CN105466346B - 反射镜半径检测装置及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反射镜半径检测装置以及基于该装置的高精度半径检测方法。该检测装置包括同轴设置的平行光管和辅助镜筒；平行光管和辅助镜筒之间设置有精密导轨，精密导轨上安装有CCD摄像机。本发明通过被测反射镜把平行光管发出的十字丝目标成像在其像面上，再由CCD摄像机通过监视器显示出来，比较被测反射镜像面位置和辅助工装基准面像面位置的差值，计算出被测反射镜的焦距值，进而确定其半径值，具有装置简单、测量精度高的特点，能够满足高品质成像镜头对主反射镜半径测量精度的实际使用要求。

Description

反射镜半径检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种反射镜半径检测装置以及基于该装置的高精度半径检测方法。
背景技术
中口径光学成像镜头在森林防火、边防以及国防等领域有着广泛的应用。目前常用的口径400mm左右的光学镜头，由于像差校正、外形尺寸、重量以及造价等原因，通常采用折反射式光学结构，即主反射镜和次反射镜的组合结构。光学镜头的相关性能的好坏主要取决于主反射镜的结构参数。主反射镜半径是主反射镜的结构参数中最为主要的一项，其准确程度对于系统像质、焦距、其后面的光学元件的空间位置偏离设计状态以及指导装调工作、提高装调效率有着非凡的意义。因此，对主反射镜半径的测量准确性在高品质成像镜头制造中显得尤其重要。目前对于反射镜结构参数中半径的检测，常用的方法有测量杆测量法和自准望远镜测量法两种。然而这两种检测方法的测量精度均在毫米量级以上，难以满足高品质成像镜头对测量精度的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种测量精度高的反射镜半径检测装置及其检测方法。
本发明的技术解决方案是：所提供的反射镜半径检测装置包括同轴设置的平行光管和辅助镜筒；所述平行光管和辅助镜筒之间设置有精密导轨，所述精密导轨上安装有CCD摄像机。通过测量焦距的方式精确计算被测反射镜的半径。
上述平行光管的焦平面上安装有分划板，通过平行光管成像到无穷远。
上述精密导轨上安装有光栅尺，用于记录CCD摄像机在导轨上的移动距离。
上述检测装置还包括与CCD摄像机相连的监视器，用于观察CCD摄像机捕捉到的图像。
上述检测装置还包括与精密导轨相连的控制计算机，用于精确控制CCD摄像机在导轨上的移动。
上述精密导轨的测量精度为0.001mm，光栅尺的反馈精度高。
上述CCD摄像机的光圈值为F≦4，图像清晰度判读精度高。
上述辅助镜筒的深度为L≦1m，辅助镜筒的加工精度在0.05mm以内，加工误差小，加工精度高。
本发明还提供一种基于上述反射镜半径检测装置的检测方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】将被测反射镜安装于辅助镜筒内，使其反射面朝向CCD摄像机；
2】打开平行光管，安装在平行光管焦平面上的分划板通过平行光管成像在无穷远处，再通过被测反射镜成像在被测反射镜的焦平面上；
3】移动CCD摄像机捕捉分划板的像；
4】沿精密导轨的安装轴线横向移动CCD摄像机，直至监视器得到清晰的分划板的像；
5】将光栅尺反馈的精密导轨当前位置数值置零；
6】纵向移动CCD摄像机，使其对准辅助镜筒的一端侧面；
7】沿精密导轨的安装轴线横向移动CCD摄像机，直至监视器得到清晰的端面的像；
8】记录精密导轨的当前位置数值Δ；
9】计算被测反射镜的焦距值：f＝Δ+L-d；其中Δ为精密导轨的位置数值，L为辅助镜筒的深度，d为被测反射镜的中心厚度；
10】计算被测反射镜的半径：r＝2f。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过被测反射镜把平行光管发出的十字丝目标成像在其像面上，再由CCD摄像机通过监视器显示出来，比较被测反射镜像面位置和辅助工装基准面像面位置的差值，计算出被测反射镜的焦距值，进而确定其半径值，具有装置简单、测量精度高的特点，能够满足高品质成像镜头对主反射镜半径测量精度的实际使用要求。
(2)本发明将CCD摄像机设置在精密导轨上，位置信息由光栅尺反馈，其0.001mm的测量精度确保了位置调节和测量输出的准确性。
(3)本发明使用CCD摄像机将被测反射镜对分划板成的像由CCD摄像机镜头成在CCD光敏面上，并由监视器显示出来，这有利于对目标成像清晰程度的判断和相关操作。
(4)本发明所使用的辅助镜筒为测量提供一个基准面，是被测反射镜球面中心的位置的外延机构，可以明显降低对精密导轨工作长度的要求，提高检测装置的经济性。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的检测装置结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明较佳实施例的检测装置由平行光管1、精密导轨2、辅助镜筒5、CCD摄像机3及监视器8构成。平行光管1的焦平面上安装有分划板6，通过平行光管1成像到无穷远。精密导轨2上安装有光栅尺，用于反馈其位置信息。精密导轨2与控制计算机7相连，精密控制CCD摄像机的移动距离。被测反射镜4安装于辅助镜筒5中，紧贴辅助镜筒5底部。
平行光管1为被测反射镜4提供一个无穷远的目标物，被测反射镜4将物成像到其像面上，再由CCD摄像机3成像在其焦平面上，由监视器8上显示出来，沿精密导轨的安装轴线横向移动精密导轨2上的CCD摄像机3使监视器8上图像清晰，并对此时精密导轨2的数值清零。纵向移动CCD摄像机3使其对准辅助镜筒5一侧边缘，然后横向移动精密导轨2上的CCD摄像机3使辅助镜筒5边缘的像在监视器上清晰，此时精密导轨输出的数值Δ。辅助镜筒5的长度和被测反射镜4的相对关系已知，由此就可以计算出被测反射镜4的焦距，最后由被测反射镜的半径是焦距2倍的物理关系计算出被测反射镜的半径。
本发明所提供的反射镜半径检测方法的检测精度由3部分决定：
(1)精密导轨2的测量精度，这里是光栅尺反馈，精度δ1＝0.001mm；
(2)图像清晰度的判读精度，为一倍焦深4λF2，其中λ为测量光波中心波长，取0.00055mm，F为CCD摄像机镜头F数，一般实验室测量F＝4或更小，这里取4计算得δ2＝0.0352mm；
(3)辅助镜筒加工误差，一般筒长1米以内加工精度在0.05mm以内，即加工精度δ3＝0.05mm。
所以焦距值测量精度δf＝δ1+δ2+δ3＝0.001+0.0352+0.05＝0.0862mm，进而半径测量精度δr＝2δf＝0.1724mm。

Claims (4)

1.一种反射镜半径检测装置的检测方法，所述检测装置包括控制计算机以及同轴设置的平行光管和辅助镜筒；所述平行光管和辅助镜筒之间设置有精密导轨，精密导轨与控制计算机相连，精密导轨的测量精度为0.001mm；所述精密导轨上安装有CCD摄像机，CCD摄像机的光圈值为F≦4；被测反射镜安装于辅助镜筒中并紧贴辅助镜筒底部，所述辅助镜筒为测量提供一个基准面，所述辅助镜筒的深度为L≦1m，辅助镜筒的加工精度在0.05mm以内；
其特征在于：包括以下步骤：
1】将被测反射镜安装于辅助镜筒内，使其反射面朝向CCD摄像机；
2】打开平行光管，安装在平行光管焦平面上的分划板通过平行光管成像在无穷远处，再通过被测反射镜成像在被测反射镜的焦平面上；
3】移动CCD摄像机捕捉分划板的像；
4】沿精密导轨的安装轴线横向移动CCD摄像机，直至监视器得到清晰的分划板的像；
5】将光栅尺反馈的精密导轨当前位置数值置零；
6】纵向移动CCD摄像机，使其对准辅助镜筒的一端侧面；
7】沿精密导轨的安装轴线横向移动CCD摄像机，直至监视器得到清晰的端面的像；
8】记录精密导轨的当前位置数值Δ；
9】计算被测反射镜的焦距值：f＝Δ+L-d；其中Δ为精密导轨的位置数值，L为辅助镜筒的深度，d为被测反射镜的中心厚度；
10】计算被测反射镜的半径：r＝2f。
2.根据权利要求1所述的一种反射镜半径检测装置的检测方法，其特征在于：所述平行光管的焦平面上安装有分划板。
3.根据权利要求2所述的一种反射镜半径检测装置的检测方法，其特征在于：所述精密导轨上安装有光栅尺。
4.根据权利要求3所述的一种反射镜半径检测装置的检测方法，其特征在于：所述检测装置还包括与CCD摄像机相连的监视器。
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