Создание автоматизированного метода расчета допусков на конструктивные элементы центрированных оптических систем со сферическими и плоскими поверхностями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат технических наук Кунделева, Наталия Ефимовна

• Кунделева, Наталия Ефимовна
• кандидат технических наук
• 1982

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кунделева, Наталия Ефимовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДОПУСКОВ

НА КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКИХ

СИСТЕМ (ОБЗОР)

ВЫВОД.

ГЛАВА 2. МЕТОД РАСЧЕТА ДОПУСКОВ НА КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГРАНИЦ.

§ I. Распределение общего допуска на отдельные элементы оптических систем

§ 2. Допустимые величины аберраций оптических систем.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. АСТИГМАТИЧЕСКИЕ ОШИБКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ

И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ДОПУСКОВ НА НИХ

§ I. Структура осевого пучка лучей при наличии астигматических ошибок на поверхностях.

§ 2. Расчет допусков на астигматические ошибки поверхностей

§ 3. Влияние межлинзового слоя клея на свойства оптических систем

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ПРОГРАММА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ДОПУСКОВ НА КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЦЕНТРИРОВАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СО СФЕРИЧЕСКИМИ И ПЛОСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ.

§ I. Алгоритм автоматизированного расчета допусков на конструктивные элементы центрированных оптических систем со сферическими и плоскими поверхностями

§ 2. Программа автоматизированного расчета допусков на конструктивные элементы оптических систем. выводы .из

ГЛАВА 5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ДОПУСКОВ НА КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ ПОМОЩИ ПРОГРАММЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ДОПУСКОВ

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание автоматизированного метода расчета допусков на конструктивные элементы центрированных оптических систем со сферическими и плоскими поверхностями»

В последние десятилетия оптическая промышленность как в нашей стране, так и за рубежом развивается очень быстрыми темпами. Вызвано это тем, что практически ни одна область исследования: от наблюдения за астрономическими объектами до изучения микроструктуры вещества - не обходится без применения оптики. Номенклатура оптических приборов, выпускаемых промышленностью, огромна. Она включает в себя и высокоточные системы специального назначения, обеспечивающие качество изображения близкое к дифракционному, и широкий класс приборов, используемых в быту: кино- и фотоаппаратуру, бинокли, диапроекторы и так далее. В настоящее время разработаны и постоянно совершенствуются автоматизированные методы расчета оптических систем, позволяющие проводить синтез, коррекцию, исследования характеристик оптических приборов. В то же время расчет теоретически обоснованных допусков на изготовление оптических систем является одной из нерешенных задач вычислительной оптики. Назначение допусков, как правило, производится по аналогии с допусками изготавливаемых систем, то есть на основании опыта. Такой, по сути дела, субъективный подход приводит часто к необоснованному ужесточению допусков, а в случае назначения допусков на принципиально новые системы может вызвать недопустимое ухудшение качества изображения у реальных систем по сравнению с расчетным.

Внедрение в практику работы оптиков-расчетчиков теоретически обоснованных методов расчета допусков сулит большой технико-экономический эффект. Расчет допусков на конструктивные параметры оптических систем - радиусы кривизны поверхностей, толщины линз и воздушные промежутки между ними, показатели преломления и средние дисперсии сред - представляет собой самостоятельную задачу, являющуюся частью общей, включающей в себя определение допусков на центрировку, на углы призм, на взаимное расположение отдельных элементов оптической системы и тому подобное. Целью данной работы являлась разработка метода расчета допусков, завершившаяся созданием алгоритма и программы применительно к ЭВМ БЭСМ-6, которая обеспечивает автоматизированный расчет допусков на конструктивные параметры центрированных оптических систем, не содержащих асферических поверхностей.

Диссертация состоит из 5 глав. В первой главе анализируются современные методы расчета допусков на конструктивные параметры в нашей стране и за рубежом.

Во второй главе рассматривается метод расчета допусков с учетом технологических границ по заданным допустимым отклонениям геометрических или волновых аберраций. При расчете допусков принимается во внимание то обстоятельство, что их значения должны находиться внутри определенных интервалов, установленных действующими нормативными документами и иметь дискретные значения также предписываемые ГОСТами. В этой главе приведены рекомендации по выбору допустимых отклонений аберраций в зависимости от степени коррекции оптической системы.

В третьей главе исследуется структура осевого пучка лучей при наличии астигматических ошибок на поверхностях, рассматриваются особенности расчета допусков на астигматические ошибки, в том числе и влияние межлинзового слоя клея.

В четвертой главе подробно излагается алгоритм автоматизированного расчета допусков на конструктивные параметры центрированных систем и дается описание созданной по этому алгоритму программы для ЭВМ БЭСМ-6.

В пятой главе приведены примеры расчета допусков конкретных оптических систем.

Автор выносит на защиту следующие положения:

1. Метод расчета допусков на конструктивные элементы оптических систем с учетом технологических границ.

2. Метод расчета допусков на астигматические ошибки поверхностей с учетом вероятностного характера распределения осевого астигматизма.

3. Необходимость учета межлинзового слоя клея на расчет допусков и, в первую очередь, на астигматические ошибки.,

Алгоритм автоматизированного расчета допусков на конструктивные параметры центрированных оптических систем со сферическими и плоскими поверхностями.

5. Программа для ЭВМ БЭСМ-6, позволяющая рассчитывать допуски на конструктивные элементы оптических систем по заданным отклонениям аберраций (волновых и геометрических) и параксиальных характеристик и обеспечивающая допустимое снижение качества изображения вследствие отступления параметров от своих расчетных значений на величины допусков. Программа внедрена в ГОИ им.С.И.Вавилова, в ЦКБ "Пеленг" (БелОМО), что подтверждено актами внедрения (приложения I и 2).

Содержание диссертации изложено на 101 странице машинописного текста и иллюстрируется 14 рисунками, 24 таблицами.

Заключение диссертации по теме «Оптика», Кунделева, Наталия Ефимовна

ВЫВОДЫ

1. Расчеты, проведенные в ходе опытной эксплуатации программы автоматизированного расчета допусков на конструктивные элементы центрированных оптических систем со сферическими и плоскими поверхностями, показали, что данная программа применима для определения допусков систем различной степени корригированности и разного назначения.

2. Допуски, получающиеся в результате автоматизированного расчета, имеют технологически выполнимые, регламентируемые действующими в настоящее время нормативными документами, значения.

3. Применение программы автоматизированного расчета допусков значительно снижает трудоемкость работы конструктора по сравнению с традиционным методом назначения допусков при помощи таблицы влияния.

Отклонения параметров от своих номинальных значений на величины допусков, рассчитанных при помощи данной программы, вызывают изменения аберраций и параксиальных характеристик систем не большие допустимых отклонений этих функций, тем самым обеспечивая снижение качества изображения в страсо заданных пределах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате данной работы:

1. Впервые разработан метод расчета допусков на конструктивные элементы центрированных оптических систем со сферическими и плоскими поверхностями с учетом технологических границ по заданным допустимым отклонениям аберраций и параксиальных характеристик, позволяющий получать дискретные значения допусков, регламентированные действующими в настоящее время нормативными документами.

2. Приведены рекомендации о величинах отклонений аберраций оптических систем, определяющих допустимое снижение качества изображения, в зависимости от степени-коррекции.

3. Предложен метод расчета астигматических ошибок поверхностей по величине допустимого осевого астигматизма с учетом характера его вероятностного распределения.

4. Выявлена необходимость учета межлинзового слоя клея при расчете допусков на астигматические ошибки и подгонку под пробное стекло.

5. Создана методика расчета допусков на среднюю дисперсию стекол линз в любом заданном спектральном интервале, ограниченном областью 0.0003*0.0008 мм.

6. По разработанным методикам расчета допусков на конструктивные элементы оптических систем был создан алгоритм и в соответствии с ним составлена программа на ЭВМ БЭСМ-6, позволяющая по заданным допустимым отклонениям функций рассчитывать допуски на конструктивные элементы оптических систем различной степени коррекции и назначения, содержащих сферические и плоские поверхности. Программа включена в комплекс CAPO ГОИ (система автоматизированного расчета оптики) в виде самостоятельного требования. Программа такого рода создана в СССР впервые.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кунделева, Наталия Ефимовна, 1982 год

1. Мальцев М.Д. Расчет допусков на оптические детали. М., Машиностроение, 1974, 168 с.

2. Скворцов Г.Е., Панов В.А., Поляков Н.И., Федин Л.А. Микроскопы. Л., Машиностроение, 1969, 512 с.

3. Панов В.А., Андреев Л.Н., Оптика микроскопов. Л., Машиностроение, 1976, 430 с.

4. Слюсарев Г.Г.-Методы расчета оптических систем. Л., Машиностроение, 1969, 670 с.

5. Grey D.S. Tolerance sensitivity and optimization. Appl.

6. Opt., 1970, v. 9, N 3, p. 523-526.

7. Грамматин А.П., Деген А.Б. Оценка технологичности оптических систем. 0MI1, 1973, № 7, с. 70-71.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М., Гос.изд.физ-мат. литературы, 1958, 464 с.

9. Марешаль А., Франсон М. Структура оптического изображения. М., Мир, 1964, 296 с.

10. Hopkins Н.Н. The use diffraction-based, criteria of image quality in automatic optical desing. Optica Acta, 1966, v. 13, N p. 343-369•

11. Справочник конструктора оптико-механических приборов./Панов В.А., Кругер М.Я., Кулагин В.В. и др. Л., Машиностроение, 1980, 742 с.

12. Дунаев П.Ф. Методика расчета рациональных допусков. Станки и инструменты, 1952, № 6, с. 26-32.

13. Бородачев Н.А. Анализ качества и точности производства. М., Машгиз, 1946, 252 с.

14. Бруевич Н.Г. Точность механизмов. М., Гостехтеориздат, 1946, 352 с.

15. Ельников Н.Т., Дитев А.Ф., Юрусов И.К. Сборка и юстировка оптико-механических приборов. М., Машиностроение, 1974, 350 с.

16. Ц^ккерман С.Т. Точные механизмы. М., Оборонгиз, 1941, 304 с.

17. Сокольский М.Н. Теоретические основы расчета допусков в оптических приборах. Л., ЛИТМО, 1980, с. 80.

18. Родионов С.А., Хлусова Н.И. О распределении допусков на скалярные и векторные погрешности оптических систем. Труды ЛИТМО, 1976, с. 82-88.

19. Грамматин А.П. О расчете допусков на конструктивные параметры объективов для микроскопа. 0МГ1, 1965, №4, с. 15-18.

20. Сокольский М.Н. О расчете допусков на местную астигматическую ошибку. Труды ЛИТМО, Оптическое приборостроение, 1980,с. 72-77.

21. Lesniewski М. Probabalistic model for shape errors of spherical surfaces in opticalelements. Optica Applicata, 1976, v. 1/4, p. I3I-I34.

22. Максутов Д.Д. Изготовление и исследование астрономической оптики. М.-Л., ГИТТЛ, 1948, 280 с.

23. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов. Л., Машиностроение, 1974, 292 с.

24. Погарев Г.В. Оптические юстировочные задачи: Справочное пособие. Л., Машиностроение, 1974, 224 с.

25. Богатырева И.И., Ган М.А. Расчет влияния зональных ошибок на качество изображения оптических систем. ОМП, 1980, № II, с. 19-21.

26. Исследование связи распределения энергии в пятне рассеяния с величиной и формой отступления поверхности зеркала от идеальной./Зверев В.А., Родионов С.А., Сокольский М.Н., JIano Л.М. -0MII, 1976, № II, с. 5-8.- ш

27. Зверев В.А., Родионов С.А., Сокольский М.Н. Об оценке влияния местных деформаций волнового фронта на качество оптического изображения. Оптика и спектроскопия, 1974, т.36, вып. 4,с. 792-797.

28. Берек М. Основы практической оптики. М.-Л., ГТТИ, 1933, 136 с.

29. Грамматин А.П., Деген А.Б., Рыбаков И.Р. Универсальные программы для автоматизированного расчета оптических систем на ЭВМ. Труды ГОИ, 1970, т. 37, вып. 167, с. 5-28.

30. Грамматин A.n., Деген А.Б. Методика расчетов оптических систем с использованием ЭВМ. ОМП, 1974, № 10, с. 32-35.

31. Richter W., Pabst S. Automatische korrection optischer systeme mit dem ziel grosertoleranzen. Peingerätetechnik, 1972, b. 29, N 4, s. 153-156.

32. Haferkorn H., Eichler W. Zur systematic der bewertung optischer systeme. -Feingerätetechnik, 1972, b. 21, N 9, s. 399-402.

33. Haferkorn H., Richter W. Mathematische methoden der automatischen korrektion. -Wiss. Ztschr TH Ilmenau, 1974, b. 20,1. N 2, s. 63-71.

34. Haferkorn H., Richter W. Rechentechnische Probleme bei der automatischen korrektion optischer systeme.

35. Wiss. Ztschr. ШН Ilmenau, 1976, b. 22, N I, s. I3I-I44; N 2, s. 149-165.

36. Беллман Р. Динамическое программирование. М., ИЛ, I960, 400 с.

37. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М., Наука, 1965, 458 с.

38. Fialovszky L. Optishe fertigungstoleranzen. -Optica Acta, 1964, v. II, IT I, p. 69-83.

39. Truckenbrodt H., Seiferth. W. Ermittlung von fertigungstoleranzen optischer systeme nach einem deterministichen ansatz. -Feingeratetechnik, 1978, b. 27, N 6, s. 273-275.

40. Boivin A. Teorie it calcel des figures de diffraction de revolution. Paris, 1964, 260 p.

41. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. M., Наука, 1970, 856 с.

42. Бездидько С.Н. Применение полиномов Цернике в оптике. ОМИ,1974, № 9, с. 58-62.

43. Starke J.P., Wise С.М. Modulation-transfer function-based optical sensitivity and tolerancing programs. Appl. Opt., 1980, v. 19, N II, p. 1768-1772.

44. Методы Монте-Карло в вычислительной математике и математической физике. Сборник науч.трудов./Под ред. Г.И.Марчука. Новосибирск, 1976, 180 с.

45. Ермаков С.М. Методы Монте-Карло и смежные вопросы. М., Наука,1975, 472 с.

46. Marchand E.W., Phillips R. Calculation of optical transfer function from lens-design data. -Appl. Opt., 1963, v. 2, IT 4, p. 359-364.

47. Грамматин A.ii. Современная вычислительная оптика. ОМП, 1978, № 12, с. 36-39.

48. Barakat R. Rayleigh v/avefront criterion. -JOSA, 1965, v. 55, N 5, p. 572-57347. Грамматин А.П., Кунделева H.E. Распределение допусков на конструктивные элементы оптических систем с учетом технологических границ. ОМП, 1981, № 6, с. 61.48