СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИРОВКИ И СКЛЕЙКИ ЛИНЗ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G02B23/00 G01M11/00 G01M11/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при массовом производстве высококачественных объективов для телескопов.

Известен способ автоматической центровки линз, реализованный в оптико-электронном устройстве для автоматического центрирования линз (авт.св. N 972293, кл. G 01 M 11/00), при котором проецируют в автоколлимационную точку центрируемой линзы излучающей марку, отраженное от поверхности линзы излучение преобразуют при помощи объектива в изображение диафрагмы и проецируют его через фотометрический клин на фотоприемник, вращают центрируемую линзу, сигнал с выхода фотоприемника преобразуют при помощи синхронного детектора в постоянное напряжение, уровень которого пропорционален величине децентровки, а знак характеризует направление децентровки, воздействием этого напряжение на сервоприводы автоматического патрона приводят упомянутую автоколлимационную точку на ось вращения автоколлимационного изображения.

Однако данный способ дает недостаточную точность центрирования из-за наличия радиального биения при вращении автоматического патрона.

Известен также способ автоматической центровки линз, реализованный в устройстве для автоматического центрирования линз (авт.св. N 1458750, кл. G 01 M 11/00), при котором на отражающей поверхности центрируемой линзы строят изображение диафрагмы, переносят это изображение при помощи объектива на фоточувствительную поверхность четырехквадратного фотоприемника, сравнивают попарно сигналы с диагоналей четырехквадратного приемника, вращают линзу до достижения равенства сигналов с одной из диагоналей фотоприемника, передвигают линзу при помощи перемещения до достижения равенства сигналов с другой диагонали четырехквадратного фотоприемника.

Данный способ является наиболее близким по технической сути к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Недостатком этого способа является невозможность достижения высокой точности центрировки склеиваемых линз, так как при вращении верхняя линза будет скатываться. Кроме того, наличие радиальных биений при вращении линзы также ограничивает достигаемую точность центрировки.

В изобретении решается задача способа автоматической центрировки и склейки линз с высокой степенью точности.

Технический результат достигается тем, что в способе автоматической центрировки линз, заключающемся в устанавливании склеиваемых линз в держатель; зажатии нижней линзы при помощи механизма фиксации; направлении при помощи проекционной оптической системы пучка лучей от оптической миры так, чтобы после прохождения склеиваемых линз сформировалось действительное изображение упомянутой оптической миры; совмещении плоскости наилучшего изображения упомянутой оптической миры с фоточувствительной поверхностью ПЗС-камеры; преобразовании оптического изображения миры в видеосигнал; перемещении верхней линзы при помощи прецизионного микроманипулятора; наносят фотополимеризующийся клей на склеиваемые поверхности линз; вычисляют по упомянутому видеосигналу контраст изображения оптической миры, причем перемещение верхней линзы при помощи прецизионного микроманипулятора ведут в направлении увеличения упомянутого контраста; повторяют три указанные выше операции до тех пор, пока не достигнут максимума контраста; облучают склеиваемые линзы при помощи источника УФ-излучения до тех пор, пока не завершится процесс фотополимеризации оптического клея.

Суть способа заключается в том, что критерием центрирования линз выбран максимум контраста изображения, формируемого склеиваемыми линзами, для определения которого не требуется вращать линзы, а, следовательно, вносить дополнительные погрешности центрировки. Кроме того, для ускорения процесса склеивания используется фотополимеризующийся клей.

Способ заключается в следующем.

На склеиваемые поверхности линз наносят фотополимеризующийся клей.

Устанавливают линзы в оправку, зажимают нижнюю линзу при помощи механизма фиксации.

Направляют при помощи проекционной оптической системы пучок лучей от оптической миры так, чтобы после прохождения склеиваемых линз сформировалось действительное изображение упомянутой оптической миры.

Совмещают плоскость наилучшего изображения упомянутой оптической миры с фоточувствительной поверхностью ПЗС-камеры.

Преобразуют оптическое изображение миры в видеосигнал.

Вычисляют контраст изображения оптической миры.

Перемещают верхнюю линзу при помощи прецизионного микроманипулятора в направлении увеличения упомянутого контраста.

Повторяют три указанные выше операции до тех пор, пока не достигнут максимума контраста.

Облучают склеиваемые линзы при помощи источника УФ-излучения до тех пор, пока не завершится процесс фотополимеризации оптического клея.

Воплощение способа автоматической центровки и склейки линз иллюстрируется на примере устройства.

Известно устройство для автоматической центровки линз (авт. св. N 1118882, кл. G 01 M 11/02). Оно содержит источник монохроматического излучения, коллиматор с тест-объектом, центрируемую оптическую систему с оправкой и держателем, микрообъектив-увеличитель, модулятор, матрицу фотоприемников и блок управления.

Это устройство наиболее близко по технической сути заявляемому и принято в качестве прототипа.

Однако оно имеет низкую точность центрировки, так как при разложении монохроматического пучка в спектр возникают интерференционные помехи, вызываемые присутствием пыли и производственных вибраций.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков.

Заявляемое устройство базируется на описанном выше способе и представлено на чертеже.

Устройство для автоматической центрировки и склейки линз содержит осветитель 1, конденсатор 2, оптическую миру 3, объектив 4, держатель 5 склейки, склеиваемые линзы 6, и 7, ПЗС-камеру 9 с фоточувствительной поверхностью 8, упоры 10 и 11, электропривод прижима 12, прижим 13, электроприводы 14, 15, 16 толкателей, толкатели 17, 18, 19, ультрафиолетовый облучатель 20, блок питания облучателя 21, шторку 22, шаговый двигатель 23, блоки управления шаговыми двигателями 24, 25, 26, 27, 28, преобразователь кадра в цифровую форму 29, регистры 30, 31, 32, 33, 34, 35, дешифраторы адреса 36, 37, 38, 39, 40, 41 и компьютер 42, имеющий шину данных 43 и шину адреса 44.

Расположенные на одной оптической оси осветитель 1, конденсатор 2, объектив 4 и склеиваемые линзы 6 и 7 обеспечивают перенос изображения оптической миры 3 на фоточувствительную поверхность 8 ПЗС-камеры 9. При этом объектив 4 и склеиваемые линзы 6 и 7 образуют оптическую систему, качество изображения которой в значительной мере определяется степенью децентровки склеиваемых линз. Фоточувствительная поверхность 8 располагается в плоскости наибольшего контраста формируемого оптического изображения миры 3, абсолютная величины которого будет изменяться при перемещении верхней линзы относительно нижней.

ПЗС-камеры 9 преобразует оптическое изображение миры 3 в видеосигнал.

Упоры 10, 11, электропривод 12 и прижим 13 образуют механизм фиксации нижней линзы 6 в неподвижном состоянии в процессе центрировки. Электроприводы 14, 15, 16 с толкателями 17, 18, 19 образуют механизм центрирования верхней линзы 7 относительно неподвижной нижней линзы 6.

Ультрафиолетовый облучатель 20 с блоком питания 21, шторкой 22 и шаговым двигателем 23 обеспечивают инициализацию лавинообразного процесса полимеризации фотополимеризующегося клея.

Блоки 24, 25, 26, 27, 28 управления шаговым двигателем обеспечивают преобразование управляющих сигналов ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА и РЕВЕРС в соответствующие сигналы управления обмотками шагового двигателя. При отсутствии тактовой частоты вал двигателя не вращается, при наличии тактовой частоты направление вращения задается сигналом РЕВЕРС.

Блок 29 обеспечивает преобразование кадра телевизионного сигнала в цифровую форму для ввода видеоинформации в компьютер.

Буферные регистры 30, 31, 32, 33, 34, 35 обеспечивают сопряжение информационных сигналов периферийных устройств с шиной данных компьютера 42.

Дешифраторы адреса 36, 37, 38, 39, 40, 41 обеспечивают выбор для подключения к общей шине данных компьютера в каждый момент времени только одного из буферных регистров.

Компьютер 42 обеспечивает прием и обработку измерительной информации, а также выдачу управляющих сигналов на исполнительные устройства по шине адреса 44 (выбор необходимого регистра) и по шине данных 43. При этом, сначала, по шине адреса компьютер устанавливает адрес необходимого буферного регистра, с которым производится обмен информацией, в то время все остальные буферные регистры находятся в "третьем" состоянии, не влияя на шину данных. Выбор других буферных регистров и обмен информацией с ними производится в соответствии с алгоритмом выполнения задачи последовательно во времени.

В исходном состоянии прижим и толкатели находятся в крайнем (максимально удаленном от оптической оси) положении. Шторка 22 облучателя 20 закрыта.

ПЗС-камера 9 может быть использована любого типа, обеспечивающая необходимое пространственное разрешение.

Электроприводы 12, 14, 15, 16 могут быть реализованы на основе шагового двигателя, сопряженного с преобразователем вращательного движения в поступательное типа "винт-гайка".

Ультрафиолетовый облучатель 20 может быть использован типа ДРК-120.

В качестве шагового двигателя 23 может быть использован двигатель типа ДШ35 001575066 А.

Блоки 24, 25, 26, 27, 28 управления ШД могут быть реализованы по схеме (ж. Приборы и техника эксперимента, 1988, N 6, с.186, рис. 1).

Блок 29 может быть типа Aver Video Commander 2.

Буферные регистры 30, 31, 32, 33, 34, 35 могут быть реализованы на микросхемах 1533 ИР 37.

Дешифраторы адреса 36, 37, 38, 39 40, 41, могут быть реализованы на микросхемах 555 ИД 7.

Компьютер 42 IAM совместимый компьютер типа IBM ПС/АТ 286 (386) DX.

Устройство работает следующим образом.

На склеиваемые поверхности линз 6 и 7 наносят фотополимеризующийся оптический клей. Склейку устанавливают в держатель 5. При помощи клавиатуры компьютер 42 запускают режим автоматической работы.

Компьютер реализует циклограмму работы, включающую следующие операции:
1) фиксация нижней линзы (режим ФИКСАЦИЯ);
2) захват верхней линзы (режим ЗАХВАТ);
3) центрировка верхней линзы (режим ЦЕНТРИРОВКА);
4) включение экспозиции (режим ЭКСПОЗИЦИЯ);
5) выведение механизмов в начальное положение (режим НАЧАЛО).

Режим ФИКСАЦИЯ реализует следующий алгоритм работы:
1) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 35;
2) сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логической 1 (направление вращения ВПЕРЕД);
D1-N импульсов тактовой частоты (число N определяет перемещение прижима 13 на величину, достаточную для надежной фиксации нижней линзы);
3) снять с адресной шины 43 код адреса для выбора регистра 35.

Режим ЗАХВАТ выполняется по следующему алгоритму:
1) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 31;
2) сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логической 1 (направление вращения ВПЕРЕД);
D1 1 импульс тактовой частоты (перемещение толкателя на величину, равную одному дискрету);
3) снять с адресной шины 42 код адреса для выбора регистра 31;
4) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 32;
5)сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логической 1 (направление вращения ВПЕРЕД);
D1 1 импульс тактовой частоты (перемещение толкателя на величину, равную одному дискрету);
6) снять с адресной шины 43 код адреса для выбора регистра 32;
7) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 33;
8) сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логической 1 (направление вращения ВПЕРЕД);
D1 1 импульс тактовой частоты (перемещение толкателя на величину, равную одному дискрету);
9) снять с адресной шины 43 код адреса для выбора регистра 33;
10) повторить операции по пп. 1 9 М раз (значение М определяется устойчивым касанием всех толкателей с торцом верхней линзы).

Режим ЦЕНТРОВКА выполняется по следующему алгоритму:
1) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 34;
2) прочитать видеоинформацию данного телевизионного кадра с регистра 34;
3) вычислить оптический контраст видеоизображения по формуле:

где среднее значение видеосигнала за кадр;
отклонение от среднего в j-том элементе изображения;
-NN число элементов изображения в кадре;
4) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 32;
5) сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логического O (направление вращения НАЗАД);
D1 2 импульса тактовой частоты; (отход толкателя);
6) снять с адресной шины 42 код адреса для выбора регистра 32;
7) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 33;
8) сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логического O (направление вращения НАЗАД);
D1 2 импульса тактовой частоты (отход толкателя);
9) снять с адресной шины 43 код адреса для выбора регистра 33;
10) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 31;
11) сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логической 1 (направление движения ВПЕРЕД);
D1 1 импульс тактовой частоты (перемещение толкателя на величину, равную одному дискрету);
12) снять с адресной шины 43 код адреса для выбора регистра 31;
13) вычислить оптический контраст видеоизображения по формуле:

где среднее значение видеосигнала за кадр;
отклонение от среднего в j-том элементе изображения;
NN число элементов изображения в кадре.

14) сравнить значения C(i) и C(i+1),
если C(i) <C(i+1) направление перемещения выбрано правильно,
если C(i) > C(i+1) направление перемещения должно быть изменено;
15) выполнить операции по пп. 1 14 до тех пор, пока не будет достигнуто максимум контраста;
16) аналогично вышеизложенному определить точку максимального контраста, достигаемого при перемещении верхней линзы по другой координате;
17) при достижении глобального максимум контраста перейти в режим экспозиции.

Режим экспозиции выполняется по следующим алгоритму:
1) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 30;
2) сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логической 1;
D1 К импульсов тактовой частоты (значение К должно быть таково, чтобы вал шагового двигателя 23 повернулся на 180^o);
3) пауза, равная времени необходимой экспозиции;
4) сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логической 1;
D1 К импульсов тактовой частоты (шторка закрылась);
5) снять с адресной шины 43 код адреса для выбора регистра 30;
Режим НАЧАЛО выполняется по следующему алгоритму:
1) установить на адресной шине 43 код адреса для выбора регистра 31;
2) сформировать на шине данных по разрядам
DO сигнал логического O (направление перемещения НАЗАД);
D1-R импульсов тактовой частоты (число R определяет перемещение толкателя в крайнее начальное положение);
3) снять с адресной шины 43 код адреса для выбора регистра 31.

4) повторить операции по пп. 1 3 соответственно для регистров 32, 33 и 35.

Таким образом, весь цикл центрировки и склейки линз осуществляется автоматически под управлением компьютера. При этом достигается высокая точность центрировки за счет того, что при контроле децентрировки отсутствует вращение склеиваемых оптических компонент, кроме того в течение всего процесса склеивания, линзы жестко фиксированы в центрированном положении.

Сущность изобретения: заключается в том, что критерием центрирования линз выбран максимум контраста изображения, формируемого склеиваемыми линзами, для определения которого требуется вращать линзы, а, следовательно, вносить дополнительные погрешности центрировки. Для этого склеиваемые линзы 6, 7 устанавливают в держатель 5 зажимают нижнюю линзу 6 при помощи механизма фиксации, направляют при помощи проекционной оптической системы пучок лучей от оптической миры 3 так, чтобы прохождение склеиваемых линз сформировалось действительное оптической миры 3, совмещают полость наилучшего изображения оптической миры 3 с фоточувствительной поверхностью ПЗС-камеры 9, преобразуют оптическое изображение миры 3 в видеосигнал перемещают верхнюю линзу 7 при помощи прецизионного микроманипулятора, фотополимеризующийся клей наносят на склеиваемые поверхности линз 6, 7 вычисляют по видеосигналу контраст изображения оптической миры, причем перемещение верхней линзы 7 ведут в направлении увеличения контраста, повторяют перемещение, преобразование и вычисление до тех пор, пока не достигнут максимума контраста, облучают склеиваемые линзы при помощи источника УФ-излучения 20 до тех пор, пока не завершится процесс фотополимеризации оптического клея. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ автоматической центрировки и склейки линз, заключающийся в устанавливании склеиваемых линз в держатель, зажатии нижней линзы при помощи механизма фиксации, направлении при помощи проекционной оптической системы пучка лучей от оптической миры так, чтобы после прохождения склеиваемых линз сформировалось действительное изображение оптической миры, совмещении плоскости наилучшего изображения оптической миры с фоточувствительной поверхностью ПЗС-камеры, преобразовании оптического изображения миры в видеосигнал, перемещении верхней линзы при помощи прецизионного микроманипулятора, отличающийся тем, что наносят фотополимеризующийся клей на склеиваемые поверхности линз, вычисляют по видеосигналу контраст изображения оптической миры, причем перемещение верхней линзы при помощи прецизионного микроманипулятора ведут в направлении увеличения контраста, повторяют перемещение, преобразование и вычисление до тех пор, пока не достигнут максимума контраста, облучают склеиваемые линзы при помощи источника УФ-излучения до тех пор, пока не завершится процесс фотополимеризации оптического клея. 2. Устройство автоматической центрировки и склейки линз, содержащее расположенные на одной оптической оси осветлитель, конденсор, оптическую миру, объектив, держатель склейки, склеиваемые линзы, а также первый, второй и третий электроприводы, механически соединенные соответственно с первым, вторым и третьим толкателями, отличающееся тем, что дополнительно введены ПЗС-камеры с фоточувствительной поверхностью, первый и второй упоры, электропривод прижима, механически соединенный с прижимом, ультрафиолетовый облучатель, последовательно соединенный с блоком питания облучателя, шторка, шаговый двигатель, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки управления шаговыми двигателями, преобразователь кадра в цифровую форму, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой буферные регистры, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой дешифраторы адреса и компьютер, причем ПЗС-камера, фоточувствительная поверхность которой располагается на оптической оси устройства в плоскости наилучшего изображения оптической миры, своим выходом через последовательно соединенные преобразователь кадра в цифровую форму и первый буферный регистр подключена к входам данных второго, третьего, четвертого, пятого и шестого буферных регистров и к шине данных компьютера, шина адреса которого соединена с входами первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого дешифраторов адреса, выходы которых соответственно подключены к разрешающим входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого буферных регистров, первый и второй выходы второго, третьего, четвертого, пятого и шестого буферных регистров подключены соответственно к первому и второму входам первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков управления шаговым двигателем, выход первого блока управления шаговым двигателем соединен с шаговым двигателем, механически соединенным со шторкой, через отверстие в которой ультрафиолетовый облучатель оптически соединен со склейкой, на торец нижней линзы которой воздействуют первый и второй упоры и прижим, механически соединенный с электроприводом прижима, вход которого подключен к выходу второго блока управления шаговым двигателем, а на торец верхней линзы первый, второй и третий толкатели, механически соединенные соответственно с первым, вторым и третьим электроприводами, входы которых подключены соответственно к выходам третьего, четвертого и пятого блоков управления шаговым двигателем.