[發明專利]一種變焦凸輪曲線的優化設計方法

無效

• 申請號: 201210352387.8
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102831284A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 王曦;申志芳;李杰;張永奇;王松偉;劉金濤;張龍
• 申請（專利權）人: 河南平原光電有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種變焦凸輪曲線的優化設計方法，屬于精密光學儀器技術領域。

背景技術

凸輪作為變焦距系統的重要組成部分，如何快速簡單地設計和優化凸輪曲線具有重要的現實意義。在實際應用中，設計并加工出來的變焦距系統存在光軸跳動較大等問題，如一些測量儀器中使用的變焦距系統光軸跳動過大會嚴重影響儀器測量的精度，因此需要最大可能地減小光軸跳動量。引起光軸跳動除了加工凸輪曲線過程中存在加工誤差等因素外，還有就是凸輪曲線不夠平滑，在某一點的曲率突然增大，引起變焦鏡頭運動中出現較大跳動，從而引起光軸的較大變化。目前加工凸輪曲線大多采用數控機床，加工誤差影響的概率大大減小，因此，凸輪曲線的優化設計就對減小光軸跳動量具有重要意義。

凸輪曲線優化設計應該分成兩個步驟，首先應按照常規把變焦組的運動曲線設計成直線軌跡，根據補償原理求出補償組的運動曲線。對于一般小變焦比的系統應該就可以滿足使用要求，但對于大變焦比系統或者選取變焦組像面位移曲線或補償原理不合適的系統，可能出現補償組運動曲線過陡現象，引起變焦鏡頭運動中出現較大跳動，從而引起光軸的較大變化，甚至在運行過程中出現運動困難或卡滯甚至卡死的現象。

發明內容

針對現有技術存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種變焦凸輪曲線的優化設計方法，該方法能快速設計和優化出曲線，節約了時間和成本，并對減小光軸跳動量具有重要意義。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

1、一種變焦凸輪曲線的優化設計方法，包括以下步驟：

1）、根據高斯光學原理，使用CODE?V或者ZEMAX光學設計軟件，完成變焦系統的初步光學設計，初步確定前固定組、變倍組、補償組和后固定組的主面位置；

2）、通過CODE?V的zoom?cam?design命令或者ZEMAX的宏編輯器，導出變焦中間點，將系統生成的數據通過EXCEL生成變焦凸輪曲線，檢查是否有拐點存在；

3）、通過各組分的原主面位置和之前的高斯計算，重新確定各組份的間隔，計算各組份的新主面位置，進一步確定原固定組和變倍組之間的間隔d12、變倍組和補償組之間的間隔d23、以及補償組和新固定組之間的間隔d34的實際值；將計算好的d12、?d23、和d34輸入到設計軟件中替換原來的值，替換過的系統相差無較大改變，拐點可得以消除；如果替換過后，系統的相差無法滿足要求，鎖定d12和d23，優化d34，這樣就可以完成拐點的消除；

4）、通過CODE?V的zoom?cam?design命令或者ZEMAX的宏編輯器，以d23作為變量，且以d23作線性變化，導出d12和d34的數據，然后將生成的d12和d34的數據通過EXCEL生成變焦凸輪曲線，生成的曲線平滑，升角小，即完成凸輪曲線的優化設計。

進一步，所述的步驟2）中導出的變焦中間點的個數為100-200個。

進一步，所述的步驟4）中，若曲線升角﹥45℃時，可拉長橫軸使數值變化放緩，減小升角。

根據機械設計要求，凸輪曲線的每個點的壓力角????????????????????????????????????????????????都必須滿足凸輪的需用壓力角，這樣才能夠保證凸輪在變焦過程中運動平滑，阻力小，不會出現卡死現象。一般凸輪的需用壓力角必須滿足。需用壓力角計算公式為：

??????????????????????????（1）

式中：－需用壓力角；

?????—凸輪升角；

???????—在角處曲線的變化率；

???????—圓柱半徑。

本發明較現有技術相比，具有以下優點及有益效果：

該發明拋棄了以往凸輪曲線變倍組做線性變換，補償組做非線性變換的凸輪設計方法，采用特殊計算，使得兩組運動組都做非線性變化，解決了傳統凸輪曲線的升角難以控制的問題。且避免了凸輪運動困難或卡滯甚至卡死的現象，并對減小光軸跳動量具有重要意義。

附圖說明

圖1是變焦系統數據檢驗示意圖。

圖2是普通凸輪曲線示意圖。

圖3是優化后凸輪曲線示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

1、一種變焦凸輪曲線的優化設計方法，包括以下步驟：