Устройство для автоматической центрировки линз

ОЮЭ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН А Зс% С 01 М 11/02 И ВУ СССР4.74.СГР 3.8 центр вым о нверторавход перс соответ ято 00 упра ки двыхо кодо й выходствующим п ния и из коющим вход второвходом входом схемы торых соедине дом коммутато го 3 К -тригг схемы ИЛИ, а к И, выхос ооот это в и а, второи е а со ен с лени че уля"ммута м ок упр з синх ором состоит нного к к в г ра ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИРОВКИ ЛИНЗ, содержащее оптически связанные с источником моно- хроматического излучения коллиматор с тест-объектом, держатель оправы с линзой, модулятор, матрицу фотоприемников с периФерийными и центральным Фотоприемниками, электрически связан цыми со схемой управления, выход которой соединен с устройствами переме щения линзы, о т л и ч а ю щ е е с я ем, что, с целью повышения точнос ирования линз с центральным осетверстием, между линзой и модуом установлен объектив, а схемаления состоит из блока отработцентрировки по горизойтальнойблока отработки децентрировкиртикальной оси, блока управлеодулятором и блока индикациинциальной составляющей, приблок отработки децентрировкиризонтальной оси включает всхему четности, состоящую изого триггера и двух ключей, упющие входы которых подключеныду счетного триггера, а такжеескую схему ИЛИ, генератор пилоного напряжения, усилитель, делитель, схему сравнения элемент 2 И и последовательно соединенные.реверсивный счетчик, сумматор, преобразователь код-напряжение,. коммутатор и исполнительный механизм, причем входы схемы четности соединены с входами логической схемы ИЛИ и соответствующими входами реверсивного счетчика, а выход логической схемы ИЛИ соединен с входом генератора .пилообразного напряжения, выход которого и выход усилителя соединены с входами схемы сравнения, выход которой через схему 2 И соединен со счетным входом реверсивного счетчика, кроме того, к реверсивным входам сумматора и ревер.-сивного счетчика подключен делитель, а блок децентрировки вертикальной оси включает в себя две логические схемы, схему ИЛИ и последовательно соединенные реверсивный счетчик, пре. д образователь код-напряжение, коммута". тор и исполнительный механизм, при этом каждая логическая схема выполнена из двух М -триггеров, и схемы 2 И, причем счетный вого 3 К -триггера соединен ствующим входом инвертора, торого соединен со счетным второго 3 М -триггера, перв которого соединен с соотве,.тора сегментов модулятора, состоящего в свою очередь из последовательно соединенных распределителя и схемы ком7443/ Тираж 8 ВНИИП фиудал ППП "Пат г,Ужгород,.ул Подписноероектмая, 411 ,мутации, а также формирователя полярности, генератора квантующих импульсов и нуль-органа, при этом вход нуль"органа соединен с соответствующим реверсивным входом схемы децентрировки по вертикальной оси и входом делителя блока децентрировки по горизонтальной оси, а оба выхода формирователя полярности соединены с логическими схемами блока децентрировки но вертикальной оси, причем формирователь полярности входом подключен к периферийным фотоприемникам матрицы,а выходом подключен к одной из логических схем децентрировки по вертикальной оси и соответствующему входу схемы четности блока децентрировки по горизонтальной оси, а гене 18882ратор квантуецих импульсов соединен, со счетными входами реверсивного счетчика в блоке децентрировки по вертикальной оси, вход распределителя в схеме синхронного коммутатора сегментов - с соответствующим входом, схемы 2 И в блоке децентрировки по горизонтальной оси, а блок индикации тангенциальной составляющей состоит из последовательно соединенных усили.теля, двухпорогового элемента, одновибратора, коммутатора, исполнительного элемента, кроме того, к второму выходу двухпорогового элемента подключен элемент инидикации тангенциальной составляющей,а выход блокаиндикации т ан генциальной сос та вляющей подключен к выходу центрального фотоприемника, Изобретение относится к оптико-механической промышленности, в частности к оптическому производству линз (объективов), и может быть использовано для измерения, аттестационного 5 контроля децентрировок и автоматической центрировки линз путем совмещения оптической оси линзы с осью,сборочной единицы оправа - линза в условиях мелкосерийного и массового производства.Известно устройство для автомати" ческой фокусировки объектива, содержащее держатель объектива с электроприводом, связанным с блоком управле ния, светоделитель, матрицу фотоприемников и блок формирования сигналов, причем светочувствительная поверхность матрицы фотоприемников развернута относительно фокальной плоскости 20 объектива, а электропривод снабжен датчиком положения объектива, один из параллельных выходов которого через блок тактовой коммутации включен на входы управляемых вентилей блока формирования сигналов, а другой подсоединен к входам вентилей переключения усилителей сигналов, выходы которых через схему совпадения связаны с реле включения электропривода . 30Блок управления включает в себя элементы ИИ, блок выделения разности, схемы сравнения, элементы И,компаратор, элемент 3 ИЛИ, генераторперестраиваемой частоты и реле переключения электропривода 11.Однако данное устройство характеризуется недостаточной точностью положения позиции, так как использование релейного электропривода вноситбольшую погрешность, а использованиесветоделителя определяет ухудшение.эксплуатационной надежности и вноситдополнительные погрешности при центрировке оптической оси,Известно устройство для автоматической центрировки линз, содержащееоптически связанные с источником монохроматического излучения коллиматорс тест-объектом, держатель оправы.слинзой, модулятор, матрицу фотоприемником с периферийными и центральнымфотоприемниками, электрически связан"ными со схемой управления, выход которой соединен с устройствами перемещения линз 121.При эксплуатации установки необходимо регулировать микроклимат, чтообусловлено критичностью коэффициента трения двух плавающих опор (якорейэлектромагнитов) этого устройства кизменению температуры.Кроме того, недостатками устройст"ва являются также некоторый шумовойфон, сопровождающий работу электро-магнитных ударников, и неоправданная сложность для ряда технологических операций по автоматической центрировке линз, где достаточна выборка только одной группы составляющих децент- рировки, а именно эксцентриситета оптической оси линзы по отношению к оси ее вращения и поверхности оправы.Цель изобретения - повышение точ О ности центрирования линз с центральным осевым отверстием. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматической15 центрировки линз, содержащем оптически связанные с источником монохроматического излучения коллиматор с тест-объектом, держатель оправы с линзой, модулятор, матрицу фотоприемников с периферийным и центральным фотоприемниками, электрически связанными со схемой управления выход которой соединен с устройствами перемещения линзы между линзой и модулятоЭ25 ром установлен объектив, а схеМа управления состоит из блока отработки децентрировки по горизонтальной оси, блока отработки децентрировки по вертикальной оси, блока управления модулятором и блока индикации тангенци- З 0 . альной составляющей, при этом блок отработки децентрировки по горизонтальной оси включает в себя схему четности, состоящую из счетного триггера и двух ключей, управляющие вхо ды которых подключены к входу счетного триггера, а также логическую схему ИЛИ, генератор пилообразного напряжения, усилитель, делитель, схему сравнения, элементы 2 И и последова тельно соединенные реверсивный счетчик, сумматор, преобразователь коднапряжение, коммутатор и исполнительный механизм, причем входы схемы четности соединены с входами логической схемы ИЛИ и соответствующими входами реверсивного счетчика, а выход логической схемы ИЛИ соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого и выход уси лителя соединены с входами схемы сравнения, выход которой через, схе-. му 2 И соединен со счетным входом реверсивного счетчика, кроме того, к реверсивным входом сумматора и реверсивного счетчика подключен делитель, а блок децентрировки вертикальной оси включает в себя две логические схемы, схему ИЛИ и последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, коммутатор и исполнительный механизм, прн этом каждая логическая схема выполнена из двух 31 -триггеров, инвертора и схемы 2 И, причем счетный вход первого 3 М -триггера соединен с соответствующим входом инвертора, выход которого соединен со счетным входом второго 31 -триггера, первый выход которого соединен с соответствующим входом схемы 2 И, выход. каждой иэ которых соединен с соответствующим входом коммутатора, второй выход второго 3 -триггера соединен с входом схемы ИЛИ, а блок управления модулятором состоит из синхронного коммутатора сегментов модулятора, состоящего в свою очередь из последовательно соединенных распределителя и схемы коммутации, а также формирователя полярности, генератора квантующих импульсов и нуль-органа, при этом вход нуль-органа соединен с соответствующим реверсивным входом схемыдецентрировки по по горизонтальнойоси вертикальной оси и входом делителя блока децентрировки по, а обавыхода формирователя полярности соединены с логическими схемами блокадецентрировки по вертикальной оси,причем формирователь полярности вхо-дом подключен к периферийным фотоприемникам матрицы, а выходом подключенк одной из логических схем децентрировки по вертикальной оси и соответствующему входу схемы четности блокадецентрировки по горизонтальной оси,а генератор квантующих импульсов соединен со счетными входами реверсивного счетчика в блоке децентрировки повертикальной оси, вход распределителя в схеме синхронного коммутаторасегментов - с соответствующим входомсхемы 2 И в блоке децентрировки по горизонтальной оси, а блок индикациитангенциальной составляющей состоитиз последовательно соединенных усилителя, двухпорогового элемента, одновибратора, коммутатора, исполнительного механизма, кроме того, к второму выходу двухпорогового элементаподключен элемент индикации тангенци.альной составляющей,. а выход блокаиндикации тангенциальной составляющей подключен к выходу центрального фотоприемника.(фиг,11), включающий схему 10 (фиг.5)и схему 11 (фиг.8) управления исполнительными органами, схему 12 (фиг.8)индикации и схему 13 (фиг.5) управления модулятором 7.Матрица 8 фотоприемников (фиг. и4) содержит фотопреобразователи 14и 15, а исполнительные органы10 (фиг,2) включают в себя .кинематически связанные платформы 16 и 17, соединенные с электроприводами 18 и 19отработки горизонтальной и вертикальной децентрировок и электропривод15 20 проверки тангенциальной центрировки,Иодулятор (фиг3) выполнен в видесканирующего сектора 21 с осевым отверстием 22.- 20 Схемы 10 и 11 (фиг.11) подключены первыми входами через формирователь 23 к фотопреобразователю 14,вторьми входами - к генератору 24квантующих импульсов, подключенному25,. также к схеме 13 управления оптическим модулятором,а третьими входами "к выходу нуль-органа 25, при этомсхема 10 подключена к выходу формирователя 26 полярности, который входомЗр объединен с входом нуль-органа 25 систочником синхронизирующего напряжения (не показан).Схема 1 О (фиг.11 и 5) включает всебя две,логические схемы 27 и 28,подключенные через элемент ИЛИ 29к счетчику 30, который подключен через преобразователь 31 код-напряжениек коммутатору 32 электропривода 10вертикальной отработки.40 Схема 11 (фиг, 11 и 8) содержитсхему 33 четности, реверсивный счетчик 34, коммутатор 35, элемент ИЛИ 36,генератор 37 пилообразного напряжения,устройство 38 сравнения, усилитель45 39, элемент 2 И 40, делитель 41, сума тор 42, преобразователь 43 код-напряжение и электропривод 18 горизонтальной отработки. На фиг.1 изображена оптическая схема устройства; на фиг.2 - кинематические связи исполнительных органов," на фиг,3 " схема оптического модулятора в положении сканирования главного энергетического максимума пространствнного спектра тестового изображения юстировочного сигнала;на фиг.4 - матрица фотоприемников, содержащая два позиционно-чувствительных элемента -, фотопреобразователи," на фиг.5 - блок-схема схемы управления вертикальной отработки составляющей эксцентриситета, на фиг.б - схема формирования цифрового сигнала отработки и диаграммы, поясняющие работу этой схемы, где А- диаграмма выходного сигнала формирователя, Б - диаграмма выхода инвертора, В и Г - диаграммы на Ц и-вы ходах первого 31 -триггера, Д - диаг рамма на 3 К -выходе второго 3 К -триг гера, Е - диаграмма периода тактовой коммутации счетчика, Ж - диаграмма синхронизирующего синусоидального напряжения; на фиг.7 - схема формирования цифрового сигнала дугового знака вертикальной отработки; на Фиг.8 - блок-схема схемы горизонталь ной отработки и блок-схема схемы индикацииф на фиг.9 - схема, поясняющая формирование цифрового сигнала горизонтальной отработки; на фиг.10- диаграмма, поясняющая работу схемы горизонтальной отработки, где А - диаграмма аналогового сигнала в поло жениях сканирующего сектора в точках в и в, Б, В и Г - диаграмма Формирования цифрового сигнала, Д - диаграмма формирования сигнала положительнОй горизонтальной отработки, Е - диаграмма цифрового сигнала для случая положения главного энергети-ческого максимума (точка 01) в области отрицательной горизонтальной области, Ж " диаграмма формирования сигнала отрицательного горизонтапьной отработки, яа фиг.11 - общая структурная схема блока управления.Устройство для автоматической центрировки линз содержит (фиг.1) источникмонохроматического излучения - оптический квантовый генератор (ОКГ), коллиматор 2 с тест-объектом 3, выполненным в форме диафрагмы, центри руемую систему - линзу 4 с оправой 5 и держателем, микоообъектив - увели" чнтель 6, модулятор 7, матрицу 8 фоСхема 12 индикации тангенциальной составляющей (фиг.11 и 8) содержит усилитель 44, двухпороговый элемент 45, элемент 46 индикации, одновибратор 47 и коммутатор 48 электропривода 20. Схема 13 (фиг.11 и 5) управлениямодулятором включает распределитель49 и элементы 50 коммутации сканиру18882 дулятор позволяет простыми средствами обеспечить синхронность сканирования. Отверстие 22 (фиг.3) в модуляторе 7 с апертурой, позволяющей фиксировать главный энергетический максимум пространственного спектра, предназначено для согласования оси визирования с оптической осью линзы, которая из децентрированного состояния переводится в состояние центрировки исполнительными органами (фиг.2).Схема 13 управления модулятором 7 (фиг,11 и 5) предназначена для синхронной коммутации сегментов 21 модулятора 7 (фиг.1 и 3) в соответствии с формированием импульсов нулевого перехода синусоиды синхронизирующего напряжения посредством нуль-органа 25 (фиг. 11 и 5) и генератора 24 квантующих импульсов.Схема 33 четности (фиг.11 и 8) обеспечивает поочередную коммутацию информационных + 1 и -1-входов реверсивного счетчика 34 и обеспечивает суммирование разностей кода числовой информации за тактовые периоды измерений. Каждая из таких разностей соответствует аналоговой величине интегральной суммы ряда энергетических максимумов пространственного спектра юстировочного сигнала в положениях сканирующего сектора 21 в точках в и щ(фиг.9).Устройство работает следующим образом.Линза 4 с оправой 5 установлена в держателе (не показан) с эксцентрисиФ 7 11 ющими оптическими секторами 2 1 оптически изменяющейся прозрачности.Логические схемы 27 и 28 (фиг.5 и, 11) включают каждая 3 -триггеры 51 и 52 (фиг.5), инвертор 53 и элемент 2 И 54.Схема 33 четности (фиг.8 и 11) включает счетный триггер 55 (фиг.8), выходами подключенный к управляющим входам ключей 56 и 57, входами соединенных со счетным входом триггера 55.Модулятор 7 (фиг.1 и 3) содержит группу сегментов, расположенную по плоскости круга, изменяющих поляризацию при приложении напряжения. При коммутации напряжением один из сегментов пропускает монохроматический луч, в то время как остальные его сканируют, создавая эффект, аналогичный механическому модулятору. В сравнении с механическим оптический мотетом, вертикальная и горизонтальнаясоставляющие которого отрабатываютсяисполнительными электроприводами 18 и19 (фиг.2). При этом платформы 16 и17 смещаются по горизонтальной и вер"тикальной координатным осям в плоскости, а оптическая ось линзы совмещается с осью визирования от источника 1 монохроматического излучения 1 О (фиг.1) на осевой фотопреобразователь15. После выборки эксцентриситетаосуществляют проверку на тангенциальную составляющую прокруткой линзы 4электроприводом 20 (фиг.2). Таким 15 образом обеспечивают оттестационныйконтроль и производят финишную проточку оправы 5, причем оптическая осьлинзы оказывается сцентрированной относительно оси оправы.20 Работа блока 9 управления (фиг.1 и11) происходит следующим образом,В децентрированном состоянии линзы4 (фиг. 1) луч от источника 1 монохроматического излучения в коллиматоре 25 2 преобразуется в параллельный пучек,освещающий тест-объект 3 - двухщелевую диафрагму, формирующую тестовоеизображение юстировочного сигнала.При этом использован физический закон разложения монохроматическогопучка в пространственный спектр с рядом максимумов, расположенных симметрично от главного энергетическогомаксимума (фиг3, центр 01) с симметричной убывающей интенсивностью. Координаты центра 01 на матрице 8 фотоприемников (фиг.4) определяют состояние децентрировки оптической оси линзы (фиг. 1), а тестовое иэображение 4 О юстировочного сигнала проектируетсяна матрице фотоприемников в увеличенном масштабе, так как юстировочныйсигнал проходит микрообъектив - увеличитель 6 (фиг.1).45 На матрице 8 (фиг,4) фотоприемников вследствие модуляции модулятором7 (фиг.1) проектируется в каждом положении сканирующего сектора 21(фиг.З), имитирующего вращение вектора, например, по часовой стрелке,только часть спектра юстировочногосигнала (фиг,4).Пусть в исходном положении п,сканирующего сектора 21 (фиг.6, начало последовательной коммутации по окружности) периферийный фотопреобразователь 14 (фиг.5) не возбужден, таккак спектр юстировочного сигнала проектируется по е,в (фиг.6) с главнымвызывает последовательную коммутациюэлементов модулятора и перемещениесканирующего сектора 21; имитирующеевращение по окружности сектора 21 изисходного положения п (фиг.б).Логическая единица на выходе3 К-триггера 51 в момент его сброса вположении п (фиг.б, диаграмма В) 25 обеспечивает возможность его переключения в нулевое состояние Ц (О) приотрицательном перепаде напряжения наего С-входе, так как с момента егосброса 9 (1) задействована обратная связь с его выхода на информационный К-вход этого триггера. Срабатывание 35его происходит при перемещении сканирующего сектора 21 (фиг,б) в положение М, сигналом с выхода формирователя 23 (фиг.б, диаграмма А), который 40 45 формируется при возбуждении периферийного фотопреобразователя 14(фиг.4) пространственным спектром.Состояние 3 К -триггера 51 при упомя .нутом срабатывании Я (О) и Я ( 1) навыходах (фиг.б, диаграммы В и Г) определено отрицательным перепадом напряжения по С-входу (фиг.б, диаграмма А) с выхода формирователя 23 прилогической единице на К-входе ввиду задействованной обратной связи, пред шествующей срабатыванию. Такое состояние 3 К -триггера 51 в положении п,сканирующего сектора 21 обеспечиваетвозможность срабатывания 3 К -триггера 52 при отрицательном перепаде напряжения на е о С-входе в положении в 2(фиг.б) сканирующего сектора 2 1 от иняертирования посредством инвертора энергетическим максимумом в точке с координатами + ц - Х . Опорное синусоидальное напряжение 1 с (фиг.б, диаграмма в момент перехода синусои" ды 1 через нуль) соответствует положению ю сканирующего сектора 21. Посредствоь. нуль"органа 25 (Фиг.5) формируется строб-импульс, которым осуществляются сбросы (обнуление) соответствующих элементов в схеме 10 (фиг. 11), схеме 13 и схеме 11, 3 К - триггер 51 в логической схеме 27 (фиг.5) переводится в единичное состояние (1 (1) (фиг.б, диаграмма В), а 3 К -триггер 52 - в нулевое 0 (О)15 (фиг.б, диаграмма Д).Выходные шины распределителя, 49 последовательно коммутируются тактовыми импульсами генератора 24, посту" пающими на С-вход распределителя.Это20 53 (фиг,5 и б, диаграмма Б) импульсас выхода Формирователя 23. Возможность срабатывания Ц -триггера 52 всостояние Я (1) (фиг.б, диаграмма Д)обеспечивается логической единицей наего информационном 1 -входе, возникщей предварительно в точке вна выходе триггера 51.Таким образом, при последукщбмпрохождении сканирующим сектором 21положения щ в диапазоне (В,й 3)р Флогический нуль Я (О) с инверсноговыхода ЭК -триггера 52 через элементИЛИ 29 (фиг.5) разрещает по ьЧ-входутактовую коммутацию счетчика 30 поего С-входу от генератора 24 квантующих импульсов,Такая коммутация возможна, еслиполярность переменного напряжения 1(фиг.б, диаграмма Ж) соответствуетобласти сканирования сканирующим сектором 2 1 последовательных положенийпо .1 п 1 1 ъ 5 и при наличии В этойобласти спектра юстировочного сигнала. При этом на оба входа элемента 2 И 54 в диапазоне (е 2 Ю) поступают логические единицы с выходаформирователя 26 полярности (фиг.5)и прямого Я (1)-выхода ЗК -триггера 52. Логическая единица на выходеэлемента 2 И 54 логической схемы 27определяет плюс - направление отработки электропрпвода 19 посредствомкоммутатора 32.Отрицательный лолупериод синусоиды 2 с синхронизирующего напряженияфиксирует логическая схема 28(фиг.5), содержащая идентичные элементы логической схемы 27, а сканирующий сектор 2 1 перемещается по окружности в области отрицательных значений вертикальной оси (фиг.7). Приэтом обеспечивается минус - отработка электропривода 19 (фиг,5) посредством коммутатора 32, если спектрюстировочного сигнала расположен вобласти отрицательных значений вертикальной оси,Таким образом, цифровая информация, накапливаемая в счетчике 30 прикаждом обороте вектора сканирующегосектора 21, а в развертке, соответствукицая периоду синхронизирующая напряжения (фиг.б, диаграмма Ж), преобразуется в преобразователе 31код-напряжение в аналоговый сигнал,Гобеспечивающий отработку рассогласования электроприводом 19, а направлененном с информационным 1 1-входом коммутатора 35. По окончании периода, необходимого для отработки рассогласования электроприводом 18 в тактовом периоде измерения и отработки (посале+оборотов вектора Р )производится сброс суммирующего счетчика 34 и сумматора 42 по их 8 -входам сигналом с второго выхода делите" ля 41. Начинается новый тактовый период до тех пор,пока х-рассогласование не станет равным нулевому значению, а главный энергетический максимум 01 (фиг.9) сместится в центр, Энергетический уровень главного энергетического максимума в Осоответствует второму порогу срабатывания двухпорогового элемента 45 схемы 12 индикации (фиг.8) и вызывает его срабатывание и коммутацию второго вы" хода, соединенного с одновибратором 47. При этом обеспечивается коммутация электропривода 20 проверки тангенциальной составляющей децентрировки посредством коммутатора 48. Обеспечивается прокрутка линзы с оправой (фиг.2). Если при этом оптическая ось линзы не изменяет своего положения и остается совмещенной с осью визирования на центральный фотопреобразователь, то главный энергетический максимум с центром в точке О не вызывают изменения состояния осевого фотопреобразователя, Линза сцентриро вана, причем тангенциальная составляющая децентрировки также равна нулю.Если тангенциальная составляющая имеет значение отличное от нуля,то главный энергетический максимум смещается из центра, а осевой фотопреобразователь .15 переходит в невоэбужденное состояние. Двухпороговый элемент 45 вырабатывает уровень сигнала ниже первого порога срабатывания, а элемент 46 индикации индицирует технологический брак. Таким образом обеспечивается авто,матическое совмещение оптической оси линзы с осью визирования и косвенный контроль допускового значения тангенциальной составляющей децентрировки.Повышение точности центрировки достигается исключением погрешностей установки .светоделителя, а также увеличением масштаба тестового иэображения пространственного спектра юстировочного сигнала на матрице фотоприемников, что достигается посредством ЗО микрообъектива вувеличителя,