Способ центрирования линз

 

Использование: технология оптического приборостроения. Сущность изобретения: способ центрирования линз осуществляется путем совмещения центра качания поворотной части (4) патрона (3) с осью вращения шпинделя (2) перед операцией определения координаты центра качания и проекций центра кривизны двух поверхностей линзы (1) на оси вращения шпинделя и совмещения центра кривизны поверхности линзы, ближайшей к автоколлиматору , с осью вращения шпинделя , после бперации формирования изображения марки автоколлимационного микроскопа в автоколлимационные точки поверхностей линзы с последующим определением радиальных координат центра кривизны второй поверхности линзы, определением радиальных координат промежуточной точки, перемещением центра кривизны первой поверхности линзы в эту точку и совмещением центров кривизны первой и второй поверхностей линзы с осью вращения шпинделя. 8 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (5! ) 5 6 01 M 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 (Л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882802/10 (22) 15.11.90 (46) 15.08.92. Бюл. ¹ 30 (71) Конструкторское бюро точного электронного машиностроения (72) И.Н.Власенко, И.А.Комлик, B.Ю.Моще-ников и Л.И.Счастная (56) Авторское свидетельство СССР

-" № 1160954, кл. G 02 В 27/52, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 901874, кл. 6 01 M 11/00, 1980, Авторское свидетельство СССР № 972293, кл. G 01 М 11/00, 1980, Авторское свидетельство СССР № 1381356, кл. 6 01 М 11/00, 1986. 54) СПОСОБ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ЛИНЗ (57) Использование: технология оптического приборостроения, Сущность изобретения: способ центрирования линз осуществляется путем совмещения центра качания повоИзобретение относится к технологии оптического приборостроения, предназначено для центрирования линз и может быть использовано s производстве оптических деталей и узлов, а также при сборке оптиче. ских систем и позволяет увеличить произво. дительность при центрировании линз.

Известны способы для центрйрОвания линз, в которых на линзу посылают пучок когерентного излучения, наблюдают интерференционную картину отраженных пучков лучей и юстируют линзу относительно базоВой оси.

Недостатком известных способов является снижение чувствительности измерения. Ж 1755086 А1 ротной части (4) патрона (3) с осью вращения шпинделя (2) перед операцией определения координаты центра качания и проекций центра кривизйы двух.поверхностей линзы (1) на оси вращения шпинделя и совмещения центра кривизны поверхности линзы, ближайшей к автоксллимагору, с осью вращения шпинделя, после .операции формирования изображения марки автоколлимационного микроскопа в автоколлимационные точки поверхностей линзы с последующим определением радиальных координат центра кривизны второй

1 . поверхности линзы, определением радиальных координат промежуточной точки, перемещением центра кривизны первой поверхности линзы в эту точку и совмещением центров кривизны первой и второй поверхностей линзы с осью вращения шпинделя, 8 ил, децентрировки поверхностей линз при установке их на вращающийся шпиндель вследствие ьлияния даже незначительных колебаний последнего на качество интерференционной картины. Это не позволяет получать достаточную точность обработки оправленных оптических узлов и деталей, Кроме toro, интерференционные способы центрйрования сложно реализовать в автоматизированном производстве.

Известны устройства для центрирования линз, в которых используется способ центрирования, включающий выставление относительно оси вращения шпинделя позиционно-регистрирующей системы с обра3 . 1755086

4 эованием эталонной оси, проецирование на альных координат промежуточной точки из позтицйтоьннот-Ртегистсрйрующую систему от- математических выражений; рзжеъных от поверхностей линзы пучков слета и совмещение их с зталонноа осью „ хз хз гт -z,„„, „1 сдвигсвыми и касательными движениями 5 ) 2 линзы.

B известном способе реализуется еоз- . „уз уз тз -7у „ д„ можность автоматизации процесса центри- 2 2 Z2 — г1 сования, однако он имеет существенные недостатки. Прейде всего это влияние.на 10 точность центрирования вибраций; тепло- и перемещения центра кривизны второй повыхдеформацийкорпусаипоперечныхсме- верхности линзы s зту точку, совмещения щений позиционно-регистрирующей центРов кривизны первой и второй поверхсистемы. Кроме того, в погрешность центри- настей линзы с осью вращения шпинделя. рования аддитивной составляющей входит 15 Однако операция определения радипогрешность выставления эталонной оси альных координат центра качания поворототьноеительноосивращения шпинделя. ной части патрона является весьма

Известен также способ, включающий трудоемкой, соизмерима по времени с сово опсесрФцйуих -определения положения проек- . купностью остальных операций, входящих в ций цейтра качания поворотной части пат- 20 способ центрирования, что ведет к снижерона и центров кривизны двух нию пройзводйтельности технологического поверхностей линзы на оси вращения процесса центрирования. Кроме того, при шпинделя, последовательного формирова- использоезнии односторонне расположенния изображения марки в автоколлимаци- ного автоколлиматора возникает погрешонную точку первой и smpoA поверхностей, 25 ность в определении радиальных координат

- совмещения центров кривизны первой и центра кривизны одной из поверхностей второй поверхностей линзы с.осью враще- линзы, расположенной дальше от автоколния шпинделя.. лиматора, в Результате влияния оптического

Однако необходимость совмещения клина, что влечет за собой и погрешность в.. центра кривизны одной из поверхностей 3р результатах расчета радиальных координат линязы с плоскостьв центра качания пово -, . промежтуточной точки. ротной части патрона Ри йомощи специ- Из этого следует, что для высокой точно.альной переходной Оправки существенно., сти центрирования необходимо неодно-снижает точность обработки ойравленных кратно повторять весь ряд операций по лийз и оптических узлов ввиду недоста1.оч- 35 известному способу центрировайия, что ной жесткости консольной системы патрон приводит к удлинению технологического — оправке — линза, особенно при большой процесса и уменьшению проиэводительно- .. длине консоли. Допустимый диапазон изменения длины переходной оправки ограничи- В случае, когда радйальные координаты вает диапазон радиусов йоверхностей 40 центров кривизны поверхностей линзы и . центрируемых линз. Кроме того, в этом спо- Расчет координат промежуточной точки осусобе не учитывается влйяйие радиальных ществляется с учетом влияйия оптического смещений центра качания поворотной час- клина, требуется сложная вйчислительная ти патрона относительно оси вращения техника,чтоведеткдополнительнымзатра ШПййДЕЛЯ, ×1О такжв СнИжаЕт тОчнОСть цвн- 45 там на оснащенИе обрабатывающего оботрироявеиия; - - - .. .. Рудования этой вычислительйой техникой, затратам ; связанным с эксплуатацией

Наиболее близким no . техническому ЭВМ (машинное время), а также удлиняет решению является способ центрирования, технолоьгический процесс центрирования который включтаеят в себя оперзцйи опреде- 50 вследствйе необходимости постоянного ления положения проекций цтентьрта качания просчитыьвания вельичййй погрешности изповоротной чтастйт йаттрояна йтцентра кривиэ- мерений, ны двух поверхностей лйннэмы на ось враще- целью изобретения является повьцве ния шпинделя, определения координат цтентттмрау коаЖнихям йоЗосротной 55 нии части пзттрона, послеьдоивауетлььного фор- Постзвлеуннзя цель достигается тем, что хриензнм зтих поверхнсетейь, ьрансйетй ради-:: цтентФа тяриаизны двулх йсеерхнсстед лин1755086 зы на ось вращения шпинделя, последовательного формирования изображения марк.и. автоколлимационного микроскопа в автоколлимационные точки поверхностей линзы, определения радиальных координат центров кривизны этих поверхностей, расчета радиальных координат промежуточной точки, перемещения одного иэ центров кривизны поверхностей линзы в промежуточ-. ную точку и совмещения центров кривизны первой и второй поверхностей линзы с осью . вращения шпинделя, вместо операции определения радиальных координат центра качания поворотной части патрона, перед операцией определения положения центра поворотной части патрона и проекций центров кривизны двух поверхностей линзы на оси вращения шпинделя, совмещают центр качания поворотной части патрона с осью вращения шпинделя, а после операции формирования иэображения марки автоколлиматора и автоколлимационные точки поверхностей линзы вводится операция совмещения центра кривизны первой поверхности линзы, ближайшей к автоколлиматору, с осью вращения шпинделя, причем контроль перемещения в расчетную промежуточную точку и совмещения центров кривизны двух поверхностей линзы с осью вращения шпинделя осуществляют по автоколлимационной точке поверхности, ближайшей к автоколлиматору, На фиг,1 изображено положение центра качания поворотной части патрона после установки патрона на шпиндель; на фиг.2— положение центра качания поворотной части патрона после его совмещения с.осью вращения шпинделя; на фиг.3 — схема пространственного расположения центров кривизны поверхностей центрируемой линзы; на фиг.4 — схема совмещения центра кривизны поверхности линзы, ближайшей к автоколлиматору, с осью вращения шпинделя; на фиг.5- схема установки центра кривизны в промежуточную точку по первому варианту; на фиг.б — схема установки центров кри визны на ось 2 (ось вращения шпинделя) по первому варианту; на фиг.7- схема установки центра кривизны в промежуточную точку по второму варианту; на фиг,8 — схема установки центров кривизны поверхностей линзы на ось 2 по второму варианту.

На фиг.1-8 обозначены: 1 — линза, 2— шпиндель, 3 — патрон, 4 — поворотная часть патрона, 5 — сдвиговая часть патрона.

Способ центрировки заключается в следующем.

Уетанавливают патрон 3, имеющий поворотную часть 4 и сдвиговую часть 5 на шпиндель 2 (фиг. l), затем совмещают центр

10 бражение марки автоколлимационного мик.-роскопа 6 в автоколлимационную точку первой поверхности линзы 1, ближайшей к автоколлимационному микроскопу 6, а за15 тем — в автоколлимационную точку второй поверхности линзы 1, дальней от автоколлимационного микроскопа 6, при этом центр кривизны 01 первой поверхности линзы 1 приводами поворотной части 4 и сдвиговой

20 части 5 патрона 3 совмещают с осью вращения шпинделя 2, а для центра кривизны Oz второй поверхности линзы 1 определяют радиальные координаты — Х, У2 (фиг.4). Затем с учетом исходного пространственного по25 ложения центра качания Ц поворотной части 4 патрона 3 и центров кривизны 01 и Ог поверхностей линзы 1, иэ условия выставления оптической оси линзы, проходящей через центры кривизны 0i и 0 параллельно

30 оси, рассчитывают координаты промежуточной точки П вЂ” Хп и Y: г — z„

Хп — z, Х2: о

35 у Е2:Уу. у2

Z2 — Z1 (2) 40

55 качания поворотной части 4 патрона 3 с осью вращения шпинделя 2 (фиг,2).

По первому варианту линзу 1 устанавливают на шпиндель 2 при помощи патрона 3 с поворотной частью 4 и сдвиговой частью

5. Определяют координату 2ц центра качания Ц поворотной части 4 патрона 3, координаты 21 и 22 центров кривизны 01 и 0 первой и второй поверхностей линзы 1 (фиг.3). Последовательно формируют изоДалее формируют изображение марки автоколлимационного микроскопа 6 в автоколлимационную точку первой поверхности линзы 1 и центр кривизны 01 этой поверхности приводами поворотной части 4 патрона 3 перемещают в точку П с координатами Xn Yn (фиг.5). Затем сдвиговой частью 5 патрона 3 совмещают центр кривизны 01 первой поверхности линзы 1 с осью Z (фиг.6), выводя при этом на ось Z также центр кривизны Oz второй поверхности линзы 1. .;:. По второму варианту центрирования линзы 1 совмещение центра качания поворотной части 4 патрона 3 с осью вращения шпинделя (фиг,1, 2), определение исходных пространственных координат центра качания Ц поворотной части 4 патрона 3 и центров кривизны О> и О» поверхностей линзы 1 (фиг.3), а также совмещение центра кривизны Qi первой поверхности линзы 1 с осью Z

1755086

8 и определение радиальных координат центра кривизны Oz (фиг.4) осуществляют аналогично первому варианту.

После совмещения центра кривизны 0! с осью 2 и определения координат центра кривизны О определяют координаты Хп и

Уп промежуточной точки П . х.- — (+:ф-) х. р) (4) Yn — У .

Центр кривизны 0 первой поверхности линзы перемещают сдвиговой частью 5 патрона 3 в промежуточную точку П (фиг.7), э затем совмещают поворотной частью 4 патрона 3 с осью Z, при этом центр кривизны Ог второй поверхности линзы 1 также выводится нэ ось Z (фиг.8).

Проанализировав формулы (1), (2) и (3), (4), можно записать обобщающие формулы, приг©дные для расчета радиальных координат Х и Y промежуточной точки П по первому и второму вариантам выполнения способа: где знак "-" берется при последовательности центрирования: радиальная юстировка, угловая юстировка; знак "+ —. при последовательности центрирования: угловая юстировка, радиальная астировка.

Предлагаемый способ был испытан в установке прецизионной обработки элементов высокоразрешающих обьективов при

:совмещении центров кривизны двух поверхностей линзы в оправе с осью вращения шпинделя.

При этом патрон 3 был выполнен со сферической направляющей поворотной части 4 (фиг.!).

Автоколлимэционный микроскоп 6 содержал автоколлимационную трубку со светоделителем. образующим боковой оптический канал позиционно-чувствительной регистрирующей системы в виде линейного фотометрического клина с установленным зэ ним фотоприемником, Шпиндель 2 был оснащен устройством измерения углового положения для измерения радиальных координат центров кривизны поверхностей центрируемых линз.

5 Исходя из того, что данный способ позволяет центрировать линзы с широким диапазоном радиусов их поверхностей на одном патроне, который стационарно закреплялся на шпинделе устройства, центр

10 сферической направляющей, выполненной в патроне 3 по оптической технологии с по. грешностью формы 0,1 мкм, при установке патрона 3 на шпиндель 2 выставлялся на ось вращения шпинделя. Для этой цели

15 брали измерительную головку прибора

"МИН гоп", имеющую чувствительность

1 10 мм, и обкатывали по образующей сферической направляющей патрона 3 и затем перемещениями патрона добивались.

20 чтобы децентрировка сферической направляющей составляла величину, соизмери- . мую с величиной радиального биения шпинделя. 8 нашем случае эта величина была равна 5 10 мм. После этогоустано25 вили центрируемую линзу 1.

Принимая за начало координат точку О, можно записать:

Zu- L+ R;

Ъ-H+4, о где — расстояние от вершины сферической направляющей поворотной части 4 до опор35 ной поверхности патрона 3; и — радиус сферической направляющей.

Н вЂ” высота патрона;

2ц, Zi — соответственно координаты цен40 тра качания Ц поворотной части 4 патрона 3 и центра кривизны i-й поверхности линзы нв оси Zl, 4 — расстояние от базового торца К патрона 3 до центра кривизны }-й поверхности

45 линзы 1, 4, и и Н были измерены в процессе изготовлейия патрона универсальными измерительными средствами.

50 Еч L+ R 24,9+ 602,3 - 627,2 мм;

Z> Н +1! 102,94+ 353,1 456 04 мм;

22 H+4-102,S4+ 1686,6-1789,54 мм.

Далее проецировали изображение мэркй автоколлимационного микроскопа

6 в автоколлимэционную точку первой поверхности линзы 1, ближайшей к автоколли10

1755086

Х1 -0,009; У1 = 0,030

Х2 0,016; Y2 - 0,03.

Х2 - 0,012; У2 = 0,005

35 матору, и, наблюдая изображение марки, перемещениями поворотной части 4 и сдвитовой части 5 патрона 3 совмещали центр кривизны этой поверхности с осью вращения шпинделя (фиг.4). После этого строили 5 изображение марки автоколлимационного микроскопа 6 в автоколлимационную точку второй поверхности линзы, дальней от автоколлиматора, и определяли радиальные координаты центра кривизны этой по- 10 верхности:

Затем рассчитывали координаты про- 15 межуточной точки по известным формулам, но с учетом проведенных операций совмещения центра качания поворотной части 4 патрона 3 и центра кривизны первой nosepхности линзы 1 с осью вращения шпинделя, 20 т.е.:

ЬХц 0;ЬУц=О; Х1=0;Y1=0

Для последовательности угловая юсти- 25 ровка — радиальная юстировка:

Xï Х2 = — 0,0139;

z2 -z

2г -2>

Уп

Zz — 2 ц У2 = — 0,0261.

Z2 =Z1

Для последовательности радиальная юстировкз — угловая юстировка:

Хп .- 0,0139; Yn = — 0,0261.

Выбрав для центрировки последовательность угловая юстировка.— радиальная юстировкэ, строили изображение марки ав- 40 токоллимационного микроскопа 6 в автоколлимационную точку первой поверхности линзы 1. ближайшей к автоколлиматору, и перемещали центр кривизны этой поверхности в точку П с координатами Хп, Уп при- 45 водами floeopOTHoA части 4 патрона 3 (фиг.5), а затеи приводами сдвиговой части

5 патрона 3 привели на ось вращения (фиг.6). При этом децентрировкз поверхностей линзы 1 при чувствительности позици- 50 онно-чувствительной регистрирующей системы звтоколлимационного микроскрпз

60,0001 мм не превысилз 0,001 мм, что в значительной иере определяется погрешностями вращения шпинделя и измеритель- 55 ной системы.

Для сравнению провели центрирбеку этой же линзы по известному способу. При этом центр качания поворотной части 4 nwрона 3 оставался выставленным на ось вращения шпийделя.

Формировали изображение марки автоколлимационного микроскопа 6 в автоколлимационную точку первой поверхности линзы, измеряли радиальные координаты центра кривизны этой поверхности:

Далее формировали изображение марки автоколлимационного микроскопа в автоколлимэционную точку второй поверхности и определяли радиальные координаты центра кривизны этой поверхности:

По результатам измерений рассчитали координаты промежуточной точки для последовательности центрирования угловая юстировка — радиальная юстировка:

Хп = -0,0063; Y = 0,0268 мм

После этого приводами поворотной части 4 патрона 3 перемещали центр кривизны второй поверхности линзы в точку с координатами Хп и Уп, а затем приводами сдвиговой части совмещали с осью вращения шпинделя.

Для контроля вновь проецировали изображение марки автоколлимационного микроскопа в .автоколлимационную точку первой поверхности линзы и измеряли децентрировку этой поверхности. Величина децентрировки составила 0,0028 мм.

Сравнивая полученное значение с результатами, полученными при центрировании по предлагаемому способу, можно сделать вывод, что оптический клин вызывает значительную погрешность при определении радиальных координат поверхностей, рассматриваемых через оптическую среду. И для того, чтобы добиться соизмеримых величин децентрировки, полученных двумя способами центрирования, технологический цикл по известному способу необходимо повторить как минимум еще один рэз.

Технико-экономическая эффективность изобретения.

В известном способе центрировки линз точность центрировки определяется точностью совмещения центров кривизны .двух поверхностей линзы с осью вращения шпинделя. Однако при односторонне расположенном эвтоколлиматоре при рассмотрении автоколлимационной точки от второй поверхности линзы, расположенной дальше

1755086

12 от автоколлиматора, даже при незначительной децентрировке первой поверхности, ближайшей к автоколлиматору, возникает явление оптического клина, вызывающее погрешность в определении радиальных координат центра кривизны второй поверхности и, как результат, погрешность в расчете координат промежуточной точки, а это, в свою очередь, ведет к несовпадению одновременно двух центров кривизны центрируемой линзы с осью вращения шпинделя.

Следовательно. для высокой точности центрирования технологический цикл, описанный в известном способе, необходимо повторять неоднократно, пока методом последовательного приближения не добьются необходимой точности центрирования, Это ведет к удлинению технологического процесса центрирования и уменьшению производительности, Возможно реализовать известный способ, используя математические программы, учитывающие влияние оптического клина на результаты измерений децентрировок, однако зто потребует оснащения технологического оборудования сложной вычислительной техникой, что повлечет дополнительные финансовые затраты на приобретение и эксплуатацию этой техники.

В предлагаемом способе эа счет совмещения центра кривизны первой поверхности линзы, ближайшей к автоколлйматору, с осью вращения. шпинделя, добиваются того, что световой пучок падает по нормали к первой поверхности, что исключает влияние оптического клина и позволяет определить действительные значения радиальных координат центра кривизны второй поверхности линзы, а следовательно, и более точно рассчитать координаты промежуточной точки, что позволит совместить оба центра кривизны линзы с осью вращения шпинделя за один технологический цикл и повысит производительность при центрировке линз.

Введенная в предлагаемом способе центрировка линз совмещения центра качания поворотной части патрона с осью вращения шпинделя позволяет избавиться от весьма трудоемкой операции определения радиальных координат центра качания hOворотной части патрона и, следовательно, повысить производительность способа.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет производить центровку линз на любом токарном станке, на котором соосно со шпинделем устанавливается автоколлима10 ционный микроскоп, что расширяет воэможность применения способа в условиях промышленного производства и не требует больших финансовых затрат по его оснащению.

Формула изобретения

Способ центрирования линз, закрепленных в патроне с поворотной частью, свяванном со шпинделем станка, включающий операции определения положения проек20 ций центра качания поворотной части патрона и центра кривизны двух поверхностей линзы на ось вращения шпинделя, формироеания изображения марки автоколлиматорэ в автоколлимационные точки

25 поверхностей линзы с измерением радиальных координат промежуточной точки, в которую перемещают центр кривизны одной из поверхностей линзы, совмещения. центров кривизны первой и второй поверхно30 стей линзы с осью вращения шпинделя, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, перед определением координаты центра качания центр качания поворотной части патрона

35 совмещают с осью вращения шпинделя, а после операций формирования изображения марки автоколлиматора в автоколлимационные точки поверхностей с осью вращения шпинделя совмещают центр кри40 визны первой поверхности линзы, ближайшей к автоколлиматору, расчет координат промежуточной точки осуществляют после измерения радиальных координат второй поверхности линзы перед совмещением

45 центров кривизны первой и второй поверхностей линзы с осью вращения шпинделя, 1755086

1755086

2 х !

4i4 \ Ajl/ г,T с °

Составитель И. Власенко

Редактор Л. Веселовская Техред ММоргентал Корректор А Мотыль

Заказ 2884 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям ори ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул,Гагарина, 101