Анализ и разработка методов центрировки линз и линзовых систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Буй Динь Бао

• Буй Динь Бао
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Буй Динь Бао

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ЦЕНТРИРОВКИ ЛИНЗ И ЛИНЗОВЫХ СИСТЕМ

1.1 Центрирование линзы и склеек линз при их изготовлении

1.1.1 Механические способы центрировки линзы

1.1.2 Оптические способы центрировки линз

1.1.3 Центрирование склеек при изготовлении

1.2 Современные центрировочные станки

1.3 Способы крепления линз в оправах и погрешности их центрировки

1.3.1 Крепление завальцовкой

1.3.2 Крепление резьбовым кольцом

1.3.3 Крепление приклеиванием

1.3.4 Способы повышения точности центрировки при креплении в оправах

1.4 Типовые конструкции линзовых объективов и погрешности их центрировки

1.4.1 Насыпная конструкция

1.4.2 Конструкция насыпной в оправах

1.4.3 Резьбовая конструкция

1.4.4 Комбинированная конструкция

1.4.5 Специальная конструкция

1.5 Методы расчета допусков на центрировку линз и линзовых компонентов объективов

Выводы по главе 1:

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЦЕНТРИРОВКИ ЛИНЗ В ОПРАВАХ

2.1. Определение требований к оправам, обеспечивающим повышение точности центрировки линзовых компонентов

2.2. Результативная обработка оправ линзовых компонентов на автоматизированном оборудовании

2.3. Автоматизированная центрировка линз при вклейке в оправы

2.4. Повышение точности центрировки линз на станции «ОрйСеШгю»

Выводы по главе 2:

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЦЕНТРИРОВКИ ЛИНЗОВЫХ СИСТЕМ И КОМПЕНСАЦИИ АБЕРРАЦИЙ ИЗОБРАЖЕНИЯ ИЗ-ЗА ДЕЦЕНТРИРОВОК ЛИНЗОВЫХ КОМПОНЕНТОВ

3.1. Повышение точности центрировки объективов типовых конструкций

3.2. Повышение точности центрировки объективов «штабельной» конструкции

3.3. Компенсация аберраций изображения, возникающих из-за децентрировок линзовых компонентов объективов

3.4. Определение юстировочных элементов объектива при компенсации аберраций, вызванных децентрировкой линзовых компонентов

Выводы по главе 3:

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ДОПУСКОВ НА ЦЕНТРИРОВКУ ЛИНЗОВЫХ КОМПОНЕНТОВ ОБЪЕКТИВОВ

4.1. Теоретические основы расчета допусков

4.2 Проектные и проверочные методы расчета точности центрировки линз

4.2.1 Проектные методы расчета допусков

4.2.2 Проверочные методы расчета допусков

4.2.3. Инженерная методика расчета допусков

4.3 Расчет допусков на центрировку линзовых компонентов объективов типовых конструкции

4.3.1 Пример расчета допусков на первичные погрешности центрировки линз объектива "Минитар 1Л"

4.3.2 Расчет допусков на линзовые компоненты фотолитографического объектива штабельной конструкции

4.4 Расчет юстировочных компенсаторов

Выводы по главе 4:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

126

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ и разработка методов центрировки линз и линзовых систем»

Актуальность работы

Развитие современной оптической техники требует создания линзовых объективов, создающих качественное изображение по всему полю изображения. Из-за технологических погрешностей изготовления и сборки линзовых компонентов возникают аберрации в центре и на краю изображения, поэтому производство высококачественных многолинзовых объективов, работающих в пределах большого углового поля, представляет собой сложную конструкторско-технологическую задачу. Особенно трудно обеспечить отсутствие аберраций, вызванных децентрировками рабочих поверхностей линзовых компонентов светосильных объективов проекционной фотолитографии, микрообъективов, объективов профессиональных телевизионных камер, проекционных широкоугольных фотограмметрических объективов и объективов измерительных проекторов.

Влияние децентрировок на те, или иные аберрации оптических систем наиболее подробно изучено в работах Г.Г. Слюсарева [1], М.М. Русинова [2] [3], А.П. Грамматина [3], Н.Н. Губеля [4], В.А. Зверева [5], Сокольского М.Н. [6], Андреева Л.Н. [7]. Одно из последних диссертационных исследований по влиянию децентрировки оптических поверхностей на положение и качество образованного изображение выполнено Е.С. Рытовой [8]. Некоторые погрешности центрировки линз, технологические и конструкторские методы центрировки линз в оптических системах и компенсации вызываемых ими аберраций изложены в работах П.Р. Йодера [9], С.М. Латыева [10], Л.И.Крынина [11], ряде руководящих технических материалов оптической промышленности [12] [13], диссертационных работах сотрудников фирмы Карл Цейсс З. Франка [14] и М. Зондерманна [15].

Прецизионная центрировка линзовых компонентов и юстировка объективов являются проблемными технически и весьма трудоемкими процессами, зависящими от возможностей и точности технологического и измерительного оборудования, оптимальности конструкций объективов и методов их юстировки.

Две последние задачи требуют анализа погрешностей, вызывающих децентрировки линзовых компонентов типовых конструкций объективов и создания инженерной методики расчета допусков на их значение. Следует отметить, что в настоящее время возникает много дополнительных задач по центрировке объективов, при их проектировании и производстве. Обусловлено это тем, что к современным оптическим системам объективов предъявляются не только более высокие требования к их функциональным характеристикам и качеству изображения, но и тем, что в настоящее время существенно повысились точностные возможности станков, появились новые технологические способы и оборудование для автоматизированного центрирования линзовых узлов и прецизионные измерительные приборы для контроля децентрировок, созданы более рациональные конструкции объективов. Данные обстоятельства требуют выполнения необходимых исследований для решения упомянутых задач с точки зрения системного подхода и обобщающих исследований конструкторско-технологических методов центрировки линзовых систем. Проведение исследований необходимо также для разработки линии автоматизации сборки объективов, создаваемой кафедрой Технологии приборостроения университета ИТМО, при участии нашей кафедры, в рамках выполнения государственного инновационного проекта нашего университета по автоматизации сборки оптических устройств. Таким образом, тема диссертации, посвященная анализу, исследованию и разработке методов повышения точности и автоматизации центрировки линзовых систем является актуальной проблемой оптического приборостроения.

Цель работы

Целью работы является исследование и разработка конструкторско-технологических методов повышения точности центрировки линзовых узлов и систем.

Задачи исследования

1. Анализ погрешностей и способов центрировки линз в оправах.

2. Анализ конструкций современных линзовых объективов, погрешностей их центрировки и разработка методов автоматизированной центрировки компонентов.

3. Анализ методов компенсации аберраций объективов, вызываемых остаточными децентрировками линзовых компонентов.

4. Разработка методики расчета допусков на первичные погрешности, вызывающих децентрировку линзовых компонентов объектива.

Методы исследования

Для решения поставленных задач были использованы аналитические методы научных положений теории конструирования и технологии производства оптических изделий, а так же методы математического моделирования, основанные на аппарате дифференциального и интегрального исчисления и теории вероятностей.

Научная новизна

1. Выявлены погрешности центрировки линз при их вклейке в оправы, определены передаточные функции их влияния на целевые показатели качества узлов, уточнены требования к оправам;

2. Разработан новый способ автоматизированной центрировки линз при вклейке в оправы и оправы для его осуществления;

3. Разработан оригинальный метод центрировки линзовых компонентов объективов «штабельной» конструкции;

4. Выработаны рекомендации по методам компенсации аберраций объективов, обусловленных децентрировками линзовых компонентов;

5. Разработаны теоретические основы и методика расчета допусков на первичные погрешности, вызывающие децентрировку линзовых компонентов исходя из оптической схемы и конструкции объектива.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

1. Центрировка линзы по двум рабочим поверхностям при вклейке в оправы позволяет существенно повысить точность её центрировки с помощью разработанного способа автоматизированной центрировки и конструкций составных оправ для его осуществления;

2. Метод последовательной центрировки линзовых компонентов объектива «штабельной» конструкции при сборке, используя в качестве базы ось его вращения, позволяет осуществлять повышенную центрировку всех рабочих поверхностей линзовой системы объектива;

3. Анализ влияния децентрировок линзовых компонентов на аберрации и конструкций объективов позволяют выработать рекомендации по методам компенсации аберраций и определить требования к юстировочным компенсаторам;

4. Расчет допусков на первичные погрешности, вызывающие децентрировку линзовых компонентов объектива, следует осуществлять по разработанной методике, учитывающей характеристики случайных погрешностей, конструкцию объектива и условия производства.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Уточнены требования к точности изготовления оправ линзовых компонентов и узлов;

2. Разработан способ и конструкции оправ для осуществления автоматизированной центрировки линз при их вклейке в оправы;

3. Разработана методика центрировки объективов «штабельной конструкции»;

4. Показана необходимость учета коэффициентов влияния децентрировок рабочих поверхностей линз на аберрации в центре и на краю поля зрения объективов при их компенсации юстировкой;

5. Создана «инженерная» методика расчета допусков на погрешности центрировки линзовых компонентов объективов.

Личный вклад автора. В работе изложены результаты исследований, выполненные лично автором или в соавторстве. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту получены при непосредственном участии автора.

Достоверность полученных результатов

Результаты, полученные в диссертационной работе подтверждается использованием общепринятых положений принципов конструирования, юстировки и метрологических методов контроля целевых показателей качества оптических приборов и устройств; экспериментальной проверкой предложенных способов центрировки линзовых компонентов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 08 конференциях: XI Международная конференция «прикладная оптика-2014», Санкт - Петербург, 21.10.2014 -24.10.2014; IX Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика - 2015», Санкт - Петербург, 12.10.2015 - 16.10.2015; 58-й Интернациональный Научный Коллоквиум Технического Университета Ильменау, Германия. 08.09.2014 - 12.09.2014; III, IV, V Всероссийский конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, апрель 2014-2016 гг.); XLШ, XLIV, Х^ научная и учебно-методическая конференция Университет ИТМО (Санкт-Петербург, февраль 2014-2016 гг.).

Публикации

По теме диссертации опубликованы 13 печатных работ, в том числе 5 из перечня ВАК; получены два патента на изобретения (Яи 2542636, Яи 2544288) и поданы 3 заявки с приоритетом от 17.03.2015, две из которых на международное патентование (с номером РСТ/Ш 2015/000375 и РС№и 2015/000472).

Структура и объём работы

Предлагаемая диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы; содержит 131 страница, 46 рисунков и 1 3 таблиц.

В первой главе диссертации проведен обзор и выполнен анализ существующих конструкторско-технологических методов центрировки линз, линзовых систем, погрешностей центрировки и методов расчета допусков на эти погрешности. Показано, что технологические погрешности центрирования линз и склеек линз при их изготовлении, погрешности размеров, форм, расположения и шероховатость рабочих и базовых поверхностей оправ и корпусов объективов, а так же погрешности сборки линзовых компонентов приводят к децентрировке оптической системы объектива и порче качества изображения. Используемые на практике известные приёмы центрировки линзовых компонентов и способы компенсации аберраций нецентрированных систем при их юстировке весьма трудоемки и довольно часто не обеспечивают необходимого качества изображения. Особенно трудно обеспечить центрировку рабочих поверхностей и качество изображения по всему полю изображения в многолинзовых объективах. Анализ известных проектных и проверочных методов расчета допусков на погрешности, влияющие на конструкцию и юстировку объектива, показал их существенные различия и то, что в большинстве из них рассчитывают допуски на децентрировку оптических поверхностей линз проектируемого объектива по его оптической схеме и характеристикам, а не на погрешности конструкции объектива, вызывающие эти децентрировки.

По результатам выполненного анализа были сформулированы задачи на исследования, позволяющие повысить точность центрировки линзовых компонентов и объектива в целом, рассчитать допуски на первичные погрешности центрировки с учетом конструкции объектива, возможностей производства, а так же определить требования к его юстировке.

Во второй главе исследуются методы повышения точности центрировки линз при их креплении в оправах с учетом появление на рынке прецизионного автоматизированного технологического и контрольного оборудования. Выполнен анализ конструкций и погрешностей оправ, влияющих на центрировку линз. Показано, на примере конструкции крепления линзы в оправе приклеиванием, что определенные погрешности оправы и линзы вызывают смещения центров кривизны рабочих поверхностей линзы (децентрировки) относительно базовой оси оправы, а так же к погрешности контроля децентрировок, либо к появлению децентрировок линзового узла в объективе.

В третьей главе диссертации выполнен анализ методов повышения точности центрировки линзовых систем и компенсации аберраций изображения из-за децентрировок линзовых компонентов. Конструкции большинства многолинзовых современных высококачественных объективов представляет собой «насыпную в оправах», либо «штабельную» конструкции, которые позволяют осуществлять компенсацию аберраций из-за остаточных децентрировок их линзовых компонентов юстировкой объектива.

В четвертой главе диссертации посвящена разработке методики расчета допусков на центрировку линзовых компонентов объективов и требований к компенсаторам аберраций изображения. Наиболее полно исследования технологических погрешностей, приводящих к децентрировкам объективов и оценка некоторых аберраций из-за децентрировок, учитывающих конструкции объективов, были выполнены Л.И. Крыниным [11]. Опираясь на эти и другие исследования погрешностей и методов расчетов точности изделий была создана инженерная методика для определения допусков на погрешности центрировки и необходимости юстировочных компенсаторов, исходя из требований к

геометрическим или волновым аберрациям изображения, на этапе разработке конструкции объектива. Расчет носит итерационный характер и состоит из 7 этапов.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ЦЕНТРИРОВКИ ЛИНЗ И ЛИНЗОВЫХ

СИСТЕМ

Децентрировки линзовых объективов возникают из-за погрешностей центрировки линз и склеек линз при их изготовлении, погрешностей центрировки линз и склеек при их креплении в оправах, погрешностей центрировки линзовых компонентов объектива, возникающих в их типовых конструкциях. Рассмотрим и проанализируем эти погрешности и методы расчета их допустимых значений.

1.1 Центрирование линзы и склеек линз при их изготовлении

При изготовлении линзы (или склейки линз) необходимо обеспечить совпадение её оптической оси с осью, образованной базовыми поверхностями детали (сборочной единицы). Рабочие поверхности линз могут представлять собой сферические, плоские и асферические поверхности, образующие оптическую ось линзы. В самом распространенном случае (сферические рабочие поверхности) оптической осью является линия, соединяющая центры кривизны сферических поверхностей. Если одна из поверхностей линзы плоская, то оптической осью является линия, проходящая через центр сферической поверхности перпендикулярно плоской поверхности. Если поверхность асферическая, то оптической осью является ось симметрии асферики, проходящая через центр кривизны сферической поверхности (или перпендикулярно плоской поверхности). Базовыми поверхностями могут быть: цилиндрическая поверхность линзы, одна из рабочих поверхностей, конструктивные фаски.

Согласно ГОСТ 2.412 - 81 на чертежах линз и склеек линз задаётся их центрировка в виде позиционного допуска, допуска перпендикулярности или заданной формы рабочих поверхностей относительно базовых поверхностей линзы или склейки.

На рисунке 1.1 представлены варианты задания допусков на центрировку линз и склеек в виде: позиционного допуска на отклонение центров кривизны

рабочих поверхностей линзы от базовой оси (рисунок 1.16, в, е); допуска перпендикулярности плоской рабочей поверхности к базовой оси (рисунок 1.1а); допуском формы заданной поверхности (рисунок 1.1г, д).

Д) е)

Рисунок 1.1 - Варианты задания допусков на центрировку линз и склеек

Заметим, что при выполнении операции фасетирования линзы с конструкторскими коническими или плоскими фасками (рисунок 1.16, в) их часто так же нужно центрировать относительно базовой оси. Наиболее сложно осуществлять центрировку линзы, имеющей асферическую поверхность, которая осуществляется в два этапа: вначале после изготовления сферической (или плоской поверхности), обрабатывают от неё базовую цилиндрическую поверхность линзы, а затем, используя эту поверхность как базу, изготавливают асферическую поверхность контролируя разнотолщинность линзы по её краю [16] (см. рисунок 1.1 д).

При изготовлении линз и склеек их центрируют: на специальных центрировочных станках механическим зажатием между патронами шпинделей станка; по «блику»; по автоколлимационному прибору (типа ЮС - 13); с использованием лазера [9] [13] [17]. Допуск на центрирование не ответственных линз составляет 0,05 - 0,1 мм, а на центрирование линз высококачественных объективов (микроскопов, фотоаппаратов, проекторов) 0,001 - 0,05 мм.

Операция центрирования складывается из трех основных переходов [18]: установки линзы на центрировочном станке; округления; фасетировки.

Установкой на станке достигается такое положение линзы, при котором обеспечивается постоянство совмещения ее оптической оси с осью вращения шпинделя центрировочного станка. Округлением линзе придается правильная цилиндрическая форма с диаметром требуемого размера и заданным допуском совмещения оптической и базовой осей линзы, так как ось вращения шпинделя является для них общей. Округлением осуществляется с помощью алмазного круга. Фасетировкой на краях линзы наносятся защитные, конструктивные фаски или фаски для её крепления завальцовкой (приклеиванием).

Способы центрирования различны в зависимости от категории сложности линзы, определяемой допуском на децентрировку и от типа производства [17].

Критериями оценки сложности линз при механическом способе центрировки является угол зажатия у линзы и заданный чертежом допуск на

децентрировку. Категории сложности, зависящие от угла ф и допуска на децентрировку, приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Категория сложности центрируемых линзы [17]

Параметры детали Категория сложности

I II III IV

Угол зажатия ф, град. <12 12-18 18-23 >23

Допуск на децентрировку, мм 0,005 0,005-0,01 0,01-0,02 0,02

В таблице 1.2 приведены типовые схемы процесса центрирования линз с

диаметром меньше 200 мм. Процесс центрирования таких линз происходит после завершения обработки их преломляющих поверхностей. Для линз, диаметр которых больше 200 мм центрирование осуществляется непосредственно в процессе обработки преломляющих поверхностей, контролируя разнотолщинность по краю.

Таблица 1.2 - Типовые схемы процесса центрирования для линз диаметром

меньше 200 мм

Типовые схемы процесса центрирования Категория сложности, тип производства

Фиксация положения линзы зажатием между патронами (механический способ) Ш-У категории сложности; серийное, массовое производство.

Фиксация положения линзы приклеиванием к патрону (ручной способ). Контроль установку по блику. Ш-У категории сложности; единичное и мелкосерийное производство, а также серийное и мелкосерийное, если механический способ установки не обеспечивает заданную точность.

Тот же способ установки. Контроль положения линзы по прибору. I—II категории сложности; единичное и мелкосерийное производство, а также серийное и массовое если механический способ установки не обеспечивает заданную точность.

В настоящее время существуют следующие методы центрировки, зависящие от способа контроля совмещения оптической оси линзы с осью вращения: механические и оптические, представленные в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Механические методы Оптические методы

Центрирование линз зажатием в патронах Центрирование линз с установкой по «блику».

Центрирование при контроле разнотолщинности линз по краю. Центрирование линз по прибору.

Центрирование линз с применением лазера.

Рассмотрим эти способы и достигаемые точности центрировки.

1.1.1 Механические способы центрировки линзы

1.1.1.1 Центрирование линзы зажатием в патронах

Данный метод центрирования применяется при серийном, крупносерийном и массовом производствах линз диаметром от 3 до 150 мм [13]. Такие линзы центрируют после завершения обработки их преломляющих поверхностей. Операцию составляют два последовательно выполняемых перехода:

1-й - совмещение оптической оси линзы с осью вращения шпинделя станка и фиксация этого положения;

2-й - совмещение базовой оси линзы с оптической путем обработки детали по диаметру до заданного размера.

Линза устанавливается и фиксируются зажатием между соосными патронами 3 и 6 (рисунок 1.2).

В центрировочных станках их шпиндели вращаются в прецизионных подшипниках 2. Ось вращения шлифовального круга должна быть расположена перпендикулярно оси вращения патронов. Станок оборудован приспособлениями, которые держат линзу, когда механик выставляет ее в центрированное

положение. Затем она зажимается достаточно сильно для обеспечения ее неподвижности в процессе округливания и фасетировки. Патрон должен касаться линзы вне ее светового диаметра, так как во время центрировки линзы возможно образование царапин [19].

Рисунок 1.2 - Схема расположения линзы между патронами [9] 1, 7 - прецизионный шпиндель; 2 - подшипник; 3 - ведущий патрон патроны; 4 -центрируемая линза; 5 - шлифовальный круг; 6 - ведомый патрон; 8 - пружина; 9 - стойка.

Применимость этого способа ограничивается размером радиусов поверхностей, которые определяют угол зажатия ф:

• Д • Д

р = рх+р2 = агсБт —пп- ± агсБт

2ЯХ 1Я2

(1.1)

здесь ф1 и ф2 - углы наклона касательных к первой и второй поверхностями линзы [град.] (рисунок 1.3);

ДпХ и Д2 - диаметры центрировочных патронов со стороны радиусов ^ и ^ поверхностей линзы, мм;

знак «+» - для двояковыпуклых и двояковогнутых линз, а знак «-» - для остальных типов линз.

Суть механического способа совмещения оптической осью линзы с осью вращения шпинделей станка (рисунок 1.3) заключается в следующем [17]:

а) б)

Рисунок 1.3 - Схемы центрирования линзы между патронами [17] Центрируемая линза, устанавливаемая между патронами, может занять положение, при котором оптическая ось О - О, не будет совпадает с осью вращения шпинделей. При этом возникают две неуравновешенные силы, действующие в противоположные стороны: Р - равнодействующая усилий N и Ы2, направленных по нормали к преломляющим поверхностям; F -равнодействующая сил трения ^ и направленных по касательной к преломляющим поверхностям.

Если сила Р будет больше силы ^ она сдвинет линзу в положение, при котором ось О - О совпадает с осью вращения шпинделей. Численные значения и соотношения сил Р и F зависят от кривизны преломляющих поверхностей. Критические значения угла ф, при котором прекращается самоцентрирование составляет для менисков 23о (рисунок 1.3б), для остальных типов линз - 17о. По результатам расчета условия самоцентрирования (см. п.3.1, формула (3.14)):

(2у1/Я1)+(2у2/В2 )> 4/, (1.2)

где у, у2 - высоты контакта между линзой с оправами. ^, ^ - абсолютные значения радиусов кривизны поверхностей. л - коэффициент трения между полированной поверхностью стекла и металлом, который обычно равняется 0,14.

Если оправы сделаны с равными диаметрам Д то получается следующую формулу:

Д^-ггг с.3)

К- + к2

С уменьшением угла зажатия ф точность совмещения оптической линзы с осью вращения шпинделей уменьшается (таблица 1.4).

Таблица 1.4 - Зависимость точности установки линзы от угла зажатия

p, град. Свыше. 23° От 23° до 18° От 18° до 12° 12°

Погрешности установки, мм До 0,005 От 0,01 до 0,005 От 0,02 до 0,01 Свыше 0,02

Достоинством метода центрирования линз зажатием в патронах является то, что он является простым и высокопроизводительным, позволяет автоматизировать операцию центрирования, отечественная промышленность выпускает линейку центрировочных станков-полуавтоматов (ЦС).

К недостаткам относится то, что с помощью данного метода невозможно центрировать линзы с поверхностями малой кривизны, трудоемкость процесса настройки соосностей шпинделей станка, относительно невысокая точность центрировки (как правило, не превосходящая 5мкм), обусловленная не только значениями угла зажатия и биениями шпинделей, но и погрешностями патронов.

1.1.1.2 Центрирование линз по разнотолщинности по краю

Данный метод центрирования применяется в основном при центрировании линз диаметром свыше 200 мм [13]. Процесс центрирования осуществляется непосредственно в процессе обработки преломляющих поверхностей, контролируя разнотолщинность по краю (рисунок 1. 4).

Из построений, показанных на рисунке 1.4 видно, что:

C С D AC AT = Dtgp - Dtga- DCC = D J^

R R cos у

DAC 1 DAC R ^ D

---=--= AC-

R cos в R R -h R -h

К — к — Отсюда получаем: АС = АТ —— = АТ4' Б

в

(1.4)

где: АС - децентрировка поверхности Б, мм;

АТ - разнотолщинность по краю линзы, мм; — - радиус поверхности Б, мм; к - стрелка прогиба линзы для поверхности Б, мм; В - диаметр, по которому индикатор контактирует с линзой, мм.

Рисунок 1.4 - Схема центрирования линзы по разнотолщинности по краю Метод центрирования линз по разнотолщинности по краю является простым и высокопроизводительным. Достигаемая точность не очень высокая (порядка 5-10 мкм), так как здесь индикатором контролируется положение только одной рабочей поверхности линзы.

Для некоторых прецизионных объективов механическая центрировка линз не дает удовлетворительных результатов, в этих случаях следует применять оптическую центрировку.

1.1.2 Оптические способы центрировки линз

К оптическим методам центрировки относятся следующие: центрировки линзы по блику; центрировки линзы по прибору; центрировки линзы с применением лазера.

1.1.2.1 Центрировки линзы по блику

Данным методом центрируются линзы диаметром от 3 до 150 мм [9] [13]. Центрирование линз осуществляется перемещением ее на специальном патроне, установленном на станке, до тех пор, пока изображение светящейся нити лампы, получаемое при отражении света от поверхности линзы, будет неподвижно при вращении шпинделя станка (рисунок 1.5). Данный метод центрирования обеспечивает точность центрирования 0,01 - 0,02 мм.

Станок для оптической центрировки отличается от станка для механической центрировки тем, что в нем используется только один патрон [19]. Линза устанавливается на патрон и закрепляется на нём с помощью воска, смолы или вакуума. Затем линза вращаясь, перемещается по патрону. Центрировка завершается, когда отраженное изображение от поверхности остаётся неподвижным при вращении линзы.

Рисунок 1.5 - Схема центрирования по блику 1 - прецизионный шпиндель; 2 - подшипник; 3 - патрон; 4 - алмазный шлифовальный круг; 5 - центрируемая линза; 6 - глаз; 7 - источник света.

Рассмотрим некоторые характеристики для этого способа: ❖ Патрон: Поверхность контакта с линзой должна не иметь вмятин или царапин. Важна также и форма поверхности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Буй Динь Бао, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. Л.: Машиностроение, 1969.

672 с.

2. Русинов М.М. Юстировка оптических приборов. М.: Недра, 1969. 328 с.

3. Вычислительная оптика.: Влияние децентрировки на аберрации / А.П. Грамматин. под общ.ред. М.М. Русинова. — М. : ЛКИ, 2008 -424 с.

4. Губель H.H. Аберрации децентрированных систем. Машиностроение, 1975. 272 с.

5. Зверев В.А., Рытова Е.С., Тимощук И.Н. Влияние децентрировки поверхностей вращения на положение плоскости изображения // Оптич. Журнал, Т. 77, № 6, 2010. С. 8-13.

6. Сокольский М.Н. Допуски и качество оптического изображения. Л: Машиностроение, 1989.

I. Панов В.А., Андреев Л.Н. Оптика микроскопов. Л.: Машиностроение, 1976.

S. Рытова Е.С. Исследование влияния децентрировки оптических поверхностей на положение и качество образованного изображения. дис. ... канд. техн. наук: 05.11.07: защищена 04.10.11: утв. 01.11.11. — Санк Петербург., 2011. — 125 с.

9. Paul R. Yoder. Mounting optics in optical instruments. 2nd ed. Washington: SPIE PRESS, 200S. l53 pp.

10. Латыев С.М. Конструирование точных (оптических) приборов. 2-е изд. СПб.: Лань, 2015. 560 с.

II. Крынин Л.И. Основы проектирования конструкций объективов. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. 254 с.

12. РТМ 3-1б5З-84. Детали оптические. Расчеты допусков-центрирования.

13. РТМ 3-1бЗ5-83. Детали оптические. Типовые технологические процессы центрирования линз.

14. Frank S. Justierdrehen- eine Technologie fuer Hohleistungsoptik // Bericht IMK № 14 Technische Universitaet Ilmenau. 200S. P. 150.

15. Sondermann M. Mechanische Verbindungen zum Aufbau optischer Hochleistungssysteme. Univ.-Verl. 2011.

16. Окатов М.А. Справочник технолога-оптика. 2nd ed. Спб.: Политехника, 2004. 679 pp.

17. Кузнецов С.М. Оптическая технология. Спб.: СПБ ГИТМО (ТУ), 2001. 161 с.

18. Сулим А.В. Производство оптических деталей. 3-е изд. Москва: Высшая школа, 1975. 316 с.

19. Бетенски Э., Хопкинс Р., Шеннон Р., Пек У., Волф У., Уэзерелл У., Свинделл У., Холл Д. Проектировние оптических систем: Пер. с англ./Под ред. Р. Шеннона, Дж. Вайанта. М.: Мир, 1983. 432 с.

20. Patrik Langehanenberg, Josef Heinisch, Chrisitan Wilde, Felix Hahne, Bernd Lüerß. Strategies for active alignment of lenses, in Optifab 2015, Julie L. Bentley; Sebastian Stoebenau, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 9633 (SPIE, Bellingham, WA 2015), 963314.

21. C. Wilde, F. Hahne, P. Langehanenberg, J. Heinisch. Reducing the cycle time of cementing processes for high quality doublets // Optical Systems Design 2015: Optical Fabrication, Testing, and Metrology. Bellingham, WA. 2015. Vol. 9628. P. 96280X.

22. // Multicentric® Cementing Station - TRIOPTICS: [сайт]. [2015]. URL: http:// www.trioptics.com/products/systems-for-optical-centration-measurement-and-alignment/production/multicentricr-cementing-station/

23. // WZM 150 CNC | OptoTech: [сайт]. [2015]. URL: http://www.optotech.de/ru/ feinoptik/wzm- 150-cnc

24. Степин Ю.А., Васильев Е.А. Децентрировка. Определение и методы измерения // ОМП, № 9, 1974. С. 46.

25. Степин Ю.А., Васильев Е.А. Наиболее рациональное обоснование допуска на децентрировку и особенности его контроля // ОМП, № 10, 1974. С. 61.

26. Хлебников Ф.П., Швелев В.И. Центрирование линз в оптических системах //

ОМП, № 11, 1988.

27. Сеник Б.Н., Бельский А.Б., Потелов В.В. Современные тенденции в оптических технологиях, применяемых для улучшения выходных характеристик оптических и оптико-электронных систем // Оптический журнал, Т. 76, № 8, Август 2009. С. 5-13.

28. // Trioptics GmbH: [сайт]. [2013]. URL: http://www.trioptics.com/ opticentric_bonding/description.php

29. Weber G. Justageautomat für Dreehgeber-Impulsscheiben // 50 IWK TUI 19-23.09. 2005. Tagungsband. Ilmenau: Verlag ISLE. 2005. pp. 59-60.

30. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов. 2-е-е изд. Л.: Машиностроение, 1982. 237 с.

31. Ельников Н.Т., Дитев А.У., Юрусов И.К. Сборка и юстировка оптико-механических приборов. М.: Машиностроение, 1974. 345 pp.

32. Солк С.В. Разработка и исследование технологических метоодов изготовления, контроля и юстировки оптических элементов и устройств инфракрасных приборов. Санкт Петербург. 2015. Автореф. дис.д-ра тех. наук.

33. Солк С.В. Обеспечение показателей качества инфракрасных оптико-механических систем. СПб: Поличехника, 2014. 143 pp.

34. Якушенков ЮГ, редактор. Высокоточные угловые измерения. М.: Машиностроение, 1987. 480 с.

35. Мальцев М.Д. Расчет допусков на оптические детали. М.: Машиностроение, 1974. 68 с.

36. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Под ред. В.А. Панова. Л., "Машиностроение", 1980. - 742 с.

37. Родионов С.А., Хлусова Н.И. О распределении допусков на скалярные и векторные погрешности оптических систем. В сборнике "Расчет, конструирование и исследование точности оптических систем" - Тр.ЛИТМО, 1976. - с.82-88.

38. Баранов Г. Г. О выборе допусков, обеспечивающих заданную точность механизма и наименьшую стоимость его изготовления. - Труды ин-та машиноведения. 1957, №11,.

39. Краузе В. Конструирование приборов. Москва: Машиностроение, 1987. 378 с.

40. Иванова Т.А., Кирилловский В.К. Проектирование и контроль оптики микроскопов. Л.: Машиностроение, 1984. 321 с.

41. Буй Динь Бао, Латыев С.М., Тезка Р. Автоматизация центрировки линз при вклейке в оправы // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, Т. 15, № 6, 2015. С. 1030-1035.

42. Bui Dinh Bao, Latyev S.M., Beloivan P.A., Tabachkov A.G. Analysis of lens registration in mounts // Journal of Optical Technology, Vol. 82, No. 12, 2015. pp. 792-795.

43. Sondermann M., Scheibe H., Beier T., Theska R. Technologien zur Herstellung optischer Hochleistungssysteme kleiner Durchmesser.// Jahrbuch Optik und Feinmechanik. Vol. 60., p.171-198. Ed: Optik-Verlag Dr. Prenzel. Görlitz, 2014.

44. Latyev S.M., Rumyantsev D.M., Kuritsyn P.A. Design and process methods of centering lens systems // Journal of Optical Technology, Vol. 80, No. 3, 2013. pp. 197-200.

45. Heinisch J. Zentrierfehler messen, optiken automatisch justieren und montieren. Photonik 6/2008, S. 46-48.

46. Латыев С.М., Буй Динь Бао, Трегуб В.П. Способ центрировки линзы в оправе и оправа для его осуществления, Изобретение 2542636, Январь 22, 2015.

47. Bui Dinh Bao, Latyev , Theska R. Speaking about methods of lens centering. - In: Shaping the future by engineering / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau; 58 (Ilmenau): 2014.09.08-12. - Ilmenau: (2014), insges. 8.

48. Tabachkov A.G., Latyev S.M., Frolov D.N. Standardizing the designs of lens microscope objectives // Journal of Optical Technology, Vol. 78, No. 1, 2011. pp. 30-34.

49. Patrik Langehanenberg J.H.D.S. Smart and precise alignment of optical systems Proc. SPIE 8884, Optifab 2013, 88842E (September 6, 2013); doi: 10.1117/12.2034592.

50. Зверев В.А., Яблочникова В.И. Наклон изображения при децентрировке сферической поверхности. // ОМП, No. 10, 1989.

51. Рытова Е.С. Исследование влияния децентрировки оптических поверхностей на положение и качество образованного изображения: Автореф. дис. ... канд тех. наук. - СПб., 2011. - 20 с.

52. Latyev S.M., Smirnov A.P., Frolov D.N., Tabatschkov A.G., Theska R. Providing target pervormance indices when automating the assembly of microscope objektives // Journal of Optical Technology, Vol. 77, No. 1, 2010. pp. 38-41.

53. Латыев С.М., Смирнов А.П., Табачков А.Г., Фролов Д.Н., Шухат Р.В. Проект линии автоматизированной сборки микрообъективов // ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, Vol. 54, No. 11, 2011. pp. 7-13.

54. Смирнов А.П., Латыев С.М. Математическая модель автоматизированной сборки микрообъективов // ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, Vol. 54, No. 11, 2011. pp. 22-28.

55. Бардин А.Н. Сборка и юстировка оптических приборов. М.: Высшая школа, 1968. 325 pp.

56. Латыев С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. 248 pp.

57. Кулагин В.В. Основы конструирования оптических приборов. Л.: Машиностроение, 1982. 312 с.

58. Латыев С.М., Татаринов А.Т. Расчет допусков на первичные погрешности оптических приборов // ОМП, № 4, 1987. С. 31-33.

59. Бруевич Н.Г., Сергеев В.И. Основы нелинейной теории точности и надежности устройств. М.: Наука, 1976. 136 pp.

60. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. 7-е изд. М.: Высш. шк.,

2001. 575 с.

61. Гаврилова АН, редактор. Точность производства в машиностроении и приборостроении. М.: Машиностроение, 1973. 567 с.

62. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров. М.: Машиностроение, 1981. 190 pp.

63. Сухопаров С.А., Долинский И.М. Методика расчета допусков на юстировку оптических систем с помощью передаточных коэффициентов // ОМП, No. 3, 1967.

64. Сухопаров С.А. Обобщенный метод точностного расчета конструкций оптических приборов // Известия вузов. Приборостроение, No. 6, 1985.

65. Родионов С.А. Автоматизация проектирования оптических систем. Л.: Машиностроене, 1982. 270 pp.

66. Кинематика, динамика и точность механизмов. Справочник.Под ред.Крейнина Г.В. М. Машиностроение. 1984г. 224 с.

67. Марешаль А., Франсон М. Структура оптического изображения. М.: Мир, 1964. 295 с.

68. Latyev S.M., Bui Dinh Bao, Beloivan P.A., Tabachkov A.G. Analysis of certain issues in the assembly of fast objectives // Journal of Optical Technology, Vol. 82, No. 12, 2015. pp. 796-799.