1136

Центрировка линз. методы измерения децентричности

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Методы контроля децентричности. Контроль с помощью коллиматора и микроскопа. Схема контроля децентрировки линз в проходящем свете с помощью коллиматора и микроскопа. Контроль с помощью автоколлимационного микроскопа. Контроль деценрировки на автоколлимационном микроскопе А.А.Забелина.

Русский

2013-01-06

224.5 KB

99 чел.

Лабораторная работа №5

Центрировка линз. методы измерения децентричности

1. Цель работы

   1.1. Изучить основные виды отклонений формы линз.

1.2. Ознакомиться с требованиями к центрировке линз и методами измерения их децентричности.

1.3. Получить навыки практических измерений децентричности и других отклонений формы оптических деталей.

2. Теоретические сведения

    В простых линзах различают две основные оси: оптическую и геометрическую. Оптической осью называют линию, соединяющую центры кривизны сферической поверхности линзы. Геометрическая ось является осью симметрии боковой поверхности линзы. В правильно изготовленной линзе геометрическая и оптическая ось совпадают. Такие линзы называют центрированными (рис.1а,б). В децентрированной линзе оптическая и геометрическая оси не совпадают и могут занимать различное положение одна относительно другой ( рис.1в,г,д). Величину децентрировки линз оценивают как по углу  между осями линзы, так и по величинам , которые  определяют расстояние от оптической до геометрической оси в точках О, С1 и С2 (рис.1в,г,д,е). Точку О называют центром линзы или главной точкой линзы и определяют как точку пересечения геометрической оси с главной плоскостью линзы, полагая при этом, что передняя Н и задняя  главные плоскости совмещены друг с другом. Точки С1 и С2 являются центрами кривизны сферических поверхностей линзы.

    Контроль децентрировки линз осуществляют в проходящем или отраженном свете. В первом случае проверяют смещение главной точки, во втором – центров кривизны поверхностей линзы.

         Рассмотрим схемы установок для контроля децентрировки в проходящем свете. Децентрированную линзу можно представить как бы состоящей из правильно центрированной линзы и дополнительного клина, образованного сферическими поверхностями. Дополнительный клин меняет направление оптической оси правильно центрированной линзы, вносит хроматизм и кому, а при больших углах также и заметный астигматизм на оси.

     При исследовании линз на децентрировку определяют смещения главной точки или центров кривизны относительно геометрической оси. Связь между этими величинами можно определить, пользуясь элементарными геометрическими соотношениями, очевидными из рис.1в-е. В частном случае (рис.1е), когда геометрическая ось проходит через центр кривизны одной из сферических поверхностей линзы, получим

    

В знаменателе этой формулы знак «плюс» следует брать для двояковыпук-

лых и двояковогнутых линз, «минус» – для менисковых линз.


Рис. 1. К определению децентрировки линз: а,б – центрированные линзы; в, г, д,е – децентрированные линзы (в – взаимный наклон осей; г – параллельный сдвиг осей; д – пересечение осей в центре линзы; е – геометрическая ось проходит через центр кривизны одной поверхности линзы)

3. Методы контроля децентричности

3.1.Контроль с помощью коллиматора и микроскопа

     Изображение перекрестия пластинки 2 (рис.2), расположенной в фокальной плоскости объектива коллиматора 3 и освещенной источником света 1, образуется в фокальной плоскости контролируемой линзы 4. Его рассматривают в микроскоп 5-8. Линза 4 устанавливается на одну из сферических поверхностей, а боковой цилиндрической поверхностью поджимается к упору. Если при вращении линзы изображение перекрестия не смещается относительно какого-либо штриха сетки 7 микроскопа, то линза хорошо центрирована. При несовпадении главной точки с геометрической осью линзы изображение перекрестия в поле зрения микроскопа будет двигаться по кругу. Децентрировку главной точки определяют по формуле

,

где – число делений сетки микроскопа, укладывающееся в диаметре круга, по которому перемещается изображение;  – линейная цена деления сетки микроскопа;  – линейное увеличение объектива микроскопа.

   Для совмещения предметной плоскости микроскопа с фокусом контро-лируемой линзы микроскоп необходимо перемещать в вертикальной пло-скости.

       По этой схеме можно проверять в основном положительные линзы. Диапазон фокусных расстояний контролируемых линз зависит от величины возможного перемещения микроскопа и конструкции прибора.

Точность измерений определяется ценой деления сетки микроскопа и обычно составляет 0,005-0,01 мм.

3.2. Контроль с помощью зрительной трубы

    Изображение перекрестия пластинки 3 (рис.3), освещенной источником света 1 через конденсор 2, формируется объективом 4 в фокальной плоскости контролируемой линзы 5. Его рассматривают в зрительную трубу 6, установленную на бесконечность. Линза 5 располагается в центрирующем устройстве и может вращаться вокруг своей геометрической оси. Для совмещения изображения перекрестия с фокальной плоскостью линзы 5 объектив 4 перемещают вдоль оси по всему интервалу между пластинкой 3 и держателем линзы 5. Благодаря этому объектив 4 может изображать перекрестия во всех плоскостях пространства, начиная от плоскости, отстоящей вправо от пластинки на расстояние равное четырём фокусным расстояниям объектива 4 () до плоскости, расположенной на . Мнимое изображение можно получить влево от пластинки 3 от неё до . Если фокусное расстояние  линзы 5 попадает в интервал, начинающийся от пластинки и заканчивающийся вправо от неё на расстоянии, равном четырем фокусным расстояниям объектива 4, то можно передвинуть вдоль оси на небольшое расстояние весь узел прибора, состоящий из источника света 1, конденсора 2 и пластинки 3.

Рис. 3. Схема контроля децентрировки линз в проходящем свете

с помощью зрительной трубы

Таким образом, по этой схеме можно измерить децентрировку как положительных, так и отрицательных линз. Угловая цена деления сетки зрительной трубы в существующей конструкции прибора составляет для малого деления (0,0002 радиан), для большого деления (0,001 радиан).

    При вращении контролируемой линзы изображение перекрестия начинает описывать круг, угловой размер которого можно оценить по сетке зрительной трубы. Децентрировку определяют по формуле

где - угловой размер круга биения изображения; фокусное расстояние контролируемой линзы;  - число малых делений сетки зрительной трубы, укладывающихся в круге биения изображения.

   Важное значение имеет применение в контролирующих приборах специального держателя, состоящего из опорного кольца и системы рычагов 2 на двух шарнирах (рис.4). Такой держатель обеспечивает приведение геометрической оси контролируемой линзы 1 на одно и то же место по отношению к оси микроскопа при смене линз.

Рис.4. Специальный держатель линз для контроля децентрировки:

1- контролируемая линза; 2- система рычагов.

3.3. Контроль с помощью автоколлимационного микроскопа

Другим методом определения децентричности является измерения в отраженном свете с использованием автоколлимационного микроскопа. Здесь возможен контроль наружной поверхности с точностью в 2 раза большей, чем при коллимационных методах, а  базовая поверхность автоматически устанавливается на оси вращения. Остаточная клиновидность линзы измеряются по биению центра кривизны второй поверхности по величине, равной учетверённому значению децентричности и соответственно учитываемой в цене деления сетки микроскопа.

     Свет от источника 1 (рис.5) конденсором 2 направляется на перекрестие 3 и далее, отразившись от полупрозрачной призмы-куба 4, собирается сложным объективом 5-6 в центре кривизны контролируемой поверхности. Отраженные от контролируемой поверхности лучи образуют изображение перекрестия 3 в плоскости сетки 7. Сетку 7 и изображение перекрестия 3 рассматривают в окуляр 8. Смещение изображения перекрестия 3 относительно перекрестия сетки 7, которое получают при вращении линзы в упорном кольце, характеризует смещение центра кривизны верхней поверхности линзы относительно ее геометрической оси.

     Сложный объектив 5-6 состоит из объективов  постоянного 5 и переменного 6 увеличения, которое обеспечивается за счет изменения воздушного промежутка между линзами.

Рис.5. Схема контроля децентрировки линз в отраженном свете с

помощью автоколлимационного микроскопа

На данной установке можно контролировать линзы с радиусом +230 мм - и  - (-321) мм. Для перекрытия этих диапазонов применяется 8 сменных объективов с фокусными расстояниями: +40,7; +100,0; +116; +214; -49,4; -100, -150 и -257 мм, которые устанавливаются вместо объектива 6.

      Угловая децентрировка центра кривизны верхней поверхности

,

где - линейное увеличение объективов 5 и 6;  А - величина смещения изображения центра верхней поверхности линзы, выраженная в малых делениях сетки окуляра (цена деления 0,1 мм);  - радиус верхней поверхности линзы.

3.4. Контроль деценрировки на автоколлимационном

микроскопе А.А.Забелина

Этот микроскоп представляет собой универсальный автоколлимационный прибор (рис.6), который преимущественно применяется для контроля децентрировки линз. С помощью источника 10, конденсора 9 и зеркала 8 освещается перекрестие, процарапанное в алюминиевом слое зеркала 4. Объективы 5 и 6 проектируют это перекрестие в центр кривизны наружной поверхности контролируемой линзы 7. После отражения от нее лучи идут в обратном направлении, создавая изображение перекрестия в том же центре кривизны. Это изображение рассматривается с помощью объективов 5 и 6 и микроскопа 1-3.

Рис.6. Схема автоколлимационного контроля центрировки линз

прибором А.А.Забелина

    Прибор позволяет поверять центрировку линз с любыми  радиусами кривизны от . Перемещая объективы 5 и 6 или весь микроскоп, находят автоколлимационное изображение от верхней поверхности линзы 7, затем, вращая линзу в упорном кольце, замеряют величину биения изображения по сетке 2 микроскопа. Цена ее деления зависит от положения объектива 5 и 6, которое связано с величиной радиуса верхней поверхности линзы 7. В рассматриваемой конструкции цена одного деления сетки зависит от радиуса контролируемой линзы и изменяется в пределах 0,003-0,06 мм.

    На практике широко используется построенный по этому принципу центрировочный прибор СТ-41, описание которого приводится далее.

4. Практическая часть

4.1. В чертежах линз современных ОЭС допуск на центрировку задается как биение центра кривизны одной поверхности при базировке на вторую и диаметр.

        

    

На приведенном эскизе (рис.7) данный знак означает, что относительно поверхностей Б (R43,15) и диаметра В (54f9) центра кривизны поверхности А может иметь отклонение от удельного положения оптической оси линзы, проходящей через оба центра кривизны, не более чем на 0,03 мм.

     Контроль центрировки указанным способом заключается в определении диаметра биения центра кривизны наружной поверхности при установке на кольцо второй поверхностью и диаметром на призменный упор, что обеспечивает надежное базирование при вращении линзы. При этом центр кривизны базовой поверхности автоматически устанавливается на ось вращения, а измеряемой поверхности описывает окружность, величина которой тем боль-

ше, чем выше децентричность линзы. Чтобы измерить децентричность, надо настроиться на центр кривизны. Автоколлимационный микроскоп СТ-41 позволяет совместить точечное изображение своего источника с автоколлимационную точкой сферической поверхности, которая дает  отраженное от поверхности изображение  помещенного в нее источника в ту же плоскость, где она находится.

     Степень несовпадения – равна удвоенной величине децентричности, а вращение линзы позволяет еще в два раза увеличить ее значение.

     Если контролируется вогнутая поверхность, то автоколлимационная точка совпадает с центром ее кривизны, для выпуклой – необходим расчет ее удаления от поверхности. Положения автоколлимационных точек приводятся в КД на линзы и могут быть рассчитаны по описанию прибора СТ-41.

     Чтобы повысить точность измерения децентричности прибором СТ-41 на микроскопе выставляется различная цена деления и выбирается величина в 3-5 раз  меньшую допускового значения.

3.2. Лабораторный макет работы включает центрировочный прибор СТ-41, трансформаторы 220/8в для питания источников света, образцы линз, их чертежи и схемы расположения автоколлимационных точек.

5. Порядок выполнения работы

5.1. Изучить описание СТ-41 (прил.4).

5.2. Определить базировку линз, подлежащих измерению, выбрать и установить цену деления микроскопа.

5.3. Установить последовательно линзы на кольцо и отрегулировать упор относительно их диаметра.

5.4. Включить источник света СТ-41 и, наблюдая в окуляр вертикального микроскопа, поймать изображение светящейся автоколлимационной точки и измерить величину децентричности.

5.5. Переустановить  линзу на другую поверхность и измерить ее децентричность. Допускается выполнить измерения без переустановки, используя горизонтально расположенный микроскоп.

5.6. Перевести замеренные значения децентричности в угловую меру для каждой из поверхностей и определить зависит ли оценка децентричности от методики измерения.


6. Содержание отчета

6.1. Цель работы.

6.2. Требования к центрировке линз.

6.3. Методы контроля децентричности.

6.4. Результаты измерений и выводы по работе.

7. Контрольные вопросы

7.1. Что является признаками децентрировки линз?

7.2. Влияние децентричности на качество изображения.

7.3. Методы измерения децентричности.

7.4. Зачем в СТ-41 задействованы два микроскопа?

7.5. Чем объясняется повышенная точность автоколлимационного метода контроля центрировки?

Литература

1.   Справочник технолога-оптика. - Политехника, 2004.

2. Кривовяз, Л.М., Пуряев, Д.Т., Знаменская, М.А.- Практика оптической измерительной лаборатории. – Машиностроение, 1974.


С2

С1

О

а

С2

С1

О

б

EMBED Equation.3  

H’’’’`’`````

EMBED Equation.3  

О

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

С1

С2

д

EMBED Equation.3  

r2

EMBED Equation.3  

С1

С2

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

O

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

r1

е

H’’’’`’`````

О’’’’`’`````

EMBED Equation.3  

С1

С2

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

г

H’

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

О

С1

H’’’’`’`````

EMBED Equation.3  

С2

EMBED Equation.3  

в

6

7

8

5

4

3

2

Рис.2 Схема контроля децентрировки линз в проходящем свете с помощью коллиматора и микроскопа

1

1

2

3

4

5

6

2

1

2

4

7

8

5

6

EMBED Equation.3  

1

2

3

5

6

7

4

2

3

1

8

 R 0,03

БВ

БВ

Б

B

10 EMBED Equation.3  

3.6 EMBED Equation.3  

Rz0.05

0.8

13.1 EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

R0,03

БB

A

R43,15

R118,85

Rz0.05

0,8


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16220. Создание Help-файла 132 KB
  Лабораторная работа №8 Создание Helpфайла Цель работы: Изучить способы создания Helpов Постановка задачи: Разработать Helpфайл поддерживающий контекстнозависимую помощь для задачи вычисления определенного интеграла. Создать содержание и текст составленный не мене
16221. Разработка многопоточных приложений 402.5 KB
  Лабораторная работа №9 Разработка многопоточных приложений Цель работы: Изучить принципы организации параллельных вычислений в отдельных потоках Постановка задачи: Разработать приложение содержащее два потока. В первом потоке случайным образом формировать парам...
16222. Динамическое создание объектов на базе стандартных классов DELPHI 103 KB
  Лабораторная работа №11 Динамическое создание объектов на базе стандартных классов DELPHI Цель работы: Изучить принципы создания приложения без использования услуг инспектора объектов Постановка задачи: Разработать приложение реализующее вычисление определенного и...
16223. Динамическое создание объектов на базе стандартных классов DELPHI 128.5 KB
  Лабораторная работа №12 Динамическое создание объектов на базе стандартных классов DELPHI Цель работы: Изучить принципы создания COMсервера и COMприложения Постановка задачи: Разработать COMсервер реализующий три метода решения нелинейных уравнений. Разработать COMкл...
16224. Создание контроллеров автоматизации приложений Microsoft Office 129.5 KB
  Лабораторная работа №14 Создание контроллеров автоматизации приложений Microsoft Office Цель работы: Изучить принципы обмена данными между клиентом пользовательским приложением и сервером на примере приложения компании Microsoft Office Постановка задачи: Разработать кон...
16225. Имитационное моделирование и система GPSS 90.5 KB
  Методические указания к лабораторной работе по дисциплине Теоретические основы автоматизированного управления Лабораторная работа № 1 Имитационное моделирование и система GPSS Цель работы: Изучить метод имитационного моделирования систем массового обслужив...
16226. Исследование характеристик фрагмента коммуникационной системы АСУ 158.5 KB
  Методические указания к лабораторной работе по дисциплине Теоретические основы автоматизированного управления Лабораторная работа № 2 Исследование характеристик фрагмента коммуникационной системы АСУ Цель работы: Приобрести навыки анализа одно и многокан
16227. Оценка оперативности решения задач на ЭВМ в условиях отказов 108 KB
  Методические указания к лабораторной работе по дисциплине Теоретические основы автоматизированного управления Лабораторная работа № 3 Оценка оперативности решения задач на ЭВМ в условиях отказов Цель работы: Приобрести навыки анализа СМО допускающих прерыв...
16228. Оценка производительности многопроцессорного вычислительного комплекса 61.5 KB
  Методические указания к лабораторной работе по дисциплине Теоретические основы автоматизированного управления Лабораторная работа № 4 Оценка производительности многопроцессорного вычислительного комплекса Цель работы: Приобрести навыки анализа сетей мас...