1.1.3. Структура оптического прибора

Оптический прибор (ОП) предназначен для преобразования информации от объ­екта наблюдения (обнаружения), измерения или управления. На рис.2 пока­зана обобщенная схема функционирования ОП. Здесь 1 — объект; 2 — ОП; 3 — наблюдатель; Х₀ — информативный параметр объекта; х — информативный параметр входного сигнала; у — информативный параметр выходного сигнала.

³

Рис. 2. Общая схема функционирования ОП.

В оптических приборах происходит преобразование вида y=f(x, q_i), где f - функция преобразования; q - конструктивные параметры прибора.

Преобразование входного сигнала ОП осуществляется его функциональны­ми устройствами (ФУ), имеющими, как правило, различные физические принципы. На рис.3 [3] изображен состав современного ОП, основанного на оптических, механических и электронных (электрических) ФУ и их сочета­нии.

Рис. 3. Состав современного ОП.

Структурные элементы конструкции. Всякое сложное изделие можно разделить на такие составные части, при разработке которых имеются существенные различия в методах и принципах конструирования. Эти части целого являются элементами структуры его конструкции (см. рис. 4). Выявление структурных элементов важно для осуществления процесса конструирования, изучения конструкций готовых объектов и обучения конструированию.

Структура ОП в целом может быть представлена в виде его иерархических уровней, составных частей (подсистем), связанных друг с другом определенными соотношениями (связями) (рис. 4).

Рис. 4. Структура ОП.

Потеряна кц

С системных позиций ФУ представляет собой подсистему ОП, которая работает автономно, но определенными отношениями связана с другими под­системами (например, для передачи информации, энергии, вещества).

В свою очередь, ФУ состоят из конструктивных узлов (КУ) - сборочных единиц, которые могут конструироваться (а в дальнейшем и собираться) отдельно от других составных частей ОП или всего прибора в целом и выполнять определенную функцию в ОП только (в отличие от ФУ) совместно с другими составными частями.

В КУ можно выделить соединения деталей (СД) - элементарные сборочные единицы, состоящие из двух или нескольких деталей, находящихся в непос­редственном физическом контакте друг с другом, атакже конструктивные цепи (КЦ).. Первичными элементами СД, а, следовательно, и ОП, являющимися простейшими объектами конструирова­ния, являются детали (Д) - конструктивные элементы, выполняемые из однородного материала (в результате его обработки) без соединения с другими конструктивными элементами (без применения сборочных операций).

Методы и принципы конструирования элементов ОП различного уровня сложности имеют существенные различия, поэтому их изучение обычно начи­нают с деталей, переходя от простого к более сложному, и заканчивают ФУ.

3. Структурные элементы деталей

Структурные элементы детали в данном подразделе рассматриваются кратко, лишь некоторые общие, а также специфические вопросы конструирования деталей, так как студентам (и прочим читателям) они, как правило, в известной степени знакомы из других учебных курсов и публикаций. Как было сказано, детали являются простейшими объектами конструиро­вания. Они представляют собой однородные неделимые тела, состоящие из элементов формы (геометрических поверхностей тел) и материала.

В каждой детали различают следующие структурные элементы (поверх­ности): рабочие (активные), базовые, соединительные (свободные) и техноло­гические.

Рабочие элементы (РЭ) (их называют также активными или исполнитель­ными поверхностями) непосредственно выполняют заданные функции детали. Например, РЭ являются оптическая ось линзы (рис 5,а);(в некоторых литературных источниках РЭ линзы считают ее сферические поверхности, но это не удобно, т.к. связывается с БЭ именно оптическая ось), эвольвентная поверхность зубчатого венца колеса (рис. 5,6), плоская и цилиндрическая поверхности гнезда оправы линзы (рис. 5,в), цилиндрическая поверхность и плечико для установки подшипника в стойке (рис. 5,г).. Эти поверхности, как правило, тщательно обрабатываются, и к ним предъявляются высокие требования: точность расположения, погрешность формы, чистота поверхности, размеры и т.п.

Базовые элементы (БЭ) обеспечивают координацию детали (т.е. координацию ее РЭ) относительно других деталей и представляют собой поверхности, по которым деталь сопрягается (соединяется) с базовой деталью (см. рис. 5). Данные поверхности изготавливаются также весьма тщательно.

Рис. 5. Структурные элементы детали: а) линза, б) зубчатое колесо, в) оправа, г) стойка.

Соединительные элементы (СЭ) (их называют часто свободными) служат для обеспечения материальной связи между рабочими и базовыми элементами (см. рис. 5). К СЭ не предъявляются высокие требования к тщательности и точности изготовления (за исключением требований к чистоте поверхностей, когда это обусловлено эстетическими показателями качества детали).

Технологические элементы (ТЭ) служат для обеспечения технологического процесса изготовления и последующей сборки детали (например, фаски, гал­тели, выточки, центровые отверстия в валиках и т.п.). Для линзы (см. рис 5, а) ТЭ являются фаски, устраняющие выколки, появляющиеся на кромках при ее шлифовке; для зубчатого колеса (см. рис. 5, б) ТЭ является резьбовое отверстие под стопорный винт для фиксации зубчатого колеса на валике при рассверливании отверстия под штифт; в оправе линзы (см. рис. 5,б) ТЭ является резьба (и канавка для выхода резьбы) для закрепления оправы (с линзой) в центрировочном патроне (рис.5,в).

Следует отметить, что одни и те же поверхности (части поверхностей) могут выполнять роль РЭ, БЭ и СЭ. Наиболее благоприятным считается вариант, когда в конструкции удается объединить РЭ и БЭ, минимизировать СЭ.