Устройство для автоматической центрировки линз Советский патент 1983 года по МПК G01M11/00 

Изобретение относится к опти,ко-механической промышленности, в частности к оптическому производству линз, и может быть использовано для автоматической центрировки линз в мелкосерийном и массовом производствах.

Качественная центрировка оптической оси линзы относительно ее оси вращения является необходимой для любой оптической системы и улучшает качественные показатели оптики.

Известно устройство, которое может быть использовано для автоматической центрировки ЛИН9, содержащее источник света, держатель оправы с линзой, светоделитель, матрицу фотоприемников, датчик положения держателя оправы с линзой, исполнительные органы и схему управления, включаквдую гейератор, соединенный с блоком сравнения и выделения разности, блок фотоэлектрических преобразователей, выходы которых через блок сравнения и выделения разности подключены к синхронизатору С ЗНедостатками известного устройства являются низкие прои: водительность и точность ввиду релейного управления электроприводом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, которое обеспечивает автоматическую центрировку линзы, осуществляя совмещение оптической оси линзы с осью вращения за счет электромагнитных перемещений ударам по оправе, имеющей две степени свободы вязкого перемещения в сферической опоре. При работе устройства отраженный луч от центрируемой линзы попадает на светоделитель, расположенный под углом 45® к оси вращения, и отклоняется в перпендикулярном направлении на матрицу фотоприемников, описывая на ней кривые типа окружности. По мере центрировки радиус этих кривых уменьшается, приближаясь к нулево7 1у значению.

Матрица фотоприемников в этом устройстве выполнена в виде трех секторов, расположенных под углом 120- друг к другу и с центральным фотоприемником, при этом в схему блока управления введено два Эктриггера с блоком управления и два преобразователя длительности импульса, в токовый импульс, а выходы преобразователей соединены с исполнительными органами .23.

Недостатками указанного устройства для центрировки линз является наличие некоторого шумового фона, сопровождающего работу устройства, быстрый износ электромагнитных ударников и необходимость работы в

условиях сравнительно стабильного микроклимата.

Изменения температуры от работы электромагнитов фиксации, вибрация

не только внешняя, но и создаваемая работой ударников, вызывают необходимость сравнительно частых наладочных работ.

Кроме того, недостатком такого

Q устройства является последовательность операции центрировки тангенциальной составляющей рассогласования и составляющей эксцентриситета. Хотя производительность электромагнитных перемещений превышает производительность системы регулирова- ния с исполнительным электроприводом (предполагается с редуктором ), однако при совмещенной во времени работе электропривода по отработке

0 указанных составляющих ошибки рассогласования производительность устройства может быть повышена. Большая колебательность процесса также уменьшает производительность.

5 Цель изобретения - повышение надежности устройства.и обеспечение направленности и величины сигнала коррекции.

Указанная цель достигается тем,

0 что в устройстве, содержащем матрицу фотоприемников , соединенных с фотоэлектрическими преобразователями блока управления, включающего элемент ИЛИ и тиристорные

5 коммутаторы,электроприводы позиционирования и синхронизации, источник излучения, светочувствительный регистратор излучения, светоделитель, схему синхронизации и меха-/-... низм фиксации и центрировки, механизм фиксации и центрировки выполнен в виде смонтированных в полом шпинделе двух синусно-косинусных механизмов, несущих шаровую втулку с центрируемой линзой, охваченную

5 якорем электромагнитного фиксатора, и четырех концентрично установленных с возможностью ограниченного поворота полых валов, шарнирно соединенных с соответствующей кулисой

0 синусно-косинусного механизма и через сумматор с валом синхронно.го электропривода и валом соответствующего электропривода позиционирования, подключенных к выходу тиристор5 ного четырехканального коммутатора . блока управления, содержащего в каждом канале последовательно подключенные к выходу фотоэлектрического преобразователя первого канала генератор пилообразного напряжения,.компаратор и тиристорный коммутатор, при этом генератор пилообразного напряжения входом подключен в первом канале к фазовому дискриминатору,

с одним входом подключенному к выходу фотоэлектрического преобразователя этого канала, а вторым - к выходу второго фотоэлектрического преобразо вателя, во втором канале -, через интегратор к выходу элемента .ИЛИ входами подключенного к третьему и четвертому фотоэлектрическим преобразователям, а в третьем и четвертом каналах - через соответстйукщие интеграто Н:1 к выходу пятого и шестого фотоэлектрических преобразователей, при этом схема синхронизации выполиена в виде модулирующего диЬка, жес ко, связанного со шпинделем механизыа фиксации и центрировки и размещенного между дополнительным источНИКОМ излучения и фотоприемником первого канала &лока управления. Между регистратором излучения и матрицей фотоприемников устано ен фильтр переменной оптической плотности. Такая структура устройства позволяет Обеспечить унификацию каналов. Увеличение производительности достигается за счет совмещения периодов отработки электроприводами рассогласования, связанных с составляющими децентрировсшногр положения линзы с держателем. Уменьшение колебательности процесса центрировки достигается структурой каждого названного канала в блоке управления принципом управления: числовым, широтно-фазовым. , ., ..,.. На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства, совмещенная с элементами кинематической схеивл ; на фиг. 2 - блокг-схема блока управления . 3 - кинематическая схема сум матора-дифференциала}на.фиг, 4 - траекторий -луча на матрице фотоприемников: А - при фазовом рассогласовании Б - в синфазном состоянии ; на фиг.- 5 - разрез А-А на фиг. 1, поясняющий работу сиНусно-рычажных ме ханизмов, преобразуняцих угловые перемещения полых валов соответствукпш дифференциалов в поступательные и угловые перемещения объекта центрировки } нафиг. б --матрица фотоприемников в двух проекциях с совмещенным с ней светофильтром переменной светопроницаемости ; на фиг. 7 - диаг рамма электрического сигнгша на выхо де фотоприемников преобразователей канала отработки тангенциальной составлянкаей децентрировки линзы;ва фиг. 8 - блок-схема управления меха низмом фиксации;; на фиг. 9 - диагра ки, поясняющие работу канала Фаза (фиг. 2J, где; «-опорный синхросигнал ; 5- сигнал на выходе фотопр)(емника фазового положения трдектории луча ОКГ , В - диаграмма динамнческрго состояния электропри 9ода 1)азорой отработки в согласованном состоянии, t- диаграмма сигнала на выходегенератора рабочей точкой срабатывайия компаратора при напряжении в согласованном состоянии , в - диаграмма сигнала нг выходе фазового дискриминатора при фазовом рассогласовании, е - диаграмма коммутации электропривода фазовой отработки при фазовом рассогласовании ; на фиг. Ю - диаграммы, поясняквдие работу канала Танген- циальный (л- диаграмма сигнала на выходе генератора пилообразного напряжения в четные и нечетные прлупериоды питающего напряжения ff -, диаграмма коммутации электропривода тангенциальной отработки с переходом из несогласованного состояния в согласованное/;на фиг. 11 - диаграмлы, поясняющие работу канала Х(У ) - отработка ( « - диаграмма сигнёша на выходе генератора пилообразного напряжения, 5 - диаграмма коммутации электропривода Х{У ) отработки с переходом из несогласованного состояния в согласованное). Устройство для автоматической центрировки линз содержит (фиг. 1) держатель 1 с линзой 2, регистратор 3 излучения (отражатель ), шаровую втулку 4, якорь 5 электромагнитной системы 6 фиксации, установленный с возможностью плоско-параллельных перемещений в шпинделе 7, ось вращения которого совпадает с осью визирования источника 8 излучения оптического квантового генератора, синусно-рычажные механиакы 9-12 (фиг. 1 и 5 )t концентрические полые валы 13 - 16, установленные с возможностью независимых ограниченных поворотов относительно шпинделя 7, несущего модулирукиций диск 17, размещенный между светодиодом 1 и фотоприемником 19 фазовой синхронизации, светочувствительную матрицу 20 фотоприемников (фиг. 1 и 6J с центральным отверстием 21, совмещенную со светофильтром 22 переменной светопроницаемости, светоделитель 23, фотоприемник 24 центрировки, механические суг« атрры-дифференциалы (один из которых изображен на фиг. З), кинематически связанные каждый первым входом с валом 25 синхронного электропривода вращения шпинделя и вторым входом с соответствующим исполнительным лектроприводом отработки составлятщх децентрировки линзы. из механических сумматоровдаФФеренциалов содержит кинематические пары 26 и 27, сателлиты 28, само- . тормозящукюя пару 29 червяк-шестерня. Каждый синусно-рычажный механизм (фиг. 5 и 1 ) выполнен в виде двух взаимно перпендикулярных кулис 9 12 хвостовиком 30 шарнирно закрепленных на шпинделе 7, а другими концами посредством пальцев 31 - с соответствукйцими концентрично установ ленными валами 13-16. Матрица 20 фотоприемников (фиг,1 и б ) содержит фотоприемникй 32 и 33 в каналах х и У - отработок блока управления (фиг, 2;,- фотоприемники 34 и 35 (фиг, в ) S канале Тангенциальный (фиг. 2) тангенциальной отработки зг(Фиг. 1), фотоприемник 36 (фиг. б в канале Фаза (фиг, 2 фазовой отработки -Ч.. , + 4 (Фиг.. 4) Каждый из фотоприемников связан с соответствующим фотоэлектрическим преобразователем 37 - 37(фиг, 2 и 8). . В канале Фаза блока управления (фиг. 2) генератор 38 пилообразно го напряжения подключен управляющим входом к выходу фазового дискримина тора 39, а в .канале Тангенциальный генератор ЗВл через интегратор 40 подключен к выходу схемы ИЛИ 41 ; в каналах Х(У } - отработка генераторы 38 2 и 38 пилообразного напряжени подключены соответственно, управляющ ми входами через интеграторы 42 и 4 к фотоэлектрическим преобразователя 37с и 37,а выходом каждый генерат пилообразного напряжения ГПН 38 38 4 подключен через соответствующий компаратор 44 - 44 с регулировочным резистором 45. - 45 к управляющему входу тиристорного коммутатора 46 . - 46, подключенног последовательно с электроприводом позиционр2рования 47 - 47 к источнику .питания переменного тока часто той f , при этом каждый тиристорный коммутатор содержит включенные встречно-параллельно цепочки из тиристоров 48 и 48„ и диодов 49 и 49 / г-,4 ,-« L 2 с резисторами 50 и 50, в цепи управляющего электрода каждого тиристора и резистором 51 утечки. В исходном состояниикаждый из синусно-рычажных механизмов 9 - 12 (фиг. 1 и 5 ) занимает среднее положение возможных угловых поворотов от средне1-о положе.нйя, обеспечивая сцентрированное состояние шаровой втулки 4 (фиг. 1) с хвостовиком 30 при несдентрированном состоянии держателя 1 с 2 оптическую ось которой необходимо сцентрировать. Пусть из несцентрированного состояния фазового и тангенциального, а также X, У рассогласований оптическая ось линзы 2 приводится в сов мещенное состояние с осью вращения шпинделя 7. В исходном несогласованном состоянии линйы 2 (фиГ. 1) луч й Эточника 8 излучения через светоделитель 23, центральное отверстие 21 матрицы 20 фотоприемников попадает на линзу 2, отражается от светочувствительного регистратора 3 и под углом -у проецируется на поверхности светофильтра 22, совмещенного с матрицей 20 фотоприемников. При синхронном вращении шпинделя 7траектория пятна луча в общем случае представляет эксцентричную окружность А радиуса R с центром О; и с фазо-, вым сдвигом, например, - V (фиг. 4 относительно синхросигнала (фиг. 9а), формируемого на фотоприемнике 19 (фиг. 1 и 2 ) и (фиг 9 ск fS), При фазовой отработке исполнительным электроприводом. 47. (фиг, 2) посредством сумматора-дифференциала (фиг.З) и синусно-рычажного механизма 12 (фиг. I и ь) окружность А траектории пятна луча с центром 0 занимает положение В с центром Ojj (фиг , 4 синфазное состояние по каналу Фаза (фиг. 2 ). Тангенциальная составляющая децентрировки линзы отрабатывается исполнительным электроприводом 47 (фиг, 2 ) при помощи синусно-рычажного механизма 11 (фиг, 1 и 5J аналогично, а составлянвдие X и У децентрировок соответственно электроприводами 47.J и 47 (фиг. 2 ) при помощи синусно-рычажных механизмов S и 10 (фиг. 1). В результате луч источника излучения, отраженный от светочувствительного регистратора 4, образует на матрице 20 фотоприемннк 1фиг. 1 и 4V траекторию уменьшающегося радиуса и в конечном итоге совмещается с ее центральным отверстием 21 (фиг. 1 и 6 ). Отклоняясь на 90 ° на светоделителе 23, отраженный луч ОКГ попадает на фотоприемник 2 4 центрировки (фиг. 1 и 8/, Это обеспечивает электрический сигнал на выходе фотоэлектрического преобразователя формирователя 37 (фиг, 8 и возбуждение электромагнитной системы фиксации ,(фиг. 1-8;, В результате воздействия электромагнитной силы на якорь 5 осуществляется зажим шаровой втулки 4. После осуществления фиксации держателя 1 его поверх- , ность подвергается финишной обработке. Функциональное назначение матрйч-. ного регистратора 20 . (фиг , 1 и б j состоит в развязке каналов (фиг, 2 ). Соавмещенный с ним светофильтр 22, .имеющий переменную светопроницаемость с увеличением светопропускания от центра к краю, обеспечивает формирование электрического сигнала, увеличивакяцейс; амплитуды пропорционально радиусу удаления от центра (фиг. 7), Если траектория луча совпадает с концентрическими окружностями, то вырабатываются сигналы постоянных уровней. Осуществляется тфеобразованиеФ.-К(и.) ,

где 4Г - световой поток -уровня

на радиусе . ; Л - коэффициент пропорцйонгшьности ;

и;- электрический сигнал преобразования на i-уровне. Чем больше радиус уровня р. тем больше амплитуда электрического сигнсша.

Бели центр траектории пятна луча образует эксцентриситет {фиг. 4 , электромагнитный сигнал, формируемы на выходе фотопреобразователей, отображается синусоидой, амплитуда которой пропорциональна переменному радиусу р (фиг. 6 и 7 ). .

Использование.в матрице 20 фотоприемников (фиг. 5 ) независимых групп фотоприемников в соответствующих каналах блока управления позволяет осуществлять совмещенную во времени отработку соста лякшщх децентрировки линзы электроприводами позиционирования.

Паралле/1ьная отработкг рассогласований по всем четырем каналам обеспечивает увеличение производительности при центрировке оптической оси линзы в сравнении с устройствомУ где отработка составляющих децентрировки осуществляется последовательно..

В предпагаемсму техническом решении колебательность процесса центрировки уменьшена, так как используется широтно-фазовое управление электроприводом отработки соответствующей составляющей центрировки. При оптимальном переДаточном отношении между электроприводом и подвижнрй конечного исполнительного органа согласно данным при макетировании привода отработки составляющей точность центрировки может быть увеличена до 3 эл. Q.

При отсутствии ударников улучшен конструктивное офо1 4ление при свободной зоне установки сборочной единицы оправа-линза.

20

Фиг.

-dal

, . Г

I I ..II.,

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИРОВКИ ЛИНЗ, содержащее матрицу фотоприемников, соединенных с фотоэлектрическими преобразователяМ1Л блока управления, включающего элемент ИЛИ и тиристорные коммутаторы, электроприводы позиционирования и синхронизации, источник излучения, светочувствительный регистратор излучения, светоделитель, схему синхронизации и механизм фиксации и центрировки, отличаю щеес я тем, что, с целью повышения .надежности устройства, механизм фиксации и центрировки выполнен в виде смонтированных в полом шпинделе двух синусно-косинусных механизмов,. несущих шаровую втулку с центрируемой линзой, охваченную якорем электромагнитного фиксатора, и четырех концентрично. установленных с -возможностью ограниченного поворота полызс валов, шарнирно соединенных 6 соответствуняцей кулисой синусно-косинусного механизма и через сумматор с валом синхронного электропривода и валом соответствующего электропривода позиционирования, подключенных к выходу тиристорного четырехканального коммутатора блока управления, содержащего в каждом канале последовательно подключенные к выходу фотоэлектрического ЬЬеобразователя первого канала генератор пилообразного напряжения, компаратор и тиристорный коммутатор, при этом генератор пилообразного напряжения входом-подключен в первом канале к фазовому дискриминатору, одним входом подключенному к выходу фотоэлектрического преобразователя этого канала, а вторым - к выходу второго фотоэлектрического преобразователя, во втором канале - через интегратор к .выходу элемента ИЛИ, входами подключенного к третьему и четвертому фотоэлектрическим пре образо ателям, а в третьем и Четвертом каналах - через.соответствующие интеграторы к выходу пятого и шестого фотоэлектрических преобразователей, при этом схема синхронизации выполнена в виде модулирующего диска, жестко связанного со шпинделем tvD механизма фиксации и центрировки и размещенного между дополнительным источником излучения и фотоприемнисл ком первого канала блока управления. л 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения направленности и величины сигнала коррекции, в нем регистратором излучения и матрицей фотоприемников установлен , фильтр, переменной оптической плотности.

JJSIZ

45

Фиг.1

Фа&.1(

:L уЗб

-J4

-35

Фаг.6

t

Шаг. 7

.