Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обоснование основных принципов обеспечения стабильности метрологического стендового оборудования 10
1.1. Общая характеристика оптических приборов для угловых измерений 10
1.2. Анализ основных источников погрешностей высокоточных угломерных приборов 13
1.3. Обзор существующих методов и средств метрологической аттестации высокоточных оптических угломерных приборов 22
1.4. Принципы обеспечения стабильности универсального измерительного стенда для метрологической аттестации
высокоточных угломерных приборов 41
Глава 2 Обоснование математической модели стенда, разработка методики оценки точностных параметров стенда и алгоритма аттестации угломерных приборов 53
2.1. Описание геометро-оптической схемы универсального измерительного стенда 53
2.2. Обоснование математической модели стенда 57
2.2.1. Векторная модель призменного калибра 61
2.2.2. Векторная модель универсального измерительного стенда 70
2.2.3. Векторная модель системы «угломерный прибор-стенд» 81
2.3. Оценка точностных характеристик универсального измерительного стенда 94
2.4. Алгоритм процесса метрологической аттестации 97
2.5. Алгоритм обработки результатов измерений І 05
Глава3 Основные принципы построения и функционирования универсального измерительного стенда 111
3.1. Описание методики контроля угломерного прибора при помощи универсального измерительного стенда 111
3.2. Требования к конструкции стенда и его составным частям 115
3.3. Описание макета канала задания референтного направления 120
Глава4 Экспериментальное исследование модели универсального измерительного стенда 126
4.1. Оценка адекватности математической модели стенда в процессе аттестации высокоточных угломерных приборов 126
4.2. Исследования точности и стабильности макета канала задания референтного направления 131
4.3. Анализ и обоснование результатов экспериментальных исследований 141
4.4. Требования и рекомендации к построению и реализации универсального измерительного стенда 143
Заключение 149
Список используемых источников 151
Приложения
- Анализ основных источников погрешностей высокоточных угломерных приборов
- Обоснование математической модели стенда
- Требования к конструкции стенда и его составным частям
- Исследования точности и стабильности макета канала задания референтного направления
Введение к работе
Развитие и совершенствование оптических и оптико-электронных угломерных приборов, возрастающие требования к их точности и надежности, а также автоматизация процесса измерений с их помощью, приводит к необходимости создания новых методов и средств контроля метрологических характеристик таких приборов. Наибольшие трудности возникают при создании оборудования для исследований высокоточных приборов, измеряющих полные углы, например, высокоточных теодолитов, тахеометров, астрономических универсалов, угломерных измерительных станций, угломерных систем слежения и др. Создание такого оборудования необходимо также для существенного повышения производительности и эффективности точностных исследований угломерных приборов (УП) за счет сокращения времени их проведения и оперативной обработки полученных данных.
Проведение аттестации высокоточных угломерных приборов регламентируется рядом специально разработанных стандартов и методик [1,2, 3, 4 и 5], позволяющих определять их основные метрологические характеристики (MX), влияющие на точность угловых измерений. Однако следует учесть, что эта документация разработана в основном для исследований оптических теодолитов, поверочные схемы детально не разработаны и предполагается их завершение для конкретного прибора и условий аттестации.
В этой связи становится очевидной необходимость создания нестандартизированного универсального стендового оборудования для метрологических исследований УП соответствующего, современному уровню развития науки и техники. Универсальность разрабатываемого оборудования определяется возможностью его использования для аттестации различных типов высокоточных угломерных приборов (ВУП), вне зависимости от степени автоматизации измерений с их помощью, принципов и способов отсчитывания по рабочим мерам.
Очевидно, что дальнейшее повышение точности измерений с помощью ВУП предполагает и повышение требований к точности проведения аттестации этих приборов, что достигается за счет использования при аттестации ВУП высокоточных элементов и средств измерений (СИ), а также совершенствования методики аттестации.
Однако при достижении погрешности угловых измерений порядка десятых долей угловой секунды используемые СИ будут реагировать на малые угловые перемещения, вызываемые изменением пространственного положения элементов стенда из-за деформации конструкции, динамических воздействий (микровибраций, сотрясений и т.д.), турбулентностью воздуха на пути прохождения оптического луча, вызываемого температурным градиентом, деформацией конструкции и элементов стенда из-за перепада температур. Следовательно, дальнейшее повышение точности метрологической аттестации ВУП связано именно с решением проблемы обеспечения стабильности стендового оборудования, используемого для аттестации угломеров.
Требуемая стабильность может быть обеспечена комплексом мер, включающих в себя определенные принципы построения универсального измерительного стенда (УИС), конструктивные решения, обеспечение определенных условий внешней среды при проведении измерений, а также разработку соответствующих методик проведения аттестации.
Основными требованиями, предъявляемыми к УИС, с целью обеспечения его пространственной стабильности являются:
— уменьшение времени аттестации угломерного прибора с измерительного стенда. Проблема уменьшения времени аттестации ВУП может быть решена за счет определения максимального количества MX аттестуемого ВУП при минимальном количестве самих измерений, что может быть осуществимо аналитическим определением необходимых MX из уравнений их связи с суммарной погрешностью измерения угла [6];
— автоматизация процесса измерений, для решения этой задачи предлагается отказаться от визуальной ориентации зрительной трубы аттестуемого ВУП на опорные направления;
— оперативная обработка данных измерений с помощью микропроцессора или электронной вычислительной машины, включенных в комплект УИС.
Целью диссертационной работы является: разработка и исследование новых средств контроля пространственной стабильности стендов для аттестации оптических угломеров.
Указанная цель достигается путем решения ряда следующих задач:
- выявление факторов нестабильности конструкции УИС, приводящих к нарушению его геометро-оптической схемы;
- разработка основных принципов обеспечения стабильности стенда для аттестации ВУП;
- разработка математической модели УИС, учитывающей влияние нестабильности на точность аттестации ВУП;
- разработка методов и средств учёта влияния нестабильности конструкции на точность аттестации ВУП;
- натурное моделирование и экспериментальные исследования канала задания референтного направления повышенной стабильности;
- представление рекомендаций по реализации УИС.
Работа включает в себя теоретическую и практическую части. Теоретическая часть работы содержит:
- анализ метрологических характеристик УП, используемых методов аттестации УП, их достоинств и недостатков;
- выбор и описание геометро-оптической схемы универсального стенда повышенной стабильности, обоснование методики проведения аттестации с учетом оценки нестабильности стенда, обоснование основных требований к точностной стабильности стенда;
- обоснование математической модели стенда, разработанной на основе предложенной геометро-оптической схемы;
- обоснование выбора структурной и функциональной схем стенда, описание принципа действия стенда;
- обоснование методов и средств контроля пространственной стабильности.
Практическая часть работы включает:
- апробация математической модели стенда;
- разработка и создание макета канала задания референтного направления (РН);
- исследования стабильности и точности канала задания РН; - решение тестовых задач с целью апробации разрабатываемой математической модели и априорного учета влияния нестабильности УИС при аттестации УП.
На защиту выносятся:
Математическая модель универсального измерительного стенда, представляющая собой систему уравнений, описывающая функциональную зависимость между погрешностями измерения углов и систематическими погрешностями УП.
Способ автоматизации проведения аттестации УП.
Структурные и функциональные схемы УИС, алгоритмы и методики проведения аттестации УП.
Результаты экспериментального исследования макета канала задания РН.
Рекомендации по выбору геометро-оптической схемы УИС, методикам проведения аттестации, методам обеспечения стабильности конструкции УИС.
Основные результаты работы представлены на 2 международных и 4 национальных конференциях в период 1998...2004 г.г.
По материалам диссертационной работы опубликовано 5 научных работ, из них 4 статьи и 1 тезис к докладу.
Анализ основных источников погрешностей высокоточных угломерных приборов
При использовании средств измерений важно знать степень соответствия информации об измеряемой величине ее истинному значению. С этой целью для каждого СИ вводятся метрологические характеристики (MX). В [7, 8, 9 и 10] рассмотрены MX высокоточных угломерных оптических приборов и их влияние на точность угловых измерений. При анализе MX угломерных приборов, важно не только определить перечень вызываемых ими погрешностей, но и определить характер их проявления, источники возникновения и зависимость значений погрешностей от измеряемой величины.
На основании представленных выше источников и рассмотренной в п. 1Л структурной схемы УП, позволяющих измерять полные углы, проанализируем MX УП, виды погрешностей, имеющих место в процессе измерений. Данный анализ проведен основе классификации оптических теодолитов с визуальным отсчитыванием, однако, здесь учитывалась также специфика астрономических теодолитов, электронных теодолитов и тахеометров.
Основные источники погрешностей, возникающие при угловых измерениях рассматриваемыми типами УП, можно разделить на четыре группы [7]:— погрешности ориентирования;- погрешности наведения;— погрешности отсчетных устройств;- погрешности нарушения геометрической схемы прибора.
Для оптических теодолитов к первой группе можно отнести следующие погрешности: погрешность отсчета по уровню и инструментальная погрешность уровня. Суммарное влияние указанных погрешностей при установке по уровню будет: где Ay - суммарная погрешность уровня, т — цена деления уровня, Луи — инструментальная погрешность уровня.
Для приборов снабженных электронными датчиками горизонта (или местной вертикали), с помощью которых контролируется наклон вертикальной оси прибора, таких как электронные теодолиты и тахеометры, прежде всего, следует назвать инструментальную погрешность Ат такого датчика и погрешность Лдк канала преобразования информации, получаемой датчиком наклона. Обе эти погрешности носят случайный характер, поэтому суммарное влияние указанных погрешностей будет:местной вертикали как при установке при помощи уровня, так и при помощи датчика угла наклона носит случайный характер.
К первой группе относится и погрешность вертикальной осевой системы УП. Эта погрешность определяется качкой вертикальной оси и определяется выражением:где Єї — взаимное смещение подшипников осевой системы, / — расстояние между этими элементами.
Для обеспечения надежности фиксации вертикального положения прибора необходимо, чтобы погрешность датчика угла наклона Лд или суммарная погрешность уровня Ау для оптических теодолитов, устанавливаемых на вращающейся части УП составляет [9]:Ад =0,ЗЗДйа.
Вследствие конечной точности установки по уровню (датчику наклона), а также качки вертикальной оси, вертикальная осевая система в процессе измерений будет наклонена на некоторый угол v. Наличие этого наклона при измерениях горизонтального угла приводит к появлению погрешности, которая будет вносить в обшую погрешность измерения угля как систематическую, так и случайную составляющие. Следует отметить, что систематическая составляющая будет вносить погрешность как при измерении горизонтальных, так и при измерении вертикальных углов и зависит от величины измеряемых углов [7]. Измерение при двух положениях вертикального круга не исключает погрешность, вызываемую наклоном v вертикальной оси УП, а поскольку влияние этого наклона на точность измерений является существенным, в процессе аттестации необходимо определить значение v и положение плоскости, в которой он осуществлен.
К погрешностям ориентирования относится также погрешность Лмо за установку отсчетного индекса вертикального круга. Отсчетный индекс вертикального круга приводится в требуемое положение с помощью уровня (датчика наклона) или компенсатора. В оптических теодолитах, погрешность определения места нуля по вертикальному круга определяется погрешностью отсчета по уровню при алидаде вертикального круга и погрешностью отсчета по вертикальному кругу. В электронных теодолитах и тахеометрах проявление этой погрешности зависит от отсчета по двухкоординатному датчику наклона в составе прибора, с помощью которого определяются две составляющие наклона - в коллимационной плоскости и в вертикальной плоскости, в которой находится горизонтальная ось.
С другой стороны если установка отсчетного индекса вертикального круга осуществляется при помощи компенсатора угла наклона, то данная погрешность будет определяться также чувствительностью компенсатора. Независимо от принятого способа учета угла наклона в коллимационной плоскости погрешность Лмо складывается из погрешности Ли определения или компенсации наклона и погрешности Л 0в отсчета датчика вертикального угла. Так как эти погрешности носят случайный характер, то:
В качестве еще одной погрешности ориентирования можно назвать погрешность Лун от недостаточной чувствительности устройств установки и наведения. Указанная погрешность связана с правильностью выбора механизмов, с помощью которых выполняется ориентирование подвижных частей прибора, и согласование их параметров с эргономическими параметрами оператора. При современном уровне развития точной механики и технологии изготовления таких механизмов погрешность Лун может быть отнесена к пренебрежимо малым.
Обоснование математической модели стенда
Основным требованием, предъявляемым к математической модели, должна быть ее адекватность, то есть отражение тех свойств реального объекта, которые существенны для данной измерительной задачи. Выбор и обоснование определяемых параметров представлены в [6, 27]. Общий вид зависимости горизонтальной и вертикальной составляющих погрешности измерения эталонного угла, задаваемого УИС от инструментальных погрешностей аттестуемого УП, описан выражениями (5) и (6). Математическая модель УИС должна описывать функциональную зависимость между погрешностями измерения углов и инструментальными погрешностями УП.
При создании математической модели необходимо выполнить описание процесса измерения угломерным прибором эталонных углов между задаваемыми УИС референтными направлениями с учетом всех определяемых инструментальных погрешностей прибора. Так как задание РН производится в процессе калибровки УИС, то математическая модель УИС должна описывать как процесс калибровки стенда, так и процесс аттестации УП.
Математическую модель стенда целесообразно строить на основе векторно-матричного метода [32, 33]. Данный метод дает возможность моделировать как основные элементы УИС, так и операции, необходимые для аттестации УП. Взаимное пространственное расположение задающих устройств можно определить в некоторой опорной системе координат ОХоп Yon %оп- Модель аттестуемого УП представляет собой систему из трех осей, пересекающихся в одной точке. Взаимное положение этих осей, и их положение в опорной системе координат определяются рассмотренными выше погрешностями аттестуемого прибора.
Повороты орта, соответствующего визирной оси УП, вокруг осей некоторой системы координат OXYZ моделируются при помощи матриц поворотов [28, 29, 30].
После пары последовательных поворотов вокруг осей OY и OZдекартовы координаты /-го орта Nf будут определяться как:где Nt — начальное положение орта на оси OX, Cai— матрица поворота пространства вокруг оси OF на угол щ [31]:
поворота пространства вокруг оси OZ на угол р{ Для определения координат орта в некоторой вспомогательной системе координат ОХІУ&і используются матрицы преобразования координат (матрицы прямого и обратного операторов, определяющих прямой и обратный переходы между системами координат OXYZ и OXtY&).
Координаты орта N, в этой системе координат OX{Y{Zi связаны скоординатами этого же орта в системе координат OXYZ выражением [31]:N; = L-N, где Nt - координаты орта N, в системе координат OXjYjZh L - матрица преобразования координат.
В общем случае, матрица L выражается через углы трёх последовательных поворотов системы OX/YiZt относительно координатных осей OXYZ и может быть задана произведением трёх матриц, каждая из которых описывает поворот относительно одной оси. Матрица преобразования координат при повороте вокруг оси ОХ( на угол ус.
Для описания автоколлимационного метода измерений используем выражения, представленные в [28, 30].
Выражения для отсчетов по горизонтальному и вертикальному кругам определяются на основе [8].В математической модели стенда можно выделить следующие структурные элементы:1. Векторная модель ПК;2. Векторная модель УИС;3. Векторная модель системы системы «УП — стенд».
Для создания математической модели УИС необходимо также задать диапазон определяемых величин. При сборке и юстировке УП значения угловых величин неперпендикулярности горизонтальной и оптической осей прибора - с, неперпендикулярности горизонтальной и вертикальной осей — /; отклонения вертикальной оси от отвесного положения — v; сводятся к минимально возможным значениям. При этом, для этих величин выполняются следующие условия: tg(x)=xi sin(x)=x, cos(x) l, х-х 0, поскольку значения угловых величин порядка 10 дают отклонения в восьмом знаке после запятой, что соответствует тысячным долям угловой секунды. Величины эксцентриситетов горизонтального и вертикального лимбов — е#, еу должны быть такого порядка, чтобы для значений угловых погрешностей, вызванных эксцентриситетом, были бы верны указанные равенства. Погрешности аттестации ПК, величины отклонения визирных осей задающих автоколлиматоров от направлений, задаваемых ПК, и величины отклонений визирной оси УП от РН должны быть порядка долей угловой секунды. Значения угловых элементов эксцентриситетов - Рц и Ру и угол между коллимационной плоскостью и горизонтальным направлением, относительно которого совершен наклон - А, могут изменять свои значения от 0 до 2я, то есть в пределах полных углов.
Призменный калибр (ПК) представляет собой призменный моноблок, изготовленный из стабильного оптического материала, такого как кварц или ситалл, с плоскими зеркальными гранями, расположенными под определенными углами друг к другу. Нормали к этим граням пересекаются в точке О и определяют геометро-оптическую схему стенда.
В виду того, что отражающие поверхности ПК являются плоскими, пространственное положение этих отражающих граней можно определить в некоторой внутренней системе координат с помощью соответствующих каждой грани уравнений плоскости в пространстве.
Определим систему координат, связанную с ПК - OXu Yn ZUK. За начало координат принимается точка О пересечения нормалей к отражающим граням ПК. Ось ОХпк будет проходить через точку геометро-оптического центра — точку О и определяться направляющим векторомiV,. Остальные оси достраиваются до правой системы координат, с учетом того, что ось OZJJK является вертикальной, а ось ОУпк горизонтальной. Следовательно, плоскость ОХпкУик должна занимать горизонтальное положение.
Положение отражающих поверхностей определяется при помощи нормированного уравнения плоскости [32]:наклона орта нормали к данной плоскости (направляющего орта) N к осям ОХш, ОУПк и OZUK соответственно; р -расстояние от начала координат до плоскости. Очевидно, что параметры а, /?, у определяют координаты орта N (в нашей модели — орта нормали к отражающей грани):Параметр р определяется линейными размерами ПК.Таким образом, угловое положение отражающих граней ПК может быть выражено через орты нормалей к отражающим граням.
При этом углы, задаваемые ПК, определяются углами между этими ортами.На рисунке 11 представлена векторная модель ПК при номинальных значениях углов, задаваемых ПК. Векторная модель призменного калибра представляет собой набор ортов нормалей к отражающимграням калибра, имеющих начало в точке О. Орты Nt ... N7 определяют в пространстве положение отражающих граней ПК. Орты JV", ... Ns будут направляющими векторами для РН, задающих эталонные углы и фиксируемых ПК. Орты N6 и N7 определяют положение граней, используемых для контроля отвесного положения ОСИ OZnic.
Требования к конструкции стенда и его составным частям
Для обеспечения нормального функционирования УИС необходимо соблюдение определенных условий, а также выполнение некоторых требований к его конструкции.
Условия измерений важны для обеспечения стабильности результатоваттестации. В помещении, где установлен УИС требуется обеспечениенормированных климатических параметров внешней среды (температуры,давления влажности) и максимальное снижение воздействия вредныхмеханических воздействий [1, 38]. Контроль параметров внешней средыпредлагается осуществлять специальными датчиками, а их поддержание — припомощи климатических установок. В силу требований, предъявляемых кточности измерений, необходимо контролировать значения параметроввнешней среды, не только в течение самого процесса калибровки, но и втечение определенного временного интервала перед началом работы УИС.
Такой контроль необходим для стабилизации работы элементов стенда. Вданном случае через определенные промежутки времени требуемые параметрыбудут определяться автоматически, а полученные значения - сохраняться впамяти ВУ стенда.При выполнении поверки в помещении должны выполняться следующиетребования [37]:— температура окружающего воздуха в пределах (+20±1)С;— относительная влажность не более 65%;— проведение работ в помещении, защищенном от вредных механических воздействий;— оборудование должно быть защищено от прямых солнечных лучей;— колебания напряжения электропитания — не более 10%.
Конструкция УИС обеспечивает положение автоколлиматоров в соответствии с геометро-оптической схемой стенда. Причем их положение строго фиксируется в течение всего МПИ стенда. В тоже время конструкция стенда конструкция УИС должна обеспечивать юстировочные повороты автоколлиматоров при проведении процедуры калибровки. Кроме того, УИС включает в себя посадочное место для установки ПК и аттестуемого ВУП, причем конструкция подставки должна обеспечивать все необходимые юстировочные повороты.
В качестве основы предлагается взять хорошо отработанную конструкцию коллиматорного стенда [16].
Двухкоординатные фотоэлектрические автоколлиматоры должны обеспечивать СКП измерения угловых рассогласований порядка 0,1" [39, 40]. В качестве анализатора изображения АК предлагается использовать ПЗС матрицу, т.к. современные методы обработки информации позволяют проводить интерполяцию выходного сигнала с погрешностью до одной сотой периода ПЗС матрицы, что обеспечивает требуемую точность. Поскольку автоколлиматоры At... А5 при использовании их в составе УИС должны работать в двух режимах - коллиматорном и автоколлиматорном - требуется совмещение осей их осветительных и измерительных каналов.
Схема такого автоколлиматора приведена на рисунке 24. Предложенная конструкция АК позволяет производить угловое смещение осей каналов в двух направлениях с высокой чувствительностью. Рассогласование, определенное при визировании автоколлиматором триппель-призмы 9, выбирается с помощью компенсаторов, причем половина его устраняется компенсатором осветительного канала 2...3, а вторая половина устраняется с помощью компенсатора измерительного канала 6...7 [25].
Предложенная методика сопряжения каналов двухкоординатных автоколлиматоров связана с необходимостью обеспечения полной идентичности всех автоколлиматоров стенда, поскольку при использованиикомпенсаторов только в одном из каналов может иметь место несовпадение ихосей с оптической осью объектива автоколлиматора, что при столь высокойточности аттестации приводит к дополнительной погрешности.Поскольку углы между гранями триппель-призмы выполняются с определенными допусками, при сопряжении каналов автоколлиматоров может иметь место неидентичность их выверки в зависимости от пространственного положения триппель-призмы. В связи с этим указанная выше операция должна проводиться при одной и той же пространственной ориентации отражателя относительно координатных осей всех автоколлиматоров, поскольку в этом случае погрешность, вносимая неточностью изготовления триппель-призмы, становится систематической и носит аддитивный характер. Это позволяет исключить ее при вычислении углов между РН. Предполагается, что средняя квадратическая погрешность изготовления углов между отражающими гранями такой триппель-призмы должна составлять порядка I".
Автоколлиматоры А$ и А? должны иметь такой же порядок погрешности измерения угловых рассогласований, что и автоколлиматоры Aj...A5. Кроме того, они должны иметь высокоточные уровни для горизонтирования визирных осей автоколлиматоров. Предполагаемая цена деления уровней 1".
Зеркальная насадка включает в себя полупрозрачное зеркало с коэффициентом отражения около 50%. Конструкция зеркальной насадки представлена на рисунке 25 [23]. Оправа 2 с полупрозрачным зеркалом 1 при помощи пары юстировочных винтов 3 и пружинных головок 4, установленных по двум взаимно перпендикулярным направлениям, прижимается своей конической поверхностью к сферической поверхности кольца 5. Конструкция обеспечивает перемещение зеркала в двух ортогональных направлениях. Чувствительность установки зеркала по углу в такой конструкции составляет около 0,15".Призменный калибр представляет собой моноблок, изготовленный из стабильного оптического материала, такого как кварц или ситалл (рис. 26). ПК должен быть аттестован со средней квадратической погрешностью порядка
Исследования точности и стабильности макета канала задания референтного направления
При исследовании точности и стабильности макета канала задания референтного направления проводились предложенные в п.3.3 измерительные операции, входящие в процесс калибровки стенда и в процесс проведения аттестации ВУП (см. рис. 27...32).
В процессе юстировки и исследования АК были определены: цена деления шкалы микроскопа; фокусное расстояние объектива; чувствительность компенсаторов АК.
Цена деления шкалы микроскопа определена при помощи тест-объекта в виде штриховой шкалы с ценой деления 0,01 мм. По результатам измерений, цена деления шкалы микроскопа составила 0,4 мкм, (при СКО 0,05 мкм), что составляет 0,21 "в угловой мере.
Определение фокусного расстояния объектива авто коллиматора 10 производится методом увеличения. Фокусное расстояние объектива автоколлиматора равио/об=404,5±0,6 мм.
Измерение чувствительности компенсаторов 20 и 21 автоколлиматора проводится следующим образом. Перед объективом автоколлиматора 2 устанавливаем подставку с зеркалом 27. Устанавливаем компенсаторы 20 и 21 в среднее положение. В поле зрения микроскопа 4 подвижками зеркала 28 совмещаем центр биссектора 24 с горизонтальным штрихом сетки 23. Далее, вращая винты 22 компенсатора 20, смещаем изображение биссектора 24 относительно сетки 23. По шкале микроскопа 25 снимаются отсчеты А и В для каждого положения компенсатора с шагом равным одному повороту винта в прямом и обратном ходе.
Алгоритм обработки измерительной информации для каждого положения компенсатора в этом случае будет иметь вид:где .Р-шаг винта винтового механизма, /-плечо у — угол поворота маховичка.
По результатам обработки измерений (см. табл. 9) построен график,представленный на рис. 33, зависимости величины смещения изображения вплоскости анализа от величины наклона пластины компенсатора, где: cti —зависимость для компенсатора измерительного канала, Х; - зависимость длякомпенсатора осветительного канала, а-р- теоретически рассчитаннаязависимость. Совмещение осей осветительного и измерительного каналов АКявляется одним из основных требований к задающему автоколлиматору. Совмещение осей производится следугощим образом. АК 2 устанавливается на подставке 3, с которой предварительно снят кронштейн с зеркалом 27. Перед объективом 10 АК 2 устанавливается подставка 5 с триппель-призмой 6. В микроскоп 4 наблюдается изображение сетки 23 и биссектора 24.
Совмещение осей измерительного и осветительного каналов АК осуществляется при помощи двухкоординатных компенсаторов 20 и 21 путем вращения маховичков 22. При этом, наблюдая в микроскоп 4 совмещаем центр биссектора 24 (нуль-пункт осветительного канала) с горизонтальным штрихом сетки 23 (нулевой отсчет измерительного канала). Точное совпадение изображений биссектора 24 и горизонтального штриха сетки 23 соответствует совмещению осей осветительного и измерительного каналов. Однако, так как измеряется стабильность пространственного положения осей АК, т.е. измеряется изменение величины рассогласования от некоторого исходного положения в течение определенного временного интервала, то в данном случае нет необходимости точного совмещения осей. После начального совмещения 23 и 24, проводится серия измерений — снимается определенное число отсчетов АІ и ВІ по шкале микроскопа 25. При этом положение
По результатам измерений за 14 дней (серий) рассчитано значение среднего квадратического отклонения величины рассогласования измерительного и осветительного каналов АК — сстсо- Эту величину предлагается использовать как параметр стабильности совмещения осей каналов АК (см. п. 2.3).
Результаты обработки измерительной информации одной серии измерений приведены в Приложении 2, таблице П2.1. Результаты обработки измерительной информации для всей программы измерений приведены в таблице 10. На рисунке 34 воспроизведены полученные значения величины рассогласования астсо измерительного и осветительного каналов АК.
Кроме того, в этом случае программа измерений включала в себя измерение температурыокружающей среды и по полученным результатамсг„ = (табл. 12) построен график (рис. 35) зависимости величины рассогласования каналов АК от температуры окружающей среды.
Следующая исследуемая измерительная операция — наведение АК на ПК и исследование стабильности положения АК относительно отражающей грани ПК (задания РН).На стенд для контроля автоколлиматоров 3 ставится кронштейн 27 с зеркалом 28. В окуляр микроскопа 14 наблюдается изображение сетки 23 и биссектора 24, подвижками зеркала 28 совмещаем центр биссектора 24 с горизонтальным штрихом сетки 23. В данном случае мы совмещаем нормаль к зеркальной поверхности с визирной осью АК (т.е. моделируем процесс наведения АК на отражающую грань ПК). Грубое наведение осуществляется при помощи юстировочных винтов 29, а более точное - при помощи юстировочных механизмов 13.
После начального совмещения проводится серия измерений — снимаются отсчеты АІ и В-, ПО шкале микроскопа 25, с учетом, что положение зеркала и АК не должно изменяться в течение всей программы измерений. Программа измерений включает 14 серий измерений по 30 измерений в каждой серии, интервал времени между которыми около 24 ч.Алгоритм обработки измерительной информации для каждой серии измерений будет аналогичен алгоритму (55)...(59).
По результатам измерений за 14 дней (серий) рассчитано значение среднего квадратического отклонения нормали к зеркальной поверхности ПК от визирной оси АК — астРН. Эту величину предлагается использовать как параметр стабильности задания РН (см. п. 2.3).
Результаты обработки измерительной информации для одной серии измерений приведены в Приложении 2, таблице П2.2 Результаты обработки измерительной информации программы измерений приведены в таблице 11. На рисунке 34 воспроизведены полученные значения величины рассогласования аСтСО измерительного и осветительного каналов АК.
