Реализация принципа Аббе в реконструированной астрографической измерительной машине «Фантазия» Е.В.Поляков, Э.С.Гинзбург, И.И.Канаев, Н.Д.Патютко, Ю.С.Стрелецкий. - презентация

1 Реализация принципа Аббе в реконструированной астрографической измерительной машине «Фантазия» Е.В.Поляков, Э.С.Гинзбург, И.И.Канаев, Н.Д.Патютко, Ю.С.Стрелецкий Москва ВАК-2004 Российская Академия Наук Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория

2 2. Аббе (Abbe) Эрнст Карл ( ) Немецкий физик-оптик, автор теории образования изображений в микроскопе, создатель технологии важных разделов оптико- механической промышленности. С 1870 профессор теоретической физики в Йене, в директор астрономической и метео- обсерваторий в Йене. С 1863 участвовал в работах оптических мастерских Карла Цейсса (Zeiss, ). В 1872 разработал теорию микроскопа. Автор многих оптических приборов, носящих его имя и до сих пор применяемых в оптико-механической промышленности. С 1888, после смерти Цейсса, Аббе стал фактическим собственником его мастерских, но отказался от права владельца и создал для управления предприятием особый устав, по которому правление состояло из представителей рабочих, государства и университета. В 1890 сформулировал принцип построения оптико-механических измерительных приборов, согласно которому измеряемый предмет и измерительная шкала должны располагаться на одной прямой или (для двумерного случая) в единой плоскости.

3 err = h sin(α) Угол α - мера непараллельности губок штангенциркуля, h - расстояние между предметом и шкалой 3. Расположение измеряемого предмета вне линии шкалы порождает ошибку первого порядка

4 err = h sin(α) h = 0 4. Уменьшая расстояние предмета от линии шкалы (и, тем самым, ошибку) до нуля, придем к микрометру

5 5. Измерительная астрографическая техника На протяжении всей истории развития измерительных астрографических приборов и машин их микрометрические шкалы и светоприемники - будь то микроскопы, электронно-лучевые трубки, ПЗС- линейки или матрицы были разнесены по вертикали между собой, укреплены на кронштейнах или фермах, деформации которых могли порождать ошибки измерений разного рода.

6 6. Компаратор Варрена Деларю (1860 г.)

7 7. Измерительный прибор Фогеля (1880-е годы)

8 8. SuperCOSMOS (1993), Великобритания работает по принципу сканера: Развертка по Х - ПЗС-линейка, 1280 пикселов, 10х10 мкм, Разрешение 2500 dpi, Развертка по Y - механическая, Точность поз. измерений 0.3 мкм Размер пластинки 20х20, Динамический диапазон 3D, Разрядность 15 бит, Скорость чтения 250 KHz

9 9. USNO-PMM (1993 г.), USA Гранит, 10 т, две каретки Х,Y, аэро, лазер 0.1 мкм, электродвигатели+винт-гайки, 40 мм/с; Пластинка 14х14, две ПЗС-камеры 1320х1035, 6.8х6.8 мкм (13.6 на пластинке), 10Mpx/c. Ошибка измерений 0.3 мкм, температурный режим - доли градуса,

10 10. Измерительная машина «Фантазия» (1986 г.), СССР Металл 1.5 т, аэроподшипники, лазер 0.32 мкм, линейные электродвигатели 330 мм/с, Пластинки до 360х360 мм 2 (14х14), ЭЛТ 4096х4096, разрешение 1х1 мкм 2.

11 11. Тепловые деформации конструкции (в процессе изменения температуры) масштаб деформаций увеличен в тысяч раз

12 12. Тепловые деформации конструкции (равновесное состояние)

13 13. Тепловые деформации конструкции (в процессе изменения температуры) масштаб деформаций увеличен в тысяч раз

14 14. «Аскорекорд» и новая «Фантазия» Ближе других приблизились к идеалу на родном предприятии Аббе - фирме «Zeiss», разработав в 1932 году астрографическую машину, выпускавшуюся в течение пятидесяти лет и известную в мире как «Аскорекорд». Новая компоновка АИК «Фантазия» будет удовлетворять принципу Эрнста Аббе, измерительные элементы будут объединены между собой и располагаться в единой плоскости на жестком угольнике: ПЗС-матрица в его вершине, а мерные шкалы - на сторонах. Именно в этом заключается главное отличие новой «Фантазии» ото всех, за исключением «Аскорекорда», предшествующих и современных ей систем. Кроме того, схемой предусмотрена возможность непосредственного измерения динамических перекосов подвижной каретки и эффектов ее температурного расширения.

15 15. Измерительная машина «Аскорекорд» (Zeissischer Koordinatenmessapparat 1932)

16 16. Новая компоновка «Фантазии» Блок управления

17 17. Схема установки АИК «Фантазии» на фундамент и виброопоры Чугун 1.5 т Бетон 3 т Фальшпол Виброопоры Бетонное перекрытие Фундамент здания Опорная металлоконструкция Пластинка Кассета Каретка Тележка Аэроподшипник Плита Электродвигатель

18 18. Замена ЭЛТ на ПЗС-камеру (сопоставление размеров) ПЗС-камера

19 19. ПЗС-камера - основной элемент новой системы сканирования (38 г вместо 140 кг)

20 20. Реконструкция системы позиционирования видны лазер, стойки с призмами, отражатели, показан ход лучей лазера. На фоне стойки призмы показан датчик Renishaw в натуральную величину. Renishaw X Y

21 21. Датчик положения Renishaw - основной элемент новой системы позиционирования (11 г вместо 46 кг)

22 22. Датчик Renishaw установлен Renishaw

23 23. Схема системы позиционирования АИК «Фантазия» (прежняя схема) 1600 Лазер

24 24. Принципиально новая схема: объединение шкал и светоприемника в единую жесткую конструкцию позволит исключить многие из нижеприведенных источников погрешностей

25 25. Без лишних деталей

26 26. Размещение мерных шкал и датчиков для схемы с дополнительными датчиками

27 27. Размещение мерных шкал и датчиков (без лишних деталей)

28 Выводы 1. Предложенная для АИК «Фантазия» схема системы позиционирования оригинальна, аналогов среди астрографических машин не найдено 2. Основные особенности схемы: 2.1. Объединение в единую жесткую конструкцию измерительных шкал и светоприемников 2.2. Измерение случайных погрешностей 3. Схема обеспечивает наиболее полную определенность результатов измерений, исключено большинство источников случайных ошибок 4. Схема компактна, конструктивно проста 5. Схема может быть применена в различных системах перемещений 6. Модификации схемы перспективны для применения в системах сканирования телескопов

29 Проект выполняется при финансовой поддержке Миннауки РФ (грант 01-54, «Координатно-измерительная астрографическая машина «Фантазия») Электроника проектируется и изготовляется в фирме «Полинет», г. Новосибирск, штат которой состоит из сотрудников НИЛ 10 НПО «Точприбор», где в 1986 году была построена «Фантазия» Проектирование и изготовление механической части системы сканирования осуществляется в Отделе астрономического приборостроения ГАО РАН