Аксиметр как измерительный прибор¶

Аксиметр — общее название группы оптико-механических и оптико-электронных приборов, предназначенных для измерения углового положения оси объекта относительно заданного направления (вертикали, горизонта, направления на визирную цель) либо для контроля взаимной параллельности и перпендикулярности осей и плоскостей. Термин образован от латинского axis («ось») и греческого metron («мера»). Аксиметры применяются в геодезии, машиностроении, приборостроении, строительстве, а также в военной и аэрокосмической технике.

¶Общие сведения

В широком смысле аксиметр — любой прибор, измеряющий отклонение оси от опорного направления. В узком, исторически первом значении — оптический прибор для контроля параллельности оптических и механических осей при сборке и юстировке оптических систем: зрительных труб, биноклей, прицелов, дальномеров, теодолитов.

Ключевая задача, которую решает аксиметр, — определение угла между осью визирования (или оптической осью) и базовой механической осью прибора либо между двумя осями. Измерение обычно выполняется бесконтактно, оптическим методом, что позволяет контролировать уже собранные изделия без их разборки.

¶Принцип действия

Большинство аксиметров построено по автоколлимационной схеме. Прибор формирует световой пучок, направляемый вдоль контролируемой оси, а отражённый от зеркала, призмы или объектива сигнал возвращается в приёмный канал. По смещению изображения марки относительно перекрестия окуляра или по положению пятна на фотоприёмнике вычисляется угловое рассогласование.

Основные элементы типового аксиметра:

• осветитель с маркой (сеткой, точечной диафрагмой);
• коллиматорный объектив, формирующий параллельный пучок;
• светоделитель, разделяющий падающий и отражённый пучки;
• окуляр или электронный приёмник (ПЗС- или КМОП-матрица);
• отсчётное устройство — окулярный микрометр, лимб, цифровой индикатор.

Угловое разрешение современных электронных аксиметров достигает единиц угловых секунд, а в лабораторных условиях — долей секунды.

¶Виды и классификация

По назначению выделяют несколько групп:

По способу отсчёта различают визуальные (окулярные) и электронные (цифровые) приборы. По конструкции — стационарные стендовые и переносные. Отдельную группу образуют лазерные аксиметры, где опорным направлением служит луч лазера, а приёмником — позиционно-чувствительный фотодетектор.

¶Применение

В оптической промышленности аксиметры используются на этапах сборки и юстировки биноклей, зрительных труб, перископов, тепловизионных и ночных приборов. Прибор позволяет выявить непараллельность оптической оси и механической посадочной поверхности, а также разворот сетки.

В машиностроении аксиметры и близкие к ним по функции приборы (коллиматоры, автоколлиматоры, лазерные центрировщики) применяются для контроля соосности отверстий, валов, подшипниковых опор, направляющих. Это особенно важно для крупногабаритных узлов — турбин, прокатных станов, металлорежущих станков.

В геодезии и строительстве аксиметрические методы лежат в основе выверки вертикальности колонн, мачт, дымовых труб, монтажа крановых путей. Отклонение оси от вертикали измеряется оптическим или лазерным способом с точностью до долей миллиметра на высоте в десятки метров.

В военном деле аксиметры служат для выверки вооружения: контроля параллельности оси канала ствола и оси прицела, юстировки танковых и артиллерийских прицельных систем.

¶История и развитие

Оптические методы выверки осей известны с XIX века, когда появились первые автоколлиматоры. Промышленные аксиметры как самостоятельный класс приборов сформировались в первой половине XX века в связи с массовым производством оптических прицелов и геодезических инструментов.

Вторая половина XX века ознаменовалась переходом от визуального отсчёта к фотоэлектрическому: появились приборы с модуляцией светового потока и электронной обработкой сигнала, что повысило точность и скорость измерений. С 1990-х годов распространились цифровые аксиметры на матричных фотоприёмниках с автоматическим расчётом угла и выводом результата на дисплей или компьютер.

¶Метрологические характеристики

Основные параметры, по которым оценивают аксиметр:

• диапазон измеряемых углов (обычно от нескольких угловых минут до нескольких градусов);
• погрешность измерения (от единиц до десятков угловых секунд);
• рабочее расстояние до контролируемого объекта;
• диаметр входного зрачка и увеличение;
• цена деления отсчётного устройства.

На точность влияют температурные деформации, вибрации, качество юстировки самого прибора, а также погрешность установки опорного зеркала или отражателя. Поэтому аксиметры, как правило, эксплуатируются в термостабильных условиях, а перед измерением проходят калибровку по эталонным угловым мерам.

¶Современное состояние

Современные аксиметры всё чаще строятся на базе цифровых автоколлиматоров и лазерных трекеров, сопрягаемых с системами автоматизированного контроля. Это позволяет встраивать их в производственные линии и роботизированные сборочные комплексы. Развитие оптоэлектроники, позиционно-чувствительных детекторов и алгоритмов обработки изображений ведёт к дальнейшему повышению точности и расширению областей применения аксиметрических методов.