CN104375255B - 一种薄壁件上非共轴光学系统的装调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，包括下列步骤：1)调整研修薄壁件的基准及薄壁件中第一光学件的安装台阶面；2)利用正弦规使薄壁件上的安装角度面呈理论水平状态，将标准工装置于薄壁件中的安装台阶面上，计算标准工装最高点到薄壁件上第二光学件的理论安装角度面的距离L；计算安装角度面的精修余量；3)将安装角度面研修至理论安装角度面；4)安装第一光学件与第二光学件，即得。本发明的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，不使用非标设备和三坐标，通过简单的测量计算即可得到精修余量，实现对角度的监控、光学间隔尺寸的准确控制；该装调过程成本低，操作方便，安全可靠，装调精度高，适合推广应用。

Description

一种薄壁件上非共轴光学系统的装调方法
技术领域
本发明属于光学系统装调技术领域，具体涉及一种薄壁件上非共轴光学系统的装调方法。
背景技术
共轴光学系统是指各个光学件的光轴是同轴的，不存在偏心和倾斜；而非共轴光学系统是指光学件的光轴不同轴。非共轴光学系统很难用定心仪进行装调，其需要按照光学系统中各光学件光轴之间的夹角角度和光学间隔的要求来进行装调，通常装调难度比较大，很难达到对角度和间隔的精确控制。
薄壁件是光学系统常用的工程塑料件，薄壁件的壁厚比较薄，一般只有0.3～1.0mm，用于光学件的安装平台更窄，难以切削加工。同时，过窄的尺寸导致光学件的安装角度和光学间隔尺寸精度无法测量，不能保证光学件与薄壁件在安装胶合时的角度和光学间隔，从而无法满足薄壁件上非共轴光学系统的设计要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壁件上非共轴光学系统的装调方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，包括下列步骤：
1)调整研修薄壁件的基准及薄壁件中对应第一光学件的安装台阶面，通过平面反射镜观察其十字像在±15″以内；
2)利用正弦规使薄壁件上的安装角度面呈理论水平状态，将标准工装置于薄壁件中的安装台阶面上，根据第一光学件与第二光学件的理论光轴夹角角度α要求，计算标准工装最高点到薄壁件上对应第二光学件的理论安装角度面的距离L；
测量标准工装的最高点至安装角度面的距离L’；
L’与L的差值即为安装角度面的精修余量；
3)依据安装角度面的精修余量，将安装角度面研修至理论安装角度面；
4)将第一光学件与第二光学件分别安装在薄壁件上的安装台阶面和安装角度面上，即得薄壁件上非共轴光学系统。
步骤1)中，调整研修薄壁件的基准及薄壁件中对应第一光学件的安装台阶面的方法是：设计第一定位板的基准与薄壁件的基准一致；以第一定位板为基准，在自准直仪观察下进行调整研修。
步骤2)中，利用正弦规使薄壁件上的安装角度面呈理论水平状态的方法是：在正弦规的工作面上设置用于固定薄壁件的第二定位板，第二定位板与正弦规的工作面垂直；将正弦规调整至第一光学件与第二光学件的理论光轴夹角角度α；利用第二定位板将薄壁件固定在正弦规的工作面的，使薄壁件上的安装角度面呈理论水平状态。
步骤2)中，采用下列公式(I)计算标准工装最高点到薄壁件上理论安装角度面的距离L：
L＝[H-(A-R·tgα)+C]×sinα (I)；
其中，H为标准工装的厚度；
A为第一光学件与第二光学件的理论光学间隔；
R为标准工装的直径；
α为第一光学件与第二光学件的理论光轴夹角角度；
C为将第一光学件置于安装台阶面上，安装台阶面到第一光学件最高点的距离。
测量计算安装台阶面到第一光学件最高点的距离C的方法，包括下列步骤：
a)将平面反射镜置于薄壁件中的安装台阶面上，设定平面反射镜的上表面为测厚仪的零位；
b)取出平面反射镜，将第一光学件置于薄壁件中的安装台阶面上，利用测厚仪测量第一光学件最高点高度F，将该高度F加上平面反射镜的厚度D，即得安装台阶面到第一光学件最高点的距离C。
步骤3)中，将安装角度面研修至理论安装角度面的方法是：用自准直仪、平面反射镜和数显高度尺，边研修边测量安装角度面的角度及光学件的光学间隔，至设计精度要求为止。
所述设计精度要求为：安装角度面的方位俯仰在±15″以内；安装台阶面与安装角度面的位置精度在0.01mm以内。
所述薄壁件为薄壁工程塑料件。
所述标准工装为圆柱形。
本发明的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，光学系统中的角度通过正弦规将薄壁件上反射镜安装平面(安装角度面)转换呈水平状态，同时通过自准直仪及平面反射镜可准确的检测控制光学件角度值在理想状态；光学系统中的光学元件位置精度通过标准工装可准确的计算出薄壁件上要研修的余量，通过研修可实现光学元件的间隔尺寸精度。
本发明的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，用正弦规使薄壁件上的安装角度面呈理论水平状态，将标准工装置于薄壁件中的安装台阶面上，计算标准工装最高点到薄壁件上第二光学件的理论安装角度面的距离L，通过换算得到安装角度面的精修余量(位置精修关系)，实现对薄壁件上非共轴光学系统中薄壁件与光学角度及光学件之间光学间隔的精确研修与安装；在装调过程中既不使用非标设备，又不用三坐标，通过简单的测量计算即可得到精修余量，实现对角度的监控、光学间隔尺寸的准确检测与控制；该装调过程成本低，操作方便，安全可靠，装调精度高，满足薄壁件上非共轴光学系统的设计要求，适合推广应用。
附图说明
图1为实施例1的薄壁件上非共轴光学系统中光学件位置关系示意图；
图2为实施例1中测量计算安装台阶面到透镜最高点距离的示意图；
图3为实施例1中光学安装角度面精度修配示意图；
图4为实施例1中光学件安装平面角度示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式中，所用的第一、第二定位板与标准工装的基准与薄壁件的设计基准一致；用自准直仪观察、调校、研修光学件的安装面在理想的状态。利用正弦规精确转换薄壁工程塑料件的安装角度面呈水平状，利用标准工装凸出的角度边沿的长度准确计算出从标准工装最高点到安装角度面的尺寸精度。用数显高度尺、平面反射镜及自准直仪准确实现对薄壁工程塑料件与光学件角度及光学间隔尺寸精度的精修测量和粘接。
实施例1
本实施例中，薄壁件为薄壁工程塑料件，即厚度为1mm的塑料管件，该塑料管件的一端为平面，另一端为斜面，该斜面为对应第二光学件的安装角度面；所述塑料管件内部设有宽度为0.5mm的环形台阶面，该环形台阶面为对应第一光学件的安装台阶面。
其中，所述第一光学件为圆形透镜；所述第二光学件为圆形平面镜。
本实施例的薄壁件上非共轴光学系统，如图1所示，要求透镜4(第一光学件)与平面镜6(第二光学件)的理论光轴夹角角度α为45°；透镜4(第一光学件)与平面镜6(第二光学件)的理论光学间隔为29mm。
本实施例的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，包括下列步骤：
1)设计加工第一、第二定位板和圆柱形的标准工装；
第一、第二定位板的规格为(73±0.05mm)×(150±0.05mm)×(10±0.05mm)；
圆柱形的标准工装的规格为
加工后，所得标准工装的厚度H为16.05mm，标准工装的直径R为21.55mm；
2)设计第一定位板、第二定位板、标准工装的基准与薄壁工程塑料件一致；
如图2所示，将薄壁工程塑料件2固定安装在第一定位板1上；
3)以第一定位板1为基准，在自准直仪观察下，调整研修薄壁工程塑料件2的基准，同时，研修薄壁工程塑料件2中的安装台阶面c(图2)，使其水平，通过平面反射镜3观察其十字像在±15″以内；
4)测量计算安装台阶面c到透镜4(第一光学件)最高点的距离C，如图2所示：
a)将平面反射镜3置于薄壁工程塑料件2中的安装台阶面c上，将测厚仪5的测试头放置在平面反射镜3上，将测厚仪5的读数归零，设定平面反射镜3的上表面为测厚仪的零位；
b)取出平面反射镜3，将透镜4(第一光学件)置于薄壁工程塑料件2中的安装台阶面c上，利用测厚仪5测量透镜4的最高点高度F，将该高度F加上平面反射镜3的厚度D，即得安装台阶面c到透镜4(第一光学件)最高点的距离C＝-3.26mm；
5)利用正弦规使薄壁工程塑料件上的安装角度面呈理论水平状态，具体为：如图3所示，在正弦规12的工作面上设置用于固定薄壁工程塑料件2的第二定位板13，第二定位板13与正弦规12的工作面垂直；将正弦规12调整至第一光学件与第二光学件的理论光轴夹角角度α，并用块规11使其固定；利用第二定位板13将薄壁工程塑料件2固定在正弦规12的工作面的，使薄壁工程塑料件2上的安装角度面b呈理论水平状态；
如图3所示，将圆柱形的标准工装9置于薄壁工程塑料件2中的安装台阶面c上，根据第一光学件与第二光学件的理论光轴夹角角度α为45°的要求，依据下列公式(I)计算标准工装最高点a到薄壁工程塑料件上对应第二光学件的理论安装角度面的距离L：
L＝[H-(A-R·tgα)+C]×sinα (I)；
其中，H为标准工装的厚度；
A为第一光学件与第二光学件的理论光学间隔；
R为标准工装的直径；
α为第一光学件与第二光学件的理论光轴夹角角度；
C为将第一光学件(透镜)置于安装台阶面上，安装台阶面到第一光学件(透镜)最高点的距离；
已知H为16.05mm，A为29mm，R为21.55mm，α为45°，C为-3.26mm；
计算L＝[H-(A-R·tgα)+C]×sinα＝[16.05-(29-21.55·tg45°)+(-3.26)]×sin45°≈3.7790mm；
测量标准工装的最高点a至安装角度面b的距离L’，具体为：如图3所示，用数显高度尺10加装的杠杆表测量标准工装9的最高点a，并设定数显高度尺10的显示值为零位；调整数显高度尺10的微调装置使杠杆表的表头置于薄壁工程塑料件2的安装角度面b上，观察数显高度尺10的显示值为L’，计算出L’与L值的差值，即为安装角度面b的精修余量；
6)依据安装角度面的精修余量，将安装角度面研修至理论安装角度面，具体为：利用自准直仪、平面反射镜、数显高度尺，边研修边测量薄壁工程塑料件的角度及及光学件的光学间隔，至设计精度要求为止；
所述设计精度要求为：安装角度面的方位俯仰在±15″以内；安装台阶面与安装角度面的位置精度在0.01mm以内；
7)将薄壁工程塑料件2、透镜4(第一光学件)和平面镜6(第二光学件)表面擦拭干净，如图4所示，在薄壁工程塑料件2的安装台阶面c和安装角度面b上分别均匀涂上一层703胶，将透镜4与平面镜6分别安装在安装台阶面c和安装角度面b上，用自准直仪8观察放置在平面镜6上面的平面反射镜3的方位俯仰在±15″以内，自然固化，即得薄壁工程塑料件上非共轴光学系统。
本实施例的装调方法所得薄壁工程塑料件上非共轴光学系统经验证满足设计要求。

Claims (7)

1.一种薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，其特征在于：包括下列步骤：
1)调整研修薄壁件的基准及薄壁件中对应第一光学件的安装台阶面，通过平面反射镜观察其十字像在±15″以内；
2)利用正弦规使薄壁件上的安装角度面呈理论水平状态，将标准工装置于薄壁件中的安装台阶面上，根据第一光学件与第二光学件的理论光轴夹角角度α要求，计算标准工装最高点到薄壁件上对应第二光学件的理论安装角度面的距离L；
测量标准工装的最高点至安装角度面的距离L’；
L’与L的差值即为安装角度面的精修余量；
3)依据安装角度面的精修余量，将安装角度面研修至理论安装角度面；
4)将第一光学件与第二光学件分别安装在薄壁件上的安装台阶面和安装角度面上，即得薄壁件上非共轴光学系统。
2.根据权利要求1所述的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，其特征在于：步骤1)中，调整研修薄壁件的基准及薄壁件中对应第一光学件的安装台阶面的方法是：
设计第一定位板的基准与薄壁件的基准一致；以第一定位板为基准，在自准直仪观察下进行调整研修。
3.根据权利要求1所述的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，其特征在于：步骤2)中，利用正弦规使薄壁件上的安装角度面呈理论水平状态的方法是：
在正弦规的工作面上设置用于固定薄壁件的第二定位板，第二定位板与正弦规的工作面垂直；将正弦规调整至第一光学件与第二光学件的理论光轴夹角角度α；利用第二定位板将薄壁件固定在正弦规的工作面的，使薄壁件上的安装角度面呈理论水平状态。
4.根据权利要求1所述的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，其特征在于：步骤2)中，采用下列公式(I)计算标准工装最高点到薄壁件上理论安装角度面的距离L：
L＝[H-(A-R·tgα)+C]×sinα (I)；
其中，H为标准工装的厚度；
A为第一光学件与第二光学件的理论光学间隔；
R为标准工装的直径；
α为第一光学件与第二光学件的理论光轴夹角角度；
C为将第一光学件置于安装台阶面上，安装台阶面到第一光学件最高点的距离。
5.根据权利要求4所述的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，其特征在于：测量计算安装台阶面到第一光学件最高点的距离C的方法，包括下列步骤：
a)将平面反射镜置于薄壁件中的安装台阶面上，设定平面反射镜的上表面为测厚仪的零位；
b)取出平面反射镜，将第一光学件置于薄壁件中的安装台阶面上，利用测厚仪测量第一光学件最高点高度F，将该高度F加上平面反射镜的厚度D，即得安装台阶面到第一光学件最高点的距离C。
6.根据权利要求1所述的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，其特征在于：步骤3)中，将安装角度面研修至理论安装角度面的方法是：
用自准直仪、平面反射镜和数显高度尺，边研修边测量安装角度面的角度及光学件的光学间隔，至设计精度要求为止。
7.根据权利要求6所述的薄壁件上非共轴光学系统的装调方法，其特征在于：所述设计精度要求为：安装角度面的方位俯仰在±15″以内；安装台阶面与安装角度面的位置精度在0.01mm以内。
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