CC BY
6
УДК 681.7.055
КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ СТЕНДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ
ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Алексей Максимович Майковский
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры фотоники и приборостроения, тел. (913)930-72-91, e-mail: [email protected]
Игорь Олегович Михайлов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры фотоники и приборостроения, тел. (383)344-29-29, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрена актуальность разработки автоматизированного стенда контроля оптических характеристик телескопических систем. Представлена разработанная принципиальная схема автоматизированного стенда контроля, отвечающая современным требованиям точности измерений. На основе приведенной принципиальной схемы разработана функциональная схема стенда контроля и процесс измерения на нем. Предлагается вариант конструкции измерительного стенда. Сделан вывод, что представленные схемы измерительных устройств удовлетворяют современным требованиям точности и позволяют произвести автоматизацию процесса измерения.
Ключевые слова: телескопические системы, принципиальная схема, автоматизированный стенд, функциональная схема, предварительная конструкция.
CONSTRUCTIVE SOLUTION OF THE AUTOMATED CONTROL STAND FOR TELESCOPIC SYSTEMS OF OPTICAL CHARACTERISTICS
Alexey M. Maikovskij
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Graduate, Department of Photonics and Device Engineering, phone: (913)930-72-91, e-mail: [email protected]
Igor O. Mikhaylov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Associate Professor, Department of Photonics and Device Engineering, phone: (383) 344-29-29, e-mai: [email protected]
The article considers the urgency of developing an automated bench for controlling the optical characteristics of telescopic systems. The basic scheme of the automated control stand is presented, and the accuracy characteristics are given. Based on the above schematic diagram, a functional block was developed for the control stand that describes the measurement process on the stand being developed and provides the basis for the design development, a preliminary example of the design be presented in the paper. It is concluded that the presented circuits satisfy the required measuring accuracy and allow the automation of the measurement process.
Key words: telescopic systems, circuit diagram, automated stand, functional diagram, preliminary design.
Целью данного исследования является разработка предварительного варианта конструкции автоматизированного стенда контроля оптических характеристик телескопических систем.
Контрольно-измерительные операции в производстве современных сложных технических изделий, в том числе оптических и оптико-электронных приборов занимает значительное время, поэтому разработка автоматизированных комплексов контроля телескопических систем является актуальной. Эти комплексы позволяют исключить субъективное влияние оператора на результаты измерений и производить контроль всей партии приборов, а не выборочный [1].
Изучение доступных источников информации не выявили массового использования автоматических измерительных комплексов в серийном и крупносерийном производстве оптических и оптико-электронных приборов и систем, что не соответствует тенденциям развития современного рынка сложных технических устройств.
Отсутствие прототипов разрабатываемого измерительного комплекса требует особого подхода к решению поставленной задачи. На основании теоретических исследований и расчетов разработаны принципиальные схемы измерения оптических характеристик телескопических систем. При этом учитывалось требование универсальности измерительных модулей, позволяющее оптимизировать стоимость измерительного комплекса и минимизировать затраты времени на контроль оптических характеристик большой партии изделий.
На основании теоретических исследований и расчетов была разработана и предложена принципиальная схема измерительного стенда (рис. 1), позволяющего автоматизировать контроль основных оптических характерных телескопических систем [2].
Рис. 1. Принципиальная схема стенда контроля телескопических систем:
1 - источник света; 2 - конденсор; 3 - объектив коллиматора; 4 - сменная щелевая диафрагма; 5 - подвижная щелевая диафрагма; 6 - электродвигатель; 7 - исследуемая телескопическая система; 8 - съемный объектив измерительного блока; 9 - блок ФПУ; 10 - блок обработки информации; 11 - блок индикации; 12 - блок цифропечати
На устройстве, построенном по схеме в соответствии с рис. 1, можно проводить контроль таких оптических характеристик, как видимое увеличение телескопической системы, децентровка её оптических элементов и диаметр выходного зрачка. Выполненный расчет на точность подтверждает высокие характеристики точности измерений:
- погрешность на центрирование оптических компонентов телескопической системы равна ± 0,002 мм;
- погрешность установки расходимости лучей за окуляром при значении равном 0 дптр составляет величину ± 0,04 дптр;
- погрешность определения диаметра выходного зрачка равна 0,003 мм;
- относительная погрешность определения видимого увеличения телескопической системы равна 1,4 % [3].
Для бинокулярных приборов возможен контроль параллельности оптических осей при добавлении второго измерительного оптического канала [4].
Децентрировка оптических компонентов телескопической системы приводит к ухудшению качества изображения, а также к возникновению параллакса, поэтому контроль децентровки оптических компонентов необходим в оптических приборах, особо важной эта характеристика является для оптических прицелов [5].
На рис. 2 представлена принципиальная схема одного из методов контроля децентровки оптических элементов телескопической системы, входящей в измерительный комплекс [6].
Рис. 2. Схема устройства для измерения децентрировки оптических компонентов телескопических систем
В соответствии с рис. 2 источник света 1 посылает пучок лучей через конденсор 2 в объектив коллиматора 3, в фокальной плоскости которого установлена диафрагма 4 в форме перекрестия, формирующая широкий пучок парал-
лельных лучей, который проходит исследуемую оптическую систему 5, объектив 6 и строит изображение щелей диафрагмы 4 в его задней фокальной плоскости, где расположены два взаимно перпендикулярных ФПУ 7 и 8.
При отсутствии контролируемой системы, устройство юстируется таким образом, чтобы ось коллиматора совпадала с осью измерительного блока, т.е. чтобы изображение вертикальной и горизонтальной линий диафрагмы совпало с центрами соответствующих позиционно-чувствительных ФПУ, сигналы с которых должны соответствовать нулевым смещениям.
При установке исследуемой системы и наличии у нее децентрировки е изображения щелей коллиматора сместятся со своего первоначального положения, на некоторую величину I [7].
Численное значение е определится из рис. 2 по формуле
е =
Г'
где е - значение децентрировки;
/''ок - фокусное расстояние окуляра исследуемой системы; / ' - фокусное расстояние объектива 6; I' - смещение следа узкого пучка света в плоскости ФПУ. Наличие двух ФПУ и двух щелей, в соответствии с рис. 3, дает возможность измерять децентрировку в двух взаимно-перпендикулярных направлениях.
.х
Рис. 3. Диафрагма и плоскость ФПУ
В результате конструктивной проработки и точностного анализа разработан предварительный вариант измерительного стенда, блок-схема которого представлена рис. 4.
Стенд в соответствии с рис. 4 представляет собой комплекс контрольно-измерительных модулей, системы автоматической подачи контролируемого устройства в область измерений и электронной системы обработки полученных результатов измерений и подготовки сертификата качества на каждое изделие.
Рис. 4. Блок-схема стенда контроля телескопических систем
Партия исследуемых телескопических систем, например, прицелов, устанавливается в держателях на ленте транспортера, который перемещает их в область измерений с остановкой в этой области. После срабатывания измерительного модуля и записи информации в базу данных, транспортер подает в область измерений следующий оптический прибор. Информация о измеренных значениях оптической характеристики всех приборов хранится в базе данных. По завершении цикла измерений заданной оптической характеристики, автоматически подключается следующий измерительный модуль. Процесс измерений повторяется, дополняя базу данных новой оптической характеристикой на приборы.
Циклические измерения позволяют повысить скорость работы комплекса.
На основе блок-схемы предлагается предварительный вариант конструкция стенда контроля телескопических систем, представленный на рис. 5.
12 3^567
Рис. 5. Предварительная вариант конструкции стенда контроля
телескопических систем
Измерительный стенд представляет собой конструкцию, размещаемую в корпусе 7. В нем установлены источник параллельного пучка лучей 1, револьверные устройства 2, в которые устанавливаются сменные элементы стенда, такие как диафрагмы и объективы. Исследуемая система 3 устанавливается в крепление 5, не являющееся универсальным и разрабатывается для каждой партии приборов отдельно, установленное на конвейер 6, который в свою очередь подводит крепление с исследуемой системой в область измерения, где находятся все вышеперечисленные элементы. Фотоэлектронное устройство 4 фиксирует оптический сигнал, содержащий информацию о исследуемой характеристики телескопической системы.
Результаты предварительных расчетов подтверждают характеристики точности отдельных оптических измерительных модулей. Например, модуль измерения децентрирования для исследуемой оптической системы, имеющей характеристики: /ок=15 мм, / '=300 мм, /'=0,005 мм, минимальное значение измеряемой децентрировки составит примерно 0,00025 мм. Такое значение превышает требуемую на практике точность и возможную чувствительность юстировоч-ных подвижек. Следует учесть, что вычисленное значение погрешности является минимальным теоретическим, которое в реальном измерительном комплексе будет выше за счет влияния технологических погрешностей изготовления деталей и функциональных устройств измерительного стенда [8].
В заключении можно отметить, что поставленная цель по разработке варианта конструкции стенда для измерения оптических характеристик телескопических систем достигнута. Стенд, разработанный на основе представленных в статье схем, удовлетворяет требованиям точности и позволяет автоматизировать процесс измерения, при этом измерения на данном стенде будут производиться циклически. Все контролируемые приборы, установленные на ленте
транспортера, проходят измерение одной из оптических характеристик. Данные записываются в базу данных. После этого автоматически система настраивается на измерение следующей характеристики.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пизюта Б. А., Михайлов И. О. Новые оптико-электронные приборы для оптических измерений : пособие для вузов. - Новосибирск : СГГА, 1996. - 77 с.
2. Майковский А. М., Михайлов И. О. Принципиальная схема стенда автоматизированного контроля оптических характеристик телескопических систем // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Магистерская научная сессия «Первые шаги в науке» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 1. - С. 153-157.
3. Михайлов И. О. Точностной анализ автоматизированного комплекса для измерения параметров телескопических систем // ХЬУ1 научно-техн. конф. СГГА, посвящ. 30-летию опт. фак. (Ин-та оптики и опт. технологий) : тез. докл. Ч. 1. - Новосибирск : СГГА. - 1996. -С. 28-29.
4. ГОСТ 50508-93 Приборы наблюдательные телескопические. Методы контроля параметров [Текст]: нац. стандарт. РФ. вв-д. 01.01.1994. - М. : Издательство стандартов, 1993. - 31 с.
5. Бардин А. Н. Сборка и юстировка оптических приборов : учеб. пособие. - М. : Высшая школа, 1968.
6. Андреев В. Н., Абрамов Ю. А. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х частях / Под ред. А. М. Дальского, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1985. - 496 с.
7. Михайлов И. О., Пизюта Б. А. Автоматизация процесса измерения параметров телескопических систем // Вестник СГГА. - 1998. - Вып. 3.- С. 90-95.
8. Михайлов И. О., Пизюта Б. А. Автоматизация процесса измерения параметров телескопических систем // ХЬУ1 научно-техн. конф. СГГА, посвящ. 30-летию опт. фак. (Ин-та оптики и опт. технологий) : тез. докл. Ч. 1. - Новосибирск : СГГА. - 1996. - С. 26-27.
© А. М. Майковский, И. О. Михайлов, 2018
