05 семестр / К экзамену-зачёту / Ответы на экзаменационные вопросы / отвыеты на вопросы / Компенсация децентрировок

Следует иметь ввиду, что ни одна оптическая система не может повысить освещенность и улучшить контрастность изображения по сравнению с освещенностью объекта.

Большое влияние на ухудшение контрастности изображения оказывают наличие рассеянного (паразитного) света, образованного лучами, отраженными от оправ, стенок и поверхностей оптических деталей. Поэтому при проектировании оптических приборов принимают меры, уменьшающие количество рассеянного света: устанавливают специальные диафрагмы, улавливающие рассеянные лучи, окрашивают в черный цвет глубокоматовой эмалью У-411 внутренние полости и фаски оптических деталей, наносят специальные риски на внутренние поверхности и т.п.

В последнее время широко применяется «просветление оптики» (нанесение тонких пленок на поверхности оптических деталей), уменьшающее отражательную способность поверхностей оптических деталей, что ведет к уменьшению рассеянного света.

Точность измерения зависит также и от условий адаптации глаза. Если глазу приходится часто приспособляться к различной яркости, то он быстро утомляется и начинает плохо различать мелкие детали изображения. Рекомендуется применять освещенность бумаги для записи отсчетов, близкую по величине к освещенности изображения, а не большую, как это часто имеет место. Еще лучше, если запись будет вестись вторым наблюдателем, чтобы первый только производил отсчеты, не отрывая глаз от наблюдения за изображением.

Для меньшей утомляемости глаза желательно при освещении объекта и отсчетных шкал применять негустые зеленые светофильтры. Эти фильтры в значительной мере устраняют вторичный спектр, окрашивающий изображение в голубоватый цвет.

Величина освещенности поля зрения не должна быть ни чрезмерно большой, ни очень малой. Наблюдатель должен выбрать такую величину освещенности, чтобы изображение было отчетливо видно, но чтобы чрезмерная яркость его не утомляла и не раздражала глаз.

Для изменения освещенности изображения современные оптико-механические измерительные приборы снабжаются реостатами, с помощью которых можно менять световой поток ламп накаливания, применяемых для освещения объектов и отсчетных устройств.

Увеличение отсчетной системы для оценки долей интервала по индексу, как было указано, должно быть достаточно большим, чтобы видимый интервал в последнем звене отсчетной системы был не менее 1 мм. С другой стороны, необходимо учитывать, что минимальная толщина штриха t при современной технологии ограничена величиной 2 мк.

Рисунок 25 – Положение сетки окуляра в зависимости от положения прибора

Сетки с перекрестием

Применения:

юстировка зеркал и оптических систем;

точное измерение углов в комбинации с окулярным микрометром;

измерение радиусов цилиндрических поверхностей;

измерение ошибки центрирования;

идеальны для измерений углов при использовании ПК.

Рекомендации:

окулярные сетки – двойное перекрестие;

коллиматорные сетки – одиночное перекрестие.

Рисунок 26 – Виды сеток:

А – темное перекрестие на светлом фоне

Б– светлое перекрестие на темном фоне

В– двойное перекрестие

Размеры:

для сеток с одиночным перекрестием при диаметре 12 мм толщина штриха 0,01 мм, 0,02 мм и 0,04 мм; при диаметре 25 мм – 0,02 мм и 0,05 мм;

для двойного перекрестия при диаметре 12 мм ширина прозрачного промежутка между линиями 0,02 мм, 0,04 мм и 0,06 мм.

Сетки с градуированной угловой шкалой

Рисунок 27 – Окулярные сетки

Рисунок 28 – Коллиматорные сетки

Применения:

измерения углов наклона с использованием зеркал, прикладываемых к объекту измерений;

измерение углов оптических компонентов, таких как призмы, окна и пр.

Рекомендации:

окулярные сетки – сетки с градуированной угловой шкалой;

коллиматорные сетки – одиночное перекрестие.

Сетки с градуированной угловой шкалой рассчитываются под конкретные условия измерений

(фокусное расстояние прибора и отклонение зеркала будут влиять на градуирование шкалы).

Смещение изображения на сетке на 10 мкм соответствует углу:

Таблица 4

Сетки с угловыми допусками

Рисунок 29 – Сетка с угловыми допусками

Применения:

быстрая проверка клиньев и плоскопараллельных пластин;

юстировка оптических систем;

измерение радиусов кривизны.

Рекомендации:

окулярные сетки – сетки с концентрическими окружностями;

коллиматорные сетки – отверстие (диафрагма) с перекрестием.

2.6. Параллакс

Параллаксом называют несовпадение двух одновременно наблюдаемых плоскостей. В измерительной технике это могут быть плоскости, в которых лежат шкала и индекс (или их изображения) или плоскости, в которых лежат изображение измеряемого объекта и штрихи визирной сетки.

Параллакс (Рис. 12) возникает при смещении вдоль линии наблюдения

AA' плоскости P со шкалой относительно плоскости Q с индексом (нониусом).

Рис. 12. Определение величины параллакса.

Параллакс может возникнуть как при наблюдении невооруженным глазом, так и при использовании оптической системы (лупа, микроскоп). Как видно из Рис. 12, в зависимости от положения глаза наблюдателя A и A1 в

пределах расстояния a, величина отсчета меняется в пределах величины .

Если глаз находится на расстоянии L от плоскости Q, а смещение плоскостей P

и Q равно l, то погрешность отсчета, вследствие влияния параллакса, будет

l , a L

откуда

l a. L

Если принять величину L равной расстоянию 250 мм, величину смещения глаза a = 25 мм и смещение плоскостей l = 0,2 мм, то

0,2 25 0,02 мм. 250

Параллакс практически обнаруживается при покачивании глаза в поперечном относительно линии наблюдения направлении по кажущемуся смещению указателя относительно шкалы.

Если изображение шкалы дальше от глаза, чем индекс, то смещение шкалы будет происходить в направлении, обратном направлению перемещения глаза. В случае же, если шкала будет ближе к глазу, чем индекс – оба эти направления совпадут. Таким образом, при покачивании глаза в плоскости зрачка выхода оптической системы можно не только определить наличие и величину параллакса, но и определить, в каком направлении вдоль оси сместились индекс и изображение.

Уменьшение погрешности, вызываемой параллаксом, может быть достигнуто с одной стороны уменьшением величины l, с другой стороны – фиксацией положения глаза наблюдателя (например, применением наглазника или маленькой диафрагмы со стороны окуляра).

В оптических системах параллакс устраняется юстировкой, в результате которой изображение основной шкалы проектируется точно в плоскость индекса (или шкалы) отсчетного устройства

1.1.1. Влияние виньетирования

На рисунке 23 приведено несколько положений плоского зеркала, установленного перед объективом автоколлиматора на различных расстояниях S . Как только зеркало отдаляется от соприкосновения с объективом, начинается виньетирование автоколлимационного изображения. При небольшом поле зрения трубы световой параллельный пучок с диаметром

D, равный сечению входного отверстия объектива трубы, можно рассматривать как сумму световых трубок – параллельных пучков, общая площадь которых равна площади сечения общего параллельного пучка или площади входного отверстия объектива. Лучи световой трубки, перпендикулярной к зеркалу, не виньетируются (штриховые линии на рисунке 23); у

наклонных трубок виньетирование возрастает с увеличением угла между нормалью к зеркалу и осью симметрии трубки по мере отдаления S от зеркала.

Рисунок 23 – Схемы к определению величины виньетирования

Рассмотрим виньетирование пучка лучей (рисунок 23), исходящего из какой-либо точки

С сетки. Пусть точка С удалена от оптической оси на расстоянии y . Главный луч этого пучка выходит из объектива под углом к оптической оси.

Как видно из построения на рисунок 23, часть пучка лучей, соответствующая части диаметра пучка D, равной x, после отражения от зеркала в объектив не вернется.

Тогда

y tg , f '

и

x S tg ,

2

откуда

x 2 S tg .

Оценивая величину виньетирования как срезание диаметра пучка и обозначая через

K (в %) срезанную часть диаметра, получаем

K 2 S y 100%. f ' D

Из формулы видно, что виньетирование возрастает по мере увеличения расстояния S

до зеркала и обратно пропорционально диаметру D свободного отверстия объектива.

Виньетирование приводит к тому, что в поле зрения автоколлимационной трубы наблюдается постепенное исчезновение краев автоколлимационного изображения по мере удаления зеркала.

Исчезновения краев практически наступает, когда пучок лучей, отраженный от зеркала,

перекрывает менее 0,25 радиуса отверстия объектива. Это явление объясняется необходимостью определенного минимума контраста, зависящего от соотношения яркости изображения автоколлимационного блика и фона в поле зрения трубы.

Определим связь между величиной видимого размера автоколлимационного изображения, увеличением, диаметром входного отверстия автоколлиматора и расстоянием до зеркала.

окуляра. В свою очередь величине y соответствует наклон главного луча к визирной оси:

y ,

f 'î á

где f 'îá – фокусное расстояние объектива;

206265".

Тогда

Из рисунка 23 видно, что полное виньетирование наступает, когда крайний луч наклонной световой трубки с диаметром, равным световому диаметру объектива, пересекает оптическую ось трубы. Это наступает при определенном расстоянии до зеркала S .

Расстояние S находят из формулы

где D - входное отверстие объектива в мм.

При малых углах

D .

2 S

Тогда

S D

2

или

S D 250 ,

2 y'

где значения D и y' даны в мм.

.

2.7.Применение автоколлимационного микроскопа и микроскопа с экраном

Нами предложена и рассмотрена схема центрирования с использованием автоколлимационного микроскопа, а также схема измерительного микроскопа с экраном.

В автоколлимационном микроскопе (Рис. 13) световой пучок от лампы накаливания 1, пройдя конденсор 2, отразившись от светоделительной пластины

3 и зеркала 4, освещает сетки 5 и 6, разнесенные вдоль оси на глубину резкости объектива коллиматора 7. Сетки 5 и 6 представляют собой кресты: один – прозрачный на темном фоне, другой – непрозрачный на светлом фоне.

Изображения этих сеток с помощью объектива 7, призмы 8,

плоскопараллельной пластины 9 и микрообъектива 10 проецируется в предметную плоскость микроскопа, в которую последовательно помещают либо центр кривизны, либо вершину измеряемой поверхности.

Отраженный световой поток проходит через микрообъектив 10,

отражается от пластины 9 и диагональной грани призмы 11, проходит объектив

12, призму-куб 13, призму 14 и попадает в окуляр 15, через который оператор видит автоколлимационное изображение крестов сеток 5 и 6. В передней фокальной плоскости окуляра помещена сетка 16, на которую нанесен