专利名称：一种变焦凸轮曲线的优化设计方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦凸轮曲线的优化设计方法，属于精密光学仪器技术领域。
背景技术：
凸轮作为变焦距系统的重要组成部分，如何快速简单地设计和优化凸轮曲线具有重要的现实意义。在实际应用中，设计并加工出来的变焦距系统存在光轴跳动较大等问题，如一些测量仪器中使用的变焦距系统光轴跳动过大会严重影响仪器测量的精度，因此需要最大可能地减小光轴跳动量。引起光轴跳动除了加工凸轮曲线过程中存在加工误差等因素夕卜，还有就是凸轮曲线不够平滑，在某一点的曲率突然増大，引起变焦镜头运动中出现较大跳动，从而引起光轴的较大变化。目前加工凸轮曲线大多采用数控机床，加工误差影响的概率大大减小，因此，凸轮曲线的优化设计就对减小光轴跳动量具有重要意义。凸轮曲线优化设计应该分成两个步骤，首先应按照常规把变焦组的运动曲线设计 成直线轨迹，根据补偿原理求出补偿组的运动曲线。对于一般小变焦比的系统应该就可以满足使用要求，但对于大变焦比系统或者选取变焦组像面位移曲线或补偿原理不合适的系统，可能出现补偿组运动曲线过陡现象，引起变焦镜头运动中出现较大跳动，从而引起光轴的较大变化，甚至在运行过程中出现运动困难或卡滞甚至卡死的现象。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种变焦凸轮曲线的优化设计方法，该方法能快速设计和优化出曲线，节约了时间和成本，并对减小光轴跳动量具有
重要意义。本发明的目的通过下述技术方案实现
I、一种变焦凸轮曲线的优化设计方法，包括以下步骤
I )、根据高斯光学原理，使用CODE V或者ZEMAX光学设计软件，完成变焦系统的初歩光学设计，初步确定前固定组、变倍组、补偿组和后固定组的主面位置；
2)、通过CODEV的zoom cam design命令或者ZEMAX的宏编辑器，导出变焦中间点，将系统生成的数据通过EXCEL生成变焦凸轮曲线，检查是否有拐点存在；
3)、通过各组分的原主面位置和之前的高斯计算，重新确定各组份的间隔，计算各组份的新主面位置，进ー步确定原固定组和变倍组之间的间隔dl2、变倍组和补偿组之间的间隔d23、以及补偿组和新固定组之间的间隔d34的实际值；将计算好的dl2、d23、和d34输入到设计软件中替换原来的值，替换过的系统相差无较大改变，拐点可得以消除；如果替换过后，系统的相差无法满足要求，锁定dl2和d23，优化d34，这样就可以完成拐点的消除；
4)、通过CODEV的zoom cam design命令或者ZEMAX的宏编辑器，以d23作为变量，且以d23作线性变化，导出dl2和d34的数据，然后将生成的dl2和d34的数据通过EXCEL生成变焦凸轮曲线，生成的曲线平滑，升角小，即完成凸轮曲线的优化设计。进ー步，所述的步骤2)中导出的变焦中间点的个数为100-200个。
进ー步，所述的步骤4)中，若曲线升角> 45°C时，可拉长横轴使数值变化放缓，减小升角。根据机械设计要求，凸轮曲线的每个点的压カ角《都必须满足凸轮的需用压カ角[α],这样才能够保证凸轮在变焦过程中运动平滑，阻力小，不会出现卡死现象。一般凸轮的需用压カ角必须满足[α{| 45°。需用压カ角计算公式为
[α] = - (O
式中—需用压カ角；
5—凸轮升角；
,(句一在5角处曲线的变化率； 1O 一圆柱半径。本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果
该发明抛弃了以往凸轮曲线变倍组做线性变换，补偿组做非线性变换的凸轮设计方法，采用特殊计算，使得两组运动组都做非线性变化，解决了传统凸轮曲线的升角难以控制的问题。且避免了凸轮运动困难或卡滞甚至卡死的现象，并对减小光轴跳动量具有重要意义。
图I是变焦系统数据检验示意图。图2是普通凸轮曲线示意图。图3是优化后凸轮曲线示意图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进ー步地详细说明。本发明的目的通过下述技术方案实现
I、一种变焦凸轮曲线的优化设计方法，包括以下步骤
I )、根据高斯光学原理，使用CODE V或者ZEMAX光学设计软件，完成变焦系统的初歩光学设计，初步确定前固定组、变倍组、补偿组和后固定组的主面位置；
2)、通过CODE V的zoom cam design命令或者ZEMAX的宏编辑器，导出变焦中间点200点，将系统生成的数据通过EXCEL生成变焦曲线，如图I所示。3)、通过各组分的原主面位置和之前的高斯计算，重新确定各组份的间隔，计算各组份的新主面位置，进ー步确定原固定组和变倍组之间的间隔dl2、变倍组和补偿组之间的间隔d23、以及补偿组和新固定组之间的间隔d34的实际值；将计算好的dl2、d23、和d34输入到设计软件中替换原来的值，替换过的系统相差无较大改变，拐点可得以消除；如果替换过后，系统的相差无法满足要求，锁定dl2和d23，优化d34，这样就可以完成拐点的消除；
4)、通过CODE V的zoom cam design命令或者ZEMAX的宏编辑器，以d23作为变量，且以d23作线性变化，导出dl2和d34的数据，然后将生成的dl2和d34的数据通过EXCEL生成变焦凸轮曲线，生成的曲线平滑，升角小，即完成凸轮曲线的优化设计。若曲线升角>45°C时，可拉长横轴使数值变化放缓，减小升角。通过ZEMAX中所带的宏编辑器或者CODE V中的zoom cam design命令,选取d23做线性变化，导出dl2和d34的数据(根据凸轮转角180°导出181个点)。如图3所示，此时两曲线都做非线性变化，曲线平滑，升角小，对保证光轴跳动量提供了帮助。带入公式(I) 重新进行计算，发现曲线的最大的升角为38. 5°，满足设计要求。综上所述，通过本实施例的描述，可以使本技术领域人员更好的实施本方案。
权利要求
1.一种变焦凸轮曲线的优化设计方法，其特征是包括以下步骤 I )、根据高斯光学原理，使用CODE V或者ZEMAX光学设计软件，完成变焦系统的初步光学设计，初步确定前固定组、变倍组、补偿组和后固定组的主面位置； 2)、通过CODEV的zoom cam design命令或者ZEMAX的宏编辑器，导出变焦中间点，将系统生成的数据通过EXCEL生成变焦凸轮曲线，检查是否有拐点存在； 3)、通过各组分的原主面位置和之前的高斯计算，重新确定各组份的间隔，计算各组份的新主面位置，进一步确定原固定组和变倍组之间的间隔dl2、变倍组和补偿组之间的间隔d23、以及补偿组和新固定组之间的间隔d34的实际值；将计算好的dl2、d23、和d34输入到设计软件中替换原来的值，替换过的系统相差无较大改变，拐点可得以消除；如果替换过后，系统的相差无法满足要求，锁定dl2和d23，优化d34，这样就可以完成拐点的消除； 4)、通过CODEV的zoom cam design命令或者ZEMAX的宏编辑器，以d23作为变量，且以d23作线性变化，导出dl2和d34的数据，然后将生成的dl2和d34的数据通过EXCEL生成变焦凸轮曲线，生成的曲线平滑，升角小，即完成凸轮曲线的优化设计。
2.根据权利要求I所述的一种变焦凸轮曲线的优化设计方法，其特征是所述的步骤2)中导出的变焦中间点的个数为100-200个。
3.根据权利要求I所述的一种变焦凸轮曲线的优化设计方法，其特征是所述的步骤4)中，若曲线升角> 45°C时，可拉长横轴使数值变化放缓，减小升角。
全文摘要
本发明提供了一种变焦凸轮曲线的快速设计优化方法。该方法抛弃了以往凸轮曲线变倍组做线性变换，补偿组做非线性变换的凸轮设计方法，采用特殊计算，使得两组运动组都做非线性变化，解决了传统凸轮曲线的升角难以控制的问题。该发明抛弃了以往凸轮曲线变倍组做线性变换，补偿组做非线性变换的凸轮设计方法，采用特殊计算，使得两组运动组都做非线性变化，解决了传统凸轮曲线的升角难以控制的问题。且避免了凸轮运动困难或卡滞甚至卡死的现象，并对减小光轴跳动量具有重要意义。
文档编号G06F17/50GK102831284SQ20121035238
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者王曦, 申志芳, 李 杰, 张永奇, 王松伟, 刘金涛, 张龙 申请人:河南平原光电有限公司