CC BY
38
СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ НАВОДОК
Е.В.Смирнова, С. М. Латыев
В работе приводится описание экспериментального стенда для исследования чувствительности наводок. Рассматривается теоретическая возможность применения цифрового измерителя линейных перемещений с ценой единицы младшего разряда до 0.2 мкм.
Введение
В основу функционирования многих оптических приборов положена операция совмещения изображения и марки, наблюдаемых оператором, с последующим снятием отсчета по шкалам. При этом из-за ряда причин (остроты зрения, параллакса и др.) оператор не может абсолютно правильно расположить изображение относительно марки и оценить на глаз расстояние от штриха до индекса (долю деления шкалы). Возникают так называемые погрешности наведения, влияющие на точность работы приборов. Погрешность наведения зависит от ряда факторов:
• вида совмещаемых марок (исследуется совмещение изображения штриха с биштри-хом - одним из наиболее используемых на практике вида совмещаемых марок; существует также возможность смены марок);
• типа светофильтров;
• освещенности экрана (меняется регулировкой яркости лампы);
• контраста изображения (меняется за счет введения в ход лучей нейтральных светофильтров);
• аберраций оптической системы (благодаря смене объективов);
• психофизических данных оператора.
Исследованию данной проблемы в 70-е г. XX века было посвящено много научных трудов. На кафедре компьютеризации и проектирования оптических приборов нашего университета была разработана установка для исследования чувствительности поперечных наводок, и проведен ряд исследований.
В начале XXI века возникла необходимость в проведении дополнительных исследований, модернизации разработанного ранее стенда - в первую очередь автоматическом формировании отсчета при помощи позиционно-чувствительного приемника и разработке программы для автоматической обработки результатов эксперимента.
Экспериментальный стенд
Экспериментальный стенд предназначен для исследования погрешности совмещаемых марок на экране проекционной установки от факторов различной природы, описанных выше.
На рис. 1 представлена функциональная схема устройства. Световой поток от источника света 1, проходя через систему освещения по Келеру 2-3, освещает сетку с маркой 4 (в виде 3-х штрихов). Далее марка проецируется микрообъективом 5 на экран 6 установки. Перемещение экрана осуществляется винто-рычажным приводом 14 и определяется смещением светодиода 7, жестко связанного с экраном проекционной установки, относительно светочувствительной площадки позиционно-чувствительного приемника 9. Проецирование пятна светодиода осуществляется объективом 8. Результаты проведенных исследований выводятся на экран монитора персонального компьютера 11 при помощи аналого-цифровой преобразователя 10. Дополнительно для проведения необходимых исследований возможно введение в ход лучей светофильтров 12-13.
В начале работы оператор видит перед собой экран проекционной установки с нанесенными на нем тремя биштрихами. При включении источника света на экране по-
являются три штриха, которые проецируются с сетки 4 микрообъективом 5. Цель оператора - совместить штрих с биштрихом, расположив его непосредственно по центру
биссектора.
Рис. 1. Функциональная схема установки
Чувствительностью поперечной и продольной наводок (порогом чувствительности) называют то минимальное угловое или линейное смещение изображения, которое может быть замечено оператором.
Рис. 2. Структурная схема измерительной цепи цифрового измерителя линейных перемещений
Методика исследования чувствительности поперечных наводок основана на измерении величины рассеяния положения марки при ее многократных повторных совмещениях с изображением объекта. Точность совмещения зависит от формы совмещаемых объектов. Средняя квадратическая погрешность наведения для случая совмещения с биштрихом составляет 6-8", при нониальном совмещении 10-15" и при наложении - 30-60" [1].
Одним из основных элементов в данной установке является измерительная цепь. В состав измерительной цепи цифрового измерителя линейных перемещений входят микрообъектив, позиционно-чувствительный приемник, цифровой вольтметр, оператор (рис.2). Для заданных схемных параметров измерительной цепи можно установить ее диапазон работы и число измеряемых значений в пределах этого диапазона. Схемные параметры:
• Уоб = 40х - увеличение микрообъектива;
• = 3.125 В - опорное напряжение на позиционно-чувствительном приемнике;
• Ь = 25 мм - рабочая длина позиционно-чувствительного приемника;
• СцВ = 0.001 В - цена единицы младшего разряда цифрового вольтметра;
• СИЛП = 0.0002 мм - цена единицы младшего разряда цифрового измерителя линейных перемещений. В экспериментальной установке СИЛП =0.5 мкм;
• К1 = Моб - коэффициент преобразования микрообъектива;
• К 2 = = 0.125 В/мм - коэффициент преобразования позиционно-чувствительного
Ь
приемника;
• К 2 = = 1000 1/В - коэффициент преобразования цифрового вольтметра;
СЦВ
• К4 = СИЛП - коэффициент преобразования оператора;
Основное условие выбора схемных параметров V . Ч±__1__с = 1
' об т ^ ИЛП 1 •
Ь С ЦВ
Основное условие выбора коэффициентов преобразования К1-К 2. К 3. К 4 = 1.
Диапазон работы измерительной цепи при данных характеристиках У = ^ ■ С ИЛП = 0.625 мм.
СЦВ
Число измеряемых значений в пределах диапазона работы
N = = 3125. С
^ЦВ
Такие результаты были получены при моделировании данной ситуации при помощи программы «МаШСаё». При помощи этой программы можно подбирать необходимые схемные параметры для получения определенного диапазона работы. Для представленного случая была проверена возможность применения цифрового измерителя линейных перемещений с ценой единицы младшего разряда 0.2 микрон.
Заключение
Приведено краткое описание экспериментального стенда для исследования чувствительности наводок и пример вычисления диапазона работы и числа измеряемых значений измерительной цепи цифрового измерителя линейных перемещений. Планируется проведение исследований для определения чувствительности поперечных наводок.
Литература
1. Латыев С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах. - Л.: Машиностроение, ЛО, 1985. - 248 с.
