CN110360960A - 一种垂直度测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种垂直度测量方法和装置。该垂直度测量方法包括：提供一光学自准直仪和一平面反射镜；将平面反射镜放置于载物台上，准直光束经平面反射镜反射形成光斑，记录光斑的初始成像位置；将底座和镜框螺接，并放置于载物台上，将平面反射镜放置于镜框上；旋转镜框至少三次，记录每次旋转后光斑的测量成像位置；根据测量成像位置，获取底座表面反射的虚拟成像位置；根据初始成像位置、测量成像位置、虚拟成像位置以及刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，分别计算底座和镜框各自的螺纹轴线与承靠面的垂直度。本发明可对底座和镜框螺纹轴线和承靠面的垂直度进行同时测算，提高了垂直度的测算效率，同时保证垂直度的计算精度。

Description

一种垂直度测量方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及光学仪器检测技术领域，尤其涉及一种垂直度测量方法和装置。

背景技术

当前在相机领域，镜头普遍通过底座与相机连接，从而实现镜头成像面与相机图像传感器重合。具体地，镜头由镜框和安装在镜框中的透镜组成，镜框和底座上分别对应设置有外螺纹和内螺纹，镜框通过螺纹与底座螺接固定，并且底座和镜框上分别相对设置有承靠面，以在螺接时相互抵持。显然，螺纹的轴线与承靠面是否垂直，决定了镜框中透镜的最终成像面与相机中图像传感器所在平面是否平行甚至重合。

随着镜头成像质量的提高和光圈的增大,镜头的焦深越来越小，底座和镜框螺纹轴线和承靠面的垂直度要求越来越高，导致其加工精度要求越来越高。因此，在产品的生产管控的过程中，准确地测量底座和镜框的螺纹轴线和承靠面的垂直度显得尤为重要。现有的测量方法中通常需要高精度的治工具来保证精度，少有能够去除治具本身误差的测量方法。而且，目前的垂直度测量仅能够测量底座的螺纹轴线和承靠面的垂直度，而忽略了镜框螺纹轴线和承靠面的垂直度测量。

发明内容

本发明提供一种垂直度测量方法和装置，以同时实现底座和镜框中螺纹轴线和承靠面的垂直度的精确测量。

第一方面，本发明实施例提供了一种垂直度测量方法，用于测量底座和镜框中螺纹轴线与承靠面的垂直度，所述垂直度测量方法包括：

提供一光学自准直仪和一平面反射镜，所述光学自准直仪包括载物台、物镜光管部件和测微目镜部件，所述物镜光管部件出射准直光束，所述测微目镜部件中设置有刻度分划板；

将所述平面反射镜放置于所述载物台上，所述物镜光管部件出射的所述准直光束经所述平面反射镜反射至所述测微目镜部件中，并聚焦于所述刻度分划板上形成光斑，记录所述光斑在所述刻度分划板上的初始成像位置；

将待测的所述底座和待测的所述镜框螺接，并放置于所述载物台上，所述底座位于所述载物台和所述镜框之间，将所述平面反射镜放置于所述镜框上；

保持所述底座和所述载物台的相对位置固定以及所述底座和所述镜框螺接，并旋转所述镜框至少三次，记录每次旋转后所述光斑在所述刻度分划板上的测量成像位置；

根据每次旋转后的所述测量成像位置，获取所述底座的表面将准直光束反射在所述刻度分划板上的虚拟成像位置；根据所述初始成像位置、所述虚拟成像位置以及所述刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算所述底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度；根据所述测量成像位置、所述虚拟成像位置、所述刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算所述镜框的螺纹轴线与承靠面的垂直度

可选地，在所述将待测的所述底座和待测的所述镜框螺接，并放置于所述载物台上，所述底座位于所述载物台和所述镜框之间，将所述平面反射镜放置于所述镜框上之前，还包括：

调节所述载物台的水平度，直至所述光斑在所述刻度分划板上的初始成像位置与所述刻度分划板的原点重合。

可选地，所述保持所述底座和所述载物台的相对位置固定以及所述底座和所述镜框螺接，并旋转所述镜框至少三次，记录每次旋转后所述光斑在所述刻度分划板上的测量成像位置，包括：

保持所述底座和所述载物台的相对位置固定以及所述底座和所述镜框螺接，并依次以90度角旋转所述镜框四次，并记录每次旋转后所述光斑在所述刻度分划板上的测量成像位置。

可选地，以所述刻度分划板水平向右的方向为X方向，以所述刻度分划板竖直向上的方向为Y方向，记录四次旋转后所述光斑在所述刻度分划板上的测量成像位置分别为(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)、(X₃，Y₃)和(X₄，Y₄)；

根据每次旋转后的所述测量成像位置，获取所述底座的表面将准直光束反射在所述刻度分划板上的虚拟成像位置；根据所述初始成像位置、所述虚拟成像位置以及所述刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算所述底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度；根据所述测量成像位置、所述虚拟成像位置、所述刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算所述镜框的螺纹轴线与承靠面的垂直度，包括：

根据公式：计算所述底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度；

根据公式：计算所述镜框的螺纹轴线与承靠面的垂直度；

其中，D为所述刻度分划板上单位刻度对应的长度，T为所述刻度分划板上单位长度与对应的平面倾角的转换系数。

可选地，所述平面反射镜包括相对的一反射表面和一透射表面，将所述平面反射镜放置于所述载物台上，包括：

将所述平面反射镜放置于所述载物台上，且所述反射表面与所述载物台接触，所述物镜光管部件出射的所述准直光束经所述透射表面入射至所述反射表面，经所述反射表面反射至所述测微目镜部件中；

将所述平面反射镜放置于所述镜框上，包括：将所述平面反射镜放置于所述镜框上，且所述反射表面与所述镜框接触。

第二方面，本发明实施例还提供了一种垂直度测量装置，用于测量底座和镜框中螺纹轴线与承靠面的垂直度，所述垂直度测量装置包括：

光学自准直仪，所述光学自准直仪包括载物台、物镜光管部件和测微目镜部件，所述物镜光管部件出射准直光束，所述测微目镜部件中设置有成像分划板；

平面反射镜，用于分别放置在所述载物台和螺接的所述底座和镜框上，并将所述准直光束反射至所述测微目镜部件中，并聚焦于所述成像分划板上形成光斑。

可选地，所述平面反射镜包括相对的一反射表面和一透射表面。

可选地，所述平面反射镜的平面度小于或等于0.0002mm。

可选地，所述平面反射镜的平行度小于或等于0.002mm。

可选地，所述镜框设置有螺接结构以及背离所述螺接结构的筒状结构，所述筒状结构包括底部承靠面，所述底部承靠面的外径和内径分别为b和c；所述平面反射镜的外径为a，所述平面反射镜的外径满足：c＜a＜b。

本发明实施例提供的垂直度测量方法和装置，利用一光学自准直仪和一平面反射镜，首先通过将平面反射镜放置在光学自准直仪的载物台上，在光学自准直仪的刻度分划板上形成光斑，并记录初始成像位置；然后通过将底座和镜框螺接，并放置在载物台上，其中底座位于载物台和镜框之间，并将平面反射镜放置在镜框上；继而在保证底座和载物台的相对位置固定以及底座和镜框螺接的基础上，旋转镜框至少三次，并记录每次旋转后光斑在刻度分划板上的测量成像位置；最后根据测量成像位置，获取底座的表面将准直光束反射在刻度分划板上的虚拟成像位置，根据初始成像位置、虚拟成像位置、测量成像位置以及刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系分别计算底座和镜框的螺纹轴线和承靠面的垂直度。本发明实施例提供的垂直度测量方法，可以对底座和镜框螺纹轴线和承靠面的垂直度进行同时测算，减少垂直度的测量时间，提高垂直度的测算效率；同时可以保证垂直度的计算精度，避免采用高精度治工具进行测量，一定程度上减少测算成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种垂直度测量方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种垂直度测量装置的结构示意图；

图3是光学自准直仪的工作原理示意图；

图4是图2所示垂直度测量装置的另一种结构示意图；

图5是图2所示垂直度测量装置的又一种结构示意图；

图6是本发明实施例提供的垂直度测量方法的光路原理示意图；

图7是本发明实施例提供的一种光学自准直仪的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种镜框的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种垂直度测量方法的流程图；

图10是本发明实施例提供的又一种垂直度测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种垂直度测量方法的流程图，图2是本发明实施例提供的一种垂直度测量装置的结构示意图，参考图1和图2，该垂直度测量方法用于测量底座和镜框中螺纹轴线与承靠面的垂直度，具体包括：

S110、提供一光学自准直仪30和一平面反射镜40，光学自准直仪30包括载物台31、物镜光管部件32和测微目镜部件33，物镜光管部件32出射准直光束，测微目镜部件33中设置有刻度分划板331。

其中，光学自准直仪30的工作原理是利用物镜光管部件32出射准直光束，准直光束在反射面形成反射光束，检测反射光束在测微目镜部件33中刻度分划板331上的光斑位置，来确定反射面的水平度。具体地，图3是光学自准直仪的工作原理示意图，参考图2和图3，反射光束通过测微目镜部件33聚焦在刻度分划板331上形成光斑，光斑若与刻度分划板331的原点重合，则说明反射面水平；若光斑与刻度分划板331的原点偏移，则说明反射面存在平面倾角。并且，反射光束和准直光束的光线反射角度ω的一半则为反射面的平面倾角μ。因此，在已知反射面与刻度分划板331的高度差的基础上，可以确定刻度分划板331上单位距离与平面倾角μ的转换关系T，通过测量光斑与刻度分划板331的原点的距离d，即可获知反射面的平面倾角μ＝T*d。平面反射镜40则用于为底座和镜框增加反射面，利用平面反射镜40实现底座和镜框对准直光束的反射，平面反射镜40的平面倾角即底座和镜框的平面倾角。

S120、将平面反射镜40放置于载物台31上，物镜光管部件32出射的准直光束经平面反射镜40反射至测微目镜部件33中，并聚焦于刻度分划板331上形成光斑，记录光斑在刻度分划板331上的初始成像位置。

在实际的光学自准直仪中，载物台31可能并未调平，因此存在一定的平面倾角。因此，该步骤实质上用于测量载物台31的平面倾角。图4是图2所示垂直度测量装置的另一种结构示意图，参考图4，平面反射镜40放置在载物台31上时，即平面反射镜40所在平面与载物台31的表面重合，也即通过光斑位置确定的平面反射镜40所在平面的平面倾角即载物台31的平面倾角。

S130、将待测的底座和待测的镜框螺接，并放置于载物台31上，底座位于载物台31和镜框之间，将平面反射镜40放置于镜框上。

图5是图2所示垂直度测量装置的又一种结构示意图，参考图5，平面反射镜40放置在螺接的底座10和镜框20上时，即平面反射镜40所在平面与镜框20的表面重合。此时，通过光斑位置确定的平面反射镜40所在平面的平面倾角为镜框20表面的平面倾角。需要说明的是，此时镜框20表面的平面倾角为载物台31的平面倾角以及将螺接的底座10和镜框20放置于水平面上时的表面倾角的和。

S140、保持底座10和载物台31的相对位置固定以及底座10和镜框20螺接，并旋转镜框20至少三次，记录每次旋转后光斑在刻度分划板331上的测量成像位置。

由于底座10和镜框20相互螺接，在螺接的基础上旋转镜框20时，镜框20的表面会发生倾斜变化，从而镜框20表面反射的光斑会在刻度分划板331上画圆(近似圆)。可以理解的是，旋转镜框20的过程，实质为镜框20的螺纹轴线沿底座10的螺纹轴线旋转的过程，其中镜框20的螺纹轴线与底座10的螺纹轴线呈一定夹角。

S150、根据每次旋转后的测量成像位置，获取底座10的表面将准直光束反射在刻度分划板331上的虚拟成像位置；根据初始成像位置、虚拟成像位置以及刻度分划板331上单位距离与平面倾角的转换关系，计算底座10的螺纹轴线与承靠面的垂直度；根据测量成像位置、虚拟成像位置、刻度分划板331上单位距离与平面倾角的转换关系，计算镜框20的螺纹轴线与承靠面的垂直度。

图6是本发明实施例提供的垂直度测量方法的光路原理示意图，参考图5和图6，旋转镜框20形成的近似圆的圆心实质为底座10的表面将准直光束反射在刻度分划板331上的虚拟成像位置，因此可以根据该虚拟成像位置确定底座10的表面的平面倾角α，继而可以获知底座10放置在水平面上时表面的平面倾角，也即螺纹轴线和承靠面的垂直度。而旋转过程中光斑与近似圆的圆心存在一定距离是因为镜框20表面与底座10的表面不平行导致，即镜框20的螺纹轴线与底座10的螺纹轴线存在夹角，通过计算光斑与圆心的平均距离以及刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，即可获知镜框20的表面相对底座10的表面的平面倾角β，也即可以得知镜框20放置在水平面上时表面的平面倾角，从而可以得知镜框20中螺纹轴线与承靠面的垂直度。

此处需要说明的是，将镜框旋转至少三次时，可以获得至少三个光斑位置，通过至少三个光斑位置可以确定该光斑形成的近似圆以及圆心。至少三次的旋转可以采用相同的旋转角度旋转，也可不同。此外，旋转次数越多，获得的光斑位置越多，因而光斑形成的近似圆的圆心越准确，因而计算获得的底座10和镜框20的螺纹轴线和承靠面的垂直度更加精确。

本发明实施例提供的垂直度测量方法，利用一光学自准直仪和一平面反射镜，首先通过将平面反射镜放置在光学自准直仪的载物台上，在光学自准直仪的刻度分划板上形成光斑，并记录初始成像位置；然后通过将底座和镜框螺接，并放置在载物台上，其中底座位于载物台和镜框之间，并将平面反射镜放置在镜框上；继而在保证底座和载物台的相对位置固定以及底座和镜框螺接的基础上，旋转镜框至少三次，并记录每次旋转后光斑在刻度分划板上的测量成像位置；最后根据测量成像位置，获取底座的表面将准直光束反射在刻度分划板上的虚拟成像位置，根据初始成像位置、虚拟成像位置、测量成像位置以及刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系分别计算底座和镜框的螺纹轴线和承靠面的垂直度。本发明实施例提供的垂直度测量方法，可以对底座和镜框螺纹轴线和承靠面的垂直度进行同时测算，减少垂直度的测量时间，提高垂直度的测算效率；同时可以保证垂直度的计算精度，避免采用高精度治工具进行测量，一定程度上减少测算成本。

具体地，本发明实施例提供了一种光学自准直仪。图7是本发明实施例提供的一种光学自准直仪的结构示意图，参考图7，通常在光学自准直仪中，物镜光管部件包括光源321、十字指示分划板322和物镜323，十字指示分划板322位于物镜323的物方焦面上，光源321出射的光线经十字指示分划板322和物镜323形成准直光束，准直光束为十字型，光斑为十字光斑。测微目镜部件中设置有刻度分划板331。采用十字指示分划板322形成十字光斑，能够辅助读取刻度分划板331上的光斑位置，保证读取的准确度。

需要说明的是，在上述的垂直度测量方法中，可将平面反射镜视为一严格的反射平面，而实际应用的平面反射镜本身具备一定的厚度，并且平面反射镜的两个平面容易存在微小的夹角，即两个平面并非平行。针对于此，本发明提供的垂直度测量方法中，可选地，如图2、图4和图5所示，平面反射镜40包括相对的一反射表面和一透射表面，具体地，在将平面反射镜40放置于载物台31上时，可将平面反射镜40放置于载物台31上，且反射表面与载物台31接触。此时，物镜光管部件32出射的准直光束经透射表面入射至反射表面，经反射表面反射至测微目镜部件33中。同样地，在将平面反射镜40放置于镜框20上时，可将平面反射镜40放置于镜框20上，且反射表面与镜框20上接触。物镜光管部件32出射的准直光束经透射表面入射至反射表面，经反射表面反射至测微目镜部件33中。

其中，平面反射镜40的反射表面可采用镀反射膜的方式形成，例如在玻璃基板上沉积铝或银等材料。此时，平面反射镜40的上表面为透射表面，而下表面即反射表面与载物台31或镜框20直接接触，因而反射表面与载物台31或镜框20的表面重合，反射光束形成的光斑位置可以认为由载物台31或镜框20的表面的平面倾角决定。在将平面反射镜放置在载物台或镜框上而下表面为反射表面时，该方法可以防止将平面反射镜的平面倾角引入载物台或镜框的平面倾角的测算过程中，避免了平面反射镜由于做工精度问题而引入的误差。

进一步地，如图2所示的垂直度测量装置中，可设置平面反射镜40的平面度小于或等于0.0002mm。其中，平面度是指实际表面与理想平面进行比较，两者之间的线值距离，或通过测量实际表面上若干点的相对高度差，其表示平面的平整度。通过选择平面度小于或等于0.0002mm的平面反射镜，可以保证反射平面的均匀度，从而避免由于做工精度问题产生的缺陷对光斑位置的影响，进一步保证了根据光斑位置测算底座和镜框的螺纹轴线和承靠面垂直度的精度。

同样地，如图2所示的垂直度测量装置中，也可设置平面反射镜40的平行度小于或等于0.002mm。其中，平行度为平面反射镜两表面平行的误差最大允许值，其用于表征平面反射镜两表面平行的程度。显然，通过选择平行度小于或等于0.002mm的平面反射镜，可以保证平面镜上下表面的平面倾角更加相近，即使在将平面反射镜放置在载物台或镜框上而上表面为反射表面时，也可以保证上表面的平面倾角近似为载物台或镜框表面的平面倾角，从而减少了平面反射镜做工精度较低时带来的误差。

另外，图8是本发明实施例提供的一种镜框的结构示意图，参考图5和图8，镜框20上不仅设置有螺接结构211，以与底座10上设置的螺纹形成螺接，还需要将透镜或透镜组安装在镜框20中，也即镜框20背离螺接结构211的一侧为筒状结构221。该筒状结构221中包括底部承靠面222，用于将透镜或透镜组嵌入该镜框20中。此处需要考虑的是，该筒状结构221的底部承靠面222决定了透镜的成像面，也即镜框20的螺纹轴线和承靠面的垂直度计算中，承靠面应采用该底部承靠面222。为了测算该底部承靠面222与螺纹轴线的垂直度，需要将平面反射镜40置于该底部承靠面222上，故在选择平面反射镜时，需要设置平面反射镜40的外径a满足：c＜a＜b，其中，b和c分别为底部承靠面222的外径和内径。此时，平面反射镜直接放置在镜框20的筒状结构221中，并与底部承靠面222接触，从而平面反射镜40所在平面即底部承靠面222所在平面，通过计算光斑位置，可以测算出底部承靠面的斜率。

进一步地，为了方便计算，本发明实施例还提供了一种垂直度测量方法。图9是本发明实施例提供的另一种垂直度测量方法的流程图，参考图2和图9，该垂直度测量方法包括：

S210、提供一光学自准直仪和一平面反射镜，光学自准直仪包括载物台、物镜光管部件和测微目镜部件，物镜光管部件出射准直光束，测微目镜部件中设置有刻度分划板。

S220、将平面反射镜放置于载物台上，物镜光管部件出射的准直光束经平面反射镜反射至测微目镜部件中，并聚焦于刻度分划板上形成光斑，记录光斑在刻度分划板上的初始成像位置；

S230、调节载物台的水平度，直至光斑在刻度分划板上的初始成像位置与刻度分划板的原点重合。

通过调节载物台的水平度，使光斑在刻度分划板上的初始成像位置与原点重合，实现了载物台调平，此时载物台的表面为水平面，也即载物台的平面倾角为0。

S240、将待测的底座和待测的镜框螺接，并放置于载物台上，底座位于载物台和镜框之间，将平面反射镜放置于镜框上；

S250、保持底座和载物台的相对位置固定以及底座和镜框螺接，并旋转镜框至少三次，记录每次旋转后光斑在刻度分划板上的测量成像位置；

S260、根据每次旋转后的测量成像位置，获取底座的表面将准直光束反射在刻度分划板上的虚拟成像位置；根据虚拟成像位置以及刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度；根据测量成像位置、虚拟成像位置、刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算镜框的螺纹轴线与承靠面的垂直度。

其中，由于初始成像位置与原点重合，因此，在计算底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度时，无需考虑载物台的平面倾角，可由虚拟成像位置直接换算为底座表面的平面倾角，也即底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度。

进一步地，在步骤S140和S150(或者S250和S260)中，通过至少三次旋转，并以每次旋转后光斑在刻度分划板上的测量成像位置来计算底座和镜框的螺纹轴线与承靠面的垂直度的方式中，以每次旋转后光斑的测量成像位置，计算底座的表面将准直光束反射在刻度分划板上的虚拟成像位置的过程需要确定至少三个光斑所在圆的圆心的位置，该过程较为复杂。因此，本发明实施例还提供了一种垂直度测量方法。图10是本发明实施例提供的又一种垂直度测量方法的流程图，参考图2和图10，该垂直度测量方法包括：

S310、提供一光学自准直仪和一平面反射镜，光学自准直仪包括载物台、物镜光管部件和测微目镜部件，物镜光管部件出射准直光束，测微目镜部件中设置有刻度分划板。

S320、将平面反射镜放置于载物台上，物镜光管部件出射的准直光束经平面反射镜反射至测微目镜部件中，并聚焦于刻度分划板上形成光斑，记录光斑在刻度分划板上的初始成像位置；

S330、调节载物台的水平度，直至光斑在刻度分划板上的初始成像位置与刻度分划板的原点重合。

S340、将待测的底座和待测的镜框螺接，并放置于载物台上，底座位于载物台和镜框之间，将平面反射镜放置于镜框上；

S350、保持底座和载物台的相对位置固定以及底座和镜框螺接，并依次以90度角旋转镜框四次，并记录每次旋转后光斑在刻度分划板上的测量成像位置。其中，以刻度分划板水平向右的方向为X方向，以刻度分划板竖直向上的方向为Y方向，记录四次旋转后光斑在刻度分划板上的测量成像位置分别为(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)、(X₃，Y₃)和(X₄，Y₄)。

其中，由于镜框以90度依次旋转四次，故四个测量成像位置在近似圆上两两相对，该近似圆的圆心位置即为并且，该四个测量成像位置与圆心的距离的平均值则为

S360、根据公式：计算底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度α；

根据公式：计算镜框的螺纹轴线与承靠面的垂直度β；

其中，D为刻度分划板上单位刻度对应的长度，T为刻度分划板上单位长度与对应的平面倾角的转换系数。

本发明实施例还提供了一种垂直度测量装置，该垂直度测量装置用于测量底座和镜框中螺纹轴线与承靠面的垂直度，继续参考图2，该测量装置包括：光学自准直仪30，光学自准直仪30包括载物台31、物镜光管部件31和测微目镜部件32，物镜光管部件31出射准直光束，测微目镜部件32中设置有刻度分划板331；平面反射镜40，用于分别放置在载物台31和螺接的底座和镜框上(图中未示出)，并将准直光束反射至测微目镜部件32中，并聚焦于刻度分划板331上形成光斑。

本发明实施例提供的垂直度测量装置，利用一光学自准直仪和一平面反射镜，通过将平面反射镜放置在光学自准直仪的载物台上，在光学自准直仪的刻度分划板上形成光斑，并记录初始成像位置；然后通过将底座和镜框螺接，并放置在载物台上，其中底座位于载物台和镜框之间，并将平面反射镜放置在镜框上；继而在保证底座和载物台的相对位置固定以及底座和镜框螺接的基础上，旋转镜框至少三次，并记录每次旋转后光斑在刻度分划板上的测量成像位置；最后根据测量成像位置，获取底座的表面将准直光束反射在刻度分划板上的虚拟成像位置，根据初始成像位置、虚拟成像位置、测量成像位置以及刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系分别计算底座和镜框的螺纹轴线和承靠面的垂直度。本发明实施例提供的垂直度测量装置，可以对底座和镜框螺纹轴线和承靠面的垂直度进行同时测算，减少垂直度的测量时间，提高垂直度的测算效率；同时可以保证垂直度的计算精度，避免采用高精度治工具进行测量，一定程度上减少测算成本。

具体地，参考图7，物镜光管部件包括光源321、十字指示分划板322和物镜323，十字指示分划板322位于物镜323的物方焦面上，光源321出射的光线经十字指示分划板322和物镜323形成准直光束，准直光束为十字型，光斑为十字光斑。测微目镜部件中设置有刻度分划板331。采用十字指示分划板322形成十字光斑，能够辅助读取刻度分划板331上的光斑位置，保证读取的准确度。

可选地，平面反射镜包括相对的一反射表面和一透射表面。并且，进一步地，可设置平面反射镜的平面度小于或等于0.0002mm。或者设置平面反射镜的平行度小于或等于0.002mm。

另外，可选地，参考图8，镜框设置有螺接结构211以及背离螺接结构211的筒状结构221，筒状结构221包括底部承靠面222，底部承靠面222的外径和内径分别为b和c；平面反射镜40的外径为a，平面反射镜40的外径满足，c＜a＜b。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种垂直度测量方法，其特征在于，用于测量底座和镜框中螺纹轴线与承靠面的垂直度，所述垂直度测量方法包括：

提供一光学自准直仪和一平面反射镜，所述光学自准直仪包括载物台、物镜光管部件和测微目镜部件，所述物镜光管部件出射准直光束，所述测微目镜部件中设置有刻度分划板；

将所述平面反射镜放置于所述载物台上，所述物镜光管部件出射的所述准直光束经所述平面反射镜反射至所述测微目镜部件中，并聚焦于所述刻度分划板上形成光斑，记录所述光斑在所述刻度分划板上的初始成像位置；

将待测的所述底座和待测的所述镜框螺接，并放置于所述载物台上，所述底座位于所述载物台和所述镜框之间，将所述平面反射镜放置于所述镜框上；

保持所述底座和所述载物台的相对位置固定以及所述底座和所述镜框螺接，并旋转所述镜框至少三次，记录每次旋转后所述光斑在所述刻度分划板上的测量成像位置；

根据每次旋转后的所述测量成像位置，获取所述底座的表面将准直光束反射在所述刻度分划板上的虚拟成像位置；根据所述初始成像位置、所述虚拟成像位置以及所述刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算所述底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度；根据所述测量成像位置、所述虚拟成像位置、所述刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算所述镜框的螺纹轴线与承靠面的垂直度。

2.根据权利要求1所述的垂直度测量方法，其特征在于，在所述将待测的所述底座和待测的所述镜框螺接，并放置于所述载物台上，所述底座位于所述载物台和所述镜框之间，将所述平面反射镜放置于所述镜框上之前，还包括：

调节所述载物台的水平度，直至所述光斑在所述刻度分划板上的初始成像位置与所述刻度分划板的原点重合。

3.根据权利要求2所述的垂直度测量方法，其特征在于，所述保持所述底座和所述载物台的相对位置固定以及所述底座和所述镜框螺接，并旋转所述镜框至少三次，记录每次旋转后所述光斑在所述刻度分划板上的测量成像位置，包括：

保持所述底座和所述载物台的相对位置固定以及所述底座和所述镜框螺接，并依次以90度角旋转所述镜框四次，并记录每次旋转后所述光斑在所述刻度分划板上的测量成像位置。

4.根据权利要求3所述的垂直度测量方法，其特征在于，以所述刻度分划板水平向右的方向为X方向，以所述刻度分划板竖直向上的方向为Y方向，记录四次旋转后所述光斑在所述刻度分划板上的测量成像位置分别为(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)、(X₃，Y₃)和(X₄，Y₄)；

根据每次旋转后的所述测量成像位置，获取所述底座的表面将准直光束反射在所述刻度分划板上的虚拟成像位置；根据所述初始成像位置、所述虚拟成像位置以及所述刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算所述底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度；根据所述测量成像位置、所述虚拟成像位置、所述刻度分划板上单位距离与平面倾角的转换关系，计算所述镜框的螺纹轴线与承靠面的垂直度，包括：

根据公式：计算所述底座的螺纹轴线与承靠面的垂直度；

根据公式：计算所述镜框的螺纹轴线与承靠面的垂直度；

其中，D为所述刻度分划板上单位刻度对应的长度，T为所述刻度分划板上单位长度与对应的平面倾角的转换系数。

5.根据权利要求1所述的垂直度测量方法，其特征在于，所述平面反射镜包括相对的一反射表面和一透射表面，将所述平面反射镜放置于所述载物台上，包括：

将所述平面反射镜放置于所述载物台上，且所述反射表面与所述载物台接触，所述物镜光管部件出射的所述准直光束经所述透射表面入射至所述反射表面，经所述反射表面反射至所述测微目镜部件中；

将所述平面反射镜放置于所述镜框上，包括：将所述平面反射镜放置于所述镜框上，且所述反射表面与所述镜框接触。

6.一种垂直度测量装置，其特征在于，用于测量底座和镜框中螺纹轴线与承靠面的垂直度，所述垂直度测量装置包括：

光学自准直仪，所述光学自准直仪包括载物台、物镜光管部件和测微目镜部件，所述物镜光管部件出射准直光束，所述测微目镜部件中设置有成像分划板；

平面反射镜，用于分别放置在所述载物台和螺接的所述底座和镜框上，并将所述准直光束反射至所述测微目镜部件中，并聚焦于所述成像分划板上形成光斑。

7.根据权利要求6所述的垂直度测量装置，其特征在于，所述平面反射镜包括相对的一反射表面和一透射表面。

8.根据权利要求6所述的垂直度测量装置，其特征在于，所述平面反射镜的平面度小于或等于0.0002mm。

9.根据权利要求6所述的垂直度测量装置，其特征在于，所述平面反射镜的平行度小于或等于0.002mm。

10.根据权利要求6所述的垂直度测量装置，其特征在于，所述镜框设置有螺接结构以及背离所述螺接结构的筒状结构，所述筒状结构包括底部承靠面，所述底部承靠面的外径和内径分别为b和c；

所述平面反射镜的外径为a，所述平面反射镜的外径满足：c＜a＜b。