CN109099858A - 一种反射镜姿态变换面形检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电测量技术领域，具体公开一种反射镜姿态变换面形检测装置，检测装置包括：机身、第一线性平台、第二线性平台、第三线性平台、气囊减振器、第一转台、第二转台、第三转台、4D干涉仪以及CGH补偿器；通过发送指令控制第一线性平台、第二线性平台、第三线性平台、第一转台、第二转台和第三转台，使4D干涉仪、CGH补偿器和被测反射镜组件分别运动至被测所需的俯仰角和横滚角，且满足合适的空气间隔与偏心要求时，对此状态下的反射镜的面形进行干涉测量；本发明的检测装置可以对具有一定俯仰和横滚角工作状态下的反射镜面形进行动态实时检测，具有结构简单、操作方便、成本低、通用性强的优点。

Description

一种反射镜姿态变换面形检测装置

技术领域

本发明属于光电测量技术领域，具体涉及一种反射镜姿态变换面形检测装置。

背景技术

航空机载光电转塔在对地面或海上目标进行跟瞄时，安装于光电转塔中光电载荷会受到飞机飞行姿态变化下重力的作用，以卡塞格林光学系统为例，由于主镜口径较大，重量较重，当随着内框架进行俯仰，横滚运动时，主镜的面形由于其光轴与重力的夹角变化而发生变化，从而影响光电载荷的成像性能。

目前对反射镜面形的测量方式之一是搭建水平检测光路，即通过将干涉仪、标准球面镜或计算全息图(Computer-Generaterd Holograms，简称CGH)补偿器、被测反射镜光轴水平放置，来测量反射镜的面形精度。另一种方式是搭建竖直检测光路，即将干涉仪、标准球面镜或CGH补偿器、被测反射镜光轴竖直放置，来测量反射镜的面形精度。而反射镜的实际使用状态大多情况下，既不是光轴水平，也不是光轴竖直，进而无法对此状态下光电载荷的成像质量进行量化检测与分析，至此，研制出一种结构简单、操作方便、运行可靠的反射镜姿态变换面形检测装置很有必要。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种可以对具有一定俯仰和横滚角工作状态下的反射镜面形进行动态实时检测的新型结构反射镜姿态变换面形检测装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种反射镜姿态变换面形检测装置，所述面形检测装置包括：机身、第一线性平台、第二线性平台、第三线性平台、第一转台、第二转台、第三转台、4D干涉仪以及CGH补偿器；所述第一线性平台的轴线、所述第二线性平台的轴线以及所述第三线性平台的轴线，三者分别呈垂直分布；所述第一转台固定在所述第二线性平台上，所述第二转台与所述第三转台固定连接；所述4D干涉仪以及所述CGH补偿器均固定在所述第三线性平台上。

优选的，所述反射镜姿态变换面形检测装置还包括气囊减振器，所述气囊减振器包括第一气囊减振器和第二气囊减振器；所述机身通过所述第一气囊减振器与地基连接；所述第三转台通过所述第二气囊减振器与地基连接。

优选的，所述第一线性平台、所述第二线性平台以及所述第三线性平台的组成构件的种类相同。

优选的，所述第一线性平台包括第一伺服电机、第一行星齿轮减速器、第一联轴器、第一丝杠支座、第一滚珠丝杠、第一直线导轨、第一滑台、第一丝杠螺母、第二丝杠支座以及第一线性平台床身；所述第一行星齿轮减速器的输入端与所述第一伺服电机连接，所述第一行星齿轮减速器的输出端与所述第一滚珠丝杠通过所述第一联轴器连接；所述第一滚珠丝杠安装在所述第一丝杠支座和所述第二丝杠支座上；所述第一行星齿轮减速器、所述第一直线导轨、所述第一丝杠支座和所述第二丝杠支座固定在所述第一线性平台床身上，所述第一丝杠螺母固定连接在所述第一滑台上，所述第一滑台通过所述第一滚珠丝杠和所述第一丝杠螺母的螺旋传动可以在所述第一直线导轨上平移滑动。

优选的，所述第一转台与所述第二转台的组成构件的种类相同。

优选的，所述第一转台包括第四伺服电机、第四联轴器、第一转台床身、第一转盘、第一电机支架、第一轴承、第一编码器、第一蜗轮以及第一蜗杆；所述第四伺服电机与所述第一蜗杆通过所述第四联轴器连接，所述第四伺服电机固定在所述第一电机支架上，所述第一电机支架固定在所述第一转台床身上，所述第一转盘固定在所述第一蜗轮上，所述第一蜗轮和所述第一蜗杆通过所述第一轴承安装在所述第一转台床身上；所述第一转盘通过所述第一蜗轮和所述第一蜗杆的传动进行回转。

优选的，所述第三转台包括第三转台机身、第三转台支架、第三转台主轴、力矩电机、第三编码器以及第三轴承；所述第三转台支架与所述第三转台主轴固定连接，所述第三转台主轴的一端与所述力矩电机的转子固定连接，所述第三转台主轴的另一端与所述第三编码器的转子固定连接；所述第三转台主轴通过所述第三轴承安装在所述第三转台机身上，所述力矩电机的定子固定连接在所述第三转台机身上，所述第三转台支架可绕所述第三转台主轴的轴线回转。

优选的，所述第一线性平台和所述第二线性平台具有大位移行程，所述第三线性平台具有小位移行程。

优选的，所述第一线性平台、所述第二线性平台以及所述第三线性平台的分辨率均不大于10μm，重复定位精度均不大于8μm；所述第一转台、所述第二转台以及所述第三转台的分辨率均不大于5"，重复定位精度均不大于10"。

优选的，所述反射镜姿态变换面形检测装置能对俯仰角0～90°，横滚角0～360°的反射镜进行面形干涉测量。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种反射镜姿态变换面形检测装置，该装置可以对具有一定俯仰和横滚角工作状态下的反射镜面形进行动态实时检测，具体可对俯仰角0～90°，横滚角0～360°的反射镜进行面形干涉测量，具有结构简单、操作方便、成本低、通用性强的优点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式所提供的反射镜姿态变换面形检测装置的总体装配结构示意图；

图2为本发明具体实施方式所提供的反射镜姿态变换面形检测装置的爆炸结构示意图；

图3为本发明具体实施方式所提供的反射镜姿态变换面形检测装置对俯仰角α＝0°(光轴水平)时被测反射镜的面形干涉测量的结构示意图；

图4为本发明本发明具体实施方式所提供的反射镜姿态变换面形检测装置对俯仰角α＝15°时被测反射镜的面形干涉测量的结构示意图；

图5为本发明本发明具体实施方式所提供的反射镜姿态变换面形检测装置对俯仰角α＝60°时被测反射镜的面形干涉测量的结构示意图；

图6为本发明本发明具体实施方式所提供的反射镜姿态变换面形检测装置对俯仰角α＝90°(光轴竖直)时被测反射镜的面形干涉测量的结构示意图；

图7为本发明本发明具体实施方式所提供的反射镜姿态变换面形检测装置对横滚角β＝0°时被测反射镜的面形干涉测量的结构示意图；

图8为本发明本发明具体实施方式所提供的反射镜姿态变换面形检测装置对横滚角β＝30°时被测反射镜的面形干涉测量的结构示意图；

图9为本发明本发明具体实施方式所提供的反射镜姿态变换面形检测装置对横滚角β＝75°时被测反射镜的面形干涉测量的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

参照图1所示，本发明具体实施方式提供一种反射镜姿态变换面形检测装置，主要包括：机身1、第一线性平台2、第二线性平台3、第三线性平台4、第一转台6、第二转台7、第三转台8、4D干涉仪10、CGH补偿器11。反射镜姿态变换面形检测装置还包括第一气囊减振器5和第二气囊减振器9。具体的，机身1通过4个第一气囊减振器5与地基连接，第三转台8通过4个第二气囊减振器9与地基连接，在其他具体实施方式中，机身1和第三转台8也可以分别通过其他数量的第一气囊减振器5以及第二气囊减振器9与地基连接。其中，被测反射镜组件12通过本发明的反射镜姿态变换面形检测装置进行检测。具体的，检测时，被测反射镜组件12固定在第二转台7上。

参照图1和图2所示，本发明具体实施方式中，第一线性平台2、第二线性平台3和第三线性平台4的组成构件的种类相同，三者的轴线分别呈垂直分布，具体的，三者的轴线中任意两条轴线之间均为垂直关系。具体如图中所示，第一线性平台2包括第一伺服电机201、第一行星齿轮减速器202、第一联轴器203、第一丝杠支座204、第一滚珠丝杠205、第一直线导轨206、第一滑台207、第一丝杠螺母(图中未示意)、第二丝杠支座209和第一线性平台床身210。

其中，第一伺服电机201与第一行星齿轮减速器202输入端连接，第一行星齿轮减速器202的输出端与第一滚珠丝杠205通过第一联轴器203连接，第一滚珠丝杠205通过第一轴承安装在第一丝杠支座204和第二丝杠支座209上；第一行星齿轮减速器202、第一直线导轨206、第一丝杠支座204和第二丝杠支座209固定在第一线性平台床身210上，第一丝杠螺母(图中未示出)固定连接在第一滑台207上，第一滑台207通过第一滚珠丝杠205和第一丝杠螺母(图中未示出)的螺旋传动可以在第一直线导轨206上平移滑动。

同样的，第二线性平台3也包括第二伺服电机(图中未示意)、第二行星齿轮减速器(图中未示意)、第二联轴器(图中未示意)、第三丝杠支座(图中未示意)、第二滚珠丝杠(图中未示意)、第二直线导轨(图中未示意)、第二滑台302、第二丝杠螺母(图中未示意)、第四丝杠支座(图中未示意)和第二线性平台床身301，具体连接关系通第一线性平台2中所述。第三线性平台4也包括第三伺服电机(图中未示意)、第三行星齿轮减速器(图中未示意)、第三联轴器(图中未示意)、第五丝杠支座(图中未示意)、第三滚珠丝杠(图中未示意)、第三直线导轨(图中未示意)、第三滑台401、第三丝杠螺母(图中未示意)、第六丝杠支座(图中未示意)和第三线性平台床身(图中未示意)。

本发明具体实施方式中，第一转台6和第二转台7的组成构件的种类相同。如图2所示，第一转台6主要包括第四伺服电机601、第四联轴器602、第一转台床身603、第一转盘604、第一电机支架605、第一轴承、第一编码器、第一蜗轮和第一蜗杆(图中未示意)；具体的，第四伺服电机601与第一蜗杆通过第四联轴器602连接，第四伺服电机601固定在第一电机支架605上，第一电机支架605固定在第一转台床身603上，第一转盘604固定在第一蜗轮上，第一蜗轮和第一蜗杆通过第一轴承安装在第一转台床身603上；第一转盘604通过第一蜗轮和第一蜗杆的传动进行回转。

同样的，第二转台7主要包括第五伺服电机(图中未示意)、第五联轴器(图中未示意)、第二转台床身(图中未示意)、第二转盘703、第二电机支架(图中未示意)、第二轴承(图中未示意)、第二编码器(图中未示意)、第二蜗轮(图中未示意)和第二蜗杆(图中未示意)；具体的，第五伺服电机与第二蜗杆通过第五联轴器连接，第五伺服电机固定在第二电机支架上，第二电机支架固定在第二转台床身上，第二转盘703固定在第二蜗轮上，第二蜗轮和第二蜗杆通过第二轴承安装在第二转台床身上；第二转盘703通过第二蜗轮和第二蜗杆的传动进行回转。

本发明具体实施方式中，第三转台8的组成构件与第一转台6和第二转台7的组成构件有所不同。具体的，第三转台8主要包括第三转台机身801、第三转台支架802、第三转台主轴(图中未示意)、力矩电机(图中未示意)、第三编码器(图中未示意)和第三轴承(图中未示意)；机身801通过4个第二气囊减振器9与地基连接；第三转台支架802与第三转台主轴固定连接，第三转台主轴一端与力矩电机的转子固定连接，另一端与第三编码器的转子固定连接，第三转台主轴通过第三轴承安装在第三转台机身801上，力矩电机的定子固定连接在第三转台机身801上，第三转台支架802可以绕第三转台主轴的轴线回转。

本发明具体实施方式中，第二线性平台3通过将第二线性平台床身301与第一线性平台2的第一滑台207固定连接，第一转台6固定在第二线性平台3的第二滑台302上。具体的，反射镜姿态变换面形检测装置还包括第一支架1001，第二支架1002以及第三支架1003，第一支架1001，第二支架1002以及第三支架1003可以看作是三个线性平台或者三个转台中的一部分，也可以看作是独立的连接部分。其中，第一支架1001用于连接第一转台6和第三线性平台4，第三支架1003用于安装CGH补偿器11；具体的，第一支架1001的侧面固定在第一转台6的第一转盘604上，4D干涉仪10通过压板A固定在第三线性平台4的第三滑台401上，第三线性平台4固定在支架1001的底面，CGH补偿器11通过第二支架1002固定在第三支架1003上，第三支架1003固定在第三线性平台4的第三滑台401侧面。

本发明具体实施方式中，反射镜姿态变换面形检测装置中还设有转接板2001，被测反射镜组件12固定在转接板2001上，转接板2001固定在第二转台7的第二转盘703上，第二转台7固定在第三转台支架802上，被测反射镜组件12可以绕第二转台7的转盘703的轴线回转。

具体实施方式中，第一线性平台2和第二线性平台3具有大位移行程，第三线性平台4具有小位移行程；具体的，第一线性平台2和第二线性平台3的位移行程大约不小于1200mm，而第三线性平台4的位移行程大约不小100mm；第一线性平台2、第二线性平台3和第三线性平台4分辨率不大于10μm，重复定位精度不大于8μm；第一转台6、第二转台7和第三转台8分辨率不大于5"，重复定位精度不大于10"。

本发明的反射镜姿态变换面形检测装置可以对俯仰角0～90°，横滚角0～360°的反射镜面形进行干涉测量。具体参照图1、图3～图9所示，定义第一线性平台2的第一滑台207沿第一直线导轨206平移运动方向为X轴，第二线性平台3的第二滑台302沿其第二直线导轨平移运动方向为Y轴，第三线性平台4的第三滑台401沿其第三直线导轨平移运动方向为Z轴，第一转台6的第一转盘604的回转运动方向为θz轴，第二转台7的第二转盘703的回转运动方向为被测反射镜组件12的横滚轴，横滚角为β，第三转台8对应的第三转台主轴的回转运动方向为被测反射镜组件12的俯仰轴，俯仰角为α(水平为0°)。

本发明的反射镜姿态变换面形检测装置对俯仰角0～90°，横滚角0～360°的反射镜面形进行干涉测量的工作原理为：参照图3～图6所示，先通过发送指令控制第一转台6的第一转盘604，使4D干涉仪10的光轴处于水平状态，调整CGH补偿器11的位置，使其与4D干涉仪10满足合适的空气间隔与偏心要求，再控制第三转台8，使被测反射镜组件12的光轴旋转至水平状态，再控制第一线性平台2、第二线性平台3和第三线性平台4进行插补运动，带动CGH补偿器11和4D干涉仪10进行平移，直至CGH补偿器11与被测反射镜组件12满足合适的空气间隔与偏心要求，此时，可以对俯仰角为0°时的被测反射镜组件12的进行面形干涉测量；若被测反射镜组件12俯仰角α为0～90°中任意一值，先控制第三转台8，使被测反射镜组件12旋转到俯仰角α，再控制第一转台6，使CGH补偿器11和4D干涉仪10转到俯仰角-α，再控制第一线性平台2、第二线性平台3进行插补运动，使被测反射镜组件12的光轴、CGH补偿器11和4D干涉仪10满足光学给定的空气间隔与偏心要求，此时，可以对俯仰角不为0°时的被测反射镜组件12的面形进行干涉测量；

参照图7～图9所示，若要对不同横滚角β的被测反射镜组件12的面形进行干涉测量，具体调整方法为：在如前所述的对不同俯仰角的反射镜进行面形干涉测量方法步骤完成后，控制第二转台7进行横滚运动，使被测反射镜组件12旋转横滚角β，即可实现对不同横滚角β的被测反射镜组件12的面形进行干涉测量。

本发明提供的反射镜姿态变换面形检测装置可以对具有一定俯仰和横滚角工作状态下的反射镜面形进行动态实时检测，具体可对俯仰角0～90°，横滚角0～360°的反射镜进行面形干涉测量，具有结构简单、操作方便、成本低、通用性强的优点。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述面形检测装置包括：机身、第一线性平台、第二线性平台、第三线性平台、第一转台、第二转台、第三转台、4D干涉仪以及CGH补偿器；

所述第一线性平台的轴线、所述第二线性平台的轴线以及所述第三线性平台的轴线，三者分别呈垂直分布；所述第二线性平台固定在所述第一线性平台上，所述第一线性平台固定在所述机身上，所述第一转台固定在所述第二线性平台上，所述第三线性平台固定在所述第一转台上，所述第二转台与所述第三转台固定连接；所述4D干涉仪以及所述CGH补偿器均固定在所述第三线性平台上。

2.如权利要求1所述的反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述反射镜姿态变换面形检测装置还包括气囊减振器，所述气囊减振器包括第一气囊减振器和第二气囊减振器；所述机身通过所述第一气囊减振器与地基连接；所述第三转台通过所述第二气囊减振器与地基连接。

3.如权利要求1所述的反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述第一线性平台、所述第二线性平台以及所述第三线性平台的组成构件的种类相同。

4.如权利要求1所述的反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述第一线性平台包括第一伺服电机、第一行星齿轮减速器、第一联轴器、第一丝杠支座、第一滚珠丝杠、第一直线导轨、第一滑台、第一丝杠螺母、第二丝杠支座以及第一线性平台床身；

所述第一行星齿轮减速器的输入端与所述第一伺服电机连接，所述第一行星齿轮减速器的输出端与所述第一滚珠丝杠通过所述第一联轴器连接；所述第一滚珠丝杠安装在所述第一丝杠支座和所述第二丝杠支座上；所述第一行星齿轮减速器、所述第一直线导轨、所述第一丝杠支座和所述第二丝杠支座固定在所述第一线性平台床身上，所述第一丝杠螺母固定连接在所述第一滑台上，所述第一滑台通过所述第一滚珠丝杠和所述第一丝杠螺母的螺旋传动可以在所述第一直线导轨上平移滑动。

5.如权利要求1所述的反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述第一转台与所述第二转台的组成构件的种类相同。

6.如权利要求1所述的反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述第一转台包括第四伺服电机、第四联轴器、第一转台床身、第一转盘、第一电机支架、第一轴承、第一编码器、第一蜗轮以及第一蜗杆；

所述第四伺服电机与所述第一蜗杆通过所述第四联轴器连接，所述第四伺服电机固定在所述第一电机支架上，所述第一电机支架固定在所述第一转台床身上，所述第一转盘固定在所述第一蜗轮上，所述第一蜗轮和所述第一蜗杆通过所述第一轴承安装在所述第一转台床身上；所述第一转盘通过所述第一蜗轮和所述第一蜗杆的传动进行回转。

7.如权利要求1所述的反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述第三转台包括第三转台机身、第三转台支架、第三转台主轴、力矩电机、第三编码器以及第三轴承；

所述第三转台支架与所述第三转台主轴固定连接，所述第三转台主轴的一端与所述力矩电机的转子固定连接，所述第三转台主轴的另一端与所述第三编码器的转子固定连接；所述第三转台主轴通过所述第三轴承安装在所述第三转台机身上，所述力矩电机的定子固定连接在所述第三转台机身上，所述第三转台支架可绕所述第三转台主轴的轴线回转。

8.如权利要求1所述的反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述第一线性平台和所述第二线性平台具有大位移行程，所述第三线性平台具有小位移行程。

9.如权利要求1所述的反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述第一线性平台、所述第二线性平台以及所述第三线性平台的分辨率均不大于10μm，重复定位精度均不大于8μm；所述第一转台、所述第二转台以及所述第三转台的分辨率均不大于5"，重复定位精度均不大于10"。

10.如权利要求1所述的反射镜姿态变换面形检测装置，其特征在于，所述反射镜姿态变换面形检测装置能对俯仰角0～90°，横滚角0～360°的反射镜进行面形干涉测量。