CN103542790A

CN103542790A - 可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统及方法

Info

Publication number: CN103542790A
Application number: CN201310488807.XA
Authority: CN
Inventors: 张学敏; 段战军; 闫肃; 魏儒义; 段嘉友; 李华; 张志军
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2033-10-17
Also published as: CN103542790B

Abstract

本发明涉及一种可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统及方法，该系统包括成像测量装置、立式转台、连接板、二维平移台以及光栅尺；二维平移台通过连接板设置在立式转台上并随立式转台绕立式转台的旋转轴进行旋转；待测离轴反射镜设置在二维平移台上并在二维平移台上进行二维运动；光栅尺的一端固定在连接板上，另一端止靠在平移台上；成像测量装置的光轴与立式转台的转轴是重合的。本发明提供了一种测量精度高的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统及方法。

Description

可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统及方法

技术领域

本发明属于光学检测领域，涉及一种离轴量测量的系统及方法，尤其涉及一种可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统及方法。

背景技术

随着航天、航空事业的不断发展，光学系统形式从传统的同轴系统向离轴多反射式光学系统发展。对于离轴多反射光学系统，由于离轴反射镜中心光轴部分缺失，给系统穿心带来困难，造成系统同轴度降低，像质较难达到设计要求。如果已知离轴反射镜的离轴量大小，通过机械精确定位的方式实现反射镜的初始定位，定位精度约为0.05mm；再通过计算机辅助装调的方法即可实现反射镜的精确定位。但是离轴反射镜的离轴量在加工过程中的测量精度为mm量级，使得初始定位精度太低，不能满足使用计算机辅助装调的条件，从而难以实现反射镜的精确定位。因此，通过精确测量离轴反射镜的离轴量大小对于离轴反射镜的装配是十分必要的。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种测量精度高的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统及方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统，其特殊之处在于：所述系统包括成像测量装置、立式转台、连接板、二维平移台以及光栅尺；所述二维平移台通过连接板设置在立式转台上并随立式转台绕立式转台的旋转轴进行旋转；待测离轴反射镜设置在二维平移台上并在二维平移台上进行二维运动；所述光栅尺的一端固定在连接板上，另一端止靠在平移台上；所述成像测量装置的光轴与立式转台的转轴是重合的。

上述成像测量装置包括十字分划板目标、CCD、附加镜以及相对于十字分划板的位置可进行调整的自准直光管；所述十字分划板目标、自准直光管以及附加镜依次设置在同一光轴上；所述自准直光管与CCD电性相连。

上述成像测量装置还包括直线运动导轨，所述自准直光管至于直线运动导轨上并沿导轨是轴向进行直线移动。

上述附加镜是具有会聚功能的透镜或透镜组。

上述二维平移台的精度不低于0.005mm；所述光栅尺的精度不低于0.01mm；所述自准直光管的自准精度不低于0.5”。

一种基于如上所述的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统的测量方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1）搭建如权利要求4所记载的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统；

2）通过光栅尺记录待测离轴反射镜切断面母线与立式转台的旋转轴重合时待测离轴反射镜的位置D1；

3）通过光栅尺记录待测离轴反射镜的光轴与立式转台的旋转轴重合时待测离轴反射镜的位置D2；

4）采用游标卡尺测量待测离轴反射镜的通光口径D3，所述游标卡尺的测量精度不低于0.01mm；

5）根据公式D=|D2-D1|+D3/2计算得到待测离轴反射镜的离轴量D。

上述步骤2）的具体实现方式是：

2.1）调节自准直光管的高度，使附加镜聚焦在待测离轴反射镜的切断面上；

2.2）通过二维平移台调整待测离轴反射镜的位置，使立式转台在旋转过程中，切断面棱边在CCD靶面上的成像静止，确保待测离轴反射镜的切断面母线与立式转台的旋转轴重合；

2.3）通过光栅尺读数记录待测离轴反射镜切断面母线与立式转台的旋转轴重合时待测离轴反射镜的位置D1。

上述步骤3）的具体实现方式是：

3.1）调节自准直光管的高度，使得附加镜的焦点与待测离轴反射镜的球心重合，所述自准直光管发出的十字分划板目标经过待测离轴反射镜反射后沿原路返回，在CCD可以观察到待测离轴反射镜所反射的自准像；

3.2）通过二维平移台调整待测离轴反射镜的位置，使得步骤3.1）中所形成的自准像在CCD视场中静止，确保待测离轴反射镜的光轴与立式转台的旋转轴重合；

3.3）通过光栅尺读数记录待测离轴反射镜的光轴与立式转台的旋转轴重合时待测离轴反射镜的位置D2。

上述步骤3.1）中当待测离轴反射镜的光轴与立式转台的旋转轴重合时，所述附加镜需满足D’/f>D/R；

其中D’是附加镜的通光口径；

f是附加镜的焦距；

D是待测离轴反射镜的离轴量；

R是待测离轴反射镜的半径。

本发明的优点是：本发明基于自准直原理，提出一种离轴反射镜离轴量精确测量的系统和方法，使用自准直光管找到离轴反射镜的球心自准像，通过调节离轴反射镜的位置使得离轴反射镜光轴与车床旋转轴重合，再通过平移离轴反射镜的位置，使得离轴反射镜切断面母线与车床旋转轴重合，此平移距离即为离轴反射镜的离轴量。本发明将不可见的离轴反射镜光轴通过自准直光路进行识别，并将光轴基准转换到车床主轴上，再将切断面母线基准转换到车床主轴上，巧妙的实现了离轴量的精确测量，可操作性强，测量精度高。本发明所提供的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统及方法，该系统包括十字分划板目标、自准直光管、附加镜、高精度二维平移台、连接板、高精度立式转台以及光栅尺等部件，本发明通过调整自准直光管以及自准直原理实现离轴量的精确测量，可精确测量离轴反射镜离轴量大小。

附图说明

图1是本发明所提供的测量系统的结构示意图；

图2a是采用本发明所提供的测量系统在以离轴凹面反射镜为例进行测量时的第一光学原理示意图；

图2b是采用本发明所提供的测量系统在以离轴凹面反射镜为例进行测量时的第二光学原理示意图；

图3是连接板的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

其中：

1-十字分划板目标；2-自准直光管；3-CCD；4-附加镜；5-离轴反射镜；6-二维平移台；7-连接板；8-立式转台；9-光栅尺。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种可实现离轴反射镜5离轴量精确测量的系统，该测量系统包括成像测量装置、立式转台8、连接板7、二维平移台6以及光栅尺9；二维平移台6通过连接板7设置在立式转台8上并随立式转台8绕立式转台8的旋转轴进行旋转；待测离轴反射镜5设置在二维平移台6上并在二维平移台6上进行二维运动；光栅尺9的一端固定在连接板7上，另一端止靠在平移台侧面，可测量平移台的移动距离；成像测量装置的光轴与立式转台8的转轴是重合的；成像测量装置包括十字分划板目标1目标、CCD3、附加镜4以及相对于十字分划板目标1的位置可进行调整的自准直光管2；十字分划板目标1目标、自准直光管2以及附加镜4依次设置在同一光轴上；自准直光管2与CCD3电性相连。二维平移台6是高精度二维平移台，其精度不低于0.005mm；在本发明中选择精度是0.005mm高精度二维平移台；立式转台8是高精度立式转台。

成像测量装置还包括直线运动导轨，自准直光管2至于直线运动导轨上并沿导轨是轴向进行直线移动。

附加镜4是具有会聚功能的透镜或透镜组。

光栅尺9的精度不低于0.01mm。

下面以离轴凹面反射镜为例，对本发明进行详细说明：

自准直光管2安装在直线运动导轨上，通过自准直光管2的直线运动可以实现附加镜焦点位置的变化，自准直光管2的自准精度为0.5”。

参见图3以及图4，是本发明所采用的连接板7的结构示意图。连接板7的圆周方向的6个螺孔用于与高精度立式转台连接，其余四个螺孔用于与高精度二维平移台进行连接。

本发明所提供的测量方法是：

1、将连接板7通过螺孔与高精度立式转台进行螺钉连接，保证连接正确稳固；高精度立式转台的主轴的回转精度越高，由回转误差引入的测量误差越小，使得测量精度越高。

2、将高精度二维平移台通过螺孔与连接板7进行螺钉连接，保证连接正确稳固；

3、将离轴反射镜5放置在高精度二维平移台上，在离轴反射镜5周边三点处点适量的洋干漆，使得离轴反射镜5固定在高精度二维平移台上，高精度二维平移台的精度为0.005mm；

4、参见图2a，调节自准直光管2的高度，使得附加镜4聚焦在离轴反射镜5的切断面上；

5、通过高精度二维平移台调整离轴反射镜5的位置，使得高精度立式转台在旋转过程中，切断面棱边在CCD3靶面上的成像静止，从而保证离轴反射镜5切断面母线与高精度立式转台的旋转轴重合。CCD像元大小越小，对于自准像的晃动越敏感，测量精度也越高。

6、通过光栅尺9读数记录此时离轴反射镜5的位置D1，光栅尺的读数精度为0.01mm；

7、参见图2b，调节自准直光管2的高度，使得附加镜4的焦点与离轴反射镜5的球心重合，此时自准直光管2发出的十字分划板目标1经过离轴反射镜5反射后原路返回，在CCD3可以观察到离轴反射镜5所反射的自准像；此时，旋转高精度立式转台，若高精度立式转台的转轴与离轴反射镜5光轴不重合，此时自准像在CCD3靶面呈划圆变化；其中附加镜4需满足D’/f>D/R，D’为附加镜4的通光口径，f为附加镜4的焦距，D为离轴反射镜5的离轴量，R为离轴反射镜5的半径；

8、通过高精度二维平移台调整离轴反射镜5的位置，使得自准像在望远镜视场中静止，此时离轴反射镜5的光轴与高精度立式转台的旋转轴重合；

9、通过光栅尺9读数记录此时离轴反射镜5的位置D2；

10、使用游标卡尺测量离轴反射镜5的通光口径D3，游标卡尺的测量精度为0.01mm；

11、根据待测离轴反射镜5离轴量的定义，离轴量D是离轴反射镜5中心到理想光轴的距离，即离轴量D=|D2-D1|+D3/2，即可得到离轴反射镜5的离轴量D。

12、在反射镜周边的洋干漆上点适量酒精-乙醚混合液（混合比例3:1）进行轻度浸泡，浸泡时间为1-2小时，浸泡完成后擦除洋干漆，将离轴反射镜5从高精度二维平移台上取下保存。

对于凸面离轴反射镜其离轴量的测量方法同上。

Claims

1.一种可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统，其特征在于：所述系统包括成像测量装置、立式转台、连接板、二维平移台以及光栅尺；所述二维平移台通过连接板设置在立式转台上并随立式转台绕立式转台的旋转轴进行旋转；待测离轴反射镜设置在二维平移台上并在二维平移台上进行二维运动；所述光栅尺的一端固定在连接板上，另一端止靠在平移台上；所述成像测量装置的光轴与立式转台的转轴是重合的。

2.根据权利要求1所述的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统，其特征在于：所述成像测量装置包括十字分划板目标、CCD、附加镜以及相对于十字分划板的位置可进行调整的自准直光管；所述十字分划板目标、自准直光管以及附加镜依次设置在同一光轴上；所述自准直光管与CCD电性相连。

3.根据权利要求2所述的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统，其特征在于：所述成像测量装置还包括直线运动导轨，所述自准直光管置于直线运动导轨上并沿导轨进行直线移动。

4.根据权利要求2或3所述的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统，其特征在于：所述附加镜是具有会聚功能的透镜或透镜组。

5.根据权利要求1或2或3所述的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统，其特征在于：所述二维平移台的精度不低于0.005mm；所述光栅尺的精度不低于0.01mm；所述自准直光管的自准精度不低于0.5”。

6.一种基于如权利要求1-5任一权利要求所述的可实现离轴反射镜离轴量精确测量的系统的测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

5）根据公式D=|D2-D1+D3/2|计算得到待测离轴反射镜的离轴量D。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：所述步骤2）的具体实现方式是：

8.根据权利要求6或7所述的测量方法，其特征在于：所述步骤3）的具体实现方式是：

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于：所述步骤3.1）中当附加镜的焦点与待测离轴反射镜的球心重合时，所述附加镜需满足D’/f>D/R；

其中D’是附加镜的通光口径；

f是附加镜的焦距；

D是待测离轴反射镜的离轴量；

R是待测离轴反射镜的半径。