Устройство для центрирования линз Советский патент 1989 года по МПК G01B21/00 

1

Изобретение относится к оптическому приборостроению, предназначено для центрирования линз и может быть использовано в производстве оптичес- ких деталей и узлов, а также при сборке оптических систем.

Цель изобретения - повьшение точности центрирования и расширение номенклатуры центрируемых линз путем усреднения результатов измерения центров кривизны поверхностей линз и обеспечения .стабильности траектори движения шпинделя, а также за счет координатной привязки центров кри- визны поверхностей линз к базовым элементам шпинделя.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит патрон 1, ус- тановленный на шпинделе 2, вмонтиро- ванну в узел 3 смещения опорную линзу 4, автоколлиматорный микроскоп 5 с позиционно-регистрирующей системой 6 и проекционным объективом 7, строящим изображение светящейся марки последовательно в автоколлимационные точки поверхностей опорной линзы 4 и центрируемой линзы 8. Оправа центрируемой линзы 8 базируется со- осно оптической оси опорной линзы 4

на посадочные поверхности узла 3 смещения, например цилиндрическое гнездо 9 и торец 10, которые могут быть обработаны методом алмазного точения после выставления центров кривизны опорной линзы на ось шпинделя обрабатывающего станка. Узел 3 смеще- ния и узел 11 качения патрона 1 связаны с шпинделем 2.

Автоколлимационный микроскоп 5 установлен с возможностью перемещения вдоль оси шпинделя 2.

Опорная линза 4 выполнена вогнуто-выпуклой и установлена вогнутой поверхностью в сторону автоколлимационного микроскопа 5. Автоколлимационные точки от выпуклой и вогнутой поверхностей линзы 4 находятся в зоне максимального увеличения .автоколлимационного микроскопа 5, а расстояние между центрами кривизны поверхностей (не менее 200 мм) определяется достаточной точностью аттестации углового положения оптичес- ,кой оси опорной линзы 4,

Позиционно-регистрирующая система 6 выполнена в виде позиционно- , чувствительного фотоприемного устройства, содержащего линейный фотометрический клин, за которым по ходу лучей расположен фотоприемник.

Шпиндель 2 снабжен датчиком 12 угла поворота, выполненным, например, в виде фотоэлектрической системы и установленным на шпинделе диска 13, имеющего две разнесенные по радиусу дорожки, на одной из которых выполнена группа равномерно расположенных отверстий, а на другой - отверстие, определяющее начало отсчета угловой координаты. Шпиндель 2 и автоколлимационный микроскоп 5 установлены на общем основании 14.

На каждой дорожке установлена соответствующая оптронная пара (например, светодиод и фотодиод).

10

15

Автоколлимационный микроскоп 5 наводят на автоколлимационную точк контролируемой поверхности линзы 4 При этом проекционный объектив 7 у танавливают в положение наибольшей чувствительности автоколлимационно микроскопа 5.

Шпиндель 2 приводят во вращение С микро-ЭВМ 19 через блок 18 парал лельного обмена на делитель 15 час ты выдается код приращения угла по ворота гшинделя 2 и разрешается об работка прерываний микро-ЭВМ 19.

Импульсы с фотоэлектрической си темы Датчика 12 угла поворота чере делитель 15 частоты запускают АЦП и вырабатьгеают прерывания через бл 18 параллельного обмена. Микро-ЭВМ

Устройство также содержит последо- 20 9 снимает после временной задержвательно соединенные делитель 15 частоты и блок 16 вьщеления и обра- ботки сигналов. Первый и второй выходы датчика 12 соединены соответственно с первыми информационными входами делителя 5 частоты и блока 16. Второй информационный вход делителя 15 частоты соединен с выходом блока 16, а выход - с вторым входом блока 16, третий вход которого соединен с выходом позиционно- регистрирующей системы 6.

Блок 16 вьщеления и обработки сигналов содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17, блок 18 параллельного обмена и вычислительный узел, например микро-ЭВМ 19. В качестве микро-ЭВМ 19 может служить одноплатная ЭВМ Электроника МС J201.01 диалогового вычислительного комплекса ДВК-2М.

Шпиндель 2 и автоколлимационный микроскоп 5 установлены на общем основании 14.

Управляемый делитель 15.частоты выполнен, например, на базе вычитающего счетчика.

Устройство работает следующим образом.

Перед установкой центрируемой линзы 8 узел 3 смещения и узел 11 качания патрона приводят в исходное положение, для чего измеряют радиальные координаты центра кривизны одной из поверхностей опорной линзы 4.

Измерение координат проводят следующим образом.

ки данные с А1Щ 17.

Импульс со второго выхода фотоэлектрической системы датчика 12 у ла поворота вырабатывает прерывание

25 в микро-ЭВМ 19, сигнализирующее о п хождении шпинделем 2 начала отсчета угловой координаты.

Микро-ЭВМ 19 накапливает массив из мерений координат положений марки в

30 плоскости фотоприемника позиционно- регистрирующей системы 6 за заданное число оборотов шпинделя 2.

Полученные значения координат ум ножаются на синус и косинус угла по

35 ворота шпинделя 2, после чего полученные данные суммируются по формулам.

/J/n

40

Y l./n где X и Y и

И А; л г

П

IlAr

cosetj;

45

50

55

sin«L;

i 1

радиальные координаты .центра кривизны контро лируемой поверхности в системе координат шпин деля 2;

|3 - суммарный коэффициент увеличения смещения центра кривизны контролируемой поверхности; oil - значение угла поворота (задается дискретно через управляемьш делитель 15 частоты);

А- - значение напряжения, снятого с АЦП 17 при угле поворота об ;

п - число измерений.

Автоколлимационный микроскоп 5 наводят на автоколлимационную точку, контролируемой поверхности линзы 4, При этом проекционный объектив 7 устанавливают в положение наибольшей чувствительности автоколлимационного микроскопа 5.

Шпиндель 2 приводят во вращение. С микро-ЭВМ 19 через блок 18 параллельного обмена на делитель 15 частоты выдается код приращения угла поворота гшинделя 2 и разрешается обработка прерываний микро-ЭВМ 19.

Импульсы с фотоэлектрической системы Датчика 12 угла поворота через делитель 15 частоты запускают АЦП 17 . и вырабатьгеают прерывания через блок 18 параллельного обмена. Микро-ЭВМ

9 снимает после временной задерж20 9 снимает после временной задержки данные с А1Щ 17.

Импульс со второго выхода фотоэлектрической системы датчика 12 угла поворота вырабатывает прерывание

25 в микро-ЭВМ 19, сигнализирующее о прохождении шпинделем 2 начала отсчета угловой координаты.

Микро-ЭВМ 19 накапливает массив измерений координат положений марки в

0 плоскости фотоприемника позиционно- регистрирующей системы 6 за заданное число оборотов шпинделя 2.

Полученные значения координат умножаются на синус и косинус угла по5 ворота шпинделя 2, после чего полученные данные суммируются по формулам.

/J/n

0

Y l./n где X и Y и

И А; л г

П

IlAr

cosetj;

5

0

5

sin«L;

i 1

радиальные координаты .центра кривизны контролируемой поверхности в системе координат шпинделя 2;

|3 - суммарный коэффициент увеличения смещения центра кривизны контролируемой поверхности; oil - значение угла поворота (задается дискретно через управляемьш делитель 15 частоты);

А- - значение напряжения, снятого с АЦП 17 при угле поворота об ;

п - число измерений.

455235

ро мы ус з т мы т т в м

Результаты расчета X и Y oj контолируемой поверхности при необходи- ости выводятся через микро-ЭВМ 19 а ее внешние устройства (например, исплей).

Аналогично измеряют радиальные оординаты центра кривизны второй оверхности линзы 4.

I Далее по известному положению в системе координат шпинделя 2 цент- pja качания узла 11 качания и изме- р|енному положению координат центров к|ривизны поверхностей опорной линзы 1 производят выделение оптической с|си опорной линзы /4 на ось вращения Шпинделя 2, устранением заслона и Смещения в следующей последователь1 ОСТИ.

Первоначально при помощи узла 3 (|;мещен1 Я (или узла 11 качания) опор- ую линзу 4 выставляют в промежуточ- ую позицию С контролем по смещению JteHTpa кривизны одной из ее поверх- юстей, рассчитанному так, что за- |гем при помощи узла 1 i качания / или узла 3 смещения) производят ее Ькончательное выставление. Измерение координат центров кривизны поверхностей опорной линзы 4 производят на низкой скорости враще- :ния шпинделя 2, обеспечивающей от- .сутствие влияния дебалансировки системы вращающихся частей на траекто- рии движения шпинделя 2. Далее ба- лансируют систему вращающихся частей для уменьшения влияния дисбаланса на биение оси вращения при рабочих скоростях центрирования.линзы 8. Последнюю операцию производят периодически при настройке и аттестации устройства.

На узел 3 смещения устанавливают центрируемую линзу 8.по базовым элементам, обеспечивающим соосность оправы центрируемой линзы 8 с оптической осью опорной линзн 4.

Измерение радиальных координат центров кривизны поверхностей центрируемой лиизы 8 и ее выставление на ось вращения шпинделя 2 производят аналогично одноименным операциям, вьтолняемым на опорной линзе 4.

Устройство центрирования линз позволяет центрировать линзы с точностью 0,1-0,3 мкм.

Достижение указанной точности обеспечивается высокой точностью /измерения радиальных координат цент

0

5

20

ров кривизны поверхностей центрируемых линз благодаря многократному усреднению результатов отсчета показаний аналого-цифрового преобразователя 17 в моменты времени, задаваемые с управляемого делителя 15 частоты, а также высокой стабильности траектории движения гшинделя 2 и по- вътенной жесткости консольной системы шпиндель - центрируемая линза.

В устройстве возможна компенсация систематических погрешностей траектории движения оси шпинделя 2 путем считывания и занесения в память микро-ЭВМ 19 траекторий движения центров кривизны поверхностей опорной линзы 4 с последующим учетом полученных данных при центрировании линз. Повышение жесткости консольной системы шпиндель - центрируемая линза обеспечивается использованием в предлагаемом усд ройстве координатной привязки центров, кривизны по- 25 верхностей центрируемой линзы к базовым элементам шпинделя. Это позволяет реализовать алгоритм выставле ния центрируемой линзы на ось вращения щпинделя без совмещения центра 30 кривизны одной из ее поверхностей с центром качания патрона при помош,и специальной оправки. При этом снимаются ограничения на радиусы кривизны поверхностей центрируемых линз и обеспечивается возможность автоматизации процесса центрирования в мелкосерийном и индивидуальном производстве с повьш1ением его производительности в несколько раз. Кроме того, в случае выполнения узла качания патрона в виде планшайбы, подвижной в радиальном направлении относительно расположенной на оси патрона сферической направляющей, появляется возможность повышения ,чувствитель- ности углового выставления без усложнения конструкции за счет увеличения радиуса сферической направляющей.

35

40

50

Формула из

обретения

1. Устройство для центрирования линз, содержащее основание, установленные на нем шпиндель и с возможностью перемещения вдоль оси шпинделя автоколлимационный микроскоп с по- зиционно-чувствительной регистрирующей системой, установленный на шпинделе патрон с узлами качания смещения и базовыми элементами для крепления центрируемой линзы, блок выде- ления и обработки сигналов, информационный- вход которого подключен к вы4 ходу позиционно-чувствительной регистрирующей системы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности центрирования и расширения номенклатуры центрируемых линз, оно снабжено вогнуто-выпуклой опорной линзой, установленной в узле смещения патрона и обращенной вогнутой поверхностью в сторону ав- токолпимационного микроскопа, управляемым делителем частоты и датчиком угла поворота шпинделя, выход счетных импульсов которого соединен со счетным входом управляемого делителя частоты, а импульсный выход Начало оборота - с первым входом блока выделения и обработки сигналов, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя частоты, вход

14

4 1455235

управления которого соединен с выходом блока выделения и обработки i сигналов, блок выделения и обработки g сигналов выполнен в виде соединенных последовательно аналого-цифрового преобразователя, узла управления и узла вычислений, первый вход аналого-цифрового преобразователя являет0 ся информационным входом блока выделения и обработки сигналов, второй вход соединен с вторым входом узла управления, который является вторым входом блока выделения и обработки

5 сигналов, первым его входом является третий вход узла управления, а выходом блока выделения и обработки- сигналов является выход данных узла управления.

0 2. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что базовые злементы крепления центрируемой линзы выполнены соосно оптической оси опорной линзы.

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Цель изобретения - повышение точности центрирования и расширение диапазона радиусов центрируемых линз путем усреднения результатов измерения центров кривиэ