В отчете должны быть представлены:
- назначение и описание работы точных приводов оптических приборов;
- эскиз функциональной (кинематической) схемы анализируемого привода, выведен закон его функционирования;
- перечислены основные параметры и погрешности, влияющие на точность и чувствительность привода;
- охарактеризованы возможные способы автоматизации работы привода и представлен эскиз измененной схемы привода;
-расчет чувствительности и оценка точности неавтоматизированного и автоматизированного анализируемого привода.
Для зачета в отчете должны быть представлены ответы на следующие
вопросы по лабораторной работе:
1. Чем обусловлена ограниченная точность и чувствительность механических и электромеханических приводов;
2. В чем достоинство гибридного привода;
3. Какими достоинствами и недостатками обладает пьезопривод.
ЛИТЕРАТУРА
1. Проектирование оптико-электронных приборов. Под. Ред. Ю.Г. Якушенкова. М., «Логос», 2000.
2. Москаленко В.В. Электрический привод. Учебник для ВУЗов. М., Академия, 2007.
3. Кулагин В.В. Основы конструирования оптических приборов. Л., Машиностроение, 1982.
4. Латыев С.М. Конструирование точных (оптических) приборов. СПб, Политехника, 2007.
5. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002.
6. Латыев С.М., Егоров Г.В., Тимощук И.Н. Проектирование оптико-электронных приборов и систем. Учебное пособие по выполнению курсового проекта. СПБ, ИТМО, 2001.
7. Латыев С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах. Л., Машиностроение, 1985, с.220-224.
8. Бобцов А.А. и др. Исполнительные устройства и системы для микроперемещений. СПБ, НИУ ИТМО, 2011.
9. Pieso Nano Positioning. www.pi.ws
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3
КАЛИБРОВКА ЦИФРОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТОРА
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью данной работы является ознакомление студентов с оптическими проекционными средствами измерений механических величин, их юстировкой и калибровкой
ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ
1. Ознакомьтесь с принципом работы оптических измерительных проекторов;
2. Составьте функциональную схему цифрового проектора, выведите функцию, связывающую линейные размеры объекта контроля с конструктивными характеристиками проектора;
3. Перечислите основные первичные погрешности измерения на цифровом проекторе и оцените его потенциальную точность работы;
4. Осуществите калибровку проектора и проведите измерения размеров контролируемого объекта.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Проекционные измерительные оптические проекторы предназначены для измерения линейных и угловых размеров различных объектов, имеющих как простые формы (цилиндр, сфера, прямоугольник) так и сложную форму: профили фасонных фрез, метчиков, винтов, зубчатых колес, кулачков, лекал, резцов и т.п.
Отечественная промышленность выпускала ранее [1,2] достаточно большую гамму оптических измерительных проекторов:
- большой проектор (БО);
- проекторы массового контроля;
- часовой проектор;
- проекторы измерительные (ГОСТ 19795-82).
Суть их работы заключается в том, что они осуществляют оптическую проекцию объекта контроля в увеличенном масштабе (с линейным увеличением в диапазоне от 10 до 300 крат) на экран, где изображение сравнивается с эталоном или измеряется. Измерения производятся прямо на экране, либо благодаря микрометрическим отсчетным подвижкам стола, на котором находится объект.
На рис. 1 представлена функциональная схема проектора.
Здесь 1-источник света, установленный в фокальной плоскости конденсора 2; 3- предметный стол; 4-проекционный объектив, в задней фокальной плоскости которого установлена диафрагма 5, обеспечивающая телецентрический ход лучей [3] при построении на экране 6 изображения (y´)объекта измерения (y), установленного на предметный стол и освещаемого параллельным пучком света. Проекционный объектив, как правило, сменный, имеющий различное рабочее поле и увеличение (например, увеличение 10, 20, 50, 100 крат и поле от 30 до 3 мм).
Рис.1. Функциональная схема измерительного проектора
Увеличение объектива определяется по известной формуле
Где формула?.
Так как погрешность увеличения объектива непосредственно влияет на точность измерения, то при сборке проектора осуществляют юстировку масштаба увеличения, которая при телецентрическом ходе лучей в пространстве предметов производится изменением расстояния между задней фокальной плоскостью проекционного объектива и экраном (осевой подвижкой экрана на величину δL), либо изменением фокусного расстояния объектива (при невозможности изменения расстояния между плоскостью предмета и экрана) [4,5].
Рис.2. Схема подсветки объекта измерения по Келлеру
Точность измерения оптико-механических проекторов обычно не превосходит 10 мкм. Как правило, в проекторах сменным является и конденсор, который стоит в осветительной системе, выполненной по схеме Келлера (см. рис.2).
В современных проекторах (рис.3), благодаря более точным измерениям на экране проектора, с выводом результатов на дисплей, а также благодаря более чувствительным и точным цифровым отсчетным системам перемещения предметного стола погрешность измерения может быть существенно уменьшена.
Рис.3. Измерительный проектор
Существуют и другие виды цифровых измерительных проекторов (рис. 4) с видеокамерами, в которых изображение объекта проектируется не на экран, а на матрицу ПЗС видеокамеры и затем передаётся через USB порт на монитор компьютера.
Зная характеристики матрицы и конструктивные характеристики проекционного объектива можно с удовлетворительной точностью производить неконтактные измерения объектов, имеющих относительно небольшие линейные размеры. Ограниченность измерительного диапазона обусловлена значением величины рабочего поля зрения проекционного объектива и отсутствием отсчетных перемещений предметного стола проектора.
Для повышения точности измерений на таком проекторе, перед их проведением проектор калибруют по эталонному тест-объекту с использованием специально разработанных программ для калибровки и измерения объектов разной конфигурации.
Рис.4. Функциональная схема цифрового проектора
Существуют также специализированные измерительные микроскопы (рис. 5) с цветными видеокамерами, цифровыми предметными столами, пакетами прикладных программ для управления работой микроскопа и обработкой результатов измерений.
Диапазон измерений в них достигает сотен миллиметров, а точность измерений – единиц микрон (с чувствительностью до десятых и сотых долей микрона).
Рис.5. Измерительный микроскоп
В данной лабораторной работе используется цифровой измерительный проектор, схема которого представлена на рис. 4. В нем используется проекционный вариообъектив (Objektiv) и видеокамера с ПЗС-матрицей (Kamera). Так как на суммарную погрешность измерений линейных размеров контролируемых объектов, как было сказано выше, влияет достаточно большое количество первичных погрешностей, то для повышения точности измерений часть из них компенсируют [5,6,7]. Для этого, перед проведением измерений проектор калибруют по эталонному тест-объекту.
В качестве тест-объекта в данной лабораторной работе используется концевая мера длины. Контролируемым объектом измерений является оправа с линзой и корпус фотообъектива «Минитар», сопрягаемые диаметры которых следует измерить.
Порядок работы с компьютерной программой для калибровки и измерения линейных параметров контролируемых объектов изложена в «Инструкции…», имеющейся в составе лабораторной установки.
