Автоколіматор АК-0,25

Автоколліматор АК-0,25 призначений для точного вимірювання малих кутів нахилу плоских, дзеркально відображають поверхонь, а також для установки поверхонь паралельно або перпендикулярно один до одного або до візирної осі автоколіматора.

В поєднанні з плоским дзеркалом прилад застосовується для перевірки прямолінійності направляючих завдовжки до 30м, контролю площинної, а в поєднанні з багатогранною призмою — для перевірки кутомірних приладів типу оптичних ділильних головок, гоніометрів, оптичних квадрантів і т.п. Принцип роботи автоколіматора полягає в наступному.

У фокальній площині М об’єктиву поміщається точка, що світиться, А (мал. 1.1).

clip_image001

Мал. 1.1.

Проміння, що вийшло з цієї точки, пройшовши об’єктив 2, йдуть паралельним пучком і потрапляють на плоске дзеркало 1.

Якщо дзеркало розташовано перпендикулярно осі пучка, то проміння після віддзеркалення від дзеркала повернеться по тому ж самому шляху, і, пройшовши об’єктив, утворюють зображення, повністю співпадаюче з маркою, що світиться. Якщо дзеркало нахилиться до осі падаючого на нього пучка проміння на кут α , то відображений пучок піде назад під кутом 2 α до первинного напряму, і зображення точки А утворюється у фокальній площині в точці f ‘ на відстані З від нього. Цю відстань можна обчислити по формулі:

C = f ‘обtg 2α.

Якщо у фокальній площині об’єктиву помістити шкалу, то, знаючи його фокусну відстань, можна розрахувати величину інтервалів цієї шкали для будь-яких кутів α положення дзеркала.

Величина С для одного розподілу буде інтервалом розподілу, 2 α — ціною розподілу при автоколімационном ходу проміння.

При ціні розподілу автоколіматора 0,25» і роботі по вказаній схемі, буде потрібно дуже велика фокусна відстань об’єктиву, що приведе до різкого зростання габаритів приладу. Тому у високоточних автоколіматорах для збереження ціни розподілу і отримання прийнятних габаритів в конструкцію вводиться лінзовий окулярний мікрометр, що складається з позитивної лінзи, оптичної осі системи, що переміщається перпендикулярно, і жорстко пов’язаної з нею шкали точного відліку. Для того, щоб не змінювалася оптична сила об’єктиву, перед позитивною лінзою ставиться негативна нерухома лінза, що має ту ж фокусну відстань.

Шкали грубого і точного відліку розраховуються так, щоб діапазон вимірювання шкали точного відліку відповідав ціні розподілу шкали грубого відліку.

Якщо С — інтервал шкали грубого відліку, а a — діапазон переміщення позитивної лінзи і жорстко пов’язаної з нею шкали точного відліку, то С, можна записати

a/с = fпл / l,

Тоді

a = (с f ‘пл)/l.

Таким чином, при великому значенні відношення fпл / l може бути забезпечений велика точність відліку часток розподілу шкали грубого відліку.

З даної формули також ясно, що зміною відстані l, тобто переміщенням позитивної лінзи уздовж оптичної осі, можна проводити узгодження масштабів грубого і точного відліку.

Підставивши замість З його значення, отримаємо:

a = (f ‘об f ‘пл tg 2 α)/l.

Звідси, враховуючи крихту кутів, що виміряються, можна отримати вираз:

α = (a l)/(2 f ‘об f ‘пл).

1.1. Основні параметри приладу

Таблиця 1.1
Параметри приладу
Збільшення труби 50,3х
Фокусна відстань об’єктиву 1000 мм
Ціна розподілу шкали компенсатора 0,25″
Ціна розподілу хвилинної шкали в полі зору 0,25′
Межа вимірювання:
при відстані до дзеркала до 2 м 6′
при відстані до дзеркала до 30 м 2′
Відстань від підстави до осі труби 100 мм
Маса приладу 16 кг
Маса комплекту в ящику укладання 30 кг
Найбільші габаритні розміри 545Ч225Ч170 мм

Оптична схема автокаліматора

Оптична схема автоколіматора представлена на мал. 1.3.

clip_image003

Рис. 1.3.

clip_image005

Мал. 1.4.  Мал. 1.5.

Проміння світла від електролампочки 28, розташованої у фокальній площині однолінзового конденсора 17, проходять останній, відображаються від дзеркала 16, встановленого під кутом в 45° до оптичної осі, проходять жовто-зелений світлофільтр 15 і паралельним пучком освітлюють пластинку 14, на якій нанесений біссектор. Даний біссектор є автоколімационною маркою приладу, яка розташована у фокальній площині об’єктиву.

Проміння, несуче зображення автоколімационної марки, потрапляє на призму-куб, що складається з двох прямокутних призм 6 і 7, гіпотенузна грань склеювання яких має напівпрозоре покриття. 41% світла відображається від напівпрозорої грані і прямує в об’єктив автоколіматора. В даному приладі для зменшення габаритів застосовується телеоб’єктив, що складається з позитивного і негативного компонентів. Позитивний компонент телеоб’єктива складається з двохлінзового склеювання 1 і 2 і одиночної позитивної лінзи 3. Негативний компонент складається з обклеювання позитивної вгнутоопуклої лінзи 4 (позитивного меніска) і двояко увігнутої негативної лінзи 5. Фокусна відстань об’єктиву 1000мм при його механічній довжині (з урахуванням подовження променя в куб-призмі і еквівалентній плоскопаралельній пластинці компенсатора), рівній 496,8мм.

З об’єктиву виходить паралельний пучок проміння, який відображається від встановленої перед об’єктивом плоскої, дзеркально відображає поверхні, і знову прямує в об’єктив. Пройшовши об’єктив, призму-куб (де знову ослабляється на 4%), лінзи компенсатора 8 і 9 проміння будують зображення автоколімационної марки в суміщеній фокальній площині об’єктиву і окуляра, де розташовуються шкала грубого відліку (хвилинна шкала) 11 і шкала точного відліку (секундна шкала) 10.

Сумісне зображення шкал і автоколімационної марки розглядається через симетричний окуляр, що складається з двох абсолютно ідентичних двохлінзових склеювань, складених з лінз 12 і 13. Вид шкал і автоколімационної марки в полі зору приладу показаний на мал. 1.4.

Конструкція автоколіматора

На малюнку 2.1 представлений зовнішній вигляд автоколіматора. В конструктивному відношенні прилад складається з підстави 8 і автоколімационної труби 2, яка вкладається в роз’ємні табори (підшипники) 1 і 3 підстави. Живлення автоколіматора здійснюється від сіті змінного струму напругою 220 В частотою 50 Гц за допомогою шнура з вилкою 6. Вбудований в підставі трансформатор знижує цю напругу до 26 В, яке через шнур з вилкою 7 подається на електролампочку освітлювальної системи 4, укріпленої на зоровій трубі. Включення електролампочки здійснюється вимикачем 9. Три підйомні гвинти 10 служать для виведення пухирця круглого рівня на середину (юстування підстави і візирної осі приладу). Спостереження шкал здійснюється за допомогою окуляра 5.

Конструкція автоколіматора представлена на мал. 2.1.

clip_image006

Рис. 2.1

Функціонально і конструктивно прилад можна розбити на три частини: підставу, зорову трубу і освітлювальну систему.

В корпусі освітлювальної системи 1 по різьбленню угвинчується стандартний патрон 2 з електролампочкою 3 так, щоб нитка напруження розташовувалася у фокальній площині конденсора 4, який закріплюється в корпусі за допомогою різьбового кільця 5. Похиле дзеркало 6 укладається в кубло, вифрезуванне в корпусі і притискається планкою 7 за допомогою гвинтів. З другого боку, в корпусі 2 освітлювачі встановлюється пластинка з автоколімационною маркою і жовто-зеленим світлофільтром. Світлофільтр 8 і скляна пластинка з автоколімационним біссектором 9 кріпиться в корпусі 10 через прокладне кільце за допомогою різьбового кільця 11. Оправа 10 встановлюється в перехідну оправу 12, яка зміцнюється в корпусі освітлювача за допомогою різьбового кільця 13 і може зміщуватися в невеликих межах перпендикулярно оптичній осі, за допомогою трьох стопорних гвинтів 14. Це переміщення використовується при поєднанні візирної і автоколімационних вісей системи при юстируванні. Корпус освітлювача угвинчується в корпус окуляр-мікрометра. Глибина загвинчування регулюється шириною прокладного кільця 15, яке дозволяється підрізати при юстируванні приладу.

Зорова труба приладу складається з окулярної і об’єктивної частин. Як об’єктив використовується телеоб’єктив. Позитивний і негативний компоненти об’єктиву збираються в окремих оправах. Двохлінзове склеювання об’єктиву 16 і одиночна лінза 18 встановлюються в оправі 21 по гладкому діаметру через прокладне кільце 17 і закріплюються різьбовим кільцем 20 через пружиняче розрізне кільце 19. Оправа 21 угвинчується по різьбленню в оправу об’єктиву 23. Кільце 22 дозволяється підрізати при юстируванні об’єктиву.

Двохлінзове склеювання 24 негативні компоненти об’єктиву по гладкому діаметру встановлюється в оправі 25 і кріпиться різьбовим кільцем 26. Оправа 25 по гладкому діаметру встановлюється в оправі об’єктиву 23 і фіксується в необхідному положенні за допомогою стопорних гвинтів (на малюнку не показано).

В зібраному вигляді об’єктив угвинчується в корпус зорової труби 27 і фіксується за допомогою стопорного гвинта 28. Прокладне кільце 29 дозволяється підрізати при юстируванні паралакса зорової труби.

На корпус зорової труби нагвинчує корпус окулярного мікрометра 30, в якому вмонтовуються всі елементи відлікової системи. Куб-призма 31 за допомогою накладок і гвинтів кріпиться до кронштейна 32, який у свою чергу за допомогою гвинтів кріпиться до оправи 33 негативної лінзи 34 компенсатори. Лінза 34 кріпиться в оправі методом завальцовки. Оправа 34 негативної лінзи компенсатора і направляючі 35 кріпляться до корпусу мікрометра за допомогою чтырех гвинтів 36. Позитивна лінза 37 компенсатора завальцойвується в оправі 38, яка угвинчується в рухому каретку 39. З другого боку до каретки за допомогою гвинтів 40 кріпиться оправа 41 з шкалою точного відліку 42.

Шкала грубого відліку (хвилинна шкала) 43 завальоцьована в оправі 44 і встановлюється в корпусі окулярного мікрометра по гладкому діаметру через прокладне кільце 45. При юстируванні зазора між шкалами (для усунення паралакса) допускається підрізування цього кільця.

Двохлінзові склеювання окуляра 46 встановлюються в оправі 47 через прокладне кільце 48 і кріпляться різьбовим кільцем 49. Оправа окуляра по окулярному різьбленню вгвинчується в корпус окуляра 50 і може переміщатися уздовж осі труби для установки окуляра по оку спостерігача. Для обертання оправи окуляра до неї за допомогою трьох стопорних гвинтів 51 кріпиться кільце з накаткою 52. Корпус окуляра 50 по різьбленню угвинчується в корпус окулярного мікрометра і через прокладне кільце 53 фіксує положення оправи 44 з шкалою грубого відліку.

На мал. 19.7 показаний розріз А-А окулярного мікрометра, де показано переміщення каретки з позитивною лінзою. Переміщення каретки 39 здійснюється по направляючих типа «ластівчин хвіст» 35 за допомогою мікрометричного гвинта. На головці мікрогвинта 54 за допомогою трьох гвинтів 55 жорстко кріпиться маховичок 56 з накаткою. При обертанні маховичка гвинт переміщається поступально щодо нерухомої гайки 57.

clip_image008

Рис. 2.2.

Для зменшення мертвого ходу в парі гвинт-гайка гайка 57 зроблена розрізною. При закручуванні гайки 58 гайка 57 вдавлюється в конусне кубло корпусу мікрогвинта 59 і щільно обжимає гвинт. Корпус мікрогвинта кріпиться до корпусу окулярного мікрометра за допомогою гвинтів 60. Оскільки каретка виконана з м’якого металу, то в точці упора в неї мікрогвинта в каретку запресований підп’ятник 61, загартований до високого ступеня твердості. Мікрогвинт упирається в підп’ятник через голчату опору 62, яка запресовується в нього (для забезпечення точкового контакту).Для того, щоб гвинт зовсім не вигвинтився з розрізної гайки, на нього нагвинчує гайка 63 і зафіксована стопорним гвинтом 64.

Гвинт 65 служить як шпонка і оберігає розрізну гайку 57 від розвороту.

Поворотний рух каретки і силове замикання між кареткою і мікрогвинтом здійснюється за допомогою двох гвинтових пружин стиснення 66.

Гвинт 67 служить для фіксації положення оправи з позитивною лінзою компенсатора. При вигвинченому гвинті 67 відкривається доступ до отворів в оправі 38, використовуючи які за допомогою шпильки можна обертати оправу, тобто переміщати позитивну лінзу уздовж оптичної осі системи, що використовується при юстируванні масштабів шкал. Гвинт 68 закриває отвір в корпусі окулярного мікрометра, через яке здійснюється доступ до гвинта 67.

Зорова труба в зібраному вигляді встановлюється в підшипниках (мал. 19.6) підстави приладу 69. Підстава всередині порожнисте і в ньому вмонтовується знижувальний трансформатор 70 за допомогою накладок 71 і гвинтів 72 і круглий рівень 73 за допомогою гвинтів 74. Крім того, усередині підстави розташовуються комутаційні колодки. Знизу підстава має три приливи, в яких встановлюються підйомні гвинти. Гвинт 75 обертається в розрізній гайці 76, яка регулюється за допомогою гайки 77. В необхідному положенні гвинт фіксується за допомогою контргайки 78.

Знизу підстава закривається кришкою 79, яка кріпиться до підстави гвинтами 80. На передній стороні підстави є спеціальний гвинт 81 з шайбами 82, який призначений для під’єднування заземляющего дроту.

Пристрої для автоколіматора

Окулярна насадка

Окулярна насадка (мал. 19.8) є допоміжним пристосуванням в автоколіматорі і входить в його комплект. Насадка складається з напівпентапризми (БУ-450) 1, яка за допомогою накладки 2 і гвинтів 3 кріпиться до корпусу 4. Корпус насадки 4 має пружиняче посадочне місце і надягає на окуляр автоколіматора.

clip_image009

Рис. 3.1.1.

При виконанні більшості робіт спільно з автоколіматором використовується плоске дзеркало (мал. 3.2.1).

clip_image010

Рис. 3.1.2.

Скляне плоске дзеркало із зовнішнім покриттям 1 встановлюється на три майданчики в оправі 2 і притискається кільцем 3 за допомогою гвинтів 4. Для запобігання дзеркала від сколовши і внутрішніх натягнень під кільце 3 ставляться прокладки із спеціального картону або пробки. По центру в оправі є отвір, а на дзеркалі невелика кругла пляма, вільна від дзеркального покриття. З тильної сторони до оправи дзеркала кріпиться зорова телескопічна трубка 5 невеликого збільшення. В передній фокальній площині окуляра трубки розташована скляна пластинка з візирним знаком у вигляді кола. Візирна вісь трубки повинна бути строго перпендикулярний поверхні дзеркала, що відображає. Окуляр трубки має діоптрийне переміщення в межах ±5 діоптрій.

Оправа дзеркала за допомогою гвинтів 7 і штифтів 8 кріпиться до підстави 6. Усередині підстави знаходиться постійний магніт, який підіймається і опускається (включається і вимикається) за допомогою рукоятки 9. При включеному магнаті забезпечується достатнє зусилля притиску підстави в деталі, на якій встановлюється дзеркало.

До оправи дзеркала (зверху і збоку) кріпиться за допомогою гвинтів 12 дві деталі 10 і 11, на яких є поліровані майданчики. Ці майданчики (оправи уподовж твірної) строго перпендикулярні площині дзеркала, що відображає, і використовуються для правильної орієнтації останнього. В неробочому стані дзеркало закривається кришкою 13.

Пентапризма в оправі

В комплект приладу може входити пентапризма в оправі з магнітною підставою, яка використовується у тому випадку, коли необхідно візувати автоколіматором під кутом в 90°. Пентапрізма 9 (мал. 3,2.1) встановлюється на підстави 6, і фіксується від розвороту планками 7, прикріпленими до підстави гвинтами 12.

clip_image012

Рис. 3.2.1.

Зсув пентапризми обмежується планками 14, які кріпляться до планок 7 за допомогою гвинтів 11. Для запобігання призми від пошкоджень, при її кріпленні між планками і призмою, ставляться м’які прокладки з картону або пробки 5, 8 і 10.

Зверху на підставі кріпиться накладка 3. Стопорні гвинти 2 вгвинчуються в накладку 3 і щільно притискують металеву пружинячу прокладку 4 до пентапризми, ніж усувається вертикальне переміщення пентапризми. Для кріплення оправи на плиті або іншій металевій підставі служить постійний магніт, який включається за допомогою рукоятки так само, як у дзеркала.

На накладці 3 встановлюється підстава з двома циліндровими рівнями 1, розташованими перпендикулярно один одному. Осі рівнів паралелі підставі самих рівнів і нижньому майданчику підстави 6.

Двухгранноє дзеркало

Двухгранноє дзеркало (мал. 3.3.1) служить для тієї ж мети, що і пентапризма, але не встановлюється окремо від автоколіматора, а надягає на зорову трубу з боку об’єктиву.

clip_image014

Рис. 3.3.1.

Воно є двома плоскими дзеркалами із зовнішнім срібленням, які встановлені один до одного під кутом в 45°. Дзеркала 1 і 2 приклеюються до плоскої скляної шайби 3, яка у свою чергу за допомогою гвинта 4 через шайбу 5 і конусну втулку 6 кріпиться до підстави 7. Конусна втулка 6 необхідна для того, щоб за допомогою стопорних гвинтів (на малюнку не показані), угвинчуваних в підставу 7, можна було в невеликих межах нахиляти дзеркала в будь-якому напрямі при юстируванні їх положення щодо посадочного місця всього пристосування. Підстава 7 за допомогою гвинтів 8 закріплюється в корпусі 9, до якого гвинтами 11 пригвинчується вверх 10. В корпусі є отвору для проходу проміння на дзеркала. Корпус має розрізний патрубок, що надягає на зорову трубу автоколіматора. Кріплення здійснюється стисненням губок патрубка за допомогою гвинта 12.

Многогранник

В комплект приладу по особливому замовленню може входити еталонний многогранник. Він призначений для контролю автоколіматором кутомірних приладів типу гоніометрів, оптичних ділильних головок, оптичних квадрантів і т.д. Представлений на мал. 3.4.1 многогранник призначено для контролю оптичних ділильних головок і має відповідне посадочне місце (конус Морзе).

clip_image016

Рис. 3.4.1.

Основною і найвідповідальнішою частиною є власне многогранник, який може мати від шести до дванадцяти граней. Він є скляним тілом з певним числом граней, кути між якими виконані з високим ступенем точності. Після виготовлення многогранник атестується і на нього видається атестат, де указуються відхилення кутів від номінала. Многогранник 3 укладається на плато 7 і притискається до нього ковпачком 4, під який ставляться пробкові прокладки 11. Ковпачок кріпиться до плато за допомогою гвинтів 17. В ковпачку проти кожної грані є отвір для доступу світла до тієї, що відображає грані. Плато 7 разом з многогранником може нахилятися щодо підстави 8 на кульці 15. Для нахилу служать два підйомні гвинти 1, що угвинчуються в підставу. Для зменшення мертвого ходу в парі гвинт-гайка в підставі є два пази, і гайка стискається гвинтом 19. Силове замикання між плато і гвинтами здійснюється за допомогою трьох пружин розтягування 12, які одним кінцем закріплюються за гвинти 31, а іншим кінцем за стрижні 21. Гвинт 3 служить для запобігання плато з многогранником від випадкового випадання при ослабленні пружин або їх поломці. До підстави 8 за допомогою чотирьох гвинтів 18 кріпиться вісь 10, виконана у вигляді конуса Морзе. В нижній частині осі є отвір з різьбленням, в яке угвинчується шомпол оптичної ділильної головки для надійної фіксації всього пристосування. До плато 7 за допомогою гвинтів 2 кріпиться кожух 6, призначений для запобігання внутрішньої поверхні від попадання пилу і сторонніх предметів.

Оставьте комментарий к статье