Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6923
(13) U
(46) 2010.12.30
(51) МПК (2009)
G 02B 7/00
G 02F 1/00
(54) УСТРОЙСТВО ЮСТИРОВКИ ТЕЛА НАКАЛА
СВЕТОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЛАМПЫ
(21) Номер заявки: u 20100530
(22) 2010.06.08
(71) Заявители: Государственное научное
учреждение "Институт физики име-
ни Б.И.Степанова Национальной
академии наук Беларуси"; Респуб-
ликанское унитарное предприятие
"Белорусский государственный ин-
ститут метрологии" (BY)
(72) Авторы: Длугунович Вячеслав Андре-
евич; Ждановский Владимир Анатоль-
евич; Никоненко Сергей Викторович;
Тарасова Ольга Борисовна (BY)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт физи-
ки имени Б.И.Степанова Националь-
ной академии наук Беларуси"; Респуб-
ликанское унитарное предприятие "Бе-
лорусский государственный институт
метрологии" (BY)
(57)
Устройство юстировки тела накала светоизмерительной лампы, включающее фотомет-
рическую скамью, размещенные на ней образцовый фотоприемник, образцовую или рабо-
чую светоизмерительную лампу и источник света с узконаправленным потоком
излучения, отличающееся тем, что содержит второй источник света с узконаправленным
потоком излучения, две плоские рамки с перекрестием, персональный компьютер и две
цифровые видеокамеры, подключенные к персональному компьютеру, при этом образцо-
вый фотоприемник, образцовая или рабочая светоизмерительная лампа, два источника
света и две цифровые видеокамеры жестко закреплены в каретках и установлены на опти-
ческих рельсах фотометрической скамьи с возможностью их плавного смещения по ли-
нейным и угловым координатам.
BY6923U2010.12.30

2. BY 6923 U 2010.12.30
2
(56)
1. Yoshihiro Ohno. NIST Special Publication 250-37; NIST MEASUREMENT SERVICES:
PHOTOMETRIC CALIBRATIONS. Optical Technology Division National Institute of Stand-
ards and Technology, Gaithersburg, MD 20899 Supersedes SP 250-15. Reprint with changes Ju-
ly 1997.
2. Handbook of applied photometry / Ed. C. De Cusatis, Optical Society of America - 1997,
New York, Berlin, Heisalberg: Springer - Verlad. - 463 p.
3. Михайлов M.B. Способ юстировки протяженного источника света на фотометриче-
ской скамье. Тез. докл. 6-ой Всес. научно-техн. конф. - М., 1986. - С. 227.
4. МИ 2229-92 - методика выполнения измерений ГСИ. Лампы накаливания электри-
ческие светоизмерительные образцовые и рабочие. Методика метрологической аттестации
и поверки.
5. ГОСТ 17616-82 - Лампы электрические. Методы измерения электрических и свето-
вых параметров (п. 3.2.3).
6. ГОСТ 10771-82 - Лампы накаливания электрические светоизмерительные рабочие.
ТУ.
Предлагаемая полезная модель предназначена для выполнения юстировочных работ в
области фотометрии.
Общеизвестен визуальный интуитивнопонятный способ юстировки тел накала ламп
(ТНЛ) с использованием нитяных отвесов. Однако он имеет низкую точность и его ис-
пользование требует больших затрат времени.
Юстировка ТНЛ с помощью диоптрийных трубок (телескопов) более точна, но и
весьма трудоемка [1].
Известно устройство для юстировки фотометрической установки с использованием
He-Ne лазера. В работе [2] он используется для установки лампы в рабочее положение. В
случае использования ламп с матированной изнутри колбой лампа может быть выставлена
в направлении оптической оси установки с помощью лазерного луча, отраженного колбой
лампы в обратном направлении. При этом юстировка лампы по вертикали в ортогональ-
ном к оптической оси установки направлении осуществляется с помощью телескопа с
присущими этому способу недостатками.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению
(прототипом) является устройство юстировки тела накала источников света, описанное в
работе [3]. В устройстве юстировки тела накала для фиксации в пространстве оптической
оси пучок излучения лазера с помощью зеркал выводится на оптическую ось установки,
относительно которой он центрируется с помощью юстировочных подвижек, оправ зер-
кал, диафрагмы и автоколлимационного зеркала с перекрестием. Далее юстировка всех
оптических элементов проводится относительно оси пучка лазера, которая при опреде-
ленной длине скамьи могла быть выставлена относительно ее продольной оси.
При замене источника света в пучок лазера вводились линза и экран с рамкой. На
уровне оптической оси, перпендикулярно ей, в горизонтальной плоскости устанавлива-
лись зеркало, стеклянная пластина с перекрестьем и матовый экран с перекрестием, раз-
мещенные в оправах кронштейна-рогатки, который крепился на подвижной каретке для
свободного перемещения вдоль оси скамьи и устанавливался напротив тела накала лампы.
С помощью плавной подвижки, перемещающей линзу в горизонтальной плоскости, рас-
ходящийся пучок лазера направлялся то на экран, то на зеркало и другой экран, на кото-
рых можно последовательно наблюдать теневые проекции тела накала лампы. По
положению этих проекций относительно краев рамки и нитей перекрестия с помощью
трех угловых и трех линейных подвижек юстируется тело накала источника света.

3. BY 6923 U 2010.12.30
3
Технические нормативные правовые акты (ТНПА), регламентирующие фотометриче-
ские измерения, требуют, чтобы плоскость нитей ТНЛ была строго перпендикулярна оп-
тической оси фотометрической установки (ООФУ) [4; 5; 6], так как от этой плоскости
ведется отсчет расстояний.
В работе [3] это требование ТНПА при юстировке ТНЛ выполнялось с помощью
наблюдения за перемещением теневых проекций ТНЛ на двух экранах с перекрестиями,
линии которых ориентировались по вертикали и горизонтали. Для этого ТНЛ подсвечива-
лось расходящимся пучком излучения He-Ne лазера с двух взаимно перпендикулярных
направлений. В направлении ООФУ, расположенной в горизонтальной плоскости, фрон-
тальная проекция ТНЛ наблюдалась на первом экране, центр перекрестия линий которого
находился на ООФУ, а его плоскость была ортогональна этой оси. При этом светоизмери-
тельная лампа (СИЛ) располагалась на фотометрической скамье установки так, чтобы
плоскость нитей ТНЛ [4] была ориентирована в направлении фотоприемника.
Профильная проекция (вид сбоку) ТНЛ наблюдалась на втором экране, ортогональном
вспомогательной оптической оси фотометрической установки (ВООФУ). ООФУ и ВОО-
ФУ располагались в общей горизонтальной плоскости под прямым углом друг к другу.
Целью юстировки ТНЛ было расположить световой центр ТНЛ [5] в точке пересечения
указанных осей, так как от этой точки ведется отсчет расстояний от ТНЛ до фотоприем-
ника, а плоскость нитей ТНЛ - под прямым углом к ООФУ. Юстировка ТНЛ по прототипу
завершалась, когда фронтальная и профильная его проекции симметрично располагались
относительно перекрестий на первом и втором экранах.
Основным недостатком прототипа является то, что юстировка ТНЛ с помощью
наблюдения за положением фронтальной и профильной теневых проекций относительно
нитей перекрестия соответственно на экранах осуществляется не одновременно. При этом
после завершения юстировки ТНЛ по одной проекции и юстировки его по другой всегда
нужно возвращаться в исходное положение, так как при таком способе юстировки необ-
ходимый результат достигается методом последовательных приближений. В конечном
итоге, всегда будет присутствовать неопределенность в положении ТНЛ относительно
ООФУ, достигнутом в результате предыдущих котировочных операций.
К недостаткам прототипа также следует отнести сложную процедуру формирования
вспомогательной оси с большой затратой времени для ее завершения и невозможность ви-
зуального наблюдения точки пересечения ООФУ и ВООФУ. Поэтому в процессе работы
сложно контролировать расположение ВООФУ в нужном положении, что ставит под со-
мнение правильность окончательной юстировки ТНЛ и, соответственно, увеличивает по-
грешность измерений. К недостаткам прототипа также можно отнести большое
количество элементов, входящих в состав установки, в том числе оптических, и, соответ-
ственно, механических узлов для их крепления и юстировки.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства юстировки
ТНЛ, свободного от указанных выше недостатков, что позволит сократить время юсти-
ровки и выполнить юстировочные работы более качественно, тем самым снизив погреш-
ность выполняемых измерений.
Задача решается за счет того, что устройство юстировки тела накала светоизмеритель-
ной лампы, включающее фотометрическую скамью, размещенные на ней образцовый фо-
топриемник, образцовую или рабочую светоизмерительную лампу и источник света с
узконаправленным потоком излучения, содержит второй источник света с узконаправлен-
ным потоком излучения, две плоские рамки с перекрестием, персональный компьютер и
две цифровые видеокамеры, подключенные к персональному компьютеру, при этом об-
разцовый фотоприемник, образцовая или рабочая светоизмерительная лампа, два источ-
ника света и две цифровые видеокамеры жестко закреплены в каретках и установлены на
оптических рельсах фотометрической скамьи с возможностью их плавного смещения по
линейным и угловым координатам.

4. BY 6923 U 2010.12.30
4
Принцип работы полезной модели поясняется фигурой, на которой изображена схема
предлагаемого устройства. Устройство включает два источника света 1 и 2 (могут быть
использованы одномодовые лазеры, лазерные диоды, лазерные модули) с узконаправлен-
ным потоком излучения 3 и 4 и две плоские рамки с перекрестиями 5 и 6, с помощью ко-
торых формируются основная и вспомогательная оптические оси устройства 7 и 8, две
цифровые видеокамеры (ЦВК) 9 и 10, подключенные к персональному компьютеру (ПК)
11, образцовый фотоприемник 12 и образцовую или рабочую светоизлучающую лампу
(СИЛ) 13 с телом накала.
Устройство работает следующим образом. Все отображенные на схеме элементы
надежно закреплены на каретках, установленных на оптических рельсах фотометрической
скамьи (на фигуре каретки и рельсы не показаны) с возможностью их плавного смещения
по линейным и угловым координатам. Источник света 1, рамка 5, образцовый фотоприем-
ник 12 и ЦВК 10 устанавливают на первый оптический рельс устройства. Вдоль этого
рельса, параллельно ему, по координате X формируется оптическая ось 7 фотометриче-
ского устройства (ООФУ). Формирование ООФУ осуществляется следующим образом.
Вначале на рельс устанавливают каретки с источником света 1 и рамкой 5. С помощью
юстировочных линейных и угловых смещений указанных элементов добиваются, чтобы
при перемещении каретки с рамкой 5 вдоль всей длины рельса световое пятно от источни-
ка света 1 оставалось симметричным относительно центра перекрестия рамки 5. При за-
вершении этого этапа юстировки ООФУ будет параллельна рельсу. Жестко закрепляют на
рельсе источник света 1. Устанавливают на рельс каретку с ЦВК 10, подключенной к ПК
11, и с помощью программного обеспечения ЦВК вызывают на мониторе ПК виртуальное
перекрестие камеры. С помощью юстировочных линейных и угловых смещений ЦВК 10
совмещают ее виртуальное перекрестие с перекрестием рамки 5. Устанавливают на рельс
каретку с фотоприемником 12 и юстируют его положение на максимум выходного сигна-
ла. Устанавливают на рельс и жестко закрепляют вплотную к каретке приемника упор,
позволяющий после снятия каретки с фотоприемником с рельса повторно устанавливать
каретку с фотоприемником 12 в прежнее положение без нарушения достигнутых ранее
юстировок фотоприемника. Для возможности подтверждения того, что приемник после
снятия и возвращения его на рельс не изменил своего положения по отношению к ООФУ,
на тыльной стороне приемника, обращенной к ЦВК 10, устанавливают реперную метку,
совмещенную с центром виртуального перекрестия ЦВК. Для этого можно предусмотреть
в конструкции узла крепления фотоприемника рамку с перекрестием с возможностью пе-
ремещения этой рамки параллельно тыльной поверхности уже отъюстированного фото-
приемника и возможностью ее жесткой фиксации после того, как это перекрестие будет
совмещено с виртуальным перекрестием ЦВК 10. Если снять каретку с фотоприемником
12 с рельса и установить на рельс лампу с телом накала 13, то появляется возможность
симметрирования фронтальной поверхности ТНЛ относительно ООФУ.
В горизонтальной плоскости, включающей ООФУ, в ортогональном ей направлении
(в направлении координаты Y) формируется ВООФУ. Для этого на фотометрической ска-
мье в плоскости, параллельной плоскости XY, в направлении, перпендикулярном ООФУ,
устанавливают второй оптический рельс (на фигуре не показан). На этом рельсе на карет-
ках в юстируемых оправах устанавливают источник света 2, рамку с перекрестием 6 и
ЦВК 9. Источник света 2 и рамка 6 юстируются так, чтобы световое пятно от источника
света оставалось симметричным относительно центра перекрестия рамки 6 при переме-
щении ее вдоль рельса. Процедуру формирования ВООФУ можно считать завершенной,
если пучок света от источника 2 будет пересекать пучок света от источника 1 под уг-
лом 90°. При этом ВООФУ будет параллельной второму рельсу и располагаться по
направлению Y в общей горизонтальной плоскости XY с ООФУ. После завершения фор-
мирования ООФУ и ВООФУ снимают фотоприемник вместе с его кареткой с рельса,
предварительно обозначив место установки каретки на рельс упором, и устанавливают на

5. BY 6923 U 2010.12.30
5
этот рельс каретку с фотометрической лампой. С помощью юстировочных механизмов,
позволяющих смещать лампу по линейным координатам XYZ и угловым в плоскостях
XY, XZ и YZ (координата Y направлена по вертикали), производят юстировку ТНЛ отно-
сительно ООФУ и ВООФУ. Для этого на мониторе ПК 11 создают два окна для ЦВК 9 и
10. В окне камеры 9 можно наблюдать смещение ТНЛ относительно ООФУ в ортогональ-
ной этой оси плоскости YZ - смещение ТНЛ со стороны выходного окна лампы. В окне
камеры 10 можно наблюдать смещение ТНЛ в плоскости XZ - вид ТНЛ сбоку (для ламп с
непрозрачной колбой - вид лампы сбоку). Юстировку лампы считают завершенной, когда
изображения ТНЛ в окнах монитора ПК 11 будут симметричными относительно перекре-
стий рамок 5 и 6 и, соответственно, виртуальных перекрестий ЦВК 9 и 10. Наблюдение за
смещением изображения лампы с выбранных направлений осуществляется одновременно,
с возможностью немедленного внесения корректировок положения лампы в пространстве.
Устройство позволяет:
максимально удобно, быстро и точно выставить и визуализировать ООФУ и ВООФУ;
при юстировке положения ТНЛ относительно ООФУ и ВООФУ одновременно
наблюдать на экране монитора ПК изображение ТНЛ (для ламп с прозрачной колбой) и
самой лампы (для ламп с непрозрачной колбой) с фронта (со стороны выходного окна
лампы) и сбоку (в профиль). С помощью юстировочных механизмов максимально удобно,
быстро и точно симметрировать эти изображения относительно перекрестий РСП на ука-
занных осях, которые также наблюдаются на экране ПК, и с которыми, сразу же после за-
вершения формирования и визуализации ООФУ и ВООФУ, были совмещены
виртуальные перекрестия соответствующих ЦВК.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.