CN103235419B - 一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置与方法，它涉及一种离线定轴装置与方法。本发明为了解决现有离线定轴装置与方法无法实现高批量化和高精准定轴的问题。本发明的装置：楔形透镜光机装配架设置在光学平台中部，两个自准直仪底座分别设置在楔形透镜光机装配架的两侧，楔形透镜替代件固装在楔形透镜光机装配架上。方法：1、安装楔形透镜替代部件；2、调整自准直仪；3、取下楔形透镜替代部件，4、楔形透镜在线拆装单元的离线安装；4、楔形透镜的批量化光机离线装校；5、楔形透镜的离线定轴；6、离线装校平台进行离线定轴校验；7、完成定轴校验；8、完成精准离线定轴。本发明用于楔形透镜拆装单元的精准离线定轴。
Description
技术领域
本发明涉及一种精准离线定轴装置与方法，具体涉及一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置与方法。
背景技术
在大口径光学聚焦与频率转换系统中，透镜精密定轴的目的是实现系统光学轴线与机械轴线的重合，从而保证大口径光学聚焦与频率转换系统通过机械接口集成到激光惯性约束核聚变装置上时，其光学精度能够满足装置的设计要求，避免繁杂的在线光学调整。同时为了实现在大口径光学聚焦与频率转换系统集成到激光惯性约束核聚变装置后，其光学元件能够在线更换，就必须保证所有同类光学元件在线更换单元的光学轴线具有高度的一致性，所有大口径光学聚焦与频率转换系统机械轴线也具有高度的一致性。现有的离线定轴装置与方法无法实现大口径楔形透镜拆装单元的高批量化和高精准定轴。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的离线定轴装置与方法无法实现大口径楔形透镜拆装单元的高批量化和高精准定轴的问题，进而提供一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置与方法。
本发明的技术方案是：一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置包括楔形透镜光机装配架、光学平台、第一内调焦自准直仪底座、第一内调焦自准直仪、第二内调焦自准直仪底座和第二内调焦自准直仪，楔形透镜光机装配架设置在光学平台的中部，第一内调焦自准直仪底座和第二内调焦自准直仪底座分别设置在楔形透镜光机装配架的两侧，第一内调焦自准直仪和第二内调焦自准直仪分别设置在第一内调焦自准直仪底座和第二内调焦自准直仪底座上，所述精准离线定轴装置还包括楔形透镜替代部件，所述楔形透镜替代部件包括楔形透镜替代框、标准楔块、标准楔块挡块、两个标准楔块压条，楔形透镜定位框和多个侧挡块，楔形透镜替代框的中部设有楔形透镜安放孔，楔形透镜定位框固装在楔形透镜光机装配架上，标准楔块设置在标准楔块安放孔上，标准楔块的外部通过两个标准楔块压条和标准楔块挡块固定，楔形透镜替代框安装在楔形透镜定位框内，且楔形透镜替代框通过多个侧挡块调整固定。
本发明还提供了一种楔形透镜拆装单元的离线定轴的方法，离线定轴的方法的具体步骤为：
步骤一、楔形透镜替代部件的安装，
将楔形透镜替代部件安装到楔形透镜光机装配架内，
步骤二、调整自准直仪，
调整第一内调焦自准直仪底座，使第一内调焦自准直仪轴线与标准楔块的前表面垂直并通过标准楔块前表面的十字叉丝中心，即第一内调焦自准直仪轴线与标准楔块前表面的轴线重合，
调整第二内调焦自准直仪底座，使第二内调焦自准直仪轴线与标准楔块的后表面垂直并通过标准楔块后表面的十字叉丝中心，即第二内调焦自准直仪轴线与标准楔块后表面的轴线重合，
步骤三、取下楔形透镜替代部件，
将楔形透镜替代部件从楔形透镜光机装配架取下，
步骤四、楔形透镜在线拆装单元的离线安装，
将光机粗装配完成的楔形透镜在线拆装单元插入到光学平台的楔形透镜光机装配架上；
步骤五、楔形透镜的批量化光机离线装校，
通过调整楔形透镜在线拆装单元上多个侧挡块上的胶头顶丝来调整楔形透镜在楔形透镜定位框中的位置和姿态，直至第一内调焦自准直仪的反射光与基准光重合，第二内调焦自准直仪的反射光与基准光重合；
步骤六、楔形透镜的离线定轴，
楔形透镜前表面光轴与第一内调焦自准直仪重合，楔形透镜后表面光轴与第二内调焦自准直仪重合，此时，楔形透镜的精准离线定轴姿态调整完成，最后使用胶头顶丝锁紧固定；
步骤七、利用大口径光学聚焦与频率转化系统的精准离线装校平台进行离线定轴校验，
在楔形透镜大口径光学聚焦与频率转换系统的精准离线装校平台上，将待检测的大口径光学聚焦与频率转换系统的楔形透镜模块安装到所述精准离线装校平台上，将楔形透镜替代部件插入到大口径光学聚焦与频率转换系统内的楔形透镜在线拆装单元位置，调整楔形透镜上的鼠笼机构，完成大口径光学聚焦与频率转换系统的定轴；
步骤八、至此，通过光学平台、楔形透镜替代部件和一种楔形透镜大口径光学聚焦与频率转换系统的精准离线装校平台，基于楔形透镜替代部件进行基准统一，完成了楔形透镜拆装单元的精准离线定轴。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1.本发明的定轴角度精度体现在以下几方面，具体是：
(1)大口径光学聚焦与频率转换系统装配中，楔形透镜在线拆装单元安装基准与导轨的垂直度误差为5"；
(2)楔形透镜的楔角加工误差为20"；
(3)内调焦自准直仪的检测误差为2"；
(4)楔形透镜在线拆装单元的重复安装定位误差为10"；
(5)大口径光学聚焦与频率转换系统离线装校基准和在线安装基准之间的加工误差为10"；
综合全部误差的情况下，通过标准差方法计算得到本发明的楔形透镜定轴装置和方法能够实现定轴角度精度为25.1"，小于现有定轴精度要求的36"。
2.本发明采用楔形透镜光机装配平台、楔形透镜基准件和一种楔形透镜大口径光学聚焦与频率转换系统的精准离线装校平台，基于楔形透镜基准件进行基准统一，从而实现楔形透镜光机装配和大口径光学聚焦与频率转换系统机械结构装校的并行作业，提高了大口径光学聚焦与频率转换系统的精准离线装校平台精密装校的效率和柔性。
3.本发明能够用于大口径光学聚焦与频率转换系统的精确定轴，实现了离线的高效批量装校。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；图2是楔形透镜替代件的结构示意图；图3是楔形透镜替代件的后视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置包括楔形透镜光机装配架1、光学平台2、第一内调焦自准直仪底座3、第一内调焦自准直仪4、第二内调焦自准直仪底座5和第二内调焦自准直仪6，楔形透镜光机装配架1设置在光学平台2的中部，第一内调焦自准直仪底座3和第二内调焦自准直仪底座5分别设置在楔形透镜光机装配架1的两侧，第一内调焦自准直仪4和第二内调焦自准直仪6分别设置在第一内调焦自准直仪底座3和第二内调焦自准直仪底座5上，所述精准离线定轴装置还包括楔形透镜替代部件，所述楔形透镜替代部件包括楔形透镜替代框7、标准楔块8、标准楔块挡块9、两个标准楔块压条10、楔形透镜定位框17和多个侧挡块18，楔形透镜替代框7的中部设有标准楔块安放孔7-1，楔形透镜定位框17固装在楔形透镜光机装配架1上，标准楔块8设置在标准楔块安放孔7-1上，标准楔块8的外部通过两个标准楔块压条10和标准楔块挡块9固定，楔形透镜替代框7安装在楔形透镜定位框17内，且楔形透镜替代框7通过多个侧挡块18调整固定。
本实施方式首先将楔形透镜光机装配架通过螺钉固定在光学平台上，然后将楔形透镜替代部件插入到楔形透镜光机装配架上，侧面和基准面通过锁紧螺钉锁紧。将两台内调焦自准直仪初步安装到位，并通过螺钉固定在光学平台上；通过第一内调焦自准直仪底座3调整第一内调焦自准直仪4的位置，使第一内调焦自准直仪4的光轴垂直于标准楔块前表面且通过前表面十字叉丝；通过第二内调焦自准直仪底座5调整第二内调焦自准直仪6，使第二内调焦自准直仪6的光轴垂直于标准楔块后表面且通过后表面十字叉丝。楔形透镜光机装配平台调试完成后，第一内调焦自准直仪4代表了入射光光轴，第二内调焦自准直仪6代表了出射光光轴。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的标准楔块8的前、后表面中心刻有微细十字叉丝。如此设置，作为定轴的参照物，定轴位置更加精确。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式的标准楔块的前后表面刻画微细十字叉丝，标准楔块的楔角与楔形透镜理论楔角相同，前后表面两个十字叉丝的位置根据楔形透镜的理论光轴确定，并通过机械刻划或镀膜技术实现。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的楔形透镜替代部件用于模拟实际的楔形透镜在线拆装单元，标准楔块8前表面的十字叉丝中心位于楔形透镜前表面光轴上，标准楔块8后表面的十字叉丝中心位于楔形透镜后表面光轴上”，其定位方式和定位精度和大口径光学聚焦与频率转换系统中楔形透镜在线拆装单元的定位方式和定位精度完全相同。如此设置，定位精度高。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的标准楔块8的外部通过设置在标准楔块8上下两端的两个标准楔块压条10和标准楔块挡块9进行固定，标准楔块8与标准楔块挡9块贴合以保证定位精度。如此设置，定位精度高。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的楔形透镜光机装配架1包括基座12、底板13、顶板14、第一侧板15、第二侧板16和基准板19，基座12固装在光学平台2上，底板13、顶板14、第一侧板15和第二侧板16组成矩形框体设置在基座12上，基准板19固定在所述的矩形框体内。如此设置，使用方便。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。
本实施方式的楔形透镜替代部件7通过标准楔形透镜框部件上侧面、前面和后面的胶头顶丝调整姿态，使楔形透镜替代件位于中间位置，并且前表面紧靠标准楔形透镜框，顶丝夹紧固定。
具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式离线定轴的方法的具体步骤为：
步骤一、楔形透镜替代部件的安装，
将楔形透镜替代部件安装到楔形透镜光机装配架1内，
步骤二、调整自准直仪，
调整第一内调焦自准直仪底座3，使第一内调焦自准直仪4轴线与标准楔块8的前表面垂直并通过标准楔块8前表面的十字叉丝中心，即第一内调焦自准直仪4轴线与标准楔块8前表面的轴线重合，
调整第二内调焦自准直仪底座5，使第二内调焦自准直仪6轴线与标准楔块8的后表面垂直并通过标准楔块8后表面的十字叉丝中心，即第二内调焦自准直仪6轴线与标准楔块8后表面的轴线重合，
步骤三、取下楔形透镜替代部件，
将楔形透镜替代部件从楔形透镜光机装配架1取下，
步骤四、楔形透镜在线拆装单元的离线安装，
将光机粗装配完成的楔形透镜在线拆装单元插入到光学平台(2)的楔形透镜光机装配架1上；
步骤五、楔形透镜的批量化光机离线装校，
通过调整楔形透镜在线拆装单元上多个侧挡块18上的胶头顶丝来调整楔形透镜在楔形透镜定位框中的位置和姿态，直至第一内调焦自准直仪4的反射光与基准光重合，第二内调焦自准直仪6的反射光与基准光重合；
步骤六、楔形透镜的离线定轴，
楔形透镜前表面光轴与第一内调焦自准直仪4重合，楔形透镜后表面光轴与第二内调焦自准直仪6重合，此时，楔形透镜的精准离线定轴姿态调整完成，最后使用胶头顶丝锁紧固定；
步骤七、利用大口径光学聚焦与频率转化系统的精准离线装校平台进行离线定轴校验，
在楔形透镜大口径光学聚焦与频率转换系统的精准离线装校平台上，将待检测的大口径光学聚焦与频率转换系统的楔形透镜模块安装到所述精准离线装校平台上，将楔形透镜替代部件插入到大口径光学聚焦与频率转换系统内的楔形透镜在线拆装单元位置，调整楔形透镜上的鼠笼机构，完成大口径光学聚焦与频率转换系统的定轴；
步骤八、至此，通过光学平台、楔形透镜替代部件和一种楔形透镜大口径光学聚焦与频率转换系统的精准离线装校平台，基于楔形透镜替代部件进行基准统一，完成了楔形透镜拆装单元的精准离线定轴。
本实施方式的以上步骤可以并行操作，定轴的精度依靠基准装校元件来传递和保证，从而实现了并行的批量化装校。因此能够实现楔形透镜光轴、导轨和大口径光学聚焦与频率转换系统机械接口法兰中心法线重合，即在楔形透镜全形成运动过程中，楔形透镜光轴始终与大口径光学聚焦与频率转换系统机械接口法兰中心法线重合，且不离轴。
作为实现本发明定轴方法所使用的一种楔形透镜大口径光学聚焦与频率转换系统的离线装校平台包括支撑平台、基准模块、重力补偿模块、光学聚焦与频率转换系统、普通光学平台、第一内调焦望远镜、第一内调焦自准直望远镜调整座、第二内调焦望远镜和第二内调焦自准直望远镜调整座，支撑平台和普通光学平台并列设置在实验地基上，并精确调平，重力补偿模块设置在支撑平台的首端，基准模块固装在支撑平台的末端，光学聚焦与频率转换系统的一端设置在重力补偿模块上，光学聚焦与频率转换系统的另一端与基准模块连接，第一内调焦自准直望远镜调整座和第二内调焦自准直望远镜调整座由左至右依次设置在普通光学平台上，第一内调焦望远镜设置在第一内调焦自准直望远镜调整座上，第二内调焦望远镜设置在第二内调焦自准直望远镜调整座上，
所述基准模块包括支撑法兰、角度转移法兰、角度补偿镜座、第一基准镜、第一压板、第二基准镜和第二压板，支撑法兰上设有透光孔，支撑法兰固装在支撑平台的末端，角度转移法兰固装在支撑法兰上，角度转移法兰上开有第一调焦孔和第二调焦孔，角度补偿镜座设置在角度转移法兰的第二调焦孔上，第一基准镜和第二基准镜分别通过第一压板和第二压板固装在第一调焦孔和第二调焦孔上，且第一内调焦望远镜的轴线与第一基准镜垂直并穿过第一基准镜的中心，第二内调焦望远镜的轴线与第二基准镜垂直并穿过第二基准镜的中心。
所述重力补偿模块包括升降机支撑座、蜗轮丝杠升降机、顶钉、测力传感器和手轮，蜗轮丝杠升降机设置在升降机支撑座上，测力传感器设置在蜗轮丝杠升降机的丝杠上端，顶钉安装在测力传感器上，手轮安装在蜗轮丝杠升降机的输入轴上。
作为实现本发明定轴方法所使用的楔形透镜基准件即为光学聚焦与频率转换系统，所述光学聚焦与频率转换系统包括定位法兰、过渡模块、聚焦模块、频率转换模块、窗口模块、真空窗口、I型频率转换晶体、第一Ⅱ型频率转换晶体、第二Ⅱ型频率转换晶体、楔形透镜、BSG元件、CPP元件、真空隔离片和屏蔽片，定位法兰、过渡模块、聚焦模块、频率转换模块和窗口模块由左至右依次设置，从光路入射方向，光学元件由右至左排布依次为真空窗口、I型频率转换晶体、第一Ⅱ型频率转换晶体、第二Ⅱ型频率转换晶体、楔形透镜、BSG元件、CPP元件、真空隔离片和屏蔽片，其中，真空窗口设置在窗口模块上，I型频率转换晶体、第一Ⅱ型频率转换晶体和第二Ⅱ型频率转换晶体设置在频率转换模块上，楔形透镜、BSG元件、CPP元件、真空隔离片和屏蔽片设置在聚焦模块上。
所述入射光轴垂直于I型频率转换晶体、第一Ⅱ型频率转换晶体和第二Ⅱ型频率转换晶体，出射光轴垂直且通过定位法兰的中心，入射光轴和出射光轴之间的夹角为3.96°。
Claims (6)
1.一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置，它包括楔形透镜光机装配架(1)、光学平台(2)、第一内调焦自准直仪底座(3)、第一内调焦自准直仪(4)、第二内调焦自准直仪底座(5)和第二内调焦自准直仪(6)，楔形透镜光机装配架(1)设置在光学平台(2)的中部，第一内调焦自准直仪底座(3)和第二内调焦自准直仪底座(5)分别设置在楔形透镜光机装配架(1)的两侧，第一内调焦自准直仪(4)和第二内调焦自准直仪(6)分别设置在第一内调焦自准直仪底座(3)和第二内调焦自准直仪底座(5)上，其特征在于：所述精准离线定轴装置还包括楔形透镜替代部件，所述楔形透镜替代部件包括楔形透镜替代框(7)、标准楔块(8)、标准楔块挡块(9)、两个标准楔块压条(10)、楔形透镜定位框(17)和多个侧挡块(18)，楔形透镜替代框(7)的中部设有标准楔块安放孔(7-1)，楔形透镜定位框(17)固装在楔形透镜光机装配架(1)上，标准楔块(8)设置在标准楔块安放孔(7-1)上，标准楔块(8)的外部通过两个标准楔块压条(10)和标准楔块挡块(9)固定，楔形透镜替代框(7)安装在楔形透镜定位框(17)内，且楔形透镜替代框(7)通过多个侧挡块(18)调整固定。
2.根据权利要求1所述一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置，其特征在于：所述标准楔块(8)的前、后表面中心刻有微细十字叉丝。
3.根据权利要求2所述一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置，其特征在于：所述楔形透镜替代部件用于模拟实际的楔形透镜在线拆装单元，标准楔块(8)前表面的十字叉丝中心位于楔形透镜前表面光轴上，标准楔块(8)后表面的十字叉丝中心位于楔形透镜后表面光轴上，其定位方式和定位精度和大口径光学聚焦与频率转换系统中楔形透镜在线拆装单元的定位方式和定位精度完全相同。
4.根据权利要求3所述一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置，其特征在于：所述标准楔块(8)的外部通过设置在标准楔块(8)上下两端的两个标准楔块压条(10)和标准楔块挡块(9)进行固定，标准楔块(8)与标准楔块挡块(9)贴合以保证定位精度。
5.根据权利要求4所述一种楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置，其特征在于：所述楔形透镜光机装配架(1)包括基座(12)、底板(13)、顶板(14)、第一侧板(15)、第二侧板(16)和基准板(19)，基座(12)固装在光学平台(2)上，底板(13)、顶板(14)、第一侧板(15)和第二侧板(16)组成矩形框体设置在基座(12)上，基准板(19)固定在所述的矩形框体内。
6.一种利用权利要求5所述楔形透镜拆装单元的精准离线定轴装置进行离线定轴的方法，其特征在于：所述离线定轴的方法的具体步骤为：
步骤一、楔形透镜替代部件的安装，
将楔形透镜替代部件安装到楔形透镜光机装配架(1)内，
步骤二、调整自准直仪，
调整第一内调焦自准直仪底座(3)，使第一内调焦自准直仪(4)轴线与标准楔块(8)的前表面垂直并通过标准楔块(8)前表面的十字叉丝中心，即第一内调焦自准直仪(4)轴线与标准楔块(8)前表面的轴线重合，
调整第二内调焦自准直仪底座(5)，使第二内调焦自准直仪(6)轴线与标准楔块(8)的后表面垂直并通过标准楔块(8)后表面的十字叉丝中心，即第二内调焦自准直仪(6)轴线与标准楔块(8)后表面的轴线重合，
步骤三、取下楔形透镜替代部件，
将楔形透镜替代部件从楔形透镜光机装配架(1)取下，
步骤四、楔形透镜在线拆装单元的离线安装，
将光机粗装配完成的楔形透镜在线拆装单元插入到光学平台(2)的楔形透镜光机装配架(1)上；
步骤五、楔形透镜的批量化光机离线装校，
通过调整楔形透镜在线拆装单元上多个侧挡块(18)上的胶头顶丝来调整楔形透镜在楔形透镜定位框(17)中的位置和姿态，直至第一内调焦自准直仪(4)的反射光与基准光重合，第二内调焦自准直仪(6)的反射光与基准光重合；
步骤六、楔形透镜的离线定轴，
楔形透镜前表面光轴与第一内调焦自准直仪(4)重合，楔形透镜后表面光轴与第二内调焦自准直仪(6)重合，此时，楔形透镜的精准离线定轴姿态调整完成，最后使用胶头顶丝锁紧固定；
步骤七、利用大口径光学聚焦与频率转化系统的精准离线装校平台进行离线定轴校验，
在楔形透镜大口径光学聚焦与频率转换系统的精准离线装校平台上，将待检测的大口径光学聚焦与频率转换系统的楔形透镜模块安装到所述精准离线装校平台上，将楔形透镜替代部件插入到大口径光学聚焦与频率转换系统内的楔形透镜在线拆装单元位置，调整楔形透镜上的鼠笼机构，完成大口径光学聚焦与频率转换系统的定轴；
步骤八、至此，通过光学平台、楔形透镜替代部件和一种楔形透镜大口径光学聚焦与频率转换系统的精准离线装校平台，基于楔形透镜替代部件进行基准统一，完成了楔形透镜拆装单元的精准离线定轴。
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