УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРИРОВКИ ЛИНЗ
DEVICE FOR CENTERING LENS

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и может быть использовано при изготовлении объективов, содержащих оптические элементы из материалов для инфракрасной области спектра, типа германий, ИКС-25, ИКС-29 и др.
Известны в практике оптического приборостроения различные типы оптических устройств для контроля центрировки линз, которые по принципу действия можно разделить на две группы: устройства, использующие прохождение света через центрируемую линзу и позволяющие определять смещение главных точек, и устройства, использующие отражение света от рабочих поверхностей центрируемой линзы и позволяющие определять величину несовмещения ее геометрической и оптической осей, к таким устройствам относится автоколлимационная трубка Забелина. Последние получили наибольшее распространение, так как обладают более высокой точностью и обеспечивают контроль центрировки раздельно для каждой поверхности линзы. Существенным недостатком устройств этой группы, усложняющим процесс измерений, является необходимость поочередного /раздельно во времени/ контроля децентрировки каждой поверхности и неприменимость для линз из инфракрасных материалов, так как эти материалы непрозрачны в видимой области спектра и, взяв контрольный блик от одной поверхности линзы, не удается взять его от другой /см. 1; 2; 3; 4/.
Устройства, позволяющие проводить контроль центрировки линз одновременно по двум ее поверхностям, значительно ускоряют процесс центрирования, однако они весьма сложны и отличаются пониженной точностью /см. 5/.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство, содержащее две трубки Забелина, устанавливаемые на токарно-винторезном станке типа 95ТС-1. Центрируемую линзу закрепляют в оправе и устанавливают в соответственно изготовленный по ее радиусам кривизны, центрировочный патрон /см. 1; 5/. Центрировочный патрон изготовлен так, что его центральная часть выполнена полой и при установке его в шпинделе токарно-винторезного станка позволяет с двух сторон наблюдать за обеими поверхностями линзы одновременно. Одна из трубок Забелина установлена в задней бабке станка, а другая закреплена на штативе со стороны резцедержателя и посредством зеркала закрепленного на штанге и заведенного через полую ось шпинделя в полую центральную часть центрировочного патрона, установлена соосно первой. Посредством разворотов линзы в оправе относительно автоколлимационных трубок добиваются совмещения контрольных бликов от двух сторон линзы при вращении шпинделя станка. Далее включают привод шпинделя, подводят резец и протачивают базовые поверхности оправы линзы по диаметру посадки в корпус объектива, а торец для выдержки воздушного зазора между поверхностями оптических элементов.
Недостатком устройства прототипа является большая трудоемкость работ при подготовке к проведению центрировки линзы в оправе. Кроме того, при центрировке линз не допустимы вибрации элементов конструкции устройства, так как при этом размываются контрольные блики в поле зрения трубок Забелина, снижается качество работы. Недостаток составляет также сложность юстировки трубок Забелина при их взаимной привязке и центрировке линзы. Все перечисленные трудности ведут к низкой производительности работы центрировки линз особенно из инфракрасных материалов, а при больших габаритах линз центрировочный патрон не обеспечивает необходимой точности центрировки вследствие влияния сил тяжести и центробежных сил от смещения линзы относительно оси вращения шпинделя при центрировке.
Из литературы и практики известны также устройства центрировки, которые содержат самоцентрирующиеся стаканы /см. 5/, применяющиеся на специальных центрировочных станках типа ЦС для совмещения геометрической и оптической осей линзы.
Целью изобретения является снижение трудоемкости, повышение производительности при сохранении точностных параметров центрировки и упрощение устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для центрировки линз, содержащем оправу с линзой, два самоцентрирующихся стакана, в торцах самоцентрирующихся стаканов установлены под углом 90° четыре шарика так, что плоскость, проходящая через четыре точки касательных к поверхностям шариков, перпендикулярна оси базовых поверхностей стаканов, а самоцентрирующиеся стаканы и оправа с центрируемой линзой установлены в цилиндрическую оправу, в которой самоцентрирующиеся стаканы размещены по обе стороны центрируемой линзы своими торцевыми поверхностями с шариками, обращенными к линзе.
С помощью предлагаемого устройства центрировка линзы в оправе производится центростремительными силами, возникающими между торцами с шариками двух самоцентрирующихся стаканов, устанавливаемых с двух противоположных относительно линзы сторон, шарики в торцах самоцентрирующихся стаканов расположены под углом 90° с разностью диаметров, не превышающей 1 мкм, а плоскость, проходящая через четыре точки, касательные к поверхностям шариков точки, перпендикулярна наружной базовой поверхности /геометрической оси/ стакана /с погрешностью не более 2′′/. Поскольку посадочные базы в оправе устройства для установки самоцентрирующихся стаканов и оправы линзы выполнены с одной установки, т.е. имеют одну геометрическую ось, то при сжатии линзы торцами с шариками стаканов возникают центростремительные силы, равнодействующая которых совпадает по направлению с геометрической осью посадочных баз устройства, а источниками ошибок являются боковые зазоры между базами устройства и базовой поверхностью оправы или самоцентрирующихся стаканов.
Фиксация линзы в оправе после центрировки производится известными способами, например, заливкой отвердевающего вещества.
Предлагаемое авторами устройство центрировки линз в оправах, изготавливаемых, в частности, из материалов для инфракрасной области спектра, не соответствует ни одному из известных авторам и приведенных в материалах заявки техническому решению. В предлагаемом устройстве при центрировке линзы в оправе не требуется применение высокоточного дорогостоящего оборудования, эффективность применения которого уменьшается с увеличением массо-габаритных характеристик линзы и оправы из-за роста влияния сил тяжести и центробежных сил. Повышается производительность труда при центрировке, а при оснащении устройства приводами и датчиками можно автоматизировать процесс центрировки. На основании вышеизложенного авторы считают, что предлагаемое устройство для центрировки линзы в оправе соответствует критерию "существенные отличия" и позволяет повысить производительность труда при центрировке линз, в частности, из материалов для инфракрасной области спектра, т.к. все признаки, указанные в формуле изобретения, являются новыми.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1). На фиг. 1 показана конструкция центрировочного устройства, где линза 1 в оправе 2 установлена в приспособление 3. Самоцентрирующиеся стаканы 4 установлены с двух противоположных относительно линзы сторон. Упоры 5 создают усилие на самоцентрирующиеся стаканы, торцы которых опираются на центрируемую линзу 1. В точках контакта шариков с линзой возникают центростремительные силы, результатом воздействия которых есть центрировка центров образующих линзу сферических поверхностей относительно геометрической оси оправы.
Оправа 3 центрировочного устройства изготовлена из стабилизированного износостойкого материала твердостью 55÷60 ед. HRC с обработкой внутренней поверхности для посадки самоцентрирующихся стаканов по шестому квалитету. С целью упрощения установки самоцентрирующихся стаканов посадочные поверхности оправы 3 выполнены в виде продольных полос, расположенных под углом 120°.
a
Установка четырех шариков в торцах самоцентрирующихся стаканов уменьшает удельное сопротивление в точках касания поверхности линзы с шариками. С целью уменьшения сил трения в точках касания линзы с шариками, что приводит к появлению царапин на поверхности линзы, применены шарики с твердостью 58-62 единиц HRC, полированные R≤0,05, более перспективно применение шаровых наконечников из агата или рубина.
Для контроля процесса центрировки в зоне установки линзы в оправе 3 предусмотрены люки 7. Самоцентрирующиеся стаканы также изготовлены из стабилизированного износостойкого материала. Для уменьшения сил трения посадочные базы на стаканах выполнены в виде поперечных полос, расположенных по двум сторонам стакана. Торцы стаканов проточены с одной установки с посадочными базами, форма образующих торцов - прямой угол, в котором установлены отобранные /с разностью диаметров не более 1 мкм/ под углом 90° четыре шарика. Материал шарика имеет коэффициент линейного расширения, равный коэффициенту линейного расширения самоцентрирующегося стакана. Шарики 6 закреплены клеевым соединением, например, клеем типа К-400.
В торцах оправы 3 имеются резьбовые отверстия 8 для крепления упоров 5. Винтами 9 через пружинные элементы (на фиг.1 не показаны) осуществляют прижим самоцентрирующихся стаканов к линзе. После центрировки проводят фиксирование линзы в оправе отвердевающим раствором, например герметиком УТ-34 через направляющие 10.
Технологический процесс центрировки линз в оправе, изготовленных из материалов для инфракрасной области спектра, в предлагаемом устройстве является нетрудоемким, не требует высокой квалификации исполнителя и занятости дорогостоящего оборудования. Экономический эффект от применения предлагаемого авторами устройства для центрировки линз, в частности, из ИК-материалов зависит от количества изготавливаемых оптических элементов и при серийном производстве значительно возрастает. С учетом затрат на подготовку к работе, трудоемкости и затрат энергетических ресурсов составляет ~40 руб. (по ценам 1989 г.) на одну линзу без учета стоимости амортизационного оборудования требуемого согласно центрировки прототипа.
Предлагаемое изобретение может быть использовано при изготовлении объективов, работающих в ИК-области спектра для тепловизионной, радиометрической, оптико-электронной аппаратуры, требования к качеству построения изображения которой ограничены размерами чувствительных элементов приемников лучистой энергии.
Требования к центрировке оптических элементов указанных объективов выполнимы с помощью предлагаемого авторами устройства.
Литература
1. А.А. Ефремов и др. «Сборка оптических приборов», Москва, «Высшая школа», изд. 2, 1983 г., стр. 168, 171-177.
2. Авторское свидетельство СССР № 705404, М.кл. G02B 7/00, 1979 г.
3. Журнал «Оптико-механическая промышленность», № 8, 1987 г., стр. 37-39.
4. «Проектирование оптических систем» под ред. Р. Шеннока и др., изд. «Мир», 1983 г., стр. 52-66.
5. Журнал «Оптико-механическая промышленность», № 10, 1972 г., стр. 57.