CN107608089B - 一种离散化的空间相机次镜精密调整固定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，该方法包括以下步骤：将通用五维调整机构与次镜结构连接；得到次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量；利用通用五维调整机构调整次镜；用塞尺获得间隙厚度d1；以间隙厚度d1为中心值制作垫片；将垫片的薄端插入间隙，在垫片与次镜结构的接触位置为标记位置；以垫片的标记位置处为中心，分别向薄端和厚端以一定间隔切取若干片次镜垫片；在若干片次镜垫片中选取一个满足条件的垫片安装于次镜结构与镜筒端面之间的间隙。本发明解决了空间相机次镜的五维精密调整和调整完毕后次镜的固定，并且固定的次镜能够在空间相机振动试验前后保持位置的高稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及航天光学遥感器技术领域，尤其涉及一种离散化的空间相机次镜精密调整固定方法。
背景技术
大F数长焦距轻型高分辨率空间相机镜头地面装调时对次镜的调整提出了微米级平移调整和秒级倾斜调整的要求，并需要在次镜固定过程中倾斜变化不大于5″，平移变化量不大于5μm，以最大限度地减小镜头像质的下降。为了保证次镜的调整及固定精度，采用了可拆卸的五维调整机构对次镜进行调整、调整完毕后在次镜结构和镜筒端面之间安装次镜垫片并固定，为保证安装固定时次镜的位置精度，选用了离散式的次镜垫片，十多个次镜垫片分三组置于次镜结构和镜筒端面之间的三处连接间隙内，每个垫片与其所在之处间隙的匹配误差需控制在1μm～2μm。目前现有的反射式空间相机镜头地面装调时次镜的调整使用内置调整机构，次镜调整完毕后直接固定，但调整机构不能取下，其调整机构重量占空间相机重量的一部分，且平移调整只能达到10微米量级。现有技术无法满足大F数长焦距轻型高分辨率空间相机镜头地面装调对次镜的调整精度和离散式次镜垫片固定精度的要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，解决了空间相机次镜的五维精密调整和调整完毕后次镜的固定，并且固定的次镜能够在空间相机振动试验前后保持位置的高稳定性。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：将通用五维调整机构分别与次镜结构及前镜筒端面连接；
步骤2：根据镜头波像差干涉测量系统得到次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量；
步骤3：利用通用五维调整机构根据三维平移量和两维倾斜量调整次镜；
步骤4：用塞尺测量次镜结构与镜筒端面之间的间隙，获得间隙厚度d1；
步骤5：以间隙厚度d1为中心值制作长条垫片；
步骤6：将长条垫片的薄端插入次镜结构与镜筒端面之间的间隙，直到长条垫片分别与次镜结构、镜筒相压紧，在长条垫片与次镜结构的接触位置为标记位置，标记位置即为次镜结构与镜筒之间的间隙厚度；
步骤7：以长条垫片的标记位置处为中心，分别向薄端和厚端以一定间隔切取若干片次镜垫片；
步骤8：在步骤7中的若干片次镜垫片中选取一个满足条件的次镜垫片安装于次镜结构与镜筒端面之间的间隙。
上述离散化的空间相机次镜精密调整固定方法中，在步骤2中，根据镜头波像差干涉测量系统得到次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量包括：建立镜头波像差干涉测量系统，测试镜头不同视场的波像差，将不同视场波像差的zernike系数代入光学系统，利用计算机反算次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量，其中，镜头包括主镜和次镜。
上述离散化的空间相机次镜精密调整固定方法中，在步骤3中，用经纬仪监测次镜的倾斜调整量，用通用五维调整机构上的平移读数监视次镜的平移调整量。
上述离散化的空间相机次镜精密调整固定方法中，在步骤7中，一定间隔为10-12mm。
上述离散化的空间相机次镜精密调整固定方法中，在步骤8中，选取一个满足条件的次镜垫片为该次镜垫片的厚度与次镜结构与镜筒端面之间的间隙的差异为1μm～2μm。
上述离散化的空间相机次镜精密调整固定方法中，在步骤8中，在次镜垫片安装时，用经纬仪监测次镜角度变化，微米级位移测量工具监测次镜平移量变化，激光干涉仪监视光学镜头系统的干涉条纹使得次镜角度变化量和平移变化量满足一定条件。
上述离散化的空间相机次镜精密调整固定方法中，次镜角度变化量和平移变化量满足一定条件为：次镜角度变化量不大于5″，平移变化量应不大于5μm。
上述离散化的空间相机次镜精密调整固定方法中，还包括如下步骤：步骤9：将镜筒、满足条件的次镜垫片和次镜结构相连接。
上述离散化的空间相机次镜精密调整固定方法中，在步骤5中，长条垫片的横截面为直角梯形。
上述离散化的空间相机次镜精密调整固定方法中，直角梯形的上边长和下边长的差为Δd。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明利用通用五维调整机构作为工装实现对次镜的高精度调整，次镜调整完毕后将工装取下，能有效减少空间相机次镜组件的重量，提高调整灵敏度，能做到微米级和秒级的定量调整，保证镜头的高质量装调；次镜调整完毕后，次镜结构和镜筒之间通过垫片固定，固定后次镜的倾斜和平移变化量能够分别控制在秒级和微米级实现，并能够保持空间相机振动试验前后次镜位置的高稳定性，从而保证镜头像质的稳定性；调整工装可以重复使用，有利于镜头的批量研制。本发明可应用于多种轻型高分辨率空间相机的镜头装调中。
附图说明
图1是本发明的使用塞尺进行间隙的测量示意图；
图2是本发明的长条垫片的示意图；
图3是本发明的使用长条垫片进行间隙测量的示意图；
图4是本发明的次镜通过次镜结构与主镜的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
本发明提供了一种离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：将通用五维调整机构与次镜结构连接；如图1所示。
步骤2：根据镜头波像差干涉测量系统得到次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量；
步骤3：利用通用五维调整机构根据三维平移量和两维倾斜量调整次镜；
步骤4：用塞尺测量次镜结构与镜筒端面之间的间隙，获得间隙厚度d1；如图1和图2所示。
步骤5：以间隙厚度d1为中心值制作长条垫片，其中，长条垫片的横截面为直角梯形，直角梯形的上边长和下边长的差为Δd，Δd的取值范围为1-5mm；
步骤6：将长条垫片的薄端插入次镜结构与镜筒端面之间的间隙，直到长条垫片与次镜结构、镜筒相接触，在长条垫片与次镜结构的接触位置为标记位置，标记位置即为次镜结构与镜筒之间的间隙厚度；如图3所示。
步骤7：以长条垫片的标记位置处为中心，分别向两端以一定间隔切取若干片次镜垫片；
步骤8：在步骤7中的若干片次镜垫片中选取一个满足条件的次镜垫片安装于次镜结构与镜筒端面之间的间隙。
在步骤2中，根据镜头波像差干涉测量系统得到次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量包括：建立镜头波像差干涉测量系统，测试镜头不同视场的波像差，将不同视场波像差的zernike系数代入光学系统，利用计算机反算次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量，其中，镜头包括主镜和次镜。
在步骤3中，用经纬仪监测次镜的倾斜调整量，用通用五维调整机构上的平移读数监视次镜的平移调整量。
在步骤7中，以长条垫片的标记位置处为中心，分别向薄端和厚端以10-12mm间隔切取9-10片次镜垫片。
在步骤8中，选取一个满足条件的次镜垫片为该次镜垫片的厚度与次镜结构与镜筒端面之间的间隙的差异为1μm～2μm。在次镜垫片安装时，用经纬仪监测次镜角度变化，微米级位移测量工具监测次镜平移量变化，激光干涉仪监视光学镜头系统的干涉条纹使得次镜角度变化量和平移变化量满足一定条件。进一步的，次镜角度变化量和平移变化量满足一定条件为：次镜角度变化量不大于5″，平移变化量应不大于5μm。具体的，微米级位移测量工具选为数字千分表。
上述实施例中，还包括如下步骤：步骤9：将镜筒、满足条件的垫片和次镜结构相连接。具体的，垫片安装完毕后，按力矩要求拧紧次镜结构与镜筒之间连接螺钉，整个垫片的固定过程中保持镜头像质下降量不超过波像差rms0.003λ。
上述实施例中，还包括如下步骤：拆除通用五维调整机构，用经纬仪和微米级位移测量工具监测倾斜和平移变化，通用五维调整机构拆除后次镜的倾斜变化量应不大于5″，平移变化量应不大于5μm。
具体的，在反射式光学镜头装调中，次镜通常作为可调整的反射镜之一，通过调整次镜的平移和倾斜使得镜头的失调量逐渐减小，最终达到所要求的镜头成像质量。对于长焦距轻型高分辨率相机，由于体积的减小，导致镜头性能对失调量的高度敏感性；采用大F数光学系统导致衍射极限的传函下降，给光学装调留有的余量很小，需要更高的装调因子。由此对次镜的调整提出了微米级平移调整和秒级倾斜调整要求，并需要在次镜固定过程中最大限度地减小像质下降量。
图4是本发明的次镜通过次镜结构与主镜的连接示意图。如图4所示，次镜通过次镜结构与主镜的前镜筒相连接。本实施例的调整固定方法过程中，使用通用五维调整机构与次镜结构相连接，固定完毕后，再将通用五维调整机构拆卸。需要说明的是，通用五维调整机构是比较常见的五维调整机构，本实施例中不再赘述。
本实施例采用调整和固定分离的空间相机次镜五维精密调整及固定方法，本方法利用通用五维调整机构作为工装，实现对次镜三维平移的微米级调整和两维倾斜的秒级调整；次镜调整到位镜头像质达到要求后，测试次镜结构和镜筒之间的间隙；然后在其中加入垫片并固定；垫片装配过程包括测量、取样、安装和固定等环节，整个过程均用经纬仪、干涉仪和微米级位移测量工具监测次镜的倾斜量和平移量，垫片固定后镜头像质下降量不超过波像差rms0.003λ；垫片固定完毕后将工装取下。次镜垫片完成固紧且工装拆除后，次镜的倾斜变化量不大于5″，总的平移变化量不大于10μm，相机经过振动试验后像质保持不变。
本发明利用通用五维调整机构作为工装实现对次镜的高精度调整，次镜调整完毕后将工装取下，能有效减少空间相机次镜组件的重量，提高调整灵敏度，能做到微米级和秒级的定量调整，保证镜头的高质量装调；次镜调整完毕后，次镜结构和镜筒之间通过垫片固定，固定后次镜的倾斜和平移变化量能够分别控制在秒级和微米级实现，并能够保持空间相机振动试验前后次镜位置的高稳定性，从而保证镜头像质的稳定性；调整工装可以重复使用，有利于镜头的批量研制。本发明可应用于多种轻型高分辨率空间相机的镜头装调中。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：将通用五维调整机构分别与次镜结构及前镜筒端面连接；
步骤2：根据镜头波像差干涉测量系统得到次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量；
步骤3：利用通用五维调整机构根据三维平移量和两维倾斜量调整次镜；
步骤4：用塞尺测量次镜结构与镜筒端面之间的间隙，获得间隙厚度d1；
步骤5：以间隙厚度d1为中心值制作长条垫片；
步骤6：将长条垫片的薄端插入次镜结构与镜筒端面之间的间隙，直到长条垫片分别与次镜结构、镜筒相压紧，在长条垫片与次镜结构的接触位置为标记位置，标记位置即为次镜结构与镜筒之间的间隙厚度；
步骤7：以长条垫片的标记位置处为中心，分别向薄端和厚端以一定间隔切取若干片次镜垫片；
步骤8：在步骤7中的若干片次镜垫片中选取一个满足条件的次镜垫片安装于次镜结构与镜筒端面之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，其特征在于，在步骤2中，根据镜头波像差干涉测量系统得到次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量包括：建立镜头波像差干涉测量系统，测试镜头不同视场的波像差，将不同视场波像差的zernike系数代入光学系统，利用计算机反算次镜需要调节的三维平移量和两维倾斜量，其中，镜头包括主镜和次镜。
3.根据权利要求1所述的离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，其特征在于，在步骤3中，用经纬仪监测次镜的倾斜调整量，用通用五维调整机构上的平移读数监视次镜的平移调整量。
4.根据权利要求1所述的离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，其特征在于，在步骤7中，一定间隔为10-12mm。
5.根据权利要求1所述的离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，其特征在于，在步骤8中，选取一个满足条件的次镜垫片为该次镜垫片的厚度与次镜结构与镜筒端面之间的间隙的差异为1μm～2μm。
6.根据权利要求1所述的离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，其特征在于，在步骤8中，在次镜垫片安装时，用经纬仪监测次镜角度变化，微米级位移测量工具监测次镜平移量变化，激光干涉仪监视光学镜头系统的干涉条纹使得次镜角度变化量和平移变化量满足一定条件。
7.根据权利要求6所述的离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，其特征在于，次镜角度变化量和平移变化量满足一定条件为：次镜角度变化量不大于5″，平移变化量应不大于5μm。
8.根据权利要求1所述的离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，其特征在于，还包括如下步骤：步骤9：将镜筒、满足条件的次镜垫片和次镜结构相连接。
9.根据权利要求1所述的离散化的空间相机次镜精密调整固定方法，其特征在于，在步骤5中，长条垫片的横截面为直角梯形。
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