本帖最后由 hp_wong 于 2018-11-6 17:08 编辑
M19双筒望远镜
是美国陆军的最新型7x50军用望远镜。它由法兰克福兵工厂研制成功,由贝尔豪威尔公司的Bell& Howell)光学分公司生产，月产量为2000具。该望远镜的主要优点是，重量轻，体积小、性能良好、采用模块化结构、维修方便。它的主要性能数据见下表： 重量0.97公斤 准直度: 垂直角差 ±15弧分 水平角差 ±20弧分 分辨率 最大6弧分 象倾斜 最大6弧分 象对分划板视差最大0.127毫米 目镜屈光度 ±4
一、M19望远镜的研制过程 第二次世界大战期间，美国国防部没有自己设计制造的军用望远镜。当时部队里用的双筒望远镜都是从动员厂商那里买来的。经非官方调査统计，当时共购买四十万具以上6X30和7X50双筒望远镜。这些望远镜与民甩望远镜之间没有多大差别，仅多一个测距用的分划板，朝鲜战争期间，美军使用的是第二次大战时的望远镜。这些望远镜有四大缺点，重量大、体积大、可靠性差、维修不便1955年陆军对过去的望远镜作过仔细分折硏究，认为现有望远镜的结构，在重量和尺寸方面都不可能减小，仅在密封和防水方面有改善的可能性。因此，美军1956年授权硏制：新的双筒望远镜T14双筒望远镜。当时研制的目标是，重新设计7X50军用双筒望远镜，在不降低性能的条件下降低重量、减小体积。这实质上就开始了目前高性能M19望远镜的研制工作。在开始具体的研制工作之前，共提出三种选择方案 1设计一种新的双筒望远镜，它需耍单个零件维修，但体积满足要求，牢固性和密封性都较好。 2设计一种全新的双筒望远镜，从经资上看，这种望远镜在损坏以后可以丢弃(卽不进行修理〉，考虑到成本问题，降低对可靠性的要求。在装配和调试好以后可以根有效地密封。 3，设计一种全新的双筒望远镜，可对极少数几种零件进行维修，不需专门的修理工具和熟练的维修人员。 经过反复的技术经济分折对比以后，决定选择第3种方案进行技术研究。法兰克兵工厂授予法拉第光学公司一个硏制合同，目的是根据陆军的要求制造出供评价用的望远镜。在法拉第光学公司和法兰克福兵工厂的共同努力下，硏制出T14双筒望远镜。 T14双筒望远镜构思新颍，具有一些独到的特征。后来经陆军试验证明，有些特征是可取的，有些特征并不实用。T14望远镜的重量和尺寸都只有当时迸用的M17A1型7x50标准双筒望远镜的48%。
图2所示。有剖面线部分表示T14A1型的尺寸和重量，无剖面线部分表示T14的尺寸和重量。T14的光学性能稍优于M17A1。此外，T14第一次在双筒望远镜中采用组件化结构原理。该望远镜由五个不用维修的组件构成：目镜、物镜、左镜筒、右镜筒铰链销组件。铰链销组件加工到精确的机械公差，其余的全部组件都具有经精密机械加工的接合面，以满足各自的光学焦点和准直耍求。物镜和目镜组件的两端采用弹性材料密封。屈光调整帆构采用动态的“0”形环密封。望远镜图2的所有接口都采用“0”形环密封。铸造的镁合金镜筒表面涂覆一层粘接牢固的表面。T14大量使用镁合金，达到重量轻的目的。T14采用熟知的双保罗棱镜结构。设计的棱镜保证具有最小的重量和尺寸，棱镜组件不需维修，用胶合的方法把两个棱镜胶在一起，幷胶牢在托架上，托架以机械方式固定在镜筒内部。T14的保罗棱镜的结构与标准的保罗棱镜稍有不同，从棱镜的非光学表面去掉一些不必要的材料，以减轻重量。为了增加标准摩擦铰链的可靠性，设计并安装了一个没有磨损表面的弹簧加载荷的结构。 1960年，法拉第公司制造了少量T14双筒望远镜，供美国陆军试验。通过试验发现T14的设计有好几个缺点。镁合金铸件虽然可以减轻重量，但经不起严酷的军事环境的考验；表面漆起泡；对温度变化特别敏感；光学准直性易发生变化；防潮性能不好等。T14虽然有上述缺点，但是在组件化、互换性、光学设计和其它一些特征方面，为今后的M19奠定了基础。
1960年法兰克福兵工厂承担了重新设计T14双筒望远镜的任务。新设计的双筒望远镜命名为T14均，它保留了T14的组件，并加以改进，后来对T14扮又进一步改进就成了目前的M19。 二.M19的主要特点 1.采用组件化结构，M19仅由五个组件构成，如图３所示
它们是物镜组件、目镜组件、左镜筒组件、右镜简组件和铰链销组件。图中没有示出脖带和铰链销组件中的一个零件―瞳间距标度盘。组件与组件之间是完全可以互换的，任何一个物镜组件或目镜组件，装在同一型号的任何一具望远镜的镜上，都能保证准直性、焦点和分辨率不变。由于这种互换性，可为陆军节省许多维修费用。互换性是靠对物炼组伴、.目镜组伴、镜简组件的引导直径和凸缘面的精密机械加工来实现的。各组件的详细结构和为保证准直误差在1分以内对有关组件装配提出的公差要求见图４。
M19的物镜组伴是仿照原来T14双筒望远镜的望远镜相物镜的设计。每个透锈零件用机械方式安装在加工后的铝质物镜键筒内。整个物镜在装配和密封好以后还要对物纔镜筒机械加工出符合公差耍求的径向支承面和轴向支承面，以便可互换地安装在望远镜镜筒上。目镜组件的加工和装配要求与物镜组件相似。 保罗棱镜组装件借用原来T14的设计，第一个棱镜采用(当时)最近由陆军硏制成功的玻璃金耦粘接剂固定在压铸的铝托架上，然后将第二个棱镜粘牢在第一个棱镜上。对棱镜的粘接顺序加以控制，使不可预料的光学效应减至最少。M19的镜筒组件是熔模铸造的铸铝件。镜筒铸件先经机械加工，加工出外表面、棱镜安装面和目镜安装面，采用基淮目铙调校来安装棱鐽，再对镜简的物镜安装面进行机械加工，加工出径向和轴向表面，使物镜组件能互换地安装在镜筒上。 2，维修方便 结构坚固，使用中不易掼坏。(当时)在陆军中使用的数千具M19望远镜，据悉报坏的不到20具，主要是由于严重的滥用造成损坏。由于采用组件化设计，’这些损坏的望远镜采用组件更换，使维修很方便。没有经修理训练的普通使用者，用简单的手工工具卽能维修。一具M19的重新装配时间不到60分钟，每具的修理费用不到75美元。以前的M17望远镜的维修是很麻烦的，备用零件的品种多途约250种，修理的专用工具大约123件，一台望远镜损坏后须经3—6个月才能修好重新投入使甩。 3，镜体改用一种新的表面涂层–乙烯树脂涂层，代替传统的硫化革。这种新的涂层性能特别好，熔化的乙烯树脂涂在表面可以覆盖铸件表面的较小的沙孔。铝表面经阳极处理后形成的薄层不会影响乙烯树脂的涂覆。
4.M19的两个目镜可单独调焦，不霈调整来保证准直，通过直线移动目镜组实现调焦，而不是通过旋转整个目镜组件。目镜膜盒密封实现目镜在整个直线行程上的密封。实践证明膜盒密封比“0”形坏密封可靠，而且不需要“0”环压盖，可减轻重量和省去机械加工工作量。 5.M19的两个镜筒都采用铸造的整体结构，而不采用两个压铸件的装配结构这，经过对两种结构作了仔细分析对此，权衡其优缺点以后才确定下来的。两个庋铸件筋装配结构比熔模整体结构的制造费用高、牢固度差、而且容易使湿气进入镜筒。 6.采用摩特卡洛统计分析法制定组件公差由于要求组件具有可互换性，因而标定组件接口尺寸的公差特别严格。如果采用“最坏情况”标定法（卽假定各个组件都以最坏的可能方式结合），那么耍求各组件的公差都在0.005毫米以内。在大量生产中，要得到这样的公差，其费用是不能令人接受的。鉴于上述原因，法兰克福兵工厂采用摩特洛卡统计分祈法制定于”的公差。采用这种方法，组件的公差可以放宽，制造成本降低，而且除了极特殊的组合以外（可能性很小、可保证金都银件都满足严格的准直粟求。这使得M19的组件槪念在经济上立住了脚。 7.光路设计保证瞭望远镜体积小光学性能好。 三、M19的生产工程
经过投标竞争以后，美国政府把M19的生产合同授给贝尔，豪威尔公司。生产工程的目的是要确定一系列制造工艺过程，以便用合理的费用生产出符合政府图纸和军事标准所要求的髙质量产品，而且保证有利可图。由于M19要求能在野外互换组件，使其生产工程与一般的不同，不能采用通常的选择装配作业，不允许在装配好以后再进行准直调整等作业。贝尔，豪威尔公司采用任意装配的方法装配好物镜组件、目镜组件和镜筒组件，然后对各组件的安装接口进行精加工。.在生产过程中采用了精密光学对中心技术和一些专用夹具。 1.对M19生产过程的几点规定。经过伃细分祈硏究以后，对M19的生产工程作如下规定： 1)生产的组件应是预准直的、预定焦的、可互换的组件； 2〕组件的光学安装表面应在组件装配和密对好以后再进行机械加工，以保持同心度和凸缘焦距； 3)采用有效的工具和机械加工方法，广泛采用光学定中心技术，以便得到所耍求的精度、低的成本、高生产率、高产量； 4)硏制简单、快速、精密的工具，对精密零件、组件和望远镜装配件进行光学测试； 5)迸行公差硏究，不仅为了满足军事标准要求，而且为了改善质量。在适当的部位把零件的公差缩小，以便为后面的工序保留较大的公差带。 2.M19的生产流程。可看到目镜、物镜、左镜筒组件的生产和装配流程。右镜筒的生产流程与左镜筒的流程基本相似，只是机械加工有些不同，此外左镜筒的象面处多一个表面刻有分划线的平面透镜。
图6中用符号表示在制造过程中需要进行光学测试和光学定中心的丄鳇地点。需婪说明始楚；在响个镜筒装配好以后，或者整个双目：迻逵镜装配好以后，不再进行对准或调整。 镜筒组件的加工 M19的五种组件中以镜筒组件的加工难度最大。每个镜筒组件由镜筒未身和装在镜筒内部的保罗棱镜组装侔组成。首先把第一个棱镜安装在棱镜支承托架上：再把第二个棱镜安装在第一个棱镜上，形成棱镜组装件。再把该组装件安装在镜筒内，安装完毕以后加工出物镜座。 棱镜的支译托架是铝压铸件，经机械加工达到精密的尺寸公差，托架的某一壁厚只有0.254毫米。两块棱镜的玻璃材料是相同的。棱钱与托架以及擒镜与棱镜之间；均用胶合装配，但胶的品种不同。 普通的胶粘剂胶合的棱镜与托架（玻璃与金属胶合），在胶合以后容易变形，很难保持其光学对中心精度，粘接强度也差。法兰金福兵工厂研制一种新粘树脂，它的固化温度低，固化以后应力小，装配变形小，粘接强度高。棱镜与金属胶合采用紫外光固化的腔粘剂，代号为Norland61 棱镜胶合时需要精密定中心，而且宴有精密的夹具。贝尔、豪威尔公司采用棱镜胶合夹具和电视式棱镜定中心仪。
电视定中心仪保证两个棱镜精确定中心，使入射光轴和出射光轴既保持平行又要相隔一适当的距离。此外，还严格控制图像绕光轴旋转（倾斜）。在装配时，工作人员利用视频摄像机和电视监控仪观察棱镜的对中心和图像倾斜情况。工作人员首先横向移动调整自由棱镜(第二个棱镜），直到投影分划线的图像位于电视屛上的规定的矩形框内，就算定好中心。然后慢慢旋转第二个棱镜，在屛上观察倾斜对淮情况。对准以后把棱镜夹紧于夹具中，用旁边的一排紫外灯使胶固化。固化以后，随夹具一起检查精度是否变化。然后从夹具中卸下胶合装配好的棱镜组装件，望远镜镜筒是薄壁结构的熔模铝铸件，其名义壁厚为1.524毫来。其外表面覆有一层0，381毫米厚的乙烯树脂涂层。要在镜筒筒内部安装棱镜、物镜和目镜的部位进行精密机械加工。薄壁结构给机械加工带来很大的困难，而且乙烯树脂涂层的刚性不足，不能作为机械加工的装来定位面。为此，设计出以机械加工过的还没有覆乙烯树脂的表面作为夹紧面的夹具。 镜筒的最后一道机械加工工序是加工物镜座，这是很关键的工序。在加工之前，棱镜组装件已经安装在镜筒内。为了保证光轴与铰链销中心线的平行性，镜筒物镜座上的装物键孔的定位精度必须在0.0127毫米以内，物镜座与光轴之间的垂直度必须在0.0051毫米以内。此外，物镜座必须轴向定位，以获得适当的凸缘焦距。为了达到上述精度，必须采用光学定中心技术对镜筒定位。采用在空心主轴车床上直接对镜筒进行光学定中心的方法是不适合的，因为定中心很费时，在定中心时车床不能发挥其生产率，这是大量生产所不能容许的。因此，采用如图8所示的可移动的定位安装夹具。在生产线以外的安装工位上把镜筒安装在夹具中，然后连同夹具一起送到数控多刀车床上进行物镜座的最后机械加工。
夹具座设计成与车床主轴精密匹配，以便在机械加工时，夹具的中心线与机床主轴的旋转轴心重合。这样加工出来的物镜座将与夹具中心线同心。 在夹具座的顶面上有一个可作横向移动的溜板，溜板上有一个模拟铰链销的柱子。柱子的中心线与夹具的中心线平行，所以这个柱子是镜筒在夹具上安装的机械基准。 当中没有示出定中心用的光学系统，该系统沿物镜的入射光轴投射一个位于无穷远处的目标图像，用它来使入射光轴调到与夹具中心线重合。把一个模拟的标准物鐽安装在某一固定位置，并以此光轴定中心。物镜把目标成象在镜筒内的一个象面上。(通过模拟的标准目镜(临时安装在镜筒上〉看到这个象。采用视频摄像机，使输出在视频监控仪的屛上显示出来。沿着铰链柱子上下移动镜筒，直到在监控仪的屛上获得最淸晰的焦点，就得到在镜筒内刼要为物镜座加工的凸缘焦点位置。把镜筒夹紧在柱子上,溜板也固定在这个位置。到此完成了镜筒在夹具上的轴向定位。这就规定了物镜座的加工深度。
下一步是要进行横向调整获得准直。 对于望远镜单个镜筒的淮直要求是：垂直角差面内的出射光轴与铰链销中心线的平行度在5分以内，水平角差面内的水平角差在5分到17分之间。由于铰链中心线和夹具中心线相互平行，可以夹具中心线为基准来测定准直。 当焦点调整好以后，使镜筒随溜板相对于夹具座和模拟物镜沿二个方向作横向调整，直到取得所要求的准直条件。当目标象到达视频监控仪上预先规定好的位置时，就达到准直条件。把溜板同定在夹具座上。整个夹具转移到数控车床上进行物镜座的机械加工。 安装镜筒的夹具刚性很好，保证工件的加工精度，夹具还必需质量平衡，在车床主轴上旋转时不会产生振动。在机械加工时，迸给量、切削速度和冷却液都必须是最合适的。 物镜组件的加工 为了保证物镜组件具冇互换性，安装在凝筒上后保持望远镜的准直性和焦距不变，物镜组件的安装直径和光轴之间的同心度必须保持在0.01亳米，凸缘焦距公差保持在0.038毫米以内。 物镜组件的生产方式也是先装配完毕并加以密封，淸冼干净，充入干燥的氮气，密封，经过检验，准备作最后的机械加工。最后机械加工达到使光学中心和机械中心重合，并得到正确的凸缘焦距。 物锈组件在最后机械加工之前的安装方法和过程以及所用的光学定中心工具基本上与镜筒的相似。安装完毕以后，把夹具连同物镜一起安装在10所示的机床上作最后的机械加工。
目镜组件的加工 目镜组件最后如工所用的夹具积工件往夹具中的安装过程与物镜的安装夹具和安装过程十分相似。但目镜组件中的薄壁零件给加工带来困难。加工的公差，不能保证调焦过程的准直要求。为了解决这个问题，贝尔豪威尔公司对目镜的设计作了改变，它得到陆军的认可。这个改变是在目镜内部提供一个弹簧预加载荷，由于适个载荷的作用，当目镜调焦或屈光调整时，不论向哪一个方向移动，都能保持相同的接触配合面。 四、结论
经过生产实践和部队使用，对M19的设计和生产得出下述结论。 1，M19双筒望远镜的可互换组件的槪念是可行的，应考虑在未来的光学仪器中采用。 2，在零部件随机-配成组件以后，再对整个光学组件迸行机械加工的方法，是不用选择装配获得光学和机械轴同心以及保I正焦点位置的有效方法。 3.采用移动夹具，在安装位置用光学方法使工件在夹具上对准，然后把工件和夹具的组合体一起转移到精密加工机床上加工的方案是有效的，而且是达到髙生产率所必镨采用的方案。 4. 使用视频摄象帆和监控仪作为光学对淮系统的读出装置，显著地减少操作人员的疲劳、改善精度、提髙可靠性和产量。 5. 硏制并采用适当的制造方案、工艺方法和设备，可以有效她大量生产（毎月2000具）很严格公差要求的光学仪器。 6. 由于精度要求髙，需要在质量控制和质量保证上下大功夫。对组件和整个望远镜都要百分之百检验。对许多重要的组装件和零件也要百分之百捡验 7. 为了成功地实现这个制造方案，需要一笔大的初始投资用于主要的设备和生产工具以及硏制费用。贝尔、豪威尔公司为实现M19项目的独特、要求，已在专用的主要设备上投资二百五十万美元。这笔投资可使每具望远镜的生产费用降低。
| 
IP卡
狗仔卡
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
显身卡
