Последний уровень раздела предыдущего изложения   Текущий уровень изложения предыдущего раздела   Текущий уровень изложения следующего раздела   Первый уровень изложения следующего раздела   Уровень: Глоссарии:


Метод соответствия коэффициентам влияния погрешностей





Рассмотрим из перечисленных выше методов метод соответствия коэффициентов влияния погрешностей, основанный на проектном расчете допусков на первичные погрешности прибора:

(1)

где d qc, d q1, d q2 - допуски на систематические случайные, имеющие систематические составляющие и случайные, не имеющие систематических составляющих первичные погрешности соответственно;

D Y vd - допустимое значение суммарной погрешности (показателя качества) проектируемого объекта (дано в ТЗ);

Aqi =AcAv - передаточная функция (коэффициент) влияния первичной погрешности (А c , Аv - неслучайная и случайная части передаточной функции ); Кр, Ср - вероятные коэффициенты, учитывающие вид закона рассеяния случайной погрешности и асимметрию поля рассеяния (наличие систематической составляющей) соответственно;

l 0 - так называемое наименьшее допустимое значение коэффициента влияния частичной погрешности, коэффициент, учитывающий количество и вид действующих погрешностей.

Передаточные функции первичных погрешностей находятся методом дифференцирования функций преобразования, геометрическим, векторно-матричным или другими методами, изучаемыми в курсах по конструированию и юстировке оптических приборов.

Для вероятностных коэффициентов Кр, Ср при предварительном расчете допусков и выявления погрешностей, требующих юстировки ( или других видов компенсации) можно воспользоваться приближенным значением этих коэффициентов, принимая Кр~1, Ср~ 0 - для случайных частичных погрешностей, имеющих симметричное (± ) рассеяние относительно номинала, и Кр ~1, Ср ~1 - для погрешностей, имеющих одностороннее рассеяние относительно номинала.

Значение коэффициента l 0 также может быть рассчитано по приближенной зависимости:

(2)

где nо - число систематических частичных погрешностей,

n1, n2 - число случайных частичных погрешностей, имеющих и не имеющих, соответственно, систематические составляющие.

Сравнивая полученные допуски с техническими возможностями производства, а для эксплуатационных и теоретических погрешностей - с их действительными значениями, определяют "экономические уровни точности" полученных допусков и возможность их выполнения. Определение уровня точности технологических процессов или возможную необходимость компенсации погрешностей юстировки или другими мероприятиями осуществляют с помощью относительного коэффициента влияния погрешности:

l iот = з d qpi /d q3i з (3),



где d qp - расчетное, полученное по формулам (1), значение допуска,

d q3 - задаваемое значение допуска, исходя из технологического уровня точности (экономического, производственного или технического [8]* или действительного значения эксплуатационной или теоретической погрешности.

При 1 _ l i от _ 3 - анализируемая погрешность не нарушает требуемой точности (качества) работы устройства, т.е. проходит задаваемый или расчетный допуск.



Если l iот < 1 необходимо учесть допуск, переходя на более высокие уровни точности, либо

(если все резервы исчерпаны ) рассмотреть возможность компенсации погрешности.

Значение l iот _ 3 означает, что погрешность оказывает очень слабое, возможно ничтожное, влияние на точность устройства и из дальнейшего рассмотрения может быть исключена.

Критерием ничтожного влияния погрешности является условие, что их исключение не изменит суммарного показателя качества (суммарной погрешности) более, чем на 5-10%.



В работе [8]* приведены формулы для расчета коэффициентов влияния ничтожно-малых погрешностей ( lн) для различных вариантов их структуры. Исключив ничтожно-малые погрешности, уточняют значения коэффициента l о, допусков и l iот (которые обозначаются l 0 ', d q ' , l ' iот).

Выявив погрешности, требующие компенсации (т.е. погрешности с l ' iот < 1), выбирают тот или иной способ (компенсатор) для устранения влияния одной или нескольких погрешностей.

При этом учитывают величину и характер влияния погрешности (случайное, неслучайное, аддитивное, мультипликативное, периодическое, степенное и т.п.), условия производства (серийность, наличие необходимого оборудования, квалификацию рабочих и т.п.) и эксплуатации прибора. Эти факторы позволяют выбрать метод компенсации и определить требования к его точности, диапазону и чувствительности регулировок.

Естественно, что вначале выбирают способ устранения или компенсации наиболее сильно влияющей погрешности, а также такой, который позволяет компенсировать не одну, а несколько погрешностей сразу.

Точность юстировки характеризуется остаточной величиной компенсируемой погрешности или ее влияния, т.е. величиной недокомпенсации:

D gнк = D q-D qк; D Yнк = D Y-АqD qк (4).

Максимально допустимое значение величины недокомпенсации определяется из следующего условия:

D gнкmax = D Yvd /( l΄o Aq); D Yнк max = D Yvd / l ΄o (5)

при этом влияние компенсируемой погрешности уменьшается до значения, не нарушающего требуемое качество.

Величина недокомпенсации, удовлетворяющая условию:

D g нк min _ D Yvd /(Aq lн ); D Y нк min _ D Yvd / l н (6)

означает, что влияние данной погрешности можно считать полностью компенсированным.

Так как при юстировке воздействуют на параметры элементов прибора, то связь между коррекционным сигналом на исполнительное устройство и изменением юстируемого показателя качества выражается следующей зависимостью:

D U Ki = (d U / d qi)(d qi / d Z Ki)D Z Kj = A qi D Z Kj = A Ki D Z Kj(7),

где A Z i, A Ki - передаточная функция (коэффициент) влияния коррекционного управляющего сигнала на параметр структурного элемента и на информативный параметр выходного сигнала, соответственно.

Коррекция должна быть такой, чтобы выполнялось условие (5) или (6).

Отсюда можно определить требования к чувствительности исполнительного устройства:

к A Ki (A Z i) при известном минимальном значении управляющего сигнала D Z Kj min, которое

может быть создано, либо требования к D Z Kj min при известном значении A Ki:

A Ki min = D U vd /(l 0'D Z Kj min)

A ' Ki min = D U vd /(l H D Z Kj min)

D Z Kj min = D U vd /(l 0'A Ki) (8)

D Z ' Kj min = D U vd /(l H A Ki)

Диапазон работы исполнительного устройства при компенсации одной погрешности определяется ее максимальным значением, поэтому:

D Z Kj max = D YD qi /AKi (9)



При компенсации нескольких погрешностей - их максимальным суммарным значением. Например, при компенсации технологических погрешностей (случайных по природе):

(10)

Действие исполнительного устройства приводит к тому, что компенсируемое влияние одной погрешности (сама погрешность) либо:

  1. уменьшено до значения, не нарушающего требуемого качества устройства (lн > l нк _ l ' 0), либо

2) полностью устранено ( l нк _l н). Здесь l нк = D Yvd /D Y нк.



В первом случае наименьшее допустимое значение коэффициента влияния, которое теперь обозначим l 0' к ,остается неизменным, т.е. l 0 ' = l 0 'к , а во втором случае - уменьшается.

Условие l нк _ l ' 0 обычно указывает на неправильность выбора способа компенсации или недостаточную чувствительность исполнительного устройства.

Если компенсируется влияние сразу нескольких (n) погрешностей, то возможны следующие случаи:

  1. при условии, что суммарная величина недокомпенсации имеет коэффициент влияния
  2. lнк е _l н - все эти погрешности исключаются из расчета l 'к 0;

  3. при условии lн > lнк е _l ' 0 эти погрешности заменяюся одной, не нарушающей требуемого качества, а из расчетаl 0'к исключается (n-1) погрешность;
  4. при условии l нке < l 0' из формулы для расчета l 0'к также исключается (n -1) погрешность, но остаточная величина недокомпенсации влияет так сильно, что требуемого качества не получить (т.е. возможно потребуется компенсировать ее влияние юстировкой других параметров).

После того, как исполнительным устройством воздействовали на какой-то структурный элемент (первый компенсатор), выявляют остались или нет другие погрешности, у которых

l iот1к < 1. Если такие имеются, то необходима юстировка параметров другого структурного элемента (второго компенсатора).

Окончательное число юстировок (компенсаторов) К для обеспечения конкретного показателя качества определяется из условия, что не осталось погрешностей, у которых l i отн кк < 1.

Так как изложенная методика учитывает число юстировок, обеспечивающих только какой-то один показатель качества ( например, точность функционирования, расфокусировку, разворот изображения, величину комы и т.д.), то общее число юстировок (компенсаторов), обеспечивающих соответствие прибора требованиям ТЗ, находится суммированием их числа по всем показателям качества.

В работе [5]* приведены расчет числа юстировок (компенсаторов) и требований к ним, выполненные по вышеизложенной методике, для обеспечения параллельности осей пучков лучей, выходящих из окуляров призменного бинокля (стр. 61-65); для обеспечения точности работы автоколлиматора (см. стр. 58-61); дан расчет компенсаторов, в том числе регулировочно-юстировочной спектральной щелевой диафрагмы (стр. 65-68).

Весьма часто не требуется проводить тщательных расчетов для доказательства необходимой юстировки того или иного частного показателя качества, так как априори известно, что его невозможно достичь. В этом случае определяют требования к чувствительности и диапазону юстировки, разрабатывают оптимальную методику ее выполнения.

Расчет требований к юстировке типовых приборов и устройств ОП, методы и способы их юстировки изложены в работе [5]*.

Методика юстировочных расчетов.

1. Определение совокупности показателей качества, достигаемых юстировкой.

2. Выявление первичных погрешностей и факторов (D qi, D qi'), влияющих на рассматриваемый показатель качества (D Yii = Aqi D qi )

3. Вывод передаточных функций всех первичных погрешностей Aqi = d Yi /d qi

4. Определение числа частичных погрешностей (влияний) групп n1, n2.

5. Расчет коэффициента

(11)

6. Расчет допусков:

d qPCi = D Yvd / (Aqi l0)

d qP1C = D Yvd / [ACi(CPi+KPi)l 0] (12)

d qP2i = D Yvd / (ACi KPil 0)



7. Расчет:

l iот = _ d qPi / d q2i_ (13)

8. Выявление:



l iот_ 3, (l i = D Yvd / D Yq_ lн).



9. Пересчет по (1) l 0 в l 0' , исключив ничтожно-малые погрешности.



10. Выявление погрешностей с l i ' от < 1. Выбор способа юстировки (компенсатора)



D YKi = (d Yi / d qi)(d qi /d ZKj)D ZKj = AKj D ZKj (14)

12. Расчет требований к юстировке, точность, диапазон, чувствительность

D YHKi max(min) = D Yvd / l ' (l H)

D qHK max(min) = D Yvd / Aqi l ' 0(l H)

AKi max(min) = D Yvd / l 0(l H) D ZKj min (15)

D ZKj min(min) = D Yvd / l 0(l H)Aki

D ZKj max = D Yii max / AKi

13. Пересчет по (1) l ' 0 в l0 (без компенсированных погрешностей).

14. Выявление погрешностей с l i1к от < 1.

15. Выбор второго компенсатора (второй юстировки), далее по п.п. 10.

16. Определение числа юстировок (компенсаторов) К из условия отсутствия погрешностей



с l iкк от < 1, обеспечивающих рассматриваемый показатель качества D Yii .

17. Нахождение общего числа юстировок прибора для обеспечения всей совокупности его