Ошибки на гониометре

Рис.10. Поле зрения
отсчетного микроскопа

В левом окне
наблюдаются изображения диаметрально
противоположных участков лимба и
вертикальный индекс для отсчета градусов,
в правом окне — деления шкалы оптического
микрометра и горизонтальный индекс для
отсчета минут и секунд.

Чтобы снять отсчет
по лимбу, необходимо повернуть маховичок
49 оптического микрометра (рис. 6) настолько,
чтобы верхние и нижние изображения
штрихов лимба в левом окне точно
совместились.

Число
градусов
будет равно видимой ближайшей левой от
вертикального индекса цифре. Число
десятков минут равно числу интервалов,
заключенных между верхним штрихом,
который соответствует отсчитанному
числу градусов, и нижним оцифрованным
штрихом, отличающимся от верхнего на
180°.

Число
единиц минут
отсчитывается по шкале микрометра в
правом окне по левому ряду чисел.

Число
десятков секунд
— в том же окне по правому ряду чисел.

Число
единиц секунд
равно числу делений между штрихами,
соответствующими отсчету десятков
секунд, и неподвижным горизонтальным
индексом. Положение, показанное на рис.
3, соответствует отсчету
0⁰
15′
57″.

4. Подготовка гониометра к работе

4.1. Установка зрительной трубы на бесконечность

4.1.1. Включите
гониометр тумблером «сеть»
25 (рис.9).

4.1.2. Вращением
оправы окуляра 16 (рис.11) добейтесь резкого
изображения отсчётного креста в поле
зрения окуляра (рис. 4, вид Б).

4.1.3. Установите
зрительную трубу маховичком 13 по
фокусировочной шкале 5 на отметку
∞.
Затем приложите к оправе объектива
плоскопараллельную стеклянную пластинку.
Медленно вращая маховичок 13 влево-вправо,
добейтесь максимальной резкости
изображения светящегося креста
автоколлимационной сетки (см. рис. 4,
вид А).

4.2. Установка визирной оси зрительной трубы и плоскости предметного столика перпендикулярно оси вращения прибора

4.2.1. На столик
гониометра установите торцевой гранью
контрольную плоскопараллельную
стеклянную пластинку так, чтобы её
плоскость была перпендикулярна оси
одного из винтов 9 (рис.9,11).

4.2.2. Застопорите
зрительную трубу винтом 23 и, отключив
зажимной винт 29,поверните предметный
столик так, чтобы ось зрительной трубы
была перпендикулярна плоскости пластинки.
Медленно поворачивая столик вправо и
влево относительно выбранного положения,
найдите светящийся автоколлимационный
крест. Если креста нет, поверните на
пол-оборота тот винт 9, ось которого
перпендикулярна плоскости пластинки,
и вновь повторите поиск автоколлимационного
креста до его появления.

4.2.3. Совместите
светящийся автоколлимационный крест
с отсчётным крестом окуляра (винт 9
смещает этот крест вверх-вниз, поворот
столика смещает крест вправо-влево).
Снимите отсчёт по отсчётному микроскопу
17 (смотри пункт 3.5).

4.2.4. Поверните
столик на 180⁰
. Контролируйте поворот по отсчётному
микроскопу. Показания должны измениться
на 180°

4.2.5. Проверьте
совпадение по вертикали перекрестия
сетки окуляра с автоколлимационным
изображением, полученным от другой
поверхности пластинки.
Несовпадение перекрестия исправьте
так: половину
интервала выберите наклоном трубы 11, а
другую половину наклоном столика (винт
9, перпендикулярный плоскости пластинки,
см. рис. 11).

4.2.б. Повторите
п.п. 4.2.4….4.2.5. до точного совмещения
автоколлимационных крестов, получаемых
от обеих поверхностей пластинки с
горизонтальной нитью перекрестия.

Методика уменьшения систематической погрешности лазерного динамического гониометра для калибровки многогранных призм.

Лазерный гониометр (ЛГ) – прецизионный углоизмерительный прибор, предназначенный для аттестации призматических мер плоского угла (многогранные призмы, клинья, пластины).

Измерение угла в ЛГ основано на физическом принципе работы кольцевого лазера: при его вращении структура электромагнитных волн в резонаторе образует практически идеально равномерную угловую шкалу. Съем данных с кольцевого лазера осуществляется по импульсам интерференционного нуль-индикатора, фиксирующего моменты совпадения его луча с нормалями к граням призмы.

В отличие от традиционных гониометров процесс измерений ЛГ полностью автоматизирован.

Область применения лазерного гониометра

• метрология и измерительная техника (метрологические и сертификационные центры)
  
• приборостроение, точное машиностроение (калибровка испытательных стендов и поворотных столов)
• оптико-механическая промышленность
• научные исследования

Аналогом ЛГ является гониометр ГС-1Л киевского завода «Арсенал», выпустивший в свое время около сотни приборов. На сегодняшний день в нашей стране практически отсутствует производство систем подобного назначения. Имеющиеся со времен СССР гониометры устарели и преимущественно вышли из строя.

Работа в рамках проекта была направлена на увеличение точностных характеристик ЛГ.

Основные результаты

• разработана модель погрешностей ЛГ и выработана концепция построения метода их уменьшения
• предложен метод, позволяющий выставлять измерительную плоскость нуль-индикатора, разработан алгоритм проведения измерений. Эксперименты, проводимые на нескольких образцах ЛГ, подтвердили эффективность предложенного метода: погрешность ЛГ при измерении многогранных призм уменьшилась в 1.5-2 раза и не превысила ±0.08 угл. с. Это позволяет ЛГ конкурировать на международном рынке, например, с системой PrismMaster HR (Trioptics GmbH, Германия), имеющей погрешность порядка 0.2 угл.с., и с системой Gonio II — VIS (Moeller-Wedel Optical GmbH, Германия) с погрешностью 0.6 угл.с., стоимость которых при этом значительно выше.

ЛГ может быть модифицирован для задач аттестации датчиков угла, для бесконтактного измерения параметров углового движения внешнего объекта, для измерения показателя преломления и дисперсии оптических материалов. ЛГ имеет свидетельство об утверждении типа средства измерений (гониометр динамический ДГ-03Л).

Разработчик — Баринова Евгения, ассистент кафедры ЛИНС СПбГЭТУ, к.т.н.

Адрес электронной почты: barinova.jane@gmail.com

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ

на тему:

«АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫЕ ЗРИТЕЛЬНЫЕ ТРУБЫ. ШИРОКОУГОЛЬНЫЕ КОЛЛИМАТОРЫ. Ошибки изготовления и положения оптических деталей приборов»

Минск, 2008

Автоколлимационная труба – зрительная труба с автоколлимационным окуляром.

Рис.1. Автоколлиматор с освещенной сеткой вне центра поля зрения:

1-зеркало; 2-объектив; 3-сетка; 4-окуляр; 5-призма подсветки;

6-источник света; 7-поле зрении окуляра

Автоколлиматоры (трубы с автоколлимационным окуляром) встречаются в основном двух типов, в зависимости от конструкции автоколлимационного окуляра:

а) с освещенной щелью или маркой вне центра поля зрения (окуляр Аббе), рис.1

б) с освещенной сеткой нитей в центре поля зрения (окуляр Гаусса), рис.2.

Когда при наблюдениях желательно иметь большие увеличения, пользуются улучшенным окуляром Гаусса (рис.3).

Он отличается тем, что в нем между крестом нитей М и окуляром помещаются две одинаковые линзы О₁ и О₂. Так как крест нитей располагается в фокусе линзы О₁, то эта дополнительная система переносит изображение креста нитей в точку F с отношением 1:1, где это изображение и наблюдается в окуляр. Зеркало располагается в параллельном пучке между линзами О₁ и О₂ под углом 45^° и оптической оси трубы. Освещение производят при помощи третьей линзы О₃, в фокусе которой помещают лампочку S.

Рис.2.Автоколлиатор с освещенной сеткой в центре поля зрения:

1-зеркало; 2-объектив; 3-сетка; 4-полупрозрачная

плоскопараллельная пластинка; 5-источник света; 6-окуляр; 7-диафрагма; 8 (3)-сетка нитей

Рис.3.Улучшенный окуляр Гаусса

Применение вместо сетки кубика из 2-х склеенных прямоугольных призм с полупрозрачным зеркальным покрытием гипотенузы позволяет получить еще одну конструкцию автоколлимационной трубы.

ДИНАМЕТРЫ.

Динаметр применяют для измерения размеров выходных зрачков оптических приборов, а также удаления зрачка выхода от последней поверхности окуляра (рис.4).

Динаметр представляет собой ахроматическую лупу 1, в фокусе которой установлена сетка 8. Шкала сетки 8 имеет 100 делений с ценой деления 0,1 мм. В задней фокальной плоскости лупы находится диафрагма 4 с малым отверстием. Оправа 6 сетки закреплена в тубусе 2. Многозаходная резьба 3 служит для установки лупы на резкость шкалы по глазу наблюдателя, тубус 2 вставляют

Рис.4. Динаметр

в тубус 5 с резиновым упорным кольцом 7. Положение тубуса 5 определяют по миллиметровой шкале, нанесенной на поверхности тубуса. Этой шкалой пользуются для измерения удаления выходного зрачка. Предел измерения составляет до 30 мм.

ПРИБОР ЮДИНА.

Прибор Юдина (рис.5) предназначен для определения увеличения микроскопа, для чего его устанавливают на окуляр микроскопа. Этот прибор представляет собой телескопическую систему, состоящую из двух окуляров типа Рамсдена равного фокусного расстояния, в фокальной плоскости которых установлена шкала P с ценой деления 0,5 мм. Первый служит в качестве объектива, второй – в качестве окуляра. Увеличение системы равно (-1). Фокусное расстояние окуляра равно 21,5 мм, поэтому его увеличение равно

При измерении устанавливают окуляр по глазу на резкое изображение штрихов шкалы P, а затем, наблюдая через прибор и микроскоп, фокусируют последний на шкалу объект — микрометра с ценой деления 0,01 мм, помещенную на предметный столик микроскопа. Добиваются такого положения, когда одинаково хорошо будут видны изображения штрихов обеих шкал без параллакса. Выбирают некоторый интервал y´ по шкале прибора Юдина с числом делений и подсчитывают укладывающиеся в нем деления n шкалы объект – микрометра с интервалом y.

Зная цену деления шкал τ_p и τ₀ прибора Юдина и объект – микрометра, определяют размеры изображения y´=mτ_p и предмета y=nτ₀. Подставляя значения y и y´ в формулу

,

вычисляют увеличение микроскопа.

Рис.5. Прибор Юдина

АПЕРТОМЕТР АББЕ

Рис.6. Апертометр Аббе

Апертометр Аббе служит для определения числовой апертуры микроскопа (рис.6).

Числовая апертура является основным критерием разрешающей силы и освещенности изображения микроскоп.

Для объектива микроскопа, находящегося в воздухе n=1, поэтому

.

Чем больше числовая апертура, тем выше разрешающая сила микроскопа.

Апертометр Аббе представляет собой полукруглую, укрепленную в металлическую оправу пластинку толщиной около 12 мм со срезанным краем по диаметру под углом 45^°. На верхней поверхности пластинки имеются две круговые шкалы, щель и награвирован n₀ стекла пластинки. Щель шириной около 0,8 мм находится в середине серебряного кружка, расположенного в центре круга и над срезом пластинки. Она служит для центрировки и правильной установки объектива микроскопа. По круглому краю апертометра перемещаются две металлические пластинки с остриями в виде стрелок (индексов).

При измерениях числовой апертуры апертометр устанавливают на предметный столик микроскопа. Наблюдая в окуляр, устанавливают щель апертометра центрично по отношению к объективу микроскопа. Удаляют окуляр из тубуса микроскопа и ведут наблюдение через объектив микроскопа, установив его так, чтобы изображения концов стрелок были видны. Разводят стрелки в стороны до момента касания их концов противоположных краев поля зрения. При таком положении по индексам пластинок по первой шкале апертометра берут два отсчета. Полусумма отсчетов дает искомую величину числовой апертуры А.

Контроль определения числовой апертуры А можно провести вычислением по формуле

,

где а´ — радиус выходного зрачка; — увеличение микроскопа.

ШИРОКОУГОЛЬНЫЕ КОЛЛИМАТОРЫ.

Широкоугольные коллиматоры применяют для проверки угла поля зрения приборов, отсчетов и мертвых ходов механизмов при небольших углах визирования и других измерений.

Рис.7. Широкоугольный коллиматор

Широкоугольный коллиматор, схема которого показана на рис.7 имеет объектив “Индустар” И-51: 2β=45°; f´=210 мм относительное отверстие 1:4,5.

Коллиматор состоит из объектива 1, сетки 2 и защитного стекла 3.

Сетка проградуирована в градусах в диапазоне ±25^о.

ВЫСОКОТОЧНЫЙ ГОНИОМЕТР Г-1.

Отечественные серийные гониометры – спектрометры ГС-1 и ГС-5.

Кроме этого, указанные гониометры представляют собой очень сложные и дорогие приборы.

Гониометр Г-1 (рис.8) относится к специальным и предназначен для измерения углов между плоскими полированными гранями различных деталей. В оптическом производстве гониометр Г-1 может быть использован для измерения углов и пирамидальности призм. Измерения углов на гониометре Г-1 осуществляются бесконтактным методом по лимбу с помощью автоколлиматора.

Основные параметры гониометра.

Гониометр Г-1 состоит из трегера, на котором укреплены вертикальная ось прибора и стойка с автоколлиматором алидадной части,

Рис.8. Высокоточный гониометр Г-1

где находятся два микроскоп – микрометра для отсчета по лимбу и подставка для столика гониометра.

Трегер имеет три подъемных винта, с помощью которых вертикальная ось прибора приводится в отвесное положение по накладному уровню с ценой деления 10´´, устанавливаемому на алидадной части. В кольце трегера смонтированы переключатель и штепсель. В верхней части кольца закреплено основание с вертикальной осью прибора.

Вокруг основания вертикальной оси вращаются хомутик и тормоз алидадной части гониометра.

Ошибки изготовления и положения оптических

деталей приборов и их влияние на отклонение

параметров оптических систем

При прохождении через оптическую систему световые волны, дающие изображение отдельных точек предмета, изменяют свою форму. Так, плоский фронт волны, исходящий из точки удаленного 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, проходящие через неровности, отстают от остальной части волнового фронта и происходит местная деформация волнового фронта, пропорциональная высоте неровностей оптической поверхности. Микронеровности, цилиндричность, клиновидность, фокусность плоских и сферических поверхностей приводят к возникновению различных аберраций, к волновым ошибкам (продольный, поперечный хроматизм, астигматизм, кома и др.).

В зависимости от наклона оптических поверхностей в ходе лучей через систему требований к качеству поверхности и к ее форме неодинаковы. Допуски на погрешности поверхностей наклонных значительно жестче, чем поверхностей деталей, нормально расположенных к оси пучка лучей. При этом требования к отражающим поверхностям при нормальном расположении их к оси пучка примерно в 5 раз жестче, чем к преломляющим поверхностям. По мере роста наклона поверхностей допуск для преломляющих поверхностей ужесточаются, а для отражающих расширяются.