4. Центрирование линз по прибору

Рис. 4. Схема центрирования линз по прибору.

1. –Микроскоп; 2 – Линза; 3 – Смола; 4 – Оправка; 5 – Стол; 6 – Коллиматор; 7 – Сетка.

В состав прибора входит (см. Рис. 4) коллиматор 6, поворачивающееся гнездо 5, коническая оправка 4 и измерительный прибор, например, микроскоп 1.Сущность этого способа центрирования заключается в следующем. Оправку с предварительно наклеенной центровочной шеллачной смолой 3, линзой 2 вставляют в гнездо 5. Микроскоп наводят на центр верхней сферы. Подогревают смолу до размягчения и передвигают линзу по кольцу оправки, добиваясь такого ее положения, при котором изображение креста сетки 7 коллиматора при вращении оправки будет неподвижным.

После этого оправку снимают с прибора и помещают в гнездо специальной стойки, где она охлаждается. Затем шлифуют цилиндрическую поверхность линзы на центрировочном станке типа ЦС-50. Оправку по конусу устанавливают в шпиндель станка²и осуществляют шлифование алмазным кругом при частоте вращения 2800 об/мин, линзы 57-200 об/мин.

Недостатком этого способа является необходимость иметь достаточно большое количество оправок для каждой группы диаметров линз.

Точность центрирования 0,01-0.02 мм.

Рассмотрим более подробно сущность этого способа. В литературе не приводится, что за прибор служит для измерения. Пусть таким прибором будет обычный измерительный микроскоп II (см. Рис. 5). На рисунке показан ход лучей от коллиматора до сетки микроскопа и глаза.

Очевидно, что центр нижней сферы всегда на оси патрона 5, а значит и микроскопа (эти оси должны быть совмещены при юстировке прибора). Линза при контакте с оправой лишена трех степеней свободы – трех перемещений (x, y, z). Линзу нельзя сместить (сдвинуть) относительно оправки, а можно только повернуть, ведь остались все повороты. Центр О верхней сферы расположен внизу и не на оптической оси. Чтобы его увидеть в окуляре микроскопа, нужно фокус его объектива совместить с этой плоскостью. Очевидно, что положение этой плоскости будет зависеть от геометрических параметров линзы (r и d) и f¹.

Смещение положения фокуса с оптической оси вычисляется по формуле

На сетке микроскопа будем видеть

,

где ,– угол наклона линзы,– увеличение микроскопа.

Рис. 5. Центрирование с помощью коллиматора и микроскопа.

I– коллиматор; II – микроскоп; 1 - лампа, 2 - конденсор, 3 - тест-объект, 4 –объектив, 5 – оправка, 6 – центрируемая линза, 7 – объектив, 8 – сетка, 9 – окуляр, 10 – объектив, 11 – сетка, 12 – окулярная призма, 13 – окуляр

Так как фокус линзы и фокус объектива микроскопа не совпадают, то в процессе требуется наводка микроскопа, т.е. в конструкции прибора требуется механизм перемещения корпуса микроскопа.

Оценим точностные возможностиприбора с измерительными средствами из коллиматора и микроскопа.

Погрешностью коллиматора будет, если выходящий пучок не является строго параллельным. Оценим эту погрешность в обратной задаче – в фокусе объектива стоит сетка, тогда величина смещения на сетке определит сходимость пучка. Интервал l между двумя штрихами сетки коллиматора, если задана угловая цена деления его, может быть произведен по формуле

.

Для определения частичной погрешности коллиматора, второе название этой погрешности – инструментальная погрешность, продифференцируем эту формулу и найдем передаточную функцию. Для упрощения процедуры обычно делают разложение в ряд Тейлора или логарифмируют. В данном случае проще логарифмирование:

,

тогда ,

так как ,

то ,

тогда .

Пренебрегая ввиду крайней малости последним членом уравнения и заменив дифференциал погрешностью, получим

.

Очевидно, что чем больше будет фокусное расстояние объектива коллиматора, тем меньше будет погрешность. Поэтому длиннофокусные коллиматоры дают большую точность. Но длиннофокусные коллиматоры и больше размером.

Промышленные коллиматоры выпускают с фокусными расстояниями 600, 1000, 1200, 1600 и т.д. Рекомендуется брать 3-5 раз больше фокусного расстояния контролируемого объекта.

Если мм, то можно контролировать линзы смм.

Таким образом, в этом методе (Рис. 5) центр нижней сферы детали 6 всегда располагается на оси патрона 5, поэтому нужно устанавливать только центр O₂верхней поверхности, что существенно упрощает процесс.

Очевидно, что качество контроля будет зависеть от качества приборов, в том числе и от согласования элементов в приборе, а также от согласования системы элементов с этими приборами. Понятно, что это простые вещи, но в комплексе требования к линзе (контролируемой), сеткам, тест-объектам и т.д. не рассматриваются, поэтому данный анализ весьма актуален.

Ниже показано, что точность процесса в основном зависит от точности наводки и считывания и приведено обоснование и выбор этих требований.