Патрон для центрирования линз

Полезная модель относится к области оптического приборостроения, в частности к приспособлениям для сборки оптических компонентов, а также для сборки и центрирования линз в оправах.
Известно техническое решение автоколлимационного центрирования линзы в оправе (Журнал "Сборка в машиностроении и приборостроении", 2010, № 1, с. 8). Центрирование поверхностей линзы проводят методом последовательных приближений. Однако, как показывает практика, количество таких приближений может иметь порядок десятков, что многократно увеличивает трудоемкость процесса центрирования линзы.
Известен способ центрирования с помощью устройства для автоколлимационного центрирования линзы в оправе (SU № 972293 А1, кл. МПК G01M 11/00, 1982), в котором с целью снижения трудоемкости процесса центрирования линзы используют автоматизированные системы, включающие в себя автоматизированные патроны с сервоприводами, блоки выделения, обработки сигналов, формирования управляющих сигналов. Это позволяет в автоматизированном режиме провести центрирование методом последовательных приближений, однако при этом существенно возрастает стоимость средств оснащения и, следовательно, самой линзы.
Известен способ автоколлимационного центрирования линзы в оправе (Ефремов А.А. и др. Сборка оптических приборов. М.: Высшая школа, 1978, с. 146-149).
Линзу в оправе устанавливают в шпиндель токарного станка при помощи центрировочного патрона, имеющего корпус с конусом Морзе, сдвиговую и поворотную части. В задней бабке станка устанавливают автоколлимационную трубку Л.А. Забелина, которая предназначена для создания пучка лучей с изображением перекрестия (сетки) диафрагмы и позволяет одновременно проецировать это изображение на центрируемую поверхность и наблюдать его отражение.
Линза устанавливается так, чтобы центр кривизны поверхности линзы, ближайшей к трубке Забелина, лежал в одной плоскости с центром кривизны поворотной части патрона. Это совпадение обеспечивают за счет выбора длины технологической части оправы или с использованием дистанционных втулок.
Несовпадение центра кривизны поверхности линзы с осью вращения шпинделя наблюдают как биение (при вращении шпинделя) изображения сетки диафрагмы трубки Забелина, сформированного пучком лучей, отраженных от поверхности линзы.
На первом этапе центрирования сдвиговую часть патрона перемещают на необходимую величину, устраняя биение изображения сетки диафрагмы, т.е. совмещая центр кривизны первой поверхности линзы с центром кривизны поворотной части патрона.
На втором этапе трубку Забелина (или ее объектив) перемещают в положение, при котором наблюдается изображение сетки диафрагмы, отраженное от второй поверхности линзы. Перемещением поворотной части центрировочного патрона на определенный угол устраняют биение изображения сетки диафрагмы, то есть совмещают центр кривизны второй поверхности линзы с осью вращения шпинделя. При этом за счет концентричности сферических поверхностей патрона и первой поверхности линзы совпадение центра кривизны первой поверхности линзы с центром кривизны поворотной части патрона не нарушается. Оптический блок готов к обточке наружной поверхности оправы соосно оптической оси и подрезке торцов перпендикулярно ей.
Недостатком этого технического решения является трудность использования его в тех случаях, когда ближайшую к трубке Забелина поверхность линзы невозможно или нецелесообразно использовать в качестве первой центрировочной поверхности. Такая ситуация достаточно часто складывается при центрировании склеенных двух- или трехкомпонентных линз.
В таких случаях преломление лучей на поверхности (поверхностях), находящейся между трубкой Забелина и первой центрируемой поверхностью, приводит к тому, что автоколлимационная точка центрируемой поверхности (точка, в которую проецируется отраженное изображение диафрагмы), наблюдаемая через трубку, не совпадает с центром кривизны поверхности.
Тогда при смещении поворотной части патрона (второй этап центрирования) поворот линзы приводит к совмещению автоколлимационной точки второй центрируемой поверхности с осью шпинделя, и центр кривизны первой центрируемой поверхности остается несмещенным, но автоколлимационная точка первой центрируемой поверхности, наблюдаемая в трубке Забелина, смещается. Возникает необходимость вновь центрировать линзу.
Известен патрон для центрирования линз в (SU 1149201 А1, МПК G02B 7/16, опубл. 07.04.1985), содержащий хвостовик, несущий узел качания с основанием и подвижной частью в виде цилиндра, перемещаемой с помощью винтов. Устройство содержит узел смещения по двум взаимно перпендикулярным направлениям и узел качания, жестко соединенный с узлом смещения, и отличается тем, что, с целью расширения диапазона радиусов центрируемых линз и повышения точности центрирования, узел качания выполнен в виде расположенных в корпусе трех параллельно установленных планшайб, подвижных в радиальном направлении и связанных между собой при помощи двуплечих рычагов и шарниров, ориентирующего штока для закрепления переходной оправки, направляющей и регулировочных винтов, при этом ориентирующий шток закреплен в двух крайних планшайбах, центральная планшайба расположена в направляющей, установленной на корпусе с возможностью перемещения вдоль его оси вращения, рычаги шарнирно закреплены в корпусе, а регулировочные винты взаимодействуют с одной из планшайб.
Известен также патрон (RU 2442124 С1, МПК G01M 11/00, G01B 11/27, опубл. 29.11.2010) для центрирования линз в оправах, содержащий узел перемещения по двум взаимно перпендикулярным направлениям и узел качания, жестко связанный с узлом перемещения. Патрон используется в способе центрирования линзы при помощи центрировочного патрона со сдвиговой и поворотной частями, закрепленного в шпинделе токарного станка, и трубки Забелина, установленной в задней бабке станка, который включает в себя последовательное центрирование каждой из поверхностей линзы относительно оси вращения шпинделя сначала перемещением сдвиговой части патрона перпендикулярно оси вращения шпинделя, затем перемещением поворотной части патрона вокруг центра кривизны поворотной части патрона. Причем при центрировке многокомпонентной линзы исходя из конструктивных или технологических соображений выбирают одну из поверхностей линзы, устанавливают линзу так, чтобы за счет выбора длины технологической части оправы или с использованием дистанционных втулок автоколлимационная точка выбранной поверхности лежала в одной плоскости с центром кривизны поворотной части центрировочного патрона, лежащим на оси вращения шпинделя, затем совмещают автоколлимационную точку выбранной поверхности с центром кривизны поворотной части центрировочного патрона перемещением сдвиговой части патрона, затем совмещают с осью вращения шпинделя автоколлимационную точку другой поверхности линзы перемещением поворотной части патрона при сохранении неизменного положения автоколлимационной точки выбранной поверхности линзы, ранее совмещенной с центром кривизны поворотной части патрона.
Недостатками указанных выше известных патронов для центрирования линз в оправах являются:
ограниченный диапазон радиусов кривизны центрируемых линз;
невозможность наблюдения автоколлимационного блика от обеих поверхностей линзы из непрозрачного в видимом свете материала (кремний, германий и т.д.).
значительная длина патрона, что приводит к снижению точности центрировки за счет прогиба конструкции при обработке оправы.
Задачей полезной модели является устранение и минимизация указанных недостатков, упрощение и сокращение объема работы оператора, а также повышение точности центрирования.
Техническим результатом полезной модели являются расширения функциональных возможностей центрирующего патрона за счет обеспечения увеличения диапазона радиусов центрируемых линз и работы по обеим поверхностям линз, в том числе из непрозрачного в видимом свете материала, и повышения точности центрирования за счет повышения жесткости конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в патроне для центрирования линз, содержащем корпус со сдвиговой частью для перемещения по двум взаимно перпендикулярным направлениям и поворотной частью, связанной со сдвиговой частью, поворотная часть выполнена в виде сферической шайбы, сдвиговая часть - в виде планшайбы, при этом в корпусе, сферической шайбе и планшайбе выполнены центральные соосно ориентированные сквозные отверстия, а сам корпус размещен между сферической шайбой и планшайбой, которые связаны между собой пружинами растяжения, прижимающими эти шайбы к средней части корпуса в направлении общей оси упомянутых отверстий.
Кроме того, на сферической шайбе и планшайбе выполнены посадочные резьбы для закрепления патрона на станке любой стороной и установки переходников центрируемых линз.
Кроме того, в корпусе установлены регулировочные винты для перемещения планшайбы и поворота сферической шайбы.
Кроме того, расстояние между свободными торцами сферической шайбы и планшайбы меньше диаметра корпуса.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 представлена конструкция патрона для центрирования линз.
На фиг. 2 представлен вид на сквозное отверстие спереди.
На фиг. 3 показана линза в оправе с технологическим хвостовиком и переходником.
Патрон для центрирования линз содержит корпус 1 со сдвиговой частью 2 перемещения по двум взаимно перпендикулярным направлениям и поворотной частью 3, связанной со сдвиговой частью 2, поворотная часть 3 выполнена в виде сферической шайбы 4, сдвиговая часть - в виде планшайбы 5, при этом в корпусе 1, сферической шайбе 4 и планшайбе 5 выполнены центральные соосно ориентированные отверстия 6, а сам корпус 1 размещен между сферической шайбой 4 и планшайбой 5, которые связаны между собой пружинами растяжения 7, прижимающими эти шайбы к средней части корпуса 1 в направлении общей оси упомянутых отверстий 6.
На сферической шайбе 4 и планшайбе 5 выполнены посадочные резьбы 8 для закрепления патрона на станке любой стороной и установки переходников 9 центрируемых линз 10.
В корпусе 1 установлены регулировочные винты 11 для перемещения планшайбы 5 и поворота сферической шайбы 4.
Расстояние между свободными торцами сферической шайбы 4 и планшайбы 5 меньше диаметра корпуса 1.
Таким образом, в общем виде патрон состоит из корпуса 1, узла перемещения и узла качания.
Узел перемещения выполнен в виде подпружиненной планшайбы 5, смещаемой в корпусе 1 регулировочными винтами 11 с внутренним шестигранником по двум взаимно перпендикулярным направлениям.
Узел качания выполнен в виде сферической подпружиненной шайбы 4, причем подпружинивание осуществляется пружинами растяжения 7, связывающими шайбу 5 параллельного перемещения и шайбу поворота 4. Поворот сферической шайбы 4 осуществляется непосредственно винтами 11.
В шайбах узлов перемещения и качания выполнена внутренняя посадочная резьба 8 одинакового размера, что позволяет закреплять патрон на станке любой стороной.
Процесс центрирования линз с помощью описываемого патрона осуществляется следующим образом:
центрируемую линза 10 в оправе с технологическим хвостовиком 12 и переходником 9, обеспечивающим совпадение одного из центров кривизны поверхностей линзы 10 с центром кривизны (радиуса R*) сферической планшайбы 4 патрона (фиг. 3) закрепляют в патроне, установленном в шпинделе (не показан) станка (либо со стороны узла смещения либо со стороны узла качания);
наблюдая в окуляр автоколлимационного микроскопа (не показан) изображение автоколлимационного блика от поверхности линзы, центр кривизны которой совмещен с центром кривизны патрона, винтами узла поперечного перемещения патрона совмещают изображение с осью вращения шпинделя;
далее автоколлимационный микроскоп перефокусируют на изображение автоколлимационного блика от второй поверхности линзы и винтами узла качания патрона совмещают изображение с осью вращения шпинделя;
производится контроль положения изображения автоколлимационного блика от первой поверхности и при необходимости производится корректировка положения блика для обеспечения заданного допуска центрировки поверхности линзы;
аналогично производится корректировка центрировки второй поверхности линзы;
после совмещения автоколлимационных бликов от обеих поверхностей линзы с осью вращения шпинделя станка с заданным допуском производят проточку наружного диаметра оправы в заданный размер, подрезку торца оправы с обеспечением заданного расстояния от торца до вершины поверхности линзы и отрезку оправы от технологического хвостовика.
Конструктивные признаки устройства, указанные выше и отраженные в формуле полезной модели, обеспечивают то, что
1) патрон выполнен двусторонним, т.е. имеет одинаковую присоединительную резьбу с обеих сторон и может быть закреплен на станке как со стороны перемещаемой, так и со стороны поворотной части, что значительно расширяет диапазон радиусов центрируемых линз;
2) внутренняя полость патрона выполнена сквозной, что позволяет работать по автоколлимации от обеих поверхностей линзы, в том числе из непрозрачного в видимом свете материала;
3) патрон содержит минимальное количество деталей, что повышает жесткость конструкции, а также специальные элементы - подпружиненные шайбы, обеспечивающие повышение точности и сокращающие относительную длину патрона, не превышающую обычно 2/3 диаметра патрона.
Таким образом, при использовании полезной модели достигается технический результат, которым являются расширение функциональных возможностей центрирующего патрона за счет обеспечения увеличения диапазона радиусов центрируемых линз и работы по обеим поверхностям линз, в том числе из непрозрачного в видимом свете материала, и повышения точности центрирования за счет повышения жесткости конструкции.