УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЕЦЕНТРИРОВКИ ЛИНЗ

Полезная модель относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся оптическими средствами измерений, и может быть использована для измерения децентрировки линз при их центрировании.
Известно устройство для контроля децентрировки - автоколлимационная труба Забелина [Белоглазов А.А., Орнис А.Н. Коллимационные и автоколлимационные устройства для контроля центрирования линз. ОМП, 1972, №10, С. 57-62], состоящая из источника света, размещенных по ходу луча в прямом ходе конденсора, светоделителя, марки в виде перекрестия, прорезанного в отражающем покрытии светоделителя, объектива, установленного с возможностью линейного осевого перемещения, и размещенные по ходу луча в обратном ходе объектив, светоделитель и микроскоп. Источник света через конденсор освещает марку. Объектив при помощи линейного перемещения устанавливается таким образом, чтобы марка проецировалась в центр кривизны исследуемой детали. В этом случае пучок света отражается от поверхности детали, проходит в обратном ходе объектив, отражается от покрытия светоделителя и попадает в микроскоп. Разделение освещающего и отраженного от детали пучков на светоделителе происходит за счет небольшого смещения с оси отраженного пучка. Положение изображения марки в поле зрения микроскопа зависит от децентрировки детали (смещение изображения пропорционально децентрировке) и увеличения системы объектив - микроскоп.
При достоинствах трубы Забелина, таких как высокая светосила, малые потери света и большой диапазон фокусировки, что позволяет применять ее при контроле широкой номенклатуры выпуклых и вогнутых, зеркальных и просветленных деталей, она имеет следующие недостатки:
для совмещения изображения марки с центром кривизны детали используется перемещение объектива, что приводит к росту габаритов трубы (в реальных образцах перемещение объектива составляет приблизительно полтора фокусных расстояния);
измерения децентрировки поверхностей линзы производится последовательно итерационным способом, что требует постоянной перефокусировки трубы, или использования двух труб с разных сторон линзы.
В техническом решении, взятом нами за прототип [Русинов М.М., Юстировка оптических систем, М., Недра, 1969 г. стр. 221], для одновременного наблюдения автоколлимационных изображений марки от двух поверхностей линзы используется труба с разрезанным объективом.
Прототип состоит из источника света, размещенных по ходу луча конденсора в прямом ходе марки, светоделителя, первого объектива, сфокусированного на бесконечность, двухканального блока фокусировки с фокусирующими элементами в виде двух установленных с возможностью линейного осевого перемещения половинок второго объектива, размещенных в обратном ходе двух половинок второго объектива, первого объектива, светоделителя, приемной системы в виде окуляра.
Устройство работает следующим образом.
Источник света через конденсор освещает марку, затем лучи проходят светоделитель, объектив, половинки разрезанного объектива, расположенные так, что создают два изображения марки в плоскости центров кривизны поверхностей контролируемой детали. Изображения марки, создаваемые половинками объектива, переносятся в предметную плоскость окуляра. В поле окуляра появляются два изображения марки, положение которых зависит от децентрировки поверхностей детали и увеличения системы объективы - окуляр.
Данное решение позволяет одновременно наблюдать два автоколлимационных изображения марки, что повышает удобство в работе с трубой.
Однако такая труба имеет недостатки:
не может быть сфокусирована на мнимое изображение предметной точки (расходящийся пучок на выходе разрезанных объективов). Данный недостаток существенен для центрировочных труб, так как приводит к ограничениям при контроле деталей с вогнутой поверхностью (в этом случае деталь приходится устанавливать в расходящемся пучке за предметной точкой объектива), что приводит значительному увеличению габаритов схемы контроля с такой трубой и снижению точности контроля децентрировки из-за уменьшения апертуры объектива;
труба имеет большие габариты из-за того, что фокусировка производится перемещением половинок объектива.
Техническим эффектом заявляемого устройства является увеличение точности контроля центрировки, уменьшение габаритов трубы и габаритов схемы контроля вогнутых деталей.
Такой технический результат достигнут, когда в устройстве для контроля децентрировки линз, включающем осветитель, размещенные на оптической оси конденсор, марку в виде перекрестия, светоделитель, объектив, двухканальный блок фокусировки, установленный с возможностью осевого линейного перемещения фокусирующих элементов, и приемную систему, причем элементы блока фокусировки расположены так, что предметные точки объектива совпадают с центрами кривизны поверхностей измеряемой детали, новым является то, что в устройстве по ходу луча в прямом ходе после конденсора дополнительно установлена зеркальная система поворота излучения, выходное зеркало которой, марка и светоделитель размещены в центральной зоне объектива, а за светоделителем установлен двухканальный блок фокусировки с фокусирующими элементами виде двух двухгранных уголковых отражателей, и объектив, в обратном ходе - объектив, блок фокусировки, светоделитель, дополнительно установленные система переноса изображения, микрообъектив, зеркальная система поворота изображения, и приемная система, выполненная в виде матричного приемника, при этом задний отрезок конденсора и передний отрезок системы переноса изображения выполнены более  величины диаметра объектива, а коэффициент экранирования объектива - не более 15%.
Технический эффект получен за счет расширения диапазона фокусировки устройства в область мнимых изображений предметной точки и удвоения хода лучей при фокусировке.
Принципиальная схема устройства для контроля децентрировки линз приведена на фиг., где источник 1 света, конденсор 2, зеркальная система 3, 4 поворота излучения, марка 5, светоделитель 6, двухканальный блок фокусировки с фокусирующими элементами в виде двухгранных уголковых отражателей 7, 8, объектив 9, система переноса изображения 10, микрообъектив 11, зеркальная система 12 поворота излучения, матричный приемник 13;
1
2
R и R - радиусы кривизны поверхности детали;
- направление перемещения уголковых отражателей.
Заявленная полезная модель работает следующим образом.
Источник 1 света при помощи конденсора 2 и зеркальных отражателей 3, 4 освещает 5 марку 5. Затем пучок излучения проходит светоделитель 6, отражается от уголковых отражателей 7, 8, проходит объектив 9 и отражается от поверхности детали 14, отражатели расположены так, что предметные точки объектива 9 совпадают с центрами кривизны поверхностей детали 14. Отраженные пучки в обратном ходе проходит объектив 9, отражаются от уголковых отражателей 7, 8 и от светоделителя 6. Изображения марки 5, переносятся системой 10 в предметную плоскость микрообъектива 11, затем пучок разворачивается зеркальным отражателем 12 и с увеличением проецируется в плоскость матричного приемника 13.
Совместное использование зеркальной системы поворота излучения 3,4 и системы переноса изображения 10 позволило расположить марку 5 и светоделитель 6 перед объективом 9, что уменьшило оптический ход от марки 5 до объектива 9 и позволило фокусировать объектив 9 в область мнимых изображений предметной точки. Такое техническое решение дает возможность повысить точность контроля децентрировки и уменьшить габариты схемы контроля вогнутых поверхностей. Выбор определенных значений заднего отрезка конденсора 2 и переднего отрезка системы переноса 10 исключило дополнительное экранирование рабочего пучка, которое в данном случае определяется размерами светоделителя 6.
Применение для фокусировки перемещения уголковых отражателей 7, 8, позволяет уменьшить габариты трубы за счет двойного хода в заднем отрезке объектива 9.
По схеме (см. фиг.) создан макет устройства для контроля децентрировки линз. Фокусное расстояние объектива 9 f=400 мм, световой диаметр d=80 мм. В качестве источника 1 света использовался полупроводниковый лазер видимого диапазона (λ=0,635 мкм.), двухгранные уголковые отражатели 7, 8 имели точностью 2 угл. сек.
Система переноса изображения 10 имела увеличение К=1 и передний отрезок S=50 мм, задний отрезок конденсора 2 составлял S=90 мм, микрообъектив 11 имел увеличение 20 крат, фотоприемником 13 служила цифровая матрица формата 6,4×5,2 мм. Марка 5 выполнена фотолитографическим способом в виде перекрестия, в качестве светоделителя 6 использовался кубик с размером грани 8 мм.
Перемещение элементов блока фокусировки 7, 8 осуществлялось относительно фокальной точки объектива 9 на 300 мм. к объективу, что соответствует изменению положения предметной точки объектива от +800 мм до ∞, и от ∞ до минус 200 мм.
Использование конденсора 2 и системы переноса 10 с указанными параметрами позволило минимизировать потери света от экранирования объектива 9, которое в данном случае определяется только размерами светоделителя 6. При указанном размере светоделительного кубика коэффициент экранирования не превышает 15%.
Отражательный элемент 4 и светоделитель 6 с маркой 5 в виде единой сборки отцентрированы относительно оси объектива 9 и приклеены в центральной зоне к линзе объектива 9. Благодаря такому размещению марки 5 значительно расширен диапазон фокусировки устройства в область мнимых изображений предметной точки, что позволяет с большей точностью контролировать вогнутые поверхности и уменьшает габариты схемы контроля.
Отражательные элементы 3 и 12 применены для уменьшения габаритов системы.
Чувствительность трубы к децентрировке составила менее 1 мкм.
Предлагается использование предложенной автоколлимационной центрировочной трубы при изготовлении высококачественных объективов различного спектрального диапазона.