Исследование чувствительности поперечных наводок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Национальный исследовательский университет

информационных технологий, механики и оптики

Лабораторная работа

"Исследование чувствительности поперечных наводок"

Санкт-Петербург

2013 г.

Цели работы

1. Изучить факторы, влияющие на чувствительность поперечных наводок.

2. Ознакомиться с лабораторной установкой и методикой исследования.

3. Исследовать характер погрешностей при поперечных наводках.

4. Исследовать зависимость чувствительности поперечных наводок от:

а. освещенности экрана;

б. типа светофильтра, контрастности изображения;

в. аберрационных явлений;

г. вида совмещаемых марок.

5. Сделать выводы по результатам исследований.

Перечень оборудования

1. Установка для исследования чувствительности поперечных наводок.

2. Блок питания.

3. Люксметр.

Погрешности поперечных наводок

В основу функционирования многих оптических приборов (теодолитов, автоколлиматоров, измерительных микроскопов) положена операция совмещения изображения и марки, наблюдаемых оператором с последующим снятием отчета по шкалам. При этом из-за ограниченной остроты зрения и других причин оператор не может абсолютно правильно расположить изображение относительно марки и оценить на глаз расстояние от штриха до индекса, то есть считать долю деления шкалы. Возникают так называемые погрешности наведения (совмещения) и считывания. Вследствие того, что дифракционное изображение объекта в продольном направлении гораздо больше, чем в поперечном, а также из-за аккомодационных свойств глаз, точность продольных наводок гораздо ниже, чем поперечных. Этим объясняется преимущественное использование в оптических приборах поперечных наводок.

Погрешность расположения изображения объекта с совмещаемой маркой обусловлена следующими причинами: плохим качеством механизма управления, значением пороговой чувствительности движения органа управления, ограниченной остротой зрения оператора, параллаксом.

Качество механизма управления определяется плавностью движения, жесткостью и инерционностью звеньев. Пороговая чувствительность движения обусловлена ограниченными психофизическими возможностями оператора в осуществлении малых перемещений органа управления. Она зависит от размеров органа управления, момента сопротивления движению, тренированности оператора и характера контроля над совершаемым движением. Качество механизма и пороговая чувствительность органа управления определяют пороговую чувствительность движения всего привода и степень возможности и быстроту совмещения изображения и марки. При достаточной чувствительности механизма управления погрешность наводки будет определяться ограниченной остротой зрения оператора и параллаксом.

Известно, что погрешность наводки зависит от вида совмещаемых марок и от их конструктивных характеристик, типа светофильтров, контрастности изображения, аберраций оптической системы, психофизиологических данных оператора.

Исследования погрешности совмещения штриха с биштрихом показали, что существует некоторая зона е (рис.1.), ограниченная линиями а и Ь, при попадании в которую изображения штриха оператор не замечает неравенства отрезков a и d. Этой зоне соответствует закон равной вероятности рассеяний положения биштриха относительно штриха при повторных наводках. Если же край штриха выходит за линию а или Ь, но не переходит линии а' и Ь', то он попадает в зону, которую условно можно назвать зоной неустойчивой чувствительности. Этой зоне соответствует закон Гаусса. Если же край штриха выходит за линию а' и Ь', то оператор уверенно замечает неравенство отрезков и приводит изображение в зону е'.

При изменении направления наводки смещается центр группирования полей рассеяния, что говорит о наличии систематической составляющей погрешности наведения. Это объясняется психологической ошибкой оператора. Для исключения появления этой составляющей погрешности наведения следует производить наводки на объект с одной стороны, несмотря на отсутствие "мертвого хода" в кинематической цепи отсчетной системы.

Исследования поперечных наводок, выполняемых при включении различных светофильтров, показали, что изменяется не только средняя квадратическая погрешность, но и смещается центр группирования. Ее изменения обусловлено различными спектральной чувствительностью зрения оператора и контрастом изображения. Наименьшая погрешность получена для сине-зеленого светофильтра.

Смещение центра группирования обусловлено изменением центра симметрии изображения, например, из-за изменения хроматизма увеличения.

Для предотвращения не следует производить переключение светофильтров, не закончив цикла измерений.

Погрешность поперечных наводок зависит и от освещенности экрана. Погрешность увеличивается не только при малых освещенностях (из-за уменьшения контраста и чувствительности глаз), но и при слишком больших.

Для расчета и компенсации погрешности прибора, обусловленной погрешностью наводки, следует знать не только величину погрешности, но и соотношение между систематической и случайной ее составляющими, закон рассеяния случайной составляющей, степень зависимости погрешности от некоторых характеристик оптической системы и условий наблюдения.

Схема установки

Биштрих - один из основных из наиболее часто используемых видов совмещаемых марок, при работе с ними возникают погрешности наведения.

Установка содержит осветительную систему 1-3 (построенную по Келлеру), сменную сетку-объект 4 с тремя темными штрихами, проекционный сменный микрообъектив 5, матовый экран 6 с тремя биштрихами, индикатор 7 с ценой деления 1 мкм., сменные светофильтры 8,9.

Вопросы

1. Какие погрешности оказывают влияние на точность наведения при поперечных наводках?

• плохое качество механизма управления;

• значение пороговой чувствительности движения органа управления;

• ограниченная острота зрения оператора;

• параллакс.

2. По результатам измерений и полигонам рассеяния показать наличие (отсутствие) систематической погрешности наведения, дать объяснение причинам появления этой погрешности.

Разность между центрами группирования рассеяний положения марки при прямом и обратном направлениях экрана характеризует искомую систематическую составляющую погрешности совмещения.

3. Сравнить экспериментальное значение среднеквадратической погрешности наведения с ее теоретическим (ожидаемым) значением.

Теоретическая средняя квадратическая погрешность наведения при совмещении с биштрихом равна:

д = (6 ч 8)" х 250 мм = 7,5 мкм.

Экспериментальное значение больше теоретического.

4. По результатам измерений сделать выводы о влиянии на точность совмещения качества изображения, спектрального диапазона работы прибора, освещенности экрана.

При смене спектрального диапазона работы среднее значение положения марки смещается вправо от красного к синему, что вызвано хроматизмом увеличения. Наименьшее среднее квадратическое отклонение было достигнуто при работе с зелёным светофильтром, поскольку в этом спектральном диапазоне чувствительность глаза максимальна.

При переходе от центрального штриха к крайнему правому среднее значение также смещается вправо, что может быть вызвано монохроматическими аберрациями, а также реном шкалы. Среднее квадратическое отклонение меньше, чем при наведении на центральный f штрих, поскольку оператор приобрёл навык более точной наводки.

При уменьшении освещённости экрана до 8,5 лк среднее квадратическое отклонение увеличилось, поскольку контраст изображения уменьшился. чувствительность поперечный наводка светофильтр

5. Дать рекомендации по уменьшению (компенсации) погрешности поперечных наводок.

• Следует производить наводки на объект наблюдения с одной стороны.

• При включении разных светофильтров изменяется не только о, но и смещается центр группирования. Изменение д обусловлено различиями спектральной чувствительности зрения оператора и контрастом изображения. Наименьшая погрешность получена от сине-зеленого фильтра, создающего оптимальное соотношение этих факторов. Смещение центра группирования из-за хроматизма увеличения. Чтобы не было этой составляющей, не следует переключать фильтры во время измерений.

• При наведении на крайний штрих погрешность увеличивается из-за параллакса, то есть сдвига изображения предмета относительно марки. Эта погрешность может быть уменьшена при юстировке прибора (взаимным смещением сетки и объектива).

• Так как погрешность увеличивается не только при малой освещенности (из-за уменьшения контраста и чувствительности глаз), но и при сильном ее увеличении (из-за ослепления и быстрой утомляемости), то следует выбирать освещенность оптимальную. Но для матового стекла она должна быть меньше, чем оптимальная Е на рабочем столе, равная 50 - 250 лк.

Размещено на Allbest.ru