05 семестр / К экзамену-зачёту / Шпаргалочи / шпоры по ТКМ2
.pdf
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.
Всостав 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 станка2 и 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
2 Конические поверхности оправки и шпинделя станка совпадают.
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.
f ' n r1 r2
(n 1)[n(r2 r1) (n 1)d]
Смещение положения фокуса с оптической оси вычисляется по формуле
f 'tg м
На сетке микроскопа будем видеть
' м ,
где f 'tg м , – угол наклона линзы, м – 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 возможности прибора 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
l fоб' tg .
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:
|
lnl ln |
fоб' |
|
lntg , |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
тогда |
dl |
|
f |
|
' |
|
|
|
(tg ) |
|
, |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
об |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tg |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
l |
|
|
fоб' |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
так как (tg ) |
|
|
|
|
|
, |
|
|||||||||||||||||
cos2 |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
то |
(tg ) |
|
|
|
|
cos |
|
|
2 |
, |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
cos2 sin |
|
|||||||||||||||||||
|
тогда |
|
l |
|
|
f |
' |
|
|
|
|
2 |
|
|
. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
об |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin 2 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
l |
|
|
fоб' |
|
|
|
|
|||||||||||||
Пренебрегая ввиду крайней малости последним членом уравнения и заменив дифференциал |
|||||||||||||||||||||||||
погрешностью, получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
l |
|
|
l |
|
|
f |
' . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
fоб' |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
об |
|
|
|
|
|
|
|
||||
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 fоб' брать 3-5 раз больше фокусного расстояния контролируемого объекта.
Если fоб' 600 мм, то можно контролировать линзы с f (120 200) мм.
Таким образом, в этом методе (Рис. 5) центр нижней сферы детали 6 всегда располагается на оси патрона 5, поэтому нужно устанавливать только центр O2 верхней 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.
5 и 6 Центрирование линзы в оправе трубкой Зебелина
Существует несколько способов центрирования линз при их соединении с оправой и один из них автоколлимационный. Такое соединение называют автоколлимационной сборкой.
1.1. Центрирование с помощью автоколлиматора
Строго говоря, такая система не должна называться автоколлиматором, так как коллимация в своем первоначальном значении означает параллельный ход лучей. Однако широкая практика применения автоколлимационных методов распространила это название на системы, работающие с непараллельными пучками. Далее эта система будет называться трубка ЮС 13 или трубка А.А.
Забелина по фамилии ее автора.
Линзы, предназначенные для автоколлимационной сборки, в оптическом цехе центрируют с невысокой точностью 0,03-0,1 мм.
Для примера возьмем линзу фотообъектива в оправе, чертеж которой показан на Рис. 6. На чертеже обычно задают допуск на децентрировку – знаками или текстом на поле чертежа. Например, “несовпадение оси O1O2 и оси 20 не более 0,01мм.
Оправы для линз изготавливают в механическом цехе с припусками по базирующему диаметру и базирующим торцам. Затем линзы закрепляют в оправах завальцовкой или резьбовым кольцом. О центрировке не заботятся.
Рис. 6. Пример линзы в оправе для автоколлимационной сборки.
Для выполнения центрирования требуется точный токарный станок, шпиндель которого имеет биение не более 3-5 мкм, оптическое устройство называемое автоколлимационной трубкой ЮС-13*,(см. замечание выше) которую придумал А.А. Забелин и регулируемый центрировочный патрон.
1.2. Устройство автоколлимационной трубки ЮС-13
Схема трубки Забелина приведена на Рис. 7. Она содержит: подвижный объектив 14, осветитель с источником 10, конденсором 11 и зеркалом 12; объектив и осветитель разделяет зеркало 13, имеющее прозрачное отверстие (диафрагму) или крест; микроскоп М, состоящий из объектива 4, измерительной сетки 6 и окуляра 5.
Для фиксации грубого отклонения используется экран 17.
К корпусу 6 крепятся регулировочные пружины 7 и 10 с винтами 8 и 9. Эта система требуется для юстировки трубки на совмещение оси шпинделя и оси трубки после ее установки по конусу в пиноль задней бабки.
а)
б)
Рис. 7. Устройство автоколлимационной трубки ЮС-13.
1.3. Устройство центрирующего патрона
Устройство патрона схематически представлено на Рис. 8. Он состоит из следующих основных частей. Муфта 1 служит для закрепления и ориентирования патрона на шпинделе. Центрирование будет тем точнее, чем точнее установлен патрон относительно оси шпинделя. Наиболее точное ориентирование возможно по коническому хвостовику, т.е. вместо посадочного пояска D должен быть хвостовик.
На муфте установлен корпус 2 патрона в виде втулки с четырьмя радиальными винтами 4, которые используются для перемещения внутренней части патрона через стакан 3 в плоскости XOY. Винты 5 служат для поворота сферической шайбы 6 (выпуклая или вогнутая) с установленной на шайбе оправе с линзой.
Основные параметры патрона: действительный радиус RП сферической шайбы
6; действительное расстояние В от вершины шайбы до ее торца. Действительные параметры RП и В наносятся на патрон клеймением.
Выбор центрирующего патрона определяется радиусом кривизны той поверхности центрируемой линзы, с которой начинается процесс центрирования.
Например, отрицательный патрон применяется только при больших отрицательных радиусах кривизны первой поверхности центрируемой линзы.
Рис. 8. Схема центрирующего патрона.
Радиус первой поверхности линзы определяет длину переходной оправки к центрирующему
патрону.
1.4. О выборе патрона и о расчете оправок
Как было сказано раньше, центрирование линзы, как правило, необходимо начинать с устранения децентрирования поверхности, ближайшей к микроскопу. В
исключительных случаях, когда центр кривизны сферической части патрона совмещен с центром кривизны поверхности линзы, не являющейся ближайшей к микроскопу,
центрирование поверхностей линзы производится попеременно, методом последовательных приближений.
Радиус первой поверхности центрируемой линзы определяет длину переходной оправки к центрирующему патрону. Длина оправки равна расстоянию между опорными торцами центрирующего патрона и оправы центрируемой линзы. Расчет длины переходной оправки показан на конкретных примерах.
б)
Рис. 9. Схемы к расчету переходных втулок при центрировании.
а – положительный патрон, б – отрицательный патрон.
Пример 1. Положительный патрон.
В зависимости от конкретных данных линзы возможны два варианта расчета переходной оправки.
Вариант 1.
За первую поверхность центрируемой линзы выбрана поверхность радиусом R/1 и с центром в точке O1 (Рис. 9, а).
Длина оправки L определяется формулой:
L = R/n-R/1 –B-P-d
Вариант 2.
За первую поверхность выбрана поверхность радиусом R//1 и с центром в точке О//1 (Рис. 9, а).
Тогда длина оправки L определяется:
L = R//n-R//1-B-P.
Пример 2. Отрицательный патрон.
Длина оправки определяется (Рис. 9, б)
L=Rn-R1-B-P-d.
1.5. Процесс центрирования
Трубку Забелина установили в пиноли задней бабки и с помощью двух винтов 9 (один из них на Рис. 10 не показан) наклоном трубки в двух взаимно перпендикулярных направлениях совмещают ось трубки с осью вращения шпинделя. Оправу с линзой устанавливают в центрировочном патроне
(Рис. 10, а) так, чтобы центр О1 кривизны ее поверхности ближайшей к трубке, находился в плоскости расположения центра О кривизны сферической части патрона 1 (эта плоскость перпендикулярна оси шпинделя). Если длина оправы не позволяет совместить О1 и О, то берут другой патрон или используют промежуточную оправку (расчет оправки смотри выше). Включают осветитель. Пучок лучей от источника света 10,
проецируется конденсором 11 и после отражения от зеркала 12 на плоскость зеркала 13, имеющего прозрачное отверстие (диафрагму) или крест. Объектив 14 проецирует лучи в точку на оптической оси трубки.