Способ измерения и контроля рабочих отрезков объективов и устройство для его осуществления

(в) И 3 п (Я) 5 О О 1 Ы И Е ИЮБРЕХЕНИ " ыао1,ъ ОПИСАНК ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам(72) Васютин АС Козлов С,С.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ РАБОЧИХ ОТРЕЗКОВ ОБЪЕКТИВОВ И УСТРОЙ СТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: изобретение относится к оптическому приборостроения и может быть использовано для измерения и контроля рабочих отрезковобъективов. Сущность изобретения заключается втом, что контролируемый объектив освещают параллельным пучком лучей, ограниченным по диаметру до размера "СУ, а после объектива устанавливают дополнительную линзу, передний фокус которой размещают вблизи заднего фокуса контролируемого объектива и, измеряя диаметр пучка по крайней мере в одном сечении, определяют величину несовпадения фокусов контролируемого объектива и дополнительной линзь 1 Х" по формуле, Устройство содержит установленную в ходе пзраллельного пучка диафрагму 2, за испытуемым объективом размещен светоделитель 5, а в каждом из каналов - дополнительную линзу 6 или 7, матричнь 1 й фотоприемник 8, 9; входы фотоприемников обоих каналов подключены к формирователю импульсов 10, а выходы фотоприемников - к смесителям- преобразователям 11, 12, выходы которых подключены к входам схемы управления 13, которая подключена к схеме регистрации И. 2 сп. и 1 з.п.флы,3 ил.50 55 Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для измерения и контроля рабочих обьективов,Широко известны различные способы измерения и контроля рабочих отрезков обьективов: визуальный, фотографический, интерференционный и устройство для их осуществления,При визуальном способе наблюдательным микроскопом последовательно наводятся на опорный торец обьектива и на изобретение объективом бесконечно удаленного предмета.По величине перемешивания микроскопа определяют рабочий, отрезок объектива, Основные недостатки этого способа и устройства заключаются в следующем; субьективность определения резкого изображения, большая трудоемкость, утомляемость оператора и необходимость его высокой квалификациии.При фотографическом способе проверяемый объектив устанавливают опорным торцом на фотокамеру, на известном расстоянии от опорного торца располагают фотопленку. Фотографируют бесконечно удаленный предмет, пленку проявляют и исследуют.Недоста гки способа и устройства: субьективность в расшифровке пленки, малая производительность, неэкономичность.Интерференционный способ реализован в устройстве на основе интерферометра Тваймана-Грина. Вводят в ветвь интерферометра эталонный обьектив и по нему юстируют интерферометр, Затем. вместо эталонного объектива ставят контролируемый обьектив. Перемещают контролируемый объектив вдоль своей оси до получения интерференционной картины как с эталонным объективом, По величине перемещения контролируемого объектива определяют рабочий отрезок обьектива, Недостаток способа и устройства, высокие требования к юстировке, чувствительность к внешним механическим воздействиям, низкая производительность, обусловленная как необходимостью юстировки схемы, так и необходимостью перемещения контролируемого объектива.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоэлектрический способ измеренил рабочих, отрезков объектива и устройство длл его осуществления, содержащее последовательно установленные источник параллельного света, представляющий иэ себя осветитель и коллиматор, в фокусе объектива которого установлен тест-объектив, базировочное приспособление для размещения контролируемого обьектива, направляющая,по которой перемещается базировочное приспособление, механизм перемещения базировочного приспособления, устройство для измерения величины перемещения ба зировочного приспособления с контролируемым объективом (шкала), приемный тест, одноплощадный фотоприемник и регистрирующий прибор.Контролируемый обьектив устанавлива ют в баэировочное приспособление, на объектив направляется пучок параллельного света от источника. Предварительно устройство юстируют так, чтобы рисунок приемного теста совпадал с иэображением тест-обьекта. 5 Перемещают контролируемый обьективвдоль оптической оси до получения максимального или минимального сигнала и снимают отсчет по шкале.Недостаток способа и устройства: необ ходимость перемещения контролируемогообъектива, на что затрачивается значительное время, кроме того, наличие механического перемещения снижает эксплуатационную надежность устройства из-эа износа направляющей, Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и снижение трудоемкости.Поставленная цель достигаетсл тем, чтов известном способе, в котором обьектив З 0 освещает параллельным пучком света в изобретении перед контролируемым обьективом ограничивают параллельный пучок до размера "О", а после объектива устанавливают дополнительную линзу, перемещая ее передний фокус в области заднего фокуса, контролируемого объектива, измеряют размер "0" пучка, по крайней мере, в одном сечении, при использовании положительной линзы, не совпадающим с ее задней фокальной плоскостью, определяют величину "Х" из соотношения; 0 = 1 Х -- 2) (1+ - ) - 2г1 об лх г,5(1 +) уоб где Х - смещение фокальной плоскости контролируемого объектива от номинального положения;тоб - фокусное расстояние контролируемого обьектива;д - переднее фокусное расстояние дополнительной линзы;2) - расходимость входного параллельного пучка;, - расстояние от дополнительной линзы до измеряемого сечения. пучка лучей и повеличине "Х" судят о величине рабочего отрезка обьектива.Цель достигается также за счет того, что пучок после дополнительной линзы делят на два, определяют размеры сечений каждого пучка О 1 и Ог с помощью матричных Фотоприемников и по полученным данным определяют величину смещения задней фокальной плоскости контролируемого обьектива из соотношения:О -:. Х - ,-2 у 1+ --2 усбх 1 об 1+ -- 1. -- 2 УО1 л 102 = + Х -- 2 у 1+ -- 2 у х.) ф 1обх 1 об 1+ -- 1 л - , - 2 У,Ь. ОобО, 2 - расстояние от дополнительной линзы до фотоприемников.В устройство для измерения рабочихотрезков обьективов в известное, содержащее источник параллельного пучка лучей и базировочное приспособление для размещения контролируемого обьектива, введена диафрагма с диаметрам, меньшим диаметра обьектива, а за объективом раэмещень 1 светоделитель, в ходе лучей прошедшего и отраженного от него, соответственно, установлены положительная и отрицательная линза, передний фокус каждой из которых совмещен с задней фокальной плоскостью испытуемого обьектива, за каждой из линз размещен матричный фотоприемник, оба фотоприемника поцключены к формирователю импульсов и к смесителям-преобразователям, выходы которых соединены с входами схемы регистрации разностного сигнала, которая, в свою очередь, подключена к входам узла индикации,Сопоставительный анализ с грототипом показывает, что предлагаемый способ и устройство отличаются от прототипа отсутствием продольного перемещения контролируемого объектива для совмещения фокальной плоскости объектива с измерительным устройством и соответственно отсутствием в устройстве узлом для осуществления этой цели: предметного и приемного тестов, устройства и механизма перемещения и введением в схему измерения устройства дополнительных линз и матричных фотоприемников,Таким образом, предлагаемое решениеотвечает критерию "новизна".Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показало,5 что способов контроля рабочих отрезковобъективов без продольной ,кусировки несуществует.Известен однако, способ измерения фокусных расстояний линз, основанный на из 10 мерении размеров сечения параллельногопучка лучей до измеряемой линзы и размерасечения пучка лучей в задней фокальнойплоскости дополнительной положительнойлинза который не зависит от величины не 15 совпадения задней фокальной плоскостиизмеряемой линзы и передней фокальнойплоскости дополнительной положительнойлинзы. Введение же в схему вместо положительной линзы, отрицательной сразу же да 20. ет зависимость размера сечения пучкалучей в любом месте за отрицательной линзой от величины несовпадения задней фокальной плоскости контролируемогообъектива и передней фокальной плоскости25 отрицательной линзы. Тот же результат будет и при измерении размера сечения пучкаи за положительной линзой в любом месте,кроме задней фокальной плоскости положительной линзы.30 На фиг, 1 изображена оптическая схемаустройства; на фиг, 2 - схема, по которойосуществляется способ измерения рабочегоотрезка в канале с отрицательной линзой;на фиг. 3 - схема. по которой осуществляет 35 ся способ измерения рабочего отрезка в канале с положительной линзой,Способ измерения и контроля рабочихотрезков обьективов заключающийся в том,что параллельный пучок лучей, исходящий из40 источника 1 расходимостью 2 у, проходитдиафрагму 2 с поперечным размером О, меньшим светового диаметра контролируемогообъектива 2, падает на контролируемый объектив, установленный на базировочном при 45 способлении 4 и фокусируется в его заднейфокальной плоскости Раб.На пути сходящегося пучка лучей уста. новлен светоделитель 5, который делит пучок лучей на два пучка,50 На оси устройства, в ходе лучей, отраженных светоделителем, расположена отрицательная линза 6, на оси устройства, входе лучей прошедших светоделитель, расположена положительная линза 7 так. что их55 передние фокальные плоскости совпадаютс номинальным положением задней фокал ьной плоскости контролируемого обьекти .агоб.ном. После прохождения линз б, 7 пучкилучей падают на матричные фотоприемники0 и 9, расположенные на расстоянии 1.1 и 1.2 от главных плоскостей линз 6, 7.С матричных фотоприемников снимаются сигналы, пропорциональные размерам сечений пучков, падающих на фотоприемники.При смещении задней фокальной плоскости контролируемого обьектива на величину Х от номинального положения, г,е, при. изменении рабочего отрезка контролируемого обьектива относительно номинального значения на величину Х, размер сечения пуска лучей, падающих на фотоприемник 8, будет О 1 = - Х- 2 у 1 + = - 2 у хО1 об х об 1+ - ) - б -- 2 р Ь 1 О Г 1 1 обс и соответственно на Фотоприемнике 9 будет О 2=, - Х -- 2 у 1+ -- 2 у х 1 О , 12ЫДля повышения.точности контроля величина "Х" определяется по разности размеров сечений пучков на Фотоприемниках 8, 9 ЬО = О 2 - 01 =-Х -- 2 у х Гоб1 х (2+ - +) - (2 - 11) ( - 2 У) -1-2 -1 О - 2)Юоб 2+ - .+ - Ь ь 2 Г 1 где И 1 - переднее фокусное расстояние отрицательной линзы;Ь 2 - переднее фокусное расстояние по. ложительной линзы.Сигналы с каждого из Фотоприемников О, 9 представляют собой разделенную по выходам последовательность импульсов с четных и нечетных матриц Фотодиодов, сканирование которых осуществляется формирователем импульсов 10, Сигналы с этих выходов поступают на смесители-преобразователи 11, 12, которые Формируют результирующий сигнал с каждого фотоприемника, компарируют их по пороговому уровню и преобразуют в сигналы ТТЛ-логики, Узел управления 13 осуществляет поочередную тактируемую Формирователем импульсов 10 выдачу этих сигналов на схему регистра- Ь ции разностного сигнала 14. Схема регистрации разностного сигнала 14 выделяет раэностный сигнал двоичной формы, кодирует, запоминает его и выдает на входы узла индикации 15. Узел индикации 15 отобража ет отклонение величины рабочего отрезкаконтролируемого обьектива от номинального положения с указанием знака отклонения. Таким образом, предложенный способ и устройство измерения и контроля рабочих 15 отрезков объективов йе требует продольнойфокусировки контролируемого объектива при измерении, следовательно, нет механических или электромеханических узлов для этой цели, а следовательно, нет износа этих 20 узлов, поэтому эксплуатационная надежность выше, чем у прототипа,Поскольку исключается продольная фо:. кусировка обьектива, то время контроля рабочего отрезка меньше, чем у прототипа.2 Ь Способ и устройство могут быть осуществлены на практике при задании определенных значений т 1 и т 2.П р и м е р 1, Ь = 1.2 = О, т,е. Фотоприемники расположены в непосредственной 30 близости от линз, тогда:Ьб = О 2 - О 1 = 2 Х - 1 - 2 УО1 обГ 2 + Г 1 1 2) 4 1 обО 1ГобПри малой расходимости параллельного пучка лучей;27=0 Г 1 РИ т 1 = т 2 ЬВ = - Х1 20тоб1Пусть: 1 об = 100 мм О =- 20 мм ЬО = 0,4 Х50 При шаге матричного фотоприемника, равном 0,02 Ь мм, цена деления "С" устройства будет:5 Г С = - =- 0,0525 ммЬб 0,0250,4 0,4т.е, устройство будет фиксировать изменение величины рабочего отрезка с дискретностью 0,0625 мм,-2= 11+ 1+ - ) -Ь 2/ 1 , окальной плоскости ктива от номинальние лируемо сное расстояние доодного паралле полнительной линзычения пучка лучей,о величине рабочего Если расходимость параллельного пучка значительно отличается от нуля, то выби. рают; Пример 2 О т 1;12 т 2 -т.е. фотоприемники располагают:редней фокальной плоскости отной линзы, другой - в задней фплоскости положительной линзы,Тогда: малой расходимости 2 у =О и при 2Если расходимость параллельного пучначительна, то выбирают; Если фокусное расстояние.1 об контр уемого объектива значительно колебле Формула изобретени 1, Способ измерения и контроля рабочих отрезков обьективов, при котором контролируемый объектив освещают параллельным пучком света, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени контроля, перед контролируемым обьективом ограничивают параллельный пучок до размера О, а после обьектива устанавливают дополнительную линзу, размещая ее передний фокус в области заднего фокуса контролируемого обьектива, измеряют размер О пучка по крайней мере в одном сечении при использовании положительной линзы, не совпада 1 ощем с ее задней фокальной плоскостью, определяют величину Х из соотношения ся, то с фотоприемника, расположенного за положительной линзой, снимают сигнал пРопоРЦиональный Ьоб, и после его обРаботки в электронной схеме используют для 5 корректировки информации, снятой с обоихфотоприемников, т,к. и при малых расходимостях:1 об- 2 =О 6 -О 1О О 1 П р и м е р 3. Используется только один канал, с положительной или отрицательной линзой и соответственно с одним фотоприемником, Габариты такого устройства меньше, чем в примерах 1 и 2, но применять такое исполнение можно только при неболь. ших требованиях к точности контроля рабочих отрезков, т.к. коэффициент пропорциональности перед "Х" в два раза меньше, чем в примерах 1 и 2, и будет иметь место зависимость от колебаний мощности излучения осветителя и светопропускания контролируемого объектива,Кроме того, здесь нельзя устанавливать фотоприемник вблизи задней фокальной плоскости положительной линзы.(56) Креопалова Г, В, и др, Оптические измерения. М.: "Машиностроение", 1987, с, 165 - 169.Там же, с. 169-170.Кривовяз Л. М, Практика оптической измерительной лаборатории, 1974, с, 202-203. 40 О=+ Х г. гуного положения;Вб фокусное расстго обьектива;1 л - переднее фокполнительной лингу расходимостьного пучка;ц; 1. - расстояние от ддо измеряемого си по величине Х судятотрезка обьектива,2003065 Составитель А, ВасютинТехред М.Моргентал орректор А. Козориз едактор Н. Семено Тираж По НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4 Заказ 3229 сно роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 2. Способ по г,1, отличающийся тем, что пучок после дополнительной линзы делят на два, определяют разлеры сечений каждого пучка 0 и 0 с помощью матричных фотоприемников и по полученным данным определяют величину смещения задней фокальой плоскости контролируе мого обьектива из соотошений ;.= Х = - ,2) 1+ - , - 10 ,( И 0 1 ЛГОГ 2(Огр О=+ Х , 21/ 1+ -1 об1 л 15О-2) аког; 1+ --л, 2 у,тл об где 1, 2 - расстояние от дополнительной линзы до фотоприемников,3. Устройство для измерения и контраля рабочих отрезков обьективов, содержащее источник параллельного пучка лучей и базировочное приспособление для разме. 1 цения контролируемого объектива, отлича 25 ющийся тем, что, с целью уменьшения времени контроля и увеличения эксплуатационной надежности, перед контролируе- . мым обьективом дополнительно установлена диафрагма, размер которой меньше светового диаметра контролируемого объектива, а за обьективами размещен светоделитель, в ходе прошедшего и отраженного от него лучей соответственно установлены первая и вторая дополнительные линзы, передний фокус каждой из которых . совмещен с номинальным положением задней фокэльной плоскости испытуемого обьектива, за каждой из линз размещен матричный фотоприемник, входы обоих фотоприемников подключены к формирователю импульсов, выходы фотоприемников подключены к смесителям- преобразователям, выходи которых подключены к входам схемы управления, выходы которой соединены с входом схемы регистрации разностного сигнала, вь- ходы которой подключены к входам узла индикации.