|
|
|
|
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:
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:
lнк е _l н - все эти погрешности исключаются из расчета l 'к 0;
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)
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.
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 l 1к0 (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