电视内调焦定心仪及其应用

　　引　言

　　目前在光学零件的磨边、胶合、检验以及装校中,经常碰到较长的曲率半径(R=500mm以上),以往的定心仪焦距较短、倍率较低,经常不能满足长曲率半径光学零件定心、测试和调整的精度要求。我们在内调焦望远镜的基础上,设计了一种新型的电视内调焦定心仪。

　　1　仪器的工作原理

　　1.1　光学系统原理

　　定心仪的光学系统如图1所示。灯泡5发出的光,经聚光反射镜6和聚光镜4照明球面反射镜分划板3,分划板的十字线经调焦镜2和固定组1成象于无穷远处。如果改变调焦镜的位置,那么分划板的象可以从+∞调到+441mm,从-∞调到-289mm(该尺寸指工作距离)。如果某一被检光学表面的球心正好处于同分划板象重合的位置时(平面则可以认为是半径为无穷大的球面),光线将被该镜面反射,反射光又经过内调焦系统后成象在球面分划板的表面上,该象再经过显微物镜7和转向反射镜8成象于CCD摄象机靶面(或目镜分划板)上,观察者通过监视器或目镜可看清这个象。如果被检光学表面的球心有一微小的变动量a,见图2 ,则反射象改变2a,这个量经定心仪系统放大后为δ,则球心的变化量为

式中γ—面倾角,(′);a—被检光学表面球心到基准轴的距离,(mm);R—被检光学表面球半径,(mm);β—定心仪的放大倍率;βi—内调焦系统放大倍率;βc—转象显微物镜放大倍率;f′0—内调焦系统出射平行光时的焦距,(mm);f′t—内调焦系统出射平行光时与转象显微物镜的组合焦距,(mm)。

　　为了适应不同精度的测量和不同场合下的使用,转象显微物镜可以更换,CCD摄象机与目镜之间也可以方便地更换。目镜可选用双向测微目镜、单向测微目镜或定中心目镜。测微目镜的精度为0.01mm,定中心目镜分划板格值为0.2mm。用CCD摄象机测量时,监视器屏幕上显示有电信号产生的测量分划线,分划线格值也是0.2mm。调焦指示系统见图1,13是调焦指示刻尺,刻尺与调焦镜联动,刻尺上分别刻有调焦镜不同位置时内调焦系统的倍率和工作距离。

　　为了满足盲区(-289mm~+441mm)内的定心测量,仪器配有七组可换附加物镜。此外,还配有带孔物镜和刻有十字丝的反射镜各一块,这两个附件用于仪器的自检和调整。

　　1.2　电气工作原理

　　电视内调焦定心仪电气部分是用电视方法产生测量分划线和井字线,并用井线来设置和显示被测件的公差带。它主要由CCD摄象机、分划线和井线产生器、监视器三部分组成。被检光学表面的反射象成在CCD摄象机靶面上并转换成电信号,和测量分划线及井线信号叠加起来,显示在监视器屏幕上。可以用分划线测量反射象的偏差量,也可以用井线设置公差范围。