Устройство автоматической центрировки оптических деталей

Устройство автоматической центрировки оптических деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистические

Республик

О П И С А Н И В ()901874

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А®ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 13.03.80 (21) 2896789/t8-10 с присоединением заявки М— (И)Й. Кл. . G 03. М 1l/00

Гасударственный какитет

СССР (23}ПрнорнтетОпубликовано 30.01,82. Бюллетень № 4 аа делан иэабретеиий и аткрытий (53) УДК 535. .8 t 8(088.8) Дата опубликования описания 05 02 82 (72) Авторы изобретения

В. П. Решетов и Б. А..Трубицын (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ UEHTPMPOBKH

ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к оптико-механической промышленности, в частности к оптическому производству линз, и может быть использовано для автоматической центрировки линз в мелкосерийном и массовом производствах.

Качественная центрировка оптической оси линз относительно ее оси вращения, является необходимой для любой оптической системы и улучшает качественные по о казатели оптики.

Известны патроны для центрирования линз в оправках Г11.

В серийных производствах для целей точной центрировки оптических осей линз35 оправа, в которой закреплена центрируемая линза приводится во вращение с остановами, и. последовательными операциями совмещения оптической оси линзы с осью вращения обеспечивается фиксация

20 упомянутой оправы и последующая прецизионная проточка ее поверхности. Таким обрезом, оптическая ось линзы оказывает ся сцентрированной относительно поверхности вращения оправы и линза с оправкой может использоваться как сборочная единица.

Н виболее близким к предлагаемому является устройство, которое может быть использовано для автоматической центрировки линз, 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 выделения разности, блок фотоэлектрических преобразователей, выходы которого через блок сравнения н выделения разности подключены к синхронизатору 521 .

Однако точность центрнровки с применением указанного устройства недостаточнаа и не может обеспечить соогветствуюuteN производительности. Известное устpoNcrao обеспечивает автоматическую фо» кусировку объектива позиционным электроприводом, управляемым в функции or

3 90187 ошибки рассогласования. Йля решения частной задачи обеспечения совпадения оптической оси тела вращения с осью врап ения устройство должно быть оснащено каким-.либо дополнительным приводом (средство перемещения в перпендикулярном направлении по двум координатам), т.е. Требуется дополнительное время на. обеспечение последовательных операций, которое для электропривода (надо пола- !О гать, с редуктором) больше в сравнении с прямыми электромагнитными перемещениями при использовании достаточно высокой час ro ты упр авляюшего напря жения, кро. 40 ТОГО> Ошибка позиционирования IIpII 15 этом суммируется по закону 0д=: /д +,у, а ролсйное управление позиционного электролривода не может обеспечить точности, которая бывает необходима в ряде случаев для оптических тел вращения.

Ц

Цель изобретения — увеличение точности и быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем, что матрица фотоприемников выполнена Q виде трех секторов, расположенных под углом 120 друг к другу, с одним из фотоприемников, размещенным в точке совмешепия секторов, а в схему управления введены два К -триггера с блоком управления и два преобразователя длитель ности импульса в токовый импулц, выхОды которъ1х сОединоны с испОлнительными органами, при этом один из входов блока управления ".t K-триггерами подключен к выходу блока фотоэлектрических преобразователей, а другой — к выходу блока сравнения и выделения разности, два выхода блока управления IK-триг герами соединены со входами каждого из

ЗЕ-триггеров, кроме того, один из вхо- 40 дов блока управления "JK-триггерами подключен ко входу блока сравнения и выделения разности, а выход синхронизатора соодинен со входами каждого из блоков преобразования длительности импульса в токовый импульс.

Торцовая поверхность держателя представляет собой мозаичную сферическую зеркальную систему. Луч проходящий через линзу 3, отражается от отражающей поверхности держателя, проходит через ту же линзу и светоделитель 1 2 на светочувствительную матрицу 14 и образует световое пятно. Мозаичное выполнение отражателя по поверхности сферы (выпуклой по отношению к лучу) обусловлено изменением углового положения оптической оси линзы в процессе центрировки. дискретность мозаики должна обеспечивать возможность изменения эксцентриситета оптической оси. Луч света от отражающей светочувствительной поверхности держателя 1 и светоделителя 12 на светочувствительной матрице 14 образует световое пятно. Свет0чувствительная поверхность матрицы выполнена в виде секторов 15 с центральной окружностью 16, причем все

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 — траектории пятна луча, отраженного or линзы с тангенциальным (угловым ) отклонением опти- 50 ческой оси по отношению к оси вращения, а также при наличии ее биения: на фиг.3траектория пятна луча только при наличии биения оптической осир на фиг. 4— диаграмма импульсов (на А,Б,B — им- ы пульсы, поясняющие фиг. 2, на Г,Д вЂ” импульсы, поясняющие фиг. 3); на фиг. 5— устройство, структурная блок-схема; на

4 ф фиг. 6 — схема преобразователя длительности импульса в токовый импульс на

J фиг. 7 — схема управления устройства; на фиг. 8-9 - диаграммы, поясняющие работу преобразователя длительности импульса в токовый импульс.

Устройство (фиг. 1) содержит держатель 1 оправы 2 с линзой 3, который является якорем электромагнитной систе-мы, образующей датчик положения объектива, причем эта система содержит электромагнит 4 с катушкой 5.:В свою очередь, эта электромагнитная система является якорем второй электромагнитной системы, содержащей электромагнит 6 и IIaryIIIIIy 7. Обе электромагнитные системы выполнены с возможностью общего вращения и относительного смешения якорей электромагнитов при минимальном токе фиксации якорей, при этом первый якорь-держатель 1 имеет возможность поступательного перемещения в некоторых пределах, а якорь 4 — †углово. Якоря электромагнитов взаимодействуют с вибраторами 8 и 9, приводимыми в движение от электромагнитов, укрепленных на станине 10 с возможностью углового смешения при настройке. Оправа 2 с линзой

3, оптическая ось которой центрируется относительно оси вращения, протачивается по поверхности 11 после осуществления цен трировки.

Под углом 45 к оси вращения установлен полупрозрачный светоделитель 12, через центр которого проходит луч от ис-, точника 13 света, например оптического квантового генератора (СКРЯГ ).

5 901 874 6 светочувствительные :элементы соединены с соответствующими фотопреобразователями 17 тока (фиг. 5), формирующи-. ми электрические сигналы.

Оптическая ось линзы 3 центрирует- 5 ся относительно оси вращения тангенциально и по уменьшению биения для последующей проточки поверхности l l оправы 2 по окончании ценгрировки линзы, после чего катушки 5 и 7 электромаг- 10 нитов 4. и 6 обтекаются максимальным током, Очевидно, что в процессе вращения несцентрированной линзы 3 луч ОКГ, отра, женный от оптического делителя 12 на 15 светочувствительной поверхности матрицы

14, опишет круг радиусом > с центром, смещенным Hà д((д0„; д Rg) относи,тельно оси центральной светочувствительной окружности l6 \фиг. 2). При цент- 20 рировке оптической оси линии посредством вибратора.8 (фиг. 1) центр круга траектории луча ОКГ совмещается с центральной осью светочувствительной матрицы (фиг. 2), а посредством вибратора

9 радиуса круга уменьшается до нуляЯ=о (фиг. 3).

Лля обеспечения центрировки линзы тангенциально (до =О) и по уменьше. нию биения оптической сси к оси вра- 30 щения (д0 =О) служит устройство управления, содержащее блок 17 фотоэлектрических преобразователей (фиг. 7), подключенный к нему блок 18 сравнения и выделения разности, генератор l9, подключенный к входу этого блока, синхронизатор 20, блок 2 1 управления триггерами с подключенными к его выходам двумя OK-триггерами 22 и 23, к выходам которых подключены преобразователи 24g40 и 24я длительности импульса в токовый импульс, к выходам которых подключены электромагниты 25 и 26 вибраторов.

Блок 17 фотоэлектрических преобразователей (фиг. 5) содержит элементы

17 — 17с, а блок 18 сравнения и выделения разности содержит ключи 27л

27 и 28 — 28, счетчики 29 - 29, входами подключенные к выходам ключей 27 — 27, входами подсоединенные через ключи 28< - 28 к генератору 19, синхронизирующий счетчик 30 с диодной матрицей 31, выходами подключенной к управляющим входам ключей 28 — 28, блок 32 элементов ЗИ, первыми входами «« подключенных к счетным выходам счет чика 29, вторыми; — к счетным выходам счетчика 29, а третьими — к счетным выходам счетчика 29, а выходами - к многовходовой схеме ИЛИ 33, подключенной выходом к счетному входу счетчика

34, счетные шины которого подключены к входам многовходовой схемы ИЛИ 36, 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 HE

39, и элемент памяти -PS -триггер 40.

Преобразователь 24 (24 ) длительности импульса в токовый импульс (фиг. 5 и 6) содержит интегратор 41, выходом подключенный к управляющему входу генератора 42 пилообразного напряжения, выходом подключенным через формирователь 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 10 смещенным относительно оси центральной окружности 16 на сД(а 1)x > 1)q ). Фотоэлектрические преобразователи блока

l7 формирования сигнала при равномерном (в приближении) движений пятна луча по окружности с угловой скоростью (й вырабатывают импу льсы 1, 11 и Ш разной длительности в соответствии с величиной эксцентриситета д К (фиг. 4A), которые посредством управляемых ключей 271

27 и других управляемых ключей 28

28 заполняются импульсами генератора

22 и воздействуют на счетные входы, счетчиков 291 — 29, при прямой последовательности разрешения на управляюших входах ключей 28, — 28 . На счет чиках 29 — 29 блока l8 сравнения и выделения разности будет записываться шаровая информаш я, характеризующая длительность каждого из импульсов 1, I I й.

Ш (фиг. 4А), соответствующих аналоговому преобразованию дпин дуг окружнос-. и а„.б„ a 6, а,6, радиуса у (фиг. 2). Запись цифровой информации каждой иэ дуг в счетчиках 29 - 29 производится не за один оборот пятна луча, . а через серию оборотов благодаря счет чику 30 синхронизации, счетные шины которого через диодную матрицу 3l обеспечивают такт Включение записи" через оборотов луча. Такое замедлешге про« цесса необходилю потому, что период срабатывания вибраторов .несоизмерим с периодом записи информации в счетчике и на порядок больше, После коммутации

7 9018 ключей 274 и 27 информацию о длительности обоих импульсов (дуг окружности) отобразят счетчики 294 и 31. С третьим импульсом от фотопреобразователя 17 .в разрешающий период по уН- 5 равляющему входу ключа 28 импульс фотопреобраэователя заполнится импульсами генератора 19, при этом схемами

3 И совпадения и блока 32 на счетчике

34 записывается информация, соответст- 1о вующая наименьшему из периодов импульсов I,If,lLI (фиг. 4 Й). демодулятором

36 через многовходовую схему ИЛИ 35 этот импульс преобразуется в аналоговый (фиг. 4 Г), а формирователь 37 обеспе- 15 чивает формирование его фронтов.

Блок 21 управления обеспечивает переключение К-триггера 22 пока импульсы Х, II, Ilf не сравняются между собой по длительности, причем период переклю- 2о чения его будет уменьшаться с уменьшением разностного периода (фиг. 4 В).

После сравнения периодов импульсов

II и Ш JK-триггер 22 не переключается, так как разностный импульс становит-"5 ся равным нулю, а начинает переключаться триггер 23, период переключений которого также уменьшается в соответствии с уменьшением»осредненного" импульса (фиг. 4 Г). . зо

Йиодная матрица 31 образует разрешающие импупьсы на ключи 284 28 Но закону а-б-в б-в-г 35 в-r-a

Таким образом, аналоговое сравнение дуг окружностей (фиг. 2) уменьшает цикл сравнения.

Блок 21 управления работает следующим образом.

При наличии "1" — потенциала на вхо дах схем ИЛИ 39 и. ИЛИ-НЕ 40 с выходов фотопреобразователей блока 17 на

R-входе К-триггера 22 образуется

"1" - потенциал, а на R-входе JK-триггера 23 "О» — потенциал, К-триггер подготовлен к срабатыванию по счетному входу (на Ю-входе - "1 — потенциал, на К-входе 0 - потенциал) . Отрица»»

50 тельным перепадом с формирователя 37 наименьшего Но длительности импульса из импульсов J,II,III 3К-тригрер 22 переключится на период, пока отрицательным . перепадом по R-входу импульсом с вы55 хода фотопреобраэователя 17 он не будет возвращен к исходное состояние. По мере уменьшения разностного. периода между указанными импульсами период переключения триггера также уменьшается. К-триггер 23 не переключается, так как»0»-потенциал по 2К-входам запрещают его переключение в периоды коммуташш К-триггера 22, а когда последний перестает переключаться, обеспечиваются условия для переключения "JK-триггера 23 по счетному входу: "1»-потенциал на Ч -входе и»0»-потенциал на Квходе.

При отсутствии»1»-импульса на входе схемы ИЛИ HE 39 на ее выходе—

»1 "-потенциал. С возникновением импульса на входе этой схемы отрипательным перепадом R$-триггер 40 переводится в состояние»1»-цотенциал на»0»-выходе.

С возникновением импульса (фиг. 4 Д) на входе схемы ИЛИ-НЕ 40 на ее выходе образуется отрицатепьный перепад напряжения, переключающий К-триггер 23 до возврата в исходное положение отрицательный перепад по В-входу, что будет обеспечено возвратом RS-триггера 40 в исходное состояние отрицательным перекадом по его Р-входу (фиг. 4 E), т.е. с окончанием»осредненного» импульса (фиг. 4 Г) 4К-триггер 23 возвратится в исходное состояние. Обеспечивается уменьшение периода переключения этого триггера с уменьшением длительности "осредненного» импульса.

Преобразователь 244(24 ) длительности импульса в токовый импульс работает следующим образом.

Интегратор 41, вырабатывая линейновозрастающее напряжение, пропорциональное длительности импульса (фиг. 8A), обеспечивает уровни: Цср„и Ц рд (фиг.8 6) и сохраняет их на индикаторе С1 (фигЯ) до момента коммутации тиристора П1 or формирователя 43. Посредством сигнала синхронизации (фиг. 8 В) с момента генератор 42 пилообразного напряжения вырабатывает линейно возрастающее напряжение, но в другом масштабе длительности. Уровень напряжений Uc и, U a поданный на управляющий вход генератора пилообразного напряжения, определяет широтную длительность импульсов ьв (фиг. 9 А,Б), которые меняют периоды срабатывания мажоритарного элемента 44, коммутирующего катушку электромагнита вибратора, С момента срабатывация К-триггера (фиг. 6) включается тирпстор, затем сформированным ймпульсом посредством формирователя 43 (фиг. 9) коммутируется транзистор, от9 901 8 ключающий тиристор и обеспечивающий разряд интегратора 41.

С одновременным уменьшением периода 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 сигнап «Окончание !О центрировки, KQTopblM переключают эпектромагниты фиксации для более сильного

"схватывания", необходимого для проточки оправы с линзой.

Таким образом, обеспечивается после- tS довательная работа ударника по уменьшению тангенциальной составляющей и эксцентриситета оптической оси линзы к оси вращения, причем при случайных сдвигах. оправы последовательность может автома-20 тически меняться.

Сила ударов ударников по мере уменьшения составляющих децентровки меняется, уменьшаясь по мере приближения к состоянию центрировки. Соответственно изменя-25 ются угловые микроперемещения - вначале электромагнитной системы, обеспечивающей фиксацию держателя с линзой, а затем — поступательные перпендикулярные микроперемещения к оси вращения с вы- 30 бором эксцентриситета.

Таким образом, увеличиваются точность центрировки оптического тела вращения и быстродействия:, .35

Формула изобретения

Устройство для автоматической центрировки оптических деталей, содержащее источник света, держатель оправы с лин- 40

74 10 зой, светоделитель, матрицу фотоприемников, датчик положения держателя оправы с линзой, исполнительные органы и схему управления. включающую генератор, соединенный с блоком сравнения и вьщеления разности, блок фотоэлектрических преобразователей, выходы которого через блок сравнения и выделения разности под-, ключены к синхрониэатору, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, матрица фото- приемников выполнена в виде трех секторов, расположенных под углом 120 друг к другу, с одним из фотоприемников, размещенным в точке совмещения секторов, а в схему управления введены два . РКтриггера с блоком управления и два преобразователя длительности импульса в токовый импульс, выходы которых соединены с исполнительными органами, при этом один иэ входов блока управления

1К-триггерами подключен к выходу блока фотоэлектрических преобразователей, а другой - к выходу блока сравнения и выделения разности, два выхода блока управления 4К-триггерами соединены со входами каждого иэ QK-триггеров, кроме того, один из выходов блока управления

4К-триггерами подключен ко входу блока .сравнения и выделения разности, а выход синхронизатора соединен со входами каждого из блоков преобразования длительности импульса в .токовый импульс.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР .

No 569996, кл. G- 02 В 7/16.

2. Авторское свидетельство СССР

М 502354; j,êí. С 02 В 7/04 (прототип}.

901 874

Подписное

Заказ 12368/52 Тираж 882

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная> 4

Составитель Н. Вашковская

Редактор Е.,Пичинская Техред М. Рейвес Корректор Н. Степ