|
|
|
|
|
|
||
Результатом настроечных и юстировочных операций при изготовлении оптического прибора должно являться достижение требований на прибор (узел), заданных в чертежах или технических условиях; в последнем случае оговаривается и методика соответствующих операций контроля.
1. Одним из наиболее ответственных видов контроля приборов является т.н. метрологический контроль [10]*, которому подвергаются оптические приборы и состоящий в проверке соблюдения метрологических правил, норм, требований, зафиксированных в нормативной документации.
Рассмотрим пример методики метрологического контроля на примере двойного микроскопа [11]*. Его принцип действия основан на методе светового сечения. Двойной микроскоп состоит из двух раздельных микроскопов, один из которых является осветительным, а другой визирным (рис. 5).
Оптические оси микроскопов расположены под прямым углом друг к другу и под углом 450 к исследуемой поверхности. Измерение проводится следующим образом. Цель 1 при помощи объектива 2 осветительного микроскопа проецируется на поверхность исследуемого объекта 3. Неровности исследуемой поверхности приводят к искажению формы цели. Объектив 4 и линза 5 визирного микроскопа проектируют искаженное изображение щели в плоскость сетки окуляр-микрометра 6. Измерения проводят с различными парами сменных объективов в зависимости от измеряемой высоты неровностей. Выходным нормируемым параметром , зависящим от качества юстировки является относительная разность между средней арифметической глубиной риски, заданной при помощи одноштриховой миры и определенной по 9 наблюдениям при помощи двойного микроскопа и действительным значением той же глубины, указанной в аттестате.
Методика поверки состоит в том, что при установке каждого из четырех сменных объективов производится по три наблюдения при каждой из трех повторных фокусировок прибора на дно измеряемой риски (таким образом выполняется 9 повторных наблюдений каждой риски).
Считая, что погрешность фокусирования носит случайный характер, принимают допущение об отсутствии систематических расхождений между всеми девятью результатами.
Среднее арифметическое значение c результатов повторных наблюдений является
статистической оценкой суммы (а0 + а),
где а0 - действительное значение глубины риски,
а - значение систематической погрешности двойного микроскопа, определяемое, в частности, качеством юстировки.
Таким образом а0 + а 
c ± k s / n , (61)
где k - коэффициент, связанный с доверительной вероятностью оценки,
s - среднее квадратическое отклонение показаний двойного микроскопа,
n - число независимых повторных наблюдений.
В описанной ситуации методика поверки сводится к проверке статистической гипотезы H* , состоящей в том, что систематическая погрешность а двойного микроскопа не превышает по абсолютному значению нормы [а], заданной в документации. Для проверки статистических гипотез используют методики Госстандарта, описанные в [12] *.
2. Другим видом контроля качества юстировки, которому подвергаются в основном также оптические измерительные приборы, является контроль при помощи образцовых средств измерения, к которым можно отнести концевые и штриховые меры длины, гладкие (а в ряде случаев и резьбовые) калибры, различные меры угла, образцовые пробные стекла и ряд других. По концевым мерам длины, например, может проверяться правильность установки штриховой меры, используемой в качестве масштаба в приборах типа длинномеров (рис.6 а).
Рис. 6
В качестве штриховой меры может быть использована обычная шкала с делениями, растр, дифракционная решетка.
Перекос штриховой меры приводит к тому, что вместо длины L оказывается зарегистрирована длина Lcos a , т.е. возникает погрешность
D L = L (1 - cos a ) = Lx2/ 2
Эта погрешность выявляется при измерении образцовой концевой мерыдлины и устраняется при помощи юстировочных винтов, разворачивающих меру в оправе (рис. 6б)
При использовании дифракционных решеток номинальную постоянную d0 решетки бывает трудно выдержать при изготовлении. Поэтому решетку заведомо изготавливают с постоянной d'< d 0, а при юстировке добиваются выполнения условияd' / cos a = d0, т.е. здесь правильным положением решетки является положение с a ¹ 0.
Концевые меры длины могут использоваться и при контроле качества юстировки сферометров, однако, в последнем случае их притирают к плоскому пробному стеклу, которое затем устанавливают на опорное кольцо сферометра (рис.7).
Рис. 7
Если оптический измерительный прибор работает в сочетании с вычислительным устройством, то вместо юстировочного разворота может быть использована вычислительная коррекция погрешности юстировки.
В измерительных машинах типа ИЗМ может появиться дополнительный вклад в погрешность, обусловленный неравенством увеличения телескопических систем [13]*, который также может проявиться при контроле машины по концевым мерам длины. В последнем случае, если погрешность превышает установочный допуск, помимо регулировки поглощения шкалы проверяют также и одинаковость увеличения проекционного объектива и коллиматора, измеряя перемещение одного и того же штриха шкалы и меняя положение одной из линз объектива в оправе.
Качество юстировки может определять не только наличие накопленнойпогрешности в приборе (т.е. пропорциональной длины L измеряемогоотрезка), но и так называемой внутришаговой погрешности в приборах с преобразователями перемещений накапливающего типа. Такая погрешностьявляется периодической и имеет период равный периоду обрабатываемого сигнала. В приборах для измерения длины этот период может иметь значение от долей микрона до десятков микрон. Для выявления внутришаговой погрешности может быть использован образцовый клин (рис.8).
Рис. 8
Клин имеет угол Q, который точно измерен. Величина этого угла может иметь порядок 10-4 Смещая клин в направлении X на единицы миллиметров и контролируя это перемещение по делениям на нижней поверхности клина, можно задавать смещение в направлении Y с чувствительностью в десяток доли микрона и сравнивать задаваемое перемещение с изменением показаний преобразователя. Если внутришаговая погрешность превышает установленный допуск, производят регулировку сдвига фаз между квадратурными сигналами преобразователя.
3.Для тех же целей, что и образцовые меры и калибры, могут применяться и контрольно-измерительные приборы общего назначения.
В последнем из рассмотренных примеров контроль сдвига фаз может производиться не при помощи клина, а при помощи осциллографа (рис.9)
Рис. 9
Квадратурные сигналы U1, U2 с преобразователя подаются на входы X и Y осциллографа, соответственно, который работает в режиме наблюдения фигур Лиссажу. Номинально сдвиг фаз между квадратурными сигналами должен составлять 90° Такому сдвигу фаз соответствует фигура Лиссажу, имеющая форму правильной окружности (Рис.10а).
Рис. 10
При изменении сдвига фаз фигура Лиссажу приобретает форму эллипса(Рис.10 б,г) и при сдвигах фаз D j = 0 и D j = 180° вырождается в прямую ( Рис.10 в,д).
Если наблюдаемая фигура Лиссажу заметно отличается от номинальной,производят дополнительную юстировку преобразователя, разворачивая, например, одну из дифракционных решеток сопряжения [5]*.
Рассмотренные выше примеры касались, в основном, устройств дляизмерения линейных размеров. При контроле угломерных измерительныхустройств очень часто применяют автоколлиматоры в качестве образцового средства измерений. На контролируемое устройство устанавливают зеркало (рис. 11) и фиксируют угол его поворота одновременно по автоколлиматору и поворотному устройству.
Рис. 11
Если используется обычное зеркало, то такой метод позволяет обнаружить, в основном, только внутришаговую погрешность преобразователя.Если же вместо зеркала 1 установить многогранную призму, то могут бытьвыявлены не только внутришаговые погрешности, но и погрешность эксцентриситета лимба и неравномерность его деления.
Рассмотрим еще один пример применения контрольных приборов дляпроверки погрешности юстировки. Для проверки соосности и прямолинейности перемещений объектов применяют специальные визирные трубы (рис. 12).
Рис. 12
Известно [ 14]*, что, если при перефокусировке с объекта на объектглавная точка подвижного компонента смещается с заданной оси, то визирная линия меняет свое положение в пространстве и, собственно, множество точек, на которые может быть сфокусирована труба, перестает быть прямой линией. Для проверки правильности юстировки трубы применяют специальные коллиматоры (рис. 13).
Рис. 13
Коллиматор, проектируя изображения марок I, II, III, создает впространстве последовательность точек, воспроизводящих прямую визирную линию. Фокусируя трубу на эти точки и измеряя отклонение по микрометрамтрубы, можно получить представление о реальной форме визирной линиитрубы (рис. 14) и, следовательно, о качестве ее юстировки.
Рис. 14
Для повышения достоверности измерений снимают многократные отсчеты и проводят две серии измерений, разворачивая перед выполнением второй из них поверяемую трубу на 180 ° вокруг визирной оси. Пример записи и обработки результатов дан в табл. 3.
Таблица 3
| Номер отсчетов | отсчеты по зрительной трубе в мкм для расстояний марки до трубы в м | |||||||||||
| 0 | 1,2 | 3 | 7,5 | 15 | 20 | |||||||
| Положение коллиматора | ||||||||||||
| прямое | перевернутое | прямое | перевернутое | прямое | перевернутое | прямое | перевернутое | прямое | перевернутое | прямое | перевернутое | |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | -23 -46 -28 -51 -33 -48 -61 -25 -38 -63 | -31 -58 -46 -38 -18 -25 -43 -61 -36 -20 | -33 -23 -38 -28 -48 -46 -53 -61 -25 -41 | -61 -25 -33 -46 -23 -31 -41 -38 -58 -20 | -41 -20 -63 -23 -36 -33 -18 -58 -28 -43 | 56 -33 -36 -41 -20 -23 -51 -43 -28 -18 | -10 -20 -15 -25 -51 -28 -33 -48 -36 -13 | -10 -25 -33 -48 -20 -23 -8 -18 -46 -13 | -13 -8 -8 -31 -5 -28 0 -5 -10 -15 | -18 -5 -20 -5 -20 -3 -20 -10 -18 -3 | -71 -61 -51 -63 -74 -48 -46 -84 -69 -56 | -43 -81 -48 -46 -61 -69 -84 -63 -53 -58 |
| Среднее значение Средний отсчет для горизонтальной плоскости Средний отсчет для вертикальной плоскости | -41,6 -37,6
-39,6
+37,6 | -39,6 -37,6
-38,6
+45,4 | -36,3 -34,9
-35,6
+39,6 | -27,9 -24,4
-26,2
+40,1 | -7,7 -3,0
-5,4
+31,0 | -62,3 -60,6
61,5
+8,4 | ||||||
Вместо длительной традиционной процедуры, описанной выше, для контроля прямолинейности визирной линии при перефокусировке можно использовать инвариантный коллиматор (рис.52,а), а для визира с сохранением прямолинейности целесообразно применять инвариантный объектив по схеме рис.52,б,г.
Рис.52
В ряде случаев при сборке проекционных приборов от качества юстировки зависит освещенность проекционного экрана. В этом случае данный параметр проверяют при помощи стандартного люксметра.
Иногда для оценки качества юстировки применяют визуальный контроль. Так, например, при проверках универсальных измерительных микроскопов визуально оценивается непараллельность двойных штрихов десятых долей миллиметра штрихам миллиметровых шкал или соответствие длины всего интервала шкалы десятых долей миллиметра длине одного деления миллиметровой шкалы. В последнем случае, если несоответствие превышает установленный допуск, производят регулировку нормального увеличения миллиметровой шкалы перемещением оборачивающих линз. Похожие операции проделывают и при контроле других приборов со шкалами и окуляр-микрометрами.
Часто к визуальному контролю прибегают в не очень ответственных случаях при юстировке источника света в осветителе, контролируя получаемый результат по максимуму освещенности в поле зрения или по максимальной равномерности освещенности.
По окончании процесса изготовления и юстировки оптический измерительный прибор может подвергаться операциям аттестации и поверки.
Аттестация - это процесс исследования изготовленного прибора при помощи образцовых средств измерения, при котором стремятся наиболее полно выявить погрешности собранного устройства и, при необходимости, зафиксировать их в каком-либо документе. При этом могут определяться индивидуальные поправки к показаниям прибора, которые заносятся в его паспорт, данные, необходимые для расчетов каких-либо измеряемых параметров и т.д.
Поверка - это установление пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и контроля их соответствия установленным требованиям. При этом при выпуске прибора из производства говорят о первичной поверке средства измерений. Как правило, эта операция производится специальными
представителями метрологических служб по специальным документам - методическим указаниям по поверке.