1133

Исследование процесса сборки автоколлимационной зрительной трубки

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Ознакомиться с методом автоколлимации и способами его реализации. Изучить конструкцию автоколлимационной трубки. Овладеть навыками проведения юстировочных и контрольных операций в процессе сборки оптических систем. Провести измерения плоскопараллельности методом автоколлимации.

Русский

2013-01-06

234.5 KB

66 чел.

Лабораторная работа №2

Исследование процесса сборки автоколлимационной зрительной трубки

1. Цель работы

  1.  Ознакомиться с методом автоколлимации и способами его реализации.
  2.  Изучить конструкцию автоколлимационной трубки
  3.  Овладеть навыками проведения юстировочных и контрольных операций в процессе сборки оптических систем.
  4.  Провести  измерения плоскопараллельности методом автоколлимации.

2. Теоретические сведения

2.1. Метод автоколлимации и его реализация

   Метод автоколлимации основан на законе отражения, в частности на равенстве углов падения и отражения. При этом параллельный пучок лучей, направленный перпендикулярно к отражающей поверхности, отразится в обратном направлении. Если отражающаяся поверхность наклонена под небольшим углом к падающим лучам, то отраженные лучи отклонятся на удвоенный угол, что позволяет в производственных условиях оценить и выставить несколько поверхностей параллельно друг другу и измерить степень плоскопараллельности пластин и малые углы клиньев.

    На рис.1 показан источник параллельного пучка лучей – коллиматор и перпендикулярно расположенное к нему зеркало.

1 2

3    4

5

Рис.1. Коллиматор с зеркалом: 1 - зеркало; 2 - объектив коллиматора;

3 - сетка;  4- источник света; 5 - коллиматор  в сборе

Плоскость штрихов сетки устанавливают строго в фокальной плоскости объектива 2. Тогда из объектива 2 выйдет параллельный пучок лучей, т.е. коллиматор имитирует бесконечно удаленный источник света.

Если дополнить источник окуляром с сеткой, которая, как и сетка осветителя, располагается в фокальной плоскости объектива, то появится новый прибор – автоколлиматор.

   На рис.2 приведена схема наиболее распространенного автоколлиматора с кубиком из 2-х склеенных призм, одна из которых имеет полупрозрачное покрытие, позволяющее как отражать лучи от осветителя, так и пропускать отраженные лучи к окуляру.

 1   

                                          2

3 4                5

 

900 

   

6 7

Рис.2. Оптическая схема автоколлиматора с призмой (куб) и двумя сетками

Ход лучей в таком автоколлиматоре следующий:  сетка 6 в виде светлого перекрестия на темном фоне освещается лампочкой 7; световой пучок, отразившийся от полупрозрачной диагональной плоскости стеклянного кубика 3, после выхода из объектива 2 попадает на зеркало 1; отразившись от него, изображение перекрестия  сетки 6 должно совместиться с перекрестием сетки 4, наблюдаемым в окуляр 5. Если отражающая плоскость зеркала не перпендикулярна к визирной оси автоколлиматора, то между перекрестием на сетке и автоколлимационным бликом будет заметное расхождение, которое определяют по делениям сетки 4 в угловой мере.

2.2. Чувствительность метода автоколлимации

   Особенностью автоколлимационного метода является, как уже говорилось, его чувствительность к незначительным поворотам зеркала.

   Пусть на зеркало I-I (рис.3) под углом  u падает луч АВ. Наклоним зеркало I-I на угол , не меняя направление луча АВ. В этом случае нормаль СВ переместится на угол , заняв новое положение С1В.

Угол падения луча АВ при повороте зеркала на угол АВС1 = . Угол отражения , где  - угловая величина отклонения отраженного луча А1В после наклона зеркала на угол , откуда =, но   следовательно, .

      Чувствительность автоколлимационного метода тем выше, чем больше фокусное расстояние объектива автоколлиматора.

Пусть через объектив О (рис.4) на сетку падает главный луч под углом . Ему соответствует отрезок СВ=Х. При изменении угла  на величину  отрезок Х соответственно изменяется на величину  . Наблюдаемая линейная величина  тем больше, чем больше .

 

 

0 В

          С Х

 

                                                 

 

Рис.4. Чувствительность автоколлимационного метода

Из рис.4 следует, что . Обычно автоколлимационные трубы имеют небольшие углы зрения (до 20).Дифференцируя формулу и переходя к небольшим конечным приращениям, получаем               .

   Чувствительный и точный автоколлимационный метод широко используется при контроле плоскостности, взаимной перпендикулярности и параллельности отражающих плоскостей. Автоколлиматоры, так же как  зрительные трубы и коллиматоры, входят составным узлом во многие оптико-измерительные приборы. Кроме того, автоколлиматор можно использовать

при выключенном осветителе в качестве зрительной трубы, а при наблюдении

со стороны объектива как коллиматор.

В машино- и приборостроение автоколлиматоры применяются для контроля: горизонтальности, плоскостности и перпендикулярности двух и более плоскостей; прямолинейности направляющих поверхностей; соосности осей бабок и прямолинейности движения суппорта станка; величины осевого перемещения вала (осевой игры); взаимной параллельности ножей; параллельности внутренней торцевой плоскости детали относительно торцовых наружных поверхностей; размера отверстий небольшого диаметра; взаимного расположения плоскостей в пространстве и др.

    В процессах изготовления оптических деталей и сборки автоколлимационные зрительные трубки и микроскопы используют для контроля поскопараллельности, углов призм, измерения радиусов кривизны, центрировки линз отдельно и в оправах, измерения фокусного расстояния.

3. Практическая часть

3.1. Устройство автоколлимационной трубки

Имеется большое число различных схем и конструкций автоколлимационных труб как визуальных, так и фотоэлектрических (автоматических с обратной связью). Визуальные трубы отличаются в основном устройством автоколлимационных окуляров. Известны автоколлимационные окуляры Аббе, Гаусса, Линника, Захарьевского и др. В рассматриваемой трубке (рис. 5) использован автоколлимационный окуляр с разделительной куб-призмой 2 и  двумя сетками – основной 3 и вспомогательной 5.

Рис.5. Торцовая автоколлимационная трубка

3.2. Технические требования к сборке автоколлимационной трубки

  1.  Сетки 3 и 5 должны быть установлены строго в фокальной плоскости объектива 1.
  2.  Визирная ось автоколлимационной трубки должна быть строго перпендикулярна переднему торцу a корпуса.
  3.  Качество изображения должно быть высоким.

Для выполнения вышеперечисленных требований при сборке трубы предусмотрены перемещения деталей и специальные устройства – юстировочные компенсаторы. Для трубки, изображенной на рис.5, это:

- кольцо параллаксное 12, позволяющее путем изменения его толщины, например подрезкой, уменьшить расстояние между объективом 1 и сеткой 3.  Этим устраняется параллакс между этой сеткой и автоколлимационным изображением сетки 5 (от плоского зеркала перед объективом) и обеспечивается  точная установка сеток в фокальную плоскость объектива 1;

- регулировочные конические стопоры (по четыре через каждые 90) для сдвига сеток 3 и 5 в любом направлении поперек оси объектива 1;

- мостик 10, разворачивающийся вместе с куб-призмой вокруг оси объектива и закрепляющийся в нужном положении по отношению к плоскости сетки 5 тремя стопорами через 120 друг к другу. При этом попутно устраняется и наклон изображения сетки 5 по отношению к сетке 3.

Имеются две важных особенности схемы автоколлимационной трубы, снабженной окуляром с двумя сетками и разделительным кубиком.

1. Параллакс сеток. Известно, что автоколлимационный метод установки труб на бесконечность один из наиболее точных и простых, он вдвое точнее обычного неавтоколлимационного метода фокусировки.  Для его реализации требуется лишь точное плоское зеркало. Поэтому вполне естественно при устранении параллакса между сетками 3 и 5 трубки воспользоваться именно автоколлимационным методом контроля фокусировки.

Приложим плоское зеркало к торцу a трубы и, осветив сетку 5, получим в плоскости сетки 3 автоколлимационное изображение штрихов сетки 5. Это изображение в общем случае не будет резким точно в плоскости сетки 3. Взаимное положение основной сетки 3 и изображения сетки 5 можно определить, зная фокусное расстояние окуляра. Легко вычислить и необходимую величину подрезки или увеличения толщины прокладного кольца 4 и, сместив сетку 3 в нужное положение, устранить параллакс между сетками.

Для выполнения первого технического требования о совпадении обеих сеток с фокусом объектива 1 необходимо предварительно, хотя бы одну из них, например, основную сетку 3, совместить строго с этим фокусом. Для этого можно воспользоваться автоколлимационным методом, но сначала нужно превратить окуляр с кубиком в окуляр Гаусса. С этой целью следует за окуляром поместить наклонную прозрачную пластинку, с ее помощью лампочкой 7 осветить штрихи сетки 3 и через ту же пластинку наблюдать сетку 3 и ее же автоколлимационное изображение от плоского зеркала, стоящего перед объективом 1. Если резкое изображение сетки 3 строго совпадает с плоскостью штрихов самой сетки, то сетка 3 будет находиться в фокусе объектива. Добиться этого можно подгонкой толщины параллаксного кольца 4. Только после установки основной сетки 3 в фокальную плоскость объектива 1 можно установить в ту же плоскость и сетку 5, перемещая ее вдоль оси за счет изменения размеров прокладного кольца.

2. Визирная ось автоколлимационной труб или коллиматоров это прямая, которая в пространстве изображений проходит через центр перекрестия сетки и заднюю узловую точку объектива. У коллиматора с кубиком имеется не одна, а две сетки и при определении понятия «визирная ось автоколлимационной трубы» они обе должны быть учтены. Если приложить к торцу a трубы плоское зеркало, то в плоскости сетки 3 увидим автоколлимационное изображение сетки 5. Предположим, что это изображение вполне резкое в плоскости штрихов основной сетки 3, но центр изображения сетки 5 не совпадает с центром основного перекрестия. Действуя винтами сетки 3 (или винтами сетки 5), можем совместить оба центра перекрестий.

При освещении лампочкой 7 через конденсор 6 сетка 5 отобразится от отражающей гипотенузной грани куб-призмы 2, предположим, ниже оси объектива (рис. 5). Это первичное изображение сетки 5 через окуляр 11 видно не будет, его можно было бы увидеть, если смотреть в трубу через объектив. Отразившись в плоском зеркале, приложенном к торцу a трубки, сетка 5 вторично изобразится сквозь куб-призму  в плоскости основной сетки 3, и будет видна через окуляр. Предположим, что стопорами 8 мы совместим центр сетки 3 с центром вторичного изображения сетки 5.

Визирной осью автоколлиматора с двумя сетками и разделительной куб-призмой, в данном случае, и следует назвать прямую, которая проходит через заднюю узловую точку объектива и через точку, лежащую посередине между центрами перекрестий первичного изображения сетки 5 и изображения сетки 3 через куб-призму в обратном ходе лучей. Именно эта прямая будет перпендикулярна зеркалу, приложенному к торцу трубы, когда центры перекрестий обеих сеток 5 и 3, будут совмещены друг с другом.

Визирная ось в указанном определении не будет видна через окуляр. Ее можно «визуализировать», т.е. сделать видимой, если перекрестие 3, а также  первичное изображение перекрестия 5 поместить на указанную прямую. Для этого следует окуляр с кубиком вновь превратить в окуляр Гаусса, установив за окуляром наклонную прозрачную пластинку и осветив через нее сетку 3. Если отраженное от плоского зеркала, приложенного к торцу a, изображение сетки 3 с помощью стопоров 8 точно совместить с самой сеткой 3, то последняя окажется на визирной оси автоколлиматора в соответствии с данным выше определением. После этого останется лишь совместить центр изображения перекрестия сетки 5 с центром основной сетки 3, воспользовавшись для этого регулировочными стопорами 9 при сетке 5. В пределах точности выполнения двух последних операций по регулировке сеток 3 и 5 визирные оси обеих ветвей (основной – с сеткой 3 и вспомогательной – с сеткой 5) будут совпадать с визирной осью автоколлимационной трубы.

3.3. Сборка

Процесс сборки трубы (см. рис. 5) состоит из следующих операций:

  1.  Закрепить в оправах сетки 3 и 5, конденсор 6, собрать окуляр 4 и закрепить куб-призму 2 на мостике 10, 9.
  2.  Вычистить куб-призму и установить мостик 10 в трубу 8, закрепив предварительно 3 стопорами. Вычистить и установить в патрубок 13 оправу с сеткой 5, закрепив ее кольцом 14. Развернуть куб-призму так, чтобы ее грань, обращенная к сетке 5, установилась параллельно опорной плоскости оправы этой сетки в патрубке 13. Проверку можно осуществить вспомогательной автоколлимационной трубкой – автоколлимационные изображения от указанной грани призмы и от сетки 5 (последнее изображение может быть невысокого качества ввиду широких допусков, задаваемых на изготовление поверхности заготовок сеток) должны совпадать друг с другом.
  3.  Совместить вышеописанным способом сетку 5 с фокусом объектива 1. Сетка 5 будет находиться в фокусе объектива только в том случае, когда ее автоколлимационное изображение совпадает с самой сеткой. Этого можно добиться смещением объектива 1 или сетки 5 (например прокладным кольцом переменной толщины).
  4.  Установить стопорами 9 центр перекрестия 5 на визирную ось автоколлиматора способом, который был описан выше.
  5.  Совместить сетку 3 с фокусом объектива 1, подрезая при необходимости кольцо 4. Контроль можно осуществить автоколлимационным способом, вновь превратив окуляр с кубиком в окуляр Гаусса. При выполнении переходов 3 и 5 необходимо следить за правильным расположением штрихов сеток 5 и 3 – их вертикальные штрихи не должны быть наклонными.
  6.  Совместить стопорами центр перекрестия 3 с автоколлимационным изображением центра перекрестия 5 от плоского зеркала, приложенного к торцу a трубы.
  7.  Установить ноль диоптрийной шкалы окуляра с помощью диоптрийной трубки, развернув втулку 1 (кордовое кольцо), отжав три стопора 8 и затем закрепив ими шкалу в правильном положении. Наконец, следует проверить, хватает ли расхода диоптрийной установки окуляра в обоих направлениях от нуля не менее ± 5 диоптрии.

Цена деления трубки определяется в угловой мере по значениям фокусного расстояния объектива и ширине наименьшего интервала сетки 3, причем для режима наблюдения она в 2 раза больше, чем для режима автоколлимации. Проверить или определить цену деления можно измерением клиновидной детали с известным углом клина, наблюдая количество делений между двумя отраженными от поверхностей бликами. При этом трубку надо развернуть вокруг своей оси таким образом, чтобы блики расположились на одной из координатных осей сетки 3.

3.3. Состав лабораторного макета

  Для проведения работ используются:

  1. Эталонная автоколлимационная трубка с ценой деления .

  2. Разбираемая автоколлимационная трубка.

  3. Диоптрийная трубка.

  4. Микрометр.

  5. Образцы плоскопараллельных деталей и клиньев.

  6. Зеркало.

3.4. Задание по работе

3.4.1. С использованием образцовой трубки:

  •  провести измерение плоскопараллельности или клина 3-4 образцов из набора. По величине t двух клиновидных образцов определить их клиновидность и отразить в отчете результаты измерения трубкой и расчета по t. Сверить расчетную цену деления с фактической, указанной на сетке 3;
  •  измерить диоптрийный расход при установке окуляра в 2-х крайних положениях с помощью диоптрийной трубки, окуляр которой выставить на резкое изображение сетки диоптрийной трубки по глазу наблюдателя; Результаты измерений отразить в отчете.
  •  убедиться в правильности фокусировки трубки по идентичности наводки окуляра на плоскость штрихов сетки 3 и автоколлимационного изображения сетки 5 от плоской поверхности.

3.4.2. С использованием рабочей (разбираемой) трубки из набора:

  •  разобрать трубку на узлы, определить базовые элементы и юстировочные зазоры, с учетом 3.1 и с учетом описанного ранее процесса сборки. Указать в отчете какие юстировочные операции с их помощью выполняются;
  •  собрать трубку и, проделав п.1.3, определить точность ее фокусировки и описать, как она изменится при выдвижении объектива 1 по резьбе на 0,5 и 1 оборот. Сделать вывод о требуемой юстировке и ее способе, на основании контроля работоспособности трубки после повторной сборки.

 4. Содержание отчета

4.1. Цель работы.

4.2. Основы метода автоколлимации.

4.3. Конструкции автоколлимационной трубки.

4.4. Схема измерения параллельности

4.5. Схема сборки и юстировки автоколлимационной трубки с разделительным кубиком.

4.6. Результаты измерений.

4.7. Выводы.

5. Контрольные вопросы

1. Принцип работы автоколлиматора.

2. Оптическая схема автоколлиматора.

3. Схема поясняющая чувствительность автоколлимационного метода.

4.Типовые случаи контроля с применением автоколлиматоров.

5. Основные узлы торцевой автоколлимационной трубки.

6. Регулировочные элементы в автоколлимационной трубке.

7. Методика юстировки автоколлимационной трубки.

 Литература

1. Оптические приборы в машиностроении. Справочник.- Машиностроение,  1974.  

2. Афанасьев, В.А., Жилкин, А.М., Усов, В.С. Автоколлимационные приборы. – Недра, 1982.

3. Кривовяз, Л.М., Пуряев, Д.Т., Знаменская, М.А. Практика оптической измерительной лаборатории.- Машиностроение, 1974.


I

B

u

A1

A

C    

C1

A

u1

Рис.3. Схема отклонения отраженного луча при повороте зеркала


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58612. Менеджмент 33.5 KB
  Ход урока. Мы с вами вместе вспомнили о менеджменте его функциях факторах внутренней и внешней среды менеджмента роли коммуникаций Самоанализ урока Анализ структуры. На данном занятии присутствовали все основные этапы прохождения урока.
58613. Темперамент и выбор профессии 60.5 KB
  Задачи урока: Образовательная – ознакомить учащихся с понятиями тип темперамента характер; Развивающая – развить у учащихся интерес к выбору будущей профессии; Воспитательная – содействовать воспитанию трудолюбия стремления к выбору будущей профессии...
58615. Урок по рендерингу анимации 3d Max. Экспорт анимации 3d Max в видео 230.5 KB
  В разделе Render Output нажимаем кнопку Files и переходим в папку или создаём новую куда будем сохранять получившиеся кадры анимации. Нажимаем кнопку Sve для возврата в окно Render Setup Запускаем визуализацию нажатием на кнопку Render.
58616. Неопределённая форма глагола 50.5 KB
  Цели: формирование представлений о глаголах неопределённой формы и умений определять их в устной и письменной речи; развитие познавательной деятельности учащихся, критического мышления, умений ставить вопросы и находить ответы, умений самоанализа и самооценки своей деятельности.
58617. Повторение по теме «Местоимения» 56.5 KB
  Итак вспомним что же такое местоимение Местоимение –- это часть речи которая указывает на предметы признаки и количества но не называет их. Так чем же местоимение отличается от существительного прилагательного числительного...
58618. УРОКИ ОДНОГО СЛОВА В ЛИНГВОКОГНИТИВНОМ АСПЕКТЕ 5.63 MB
  А синтагматика изучает типы связи единиц одного уровня например связи между морфемами в слове кошка листик между словами весёлый ветер между частями сложного предложения Хочешь есть калачи так не сиди на печи. ВЕТЕР: урок одного слова 9 класс Цель урока развитие образного мышления. Закройте глаза и представьте что вас обвевает легкий чарующий вольный ветер. Вы – часть всего живого значит ветер приветствует вас.
58619. Бессоюзные сложные предложения 128.5 KB
  Цели урока: познакомить учащихся со сложными предложениями с бессоюзной связью; показать различие между предложениями союзными и бессоюзными а также между предложениями сложными бессоюзными и предложениями простыми с однородными членами предложения...
58620. День пожилых людей 49 KB
  Эмоциональный настрой Ребята скажите а никто не знает какой сегодня праздник Нет. Скажите ребята как вы заботитесь о своих бабушках и дедушках Как вы вообще относитесь к пожилым людям Учащиеся рассказывают.