Конструкторско-технологическая унификация микрообъективов с учетом автоматизации их сборки

• Автор: Табачков, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Конструкторско-технологическая унификация МО с учетом автоматизации их сборки

Оглавление
Введение

Глава1. Состояние изучаемого вопроса постановка задачи на исследование

1.1. Анализ существующих конструкций отечественных и зарубежных производителей

1.2. Технологические погрешности элементов микрообъектива, влияющие на целевые показатели качества

1.3. Исследование существующих технологических процессов сборки

1.4. Выводы по главе

Глава2. Разработка базовой и модифицированных конструкций линзовых микрообъективов

2.1. Положения по конструкторско-технологической унификации изделий и процессов их сборки

2.2. Унификация конструктивных решений и параметров

2.3. Методы компенсации погрешностей в микрообъективе
2.4. Разработка унифицированного ряда микрообъективов
2.5. Технико-экономические параметры сравнения новых и существующих микрообъективов
2.6. Выводы по главе
ГлаваЗ. Концепция линии автоматизированной сборки МО на основе адаптивной селекции их
компонентов
3.1. Основные положения проектирования сборочной линии
3.2. Технология автоматизированного изготовления микрообъектива
3.3. Создание модели комплекса (лаборатории) автоматизированной сборки и контроля микрообъектива
3.4. Создание модели транспортной линии сборки и контроля
3.5. Автоматизация сборочных операций и создание рабочих станций
3.6. Выводы по главе
Глава4. Расчет допусков на элементы унифицированной конструкции микрообъективов
4.1. Основные технологические погрешности, влияющие на целевые показатели качества микрообъектива
4.2. Теоретические основы и методика расчета допусков на технологические погрешности элементов МО
4.3. Расчет допусков на центрировку линз базовой унифицированной конструкции микрообъектива
4.4. Алгоритм компенсации погрешностей при виртуальной сборке МО
4.5. Выводы по главе
.Заключение
.Список иллюстраций
.Список использованной литературы
.Приложения
Приложение 1. Технологический процесс мануальной сборки МО(гл.1)
1 .а. чертежи узлов и объективов
1 .Ь. технологический процесс сборки
Приложение 2. Конструкции зарубежных МО ( гл. 1)
Приложение 3. Технологический процесс автоматизированной сборки микрообъектива (гл.З)
З.а. чертежи узлов и микрообъектива
З.Ь. технологический процесс

В155еПайоп-ТаЬас11коу-2011 1/
Введение
Современное приборостроение характеризуется постоянным повышением требований к показателям качества производимой продукции при одновременном снижении затрат на. ее производство. Одним из эффективных методов уменьшения издержек при создании новых и модернизации существующих изделий является унификация их конструкций и автоматизация технологических процессов производства, особенно процессов сборки, юстировки и контроля целевых показателей качества.
Унификация конструкций (индивидуальная, базовая, блочно-модульная) и автоматизация сборки в настоящее время является весьма актуальной задачей, которой занимаются все передовые производящие оптические фирмы. Оптические приборы и устройства характеризуются разнообразием назначения, различием физических принципов действия используемых функциональных устройств (механики, оптики, электроники и их сочетания). Решать проблемы и задачи, связанные с их унификацией и автоматизацией сборочно-юстировочных процессов достаточно сложно.
Одним из наиболее широко используемых видов оптической продукции являются разнообразные микроскопы, используемые в биологии, медицине, металлургии, метрологии и других областях науки и техники. Известны работы по унификации конструкций'различных видов микроскопов и их элементов [2]. Одним из основных и наиболее ответственных функциональных устройств микроскопов являются микрообъективы, который должен создавать изображение высокого качества.
В настоящее время разработка новых конструкций микрообъективов (МО) осуществляется по пути повышения информативности оптических систем. Одновременно ведутся работы по разработке рациональной конструкции объектива и совершенствуется технология их изготовления, сборки и контроля. Структура и конфигурация большинства микрообъективов сложилась на основе более чем двухсотлетней истории их существования и усовершенствования. Оптотехники, рассчитывая оптические схемы МО, используют базовые оптические элементы, обладающие необходимыми свойствами для создания оптимальных показателей кач-ва изображения. Вместе с тем достаточно долгое время «механическая» часть конструкции каждого объектива разрабатывалась отдельно от других, и фактически создавалась заново. Конструктивное исполнение недостаточно использовало заимствование известных решений, не проводилась активная унификация отдельных деталей и узлов, не разрабатывались базовые конструкции тех или иных видов микрообъективов на основе которых можно было бы создать унифицированные их ряды.
Отсутствие унификации не только увеличивает сроки и затраты на проектирование, но увеличивает номенклатуру деталей, оснастки, мерительного инструмента, переналадок технологического оборудования и затрудняет автоматизацию производственного процесса изготовления и особенно сборки.МО.
Р155е11аиоп-ТаЬас11коу-2

Несмотря на то, что в нашей стране достаточно давно ведутся работы по унификации оптических и «механических» характеристик МО [2], [3], до настоящего времени производятся МО, отвечающие разным стандартам и нормам по значениям их оптических, габаритных и присоединительных параметров, конструкции недостаточно продуманы с позиции их автоматизированной сборки и юстировки.
Нет сомнения, что проектирование и конструирование объективов должны основываться на методах системности и преемственности конструкций, широком использовании базовых элементов, параметрических рядов и агрегатирования. Таким образом, весьма актуальным является проведение работ по унификации и стандартизации конструкций микрообъективов и технологии их производства, которые должны обеспечивать: установление их типов и размеров на основе параметрических рядов; взаимозаменяемость групп узлов и деталей; снижение удельного расхода материалов и себестоимости продукции; ограничение конструктивных вариантов целесообразным минимумом; возможность автоматизации их сборки и юстировки.
Целью данной диссертационной работы является унификация конструкций и технологий производства линзовых объективов микроскопов с учетом автоматизации их сборки. Для выполнения этой цели необходимо решение следующих основных задач:
• определить основные унифицируемые конструктивные параметры объективов и целевые показатели качества, обеспечиваемые при конструировании и изготовлении изделия,
• проанализировать технологические процессы изготовления деталей, сборки, юстировки и контроля МО и возможность автоматизации этих процессов,
• выявить технологические погрешности, влияющие на целевые показатели качества микрообъектива,
• создать базовую и модифицированные конструкции линзовых МО,
• разработать концепцию линии автоматизированной сборки микрообъективов,
• разработать методику расчета и рассчитать требования и допуски на погрешности изготовления и сборки деталей'унифицированной конструкции микрообъективов, определяющие целевые показатели качества МО,
• проведение экспериментальных исследований опытных образцов унифицированных микрообъективов,
• определить оптимальные технологические процессы и схемы сборки, юстировки и контроля микрообъективов.
Решение перечисленных задач определило структуру диссертационной работы.
В первой главе проанализировано состояние вопроса и определена постановка задач на исследование; дана классификация МО, их целевые показатели качества; рассмотрены существующие технологические процессы сборки и типовые конструкции МО; проанализированы технологические погрешности изготовления и сборки узлов МО, существующие проблемы, методы и средства контроля
Г^БСПаПоп-Т аЬас!1коу-2

Расстояние <10, при котором имеет место такой предельный случай, может быть теоретически рассчитано.
Рассмотрим Рис. 26. Необходимо знать, что любая точка предмета - пусть это будет очень маленькое отверстие в металлической фольге (1) - не отображается объективом и тубусной линзой (2) как светлый диск с резкими краями, а как размытое пятно, окруженное дифракционными кольцами (3). Эта картина носит название "диска Эйри". Дифракционные кольца возникают в результате ограниченной апертуры объектива, т.е. объектив играет роль "отверстия". Чем больше апертура объектива, тем меньше будет расстояние б0:
_ 1.22 Я 'I А
2з',п«
Рис. 26 Дифракционная точка Числовой коэфф. "1.22" получен расчетным путем для случая, представленного на Рис. 27. Кривые интенсивности двух дифракционных фигур накладываются друг на друга: если две точки находятся на большом расстоянии друг от друга, то они легко наблюдаются как раздельные объекты. Если последовательно выбирать все более короткое расстояние, то наступит предельный случай, когда главный максимум объекта 2(—) совпадет с первым минимумом объекта 1(-). В случае наложения профилей возникают два максимума яркости, разделенных минимумом, интенсивность в котором примерно на 20% меньше интенсивности в обоих максимумах. Этого как раз еще достаточно для человеческого глаза, чтобы видеть две раздельные точки-(критерий Релея).

1

________АЬ Гу/Ц I А/Т , „ '
НИ . .. ,
Рис. 27 Дифракционная точка
Наряду с методом исследования "по дифракционной точке", широко пользуют "пластинкой Аббе", с помощью которой производятся испытания объективов по эффективности исправления сферической и хроматической аберраций, а также определяется толщина покровного стекла, соответствующая наилучшему исправлению микрообъектива. "Пластинка Аббе" — это клинообразная узкая полоска, толщина которой вдоль длинной стороны изменяется от 0.09 до 0.24'мм. Нижняя
ШьБеПаиоп-ТаЬасЬкоу-ЗО