CN113375907A - 一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学精密装调技术领域，特别涉及一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统；在本发明内，应用温度监控模块对被测光学组件周边的温度进行监测的同时，也应用振动监控模块对被测光学组件的振动情况进行监测，应用内部位姿监测模块对被测光学组件的自身姿态情况进行监测；本发明能够在进行性能测试的同时，同步监测外部环境状态，为后续的精密装调提供数据依据，而且还同时衡量光学组件相对于系统整体以及相对于自身机械结构的位置变化。

Description

一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统
技术领域
本发明属于光学精密装调技术领域，特别涉及一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统。
背景技术
在光学精密装调技术领域中，对于多光学组件构成的复杂光机电系统而言，光学组件装配精度要求极高；与此同时，由于整套光机电系统极其复杂，难以利用机械方式实现自动装配，因此，通常装调方法为借助辅助工装的人工装调，但由于人工装配及机械辅助工装精度有限，难以达到极高的装配精度要求水平，因此，设计时，光学组件通常具有高精度的6自由度调整能力，在人工装配完成后，利用自身的精密调整能力进一步装调，以达到最终的装配精度。
装配完成前，通常均需要对可调整的光学组件进行必要的性能测试工作，以验证整体设计是否满足预期的指标要求，当前的性能测试系统，多为直接利用高精密光学测量仪器，例如激光干涉仪等，搭建性能测试系统；但考虑到复杂系统真实工作环境与测试环境通常存在较大差异，因此，有必要设计一种行之有效的测试系统，能够在完成基本性能测试的同时，同步测试当前的外部环境状态。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其应用温度监控模块对被测光学组件周边的温度进行监测的同时，也应用振动监控模块对被测光学组件的振动情况进行监测，应用内部位姿监测模块对被测光学组件的自身姿态情况进行监测。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其与上位机进行连接，其中，包括：
温度监控模块，用于对被测光学组件周边的温度进行监测；
振动监控模块，用于对被测光学组件的振动情况进行监测；
内部位姿监测模块，用于对被测光学组件的自身姿态情况进行监测。
作为本发明的一种改进，还包括：
外部位姿监测模块，用于对被测光学组件的所处水平面的姿态情况进行监测。
作为本发明的进一步改进，所述温度监控模块包括温度信号处理单元及若干个温度传感器，所述温度信号处理单元分别与所述上位机、温度传感器连接，所述温度传感器安装在所述被测光学组件的边上。
作为本发明的更进一步改进，所述振动监控模块包括振动信号处理单元及振动传感器，所述振动信号处理单元分别与所述上位机、振动传感器连接。
作为本发明的更进一步改进，所述内部位姿监测模块包括位置传感器信号处理单元及六个位置传感器，所述位置传感器信号处理单元分别与所述上位机、位置传感器连接。
作为本发明的更进一步改进，六个所述位置传感器分为三组，每组包括两个所述位置传感器，三组位置传感器分别连接在所述被测光学组件的不同的侧边上。
作为本发明的更进一步改进，在每组中两个所述位置传感器分别横向和竖向安装在所述被测光学组件上。
作为本发明的更进一步改进，所述位置传感器的接线端接入所述位置传感器信号处理单元内，所述位置传感器信号处理单元通过RS-232总线插入所述上位机内。
作为本发明的更进一步改进，所述外部位姿监测模块包括激光干涉仪与测试镜，所述激光干涉仪与所述被测光学组件均固定在同一光学平台上且相向设置，所述测试镜固定在所述被测光学组件上，所述激光干涉仪与所述测试镜校准水平对齐，所述激光干涉仪与所述上位机连接。
在本发明内，应用温度监控模块对被测光学组件周边的温度进行监测的同时，也应用振动监控模块对被测光学组件的振动情况进行监测，应用内部位姿监测模块对被测光学组件的自身姿态情况进行监测；本发明能够在进行性能测试的同时，同步监测外部环境状态，为后续的精密装调提供数据依据，而且还同时衡量光学组件相对于系统整体以及相对于自身机械结构的位置变化。
附图说明
图1为本发明的逻辑结构框图；
图2为本发明的的温度监控模块的布局图；
图3为本发明的的振动监控模块的布局图；
图4为本发明的的内部位姿监测模块的布局图；
图5为本发明的的外部位姿监测模块的布局图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1至图5，本发明的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其与上位机进行连接。
本发明的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，包括：
温度监控模块，用于对被测光学组件周边的温度进行监测；
振动监控模块，用于对被测光学组件的振动情况进行监测；
内部位姿监测模块，用于对被测光学组件的自身姿态情况进行监测；
外部位姿监测模块，用于对被测光学组件的所处水平面的姿态情况进行监测。
在本发明内，应用温度监控模块对被测光学组件周边的温度进行监测的同时，也应用振动监控模块对被测光学组件的振动情况进行监测，应用内部位姿监测模块对被测光学组件的自身姿态情况进行监测；本发明能够在进行性能测试的同时，同步监测外部环境状态，为后续的精密装调提供数据依据，而且还同时衡量光学组件相对于系统整体以及相对于自身机械结构的位置变化。
在本发明内，温度监控模块包括温度信号处理单元及若干个温度传感器，温度信号处理单元分别与上位机、温度传感器连接，温度传感器安装在被测光学组件的边上；具体地讲，将温度传感器布置于被测光学组件附近(如图2中温度传感器1和温度传感器2)，然后连接上位机并进行必要的功能校验，以确保温度传感器工作正常，能够读取被测光学组件附近的温度；其作用为在性能测试过程中，监测温度变化情况并记录。
在本发明内，振动监控模块包括振动信号处理单元及振动传感器，振动信号处理单元分别与上位机、振动传感器连接；具体地讲，将振动传感器布置于被测光学组件放置的光学平台上(如图3中振动传感器)，然后连接上位机并进行必要的功能校验，以确保振动传感器工作正常，能够读取被测光学组件所放置的光学平台的振动情况；其作用为在性能测试过程中，监测测试平台振动状态情况并记录。
在本发明内，内部位姿监测模块包括位置传感器信号处理单元及六个位置传感器，位置传感器信号处理单元分别与上位机、位置传感器连接；如图4中，六个位置传感器分为三组，每组包括两个位置传感器，三组位置传感器分别连接在被测光学组件的三个不同的侧边上，在每组中两个位置传感器分别横向和竖向安装在被测光学组件上，位置传感器的接线端接入位置传感器信号处理单元内，位置传感器信号处理单元通过RS-232总线插入上位机内；具体地讲，1)将6套高精度位置传感器的接线端接入信号处理模块；2)使用RS-232总线，将信号处理模块接入计算机；3)6套高精度位置传感器安装完成后，使用传感器配套软件的数据读取功能，确保其能与计算机端通信，并获取6套高精度位置传感器采集数据；4)由于高精度位置传感器行程有限，所以，根据所采集的高精度传感器位置数据，手动微调传感器在光学组件上的安装位置，确保其读数位于工作范围内；5)6套高精度位置传感器的位置确定后，固定传感器，并记录当前状态下的传感器采集数据，供后续计算使用；其作用为在性能测试过程中，监测并记录被测光学组件的6个自由度位姿。
在本发明内，外部位姿监测模块包括激光干涉仪与测试镜，激光干涉仪与被测光学组件均固定在同一光学平台上且相向设置，测试镜固定在被测光学组件上，激光干涉仪与测试镜校准水平对齐，激光干涉仪与上位机连接；具体地讲，依据激光干涉仪使用方法，架设激光干涉仪，测量方向为光学组件的待测自由度，其作用为在性能测试过程中，辅助轮流监测被测光学组件的待测自由度。
与现有技术相比，本发明能够在同时监控测试环境温度，测试平台振动的前提下，精准地标定被测高精度六自由度光学组件的6自由度坐标值，利用获取的测试数据能够为光学精密装调提供有效依据。
本发明具有以下有益效果：
1、能够在进行性能测试的同时，同步监测外部环境状态，为后续的精密装调提供数据根据。
2、同时包含内部位姿监测装置及外部位姿监测装置，能够同时衡量光学组件相对于系统整体以及相对于自身机械结构的位置变化。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其与上位机进行连接，其特征在于，包括：
温度监控模块，用于对被测光学组件周边的温度进行监测；
振动监控模块，用于对被测光学组件的振动情况进行监测；
内部位姿监测模块，用于对被测光学组件的自身姿态情况进行监测。
2.根据权利要求1所述的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其特征在于，还包括：
外部位姿监测模块，用于对被测光学组件的所处水平面的姿态情况进行监测。
3.根据权利要求1所述的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其特征在于，所述温度监控模块包括温度信号处理单元及若干个温度传感器，所述温度信号处理单元分别与所述上位机、温度传感器连接，所述温度传感器安装在所述被测光学组件的边上。
4.根据权利要求1所述的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其特征在于，所述振动监控模块包括振动信号处理单元及振动传感器，所述振动信号处理单元分别与所述上位机、振动传感器连接。
5.根据权利要求1所述的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其特征在于，所述内部位姿监测模块包括位置传感器信号处理单元及六个位置传感器，所述位置传感器信号处理单元分别与所述上位机、位置传感器连接。
6.根据权利要求5所述的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其特征在于，六个所述位置传感器分为三组，每组包括两个所述位置传感器，三组位置传感器分别连接在所述被测光学组件的不同的侧边上。
7.根据权利要求6所述的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其特征在于，在每组中两个所述位置传感器分别横向和竖向安装在所述被测光学组件上。
8.根据权利要求7所述的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其特征在于，所述位置传感器的接线端接入所述位置传感器信号处理单元内，所述位置传感器信号处理单元通过RS-232总线插入所述上位机内。
9.根据权利要求2所述的一种高精度六自由度光学组件的性能测试系统，其特征在于，所述外部位姿监测模块包括激光干涉仪与测试镜，所述激光干涉仪与所述被测光学组件均固定在同一光学平台上且相向设置，所述测试镜固定在所述被测光学组件上，所述激光干涉仪与所述测试镜校准水平对齐，所述激光干涉仪与所述上位机连接。
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