Устройство для контроля угловых параметров систем с поворотным головным зеркалом

1 Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к устройствам для контроля угловых параметров систем с поворотным головным зеркалом, используемых преимущественно в прицелах для бронетанковой техники. Наиболее эффективно применение устройства для контроля систем,снабженных устройствами стабилизации головного зеркала. Основными угловыми параметрами таких систем являются величины углов отклонения визирной оси в двух взаимно ортогональных направлениях, связанные с включением или выключением устройства арретирования поворотного зеркала, изменение направления визирной оси за фиксированный промежуток времени при работе гироскопов, отклонение визирной оси от вертикальной плоскости при развороте зеркала вокруг горизонтальной оси, а также диапазоны углов поворота зеркала в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для контроля системы с поворотным головным зеркалом может быть использовано устройство, содержащее установочную площадку с элементами ориентирования контролируемой системы на ней, визирное устройство и широкоугольный коллиматор [1]. Основными недостатками такого устройства являются невысокая точность контроля углов отклонения визирной оси от вертикальной плоскости, обусловленная влиянием аберраций объектива, которые сложно устранить при больших углах поля зрения, а также невозможность контроля углов отклонения визирной оси от вертикальной плоскости при углах ее поворота вокруг горизонтальной оси, близких к 90. Известно также устройство для контроля систем с поворотным головным зеркалом на базе вертикального гониометра [2], включающее установочную площадку с элементами ориентирования на ней, визирное устройство и поворотный вокруг горизонтальной оси оптический модуль. Данное устройство позволяет осуществлять контроль углов отклонения визирной оси от вертикальной плоскости при любых углах разворота зеркала контролируемой системы. Однако недостатками такого устройства являются сложность конструкции и значительная трудоемкость измерений, связанная с необходимостью настройки гониометра на каждый проверяемый угол. Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство, содержащее корпус с установочной плоскостью и двумя ориентирующими штифтами на ней, устройство для наблюдения и оптический опорный модуль, жестко связанный с корпусом и оптически сопряженный с устройством для наблюдения [3]. Устройство для наблюдения представляет собой зрительную трубу, визирная ось которой перпендикулярна опорной плоскости корпуса. Оптический опорный модуль состоит из первого базового широкоугольного коллиматора с изме 002080 2 рительными угловыми шкалами и дополнительного широкоугольного коллиматора, расширяющего диапазон углов, измеряемых с помощью первого широкоугольного коллиматора. Коллимационная ось первого широкоугольного коллиматора параллельна установочной плоскости корпуса, а коллимационная ось второго коллиматора составляет с установочной плоскостью корпуса некоторый угол, зависящий от конструктивных особенностей контролируемой системы стабилизации зеркала. Вертикальная измерительная шкала второго широкоугольного коллиматора при контроле систем с поворотным головным зеркалом является продолжением вертикальной измерительной шкалы первого широкоугольного коллиматора, что обеспечивает возможность контроля вертикальных углов в более широком диапазоне. При этом коллимационные оси обоих коллиматоров расположены в плоскости, перпендикулярной опорной плоскости корпуса и проходящей также через оси ориентирующих штифтов. При контроле первый широкоугольный коллиматор используется главным образом для определения угловых параметров, связанных с работой устройства арретирования и работой гироскопов, а для определения отклонения визирной оси от вертикальной плоскости при развороте зеркала вокруг горизонтальной оси используются метки, нанесенные на сетках обоих коллиматоров. Диапазон углов поворота зеркала вокруг вертикальной оси обычно невелик и для его контроля используют угловые шкалы первого широкоугольного коллиматора. Контроль диапазона углов поворота зеркала вокруг горизонтальной оси осуществляют с использованием угловых шкал первого и второго коллиматоров. Данное устройство обеспечивает возможность оперативного контроля всех требуемых угловых параметров в широком диапазоне углов разворота визирной линии контролируемой системы с поворотным головным зеркалом вокруг горизонтальной оси. Однако его недостатками являются невысокая точность контроля углов отклонения визирной оси от вертикальной плоскости при развороте зеркала контролируемой системы вокруг горизонтальной оси, обусловленная значительными аберрациями объективов широкоугольных коллиматоров, особенно на краях поля зрения, сложность конструкции оптического опорного модуля, выполненного в виде двух сложных оптических систем - широкоугольных коллиматоров, а также невысокие эксплуатационные характеристики, обусловленные возможностью расстраивания измерительной схемы и повышенной трудоемкостью юстировки при проведении поверки. Повышенная трудоемкость юстировки определяется тем, что при юстировке каждого из двух широкоугольных коллиматоров, обладающих значительной массой, требуется осуществить не только их 3 повороты вокруг трех взаимно ортогональных осей, но и выполнить их надежную фиксацию после юстировки, что обусловливает конструктивную сложность юстировочных механизмов и значительную трудоемкость юстировочных работ. Задачей изобретения является повышение точности контроля углов отклонения визирной оси контролируемой системы с поворотным головным зеркалом от вертикальной плоскости при развороте зеркала вокруг горизонтальной оси, упрощение конструкции, а также улучшение эксплуатационных свойств устройства. Для решения поставленной задачи в устройстве для контроля угловых параметров систем с поворотным головным зеркалом, содержащем корпус с установочной плоскостью и двумя ориентирующими штифтами на ней, устройство для наблюдения, визирная ось которого перпендикулярна установочной плоскости корпуса, и оптический опорный модуль, включающий широкоугольный коллиматор с измерительными угловыми шкалами, жестко связанный с корпусом и оптически сопряженный с устройством для наблюдения, устройство для наблюдения выполнено в виде автоколлимационной зрительной трубы, а оптический опорный модуль дополнительно включает систему, по меньшей мере, двух зеркал, причем коллимационная ось широкоугольного коллиматора и центральные нормали зеркал расположены в плоскости, перпендикулярной опорной плоскости корпуса и составляющей с плоскостью, содержащей оси ориентирующих штифтов, угол ,причем 90. Для упрощения юстировки устройства оно включает дополнительно систему оптических компенсаторов, каждый из которых установлен перед одним из зеркал оптического опорного модуля и оптически сопряжен с устройством для наблюдения. Для повышения удобства в работе с целью возможности определения введенного в действие зеркала системы зеркал оптического опорного модуля при контроле, а следовательно,угла поворота визирной оси контролируемой системы с поворотным головным зеркалом, оптические компенсаторы могут иметь различное спектральное пропускание. Выполнение устройства для наблюдения в виде автоколлимационной зрительной трубы, а оптического опорного модуля в виде широкоугольного коллиматора с относительно небольшим углом поля зрения и системы зеркал позволяет повысить точность контроля углов отклонения визирной оси от вертикальной плоскости при развороте зеркала вокруг горизонтальной оси, так как за счет автоколлимации от плоских зеркал величина измеряемого угла удваивается, а следовательно, примерно вдвое уменьшается и погрешность измерений углов. 4 Кроме того, повышение точности контроля достигается благодаря исключению влияния на результаты измерений аберраций объектива второго широкоугольного коллиматора, функции которого в заявляемом устройстве выполняет безаберрационная система зеркал. Выполнение оптического опорного модуля в виде широкоугольного коллиматора и жестко связанной с ним системы зеркал позволяет упростить конструкцию устройства, так как при этом сложный оптико-механический блок - широкоугольный коллиматор - заменен на группу простых элементов - плоских зеркал. Во многих практических случаях достаточно иметь лишь два зеркала, обеспечивающие возможность контроля углов отклонения визирной оси контролируемой системы от вертикальной плоскости на краях диапазона углов поворота зеркала. Кроме того применение в заявляемом устройстве зеркал в качестве части оптического опорного модуля позволяет упростить конструкцию юстировочных механизмов его элементов, так как не требуется осуществлять юстировочные повороты зеркал вокруг их нормалей, поскольку эти повороты зеркал в отличие от аналогичного поворота широкоугольного коллиматора не приводят к погрешностям измерений, а также исключить необходимость введения конструктивно сложной системы фиксации зеркал ввиду их малой массы и вследствие этого уменьшить трудоемкость юстировки при изготовлении и поверке приборов. Упрощение конструкции оптического опорного модуля и уменьшение его массы снижает вероятность расстраивания измерительной схемы устройства, а уменьшение количества юстировочных подвижек при юстировке, необходимость которой обычно возникает при периодической поверке, повышает производительность выполняемых вспомогательных работ. Это обусловливает повышение удобства в эксплуатации заявляемого устройства. Введение в устройство оптических компенсаторов,каждый из которых установлен в ходе лучей перед одним из зеркал системы зеркал оптического опорного модуля, позволяет дополнительно уменьшить трудоемкость юстировочных работ при поверке приборов, так как в большинстве практических случаев позволяет отказаться от юстировки зеркал, а возникающие ошибки их углового положения компенсировать подвижкой малочувствительных оптических компенсаторов, что также повышает удобство в эксплуатации устройства. Выполнение оптических компенсаторов с различным спектральным пропусканием позволяет легко определить введенное в действие зеркало, а следовательно, безошибочно определить данный угол разворота визирной оси контролируемой системы с поворотным головным зеркалом в вертикальной плоскости,что повышает удобство контроля. Таким образом, заявляемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает более 5 высокую точность контроля, имеет более простую конструкцию и более удобно в эксплуатации. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, на фиг. 2 показан вид поля зрения автоколлимационной зрительной трубы при наблюдении изображения сетки широкоугольного коллиматора, на фиг. 3 - вид поля зрения автоколлимационной зрительной трубы при наблюдении автоколлимационного изображения марки автоколлиматора, на фиг. 4 представлен фрагмент, поясняющий работу заявляемого устройства. Устройство для контроля угловых параметров системы с поворотным головным зеркалом (фиг. 1) включает жесткий корпус 1, имеющий установочную плоскую поверхность Р, в которую запрессованы два ориентирующих штифта 2, широкоугольный коллиматор 3,включающий объектив 4, сетку 5 с измерительными шкалами, матовую пластину 6 и осветитель 7, жесткий кронштейн 8, систему зеркал,условно показанную в виде трех зеркал 9, 10 и 11, оптические компенсаторы 12, 13 и 14, установленные в ходе лучей параллельно каждому из зеркал, а также автоколлимационную зрительную трубу, включающую объектив 15,плоское зеркало 16, введенное в схему устройства для удобства компоновки, и автоколлимационный окуляр 17 со светоделительным кубиком. Широкоугольный коллиматор 3 и система зеркал 9, 10 и 11 образуют оптический опорный модуль. На фиг. 1 показана также контролируемая система 18 с поворотным головным зеркалом, основным элементом которой является поворотное зеркало 19. Корпус контролируемой системы имеет отверстие для прохождения световых лучей, которое может быть закрыто защитными стеклами, например 20 и 21. Визирная ось автоколлимационной зрительной трубы перпендикулярна установочной плоскости Р. Широкоугольный коллиматор 3 и зеркала 9, 10 и 11 системы зеркал оптического опорного модуля жестко закреплены в кронштейне 8, который в свою очередь жестко связан с корпусом 1. Зеркала расположены под разными углами к установочной плоскости Р, определяемыми диапазоном углов поворота зеркала контролируемой системы и техническими требованиями к ней. Крайние зеркала 9 и 11 развернуты относительно оптической оси широкоугольного коллиматора 3 на углы, соответствующие крайним точкам диапазона углов разворота зеркала контролируемой системы, а зеркало 10 установлено так, чтобы обеспечить контроль угловых величин при одном из промежуточных углов поворота зеркала контролируемой системы. Зеркала 9, 10 и 11 размещены таким образом, что их нормали и ось широкоугольного коллиматора параллельны плоскости, перпендикулярной установочной плоскости Р и составляющей с плоскостью, содержащей оси ориентирующих 6 штифтов 2, угол , причем величина этого угла может быть в пределах, определяемых соотношением 90. На фиг. 1 представлен частный случай, когда= 0. Широкоугольный коллиматор и каждое из зеркал системы зеркал оптического опорного модуля оптически сопряжены с автоколлимационной зрительной трубой посредством разворачивающегося вокруг горизонтальной оси зеркала 19 контролируемой системы. Зеркала 9, 10 и 11 могут быть установлены в юстируемых оправах с возможностью их юстировочных поворотов вокруг двух взаимно ортогональных осей, параллельных их отражающим плоскостям, или могут крепиться жестко в кронштейне 8. В последнем случае перед ними должны быть установлены оптические компенсаторы, которые позволяют компенсировать ошибки углов установки зеркал устройства. Компенсаторы могут быть выполнены, например, в виде поворотных клиньев с малым углом при вершине - примерно равном (5 - 10)', а при необходимости компенсации ошибок установки зеркал по двум координатам - в виде пары клиньев [4]. Измерительная шкала широкоугольного коллиматора двухкоординатная и проградуирована в угловых единицах. Проекционная марка автоколлимационной зрительной трубы также имеет двухкоординатную измерительную шкалу, штрихи которой выполнены прозрачными на непрозрачном фоне. Работает устройство следующим образом. Контролируемая система 18 с поворотным головным зеркалом 19 размещается на установочной плоскости Р корпуса 1, базируясь на ориентирующие штифты 2. Для этого в корпусе контролируемой системы имеются соответствующие отверстия. Разворотом головного зеркала контролируемой системы добиваются появления в поле зрения автоколлимационной зрительной трубы изображения I1 измерительной сетки широкоугольного коллиматора (фиг. 2). Головное зеркало контролируемой системы при этом займет положение З 0 (фиг. 4). Проверяют работу системы арретирования зеркала, оценивая смещения 1 и 1 (фиг. 2) изображения измерительной шкалы широкоугольного коллиматора 4 (фиг. 4) относительно штрихов перекрестия сетки окуляра автоколлимационной зрительной трубы, включая или выключая механизм арретирования. Изменения этих величин не должны превышать допустимых значений. Для контроля скорости увода визирной линии определяют разность значений 1 и 1 в начале и в конце фиксированного промежутка времени при работающих гироскопах. Эта разность не должна превышать допустимых значений. Контроль отклонения линии визирования от вертикальной плоскости при повороте головного зеркала вокруг горизонтальной оси выполняют следующим образом. Разворачивают зеркало контролируемой системы против часовой стрелки до тех пор, 7 пока в поле зрения автоколлимационной зрительной трубы не появится автоколлимационное изображение I2 (фиг. 3) проекционной марки,полученное при отражении света от зеркала 1(фиг. 4), а величина вертикального смещения изображения I2 относительно горизонтального штриха окулярной сетки автоколлиматора 2 не окажется близкой к нулю. Головное зеркало контролируемой системы займет положение З 1,а визирная ось контролируемой системы развернется вокруг горизонтальной оси на угол 1. При этом величина угла 2 горизонтального смещения изображения I2 относительно вертикального штриха перекрестия окулярной сетки автоколлимационной зрительной трубы в единицах измерительной шкалы ее проекционной марки представляет собой контролируемую величину отклонения визирной оси от вертикальной плоскости для данного угла 1. Затем зеркало контролируемой системы разворачивают по часовой стрелке до появления в поле зрения автоколлимационного изображения проекционной марки, полученного вследствие отражения света от среднего зеркала 2. Это произойдет в случае поворота визирной оси контролируемой системы на второй нормируемый угол 2 (фиг. 4). Зеркало контролируемой системы займет положение З 2. Вновь оценивают величину 2(фиг. 3) в единицах измерительной шкалы проекционной марки автоколлимационной зрительной трубы, которая представляет собой контролируемую величину для угла 2. Наконец, зеркало разворачивают по часовой стрелке до тех пор, пока в поле зрения автоколлимационной зрительной трубы не появится автоколлимационное изображение проекционной марки, образованное светом, отраженным от зеркала 3 (фиг. 4). Зеркало контролируемой системы в этом случае займет положение З 3, а визирная ось контролируемой системы повернется на угол 3. Контроль величины увода визирной оси в горизонтальной плоскости в этом случае осуществляют, оценивая величину 2 (фиг. 3) в единицах измерительной шкалы проекционной марки автоколлимационной зрительной трубы аналогично двум предыдущим случаям. Зеркала 1 и 3(фиг. 4) установлены таким образом, что углы 1 и 3 соответствуют границам диапазона разворота головного зеркала. Таким образом, поворачивая зеркало до упора против часовой стрелки и по часовой стрелке по величине смещения автоколлимационного изображения проекционной марки в вертикальной плоскости относительно горизонтального штриха перекрестия окулярной сетки автоколлимационной зрительной трубы контролируют диапазон поворота головного зеркала контролируемой системы вокруг горизонтальной оси. Поверку устройства выполняют с помощью образцовой системы, включающей корпус и поворотное вокруг горизонтальной оси зерка 002080 8 ло. Разворачивая зеркало в пределах всего диапазона углов его поворота, последовательно добиваются появления в поле зрения автоколлимационной зрительной трубы изображений измерительных шкал широкоугольного коллиматора или проекционной марки. При этом величины угла 1 (фиг. 2) и углов 2 в каждом из трех положений зеркала контролируемой системы (фиг. 3) должны быть близки к нулю и не превышать допустимых величин. В противном случае осуществляют юстировку устройства. При этом для уменьшения величины 1 смещают сетку с измерительной шкалой широкоугольного коллиматора в поперечном направлении, добиваясь условия 10. Для уменьшения величин 2 разворачивают клиновые компенсаторы, добиваясь условия 20. Таким образом заявляемое устройство обеспечивает не только повышение точности контроля углов отклонения визирной оси системы стабилизации зеркала от вертикальной плоскости при развороте зеркала вокруг горизонтальной оси, но и обладает более простой конструкцией, а также отличается улучшенными эксплуатационными свойствами. Используемые источники информации 1. Бардин А.Н. Сборка и юстировка оптических приборов. М., "Высшая школа", 1967, с. 202. 2. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов. Л., "Машиностроение", 1968, с. 262. 3. Прибор для контроля параметров блока зеркала КЮ 583 М.000 ТО. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Минск,АО"Пеленг", 1997 (прототип). 4. Сухопаров С.А. Сборка и юстировка морских оптических дальномеров. М., "Оборонгиз", 1961, с. 144. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для контроля угловых параметров систем с поворотным головным зеркалом, содержащее корпус с установочной плоскостью и двумя ориентирующими штифтами на ней, устройство для наблюдения, визирная ось которого перпендикулярна установочной плоскости корпуса, и оптический опорный модуль,включающий широкоугольный коллиматор с измерительными угловыми шкалами, жестко связанный с корпусом и оптически сопряженный с устройством для наблюдения, отличающееся тем, что устройство для наблюдения выполнено в виде автоколлимационной зрительной трубы, а оптический опорный модуль дополнительно включает систему, по меньшей мере, двух зеркал, причем коллимационная ось широкоугольного коллиматора и центральные нормали зеркал расположены в плоскости, перпендикулярной установочной плоскости корпуса и составляющей с плоскостью, содержащей оси ориентирующих штифтов, угол , причем 90. 2. Устройство для контроля угловых параметров систем с поворотным головным зеркалом по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно включает систему оптических компенсаторов, каждый из которых установлен перед одним из зеркал оптического опорного мо 10 дуля и оптически сопряжен с устройством для наблюдения. 3. Устройство для контроля угловых параметров систем с поворотным головным зеркалом по п.2, отличающееся тем, что оптические компенсаторы имеют различное спектральное пропускание.