УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЮСТИРОВКИ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению и может быть использовано для юстировки оптических приборов.

Известно устройство для юстировки оптического прибора (проспект фирмы OLENCOM ELECTRONICS), содержащее два корпуса, один из которых защитный, выполненное с вертикальной пластиной, к которой закреплена шаровая опора с возможностью перемещения, зафиксированная винтами и установленная в цилиндрическое отверстие, выполненное в подставке.

Недостатком известного устройства является трудность юстировки за счет семи степеней свободы.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для юстировки объектива (Авторское свидетельство СССР № 1638697, МПК G 02 В 7/00, 1991 г.), содержащее внутренний и наружный корпуса, сопряженные между собой по сферическим поверхностям, юстировочные винты, установленные в наружном корпусе равномерно по окружности, опорный фланец с осью, стопорные элементы юстировочных винтов, пружины, юстировочные винты выполнены с головками конусной формы и размещены перпендикулярно оси опорного фланца с возможностью взаимодействия своими концами с наружной поверхностью введенного хвостовика, выполненного за одно целое с внутренним корпусом и соосно с ним, при этом одни концы пружин закреплены во внутреннем корпусе, а другие размещены в пазах, выполненных в наружном корпусе с возможностью взаимодействия с конусными поверхностями головок юстировочных винтов.

Недостатком данного устройства является низкая технологическая и механическая стабильность при воздействии внешних факторов.

Технический результат предлагаемого технического решения направлен на повышение точности и устойчивости к воздействию механо-климатических факторов.

Технический результат достигается тем, что устройство для юстировки оптических приборов содержит внутренний и наружный корпуса, юстировочные винты с головками, установленные в наружном корпусе, и пружины, которые одними концами закреплены к внутреннему корпусу, а другие их концы закреплены в наружном корпусе, передняя сторона внутреннего корпуса соединена по вертикальной линии с передней стороной наружного корпуса посредством плоской пружины, выполненной в виде пластины, плоскость которой перпендикулярна продольной горизонтальной оси оптического прибора, при этом задние части боковых поверхностей внутреннего корпуса являются плоскими и юстировочными, расположены между собой под углом, так что вершина угла обращена к наружному корпусу и находится на вертикальной линии, в свою очередь юстировочные винты опираются своими концами в юстировочные поверхности через плоские шайбы и установлены перпендикулярно юстировочным поверхностям, при этом каждый конец котировочных винтов выполнен в виде шаровой цапфы, диаметр которой больше диаметра отверстия шайбы, при этом соотношение угла между юстировочными поверхностями и коэффициентом трения должно составлять

sinα<2k,

где k - коэффициент сухого трения между шайбой юстировочной головки и юстировочной поверхностью,

α - угол между юстировочными поверхностями,

в свою очередь пружины выполнены стягивающими с суммарным усилием F, направленным вдоль биссектрисы угла α, и закреплены на задней стороне внутреннего и наружного корпусов при условии, что усилие пружин должно соответствовать

где С - коэффициент упругости пластины в направлении оси корпуса,

М - масса внутреннего корпуса,

g - ускорение силы тяжести,

а - максимальная амплитуда колебания устройства,

θ - угол между вектором силы тяжести, приложенной к центру масс внутреннего корпуса , и биссектрисой угла α.

Отличительными признаками от прототипа является то, что передняя сторона внутреннего корпуса соединена по вертикальной линии с передней стороной наружного корпуса посредством плоской пружины, выполненной в виде пластины, плоскость которой перпендикулярна продольной горизонтальной оси оптического прибора, при этом задние части боковых поверхностей внутреннего корпуса являются плоскими и юстировочными, расположены между собой под углом, так что вершина угла обращена к наружному корпусу и находится на вертикальной линии, в свою очередь юстировочные винты опираются своими концами в юстировочные поверхности через плоские шайбы и установлены перпендикулярно котировочным поверхностям, при этом каждый конец котировочных винтов выполнен в виде шаровой цапфы, диаметр которой больше диаметра отверстия шайбы, а соотношение угла между юстировочными поверхностями и коэффициентом трения должно составлять

sinα<2k,

где k - коэффициент сухого трения между шайбой и юстировочной поверхностью,

α - угол между юстировочными поверхностями,

в свою очередь пружины выполнены стягивающими с суммарным усилием F, направленным вдоль биссектрисы угла α, и закреплены на задних сторонах внутреннего и наружного корпусов при условии, что усилие пружин должно соответствовать

где С - коэффициент упругости пластины в направлении оси корпуса,

М - масса внутреннего корпуса,

g - ускорение силы тяжести,

а - максимальная амплитуда колебания устройства,

θ - угол между вектором силы тяжести, приложенной к центру масс внутреннего корпуса, и биссектрисой угла α.

При использовании юстировка внутреннего корпуса осуществляется точными юстировочными винтами по двум координатам, перпендикулярным оси прибора по отношению к внешнему корпусу. При этом база юстировки (расстояние между котировочными винтами и плоской пружиной) может быть выбрана достаточно большой для обеспечения необходимой точности. Использование в качестве одной из опор упругой пластины исключает наличие люфтов и гистерезиса в ней при юстировке. Шаровая цапфа, в виде которой изготовлен конец винта, упирается в кромки отверстия шайбы, которая скользит по плоской юстировочной поверхности. Весь смысл их работы заключается в том, чтобы шайба неразрывно скользила по плоской поверхности внутреннего корпуса, который при юстировке совершает движение по виртуальной сферической поверхности с радиусом примерно в точке крепления упругой пластины. В то же время шаровая цапфа неразрывно связана с отверстием в шайбе и поворачивается в нем во время юстировки. Такая конструкция также обеспечивает отсутствие люфтов и гистерезисов при юстировке оптического прибора. Выбранный угол обеспечивает исключение заклинивания юстировочного механизма, а использование стягивающей пружины с соответствующим усилием исключает появление резонансных явлений. Внутренний и наружный корпуса не связаны жестко, что обеспечивает температурную стабильность устройства.

На фиг.1 изображен общий вид устройства с оптическим прибором, на фиг.2 - то же, вид сзади, на фиг.3 - то же, вид спереди, на фиг.4 - вид А увеличено, на фиг.5 - распределение сил при опирании клина.

Устройство для юстировки оптических приборов содержит внутренний 1 и наружный 2 корпуса, юстировочные винты 6 с головками, установленными в наружном корпусе 2.

Пружины 5 одними концами закреплены к внутреннему корпусу 1, а другие их концы закреплены на наружном корпусе 2, при этом передняя сторона внутреннего корпуса 11 соединена по вертикальной линии с передней стороной наружного корпуса 12 посредством плоской пружины 3, выполненной в виде пластины, плоскость которой перпендикулярна продольной горизонтальной оси оптического прибора 10.

Задние части боковых поверхностей 4 внутреннего корпуса 1 являются плоскими и юстировочными, расположены между собой под углом α, так что вершина угла обращена к наружному корпусу и находится на вертикальной линии.

Юстировочные винты 6 опираются своими концами в юстировочные поверхности 4 через плоские шайбы 8 и установлены перпендикулярно им.

Концы юстировочных винтов 6 выполнены в виде шаровой цапфы 7, при этом диаметр шара цапфы 7 больше внутреннего диаметра шайбы 8, а соотношение угла между юстировочными поверхностями 4 и коэффициентом трения шайбы 8 по плоскости боковой поверхности внутреннего корпуса 1 должно составлять

sinα<2k,

где k - коэффициент сухого трения между шайбой 8 и юстировочной поверхностью 4;

α - угол между юстировочными поверхностями 4.

Пружины 5 выполнены стягивающими с суммарным усилием F, направленным вдоль биссектрисы угла α, и закреплены на задней стороне внутреннего 1 и наружного 2 корпусов при условии, что суммарное усилие пружин должно соответствовать

где С - коэффициент упругости пластины в направлении оси корпуса,

М - масса внутреннего корпуса,

g - ускорение силы тяжести,

а - максимальная амплитуда колебания устройства,

θ - угол между вектором силы тяжести, приложенной к центру масс внутреннего корпуса, и биссектрисой угла α.

Работа устройства заключается в изменении и удержании углов наклона оптической оси прибора 10, расположенного во внутреннем корпусе 1, в процессе юстировки и эксплуатации по отношению к наружному корпусу 2. Для этого наружный корпус 2 закрепляют на некоторой опоре. Вращение юстировочных винтов 6 изменяет расстояние между задними частями корпусов. Угол наклона определяется отношением изменения зазора между юстировочной поверхностью 4 внутреннего корпуса 1 и наружного 2 к расстоянию до упругой пластины 3. Два винта 6 обеспечивают юстировку по двум координатам. Упругая пластина 3 не имеет люфтов и, изгибаясь, исключает появление гистерезисов при настройке. Шайба 8 всегда остается плоскоприлегающей к юстировочной поверхности 4 за счет поворота шаровой цапфы 7 относительно нее. Работы данного узла заключается в том, что шайба 8 неразрывно скользит по плоской поверхности 4 внутреннего корпуса 1, который при юстировке совершает движение по виртуальной сферической поверхности с радиусом примерно в точке крепления упругой пластины 3. В то же время шаровая цапфа 7 неразрывно связана с отверстием в шайбе 8 и поворачивается в нем во время юстировки. Неразрывность данного соединения определяется подбором усилия пружин 5 в зависимости от внешних воздействий и направления силы тяжести, приложенного к центру масс внутреннего корпуса 1. Такая конструкция обеспечивает отсутствие люфтов и гистерезисов при юстировке оптического прибора. Усилие пружины 5 обеспечивает постоянный прижим юстировочных поверхностей 4 к шайбам 8, юстировочным винтам 6 и внешнего корпуса 2.

Наличие клина между юстировочными поверхностями 4 может привести при определенных условиях к заклиниванию механизма юстировки.

Определим эти условия (фиг.5).

Из баланса сил при опирании клина с углом раскрыва α следует, что

; ;

где F_p - сила, перпендикулярная юстировочной поверхности 4,

F_t - сила, касательная юстировочной поверхности 4,

F - сила сжатия внутреннего 1 и внешнего 2 корпусов.

Для исключения заклинивания касательная сила должна быть больше силы трения.

F_t≥kF_p,

Откуда следует требование к углу α.

sinα>2k.

Это требование накладывает ограничение как на угол, так и на коэффициент трения k. При k>0.5 устройство не будет работать ни при каких углах. При меньших значениях k величина угла ограничена как снизу, так и сверху данным условием.

Следует отметить, что данное условие также исключает заклинивание при температурных изменениях окружающей среды (при изменении размеров внутреннего 1 корпуса относительно внешнего 2 из-за применения различных материалов).

При воздействии внешних механических факторов устройство будет устойчиво работать при отсутствии резонансов. Наиболее опасным является наличие продольного резонанса. При этом упругим элементом является плоская передняя пружина 3, а инерция определяется массой внутреннего корпуса 1. Из источника информации (Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф, 1965, Наука, Москва, с.106) известно, что автоколебательный режим для систем с сухим трением не возникает при выполнении условия

где а - амплитуда смещения под воздействием внешних сил,

F_трения - сила сухого трения,

С - коэффициент упругости.

С учетом того, что сжимающая наружный 2 и внутренний 1 корпуса сила состоит из усилия сжатия пружины 5, веса внутреннего корпуса 1 с оптическим прибором 9, а прибор может стоят под некоторым углом к вертикали, указанное условие требует выполнения следующего соотношения для усилия стягивающей пружины 5:

где С - коэффициент упругости пластины 3 в направлении оси корпуса,

М - масса внутреннего корпуса 1,

g - ускорение силы тяжести,

а - максимальная амплитуда колебания устройства,

θ - угол между вектором силы тяжести, приложенной к центру масс внутреннего корпуса, и биссектрисой угла α.

При наличии смазки условие демпфирования не будет выполнено для отдельных частот и будут возникать резонансные явления.

Данное устройство применяется для оптических приборов, требующих высокой точности наведения и работающих в условиях воздействия жестких механо-климатических факторов. Это могут быть системы атмосферной оптической связи, лазерного видения, оптической телеметрии и т.п. Данное устройство с оптическим прибором может быть использовано как в стационарном варианте, так и при установке на различные транспортные средства (наземные, морские или воздушные).