TWM461048U - 透鏡的偏心檢測器以及透鏡調心機 - Google Patents

透鏡的偏心檢測器以及透鏡調心機 Download PDF

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TWM461048U TW102204719U TW102204719U TWM461048U TW M461048 U TWM461048 U TW M461048U TW 102204719 U TW102204719 U TW 102204719U TW 102204719 U TW102204719 U TW 102204719U TW M461048 U TWM461048 U TW M461048U
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Yoshihiko Yamanaka
Toshitakashi Shimazu
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Nakamura Tome Precision Ind
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Description

透鏡的偏心檢測器以及透鏡調心機
本新型涉及透鏡的偏心檢測器以及具備該檢測器的透鏡調心機，所述透鏡的偏心檢測器用於檢測透鏡的光軸與載置該透鏡的支承台的軸心或旋轉中心之間的偏離。
透鏡在進行其正反面的球面加工後，以加工後的球面所決定的光軸為基準進行外周加工。以該光軸為基準進行透鏡的外周加工的裝置被稱為調心機。一般的調心機具備：保持架，其保持透鏡並進行旋轉；旋轉磨具，其朝向該保持架所保持的透鏡的外周而接近/遠離；以及NC裝置，其控制該旋轉磨具在所述接近/遠離方向的移動位置。NC裝置以保持架的軸心或旋轉中心為基準來設定旋轉磨具的位置，因此為了進行準確的外周加工，其前提是，所加工的透鏡需要使其光軸與保持架的旋轉中心準確地一致(定心)並進行保持。
作為保持架上的透鏡的定心方法，使用如下等方法：在利用具有正圓形邊緣的朝上和朝下的貝爾杯輕輕地上下夾持透鏡的狀態下驅動上下的貝爾杯同步旋轉的方法；以及使保持透鏡的保持架每次旋轉預定角度，用千分錶來測量各旋轉位置的透鏡球面的周邊部分的位置，計算 出透鏡光軸和保持架的軸心之間的偏心方向和偏心量，使偏心方向朝向外周磨削用的磨具，利用該磨具將透鏡推動與偏心量相當的距離。另外，本申請的申請人在日本特願2011-237377號公報中提出了新的定心方法。
透鏡調心機在像上述那樣將透鏡在保持架上定心後，一邊使保持架旋轉一邊利用磨具進行透鏡的外周磨削。為了防止透鏡在所述外周磨削中因加工反力等而在保持架上移動，利用負壓將透鏡牢固地吸附在保持架上來進行加工，或者利用上述的朝下的貝爾杯那樣的按壓部件夾持透鏡來進行加工。但是，由於存在損傷透鏡等危險，所以不能使夾持力太大，在加工中也存在透鏡在保持架上移動而產生偏心的情況。
在以往，無法在調心機上檢測出在這樣的外周加工中發生的透鏡的偏心，在之後的工序中測量透鏡的光軸是否與透鏡外周的中心一致，將發生了偏心的透鏡作為不合格品廢棄。
為了解決上述那樣的問題，本新型的課題是提供一種偏心檢測器以及具備這樣的檢測器的透鏡調心機，所述偏心檢測器能夠在調心機上高精度地檢測加工中或加工後的透鏡的光軸與支承該透鏡的保持架的軸心或旋轉中心之間的偏離。
本新型的技術方案1提供一種透鏡的偏心檢測器，所述透鏡的偏心檢測器具備：支承台，其用於將透鏡保持成使該透鏡的光軸與該支承台的旋轉中心一致；按壓 環，其升降自如地設置在所述支承台的上方，並在下降時將支承台上的透鏡夾持在該按壓環與該支承台之間；以及光學測量器，通過穿過所述按壓環的中心孔向支承台上的透鏡投射該支承台的旋轉中心軸線方向的投射光並接受其反射光，所述光學測量器檢測透鏡在該支承台上的傾斜度。
本新型的技術方案2提供一種技術方案1所述的透鏡的偏心檢測器，所述光學測量器的所述投射光在透鏡表面成為光點，所述反射光在二維受光面上成像，該成像位置對應反射光相對於投射的投射光的偏心方向以及偏心量。
本新型的技術方案3提供一種技術方案2所述的透鏡的偏心檢測器，所述透鏡的偏心檢測器具備：所述支承台，所述支承台被繞中心軸線旋轉驅動；和所述按壓環，所述按壓環以能夠繞所述中心軸線自如旋轉的方式設置於升降台。
本新型的技術方案4提供一種技術方案3所述的透鏡的偏心檢測器，所述支承台在利用支承台和按壓環夾持透鏡的狀態下旋轉，由此在光學測量器的受光面上描繪出圓軌跡，所述圓軌跡的中心和支承台停止時的受光點的位置對應透鏡的偏心方向，所述圓軌跡的半徑對應透鏡的偏心量。
本新型的技術方案5提供一種透鏡調心機，所述透鏡調心機具備：技術方案1、2、3或4所述的偏心檢測器；以及定心單元，所述定心單元用於使載置於支承台上的透鏡的光軸與支承台的中心或者旋轉中心一致。
本新型的技術方案6提供一種技術方案5所述的透鏡調心機，所述定心單元具備：推動體，其朝向支承台的旋轉中心推動透鏡；進給裝置，其使所述推動體朝向支承台的軸心移動；以及數控裝置，所述數控裝置具備相位控制單元和行程控制單元，所述相位控制單元根據所述光學測量器的測量值來使支承台向使透鏡的偏心方向朝向推動體的方向旋轉，所述行程控制單元根據光學測量器的測量值來使推動體朝向支承台中心進入。
根據本新型，不僅在加工前，而且即使在加工中以及加工後的任一時刻也能夠檢測出支承台1上的透鏡的偏心。而且，能夠在支承台1、透鏡L、以及按壓該透鏡的按壓環2旋轉的狀態下檢測出透鏡的偏心，因此，無需為了檢測而中止加工或者停止支承台1的旋轉，不會使加工效率降低。
若在加工中檢測出透鏡的偏心，則還能夠暫時停止加工並修正偏心再進行加工，若無法修正則能夠在加工中途廢棄透鏡。而且，若加工後的透鏡被檢測出偏心，則能夠在這個時候廢棄不合格透鏡，不需要進行後續工序中的偏心的測量。
此外，如圖示實施例那樣，通過使按壓環2為利用來自支承台1上的透鏡的摩擦力進行旋轉的品質小的自由旋轉體，從而不需要以往的貝爾杯方式中的上杯的同步驅動裝置，並且還能夠更準確地進行透鏡的按壓力的控制。
1‧‧‧支承台
2‧‧‧按壓環
3‧‧‧光學測量器(自動準直儀)
4‧‧‧推動體
5‧‧‧空氣壓供給裝置
6‧‧‧數控(NC)裝置
11‧‧‧主軸
12‧‧‧主軸馬達
13‧‧‧中空孔
14‧‧‧邊緣
21‧‧‧按壓環的中心孔
22‧‧‧軸承
23‧‧‧升降台
24‧‧‧氣缸
25‧‧‧主體
26‧‧‧氣缸導向件
27‧‧‧末端
28‧‧‧導軌
29‧‧‧鉗位器
30‧‧‧偏心檢測器
31‧‧‧投射光
32‧‧‧投光器
33‧‧‧反射光
34‧‧‧半透反射鏡
35‧‧‧受光元件
41‧‧‧移動台
42‧‧‧進給絲桿
43‧‧‧進給馬達
44‧‧‧壓電元件
45‧‧‧交流電源
46‧‧‧通斷開關
47‧‧‧旋轉磨具
48‧‧‧磨具台
51‧‧‧壓力設定器
52‧‧‧切換閥
53‧‧‧旋轉接頭
61‧‧‧相位控制單元
62‧‧‧行程控制單元
a‧‧‧主軸軸線
c‧‧‧圓軌跡
L‧‧‧透鏡
p‧‧‧圓軌跡的中心
s‧‧‧受光點
圖1為示出具備本新型的偏心檢測器的調心機的實施例的框圖。
圖2為示出圖1的調心機的偏心檢測器的主視圖。
圖3為放大地示出透鏡的偏心與反射光的偏斜的說明圖。
圖4為示出光學測量器的二維受光元件上的受光點的圖。
圖1為示出具備本新型的偏心檢測器的透鏡調心機的例子的示意性的主視圖。圖中的透鏡調心機具備：主軸11，其繞鉛直方向的軸線(主軸軸線)a旋轉驅動；朝上的杯狀的支承台1，其固定在所述主軸11的上端；按壓環2，其配置在所述支承台1的上方；以及旋轉磨具47，其對被支承台1和按壓環2夾持而保持的透鏡L的外周進行加工。按壓環2能夠自如升降且繞主軸軸線a自如旋轉。主軸11以及固定於其上端的支承台1由主軸馬達12驅動而旋轉。支承台1和按壓環2形成為保持架，所述保持架用於使透鏡L的光軸與主軸軸線a一致地保持透鏡L。
主軸11為中空軸，其中空孔13與支承台1的杯內連通。主軸的中空孔13的下端與用於使透鏡在支承台1上浮起的空氣壓供給裝置5連結。空氣壓供給裝置5具備壓力設定器51，通過了所述壓力設定器51的空氣經由切換閥52、旋轉接頭53以及主軸11的中空孔13而供給至支承台1內。
偏心檢測器30由上述結構的支承台1和按壓環2、以及光學測量器(實施例為自動準直儀)3構成，所述 自動準直儀3使主軸軸線方向的束狀的投射光31穿過按壓環2的中心孔而投射到支承台1上的透鏡L，並且穿過按壓環2的中心孔而接受該投射光的反射光33。
按壓環2的與透鏡L抵接的下表面為合成樹脂製成，按壓環2的上方的圓筒部嵌合固定於球軸承22的內圈進行安裝。球軸承22的外圈嵌合固定於在升降台23設置的以主軸軸線a為中心的上下方向的貫通孔。升降台23固定於升降氣缸24的主體25的頭端側。氣缸主體25以升降自如的方式被主軸軸線a方向的氣缸導向件26(圖2)引導，其桿部的末端27與偏心檢測器30的不動位置連結。即，通過將流體壓供給至升降氣缸24而使氣缸主體25升降，在下降後，以能夠自如旋轉的方式被升降台23支承的按壓環2將載置於支承台1上的透鏡L夾持在按壓環2與支承台1之間。
作為光學測量器的自動準直儀3以使其光軸與主軸軸線a位於同一軸線的方式配置在按壓環2的上方。自動準直儀3由鉗位器29把持，所述鉗位器29升降自如地設置於主軸軸線a方向的導軌28，自動準直儀3利用未圖示的升降裝置沿光軸方向進行移動定位，從而能夠調整焦點。
在圖1中示意性地示出了自動準直儀3的內部結構。自動準直儀3具備投光器32和二維受光元件35，所述投光器32將束狀的投射光31朝向支承台1上的透鏡L進行投射，來自透鏡L的反射光33被半透反射鏡34呈直角地反射後被所述二維受光元件35接受。從投光器32投 射出的投射光在透鏡L的表面成為光點(焦點)地進行照射，其反射光33在受光元件35的受光面上成像，其位置資訊作為電信號而輸出。按壓環2的中心孔21形成為用於使投射光31以及其反射光33通過的貫通孔。
當透鏡L的光軸與支承台1的軸心偏離(偏心)時，如圖3所示，透鏡傾斜。與支承台1的圓形的邊緣14抵接的透鏡下表面的曲率越大，該傾斜度越大，傾斜的方向根據是凸面還是凹面而相反。在透鏡的光軸中心，透鏡面與光軸呈直角，投射於此處的投射光沿入射方向反射。在透鏡偏心而傾斜時，反射光與入射光偏離，如圖4所示，受光元件35上的受光點s的位置發生偏離，借助于支承台1的旋轉，受光點s描繪出圓軌跡c。
所述圓軌跡的中心p為受光面上的與主軸軸線a對應的點。若以該中心點p為原點來測量受光點s的偏心方向以及偏心量(圓的半徑)e，則即使自動準直儀3的受光面的原點o與支承台1的旋轉中心偏離，也能夠測量出正確的偏心方向以及偏心量。在外周加工中、即支承台1的旋轉中，受光點s的偏心方向無法測量，但能夠測量偏心量e。因此，在外周加工中監視偏心量e，當偏心量e超過了設定於NC裝置的閾值(容許值)時，判定為發生了偏心，並停止主軸旋轉。並且，若偏心量e能夠修正，則測量偏心方向。
在圖1的裝置中設置有推動體4，該推動體4在支承台1上沿半徑方向推壓透鏡L來修正偏心。透鏡推動體4為合成樹脂製成，其隔著壓電元件44而搭載於移動 台41。移動台41經由未圖示的滾珠螺母與進給絲桿42連結，所述進給絲桿42通過由NC裝置6伺服控制的進給馬達43而旋轉驅動。
NC裝置6具備相位控制單元61和行程控制單元62，所述相位控制單元61根據自動準直儀3的檢測信號、和預先輸入的透鏡下表面是凹面還是凸面(偏心方向變為180度反向)的不同，檢測出透鏡L的光軸相對于支承台1的旋轉中心的偏心方向，並控制主軸馬達12的旋轉角以使該偏心方向成為朝向推動體4的方向，所述行程控制單元62根據自動準直儀3測量出的偏心量e的測量值來控制進給馬達43的旋轉角。
在壓電元件44連接有用於使其沿移動台41的移動方向振動的交流電源45。NC裝置6控制用於使壓電元件44振動的交流電源45的通斷開關46。
下面，對上述的調心機的動作進行說明。在按壓環2上升的狀態下將透鏡L搬入到支承台1上後，自動準直儀3將投射光31照射到該透鏡L上，其反射光被二維受光元件35接受。接下來緩慢旋轉主軸11，使受光點s在受光元件35上描繪出圓軌跡c，根據該圓的半徑測量出透鏡L相對于支承台1的旋轉中心的偏心量。接下來使主軸11停止，根據上述圓的中心p與支承台1停止時的受光點s的相對位置關係，檢測出偏心方向。
NC裝置6對主軸馬達12施加旋轉指令以使檢測出的偏心方向朝向推動體4。接下來NC裝置6對進給馬達43施加前進指令。當在該前進中從自動準直儀3收到受 光點s的移動開始信號時，判斷為推動體4與透鏡L的外周抵接，對行程控制單元62施加測量開始指令。在使推動體4從測量開始指令被施加時的推動體4的位置前進了已測量出的偏心量e的位置，行程控制單元62使進給馬達43停止。
在用推動體4推壓透鏡L時，根據需要而使交流電源45的開關46導通，由此能夠選擇振動進給。當透鏡L較重時，通過從空氣壓供給裝置5向支承台1供給空氣壓來降低透鏡L作用于支承台1的負荷，由此能夠降低透鏡L推動時的摩擦載荷而推動透鏡L。振動進給有效地防止透鏡L由於所謂的粘滑運動現象而越過其停止位置地進行移動。
在用推動體4推壓透鏡L時，存在在推動中透鏡L向偏離推動體4的前進方向的方向移動的情況，或者還存在透鏡由於慣性而移動了過多的距離的情況。因此，在推動動作結束後，通過自動準直儀3確認透鏡L的偏心，若進入到預定的誤差範圍(閾值)內則開始外周加工，當沒有進入到預定的誤差範圍內時，再次測量偏心方向和偏心量並重複上述的定心動作。
當像上述那樣，透鏡的定心結束後，使按壓環2下降而由支承台1和按壓環2來夾持透鏡L，利用主軸馬達12使主軸11旋轉從而使透鏡L旋轉。然後，使旋轉磨具47旋轉，通過利用未圖示的磨具進給馬達43使磨具台48前進來進行以透鏡L的光軸為基準的透鏡的外周加工，以使透鏡的外周形狀成為預定形狀。
在所述外周加工中，自動準直儀3將投射光31投射到透鏡L上，其反射光被二維受光元件35連續接收。當在加工中透鏡L產生偏心時，受光點s在受光元件35上開始描繪圓軌跡c，因此當該圓的半徑超過了記錄於NC裝置6的閾值時，使主軸11停止，根據所述圓的中心與支承台1停止時的受光點s的相對位置關係來檢測偏心方向。
若測量出的偏心量e為能夠修正的量，則NC裝置6使按壓環2上升，並使主軸馬達12旋轉以使檢測出的偏心方向朝向推動體4，在利用推動體4將透鏡L推動了檢測出的偏心量e的距離而進行了再定心後，使按壓環2下降並重新進行外周磨削加工。若偏心量為無法修正的量，則將該透鏡從調心機取出。
通過設置本新型的偏心檢測器30、和使載置於支承台1上的透鏡L的光軸與支承台1的旋轉中心一致的定心單元，能夠獲得這樣的透鏡調心機：其能夠在加工前、加工中以及加工後的任意的時刻檢測出支承台1上的透鏡L的光軸與支承台1的旋轉中心之間的偏離(偏倚)，並且，當在加工中產生偏心時能夠修正該偏心並繼續加工。
1‧‧‧支承台
2‧‧‧按壓環
3‧‧‧光學測量器(自動準直儀)
4‧‧‧推動體
5‧‧‧空氣壓供給裝置
6‧‧‧數控(NC)裝置
11‧‧‧主軸
12‧‧‧主軸馬達
13‧‧‧中空孔
21‧‧‧按壓環的中心孔
22‧‧‧軸承
23‧‧‧升降台
24‧‧‧氣缸
25‧‧‧主體
27‧‧‧末端
30‧‧‧偏心檢測器
31‧‧‧投射光
32‧‧‧投光器
33‧‧‧反射光
34‧‧‧半透反射鏡
35‧‧‧受光元件
41‧‧‧移動台
42‧‧‧進給絲桿
43‧‧‧進給馬達
44‧‧‧壓電元件
45‧‧‧交流電源
46‧‧‧通斷開關
47‧‧‧旋轉磨具
48‧‧‧磨具台
51‧‧‧壓力設定器
52‧‧‧切換閥
53‧‧‧旋轉接頭
61‧‧‧相位控制單元
62‧‧‧行程控制單元
a‧‧‧主軸軸線
L‧‧‧透鏡

Claims (6)

  1. 一種透鏡的偏心檢測器，其特徵在於，所述透鏡的偏心檢測器具備：支承台，其用於將透鏡保持成使該透鏡的光軸與該支承台的旋轉中心一致；按壓環，其升降自如地設置在所述支承台的上方，並在下降時將支承台上的透鏡夾持在該按壓環與該支承台之間；以及光學測量器，通過穿過所述按壓環的中心孔向支承台上的透鏡投射該支承台的旋轉中心軸線方向的投射光並接受其反射光，所述光學測量器檢測透鏡在該支承台上的傾斜度。
  2. 如請求項1所述的透鏡的偏心檢測器，其特徵在於，所述光學測量器的所述投射光在透鏡表面成為光點，所述反射光在二維受光面上成像，該成像位置對應反射光相對於投射的投射光的偏心方向以及偏心量。
  3. 如請求項2所述的透鏡的偏心檢測器，其特徵在於，所述透鏡的偏心檢測器具備：所述支承台，所述支承台被繞中心軸線旋轉驅動；和所述按壓環，所述按壓環以能夠繞所述中心軸線自如旋轉的方式設置於升降台。
  4. 如請求項3所述的透鏡的偏心檢測器，其特徵在於，所述支承台在利用支承台和按壓環夾持透鏡的狀態下旋轉，由此在光學測量器的受光面上描繪出圓軌跡，所述圓軌跡的中心和支承台停止時的受光點的位置對應透鏡的偏心方向，所述圓軌跡的半徑對應透鏡的偏心量。
  5. 一種透鏡調心機，其特徵在於，所述透鏡調心機具備：請求項1、2、3或4所述的偏心檢測器；以及定心單元，所述定心單元用於使載置於支承台上的透鏡的光軸與支承台的中心或者旋轉中心一致。
  6. 如請求項5所述的透鏡調心機，其特徵在於，所述定心單元具備：推動體，其朝向支承台的旋轉中心推動透鏡；進給裝置，其使所述推動體朝向支承台的軸心移動；以及數控裝置，所述數控裝置具備相位控制單元和行程控制單元，所述相位控制單元根據所述光學測量器的測量值來使支承台向使透鏡的偏心方向朝向推動體的方向旋轉，所述行程控制單元根據光學測量器的測量值來使推動體朝向支承台中心進入。
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