолита .вызывает поrреШНОСТJ{ epBoro порядка малости при изме-
рении rоризонтальных yr.ry:oB и BTop oro порядка при изменении вер-
тикальНых уrлов, не превосходящих 850. ... (
_ Прй измерении уrлоJ3 между дву я произвольными точками
T 1 (fPl, i 1 ) И Т 2 (fP2t i 2 ) поrрешност измерения rОРИЗ0нтальных и в рти-
кальных уrлов из за 1lx; будут составлять: ..
8q>.] 2 , (sec. q>l .....,,: s c (2) I(,; }
! 8tl.2 == (tg tl tg-t2) 81(, . (ПIО)
2во
/
ПРИ л о ж Е Н И Е 2. КОЭФФИЦИЕНТЫ, ОТНОСИТЕЛЬНОЙ
АСИММЕТРИИ ("q) ОТНОСИТЕльноrо РАССЕЯНИЯ ("q)
ПЕРВИЧНЫХ поrРЕШНОСТЕЙ '
Коэффициенты c/"q и Kq используются как при расчете компен-
u - u
caTOpo , так. и допустимых значении первичных поrрешностеи.
Коэффициент" c/"q вх. дит в выражеtIие дл определения коэффици-:
ента Ср, учитывающеrо систематическую составляющую частичноrо
влияния первичной поrрешности. Коэффици нт Kq, учитывающий
вид aKOHa расс яния .первичной поrрешности и соотношение поля
. рассе ния с полем допуска, используется при расчете вероятных
. пол й рассеяния частичных влияний с ,/ПОМОЩI?Ю коэффициента Кр.
В табл. Пl предсtавле!!ы значения коэффициентов t"l,q и Kq для типо-
u '.,
ВЫХ законов распределения случаиных первичных поrрешностеи.
.< т а, б JI И Ц а П 1
Тип раСQределения
. .
: Закон raycca с полем
рассеяния :1:30', совпа-
дающим с полем допу-
ска
Закон raycca с полем
рассеяния, симметрич-
но выходящим за поле
допуска
Закон raycca с полем
рассеяния, раcnоло-
же ным симметрично
внутри поля допуска .
Закон raycca с полем
рассеяния, односторон-
не выходящим. за пол,е
допуска
/ Закон равной вероят- '
HOCT
/'
К ивая распределения
a q
Примечание
1Cq
f' (х)
о 1 (J среднее
квадр атиче.ское
отклонение;
Bq........ полови-
на поля до-
пуска
При hi/h2:
О 1,21 0,07,
О 1,26 0,17
О 1,44 0,26
'о I,Q5 0,44
При 30'/Bq:
О 0,6 0,6
О 0,7 0,7
О 0,8' 0,8
О 0,9' 0,9
.Х
........
f(x)
х
х
Р(х)
При h 1 /h 2 :
0,26
-0,44
0,80
1
0,25
0,31
0,40
х. 0,47
1,17
1,18
1,20
1,21
z '(Х) {,
1,73
о
....
.х
... ...&-....,; ...... ")о .. ' .." ..,... . ..... "- :..r- .." .... ., ..".. /' ..... ...... ...4'" ..... .., ..." ... ........ , ..;
231
х
Продолжение табл. ПI
a q Kq Примечание
l/3а
О 1,10 0,667
О 1,19 1,0
О 1,38 2,0
О 1,49 3,0
Тип- распределения
Кривая распреД1 ения
КОМПОЗИЦИЯ закона
raycc и равной вероят-
НОСТИ
((х)
Р(х)
Закон Релея
0,28
1,14
,
'(х)
...
о
1,22
Закон Симпсона
х
Закон модуля нор.
мальноrо рассеяния
....20,38
0,46
0,50
1,27 а смещение
1,22 от нуля моды
1,20 исходноrо,
рассеяния
л
ПРИ л о Ж Е Н И Е 3. ПРИНЦИП'Ы КОНСТРУИРОВАНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ОП
Одним из -эффективных приемов, используемых для повышения
качества ОП, является и менение КОНСТРУJ<ЦИИ и схеМчI проектируе-
Moro прибора по сравнению с прототипом или п рвоначальным реше-
нием. Критический анализ аналоrа следует начинатр с' проверки ero
соответствия с общим принципом конструирования, несоблюдение
которых, как правило, ухудшает те или иные показатели качества
изделий.
Рассмотрим кратко принципы конструирования элементов и
. ,ФУНКЦИОl! ЛЬНЫХ устройств ОП, часть из которых более подробно
изложена в работах [18,54 ]. 'А
Совместная обработка рабочих и разовых элементов деталей.
С точки зрения точности расположения рабочих элементов (РЭ) о
относительно базовых (БЭ) предпочтительной является такая КОН-
струкция ,цеrаJ!И, Rоторая ЦОЗВОJJf1ет обеспечить. ИХ СQвместную
3
.
-#
технолоrическую обработ у (за одну установку). Например, кон-
струкция оправы линз фотообъектива, изо раженItая на ри . П4, б,
предпочтительней конструкции оправы прототипа рис. П4, а), так
КаК оба рабочих элемента под линзы и базовые поверхности здесь
MorYT быть обработаны за одну установку.
Совмещение рабочих элементов деталей в соединениях. При
конструировании соединений'предпочтительной является конструк-
ция, позволяющая осуществлять контакт сопряrаемых деталей
по их рабочим элементам.
В этом случае происходит
объединение рабочеrо и ба-
зовоrо . элементов присое-
· диняемой детали, умень-
шается разме..vная цепь и
"повышается точность рас-
положения рабочеrо эле-
Рис. П4. Конструкции оправ линз фотообъектива мента соединения относи-
. тельно базовоrо элемента.
Конструкция соединения зеркала 1 с кронштейном 2, 8зображенная
на рис. П5, б, позволяет более точно ориеН,тировать отражающую по-
верхность зеркала относительно базы, чем конструкция, изображен-
ная На рис* П5, f!. а) 5),
Статическая определенность .. РЭ1;Щ 2.. f
соеди ний (отсутствие избыточ-'
Horo базирования в соединении
деталей)., Придание материальным
телам определенноrо и cTp.oro фик-
сированноrо . положения в про-
странстве называют базированием.
При базировании происходит от-
нятие лишних степеней свободы
присоединяемой детали относи-
тельно базовой в их соедйнении. 632 532
Базирование называют избыточ- Рис. П5. Конструкция креплени,Я зер"
ным, коrда лишние степени свобо- кала.
u "
ды присоединяемои детали отняты
более одноrо раза, т. е. коrда для отнятия лишней степени своБодыI
наложена более чем одна связь. СоотН'ошение между оставшимис,Я :сте-
пенями свободы (п) и числом наложенных связей fт) должно быть:
п + т == 6. .
Для выявления избыточных (или недостаточных) связей (q)
в соединении используют следующую формулу [18]:
1(:;:;:5
q == п + Е Рнк 6,
к==1
а)
о)
РЭ 1
РЭ 1
691
(П 11 )
.. .
rде Р Н клаGС' элементарной пары контакта, определяющий число
степеней свободы, от имаемых парой (например, при контакте по
точке Р 1 == 1, при контакте по линии Р2 == 2, при контакте по пло-
скости Р3 == 3, при коцтакте цилиндрической поверхности валика
233
, с цилиндрическим или призматuческим подшипником Р4 == 4, для
I контакта конус........конус, виНт........rайКа Р5 == 5); К.......... число пар дан-
Horo класса. '
Например, ,дл соединения ползуна /, перемещаемоrо вдоль'
оси у, с направляющими 'цилиндрическими стержнями 2'. и 3
(рис. П6, а) ролучаем: q === 1 + 4,. 2 6 == 3. Эта кон'струкция
имеет избы.точное базирование (три изрыточных связи), В результате
чеrо может произойти заклинивание ПОЛЗУJ!а, ,ero деформация,
а также будет затруднена сборка пары.
. I(онструкция ползуна, изображенная на рис. П6, б, свободна от
этих недостатков: q == 1 + 4' 1 + 1- 1 6 == о. Соединение кор-
пуса микрообъектива 2 rc -
тубусом 1 по резьбовой и а) Р"
цилиндрическим поверх-
ностям мощ:ет привести к
избытЬчнос и бази ования
по осям х и у. Чтобы этоrо
не роизошло, следует б.9-.
лее точную no aДKY по-
ставить на центрирующие IO
I цилиндрические поверх-
ности, а резьбовое соеди-
нение выполнить с. боль-
'тим rарантированным за-
зором.
rеометрическая опре-
деленность конта,кта пар
>,В соединении. Этот !,рин- Рис. П6. БазироваВ,ие деталей в соединениях
. цип заключается в .Рпре- .
деленности формы и пол.ожения контакта сопряrаемых поверх-
ностей. Реаль'ные поверхности деталей имеют макро- и микропо-
rрешности формы. В результате детали конта.JcrИРУЮТ друr .друrом
не по л ниям и поверхностям, а по пятнам (площадкам) неопреде-
ленной формы, размеры и положения которых в сопряжении также
неопределенны. Эта неопределенность снижает точно ть расположе-
ния присоединяемой детали и несущую спосоБIlОСТЬ базовой детали.
Наибольшее влияние на точность '" OKa ЫBaeT -неопределенно,СТЬ рас-
положения пятен контакта. " .- / .
На рис. П7; а изображено соединение зеркала 1 с оправой 2
с помощью тр'ех уrольников. Из-за поrрещностей формы сопряrае-
мых поверхностей зеркала и оправы их контакт будет происходить
не по плоскости, а по трем площадкам 3, ра положение которых'...
может быть произвольным в пределах сопряrаемых поверхностей:
В результате возникает объемная деформаци зеркала под действием
ср со стороны уrольников и реакций со стороны оправы, приВОДящая
к ухудшениIp качества изображения. ,k:оединение, изображенное
на рис. П7, б, обладает определенностью расположения площадок
контакта блаrодаря специальным выборкам (либо прокладкам)
на оправе. Здесь возникает тодько коптактцая деформация зеркаJJа
... t t
1
Р4
y
z
R,
У'
Х'.
2
234
6)
1
х
.
I\ Пр.едеnах контаК1'ltрУЮЩИ ' ЗОН, 'не nРИВОДЯЩ,ая к ухудшению
качества изображения: >
На рис. П8,)а, 9 изображе,НЫ различные вариантыI соединени,Я
оеи с подшипником. с отсутствием (рис. П8, а) и наличием (рис. П8, б)
. ' u
определенности положения контактирующих nоверхностеи.
О.rраничение смещений' в соединении деталей СОFласно этому
.принципу по ерхности, 6rраничивающие смещение присоединяемой
детали относительно базовой, следует располаrать перпендикул рно
1 2
.
J
7'
.
Рис. П7. Конструкции креплеНJlЯ зеркалаJ
к направлению оrраничиваемоrо смещения. Поrрешность располо-
жения ползуна вдоль 'оси Х из за поrрешности 4q (поrрешности
оответствующеrо р змеР",а или формы -поверхности) и реаКЦ 4Я
aj
о)
z
z
L
у х
R 1
х
х
а)
. . q
Рис. ПВ. Конструкции осей
Рис. П9. Оrраничение смещения:ползуна
/
. .
со стороны ОПОРЫ в случае соблюдения' uринципа (рис. П9, а) будут
равны: dX AQ == 'dq; R == Q, rде Q замыкающая сила. '
В случае несоблюдения принципа (рис. П9, б) Xf1q.......
== (l/cos а) dq; R == (l/cos а) Q.
Таким образом, ldОЖНО заключить, что несоблюдение принципа
оrраничения смещения приводит к потер& точности и ухудшению
силовоrо режима соединения (увеличению реакции и появлен.ию
. 1iредной составляющей Т). Ухудшается также и технолоrичность '
u u u
-иэrотовления дета леи , . имеющих дополнительныи КОНСТРУJ{ТИВНЫИ'
параметр (уrол наклона). Отсюда можно сделать. вывод, что, напри..
мер, цилиндрические направляющие вращатеЛЬНQrо движения (оси)
/ 235
\ .
луУШ конических; ttаправляюiЦие n()CrynaT. JIbHOr() движения . Т-
образноrо типа лучше напр;авляющих 'ти.па «ласточкин хвост»;
точность ку лаЧl\овоrо ме'ханизма тем выше, чем меньше у Hero уrол
f I
давления; точность передачи движения винтовоrо механизма с тра-
пецеидальной резьбой винта и прямоуrольной резьбовой rайки
должны быть выше, чем у винтовоrо механизма с остроуrольной
резьбой.
Нарушение этоrо принципа приводит, например, к тому, что
при фиксации положения подвижной' каретки 1, несущей проекци-
онную систему универсальноrо измерительноrо микроскопа УИМ-23,
ВИ!lТОМ 2 происходит значительное ее сме-
щение вд<?ль оси х (рис. ПIU). Более пра-
вильно для направляющих типа «ласточ-
кин хвост» осуществлять фиксацию в
направлении оси у, для KOToporo принцип
оrраничения смещений выполняется.
.
у
z
1.
х
f '
Рис. ПI0. Фиксация ползуна
С.о
Рис. П.ll. Крепление
плоско выпуклой линзы
О раНИЧ,ение ПОВОрОТОВ В соединениях;.. Соrласно этому принципу
связи, накладываемые базовой деталью на присоединяемую, должны
располаrаться на возможно большем базисе. В этом случае поrреш-
ность уrловоrо положения присоединяемой детали при прочих рав-
ных условиях будет наи еньшей. Например, для полЗуна (см.
рис. 5.22) оrраничение поворота относительно оси у ЯВЛЯ,ется пред-
почтительным по сравнению с оrраничением поворота относительно
осей х и z, так. K3'ttl3if' > Bxz. По этой же причине уrловое положени
плоско-выпуклой линзы относительно осей х, у будет определяться
контактом по поверхности В, а не D (рис. Пll). Положительными
с точки зр ния соблюдения этоrо принципа являются также выборки
сопряrаемых деталей, осуществляемые для обеспечения принципа
rеометрической определенности соедин ний (см. рис. П8, б).
Силовое замыкание со динений. Сило ое замыкание следует
осуществлять так, чтобы линия действия замыкающей силы прохо-,
дила через зону (площадку) контакта. В этом случае возникающая
реакция и сила не образуют изrиб..ающеrо момента, действующеrо--на
присоединяемую и базовые детали. Примерами выполнения этоrо
принципа моrут лужить t<репление зеркала (см. рис. П7, б), а также
известный способ крепления тонкой линзы, опирающейся на три
выступа оправы с помощью резьбовоrо и упруrоrо колец, имеющих
три выступа, которые расположены против выстуЬов оправы.
236
/
Принцап Аббе. Этот при ци.п характери;зуется отсутстви-ем
u .
компараторнои поrрешности и заКЛIQчается в оrраничении продоль-'
Horo или поперечноrо (иноrда и Toro и друrоrо) вылетов I(расстояний)
рабочеrо элемента соединения, конструктивной цепи, узла от-
носительно базовоrо элемента. Это позволяет уменьшить опасное
еIЦение рабочеrо лемента при возникновении поворотов деталей,
обусловленных действием поrрешностей,\ блаrодаря уменьшению
соответствующеrо расстояния до' MrHo8 HHoro центра поворота.
Примерами нарушения и соблюдения даН\Jоrо .принципа MorYT слу-
жить конструкции попереЧН,оrо и продоль оrо компараторов' (см.
рис. 1.6), расположения марок подвижной. сетки окулярноrо микро-
метра (см. Pl\C.' 5.21). . .
Кратчайшая I цепь преобразования. Так же как и кратчайшая
размерная цепь позволяет получить более высокую Т9ЧНОСТЬ раз-
мера замыкающеrо звена, кратчайшая цепь преобразования, сqдер-
жащая минимальное число преобразователей, позволяет получить
более высокую точность функционирования устройства. Теодолит,
содержащий Bcero одну кинематическую (о евую) пару, существенно
превосходит по точности стереотрубу, кинематическая цепь КОТ9РОЙ
содержит pOMe осевой пары отсчетную червячную передачу.' ени-
ральный окулярный микрометр позволяет получить более высокую'
точность, чем винтовой окулярный микрометр, цепь преобразования
KOToporo включает большее число элементарных преобразователей.
Отсутствие избыточных связей и' местных подвижностей меха-
низмов приборов. Избыточные связи в механизмах приборов приво-
дят К объемным деформациям звеньев, увеличению трения в кине-
. матических . парах, -затрудняют сборку и реrулировку механизмов.
Местные подвижности менее опасны, они обусловлены дополнитель-
ной к рабочей подвижность некоторых звеньев. Наличие избыточ-
U u
ных связеи и местных подвижностеи в механизмах можно определить
на основании анаЛиза их структуры 1, используя выражение, ана-
лоrичное (Пl I):
К==;
n + р нк, 6w == q,
к==1
(П 12)
rде Il, число ведущи звеньев механизма; р н ......... класс кинемarи-
U
чес ои пары; 1(,......... число пар данноrо класса; w ........ число подвижных
звеньев.
Проанализируем выполнение принципа для винтовоrо механизма,
изображенноrо на рис. П12. Соединение винта с подшипником пред-
ставляет собой пару 5-ro класса, соеди'нения винта с rайкой и rайки
, с направляющими типа «ласточкин хвост» являются также парами
,5-ro класса. В результате из выражения (ПI2) получим:. q == 1 +
+ 5 · 3 ........ ,. 2 == + 4. Следов.ательно, механизм ",име т четыре избы-
точные связи. Для соблюдения принципа следует изменить, на,ПрИ-
мер, конструкцию наПI?авляющих rайки, превратив e в пару l-ro
Подробно методика CTPYKTYPHoro анализа механизмов изложена и. М. До-
линеким В работе [37]. '
237
R.fiilcCa (отнять только разворот BOI(p yr оси' х), тоrда q=== 1 + 5.2 +
+ 1. 1 6.2 == о. - ·
,На рис. [{13 изображена схема параллелоrраммноrо механизма.
Если все ero шарниры выполнить в виде пар 5 ro класса,. то' q ==
== 1 + 5.4 6.3 == +3. Есл же сое.цинение ЦIaTYHa с кривошипом
выполнить в виде пары 3-ro, а с коромыслом 4 ro классов, полу-
чим q == 1 + 5.2+ 4.1 + з. 1 .:......... 6.3,== о, Т. е. в результате этих
u u
Р5 деиствии мы ПОЛУЧИМ конструкцию-
.... У .. без из.быточ ых связей и. местных
подвижно теи.
.....
,
P5(p;Jl
L
(уd8/{uчено)
Рис. П12. Конструкция винтовоrо ме-- Рис.. ПIЗ; Схема параллеЛоrрамма ,
ханизма
,
Наибольшие масштабы преобраэования. Соrласно этому прин-
цип.у функциональные элементы, осуществляющие наибольший Мас-
штаб преобразования, следует ставить в конце (для устройств,
работающих на редукцию) либо в начале (для устройств, работающих
на МУЛЬТ'ипликацию) цеп" элементарны?, преобразователей. В этом'
случае суммарная поrрешность: устройства . будет меньше (СМ.
рис. 1:10). '
ПРИ л о ж Е Н И Е 4. СХЕМЫ Алrоритмов РАСЧЕТА
КОМПЕНСАТОРОВ
А.nrоритм расчета поrр шностей, требующих компенсации
n; 'L1qt;. Bqt; 4qat; oqnt ; oqr{, ; 8t ;
A i; ACi" п с ,. n'1" п2; C pt ; Kpt ; а,. !JYVd
· - !!t а/ 71,., 2 Z '
o =п с + Cpt/(C pt + K pt ) + Е J(pt/(Cpi + Kpf,) +nz.
(,=0 е=о
.
п сн =0 j n'1н. =0; пZ H =0
Да
Нет
.jjYAq'r, =Afji t:.qt ;
).;, = J1Yvd /11 У f/t
Да LJY1lJi = Ас;, (С р & + Кре) oq, :
t =;j у уа / у 11] i
,
LJYI1Ji =Aci(C et ' + Крi)iqэi ;
At = JJYvd /IJУlqэi
д (j /j!! IlJi = А сё /(р;' tJqt ;
А i = L1Yvd / tJ У6,/,
Jj у 0,/ эi == Ас;. /(pi ofj at ; .
Лt =.d Yvd / fJ УО'/эi
2 9
r .
'
I
-f...
.
'i-
. t:)
ff
< -f. ::;; и
. t:)
'---
C? .
(
."' "" .{
<::::)
" ,
fI . co..r ....
.
" t..;) Q.
'--
rt
1,
+ .
<:.;:) ,
q,.
/
.
I
l'
. Q.
C:.J
,
.
i-
Q
.... I
i- Q
.1..::)
" "
. ....
o1f
:'
.. +
c\.j
I
,
-<
+-
Q '""
(
t.-.).
"" . . ""
f .., +
.... -.... ..'" 11 ""
..... 11
t'\,j "
c:r :х:-
' /
<:...:) ...;)
с()
. J
-f..
сх:) .t..;::)
11 +-
+1 ....... .
"f . .......
,,)
..
,;,";tt> "!'
\# :
.-
\< ." . '"
<:::) <::::>
hJ. IJ 11 1/
'+-
=t:
<.,)
... i-
(:::) '" :t:
1/ " 11 1I
"'" J/ O' . :t: J/
Q
.t:::
.
fJYD'lf1i = Aci K pt t!q & ;
А i =i1yvd, / L!JYoqni
Да
Нет
. tJ!llfr;' == Act Кр'е oQTi
.а & ::: J1 у vtl / i1 У t1Qr;'
...
242
л РОdолжеllиь
tJ У 8lJrai == A Ci . ( p t + Kpt) oq п, ;
Ai =LlYva / Y8qп6
Да
Нет
tJ!l6qT =Aci (Cpt +/(pt)oqri;
).t.=lJYvd / IJY 6 fri
;'
Нет
'Ко =: Ко 1
Алrоритм расчета числа компенсаторов и требований к ним
AKi'
Расчет
. 11 Z j mi",;
L1 Z/{j тох;
Расчет.
tJ !/ нк та!( ;
l1 У 111( те" '
Расчет
IJq нк МОХ:
tJ q их т ",
fJYHI( та/( ;
iЗ!!Н/r мЕn;
А fj1fX maJf;
q 1IК mt",
. .tJ Ztr/min'=O.;
А к; = О
Да
."
Расчет
I
А 1- Ki ""',
Ах} тalf ;
Ак} т ,.; ...
А Z /(; ""еп ;
А Z/(f ""ш
1
Нет
L1 Z f{j rпi",
Рас'чет
А /(j'm() ;
11 Kj mtn
Р(Jсчет
А fflr
"Непра8tJЛfJНО
6610РОН
компенсатор"
243
л1f(==л
}... 1/[ :
.....
2
Нет
кк=кк+1
}.J ==.л 1tr
1
Нет
рассчитать
J,. 1 tr
К=1
i =Ук
""
К=К+1
\.
/(К
Конец
Нет
,
СПИСОК. ЛИТЕРАТУРЫ
\1. Адаптивная оптика/Пер. с анrл; Под ред. э. А. В и т р и ч е н к о. М.:
ир, 1980. 456 с.
2. Алиев Т. М., Сейде ь А. Р. Автоматическая коррекция поrрешностей циф-
ровых измерительных устройств. М.: Энерrия, 1975. 216 с.
3. Анализ влияния поrрешностей широкодиапазонноrо нивелира на точность
стабилизации линии визирования/Н. И. К'р у ч и н и н Si. ОМП, М!! 4, 1984,
с. 41 44.
4. Бардин А. Н. Сборка и юстировка .оптических приборов. М.: Высшая
школа, 1968. 325 с. , -
5. Браспавский д. А., Петров В. В. Точность измерительных устройств.
М.: Машиностроение, 1976. 312 с.
6. Влияние эксцентриситета лимбов на точность фотоэлектрических масштаб-
ных преобразователей уrла типа «Оптосин»/Б. Я. К а р а с и к, М. Б. К о Р м е р,
л. Н. П и в о в .а р о в ОМП, 1965, М2 5, с. 6 9..
7. Децентрировка. Определение и методьi измерения/Ю.. А. С. т е п и н,'
Е. А. Б а с и л ь е в. ОМП, 1974, М2 9, с. 46 50. .
8. Елисеев с. В. rеодезические инструменты и приборы. М.: Недра, 1973.
302 с. " .
9. Ельников Н. Т., Дитев А. Ф., Юрусов И. К. Сборка и юстировка оптико-
механических приборов. М.: Машиностроение, 1974. 345 с. '
, · 10. Зайдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений. л.: Наука, 1968.97 с.
11. Захаров А. И. Новые теОДОЛИТ!?I и оптические дальномеры. М.: Недра,
1978. 261 с. "
12. Земельман М. А. Автоматическая коррекция поrрешностей измеритель-
ных устройств. М.: Изд во Стандартов, 1972. 199 с. .,
13. Иванцов .A J И.' Основы теории точности измерительных устройств. М.:
Изд во Стандартов, 1972. 212 с.
14. Использование норакрила-65 при эластичном креплении линзы в оправе/
Н. К. Б а л а Ц е н к о, А. С. r а л у т в а, Ю. М..Л и б и к. ОМП, 1982, М2 10,
с. 59. '
15. Кемпинский М. М. Точность и' надежность измерительных приборов. л.:
Машиностроение, 1972. 264 с.
, 16. Корн r., Корн Т,. Справочник по математике для научных работников и
инжен ров/ПEW. с анrл':--ПОД ред. и r. Арамановича. M. r : Наука, 1976. 831 с.
17. Кочетов Ф. r.. Нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования.
М.: Недра, 1969. 128 с.
. 18. Кулаrин В. В. Основы конструирования оптических приборов...Л.: Машино-
строение, 1982. 312 с.
19. Кула'l'ИН с. В. Проектирование фото- и киноприборов. М.: Машинострое-
ние, 1976: 304 с. .
2б. JIевицкий. М. Я. Корректирующие устройства. Киев: Техника, 1969....190 с.
21. Мальцев М. д. \ Расчет допусков на оптич ские детали. М.: Машиностроение,
1974. 168 с':
22. Малоrабаритный оптический поворотный стол повышенной точности/В. М.
Л е в и н, Б. И. Ф е Д о с о в, В. Н. Л я п к о B. 'ОМП, 1978, М2 7, с. 28 31.
23. Методика расчета допусков на юстировку ОПТИ1Jеских систем с помощью
передаточных коэффициентов/С. А. С у хоп а р о в, и. М. Д о л и н с к и й. ..........
ОМП, 1967, Н2 3, с. 1 5.
24. Мноrоэлементный большой оптический телескоп с управляемой фиrурой
зеркала/М. и. r В о з Д е В, Н. "А. Д и м о в, Н. я. Ж е р н о к л е е в и др. ..........
УФН, т. 111, вып. ;3, 1973, с. 558 560.
25. Мореходные инструменты/Б. В. r р и r о р ь е в, Д. А. С а м о х В а л о в,
А. Ц у р б а н и др. М.: Морской транспорт, 1955. 382 с.
26. Нивелир с широкодиапазонной стабилизацией линии визирования без ус-
тановочноrо уровня/r. К. Б е с ч а с т н ы Й, М. В. Р а и К, В'. М. С о л о в ь е в.
В кн.: Инженерная rеодези'я (Тр. BArO). Л.: 1976, с. 3 11.
27. Ортоскопия фотоrрамметрических объективов/М. М. Р'у с и н о в, В. r. А ф-
Р е м о в, А. Ш. Шах в е р Д о в и др. М.: Недра, 1976. 176 с.
245
28. ОСНОВЫ мето)(ики расчета числа компенсаторов по:rрешностей в прибор.е/
С. М. Л а т ы е в. ОМП, 1979, H 3, с. 11.......15. .
29. ПейсахСQН и., В. Оптика спектральных приборов. л.: i Машиностроение,
1975w 312 с. "
30. Подшипниковые подвески чувствительных элементов" в маркшейдеРСКОе
rеодезических приборах/r. >К. Б е с ч а с т н ы й, М. В. р а и 4 к, э. r. Рей ш е р.
В кн.: Инженерно-rеодезическая практика в строительстве (Тр. BArO). л.: 1974,
с. 4--------16 .
31. Повышение качеств а оптических приборов компенсацией поrрешноcrей/
С. -М. Л а т ь. е D ОМП, 1981, Н2 3, с: 3.......7. - .
32. Поrарев r. В. Юстировка оптических приборов. л.: Машиностроение,
1982. 238 с.
....... 33. Поrарев r." . Оптцческие юстировочные задачи. л.: Машиностроение,
1974. 223 с.
34. Пороrовая чувствительность движения точных механи мов с ручным уп-
равлением/В. В. К'у л а r и н, с. М. Л а т ы е в. ....... ОМП, 1973, Н2 5," с. 16.......20.
35. Прим нение отражательных дифракционных решеток винтерференционных
схемах для измерения линейных "перемещений/r. Н. Р а с с у Д о в а, Ф. М. r е -
р а с и м о'в Оптика и спектроскопия, 1963, 1'. 14 вып. 3, 4, с. 406.......413.
36. Современные дифракционные решетки/Ф. r. r е р а-с и м о в ....... ОМП.
1965, N2 10, с. 33.......49. .
37. Справочник конструктора .оптико-механи';{еских приборов/Под. ред.
В: А. п а н о в а. л.: Машиностроение, 1980. 614" с.
, 38... Средства д я линейных измерений/Б. М. С о р о ч к И н, ю. 3. Т е н е н -
б а у м, А. п. К у р о ч к и н и др. л.: Машиностроение, 1978. 263 с.'
39. Стандартизация и качесТво машин/Ф. х. Б у Р у м к у л о в, А. и. К у -
б а р е в, В. М. '1 о роз о в и др. М.: Изд-во Стандартов, 1975. 223 с.
40. Сухопаров С. А. Сборка и юстиро ка морских оптических дальномеров.
М.:' Оборонrиз, 1961. 180 с.
41. Тайц Б. А. Точность и контроль зубчатых кqлес. М.: Машиностроение,.
-1972. 368 с. .
, .' 42. Тимошенко С." п. Сопротивление материалов.. ч. 1. М.: Физматrиз, 1960.
379 С.' f
43. Устройства для автеМатической фоку ировки фото- И киносъемочных апла..
ратов/l\\. я. ш у Jf Ь М а н ....... ОМП, 1978, М2 -3, с. 64.......68.
44. Федотов А. и. АiJтоматизация' делительных работ. л.: -Машиностроение,
1969. 319 с.
.45. Хипп п. Наука И искусство проектирования/Пер. с анrл. М.: Мир, 1973.
263 с. .
46. Цуккерман с. Т. Точные механизмы. М.: Оборонrиз, 194f. 304 с.
47. Черемисин М. С., Ардасенов В. д., Копьцов В. ..О. Нивелиры с компенсато-
рами. М.: Недра. 1978. 142 с. _"
48. Шарловекий Ю. В. РеrУJ1ировочные устройства приборов и их эnементы.
М.: Машиностроение, 1976. 311 с. - r .
j 49. А. Buffington attd oth, J. opt. Soc. Ат. 67, 298....303 (1977).
50. А. Bufflngton and oth. J. Opt. Soc. Ат. 67, 304.......305 (1977).
51. Goldberg N. Popul. Photogr. vol. 79, N 7, t97 . .
52. R. Р. Grosso, М. Yellln. J. opt. Soc. Ат. 67, 399......406 (1917).
53. J. W. Hardy, J. В. Lefebvre, с. L. Kollopoulos.. J. opt. Soc.' Ат. 67,
360......369 (1977). '
54. Krause W. Geratekonstruktion. VEB Verlag Technik, Ber1in, 1982.
55. Latyew s. Feingeratetechnik. 24. Jg., Heft 5/1975.
56. Latyew S. Feingeratetechnik. 31. Jg. Heft 4/1982.
57. Lotmar W. Microtechnik, N 1, 1962. . . .
58. J. Е. Rearson, S. Han en. J. opt. Soc. Аm., 67, 325 33 (1977).
59.-Takuso Sato and oth. Аррl. opt, 21, N 10, 1778 1784 (1982),
6(), К V hin9 nd oth. AppI. Opt., 2 , N 17, 3077 (1981), '
",
.
о r л А 1 Л.. Е Н И.Е
Предисловие .......... -. . . . . . . . . oi . . . .,. .
r л а в а 1. Методы
повышений качества оптических пр и6оров' . . .
. ..
1.1. Характеристики качества оптических приборов .
1.2. Поrрешности и факторы, влияющие на качество прибора
1.3. Повышение качеств
оптических приборов при проекти-
. .
..'" - ровании ................ _. . . . . .
1.4. Методы компенсации поrрешностей в
оптических прибо-
р ах .................. ,. . . . . . .
1.5. Тех:нико-экономические обоснования выбора метода ком-
Тлава
rлава
1
rлаВ8
fлава
пен
ации . . . . . . . . . . . '. . . . . . . . . . . .
2. Теоретические основы ра
чета компенсаторов поrрешностей
в рптических приборах ............
. . . .
2.1. Концептуальна'Я и математическая модели компенсации
u .
поrрешностеи . . -. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .:
2.2. Методика расчета компенсаторов _. . . . . . 1. . . . . .
2.3. Примеры расчетов компенсаторов
при : проектировании
, 'оптических приборов . -. . . . . ., . . . . . .'. . . . .
2.4. Уточнен
е допустимых значений первичных поrрешностей
2.5. Распределение допуска 'на показатель качества оптиче-
, cj{oro прибора между ero функциональными устрой-
cTBal\tll . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
3. Основы компенсации поrрешностей опти
еских приборов . . .
3.1. Структурные схемы компенсации поrрешностей. . . . .
3.2. Компенсация систеl\!атических riоrрешностей ..
3.3. Компенсация влияния случайных поrрешностей и фак-
- I
торов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4'. Типовые компенсаторы поrрешностеи оптических функциональ';
ных устройств ....................,..
4
1. Термокомпенсаторы . . . . . . . . ...
. . . . . . .
4.2. Компенсация дец
нтрировок линз оптических систем. .
4.3. Компенсация поrреЦIностей фокусных расстояний объе
-
тивов, фокусировка изображения .........:.
4.4. Пересчет оптических систем на плавки стекол и комплек-
тация линз . . . . ,. . . .. . . . . . . . . . . . . . .
.4.5. Компенсация поrрешносте
расположения зеркально-
призменных систем . . . . . . . . . . . . 1. . . .
< 4.6. Компенсация поrрешностей лимбов .
. . . -. . . . . .
, 4. t. Компенсация поrрешностей наведения и считывания. . .
4.8. Компенсаторы нивелиров с самоустанавливающейся ли-
нией визирования . . . . . .- . . .. . . . .
. 4.9. Адаптивные компенсаторы . . . . . . . . . . . . . . .
4.10. I<омп
нсаторы rнутий телескопов . . . . . . . . . . .
/ -
5. Типовые компенсаторы поrрешно
rеii механических функцио-
.. налыiых устройств ...!...
. . . . е.. .
5.1. Компенсаторы поrрешностей зубчатых передач' .
5.2. Компенсаторы поrреplностей винтовых механизмов.
5.3. Ко.мпенсация поrрешностей рычажных меха/низмов., .
1 5.4. Компенсация поrрешностей направляющих . . . .
.
5.5. Устройства юстировки источников и приемников излу-
чения ....................
: 5.б. Компенсационные муфты
. . . . . . . . . .
5.7. Чувствительность .реrулировочных YCTPO
CTB
3
5
7
15
23
35 .
42
43
47
58
68
71
73
74
78
84
88
89
101
113
120
'122
- 130
'" 143
152
161
lОб
171
181
187
196
21,}
215
220
247
При.лощение 1. Методы опредеnения .fIередаточИЫ1t функциi первичных
поrрешностей ...,.................. 225
Приложение 2. Коэффициент.ы -относительной асимметрии (a q ) и относи-
_ тельноrо рассеяния
("q) первичных. п
rрешностей . . .. 231
Приложение 3. Принципы конструирования элементов и функциональных
устройств оп. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Приложение 4. Схемы алrоритмов\ расчета компенсаторов 239
Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245