книги из ГПНТБ / Перов В.А. Сборка и юстировка оптико-электронных приборов учеб. пособие
.pdfи lip.ieмо-сдаточных испытаниях.
Квалифицированный хонтроль процесса производства, все сторонние исследования и испытания опытных серийных образ цов в различных режимах и неблагоприятных внешних условиях вскрывают отдельные конструктивные недочеты, зачастую не поддающиеся учету в чертежах, и тем самым повышают надеж ность выпускаемых изделий.
В процессе сборки прибора пользуются сборочными базами.
§ 4. Сборочные и юстиповочные базы
Сборочные базы - поверхности основных и вспомогательных бас, определяющие положение одной детали при ее роботе в при боре относительно других, с которыми она соединяется при сбор ке. Сборочные базы - это реальные поверхности, с помощью ко торых детали сопрягаются друг с другом.
Сборочная база узла - это линия или поверхность, опреде ляющая положение узла относительно других узлов и относитель но основной сборочной базы (базовой детали).
В оптико—электронном приборе должно быть обеспечено правильное взаимное расположение не только между механичес кими деталями (для правильной работы механической системы), но н между оптическими (для построения изображения и опреде ления его положения в поле зрения), а также между оптически ми деталями и приемниками лучистой энергии (для эффективной работы электронного канала).
Юетировочными базами называются любые оптические эле менты, с помощью которых обеспечивается правильное взаимное положотю схемных деталей в приборе.
Юетировочными базами детали (узла ) служат элементы оптической детали (узла ), определяющие направление лучей или положение изображения в приборе. Элементы детали: точки (узловая точка, вершина .линзы,, фокус линзы), линии ( оптичес кая ось линзы, ребро призмы), плоскости (главная плоскость, грань призмы, плоскость главного сечения призмы). Указанные элементы оптических деталей, положение которых регулируется при сборке, определяют положение изображения или направления лучей.
На положение изображения и направление лучей влияют также показатель преломления, фокусное расстояние, радиус кривизны, угол отклонения, но они не зависят от сборки, а по10
этому не могут быть базами.
Многие из указанных оптических элементов являются абст рактными, условными понятиями (главная плоскость, оптичеокая ось, визирная ось, главное сечение и т .д ,), которые нельзя уви деть или .ощутить материально, но можно обнаружить по их из вестным свойствам и ислш ьэовать при юстировке.
Например, если в широкоугольном коллиматоре сместить сетку поперек оптической оси объектива, то при измерениях по явится ошибка разномаештабности, Следовательно» оптическая ось объектива является юстированной базой коллиматора, Ю сти-
ровочными базами объектива служат его узловые точки. Ю стиро-
вочной базой оптической поверхности является автоколлимацион-
Ная точка, а оптического клина - плоскость главного сечения и
ДР-
Оптические детали, кок правило, имеют котировочные и сборочные базы . Они должны быть соответствующим образом согласованы между собой ( центрировка линз).
В се механические к оптические узлы и детали связаны о рсновной сборочной базой, путем сопряжение базовых поверхно стей узлов и деталей с базовыми поверхностями прибора. Это Сопряжение осуществляется т б о непосредственно совмещением указанных поверхностей, либо е помощью сопрягаемых размеров р соотношений.
'■ Основной сборочной базой узла является та, которая связа на с основной сборочной базой прибора.
8 5. Ковтрольио-юстш?рвоч»ые прнборь
Контрольно-чостровочнымм приборами называется группа измерительных Ериборое, восредством которых осуществляется контроль н приемка параметров отдо&ны х деталей и узлов в процессе производстве, а также юстировка при сборке с целью получения требуемых характеристик оптико-електроиной системы,
Контрольно-юсткровочмые (Ю О ) приборы общего назначе ния служат для юстировки и контроле свойств « общих для воех приборов данного вида. Кроме КЮ приборов общего назначения применяются специальные КЮ приборы для юстировки и контро ля свойств, присущих какому-либо прибору. Ряд специальных КЮ приборов ком плектуете из приборов общего назначения.
КЮ приборы большей частью являются оптическими прибо рами (это зрительные трубки, шшаметры, коллиматоры, авто-
11
коллимационные трубки, микроскопы и др.). Для юстировки оп тико-электронной аппаратуры применяются также электроаппара тура и индикаторы ( осциллографы, гальванометры, авометры и
др.).
Точность юстировки зависит от чувствительности КЮ при боров. КЮ прибор является эталоном для контролируемой им се рийной продукции. Поэтому неслучайно высокоточные теодолиты, нивелиры 1-го класса и др. используются часто в качестве КЮ приборов. Чувствительность КЮ приборов зависит от свойств са мих приборов, а в визуальных приборах и от свойств глаза.
Многие определения в процессе, юстировки основаны на установке и наблюдении резкого изображения объекта. Нереэ— кость изображения зависит от остаточных аберраций, допущен ных при расчете и сборке контрольных приборов. У КЮ прибо ров аберрации должны быть ничтожными. В качестве контрольноюстировочных приборов общего назначения широко применяются: астрономические зрителыгые трубы ( f 0g =400, 600, 1200 мм) - для юстировки Телескопических систем и установки сетки в фо кальной плоскости объектива; гониометры - для контроля углов деталей, механизмов приборов, лимбов; динаметры и лупы, ди намометры - для измерения крутящих моментов выходных валов механизмов; уровни - для установки приборов и контрольно гостировочных приспособлений, а также для горизонтирования ва лов. В последнем случае уровни устанавливаются на двугранные призмы с углом 120 . Кроме КЮ приборов в сборочном процессе используются вспомогательные оптические детали: пентапризмы. прямой угол которых изготовляют с точностью 90°+5 ; много гранные призмы для проверки углов механизмов методом авто коллимации; плоскопараллельные пластинки, набор диоптрийных стекол в пределах + 0,25 до + 5,0 дптр; линзы с фокусными расстояниями 2; 5; 10 м, глубиномеры, толщемеры, индикаторы, проверочные плиты и другие инструменты и приспособления. Кро ме этого применяются измерительные микроскопы, нивелиры, те одолиты.
Ряд КЮ приборов рассмотрен ниже при изучении методов сборки и юстировки узлов и приборов, а в таблице приведены основные характеристики автоколлиматоров отечественного про-1 иэводства.
12
Основные параметры и размеры автоколлиматоров
№
по Наименование пор.
12
1Цена деления шкалы компенсатора в с
2Цена деления минут ной шкалы в поле зрения в мин
3Фокусное расстояние объектива автоколли матора в мм
4Увеличение трубы не менее
5Диаметр вх< одного отверстия в мм
6Предел измерений в минутах при:
а) расстоянии до зеркала до 2 м
б) расстоянии до зеркала до 30 м
7Видимый интервал между делениями минутной шкалы в поле зрения в мм не менее
|
Марка автоколлиматора |
||||
АК-0,25 |
АК-0,5 |
АК-1 |
АК-5 |
А К-30 |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
0,25 |
• 0,5 |
1 |
5 |
- |
|
0,25 |
0,5 |
0,5 |
1,0 |
0,5 |
|
1000 |
400 |
250 |
150 |
150 |
|
со |
X |
30х |
20Х |
15х |
15Х |
|
|||||
о |
|
|
|
|
|
60 |
|
40 |
30 |
20 |
20 |
в |
|
10 |
12 |
30 |
30 |
2 |
|
1.5 |
0,8 |
|
|
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1.5 |
1,0 |
|
8Видимый интервал между делениями секундной шкалы компенсатора в мм не менее
0.9 |
о • CD |
0.9 ____0.9
13
1 |
2 |
0Перемещение окуляра в диоптриях
10Длина автоколлима тора в мм
11 Бес в кг |
: ”. •• |
12 Назначение
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
+ 5 |
+ 5 |
+0 |
+5 |
+5 |
650 |
400 |
350 |
250 |
250 |
25 |
12 |
5 ': |
4 |
4 |
Для измерения углов и плоскостей |
||||
в лабораторных |
|
в цеховых |
||
|
условиях |
|
условиях |
|
Г л а в а П
СБОРКА И ЮСТИРОВКА ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛС® ПРИБОРОВ. СВЯЗЬ МЕЖДУ ТОЧНОСТЬЮ СБОРКИ УЗЛС® И ПРИБОРА В ЦЕЛОМ
§6. Ошибки изготовления и положения оптических деталей приборов и их влияние на отклонение параметров оптических систем
При прохождении через оптическую систему световые вол ны, дающие изображение. отдельных точек предмета, изменяют свою форму. Так, плоский фронт волны, исходящий из точки уда ленного предмета, объективом превращается в сферический фронт, в центре которого образуется изображение, окуляром же этот сферический фронт превращается в плоский. При наличии местных ошибок на деталях участки волнового фронта, проходя щие через неровности, отстают от остальной части волнового фронта и происходит местная деформация волнового фронта, про порциональная высоте неровности оптической поверхности. Микро шероховатости, цилиндричность, клиновидность, фокусность плос ких и сферических поверхностей приводят к возникновению раз личных аберраций, к волновым ошибкам (продольный, поперечный хроматизм, астигматизм, кома и ер.).
В зависимости от наклона оптических поверхностей в ходе лучей через систему требования & качеству поверхности и к ее форме неодинаковы. Допуски на погрешности поверхностей на клонных деталей значительно жестче, чем поверхностей деталей, нормально расположенных к оси пучка лучей. При этом требова ния 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.
15
Ошибки оптических деталей нарушают их взаимозаменяе мость и вызывают отклонения параметров оптических систем. Основное влияние на качество изображения оказывают следую— шив дефекты:
а) дефекты оптических материалов, особенно отклонения
по Пл |
н (Хг - Г1 с , по оптической однородности и двойному |
лучепреломлению; |
|
б) |
дефекты обработки оптичесхих деталей и ошибки вза- |
имополежения >,х рабочих поверхностей (пирамидальность, кликсвидности. децентрировка, разность равных углов призм, фокусность пластин, местные ошибки и др.);
в) дефекты сборки, при сборке возможна деформация опти ческих деталей, а также нарушение их взаимного расположения.
Поскольку некоторые дефекты оптического стекла, а также погрешности изготовления и сборки влияют совместно на качест во изображения, его смещение и другие свойства прибора, воз можна взаимохомпенсашш этих дефектов. Эту возможность сле дует иметь в виду при расчете допусков, так как она позволяет расширить допуски на оптические детали.
Ориентируем неподвижную координатную систему так, что бы ось 0Z была направлена по оси оптической 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 изображения: |
|
1. Поперечные смещения &Х и |
изображения точки, |
лежащей на оптической оси. Такие смешения приводят к дедентркровке П рода - параллельному сдвигу частей оптической системы, а в бинокулярных системах - к непараллельности оп тических осей.
2. Продольное смешение ЛЪ резкого изображена, вызы вающее расфокусировку системы.
S. Повороты плоскости резкого изображения вокруг осей ОХ. или 0 Y • приводящие к нерезкости изображения краевых
точек или децентрировке 1 рода - взаимному наклону частей оптической системы и к перспективному искажению.
4. Поворот изображения вокруг оси ОХ , который проис ходит в приборах с призменно-зеркальной системой. Эта ошибка вызывает наклон изображения.
Если в плоскости диафрагмы поля зрения помещено пере крестие (или шкала), с плоскостью которого должно совпадать
16
резкое изображение, то дополнительно к перечисленным дефек там могут появиться следующие:
а ) смещение визирной оси, а в угломерных приборах -
увод визирной оси от отвеса или горизонта;
б ) параллакс сетки или шкалы;
в ) разворот сетки или шкалы.
Допуски на дефекты в каждом случае можно подсчитать
исходя из эксплуатационных требований к прибору. Некоторые требования можно выразить в общем виде как часть физиологи ческого допуска. Это относится к системам, работающим сов местно с глазом . Так, у всех бинокулярных приборов о парал лельными осями окуляров параллельность осей выходящих из окуляров пучков для точки предмета в центре поля зрения долж
на выдерживаться в пределах допускав: 60-40 - при их расхож
дении в горизонтальной плоскости, 30-20* -- при их схождении в горизонтальной плоскости и 20-15* - при расхождении в верти кальной плоскости. Верхние, более широкие допуски берутся при юстировке наблюдательных приборов ночного видения, более
узкие - при юстировке дальномеров и точных измерительных приборов.
Допуск на продольную установку сеток может быть подсчи
тан из условия одновременного резкого видения сетки и изобра жения предмета. Ниже рассмотрены основные ошибки в поле изображения и методы их устранения.
I 7. Центрирование оптических деталей и узлов
Децентрировкой линзы принято называть неоовмещеиность
ее геометрической и оптической осей. Центрировка объективов и других узлов оптической системы оптико-электронного уст ройства является одним из решающих факторов получения требу емой разрешающей способности.
Основной базой при центрировании оптических систем яв
ляется оптическая ось. Оптические системы с прямолинейной осью, собираемые э трубах, с достаточной точностью центриру ются за счет выдерживания технологических допусков на расточ ку посадочных мест под кругдую оптику и допусков на центри ровку и склейку самих узлов круглой оптики.
По конструкции различают три основных вида объективов:
1 ) |
насыпные |
без промежуточных оправ; ----------------- -----------.... |
|
2 ) |
насыпные |
с промежуточными оправами; |
■'-с . гг:?л |
3) со свинчивающимися оправами.
Способ контроля центрированности оптических систем с вращением их на оси является основным и наиболее распростра ненным в производстве. При этом контролируется смещение фо куса с геометрической оси системы или смещение центров кри визны (либо автоколлимационных точек) с геометрической оси объектива (оси шпинделя).
При контроле центрировки за базу принимаются одна из сферических поверхностей и цилиндрическая краевая поверхность. Реже применяются способы контроля центрирования без враще ния системы. Для этого требуется либо визирная труба с глубо кой перефокусировкой (ППС-11 ЛОМО) и со строго прямолиней ной визирной линией, либо эталонная центрированная система, дающая изображение всех контролируемых автоколлимационных точек испытуемой системы в общей плоскости изображения.
Рассмотрим центрировку объектива насыпной конструкции с промежуточными оправами, представленной на рис. 1.
Рис. 1
Центрировка таких объективов выполняется в два этапа:
1 - центрировка линз в оправах, П - центрировка собранного объектива.
1 этап. Центрировка линз в оправах осуществляется перед завальцовкой на завальцовочном станке-полуавтомате с контро лем центрировки с помощью автоколлимашонной трубки станка
18
(рис.2 ). Два изображения светящейся точки, отраженных от по верхностей центрируемой линзы, наблюдаются в поле зрения микроскопа. Если линза нецентрирована, то наблюдается биение одного изображения относительно другого при вращении шпинде ля с линзой. Разворотом вокруг оптической оси линзы в оправе сводят это биение к минимуму. Линзу завальцовывают. Этот ме тод эавальновки наиболее производителен, экономичен и с успе хом применяется в поточном производстве. Точность центриро вания не превышает 0,02 мм. Для повышения точности центриро вания на оправе ( с предварительно завальцованной в нее линзой) выполняют сборочные базы - обрабатывают наружный диаметр
иподрезают торец. Предварительно оптическую ось совмещают
сосью вращения шпинделя станка.
Рис. 2
Оправу q завалыюванной линзой закрепляют посредством технологической резьбы на специальном приспособлении - цент-
рнровочном патроне (р и с .З ), который крепится на шпинделе токарно-арматурного стайка. 6 задней бабке станка крепится автоколлиманионная трубка Забелина (Ю С -13 М ).
19