Устройство для автоматического центрирования линз

72) Авторы изобретеии фф аЛТЕНТВ- ТЕХН ЖЕСМ ЦНЛЛ 8 уровский и В,Д. П А.С, Дунаев(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ЛИНЗтором, а затем через плоское верка"ло поступает на центрируемую линзу.Излучение, отраженное от поверхности линзы, отражается затем от плос"кого зеркала и через линзовую систему попадает на четырехквадратный фотодиод. Излучение, прошедшее через обеповерхности центрируемой линзы, создает изображение, которое попадает навторой четырехквадратный фотодиод.Центрируемая линза закреплена во вращающемся .патроне, и, если она отцентрирована неправильно, вращение патро"на вызовет перемещение иэображения,которое будет обнаружено четырехквадратными фотодиодами путем формирова"ния двух пар переменных сигналов, ха"рактериэующих децентрировку по двумкоординатам, при этом один из четырех"квадратных фотоприемников контролирует смещение, а другой - наклонСигналы с фотодиодов усиливаются на частоте модуляции, а затем поступают на Изобретение относится к оптико-механической промышленности и может быть использовано в мелкосерийном и массовомпроизводствах для автоматического центрирования линз5 и объективов на токарных станках с последующей обработкой боковых и тор" цовых поверхностей механических оправ служащих для закрепления линз.Одним из важнейших требований, предъявляемых к таким устройствам, является повышение точности центрирования линз с одновременным снижением трудоемкости процесса. Это связано с тем, что качественная центрировка оптической оси линзы относительно ее оси вращения позволяет в любой оптической системе улучшить ее качественные показатели.Известно устройство для автомати ческого центрирования линз, в кото" ром излучение от источника света про" ходит через линзовую систему с модуля 970168фазовые детекторы, выходные сигналы , которых управляют подвижками центрировочного патрона 111.Недостатком известного устройства является снижение точности центриро вания линз вследствие неодинаковых изменений параметров чувствительных элементов четырехплощадочных фотоприемников, обусловленных процессом старения, 0Наиболее близкое к предлагаемом по технической сущности устройство для автоматического центрирования линз содержит источник света, свето- делитель, держатель оправь с линзой, 15 анализатор, фотоприемник и схему управ - :ления, включающую преобразователь длительности импульса в токовый импульс, и исполнительные блоки 1 2 1.Однако это устройство характеризу- щ ется недостаточным обеспечением стабильной точности центрирования линз в серийном производственном процессе, Это связано со старением чувствительных элементов матрицы фотоприемников, 25 вследствие чего изменяются их характеристики, причем начало и сам процесс изменения характеристик каждого .чувствительного элемента фотоприемника протекает независимо и предугадать З 0 эти изменения заранее не представля- ется возможным. Таким образом, невоз можно зафиксировать начало ухудшения точности центрирования линз и, следовательно, гарантировать высокое ка 35 чество выпускаемой продукции, Кроме того, в устройстве используется сложная электронная обработка сигнала, обусловленная наличием многоплощадоч" ного фотоприемника. Это приводит к усложнению конструкции устройства и снижению его надежности.Цель изобретения - упрощение схемы управления устройства.Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического центрирования линз установленный неподвижно перед фотоприемником анализатор имеет вид диска с двумя прозрачными участками, один из которых выполнен в форме радиальной щели, а другой - в форме сектора с границей, образованнойспиралью Архимеда, а в схему управления введены селектор импульсов,измеритель длительности импульсов,измеритель энергетического центра им 55пульса, электронный ключ и переключа"тель с блоком управления, при этомвыход фотоприемника через селектор импульсов, измеритель длительностиимпульсов, блок управления переключателем и переключатель подключен к исполнительным блокам, второй выходселектора импульсов соединен с сигнальным входом переключателя черезизмеритель энергетического центра импульсов и электронный ключ, второйвход которого через преобразовательдлительности импульса в токовый импульс подключен к второму выходу измерителя длительности импульсов, причем второй вход преобразователя длительности импульса в токовый импульссоединен с выходом измерителя энергетического центра импульса,На чертеже приведена структурнаясхема устройства.Устройство содержит источник 1света, светоделитель 2, центрируемуюлинзу 3, держатель 4 оправы с линзой, анализатор 5 фотоприемник 6измеритель 7 энергетического центраимпульса, измеритель 8 длительности импульсов, преобразователь 9 длительности импульса в токовый импульсэлектронный ключ 10 блок 11 управления переключателем, переключатель 12,1(исполнительные блоки 13 и 13 и селектор 14 импульсов.Устройство работает следующим образом,В автоколлимированном источнике 1света формируется пучок электромагнитного излучения, который проходит через светоделитель 2 и поступает на центрируемую линзу 3 в оправе, установленной в держателе 4. Держатель 4оправы с линзой 3 может совершать как поступательное (под действием исполнительного блока 13) так и угловое перемещение под действием исполнительного блока 13), Для этогоможно использовать две электромагнитные системы, выполнвнные с возможностью общего вращения и относительногосмещ 1 ения якорей электромагнитов приминимальном токе фиксации якорей,Отраженное от центральной частисферической поверхности линзы 3 излучение попадает на светоделитель 2, а затем проецируется на анализатор 5, Гсли линза 3 децентрирована, то при ее вращении пучок излученияпроецируемый на анализатор 5 будет описывать окружность, радиус которой пропорционален ошибке центрйрования линзы, поэтому введение в анализатор 5 пропускающего излучение сектора, об5. 970разующими которого являются спиралиАрхимеда, позволяет полуцить на выходе одноэлементного Фотоприемника 6электрические импульсы, длительностькоторых пропорциональна ошибке центри рования линзы 3. Введение.же в анализатор 5 радиальной щели позволяет получить на выходе фотоприемника 6 колоколообразные импульсы постояннойдлительности, энергетический центр 16которых определяет момент приложенияусилия на исполнительные блоки 13и 13Сформированные одноэлементным фотоприемником б импульсы поступают на 15селектор 11 импульсов. Ввиду того,что после установки линзы 3 в центрировочный патрон-держатель 1 всегдабудет наблюдаться некоторая децентрировка, импульсы, образованные щелями 26анализатора, имеют различные длительности, поэтому на выходе фотоприемни ка за каждый период вращения линзынаблюдается пара импульсов различнойдлительности. Использование этого отличия и периодичности импульсных сигналов позволяет обеспечить своевременное стробирование каждого из выходов селектора 1 ч и разделение импульс.ной последовательности по двум каналам. При этом селектор 11 пропускаетв измеритель 7 энергетического центра импульса только колоколообразныеимпульсы постоянной длительности, ав измеритель 8 длительности импульсов электрические импульсы, длительность которых пропорциональна ошибкецентрирования линзы. В момент Фиксации энергетического центра в измерителе 7 формируется импульс, разрешающий по измеренной в измерителе 8длительности импульса формированиепреобразователем 9 токового импульсаи прохождение его через электронныйключ 10,Токовый импульс через электронный ключ 1 О поступает на сигнальный вход переключателя 12, выход которого в исходном состоянии подключен к исполнительному блоку 13. В качестве ис 56 полнительного органа можно, например, использовать электромагнитный толка" тель держателя оправы с линзой,преобразующий токовый импульс в импульс силы. Так как импульс силы пропорци" онален импульсу тока, который в свою очередь пропорционален ошибке децентрировки линзы, то сила удара толка 168 6теля блока 13 пропорциональна ошибке центрирования линзы. Под действием этого усилия изменяется эксцентриситет линзы. Это в свою очередь ведет к уменьшению радиуса переносаизображения по неподвижному анализатору, что приводит к уменьшению длительности импульсов на выходе измерителя 8. Уменьшение длительности им-,пульса вызывает пропорциональноеуменьшение импульса тока и, следовательно, силы удара по держателю оправы с линзой, Такие циклические воздействия на держатель оправы с линзойведут к возникновению установившегося процесса, при котором величинаэксцентриситета линзы будет близка ."к нулю.Блок 11 управления переключателем анализирует изменения текущей длительности импульсов. В случае отсутствия этих изменений в нем:вырабатывается сигнал, по которому переключатель 12 подключает выход электронного ключа 1 О к входу электромагнитноготолкателя блока 13 держателя оправы с линаой. Под действием сигналов, пропорциональных ошибке центрирования линзы, толкатель блока 13передает пропорциональное усилие на держатель оправы с линзой, Под действием этого усилия держатель поворачивается на некоторый угол. Это ведет к уменьшению радиуса переноса изображения по неподвижному анализатору, а следовательно, к уменьшению длительности импульса на выходе измерителя 8, что в свою очередь вызываетпропорциональное снижение силы удара толкателн по держателю оправы с линзой. Под действием этого усилия деожатель оправы с линзой, а вместе с ним и центрируемая линза 3, поворачиваются на меньший угол. Такие циклические воздействия на держатель оправы с линзой в конечном счете ведут к возникновению установившегося режима, при котором оптическая ось линзы будет практически параллельна оси вращения линзы в держателе оправы.Если в блок 11 не поступает сигналов с измерителя 8 длительности импульсов, что соответствует нулевому радиусу переноса изображения, то это несет информацию бб окончании процесса центрирования линзы, Если же блок 11 практически не регистрирует изменений длительности импульсов, то им вырабатывается сигнал, по которо 7 970му переключатель 12 вновь подключаетвыход электронного ключа к входуэлектромагнитного толкателя блока 13,который преобразует импульс тока, пропорциональный величине децентрировки 3линзы, в импульс силы, пропорциональный входному воздействию. Это приводит к уменьшению эксцентриситета линзы, а следовательно, к уменьшению радиуса переноса изображения по непадвижному анализатору, который, в конечном счете, станет равным нулю, чтои будет зарегистрировано измерителем 8. Отсутствие сигнала с измерителя 8 при нулевом радиусе переноса 1 Визображения является следствием отсутствия сигналов на выходе фотоприемника 6 вследствие попадания пучкаизлучения в центральную, поглощающую,часть анализатора. 20Необходимость применения усилия,изменяющегося в процессе центрирования линзы можно объяснить следующимипричинами. Элементы вращающегося держателя оправы с линзой удерживаются Исилами сцепления Гц, При наличиисмещения Ь центра тяжести держателяоправы с линзой относительно оси вра"щения возникает центробежная сила,определяемая соотношением 39РГ = , ю ь,где Р - сила тяжести держателя оправы с линзой;Д - ускорение земного притяже- рйия;ф - угловая скорость вращения.Эта сила направлена в сторонусмещения центра тяжести от оси враще"ния по прямой, проходящей через центр 46тяжести перпендикулярно оси вращения,Наряду с этим действует и сила тяжести Р.Если толкатель прикладывает нацентрировочный патрон усилие, направ-ленное снизу. вверх, то величина этого усилия должна бытьФРсц+Р+ г Ю А30Если же толкатель прикладывает надержатель оправы с линзой усилие,направленное сверху вниз, то его величина должна бытьРфсц-Р+ -; - щ д,Еслй же .тоакатель прикладывает надержатель цправы с линзой усилие,68перпендикулярное вектору силы тяжести, то его величина должна бытьсц+ Ф ЬР г.Как видно из приведенных соотношений, величина силы Г пропорциональна величине смещения,е Поэтому использование усилия, изменяющегося в зависимости от величины а , позволяет обеспечить более точное центрирование линзы по сравнению со случаем, когда к держателю оправы с линзой прикладывают постоянное усилие, не зависящее от величины децентрировки линзы.Использование одноплощадочного фотоприемника позволяет существенно упростить электронную обработку сигнала, что приводит к упрощению конструкции устройства и повышению его надежности. Кроме того, использование одноплощадочного фотоприемника позволяет гарантировать получение стабильной точности центрировки линз в оправах в серийном производстве и исключить брак. Это связано с тем, что в одноплощадочном фотоприемнике изменение его характеристик, обусловленное старением чувствительного элемента, не влияет на точность центрировки линз, Причина такого явления состоит в том, что в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипоминформация о величине децентрировкилинзы содержится в длительности импульса, а не в его амплитуде, на ко,торой проявляются все изменения в характеристиках фотоприемника.Держатель оправы с линзой, используемый в устройстве, может иметьлюбой привод: пневматический, гидравлический, электромеханический, электромагнитный, пьезоэлектрический ит.д, Однако предпочтение следует отдать держателю оправы с линзой с электромагнитными или пьезоэлектрическими: толкателями. Выбор типа толкателя определяется достижимой точностью центрирования линзы. формула изобретенияУстройство для автоматического центрирования линз, содержащее источ - ник света, светоделитель, держатель оправы с линзой, анализатор, фото- приемник и схему управления, включающую преобразователь длительности им9 9701 пульса в токовый импульс и исполнительные блоки, о т л и ч а ю щ е е, с я тем, что, с".целью упрощения схемы управления, установленный неподвижно перед фотоприемником анализатор имеет вид диска с двумя прозрачными участками, один из которых выполнен в форме радиальной щели, адругой - в форме сектора с границей,образованной спиралью Архимеда, а в 1 Всхему управления введены селектор им.пульсов, измеритель длительности им"пульсов, измеритель энергетическогоцентра импульса, электронный ключ ипереключатель с блоком управления, 1при этом выход фотоприемника черезселектор импульсов, измеритель длительности импульсов, блок управленияпереключателем и переключатель подключен к исполнительным блокам, вто раж 887 Подписное Ужгород, ул. Проектная,4 иал ППП "Петен НИИПИ Заказ 8375/50 68 10рой выход селектора импульсов соединен с сигнальным входом переключателя через измеритель энергетического центра импульсов и электронный ключ, второй вход которого через преобразователь длительности импульса в токовый импульс подключен к второму выходу измерителя длительности импульсов, причем второй вход преобразовате" ля длительности импульса в токовый им" пульс соединен с выходом измерителя энергетического центра импульса. Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе 1, Журнал "Оптико-механическая промышленность, 1972, Ю 10, с, 57-62. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Иф 2896789/18-10 (03738) в кп. С 01 И 11/00 1980,