Ошибки изготовления и положения оптических деталей приборов и их влияние на отклонение параметров оптических систем.

При прохождении через оптическую систему световые волны, дающие изображение отдельных точек предмета, изменяют свою форму. Так, плоский фронт волны, исходящий из точки удаленного предмета, превращается объективом в сферический фронт, в центре которого образуется изображение; окуляром этот же сферический фронт превращается в плоский. 'При наличии местных ошибок на деталях участки волнового фронта, проходящие через неровности, отстают от остальной части волнового фронта, и происходит местная деформация волнового фронта, пропорциональная высоте неровности оптической поверхности. Микрошероховатости, цилиндричность, клиновидность, фокусность плоских и сферических поверхностей приводят к возникновению различных аберраций и волновым ошибкам (продольный, поперечный хроматизм, астигматизм, кома и др.).

В зависимости от наклона оптических поверхностей в ходе лучей через систему требования к качеству поверхности и к ее форме неодинаковы. Допуски на погрешности поверхностей наклонных деталей значительно жестче, чем поверхностей деталей, перпендикулярных осям пучка лучей. При этом требования к отражающим поверхностям при нормальном расположении их к оси пучка примерно в 5 раз жестче, чем к преломляющим поверхностям. По мере роста наклона поверхностей допуски для преломляющих поверхностей ужесточаются, а для отражающих расширяются.

Ошибки оптических деталей нарушают их взаимозаменяемость и вызывают отклонения параметров оптических систем. На качество изображения главным образом влияют:

l) дефекты оптических материалов, особенно отклонения по показателям преломления для различных длин волн п_D’ и п_F’ — n_C, по оптической однородности и двойному лучепреломлению;

2) дефекты обработки оптических деталей и ошибки взаимного расположения их рабочих поверхностей (пирамидальность, клиновидность, децентрировка, разность «равных» углов призм, фокусность пластин, местные ошибки и др.);

3) дефекты сборки: при сборке возможна деформация оптических деталей, а также нарушение их взаимного расположения.

Поскольку некоторые дефекты оптического стекла, а также погрешности изготовления и сборки совместно влияют на качество изображения, его смещение и другие свойства прибора, возможна взаимокомпенсация этих дефектов. Эту возможность следует иметь в виду при расчете допусков, так как она позволяет расширить допуски на оптические детали.

Ориентируем неподвижную координатную систему так, чтобы ось 0Z была направлена по оптической оси системы, а оси ОХ (горизонтальная) и ОУ(вертикальная) лежали в плоскости полевой диафрагмы. Вследствие указанных ошибок деталей, расположенных перед полевой диафрагмой, возможны следующие ошибки в поле изображениях

1) поперечные смещения ∆х и Δу изображения точки предмета, лежащей на оптической оси. Такие смещения приводят к децентрировке II рода — параллельному сдвигу частей оптической системы, а в бинокулярных системах — к непараллельности выходящих из окуляров пучков лучей, формирующих одну и ту же точку пространства предметов;

2) продольное смещение ∆z резкого изображения, вызывающее расфокусировку системы;

3) повороты плоскости резкого изображения вокруг осей ОХ или ОУ, приводящие к нерезкости изображения краевых точек или децентрировке I рода — взаимному наклону частей оптической системы и к перспективному искажению;

4) поворот изображения вокруг оси OZ, который происходит в приборах с призменно-зеркальной системой. Эта ошибка вызывает наклон изображения.

Если в плоскости полевой диафрагмы помещено перекрестие (или шкала), с плоскостью которого должно совпадать резкое изображение, то дополнительно к перечисленным дефектам могут появиться следующие:

5) смещение визирной оси, а в угломерных приборах — увод ввизирной оси от отвеса или горизонта;

6) параллакс сетки или шкалы;

7) разворот сетки или шкалы вокруг поперечных осей, вызывающий на краю поля расфокусировку изображения и параллакс сетки;

8) наклон сетки (т.е. ее поворот вокруг оптической оси).

Допуски на дефекты в каждом случае можно подсчитать исходя из эксплуатационных требований к прибору. Некоторые требования можно выразить в общем виде, как часть физиологического допуска. Это относится к системам, работающим совместно с глазом. Так, у всех бинокулярных приборов с параллельными осями окуляров параллельность осей выходящих из окуляров пучков для точки предмета в центре поля зрения должна выдерживаться в пределах допусков: 60...40' при их расхождении в горизонтальной плоскости, 30...20' при их схождении в горизонтальной плоскости и 20...15' при расхождении в вертикальной плоскости. Верхние, более широкие допуски берут при юстировке наблюдательных приборов ночного видения, более узкие — при юстировке дальномеров и точных измерительных приборов бинокулярного типа.

Допуск на продольную установку сеток может быть подсчитан из условия одновременного резкого видения сетки и изображения предмета. Ниже рассмотрены основные ошибки в поле изображения и методы их устранения.

Лекция №4.

Методы контроля в процессе сборки.

Контрольно-юстировочные приборы общего назначения, требования к ним, источники погрешностей. Бытовые КЮ – приборы сборочных цехов и участков. Основные принципы разработки УСП.

Примеры перехода от технических условий на изделия к техническим требованиям на детали и узлы.

Способы юстировки и контроля - при сборке оптических приборов Любая юстировка узла или прибора выполняется в три этапа.

1. Контроль, т. е. выявление в результате измерения или наблюдения тех ошибок или дефектов, которые подлежат устранению при юстировке.

2. Собственно юстировка, т. е. устранение в наиболее целесообразной последовательности выявленных ошибок и дефектов соответствующими юстировочными подвижками деталей или изменением их физических свойств.

3. Закрепление деталей и фиксация правильного их взаимоположения, достигнутого в результате юстировки.

Эти три взаимосвязанные этапы в совокупности и следует назвать юстировкой. При контроле в процессе юстировки применяются следующие основные методы выявления ошибок:

сравнение наблюдаемых результатов с эталоном, образцом или с результатами теоретического расчета;

изменение положения узла или прибора, приводящее к пере- мене знака ошибки;

включение сменных или смещение подвижных узлов и сравнение полученного результата с тем, который был зафиксирован до этого включения или смещения узлов;

совокупный контроль нескольких одноименных приборов в раз- личных сочетаниях, в результате чего получается система уравнений, из которой можно найти ошибки каждого из испытуемых приборов.

Для контроля используются естественные и искусственные эталоны. Естественными эталонами, например, являются: горизонтальная поверхность неподвижной жидкости, видимый морской горизонт, расстояние до астрономических объектов — Луны, Солнца, звезд — или до далеких земных предметов, известные углы между звездами, длины волн отдельных спектральных линий и т. д.

К искусственным эталонам относятся: нитяной отвес, уровни жидкостные, аттестованные пробные стекла, шкалы, лимбы, пластинки, призмы и угольники, различные коллиматоры, всевозможные образцовые узлы, например объективы.

Коллиматоры и другие искусственные эталоны особенно широко используются при цеховой юстировке угломерных, бинокулярных и других приборов.

Образцы применяются, например, при контроле качества изображения ответственных микрообъективов, которые сравниваются с образцовым объективом, имеющим предельно допустимые дефекты изображения. При отсутствии образцового объектива качество изображения точки, даваемого испытуемым объективом, сравнивают с дифракционной картиной точки, вид которой известен из результатов теоретического расчета.

Качество изображения оптических систем по полю зрения оценивается различными методами — сравнением величин измеренных аберраций с допущенными по расчету, измерением разрешаю- щей способности в разных точках поля зрения, сравнением пробных снимков, полученных при различных условиях съемки, и т. д.

При юстировке измерительных приборов в качестве эталонов часто используют шкалы, микрометренные винты и другие отсчетные устройства самого испытуемого прибора.

Многие приемы контроля основаны на том, что изменение положения узла или прибора на некотором стабильном основании, например, поворот его на пол-оборота вокруг неподвижной оси вращения, перекладка с поворотом на плоскости устойчивой плиты, изменяет знак ошибки. Известны следующие примеры таких приемов:

контроль центрировки линз и объективов вращением их на шпинделе прецизионного станка, в результате чего ошибки центрирования удваиваются;

выявление коллимационной ошибки визирной трубы теодолита или гониометра поворотом на собственной оси вращения, в результате чего эта ошибка — неперпендикулярность визирной оси к оси вращения — также удваивается;

выявление неотвесности вертикальной оси вращения теодолита или нивелира с помощью скрепленного с ней точного уровня пово- ротом инструментов вокруг этой оси.

Следует отметить, что не все ошибки при повороте прибора меняют знак на обратный, и такие ошибки не могут быть выявлены.