Устройство автоматической центрировки оптических деталей Советский патент 1982 года по МПК G01M11/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИРОВКИ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

I

Изобретение относигся к опгико-механической промышленности, в часгносги к оптическому производству пинз, и может быть использовано для автоматической центрировки линз в мелкосерийном и массовом производствах.

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

Известны патроны для центрирования линз в оправках Cl.

В серийных производствах для целей точной центрировки оптических осей линз оправа, в которой закреплена центрируемая линза приводится во врашение с остановами, и последовательными операциями совмещения оптической оси линзы с осью вращения обеспечивается фиксация упомянутой оправы и послёдукяцая преии1 зионная; проточка ее поверхносги. Таким образом, оптическая ось линзы оказывается сцентрированной относительно поверхности вращения оправы и линза с оправкой может использоваться как сборочная еди1шца.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое можег быть использовано для автоматической центрировки пинз, содержащее источник света, держатель оправы с линзой, светоделитель, матрицу фотоприемников , датчик положения держателя оправы с линзой, ис10полнительные органы и схему управления, включающую генератор, соединенный с блоком сравнения и выделения разности, блок фотоэлектрических преобразователей, выходы которого через блок сравнения н

15 выделения разности подключены к синхронизатору t21 .

Однако точность центрировки с применением указанного устройства недостаточна и не может обеспечить соответствую20щей производительности. Известное устройствообеспечивает автоматическую фокусировку объектива позиционным электроприводом, управляемым в функции от ошибки рассогласования. Для решения часгной задачи обеспечения совпадеютя оптической оси гела вращения с осью вр шения устройство должно быть оснащено какш. дополнительным приводом (средство1у1 перемещения в перпендикупяр Ном направлении по двум координатам), г.е. требуется дополнительное время на. обеспеченно последовательных операций, которое для электропривода (надо полагать, с ред гктором) больше в сравнении. с прямыми электромагнитными перемеще ниями при использовании достаточно вы- сокой чостогы управляющего напряжения кроме того, ошибка позицион фовашта при этом суммируется по закону а ролейное управление позиционного электропривода не может обеспечить точнос ти, которая бывает необходима в ряде случаев для оптических тел вращения. Цель изобретения - увеличение точности и быстродействия устройства. Указанная цель достигается г.ем, что матрица фотоприемнтжов выполнена в виде трех секторов, расположенных под углом 120 друг к другу, с одним из фогоприемников, размещенным в точке совмощения секторов, а в схему управления введены два ЗК -триггера с блоком управления и два преобразователя длительности импульса в токовый импулцр, выходы которых соединены с исполнительны ми органами, при этом один из входов блока управления vf К-триггерами подключен к выходу блока фотоэлектрически преобразователей, а другой - к выходу блока сравнения ir выделения разности, два выхода блока управления УК-триргер.ами соединены со входами каждого из 3 К-триггеров, кроме того, один из входов блока управления ЗК-триггерами под ключен ко входу блока сравнения и выделения разности, а выход синхронизатора соединен со входами каждого из блоков преобразования длительности импульса в токовый импульс. На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; па фиг. 2 - траектории пятна луча, отраженного от линзы с тангенциальным (угловым ). отклонением оптической оси по отнощению к оси вращения а также при наличии ее биения: на фиг.З траектория пятна луча только при наличии биения оптической оси на фиг. 4 диаграмма импульсов (на А,Б,В - импульсы, поясняющие фиг. 2, на Г,Д - им пртьсы, поясняющие фиг. 3); на фиг. 5 устройство, структурная блок-схема; на фиг. 6 - схема преобразователя длительности импульса в токовый импульсj на фиг. 7 - схема управления устройства; на фи, 8-9 диаграммы, поясняющие работу преобразователя длительности импульса в токовый импульс. Устройство (фиг. 1) содержит держатель I оправы 2 с линзой 3, который является якорем электромагнитной систе-мы, образующей датчик положения объектива, причем эта система содержит электромагнит 4 с катущкой 5. :В свою очередь, эта электромагнитная система является якорем второй электромагнитной системы, содержащей электромагнит 6 и катуилсу 7. Обе электромагнитные системы выполнены с возможностью общего вращения и относительного смещения электромагнитов при минимальном токе фиксации якорей, при этом первый якорь-держатель I имеет возможность поступательного перемещения в некоторых пределах, а якорь 4 - углового. Якоря электромагнитов взаимодействуют с вибраторами 8 и 9, приводимыми в движение от электромагнитов, укрепленных на станине 10 с возможностью углового смещения при настройке. Оправа 2 с линзой 3, оптическая ось которой центрируется относительно оси вращения, протачивается по поверхности 11 после осуществления центрировки. Под углом 45 к оси вращения установлен полупрозрачный светоделитель 12, через центр которого проходит пуч от ис-, 13 света, например оптического квантового генератора (ОКГ ). Торцовая поверхность держателя представляет собой мозаичн; то сферическую зеркальную систему. Луч проходящий через линзу 3, отражается от отражающей поверхности держателя, проходит через ту же линзу и светоделитель 12 на светочувствительную матрицу 14 и образует световое пятно. Мозаичное выполнение отражателя по поверхности сферы 1вьтуклой по- отнощению к лучу) обусловлено изменением углового положения оптической оси линзы в процессе центрировки. Дискретносгь мозаики должна обеспечивать возможность изменения эксцентриситета оптигческой оси. Луч света от огр ажающей светочувствительной поверхности держателя 1 и светоделителя 12 на светочувствигельной матрице 14 образует световое пятно. Светочувствительная поверхность матрицы выполнена в виде секторов 15 с центральной окружностью 16, причем все 59 свегх чувсгвительные :элеменгы соединены с соогвегсгвующими фогопреобразоватепями 17 тока (фиг. 5), формирующими электрические сигналы.. Оптическая ось линзы 3 центрируется относительно оси вращения тангенциально и по уменьшению биения для последующей проточки поверхности 11 оправы 2 по окончании центрировки линзы, после чего катушки 5 и 7 электромагнитов 4 и 6 обтекаются максимальным током. . Очевидно, что в гсроцессе вращения не сцентрированной линзы 3 луч ОКГ, огра . женный от оптического делителя 12 На светочувствительной поверхности матрицы 14, опишет круг радиусом J с центром, смещенным на д 1 ( д 8 , А ty) относительно оси центральной светочувствитель ной окружности 16 (фиг. 2). При центрировкё оптической оси линии посредством вибратора-8 (фиг. 1) центр круга траектории луча ОКГ совмещается с цент ральной осью светочувствительной матрицы 1ФИГ. 2), а посредством вибратора 9 радиуса круга уменьшается до нуля - (фиг. 3). Для обеспечения центрировки линзы тангенциально ( Д о(. 0) и по уменьше. нию биения оптической сои к оси вращения (л2 0) служит устройство управления, содержащее блок 17 фотоэлектрических преобразователей (фиг. 7), подключенный к нему блок 18 сравнения и выделения разности, генератор 19, подключенный к входу этого блока, синхронизатор 20, блок 21 управления триггерами с подключенными к его выходам двумя ОК-триггерами 22 и 23, к выходам которых подключены преобразователи 24 и 242 длительности импульса в токовый импульс, к выходам которых подключены электромагниты 25 и 26 вибраторов. Блок 17 фотоэлектрических преобразо вателей (фиг. 5) содержит элементы 17,( - 17г , а блок 18 сравнения и вы деления разности содержит ключи 27, 27а и 28/1 - 283,, счетчики 29 - с., входами подключенные к выходам ключей 27 - 275,. вxoдa иI подсоединенные через ключи 28 - 28 к генератору 19 синхронизирующий счетчик 30 с диодной матрицей 31, выходами подключенной к управляющим входам ключей 28 - 28aj, бпок 32 элементов 3И, первыми входами; подключенных к счетньгм выходам счетчика 29, вторыми; - к счетным выхода счетчика 29, а третьими - к счетным 4 выходам счетчика 29э, а выходакга - к многовходовой схеме ИЛИ 33, подключенной выходом к счетному входу счетчика 34, счетные шины которого подключены к входам многовходовой схемы ИЛИ 35, выходом подключенной к входу демодулятора 36, выходом подключенного к входу формирователя 37. Блок 21 управления содержит трехвходовую схему ИЛИ 38, входами объединенную со схемой ИЛИ-flE 39, и элемент памяти -PS-триггер- 40 Преобразователь 24/, (24) длительности импульса в токовый импуиьс (фиг. 5 и 6) содержит интегратор 41, выходом подключенный к управляющему входу ге- нератора 42 пилообразного напряжения, выходом подключенным через фоуашрова- тель к выходу мажоритарного элемента . 44, другой вход которого объединен с . входом преобразователя длительности импульса и токовый импульс. Пусть траектория пятна луча (фиг.2) представлена окружностью радиусом jO , смещенным относительно оси центральной окружности 16 на АВ( д 5-х ) лРу ). Фото электр гческие преобразователи блока 17 формирования сигнала при равном ном (в приближении) движений пятна луча по окружности с угловой скоростью СО вьфабатывают импупьсы 1,11 и UI разной длительности в соответствии с величиной эксцентриситета дб.(фиг. 4А), которые посредством управляемых ключей 27 - 27а, и других управляемых ключей 28 - 28а, заполняются импульсами генератора 22 и воздейств тог на счетные входы , счегчиков 29 - 29а. , при прямой последовательности разрешения на управляющих входах ключей 28j, - 28. На счетчиках 29 - 29 блока 18 сравнения к выделения разности будет записываться цифровая инфо{ж ация, характеризующая длительность каждого из импульсов Г, II й111 (фиг. 4А), соответствующих аналоговому преобразованию длин дуг окружное-. гей а, Лгбг QbGio, радиуса j) (фиг. 2), Запись цифровой информации каждой из дуг в счетчиках 29д- 29 производится не за один оборот пятна луча,; а через серию оборотов благодаря счет- , чику 30 синхронизации, счетные щины которого через диодную матрицу 31 обеспечивают такт Включение записи через VI оборотов луча. Такое замедлеш1е про- цесса необходимо потому, что -период; срабатывания вибраторов .несоизмерим с периодом записи И 1формашп1 в счетчике и на порядок больше. После коммута1ши ключей 27 и 272 информашпо о длительное ги обоих импульсов (дуг окружности) отобразят счетчики 29 и 31. С третьим импульсом ог фотйпреобрааова теля 17, .в разрешающий период по управляющему входу ключа 28 импульс фогопреобразователя заполнится импульсами генератора 19, при этом схемами 3 И совладения и блока 32 на счетчике 34 записывается информация, соответст вующая наименьшему из периодов импульсов 1,П,Ш (фиг. 4 Д). Демодулятором 36 через многовходовую схему ИЛИ 35 этот импульс преобразуется в аналоговы (фиг. 4 Г), а формирователь 37 обеспе- чивает формирование его фронтов, БЛОК 21 управления обеспечивает переключение ЗК-триггера 22 пока импуль сы I, II, Ш не сравняются между собой по длительности, причем период переключения его будет уменьшаться с уменьше нием разностного периода (ф1П. 4В). После сравнения периодов импульсов 1, II и Ц1 К-триггер 22 не переключается, так как разностный импульс станови ся равным нулю, а начинает переключать ся триггер 23, период переключений которого уменьшается в соответстви с уменьшением осредненного импульса (фиг. 4 Г).)., Диодная матрица 31 образует разрешающие импупьсы на ключи 28/t- 28 по закону а - б - в б - в - г в - г - а Таким образом, аналоговое cpaBHetme дуг окружностей (фиг. 2) уменьшает цик сравнения. Блок 21 управления работает следующим образом. При наличии 1 - потенциала на вхо дах схем ИЛИ 39 и ИЛИ-НЕ 4О с выхо дов фотопреобразователей блока 17 на R-входе УК-триггера 22 образуется 1 - потенциал, а на R-входе ЗК-триггера 23 О - потенциал, ЗК-триггер подготовлен к срабатьгоа10по по счетному входу (на а-входе - 1 - потенциал на К-входе О - потенциал). Отрицательным перепадом с формирователя 37 наименьшего по длительности импульса из импульсов 1,11,1И ОК-григрер 22 пере ключится на период, пока5отрицательнь1М . перепадом по R-входу импульсом с выхода фотопреобразователя 17 он не будет возвращен к исходное состояние. По . мере уменьшения разностного периода между указанными импульсами период переключения триггера также уменьшается. УК-триггер 23 не переключается, так как 0 -потенциал по ЗК-входам запрещают его переключение в периоды коммутации ЗК-триггера 22, а когда последний перестает переключаться, обеспечиваются условия для переключения ЗК-триггера 23 по счетному входу: I-noTeHциал на З -входе и О -потенциал на Квходе. При отсутствии 1 -импульса на входе схемы ИЛИ-НЕ 39 на ее выходе 1 -потенциал. С возникновением импульса на входе этой схемы отрицательным перепадом RS-триггер 40 переводится в состояние 1 -цотенциал на О -выходе. . С возникновением импульса (фиг. 4 Д) на входе схемы ИЛИ-НЕ 4О на ее выходе образуется отрицательный перепад напряжешга, переключающий .ОК-триггер 23 до возврата в исходное положение отрицательный перепад по В-входу, что будет обеспечено возвратом RS-триггера 40 в исходное состояние отрицательным перепадом по его Р-входу (фиг. 4 Е), т.е. с окончанием осредненного импульса (фиг. 4 Г) К-триггер 23 возвратится в исходное состоя ше. Обеспечивается уменьшение периода переключен1«1 этого триггера с уменьшением длительности осредкенного импульса. Преобразователь 24(24д ) длительности импульса в токовый импульс работает следующим образом. Интегратор 41, вырабатывая линейновозрастающее напряжение, пропорциональное длительности импульса (фиг. 8А), обеспечивает уровни: Ucpi и иср2(фиг.8 Б) и сохраняет их на шадикаторе С1 (фиг.6) до момента коммутации тиристора Д1 от формирователя 43. Посредством сигнала синхронизации (фиг. 8 В; с момента Со генератор 42 пилообразного напряжения вьфабатывает линейно возрастающее напряжение, но в другом масштабе длительносги. Уровень напряжений Ucpi ; Ucpa поданный на управляющий вход генератора гашообрааного напряжешга, определяет широтную длительность импульсов &3 ; t (фиг. 9 А,Б), которые меняют периоды срабатывания мажоритарного элемента 44, коммутирующего катушку электромагнита вибратора. С момента срабатываиияЖ-триггера (фиг. 6) включается тиристор, затем сформированным олпульсом посредством формирователя 43 (фиг, 9) коммутируется гранзисгор, огключающий тиристор и обеспе шваюший разряд интегратора 41.

С одновременным уменьшением перио да коммутации ток в катушке электромагнита также уменьшается (фиг, 9 Б).

В соответствии с уменьшением периода коммутации и тока уменьшается сила удара вибраторов. При достижении оптической центрировки центральным фотопреобразователем обеспечивается сигнал Окончание центрировки .которым переключают эпектромагниты фиксации для более сильного схватывания, необходимого для проточки оправы с линзой.

Таким образом, обеспечивается последовательная работа ударника по уменьшению тангенциальной составляющей и эксцентриситета оптической оси линзы к оси вргщения, причем при случайных сдвигахоправы последовательность может автома- тически меняться.

Сила ударов ударников По мере уменьшения составляющих децентровки меняется уменьшаясь по мере приближения к состоянию центрировки. Соответственно изменя ются угловые микроперемещения - вначале электромагнитной системы, об1еспечивающей фиксацию держателя с линзой, а затем - поступательные перпендикулярные микроперем«иения к оси вращения с выбором эксцентриситета.

Таким образом, увеличиваются точность центрировки оптического тела ращения и быстродействия :

Формулаизобретения

Устройство для автоматической центрировки оптических деталей, содержащее источник света, держатель оправы с линЗОЙ, светоделитель, матрицу фотоприемников, датчик положения держателя оправы с линзой, исполнительные органы и схему управления, включающую генератор, соединенный с блоком сравнения и вьще- летшя разности, блок фотоэлектрических преобразователей, выходы которого через блок сравнения и выделения разности под кяючет1ы к синхронизатору, отличающееся гем, что, с целью повышения точности и быстродействия; матрица фото приемников вьшолнена в виде трех секторов, расположенных под углом 12О друг к другу, с одним из фотопрнемников, размещенным в точке совметцения секторов, а в схему управления рведе сы два .9Kтриггера с блоком управления и два преобразователя длительности импульса в токовый импульс, выходы которых соединены с исполнительными органами, при этом один из входов блока управления

7 К-триггерами подключен к выходу блока фотоэлектрических преобразователей, а другой - к выходу блока сравнешгя и выделения разности, два выхода блока: управления tJ К-триггерами соедт€ены со входами каждого из ОК-триггеров, кроме того, один из выходов блока управления

УК-триггерами подключен ко входу блок .сравнения к выделения разности, а выход синхронизатора соединен со входами каж дого из блоков преобразования длительности импульса в токовый импульс. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

(Риг. г

IT

А JiilUJJ

Б шт

ш

в

9иг.З

1,Е,Ш

ж

Г

Д

Е

U,lf

фиг. 5

t4 0h

иг.8

Uci

ftS

i/.