СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЦЕНТРИРОВКИ ЛИНЗ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01M11/00 

Изобрение относится к оптическому приборостроению и может использоваться для технологического и аттестационного контроля качества склейки линзовых компонент.

Известен способ контроля центрировки оптических систем [1] заключающийся в формировании гомоцентрического пучка, преобразовании его в пучок, соосный с контролируемой системой, последовательном выделении пучков, отраженных различными поверхностями контролируемой оптической системы, формировании из каждого выделенного пучка двух пучков, регистрации сформированных пар пучков и определении децентрировки каждой из поверхностей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, в качестве источника выбирают когерентный источник излучения, преобразуют гомоцентрический пучок в пучок с продольной сферической аберрацией, а последовательное выделение пучков, отраженных различными поверхностями контролируемой оптической системы, осуществляют диафрагмированием параксиальной области падающего на систему пучка в плоскости, оптически сопряженной с плоскостью расположения автоколлимационной точки соответствующей поверхности системы, а величину децентрировки определяют по интерференционной картине, образующейся при взаимодействии сформированных пар пучков.

Однако данный способ не обеспечивает надежную работу в цеховых условиях, так как интерференционная картина весьма чувствительна к вибрациям.

Известен коллимационный способ контроля центрировки [2] заключающийся в том, что формируют в задней фокальной плоскости контролируемой оптической системы изображение оптической марки, рассматривают упомянутое изображение под увеличением, вращают контролируемую оптическую систему вокруг геометрической оси, судят о децентрировке по величине биения изображения оптической марки.

Данный способ наиболее близок по технической сути к заявляемому и выбран в качестве прототипа. Однако он имеет недостаток, связанный с тем, что за счет оптического увеличения наблюдаемая марка размыта, что препятствует высокоточному измерению размаха ее биения при вращении линз и вызывает постоянное зрительное напряжение при работе.

Цель изобретения создание способа контроля децентрировки, который бы обеспечивал отображение информации в удобном для рабочего виде и позволял проводить контроль качества центрирования с высокой точностью.

Цель достигается тем, что в способе контроля центрировки линз, заключающемся в просвечивании контролируемых линз пучком лучей, строящих за контролируемыми линзами изображения оптической марки, масштабировании полученного изображения при помощи увеличивающей оптической системы и вращении контролируемых линз вокруг геометрической оси одной из линз, преобразуют с помощью телевизионной камеры увеличенное изображение оптической марки в видеосигнал, выделяют в видеосигнале характерную точку, например, соответствующую максимуму сигнала, формируют измерительный интервал от выделенной характерной точки до конца развертки по строке, преобразуют измерительный интервал в напряжение U_х, запоминают напряжение U_x до окончания кадра, масштабируют напряжение U_х с коэффициентом К, сравнивают напряжение U_x и K˙ U_х с пилообразным сигналом телевизионной развертки по строке, формируют в моменты его равенства с напряжениями U_х и К ˙ U_х сигналы грубой и точной электронной марки соответственно, стробируют полученные сигналы так, чтобы каждый из них существовал в своей ограниченной области телевизионного кадра, суммируют упомянутые сигналы с видеосигналом, отображают результат суммирования на экране электронно-лучевой трубки, судят о направлении центрировки по смещению изображения оптической марки относительно центра ЭЛТ, а о величине децентрировки по размаху биения сигналов грубой и/или точной электронной марки при вращении контролируемых линз.

Суть изобретения заключается в том, что изображение оптической марки, отображаемое на мониторе, используется лишь для определения направления децентрировки, а о величине децентрировки судят по отклонению сформированных путем электронной обработки видеосигнала грубой и точной электронных марок.

Это позволяет существенно повысить комфортность условий работы, снизить зрительную утомляемость, повысить в целом точность контроля децентрировки.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления способа, общий вид; на фиг. 2 блок выделения характерной точки; на фиг. 3 отображение информации на мониторе; на фиг. 4 временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит осветитель 1, стекло 2 с нанесенной оптической маркой, проекционную оптическую систему 3, устройство 4 базирование с контролируемой линзовой системой, увеличивающую оптическую систему 5, телевизионную камеру 6 с многоэлементным приемником 7 изображения, блок 8 выделения характерной точки, триггер 9, интегратор 10, элемент ИЛИ 11, масштабирующий усилитель 12, компараторы 13 и 14, генератор 15 пилообразного напряжения, одновибраторы 16 и 17, элементы И 18, 19, программируемое постоянное запоминающее устройство 20, счетчик 21 по координате Х, счетчик 22 по координате У, сумматор 23 и монитор 24.

Осветитель 1 подсвечивает оптическую марку в виде точки, нанесенной на стекло 2. Это изображение оптической системой, состоящей из проекционной системы 3 и контролируемой линзовой системы 4, строится в предметной плоскости увеличивающей оптической системы 5. Последняя формирует увеличенное изображение оптической марки на фоточувствительной поверхности многоэлектронного приемника 7.

Телевизионная камера 6 преобразует изображение в видеосигнал, а также вырабатывает сигналы синхронизации (тактовую частоту, строчные и кадровые синхронизирующие импульсы).

Блок 8 обеспечивает выделение по видеосигналу характерной точки изображения размером в один пиксел, которая отражает пространственное положение наблюдаемой оптической марки.

Возможная реализация блока 8 показана на фиг.2 и включает в себя пиковый детектор 25 со сбросом, компаратор 26 и одновибратор 27.

Триггер 9 обеспечивает формирование временного интервала от момента получения сигнала с выхода блока 8 до очередного строчного синхроимпульса. Блок 9 может быть реализован на основе триггера, например 155ТМ2. Интегратор 10 обеспечивает преобразование длительности временного интервала, сформированного блоком 9, в напряжение. Он может быть реализован на основе операционного усилителя, например 1407УД1.

Элемент ИЛИ 11 обеспечивает получение сигналов сброса интегратора 10 по окончании каждого кадра, либо после обнаружения максимумов в видеосигнале, превышающих значения в предыдущих строках. Масштабирующий усилитель 12 обеспечивает усиление напряжения, вырабатываемого блоком 10.

Компаратор 14 вместе с одновибратором 17 формирует сигнал грубой электронной марки при сравнении пилообразного напряжения с выхода генератора 15 и напряжения с выхода блока 10.

Компаратор 13 вместе с одновибратором 16 формирует сигнал точной электронной марки при сравнении пилообразного напряжения с выхода блока 15 и напряжения с выхода блока 12.

Элементы И 18 и 19 обеспечивают пространственное стробирование сигналов грубой и точной электронной марки соответственно. Моменты пропуска этих сигналов определяются "окнами", зашитыми в памяти программируемого постоянного запоминающего устройства 20, на адресные входы которого подаются текущие состояния счетчика 21 по координате Х и счетчика 22 по координате У. Кроме того, блок 20 генерирует сигнал электронной измерительной шкалы.

Сумматор 23 обеспечивает суммирование видеосигнала, сигналов грубой и точной электронной марки, а также сигнала электронной измерительной шкалы. Монитор 24 воспроизводит на экране изображение, показанное на фиг. 3.

Устройство работает следующим образом. Контролируемую линзовую систему вращают вокруг своей оси в устройстве 4 базирования.

Если в системе децентрировка отсутствует, то при вращении изображение оптической марки не изменяет своего положения (ход лучей показан пунктиром на фиг.1).

Если в контролируемой линзовой системе имеется децентрировка (ход лучей на фиг. 1 показан сплошной линией), то при вращении изображение оптической марки будет описывать окружность, радиус которой пропорционален величине децентрировки.

Изображение оптической марки, формируемое на фоточувствительной поверхности 7 телевизионной камеры 6, преобразуется в видеосигнал (фиг.4 с) и отображается на мониторе (фиг.3). Воспроизводимое на мониторе изображение оптической марки позволяет оценить степень децентрировки линз и направление децентрировки.

С целью измерения величины децентрировки формируются грубая и точная электронные марки. Для этого видеосигнал с выхода телевизионной камеры 6 подается на блок 8 выделения характерной точки. Пример реализации такого блока показан на фиг.2. В каждой строке пиковый детектор 25 запоминает максимальное значение видеосигнала (фиг.4d). Компаратор 26 сравнивает текущий видеосигнал и запомненный пиковым детектором 25. На выходе компаратора формируются импульсы, соответствующие условию превышения текущего видеосигнала над выходом пикового детектора. Одновибратор 27 формирует короткие (в один пиксел) импульсы по заднему фронту сигналов с выхода компаратора.

Таким образом, глобальному максимуму видеосигнала от точки (изображения оптической марки) будет соответствовать последний в кадре импульс с выхода одновибратора 27. Кадровым гасящим импульсом (фиг.4а) пиковый детектор 25 сбрасывается в ноль.

Каждый импульс с выхода блока 27, соответствующий локальным или глобальному максимуму видеосигнала, устанавливает триггер 9 в состояние логической "1". Обнуление триггера 9 производится строчными синхроимпульсами.

Таким образом, на выходе триггера 9 формируется измерительный интервал от максимума сигнала по строке до строчного синхроимпульса, как показано на фиг.4f.

Длительность этого временного интервала преобразуется в напряжение U интегратором 10 (фиг.4g). Сброс интегратора 10 осуществляется кадровым синхроимпульсом, либо сигналами с выхода блока 8. При этом, как видно из фиг.4, на выходе интегратора 10 сохраняется напряжение U, соответствующее глобальному максимуму видеосигнала. Это напряжение масштабируется усилителем 12, имеющим коэффициент К усиления (фиг.4i).

Компараторы 13 и 14 сравнивают напряжение U и K ˙U соответственно с пилообразным сигналом, вырабатываемым генератором 15. В моменты сравнения (по перепадам на выходах компараторов 13 и 14) одновибраторы 16 и 17 формируют сигналы грубой (фиг.4h) и точной (фиг.4j) электронных марок.

Эти сигналы, простробированные на элементах 18 и 19 сигналами соответствующих пространственных окон, суммируются с видеосигналом и отображаются на экране монитора 24, как показано на фиг. 3.

Таким образом, когда изображение оптической марки описывает некоторую окружность, грубая электронная марка b окна I перемещается в диапазоне b^I-b^II, а точная электронная марка с, наблюдаемая в окне II, перемещается в диапазоне с^I-c^II, то есть имеет большую чувствительность к смещению оптической марки.

Коэффициент К усиления определяет диапазон электронного масштабирования, которое обеспечивает степень увеличения этой чувствительности.

Таким образом, изобретение обеспечивает высокоточный контроль качества центрировки линз посредством наблюдения отображаемой на мониторе картины. При этом снижается зрительная утомляемость рабочих, что способствует повышению производительности и уменьшению брака.

Сущность изобретения: способ контроля центрировки линз заключается в просвечивании контролируемых линз пучком лучей, строящих за контролируемыми линзами изображение оптической марки, масштабировании полученного изображения при помощи увеличивающей оптической системы и вращении контролируемых линз вокруг геометрической оси одной из линз, преобразовании с помощью телевизионной камеры увеличенного изображения оптической марки в видеосигнал, выделении в видеосигнале характерной точки, формировании измерительного интервала от выделенной характерной точки, до конца развертки по строке, преобразовании измерительного интервала в напряжение U_x запоминании напряжения U_x до окончания кадра, масштабировании напряжения U_x с коэффициентом К, сравнении напряжений U_x и K·U_x с пилообразным сигналом телевизионной разветки по строке, формировании в моменты его равенства с напряжениями U_x и K·U_x сигналов грубой и точной электронной марки соответственно, стробировании полученных сигналов так, чтобы каждый из них существовал в своей ограниченной области телевизионного кадра, суммировании сигналов грубой и точной электронной марки с видеосигналом, отображении результата суммирования на экране электронно-лучевой трубки, суждении о направлении децентровки по смещению изображения оптической марки относительно центра ЭЛТ, а о величине децентровки - по размаху биения сигналов грубой и/или точной электронной марки при вращении контролируемых линз. Устройство содержит последовательно установленные осветитель, стекло с маркой, проекционную оптическую систему, базирующее устройство с контролируемой оптической системой и увеличивающую оптическую систему, а также телевизионную камеру, блок выделения характерной точки, триггер, интегратор, масштабирующий усилитель, логический элемент ИЛИ, два компаратора, два одновибратора, два логических элемента И, счетчик по координате X, счетчик по координате Y, генератор пилообразного напряжения, программируемое постоянное запоминающее устройство, монитор, сумматор. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ контроля центрировки линз, заключающийся в просвечивании контролируемых линз пучком лучей, строящих за контролируемыми линзами изображение оптической марки, масштабировании полученного изображения при помощи увеличивающей оптической системы и вращении контролируемых линз вокруг геометрической оси одной из них, отличающийся тем, что увеличенное изображение оптической марки преобразуют в видеосигнал с помощью телевизионной камеры, выделяют в видеосигнале характерную точку, например, соответствующую максимуму сигнала, формируют измерительный интервал от выделенной характерной точки до конца развертки по строке, преобразуют измерительный интервал в напряжение U_x, запоминают напряжение U_х до окончания кадра, масштабируют напряжение с коэффициентом K, сравнивают напряжение U_x и K · U_x с пилообразным сигналом телевизионной развертки по строке, формируют в моменты его равенства с напряжениями U_x и K · U_x сигналы грубой и точной электронной марки соответственно, стробируют полученные сигналы так, чтобы каждый из них существовал в своей ограниченной области телевизионного кадра, суммируют сигналы грубой и точной электронной марки с видеосигналом, отображают результат суммирования на экране электронно-лучевой трубки, судят о направлении децентрировки по смещению изображения оптической марки относительно центра электронно-лучевой трубки, а о величине децентрировки по размаху биения сигналов грубой и/или точной электронной марки при вращении контролируемых линз. 2. Устройство для контроля центрировки линз, содержащее расположенные на одной оптической оси осветитель, стекло с оптической маркой, проекционную оптическую систему, базирующее устройство с контролируемой оптической системой, увеличивающую оптическую систему, отличающееся тем, что в него введены телевизионная камера, блок выделения характерной точки, триггер, интегратор, масштабирующий усилитель, первый и второй компараторы, первый и второй логические элементы И, первый и второй одновибраторы, логический элемент ИЛИ, генератор пилообразного напряжения, счетчик по координате X, счетчик по координате Y, программируемое постоянное запоминающее устройство, сумматор, монитор, причем плоскость изображения увеличивающей оптической системы совмещена с фоточувствительной поверхностью телевизионной камеры, видеовыход которой соединен с первым входом сумматора и с видеовходом блока выделения характерной точки, выход которого соединен с установочным входом триггера и с первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход с первым входом первого компаратора и входом масштабирующего усилителя, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с вторым входом второго компаратора и с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с входами обнуления триггера и счетчика по координате X, со счетным входом счетчика по координате Y и с выходом строчных синхронизирующих импульсов телевизионной камеры, выход кадровых синхронизирующих импульсов которой соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ и с входами обнуления блока выделения характерной точки и счетчика по координате Y, а выход тактовых импульсов телевизионной камеры со счетным входом счетчика по координате X, выход которого соединен с первым входом программируемого постоянного запоминающего устройства, второй вход которого соединен с выходом счетчика по координате Y, а первый выход с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом монитора, третий вход сумматора соединен с выходом первого логического элемента И, первый вход которого через первый одновибратор соединен с выходом первого компаратора, а второй вход с вторым выходом программируемого постоянного запоминающего устройства, третий выход которого соединен с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого через второй одновибратор соединен с выходом второго компаратора, а выход с четвертым входом сумматора. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок выделения характерной точки выполнен в виде последовательно соединенных пикового детектора, третьего компаратора и третьего одновибратора, причем вход пикового детектора соединен с вторым входом третьего компаратора и является видеовходом блока выделения характерной точки, вход обнуления пикового детектора является входом обнуления блока выделения характерной точки, а выход третьего одновибратора выходом блока выделения характерной точки.