CN103521790A - 可提高光学定中心精度的定轴工装及光学定中心判读方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可提高光学定中心精度的定轴工装及光学定中心判读方法，该定轴工装包括镜筒以及依次装配在镜筒内部的第一十字分划板目标组件和第二十字分划板目标组件；第一十字分划板目标组件、第二十字分划板目标组件与镜筒是同轴的。本发明提供了一种同心度稿的一种可提高光学定中心精度的定轴工装及光学定中心判读方法。

Description

可提高光学定中心精度的定轴工装及光学定中心判读方法

技术领域

本发明属于光学装配领域，涉及一种可提高光学定中心精度的定轴工装及光学定中心判读方法。 

背景技术

随着航天、航空事业的不断发展，光学镜头的像质要求越来越高，对光学系统的同心度要求日益严格，同心度要求由以往较高精度的0.01mm逐渐提高到0.005mm，如此高的同心度要求对于光学装配实现是比较困难的。光学定心加工是目前比较常用的保证同心度的方法，光学定心加工后透镜组的同轴精度是由车床主轴的旋转精度以及透镜光学定中心精度决定。目前车床主轴的旋转精度可以提高到0.2μm，其主轴旋转精度引入的误差可忽略不计，因此要想提高透镜组的同轴精度，必须提高透镜的光学定中心精度，这对于高同轴度光学系统的实现是十分必要的。 

传统的光学定心加工基于自准直原理，将透镜组件安装在车床上，车床主轴带动透镜组件进行高速精密旋转。若透镜光轴与车床旋转轴不重合，车床旋转时透镜前后两球面球心自准像在定心仪中划圆晃动，传统光学定中心方法是通过调节透镜组件位置使得透镜前后两球面各自的球心自准像晃动量小于要求值（例如0.005mm），即认为此时透镜光轴与车床旋转轴重合。调整完成后采用车削工具加工透镜组件外圆及端面，使得透镜组件外圆中心轴与车床旋转轴重合，并且透镜组件端面与车床旋转轴垂直，即透镜组件外圆中心轴与透镜光轴同轴，且透镜组件端面与透镜光轴垂直。传统的光学定心加工只保证透镜前后两球面各自的球心自准像晃动量小于要求值，例如0.005mm；当前后两球面球心位于车床两侧时，如图1所示，O₁P₁为透镜左球面的光轴，O₂P₂为透镜右球面的光轴，AB为车床旋转轴，O₁、O₂分别为透镜前后表面的球心，此时前后两球面球心自准像晃动所划圆的中心分别在定心仪视场的不同象限，如图2所示，经过定心加工后的镜组光轴为O₁O₂，其与车床主轴成夹角α。如果夹角α较大，使得 加工完成后的透镜组件同心度较差，影响整个镜头的成像质量。 

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种同心度稿的可提高光学定中心精度的定轴工装及光学定中心判读方法。 

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种可提高光学定中心精度的定轴工装，其特殊之处在于：所述定轴工装包括镜筒以及依次装配在镜筒内部的第一十字分划板目标组件和第二十字分划板目标组件；所述第一十字分划板目标组件、第二十字分划板目标组件与镜筒是同轴的。 

上述第一十字分划板目标组件以及第二十字分划板目标组件均包括十字分划板目标以及十字分划板目标镜框；所述十字分划板目标设置在十字分划板目标镜框内部；所述十字分划板目标镜框设置在镜筒内部；所述十字分划板目标所在光轴与十字分划板目标镜框外圆所在轴线是同轴的。 

上述十字分划板目标所在光轴与十字分划板目标镜框外圆所在轴线的同轴度不低于0.003mm。 

上述十字分划板目标镜框的外圆尺寸与镜筒内圆配合间隙是0.01mm～0.012mm。 

上述第一十字分划板目标组件以及第二十字分划板目标组件均包括设置在十字分划板目标镜框内部并止靠在十字分划板目标上的十字分划板目标压圈。 

上述可提高光学定中心精度的系统还包括设置在镜筒内部的止靠在第一十字分划板目标组件上的第一镜筒压圈以及止靠在第二十字分划板目标组件上的第二镜筒压圈。 

一种基于如上所述的可提高光学定中心精度的定轴工装的光学定中心判读方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤： 

1）将如上所述的定轴工装安装在车床主轴上； 

2）通过调整如上所述定轴工装的平移及俯仰，使得第二十字分划板目标组件在定心仪中穿心且自准像在车床旋转时位置不变； 

3）前后移动定心仪相对于车床的位置，观察自准像在定心仪中的变化情况；若自准像位置不变，此时定心仪光轴与车床旋转轴重合；若自准像位置改变， 根据自准像位置变化的方向，将定心仪向相反的方向调整，反复调整定心仪位置直到定心仪前后移动时自准像位置不变，保证定心仪光轴与车床主轴重合； 

4）定心仪位置调整之后，通过定心仪前后调焦观察第一十字分划板目标组件以及第二十字分划板目标组件，测量第一十字分划板目标组件以及第二十字分划板目标组件的两个十字分划板目标在定心仪中的相对位置，则可检测出定心仪的调焦误差。 

本发明的优点是： 

本发明提出一种可提高光学定中心精度的定轴工装及光学定中心判读方法，该定轴工装可实现定心仪光轴以及车床旋转轴重合的调整，新的光学定中心判读方法是在调整透镜光轴与车床主轴重合时，在保证透镜前后两球面各自的球心自准像晃动量小于要求值的前提下，还要求前后两球面球心自准像晃动所划圆的中心均在定心仪视场的相同象限，其精度优于传统光学定中心方法的精度。通过定轴工装以及新的光学定中心判读方法相结合，可以提高单片镜片的光学定中心精度。本发明中新的光学定中心判读方法由于要求前后两球面球心位于车床同侧，即前后两球面球心自准像晃动所划圆的中心位于定心仪视场的相同象限，因此对于定心仪位置有更高的要求。第一，要求定心仪自身具有较低的调焦误差，这样通过调焦找寻前后两球面球心自准像时有较小的误差；第二，要求定心仪所在的导轨有较好的直线度；第三，要求定心仪光轴与车床旋转轴重合。 

附图说明

图1是现有技术中透镜光轴示意图； 

图2是现有技术中球心像划圆示意图； 

图3是基于本发明所提供的可提高光学定中心精度的系统所形成的透镜光轴示意图； 

图4是基于本发明所提供的可提高光学定中心精度的系统所形成的球心像划圆示意图； 

图5是本发明所提供的定轴工装的结构示意图； 

图6是本发明所采用的第一十字分划板目标组件定心加工前的结构示意图； 

图7是本发明所采用的第二十字分划板目标组件定心加工前的结构示意图； 

图8是本发明所采用的第一十字分划板目标组件定心加工后的结构示意图； 

图9是本发明所采用的第二十字分划板目标组件定心加工后的结构示意图； 

图10是本发明所采用的十字分划板的结构示意图； 

图11是图10的侧视图； 

其中： 

1-镜筒，2-第一十字分划板目标，3-第二十字分划板目标组件，4-第一镜筒压圈，5-第二镜筒压圈；7-十字分划板目标镜框；8-十字分划板目标压圈；9-十字分划板目标。 

具体实施方式

本发明提出的光学定中心判读方法不仅要求透镜前后两球面各自的球心自准像晃动量小于要求值，还要求前后两球面球心位于车床同侧，如图3所示，此时前后两球面球心自准像晃动所划圆的中心位于定心仪视场的相同象限，如图4所示。经过定心加工后的镜组光轴为O₁O₂，其与车床主轴成夹角β。可以看出，β角小于α角，即本发明提出的定中心方法精度优于传统定中心方法。 

由于传统定中心方法只关注透镜前后两球面各自的球心自准像晃动情况，因此对定心仪的位置精度要求不高，只要求两球面球心自准像在定心仪视场内即可。本发明由于要求前后两球面球心位于车床同侧，即前后两球面球心自准像晃动所划圆的中心位于定心仪视场的相同象限，因此对于定心仪位置有更高的要求。第一，要求定心仪自身具有较低的调焦误差，这样通过调焦找寻前后两球面球心自准像时有较小的误差；第二，要求定心仪所在的导轨有较好的直线度；第三，要求定心仪光轴与车床旋转轴重合。第二条与第三条是为了保证定心仪在工作距离改变时其视场象限的相对位置不变，避免由于象限自身活动误差影响定中心精度。 

定心仪的调焦误差以及导轨的直线度为设备自身属性，不能调整，在实际应用时只要选用调焦误差较低的定心仪以及直线度较好的导轨即可。定心仪光轴以及车床旋转轴的重合需要在实际应用中进行调整，本发明设计了定轴工装，通过定轴工装可以方便有效的调整定心仪的位置，使得定心仪光轴与车床旋转 轴重合。 

此外，此定轴工装还具备测量定心仪调焦误差的功能。 

定轴工装如图5所示，其中： 

第一十字分划板目标组件与第二十字分划板目标组件经过光学定心加工，其定心加工前的十字分划板目标结构如图6、7所示，定心加工完成后其十字分划板光轴与其镜框外圆同轴度优于0.003mm，镜框外圆尺寸与镜筒内圆配合间隙为0.01mm-0.012mm，与其镜框端面垂直度优于0.003mm，定心加工完成后的十字分划板目标结构如图8、9所示。图10为十字分划板的光学示意图。 

此外，定轴工装可以提供两个距离不同的同心目标，同轴度优于0.005mm，可用来检测定心仪的调焦误差，两个十字分划板目标的距离越大，其检测精度越高。 

可提高光学定中心精度的系统（定轴工装）包括镜筒1以及依次装配在镜筒1内部的第一十字分划板目标组件2和第二十字分划板目标组件3；第一十字分划板目标组件2、第二十字分划板目标组件3与镜筒1是同轴的。 

第一十字分划板目标组件2以及第二十字分划板目标组件3均包括十字分划板目标9以及十字分划板目标镜框7；十字分划板目标9设置在十字分划板目标镜框7内部；十字分划板目标镜框7设置在镜筒1内部；十字分划板目标9所在光轴与十字分划板目标镜框7外圆所在轴线是同轴的。 

十字分划板目标9所在光轴与十字分划板目标镜框7外圆所在轴线的同轴度不低于0.003mm。 

十字分划板目标镜框7的外圆尺寸与镜筒1内圆配合间隙是0.01mm～0.012mm。 

第一十字分划板目标组件2以及第二十字分划板目标组件3均包括设置在十字分划板目标镜框7内部并止靠在十字分划板目标9上的十字分划板目标压圈8。 

可提高光学定中心精度的定轴工装还包括设置在镜筒1内部的止靠在第一十字分划板目标组件2上的第一镜筒压圈4以及止靠在第二十字分划板目标组件3上的第二镜筒压圈5。 

调整透镜光轴与车床主轴重合时，要求不仅保证透镜前后两球面各自的球 心自准像晃动量小于要求值，还要求前后两球面球心自准像晃动所划圆的中心均在定心仪视场的相同象限。 

调整定心仪光轴以及车床旋转轴重合的步骤如下： 

1.将定轴工装安装在车床主轴上； 

2.通过调整定轴工装的平移及俯仰，使得十字分划板目标2在定心仪中穿心且自准像在车床旋转时位置不变； 

3.前后移动定心仪相对于车床的位置，观察自准像在定心仪中的变化情况， 

若自准像位置不变，此时定心仪光轴与车床旋转轴重合；若自准像位置改变，根据自准像位置变化的方向，将定心仪向相反的方向调整，反复调整定心仪位置直到定心仪前后移动时自准像位置不变，从而保证定心仪光轴与车床主轴重合； 

4.定心仪位置调整之后，通过定心仪前后调焦观察十字分划板目标1以及十字分划板目标2，测量两目标在定心仪中的相对位置，则可检测出定心仪的调焦误差，其精度优于0.005mm。 

调整定心仪光轴与车床主轴重合后，可以进行单个透镜的光学定心加工，在调整透镜光轴与车床主轴重合时，要求不仅保证透镜前后两球面各自的球心自准像晃动量小于要求值，还要求前后两球面球心自准像晃动所划圆的中心均在定心仪视场的相同象限。 

经过定轴工装实现定心光轴与车床主轴重合，并结合新的光学定中心判读方法，使得透镜前后两球面球心自准像晃动所划圆的中心均在定心仪视场的相同象限，可以大大提高透镜组件的光学定中心精度，从而保证整个镜头组件具有较高的同轴度，即获得较好的成像质量。 

Claims (7)

1.一种可提高光学定中心精度的定轴工装，其特征在于：所述定轴工装包括镜筒以及依次装配在镜筒内部的第一十字分划板目标组件和第二十字分划板目标组件；所述第一十字分划板目标组件、第二十字分划板目标组件与镜筒是同轴的。

2.根据权利要求1所述的可提高光学定中心精度的定轴工装，其特征在于：所述第一十字分划板目标组件以及第二十字分划板目标组件均包括十字分划板目标以及十字分划板目标镜框；所述十字分划板目标设置在十字分划板目标镜框内部；所述十字分划板目标镜框设置在镜筒内部；所述十字分划板目标所在光轴与十字分划板目标镜框外圆所在轴线是同轴的。

3.根据权利要求2所述的可提高光学定中心精度的定轴工装，其特征在于：所述十字分划板目标所在光轴与十字分划板目标镜框外圆所在轴线的同轴度不低于0.003mm。

4.根据权利要求2或3所述的可提高光学定中心精度的定轴工装，其特征在于：所述十字分划板目标镜框的外圆尺寸与镜筒内圆配合间隙是0.01mm～0.012mm。

5.根据权利要求4所述的可提高光学定中心精度的定轴工装，其特征在于：所述第一十字分划板目标组件以及第二十字分划板目标组件均包括设置在十字分划板目标镜框内部并止靠在十字分划板目标上的十字分划板目标压圈。

6.根据权利要求5所述的可提高光学定中心精度的定轴工装，其特征在于：所述可提高光学定中心精度的定轴工装还包括设置在镜筒内部的止靠在第一十字分划板目标组件上的第一镜筒压圈以及止靠在第二十字分划板目标组件上的第二镜筒压圈。

7.一种基于权利要求6所述的可提高光学定中心精度的定轴工装的光学定中心判读方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）将权利要求6所述的定轴工装安装在车床主轴上；

2）通过调整权利要求6所述定轴工装的平移及俯仰，使得第二十字分划板目标组件在定心仪中穿心且自准像在车床旋转时位置不变；

3）前后移动定心仪相对于车床的位置，观察自准像在定心仪中的变化情况；若自准像位置不变，此时定心仪光轴与车床旋转轴重合；若自准像位置改变，根据自准像位置变化的方向，将定心仪向相反的方向调整，反复调整定心仪位置直到定心仪前后移动时自准像位置不变，保证定心仪光轴与车床主轴重合；

4）定心仪位置调整之后，通过定心仪前后调焦观察第一十字分划板目标组件以及第二十字分划板目标组件，测量第一十字分划板目标组件以及第二十字分划板目标组件的两个十字分划板目标在定心仪中的相对位置，则可检测出定心仪的调焦误差。

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