DD275327A1

DD275327A1 - ARRANGEMENT FOR ADJUSTING FASTENED OPTICAL COMPONENTS TO A REFERENCE AXIS

Info

Publication number: DD275327A1
Application number: DD88319439A
Authority: DD
Inventors: Andreas Fischer; Reiner Hofmann; Ulrich Wenger; Fritz Lippold; Ingrid Crasser
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1990-01-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Justierung gefasster optischer Bauelemente zu einer Bezugsachse, vorwiegend zur Justierung linsenfoermiger optischer Bauelemente oder Baugruppen zu einer Geraeteachse. Unter Verwendung eines auf die optischen Funktionsflaechen gerichteten Reflexbildgeraetes werden erfindungsgemaess alle Kruemmungsmittelpunkte der auf geschlitzten Rohrsegmenten aufgenommenen gefassten optischen Baugruppe bei Rotation des Gesamtsystems erfasst. Durch die Kopplung des Reflexbildgeraetes mit einem Rechnersystem wird eine optische Schwerachse bestimmt, die bedingt, dass durch die als Federgelenk ausgebildeten Justiermechanismen in Verbindung mit vorgespannten Uebertragungselementen azimutal positioniert wird, sowie in einem fiktiven Kipplager gekippt werden kann. Die Justierung erfolgt spielfrei und ist weiterhin frei von stick-slip-Effekten. Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist der optische Praezisionsgeraetebau, insbesondere bei der Herstellung von Objektiven. FigurThe invention relates to an arrangement for adjusting beveled optical components to a reference axis, mainly for adjusting linsenfoermiger optical components or assemblies to a device axis. Using a reflective image device directed onto the optical functional surfaces, according to the invention, all the center points of curvature of the captured optical subassembly received on slotted tube segments are detected during rotation of the overall system. By coupling the reflective image device with a computer system, an optical axis of gravity is determined which requires that azimuthally be positioned by the adjusting mechanisms designed as a spring joint in connection with prestressed transmission elements, as well as tilted in a fictitious tilting bearing. The adjustment is free of play and is still free from stick-slip effects. The main field of application of the invention is the optical precision equipment construction, in particular in the production of lenses. figure

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Justierung gefaßter optischer Bauelemente zu einer Bezugsachse, vorwiegend zur Justierung linsenförmiger optischer Bauelemente oder Baugruppen zu einer Geräteachse. Sie kann darüber hinaus auch zur Justierung der optischen zur mechanischen Fassungsachse noch zu fassender optischer Bauelemente eingesetzt werden. Hauptanwendungsgebiet ist der optische Präzisionsgerätebau, insbesondere bei der Herstellung von Objektiven.The invention relates to an arrangement for adjustment of composited optical components to a reference axis, mainly for the adjustment of lens-shaped optical components or assemblies to a device axis. In addition, it can also be used for adjusting the optical to the mechanical socket axis still to be taken optical components. The main field of application is precision optical instrument manufacturing, especially in the production of lenses.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Bekannt sind Anordnungen zur Justierung und Lagefixierung optischer Elemente, bei denen die Optionen Elemente mittels mechanischer oder chemischer Mittel lagefixiert werden, wie in DD-WP 80998 und DD-WP 206591.Arrangements are known for the adjustment and position fixation of optical elements, in which the options elements are fixed in position by means of mechanical or chemical means, as in DD-WP 80998 and DD-WP 206591.

Zur Realisierung der Übereinstimmung zwischen der optischen und der mechanischen Bezugsachse erfolgt eine Justierung über einen Bewegungsmechanismus, dessen Basis ein Kugelfutter bildet, mit sich anschließender spanenden Feinbearbeitung der mechanischen Funktionsfläche, zwecks Ausrichtung derselben zur optischen Achse. Die in DD-WP 0154046 offenbarte, auf DD-WP 08998 basierende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zentrierung von in Ringen gefaßten optischen Gliedern mit dem Ziel, der Einsparung von einer Vielzahl von Vorrichtungen und der dabei auftretenden Umrüstarbeiten. Damit wird der Anwendungsbereich der Vorrichtung gemäß DD-WP 80998 bezüglich unterschiedlicher Flächenradien der optischen Glieder wesentlich erweitert. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Vorrichtung zwei auf der Achse der Arbeitsspindel angeordnete Kugelkalotten enthält, die mit einem Mittelstück an zwei sphärischen Gleitflächen befestigt sind, und daß beide Kugelkalotten feststellbar um den jeweiligen Kugelkalottenmittelpunkt kippbar gelagert sind.To achieve the correspondence between the optical and the mechanical reference axis an adjustment via a moving mechanism, the base of which forms a spherical chuck, followed by machining fine machining of the mechanical functional surface, in order to align the same to the optical axis. The DD-WP 08998-based invention disclosed in DD-WP 0154046 relates to a device for centering ring-shaped optical members with the aim of saving a variety of devices and the retrofitting work involved. Thus, the scope of the device according to DD-WP 80998 is significantly extended with respect to different surface radii of the optical elements. This object is achieved in that the device comprises two arranged on the axis of the work spindle spherical caps, which are fastened with a central piece on two spherical sliding surfaces, and that both spherical caps are detectably mounted tiltable about the respective Kugelkalottenmittelpunkt.

Zur Justierung von Linsen mit beliebigen Flächenradien sind nach DD-WP 224910 Vorrichtungen bekannt, bei denen für jeden Radius eine entsprechende Schwenkkalotte der Justiervorrichtung verwendet wird.For adjustment of lenses with any surface radii according to DD-WP 224910 devices are known in which a corresponding pivoting calotte of the adjusting device is used for each radius.

In'US-PS 109217 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zentrieren optischer Elemente angegeben, wobei eine genai:e laterale und axiale Lagefixierung optischer Bauteile ermöglicht wird. Dabei erfolgt die Justierung mehrerer optischer Elemente zueinander durch Variation von drei Abstandsbolzen, deren Länge justierbar ist. Ein analoges Justierprinzip beinhaltet die DD-WP 2476180.In'US-PS 109217 an apparatus and a method for centering optical elements is specified, whereby a genai: e lateral and axial positional fixation of optical components is made possible. In this case, the adjustment of several optical elements to each other by variation of three spacers, whose length is adjustable. An analogue adjustment principle includes DD-WP 2476180.

Eine weitere Vorrichtung zur Justierung von Linsen oder Linsengruppen mit beliebigen Flächenradion ist in DD-WP 210766 veröffentlicht. Der Aufbau der Vorrichtung verwirklicht in Anlehnung an eine kardanische Aufhängung die Bewegung einer Kugelkalotte mit definierten Radien. Alle bekannten Anordnungen, Vorrichtungen und Verfahren zur Justierung optischer Bauelemente basieren auf c*am Kalottenprinzip und weisen den Nachteil auf, daß entweder nur eine begrenzte Genauigkeit erzielt wird, wobei die Ursachen in auftretenden Stick-Slip-Effekten begründet liegen oder der Aufwand bezüglich des Justiervorganges, infolge der Einstellnotwendigkeit der Mittelpunktsbedingung, und des Umrüstens der Vorrichtung auf maßlich voneinander abweichende optische Baugruppen sehr hoch ist.Another device for adjusting lenses or lens groups with arbitrary Flächenradion is published in DD-WP 210766. The construction of the device realizes, based on a gimbal suspension, the movement of a spherical cap with defined radii. All known arrangements, devices and methods for adjustment of optical components are based on C * on the dome principle and have the disadvantage that either only a limited accuracy is achieved, the causes are due to occurring stick-slip effects or the effort in terms of adjustment , due to the need for adjustment of the center point condition, and the retrofitting of the device to dimensionally divergent optical assemblies is very high.

Sämtlichen Justiermechanismen haftet der Nachteil der Reibung der Formflächen zweier Bewegungsglieder an, der Grundlage für die die Reproduzierbarkeit der Stellbewegung nachteilig beeinflussenden Stick-Slip-Effekte ist. Sowohl dem Kugelfutter, als auc'i dem nach kardanischen Prinzip wirkenden Stellmechanismus ist eine erhebliche Masseanhäufung eigen, die den prinzipiell-fertigungstechnischen Aufwand an peripheren Einrichtungen (S pindel) unnötig . steigert. Die Stellbewegung erfolgt bei bekannten automatisierten Verfahren bei Rotation.All adjustment mechanisms adhere to the disadvantage of the friction of the molding surfaces of two movement members, which is the basis for the reproducibility of the adjusting movement adversely affecting stick-slip effects. Both the pellet chuck, as well as the actuating mechanism acting according to the cardanic principle, possess a considerable accumulation of mass which eliminates the basic manufacturing-technical expenditure on peripheral devices (spindle). increases. The adjusting movement takes place in known automated methods during rotation.

Die Justierung der Achsen zueinander erfolgt in allen Lösungen nach dem selben Grundprinzip speziell ausgewählter Krümmungsmittelpunkte. Die Genauigkeit der Justierung steht damit in indirekt-proportional-funktionellem Zusammenhang mit der Mehrfachgliedrigkeit der optischen Baugruppen. In engem Zusammenhang damit ist eine aufwendigere Justierhirarchie begründet in erwähnter funktioneller Abhängigkeit und einem Mehranteil an Stellbewegungen zu sehen.The adjustment of the axes to each other takes place in all solutions according to the same basic principle of specially selected centers of curvature. The accuracy of the adjustment is therefore in an indirect-proportional-functional relationship with the multiple-unit nature of the optical assemblies. Closely related to this is a more elaborate Justierhirarchie justified in mentioned functional dependence and an increase in positioning movements to see.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, mit anordnungstechnisch einfachen Mitteln die Genauigkeit der Justierung von optischen Bauelementen oder Baugruppen zu einer Bezugsachse zu erhöhen, dabei den zeitlichen Aufwand bei der Justierung, sowie beim Umrüsten zu reduzieren und die Einsatzmöglichkeiten einer Anordnung wesentlich zu erweitern.The aim of the invention is to increase with arrangement technically simple means the accuracy of the adjustment of optical components or assemblies to a reference axis, thereby reducing the time required for the adjustment, as well as during conversion and to expand the application possibilities of an arrangement significantly.

Darlegung dos Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Justierung gefaßter optischer Bauelemente zu einer Bezugsachse, vorwiegend linsenförmiger optischer Bauelemente oder Saugruppen zu entwickeln, die eine reproduzierbare spielfreie Justierung optischer Bauelemente mit beliebigen Flächenradien unter Vermeidung von Stick-Slip-Effekten ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anordnung, bestehend aus einem im Gehäuse schwenkbaren, radial und axiol verschiebbaren, sowie drehbar gelagerten Justiermechanismus, einem auf die optischen Funktionsflächen gerichteten Reflexbildgerät, sowie aus im Gehäuse eingebrachten, auf den Justiermechanismus wirkenden Stellmechanismen, dadurch gelöst, daß der Justiermechanismus aus zwei übereinander a !geordneten, geschlitzten Rohrsegmenten besteht, das Reflexbildgerät über eine, die Krümmungsmittelpunkte aller optischen Funktionsflächen modulierenden optoelektronischen Schaltung bei Rotation der aufgenommenen Baugruppe mit einem eine optische Schwerachse bestimmbaren Rechner- und Steuersystem in Verbindung steht, die Rohrsegmente im Durchstoßpunkt der aus der Relativlage der Krummungsmittelpunkte definierten Schwerachse Durchbrüche mit darin eingelagerten Formelementen aufweisen und die Formelemente über im Gehäuse ambulant eingebrachte, mit dem Rechner- und Steuersy .em über Schrittmotoren gekoppelte vorgespannte Übertragungselemente in der Ebene des Durchstoßpunktes der Schwerachse zu den Deckflächen der Rohrsegmente unter Ausbildung einer fiktiven Kippachse azimutal positionier- und kippbar sind.The invention has for its object to develop an arrangement for adjusting composited optical components to a reference axis, predominantly lenticular optical components or suction groups, which allows a reproducible backlash adjustment of optical components with arbitrary surface radii while avoiding stick-slip effects. According to the invention, this object is achieved by an arrangement consisting of a pivotable in the housing, radially and axiol displaceable, and rotatably mounted adjustment mechanism, directed onto the optical functional surfaces reflex imaging device, and introduced from the housing, acting on the adjusting mechanisms adjusting mechanisms, that the Adjusting mechanism consists of two superimposed, slotted tube segments, the reflective imager is connected via a, the centers of curvature of all optical functional surfaces modulating optoelectronic circuit upon rotation of the recorded assembly with an optical axis determinable computer and control system in conjunction, the pipe segments in the puncture point of the relative position of the Krummungsmittelpunkte defined axis of weakness have openings with embedded therein form elements and the mold elements on in the housing introduced, with the computer and control sy .em via stepper motors coupled biased transmission elements in the plane of the puncture point of the heavy axis to the top surfaces of the pipe segments to form a fictitious tilt axis are azimuthally positioned and tilted.

Bedingt durch die erfindungsgemäßen ano:dnungstechnischen Merkmale wird ein zweigeteilter Justierprozeß, der einmal die Messung der Relativlage der Krümmungsmittelpunkte aller optischen Funktionsflächen sowie Errechnung einer Schwerachse bei Rotation des Gesamtaufbaues und zum anderen durch die Stellbewegung im statischen Zustand charakterisiert ist, realisiert. Das erfolgt dadurch, daß die in den Durchbrüchen der als Federgelenk wirkenden Rohrsegmente in einem definierten Azimut positionierten Formelemente im DurchstoUpunkt einer verlängerten, aus den Relativlagen aller vorhandenen Krümmungsmittelpunkte berechneten und somit gegenüber konventionellen Anordnungen genaueren optischen Schwerachse ein fiktives Kipplager realisieren. Nach der Messung der Relativlagen der Krümmungsmittelpunkte und der anschließenden Kippung der aus den ermittelten Werten über das Rechner- und Steuersystem errechneten Schwerachse wird eine Fluchtung der Schwerachse in der Stellebene eines Federgelenkes erreicht.Due to the ano-technical features according to the invention a two-part adjustment process, which is once the measurement of the relative position of the centers of curvature of all optical functional surfaces and calculation of a gravity axis during rotation of the overall structure and on the other characterized by the adjusting movement in the static state realized. This is done by realizing in the openings of acting as a spring joint tube segments in a defined azimuth positioned form elements in DurchstuUpunkt a prolonged calculated from the relative positions of all existing centers of curvature and thus more accurate compared to conventional arrangements optical axis of gravity a fictitious tilting bearing. After measuring the relative positions of the centers of curvature and the subsequent tilting of the calculated from the determined values on the computer and control system axis of gravity alignment of the gravity axis is achieved in the plane of a spring joint.

Bedingt durch die Gestaltung des Federgelenkes lassen sich eindeutig zugeordnete, stick-slip-freie Justierbewegungen durchführen, d. h. es wird eine Korrelation zwischen Dezentrierung und Justierbewegung bei Einsparung der zur Herstellung einer Mittelpunktsbedingung notwendigen Arbeitsgänge realisiert.Due to the design of the spring joint clearly assigned, stick-slip-free adjustment movements can be performed, d. H. A correlation between decentration and adjustment movement is achieved while saving the operations necessary for producing a center point condition.

Bedingt dadurch, daß gegenüber konventionellen Anordnungen Folgefehler beim Justiervorgang vermieden werden und eine Mittelpunktbedingung nicht erforderlich ist, wie die Rüstzeit der Anordnung wesentlich realisiert. Weiterhin bewirkt die konstruktiv-funktionstechnische Gestaltung der Anordnung eine außerordentliche Massereduzierung, welche für eine Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten peripherer, genauigkeitssteigender Einrichtungen, wie beispielsweise von Luftspindeln, not>vendig ist.Due to the fact that compared to conventional arrangements subsequent errors in the adjustment process can be avoided and a mid-point condition is not required as the set-up time of the arrangement substantially realized. Furthermore, the constructional-functional design of the arrangement causes an extraordinary mass reduction, which is necessary for an expansion of the application possibilities of peripheral, accuracy-increasing devices, such as, for example, air spindles.

Ausführungsbeispielembodiment

In einem nachstehenden Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Anordnung näher erläutert werden. Die dazugehörende Figur zeigt eine auf einem ersten, geschlitzten Rohrsegment 1 montieite Fassungsaufnahme 2 sowie ein auf der Fassungsaufnahme 2 fixierten Kittglied in Form einer linsenförmigen optischen Baugruppe 3. Das Rohrsegment 1 ist auf einem gleichgestaltigen, um 90° versetzt angeordneten, Rohrsegment 4 fixiert. Der so entstandene Justiermechanismus befindet sich auf einem Federgelenk 5, welches in einer von einem pneumatischen Schrittmotor 7 angetriebenen Luftspindel 6 zur Spindelachse justierbar ist. Der Schrittmotor 7 wird dabei vo ι einer pneumatischen Steuereinheit 8, bestehend aus den Serve ventilen 9 a und 9b, angesteuert. Die Justierung erfolgl als einmalige Grundjustierung mittels eines Schrittmotors 10. Über diesem Aufbau befindet sich ein Reflexbildgerät 11, weluhes über eine optoelektronische Schaltung 12 mit einem Rechnerund Steuersystem 13 verbunden ist. Das Rechner- und Steuersystem 13 übernimmt die Berechnung der erforderlichen Parameter und eine anschließende Steuerung eines Schrittmotors 14 für die Bewegung des Fedcrgelenkes 5, eines Schrittmotors 15 für die Kippung des Rohrsegmentes 4 mittels ambulanter Übertragungselemente 16 sowie die Steuerung eines Topfmagnetes 17 zur azimutalen Positionierung der Federelemente 18. Analog dazu erfolgt die Steuerung am Rohrsegment 1 über einen Schrittmotor 19, einem Übertragungselement 20 und Formelemente 21. Der Mechanismus zur azimutalen Positionierung der Formelemente 21 ist in der Figur nicht dargestellt.In an embodiment below, the arrangement according to the invention will be explained in more detail. The associated figure shows a mounted on a first, slotted tube segment 1 Fassiefaufnahme 2 and fixed on the socket holder 2 cemented component in the form of a lenticular optical assembly 3. The tube segment 1 is fixed on a gleichgestaltigen, offset by 90 °, tube segment 4. The resulting adjustment mechanism is located on a spring joint 5, which is adjustable in a driven by a pneumatic stepping motor 7 air spindle 6 to the spindle axis. The stepping motor 7 is thereby vo ι a pneumatic control unit 8, consisting of the servo valves 9 a and 9 b, driven. The adjustment success as a single basic adjustment by means of a stepping motor 10. About this structure is a reflective imager 11, weluhes is connected via an optoelectronic circuit 12 to a computer and control system 13. The computer and control system 13 takes over the calculation of the required parameters and a subsequent control of a stepping motor 14 for the movement of Fedcrgelenkes 5, a stepping motor 15 for the tilting of the pipe segment 4 by means of ambulatory transmission elements 16 and the control of a pot magnet 17 for azimuthal positioning of the spring elements 18. Analogously, the control is carried out on the pipe segment 1 via a stepper motor 19, a transmission element 20 and mold elements 21. The mechanism for the azimuthal positioning of the mold elements 21 is not shown in the figure.

Das auf die optischen Funktionsflächen 3 a, 3 b und 3c gerichtete Reflexbildgerät 11 liefert bei Rotation Signale über die Relativlagen der einzelnen Krümmungsmittelpunkte. Mit Hilfe der optoelektronischen Schaltung 12 werden diese Signale an das Rechner-und Steuersystem 13, in welchem die Lage der optischen „Schwerachse" im Raum berechnet wird, weitergegeben. Daraus ergeben sich Justierbeträge für die einzelnen, in den übereinanderliegenden Ebenen angeordnete Justiermechanismen. Je nach Lage oer optischen Schwerachse ergibt sich ein Durchstoßpunkt der verlängerten Schwerachse durch die Ebene des Rohrsegmentes 4, wobei die Sekante durch diesen Punkt den Ort der azimutal mittels des Schrittmotors 7 zu positionierenden .Formelemente 18 angibt. Somit entsteht ein fiktives Kipplager, welches durch die schrittmotorgetriebenen Stellelemente betätigbar ist.The directed to the optical functional surfaces 3 a, 3 b and 3 c reflex imaging device 11 provides upon rotation signals about the relative positions of the individual centers of curvature. With the aid of the optoelectronic circuit 12, these signals are forwarded to the computer and control system 13, in which the position of the optical "heavy axis" in space is calculated, resulting in adjustment amounts for the individual adjustment mechanisms arranged in the superimposed planes Position oer optical axis of gravity results in a puncture point of the extended axis of gravity through the plane of the tube segment 4, the secant indicates by this point the location of the azimuthal by means of the stepping motor 7 to be positioned .Formelemente 18. Thus creates a fictitious tilting bearing, which by the stepper motor driven actuators is operable.

In Analogie erfolgt die Betätigung des zweiten, in der darüberliegenden Ebene angeordneten, gleichgestalteten Justiermechanismus. Im Ergebnis der Stellbewegung beider Justiermechanismen befindet sich die Schwerachse in der Funktionsebene des Federgelenkes 5, fluchtend zu dessen Drehpunkt 22. Über den Schrittmotor 14 orfolgt die Betätigung des Federgelenkes 5, dessen Bewegungscharakteristik eine eindeutig zugeordnete Justierbewegung und damit eine Korrelation zwischen Dezentrierung und Justierung zuläßt. Die Justierbewegungen erfolgen im statischen Zustand.By analogy, the operation of the second, arranged in the overlying level, the same adjustment mechanism is carried out. As a result of the adjusting movement of the two adjusting mechanisms, the gravity axis is in the functional plane of the spring joint 5, aligned with its pivot point 22. About the stepping motor 14, the operation of the spring joint 5, the motion characteristic allows a clearly associated adjustment movement and thus a correlation between decentration and adjustment. The adjustment movements take place in the static state.

Claims

Arrangement for adjusting captured optical components to a reference axis, vorwiegerd lenticular optical components or assemblies, consisting of a pivotable in a housing, radially and azimuthally displaceable and rotatably mounted adjustment mechanism, directed onto the optical functional surfaces reflective imaging device and introduced from the housing, on the adjustment mechanism acting adjusting mechanism, characterized in that the adjusting mechanism consists of two superposed, slotted tube segments (1,4), the Rsflexbildgerät (11) via the centers of curvature of all optical functional surfaces (3a, 3b, 3c) modulating optoelectronic circuit (12) upon rotation of the received optical assembly (3) with an optical axis determinable computer and control system (13) is in communication, the pipe segments (1,4) acting as a spring joint Durchstolipunkt from the relative position of the centers of curvature defined gravity axis, Durchbriiohe with incorporated therein mold elements (18, 21) and the mold elements (18,21) introduced in the housing, with the control and computer system (13) via stepper motors (15,19) biased transmission elements (16, 20) in the plane of the puncture point of the heavy axis to the top surfaces of the pipe segments (1,4) azimuthally positionable and tiltable to form a fictitious tilt axis.

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