CN114488521B - 汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，解决平面反射镜起汇聚光束作用时，还需精密测量定位其空间坐标位置，但现有测量定位精度低、易产生划伤镜面风险的问题。该方法通过空间坐标测量设备、显微镜、自准直经纬仪结合辅助球面反射镜对汇聚光路中平面反射镜进行高精度的空间位姿坐标定位和测量，具体步骤为：1)通过空间坐标测量设备建立统一空间坐标系；2)结合测量靶球对辅助球面反射镜球心点进行定位标记，精确定位辅助球面反射镜；3)利用显微镜和自准直经纬仪进行基准传递和平面反射镜的空间位姿测量，精确定位平面反射镜。

Description

汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法
技术领域
本发明涉及光学精密装调领域，具体涉及一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法。
背景技术
平面反射镜是光学系统中常用且尤为重要的光学零件，其空间位姿的精密定位是装配过程中重要工序，对光学系统的成像质量影响很大。对于平行折转光路中，平面反射镜起平行光束的任意角度折转作用，主要通过经纬仪自准保证俯仰和方位角度即可，而对于汇聚光束来说，平面反射镜除了要保证俯仰和方位角度外，还需精密测量定位其在汇聚折转光路中的空间坐标位置。目前测量定位手段主要依靠接触式探针配合定位工装进行间接测量，需多次测量并拆卸调整，定位精度低，并且在测量定位过程易产生划伤镜面等质量风险。
发明内容
为了解决平面反射镜起汇聚光束作用时，除保证俯仰和方位角度外，还需精密测量定位其空间坐标位置，但现有测量定位精度低、易产生划伤镜面风险的技术问题，本发明提供了一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，待定位平面反射镜为1个，记为平面反射镜一，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)建立空间坐标系
根据汇聚光路设计要求，通过空间坐标测量设备采点建立X、Y、Z三个基准面，并以三个基准面交叉点作为坐标原点O(0，0，0)；
2)精确定位辅助球面反射镜
2.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜球心点O1的理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.2)使空间坐标测量设备的测量靶球位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.3)在步骤2.2)的测量靶球位置架设显微镜，调整显微镜使其与测量靶球自准成像，显微镜的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
2.4)通过空间坐标测量设备测量拟合辅助球面反射镜的球心点，并粗调辅助球面反射镜的位置，使其球形点坐标粗定位于O1(X1，Y1，Z1)；
2.5)取掉测量靶球，显微镜的CCD界面上出现辅助球面反射镜的自准直十字丝图像，精调辅助球面反射镜的位置，使辅助球面反射镜的自准直十字丝图像与步骤2.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，此时，辅助球面反射镜完成精确定位；
2.6)取掉显微镜；
3)精确定位平面反射镜一
3.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜球心点O1经平面反射镜一折转后的球心点O2的理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.2)使空间坐标测量设备的测量靶球位于理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.3)在步骤3.2)的测量靶球位置架设显微镜，调整显微镜使其与测量靶球自准成像，显微镜的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
3.4)取掉测量靶球，将平面反射镜一按要求进行初始安装，架设自准直经纬仪与平面反射镜一自准，空间坐标测量设备测量平面反射镜一与设定基准面的初始俯仰夹角和方位夹角，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则执行步骤3.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜一的位置，使平面反射镜一的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值的误差允许范围内，再执行步骤3.5)；
在调整平面反射镜一位置的过程中，自准直经纬仪实时监控平面反射镜一角度变化；
3.5)微动平面反射镜一，使辅助球面反射镜的自准直十字丝图像与步骤3.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，此时，完成平面反射镜一空间位姿的精确定位。
进一步地，所述空间坐标测量设备为激光跟踪仪；
所述显微镜为PSM装调显微镜。
进一步地，所述辅助球面反射镜的工作面为凹球面。
进一步地，步骤3.4)中，调整平面反射镜一的位置具体是调节平面反射镜一的俯仰夹角和方位夹角；
其中，平面反射镜一的俯仰夹角调节是通过修研修切垫实现的；
平面反射镜一的方位夹角是通过平面反射镜一微动旋转实现的。
进一步地，步骤2.2)具体为：将空间坐标测量设备的测量靶球安装在三维微调平台上，并整体微调移动三维微调平台，使测量靶球坐标位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)。
进一步地，步骤2.4)中：在通过空间坐标测量设备测量拟合辅助球面反射镜的球心点之前，还包括将辅助球面反射镜安装在五维调整台上；
步骤2.4)和步骤2.5)中，辅助球面反射镜位置的调节是通过五维调整台实现的。
进一步地，所述空间坐标测量设备为三坐标测量机，或者柔性关节臂测量机，或者激光跟踪仪、三坐标测量机、柔性关节臂测量机三者进行空间组网形成的测量机构。
在待定位平面反射镜为多个时，本发明提供了另一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，多个待定位平面反射镜分别记为平面反射镜一、平面反射镜二、……，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)建立空间坐标系
根据汇聚光路设计要求，通过空间坐标测量设备采点建立X、Y、Z三个基准面，并以三个基准面交叉点作为坐标原点O(0，0，0)；
2)精确定位辅助球面反射镜
2.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜球心点O1的理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.2)使空间坐标测量设备的测量靶球位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.3)在步骤2.2)的测量靶球位置架设显微镜，调整显微镜使其与测量靶球自准成像，显微镜的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
2.4)通过空间坐标测量设备测量拟合辅助球面反射镜的球心点，并粗调辅助球面反射镜的位置，使其球形点坐标粗定位于O1(X1，Y1，Z1)；
2.5)取掉测量靶球，显微镜的CCD界面上出现辅助球面反射镜的自准直十字丝图像，精调辅助球面反射镜的位置，使辅助球面反射镜的自准直十字丝图像与步骤2.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，此时，辅助球面反射镜完成精确定位；
2.6)取掉显微镜；
3)精确定位平面反射镜一
3.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜球心点O1经平面反射镜一折转后的球心点O2的理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.2)使空间坐标测量设备的测量靶球位于理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.3)在步骤3.2)的测量靶球位置架设显微镜，调整显微镜使其与测量靶球自准成像，显微镜的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
3.4)取掉测量靶球，将平面反射镜一按要求进行初始安装，架设自准直经纬仪与平面反射镜一自准，空间坐标测量设备测量平面反射镜一与设定基准面的初始俯仰夹角和方位夹角，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则执行步骤3.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜一的位置，使平面反射镜一的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值的误差允许范围内，再执行步骤3.5)；
在调整平面反射镜一位置的过程中，自准直经纬仪实时监控平面反射镜一角度变化；
3.5)微动平面反射镜一，使辅助球面反射镜的自准直十字丝图像与步骤3.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，完成平面反射镜一空间位姿的精确定位；
4)其余平面反射镜的精确定位
利用步骤1)和步骤3)的方法依次完成其余平面反射镜的精确定位。
同时，在待定位平面反射镜为2个时，本发明还提供了另外一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，可实现2个平面反射镜的快速定位，2个定位平面反射镜分别记为平面反射镜一和平面反射镜二，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)建立空间坐标系
根据汇聚光路设计要求，通过空间坐标测量设备采点建立X、Y、Z三个基准面，并以三个基准面交叉点作为坐标原点O(0，0，0)；
2)精确定位辅助球面反射镜
2.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜球心点O1的理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.2)使空间坐标测量设备的测量靶球位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.3)在步骤2.2)的测量靶球位置架设显微镜，调整显微镜使其与测量靶球自准成像，显微镜的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
2.4)通过空间坐标测量设备测量拟合辅助球面反射镜的球心点，并粗调辅助球面反射镜的位置，使其球形点坐标粗定位于O1(X1，Y1，Z1)；
2.5)取掉测量靶球，显微镜的CCD界面上出现辅助球面反射镜的自准直十字丝图像，精调辅助球面反射镜的位置，使辅助球面反射镜的自准直十字丝图像与步骤2.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，此时，辅助球面反射镜完成精确定位；
2.6)取掉显微镜；
3)精确定位平面反射镜一
3.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜球心点O1经平面反射镜一折转后的球心点O2的理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.2)使空间坐标测量设备的测量靶球位于理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.3)在步骤3.2)的测量靶球位置架设显微镜，调整显微镜使其与测量靶球自准成像，显微镜的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
3.4)取掉测量靶球，将平面反射镜一按要求进行初始安装，架设自准直经纬仪与平面反射镜一自准，空间坐标测量设备测量平面反射镜一与设定基准面的初始俯仰夹角和方位夹角，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则执行步骤3.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜一的位置，使平面反射镜一的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值的误差允许范围内，再执行步骤3.5)；
在调整平面反射镜一位置的过程中，自准直经纬仪实时监控平面反射镜一角度变化；
3.5)微动平面反射镜一，使辅助球面反射镜的自准直十字丝图像与步骤3.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，完成平面反射镜一空间位姿的精确定位；
4)精确定位平面反射镜二
4.1)在汇聚光路图中预先规划辅助球面反射镜的球心点O1依次经过平面反射镜一、平面反射镜二折转后的理论坐标位置O3(X3，Y3，Z3)；
4.2)使空间坐标测量设备的测量靶球位于理论坐标位置O3(X3，Y3，Z3)；
4.3)在步骤4.2)的测量靶球位置架设显微镜，调整显微镜与测量靶球自准成像，显微镜的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置。
4.4)取掉测量靶球，显微镜不动；将平面反射镜二进行初始安装，架设自准直经纬仪与平面反射镜二自准，空间坐标测量设备测量平面反射镜二与设定基准面的初始俯仰和方位夹角，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则执行步骤4.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜二的位置，使平面反射镜二的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值的误差允许范围内，再执行步骤3.5)；
在调整平面反射镜二位置的过程中，自准直经纬仪实时监控平面反射镜二角度变化；
4.5)微动平面反射镜二，使辅助球面反射镜的自准直十字丝图像与步骤4.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，完成平面反射镜二空间位姿的精确定位。
进一步地，所述空间坐标测量设备为激光跟踪仪；
所述显微镜为PSM装调显微镜；
所述辅助球面反射镜的工作面为凹球面；
所述空间坐标测量设备为三坐标测量机或柔性关节臂测量机，或者激光跟踪仪、三坐标测量机、柔性关节臂测量机三者进行空间组网形成的测量机构。
步骤3.4)中，调整平面反射镜一的位置具体是调节平面反射镜一的俯仰夹角和方位夹角；
步骤4.4)中，调整平面反射镜二的位置具体是调节平面反射镜二的俯仰夹角和方位夹角；
其中，平面反射镜一和平面反射镜二的俯仰夹角调节均是通过修研修切垫实现的；
平面反射镜一和平面反射镜二的方位夹角是通过平面反射镜一微动旋转实现的；
其中，平面反射镜一的俯仰夹角调节是通过修研修切垫实现的；
平面反射镜一的方位夹角是通过平面反射镜一微动旋转实现的。
进一步地，步骤2.2)具体为：将空间坐标测量设备的测量靶球安装在三维微调平台上，并整体微调移动三维微调平台，使测量靶球坐标位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
步骤4.2)具体为：将空间坐标测量设备的测量靶球安装在三维微调平台上，并整体微调移动三维微调平台，使测量靶球坐标位于理论坐标位置O3(X3，Y3，Z3)。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明定位方法先通过空间坐标测量设备建立统一空间坐标系，结合测量靶球对辅助球面反射镜球心点进行定位标记，并利用显微镜和自准直经纬仪进行基准传递和平面反射镜的空间位姿测量，降低了装配集成的难度，使得可操作性强。
2、本发明方法为非接触式测量，避免测量定位过程中对平面反射镜镜面的划伤。
3、本发明通过激光跟踪仪(精度0.01mm)、PSM装调显微镜(精度2μm)、自准直经纬仪(0.5″)结合辅助球面反射镜对平面反射镜进行高精度的空间位姿坐标定位、基准传递和精密测量，综合测量精度优于0.02mm。
附图说明
图1为本发明实施例一中汇聚折转光路示意图；
图2为本发明实施例一中辅助球面反射镜初始空间定位示意图；
图3为本发明实施例一汇聚光路中平面反射镜一的空间位姿定位示意图；
图4为本发明实施例三中汇聚折转光路示意图；
图5为本发明实施例三汇聚光路中平面反射镜一、平面反射镜二的空间位姿定位示意图；
其中，附图标记如下：
1-汇聚光束，2-平面反射镜一，3-像面(或物面)，4-辅助球面反射镜，5-显微镜，6-自准直经纬仪，7-空间坐标测量设备，8-平面反射镜二。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
实施例一
本发明一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，通过空间坐标测量设备7、显微镜5、自准直经纬仪6结合辅助球面反射镜4对汇聚光路中平面反射镜一2进行高精度的空间位姿坐标定位和测量。具体步骤如下：
1)建立空间坐标系O
如图1所示，汇聚折转光路示意图，汇聚光束1经平面反射镜一2折转后成像于像面3，或者物面3出射的光路经平面反射镜一2折转后形成汇聚光束1；根据汇聚光路设计图纸要求，通过空间坐标测量设备7采点建立X、Y、Z三个基准面，并以三个基准面交叉点作为坐标原点，即坐标为O(0，0，0)；本实施例空间坐标测量设备7采用激光跟踪仪，在其他实施例中，空间坐标测量设备7也可采用三坐标测量机，或者柔性关节臂测量机，或者激光跟踪仪、三坐标测量机、柔性关节臂测量机三者进行空间组网所形成的测量机构，进行协同测量；
2)精确定位辅助球面反射镜4
2.1)如图2所示，在汇聚光路图中预先规划辅助球面反射镜4球心点O1的理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.2)将激光跟踪仪的测量靶球安装在三维微调平台上，整体微调移动使测量靶球坐标精确位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.3)在步骤2.2)的测量靶球位置架设显微镜5，微位移调整显微镜5使其与测量靶球自准成像，显微镜5的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，并标记此时的十字丝图像位置；本实施例显微镜5采用PSM装调显微镜(自准直显微镜)；
2.4)将辅助球面反射镜4安装在五维调整台上，通过激光跟踪仪测量拟合辅助球面反射镜4的球心点，并通过五维调整台粗调辅助球面反射镜4的位置，使其球形点坐标粗定位于O1(X1，Y1，Z1)；
2.5)取掉测量靶球，显微镜5的CCD界面上出现辅助球面反射镜4的自准直十字丝图像，根据图像锐利情况和坐标位置微动五维调整台，使辅助球面反射镜4的自准直十字丝图像与步骤2.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，此时，辅助球面反射镜4完成精确定位，不可再移动；
2.6)取掉显微镜5进行下一步工作。
3)精确定位平面反射镜一2
3.1)如图3所示，在汇聚光路图中预先规划辅助球面反射镜4球心点O1经平面反射镜一2折转后的球心点O2理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.2)将激光跟踪仪的测量靶球安装在三维微调平台上，整体微调移动使靶球坐标精确位于理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.3)在步骤3.2)的测量靶球位置架设显微镜5，微位移调整显微镜5使其与测量靶球自准成像，显微镜5的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
3.4)取掉测量靶球，显微镜5不动；将平面反射镜一2按图纸设计要求进行初始安装，架设自准直经纬仪6与平面反射镜一2自准，激光跟踪仪测量平面反射镜一2与设定基准面的初始俯仰夹角和方位夹角，将初始俯仰夹角和方位夹角与相对应的理论值进行比较，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则平面反射镜一2的位置保持不变，执行步骤3.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则需要调整平面反射镜一2的位置，直至平面反射镜一2的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，再执行步骤3.5)；
其中，若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜一2的位置具体为：
若初始俯仰夹角在理论值允许误差范围内，方位夹角不在理论值允许误差范围内，则通过修研与平面反射镜一2相配合的修切垫，使平面反射镜一2的初始俯仰夹角在理论值允许误差范围内；
若俯仰夹角不在理论值允许误差范围内，方位夹角在理论值允许误差范围内，则通过微动旋转平面反射镜一2，使平面反射镜一2的初始方位夹角在理论值允许误差范围内；
若初始俯仰夹角和方位夹角均不在理论值允许误差范围内，则通过修研与平面反射镜一2相配合的修切垫以及微动旋转平面反射镜一2，使平面反射镜一2的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内；
在平面反射镜一2的俯仰和方位调整过程中，自准直经纬仪6实时监控角度变化情况，激光跟踪仪前面只是测一个初始角度，与理论值比较差多少,在微调过程中，使用自准直经纬仪6监控角度变化量，使其在受控的状态下调整到位，最后再用激光跟踪仪复测一下角度，这样不需要激光跟踪仪去反复的测量角度；显微镜5的CCD界面上也会出现辅助球面反射镜4的自准直十字丝图像；
3.5)根据图像锐利情况和坐标位置微动平面反射镜一2，使辅助球面反射镜4的自准直十字丝图像与步骤3.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，此时，平面反射镜一2完成空间位姿的精确定位。
本发明方法用于准确精密定位汇聚折转光路中平面反射镜一2的空间位姿，该方法为非接触式测量，定位精度高，可操作性强，为汇聚折转光路中平面反射镜一2的空间位姿精密定位提供一种新的装调集成定位与测量手段。本实施例辅助球面反射镜4的工作面为凹球面，曲率半径根据光学系统的空间位置大小选择任意值。平面反射镜一2的工作面为平面，镀反射膜；平面反射镜一2的背部为平面，光学抛光不镀膜，主要与自准直经纬仪6光学自准。
本发明方法具有以下特点：
1、非接触式测量，定位精度高
本发明通过对激光跟踪仪(精度0.01mm)、PSM装调显微镜(精度2μm)、自准直经纬仪6(0.5″)结合辅助球面反射镜4对汇聚光路中平面反射镜2进行高精度的空间位姿坐标定位、基准传递和精密测量，综合测量精度优于0.02mm。
2、可操作性强
本发明先通过激光跟踪仪建立统一空间坐标系，结合测量靶球对辅助球面反射镜4球心点O1进行定位标记，并利用PSM装调显微镜和自准直经纬仪6进行基准传递和平面反射镜2的空间位姿测量，进一步降低了装配集成的难度。
实施例二
在汇聚光路中若有多个平面反射镜，每个平面反射镜可按照实施例一的工艺方法进行平面空间位姿精确定位。
实施例三
如图4所示，在汇聚光路中若有2个平面反射镜，则2个平面反射镜记为平面反射镜一和平面反射镜二；
平面反射镜一的空间位姿的精确定位与实施例一相同，则在平面反射镜一2完成空间位姿的精确定位后，还包括步骤4)精确定位平面反射镜二8：
4.1)如图5所示，在汇聚光路图中预先规划辅助球面反射镜4的球心点O1依次经过平面反射镜一2、平面反射镜二8折转后的理论坐标位置O3(X3，Y3，Z3)；
4.2)将激光跟踪仪的测量靶球安装在三维微调平台上，并整体微调移动三维微调平台，使测量靶球坐标位于理论坐标位置O3(X3，Y3，Z3)；
4.3)在步骤4.2)的测量靶球位置架设显微镜5，微位移调整显微镜5与测量靶球自准成像，显微镜5的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置。
4.4)取掉测量靶球，显微镜5不动；将平面反射镜二8按图纸设计要求进行初始安装，架设自准直经纬仪6与平面反射镜二8自准，激光跟踪仪测量平面反射镜二8与设定基准面的初始俯仰和方位夹角，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则执行步骤4.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜二8的位置，使平面反射镜二8的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值的误差允许范围内，再执行步骤3.5)；
其中，若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜二8的位置具体为：
若初始俯仰夹角在理论值允许误差范围内，方位夹角不在理论值允许误差范围内，则通过修研与平面反射镜二8相配合的修切垫，使平面反射镜二8的初始俯仰夹角在理论值允许误差范围内；
若俯仰夹角不在理论值允许误差范围内，方位夹角在理论值允许误差范围内，则通过微动旋转平面反射镜二8，使平面反射镜二8的初始方位夹角在理论值允许误差范围内；
若初始俯仰夹角和方位夹角均不在理论值允许误差范围内，则通过修研与平面反射镜二8相配合的修切垫以及微动旋转平面反射镜二8，使平面反射镜二8的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内；
在调整平面反射镜二8位置的过程中，自准直经纬仪6实时监控平面反射镜二8角度变化情况，激光跟踪仪前面只是测一个初始角度，与理论值比较差多少,在微调过程中，使用自准直经纬仪6监控角度变化量，使其在受控的状态下调整到位，最后再用激光跟踪仪复测一下角度，这样不需要激光跟踪仪去反复的测量角度；
4.5)微动平面反射镜二8，使辅助球面反射镜4的自准直十字丝图像与步骤4.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，完成平面反射镜二8空间位姿的精确定位。本实施例方法可实现2个平面反射镜快速空间位姿定位。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (10)

1.一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，待定位平面反射镜为1个，记为平面反射镜一，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立空间坐标系
根据汇聚光路设计要求，通过空间坐标测量设备(7)采点建立X、Y、Z三个基准面，并以三个基准面交叉点作为坐标原点O(0，0，0)；
2)精确定位辅助球面反射镜(4)
2.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜(4)球心点O1的理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.2)使空间坐标测量设备(7)的测量靶球位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.3)在步骤2.2)的测量靶球位置架设显微镜(5)，调整显微镜(5)使其与测量靶球自准成像，显微镜(5)的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
2.4)通过空间坐标测量设备(7)测量拟合辅助球面反射镜(4)的球心点，并粗调辅助球面反射镜(4)的位置，使其球形点坐标粗定位于O1(X1，Y1，Z1)；
2.5)取掉测量靶球，显微镜(5)的CCD界面上出现辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像，精调辅助球面反射镜(4)的位置，使辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像与步骤2.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，此时，辅助球面反射镜(4)完成精确定位；
2.6)取掉显微镜(5)；
3)精确定位平面反射镜一(2)
3.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜(4)球心点O1经平面反射镜一(2)折转后的球心点O2的理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.2)使空间坐标测量设备(7)的测量靶球位于理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.3)在步骤3.2)的测量靶球位置架设显微镜(5)，调整显微镜(5)使其与测量靶球自准成像，显微镜(5)的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
3.4)取掉测量靶球，将平面反射镜一(2)按要求进行初始安装，架设自准直经纬仪(6)与平面反射镜一(2)自准，空间坐标测量设备(7)测量平面反射镜一(2)与设定基准面的初始俯仰夹角和方位夹角，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则执行步骤3.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜一(2)的位置，使平面反射镜一(2)的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值的误差允许范围内，再执行步骤3.5)；
在调整平面反射镜一(2)位置的过程中，自准直经纬仪(6)实时监控平面反射镜一(2)角度变化；
3.5)微动平面反射镜一(2)，使辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像与步骤3.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，完成平面反射镜一(2)空间位姿的精确定位。
2.根据权利要求1所述汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，其特征在于：所述空间坐标测量设备(7)为激光跟踪仪；
所述显微镜(5)为PSM装调显微镜；
所述辅助球面反射镜(4)的工作面为凹球面；
所述空间坐标测量设备(7)为三坐标测量机或柔性关节臂测量机，或者激光跟踪仪、三坐标测量机、柔性关节臂测量机三者进行空间组网形成的测量机构。
3.根据权利要求1或2所述汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，其特征在于，步骤3.4)中，调整平面反射镜一(2)的位置具体是调节平面反射镜一(2)的俯仰夹角和方位夹角；
其中，平面反射镜一(2)的俯仰夹角调节是通过修研修切垫实现的；
平面反射镜一(2)的方位夹角是通过平面反射镜一(2)微动旋转实现的。
4.根据权利要求3所述汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，其特征在于，步骤2.2)具体为：
将空间坐标测量设备(7)的测量靶球安装在三维微调平台上，并整体微调移动三维微调平台，使测量靶球坐标位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)。
5.根据权利要求4所述汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，其特征在于，步骤2.4)中：在通过空间坐标测量设备(7)测量拟合辅助球面反射镜(4)的球心点之前，还包括将辅助球面反射镜(4)安装在五维调整台上；
步骤2.4)和步骤2.5)中，辅助球面反射镜(4)位置的调节是通过五维调整台实现的。
6.一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，待定位平面反射镜为多个，记为平面反射镜一、平面反射镜二、……，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立空间坐标系
根据汇聚光路设计要求，通过空间坐标测量设备(7)采点建立X、Y、Z三个基准面，并以三个基准面交叉点作为坐标原点O(0，0，0)；
2)精确定位辅助球面反射镜(4)
2.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜(4)球心点O1的理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.2)使空间坐标测量设备(7)的测量靶球位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.3)在步骤2.2)的测量靶球位置架设显微镜(5)，调整显微镜(5)使其与测量靶球自准成像，显微镜(5)的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
2.4)通过空间坐标测量设备(7)测量拟合辅助球面反射镜(4)的球心点，并粗调辅助球面反射镜(4)的位置，使其球形点坐标粗定位于O1(X1，Y1，Z1)；
2.5)取掉测量靶球，显微镜(5)的CCD界面上出现辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像，精调辅助球面反射镜(4)的位置，使辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像与步骤2.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，此时，辅助球面反射镜(4)完成精确定位；
2.6)取掉显微镜(5)；
3)精确定位平面反射镜一(2)
3.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜(4)球心点O1经平面反射镜一(2)折转后的球心点O2的理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.2)使空间坐标测量设备(7)的测量靶球位于理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.3)在步骤3.2)的测量靶球位置架设显微镜(5)，调整显微镜(5)使其与测量靶球自准成像，显微镜(5)的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
3.4)取掉测量靶球，将平面反射镜一(2)按要求进行初始安装，架设自准直经纬仪(6)与平面反射镜一(2)自准，空间坐标测量设备(7)测量平面反射镜一(2)与设定基准面的初始俯仰夹角和方位夹角，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则执行步骤3.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜一(2)的位置，使平面反射镜一(2)的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值的误差允许范围内，再执行步骤3.5)；
在调整平面反射镜一(2)位置的过程中，自准直经纬仪(6)实时监控平面反射镜一(2)角度变化；
3.5)微动平面反射镜一(2)，使辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像与步骤3.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，完成平面反射镜一(2)空间位姿的精确定位；
4)其余平面反射镜的精确定位
利用步骤1)和步骤3)的方法依次完成其余平面反射镜的精确定位。
7.一种汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，待定位平面反射镜为2个，记为平面反射镜一和平面反射镜二，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立空间坐标系
根据汇聚光路设计要求，通过空间坐标测量设备(7)采点建立X、Y、Z三个基准面，并以三个基准面交叉点作为坐标原点O(0，0，0)；
2)精确定位辅助球面反射镜(4)
2.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜(4)球心点O1的理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.2)使空间坐标测量设备(7)的测量靶球位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
2.3)在步骤2.2)的测量靶球位置架设显微镜(5)，调整显微镜(5)使其与测量靶球自准成像，显微镜(5)的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
2.4)通过空间坐标测量设备(7)测量拟合辅助球面反射镜(4)的球心点，并粗调辅助球面反射镜(4)的位置，使其球形点坐标粗定位于O1(X1，Y1，Z1)；
2.5)取掉测量靶球，显微镜(5)的CCD界面上出现辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像，精调辅助球面反射镜(4)的位置，使辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像与步骤2.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，此时，辅助球面反射镜(4)完成精确定位；
2.6)取掉显微镜(5)；
3)精确定位平面反射镜一(2)
3.1)在汇聚光路中预先规划辅助球面反射镜(4)球心点O1经平面反射镜一(2)折转后的球心点O2的理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.2)使空间坐标测量设备(7)的测量靶球位于理论坐标位置O2(X2，Y2，Z2)；
3.3)在步骤3.2)的测量靶球位置架设显微镜(5)，调整显微镜(5)使其与测量靶球自准成像，显微镜(5)的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
3.4)取掉测量靶球，将平面反射镜一(2)按要求进行初始安装，架设自准直经纬仪(6)与平面反射镜一(2)自准，空间坐标测量设备(7)测量平面反射镜一(2)与设定基准面的初始俯仰夹角和方位夹角，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则执行步骤3.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜一(2)的位置，使平面反射镜一(2)的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值的误差允许范围内，再执行步骤3.5)；
在调整平面反射镜一(2)位置的过程中，自准直经纬仪(6)实时监控平面反射镜一(2)角度变化；
3.5)微动平面反射镜一(2)，使辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像与步骤3.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，完成平面反射镜一(2)空间位姿的精确定位；
4)精确定位平面反射镜二(8)
4.1)在汇聚光路图中预先规划辅助球面反射镜(4)的球心点O1依次经过平面反射镜一(2)、平面反射镜二(8)折转后的理论坐标位置O3(X3，Y3，Z3)；
4.2)使空间坐标测量设备(7)的测量靶球位于理论坐标位置O3(X3，Y3，Z3)；
4.3)在步骤4.2)的测量靶球位置架设显微镜(5)，调整显微镜(5)与测量靶球自准成像，显微镜(5)的CCD界面显示十字丝图像边缘锐利可辨，标记此时的十字丝图像位置；
4.4)取掉测量靶球，显微镜(5)不动；将平面反射镜二(8)进行初始安装，架设自准直经纬仪(6)与平面反射镜二(8)自准，空间坐标测量设备(7)测量平面反射镜二(8)与设定基准面的初始俯仰和方位夹角，若初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值允许误差范围内，则执行步骤4.5)；若初始俯仰夹角和方位夹角不在理论值允许误差范围内，则调整平面反射镜二(8)的位置，使平面反射镜二(8)的初始俯仰夹角和方位夹角均在理论值的误差允许范围内，再执行步骤3.5)；
在调整平面反射镜二(8)位置的过程中，自准直经纬仪(6)实时监控平面反射镜二(8)角度变化；
4.5)微动平面反射镜二(8)，使辅助球面反射镜(4)的自准直十字丝图像与步骤4.3)标记的靶球自准直十字丝图像重合，且十字丝图像边缘锐利可辨，完成平面反射镜二(8)空间位姿的精确定位。
8.根据权利要求7所述汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，其特征在于：所述空间坐标测量设备(7)为激光跟踪仪；
所述显微镜(5)为PSM装调显微镜；
所述辅助球面反射镜(4)的工作面为凹球面；
所述空间坐标测量设备(7)为三坐标测量机或柔性关节臂测量机，或者激光跟踪仪、三坐标测量机、柔性关节臂测量机三者进行空间组网形成的测量机构。
9.根据权利要求7或8所述汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，其特征在于，
步骤3.4)中，调整平面反射镜一(2)的位置具体是调节平面反射镜一(2)的俯仰夹角和方位夹角；
步骤4.4)中，调整平面反射镜二(8)的位置具体是调节平面反射镜二(8)的俯仰夹角和方位夹角；
其中，平面反射镜一(2)和平面反射镜二(8)的俯仰夹角调节均是通过修研修切垫实现的；
平面反射镜一(2)和平面反射镜二(8)的方位夹角是通过平面反射镜一(2)微动旋转实现的；
其中，平面反射镜一(2)的俯仰夹角调节是通过修研修切垫实现的；
平面反射镜一(2)的方位夹角是通过平面反射镜一(2)微动旋转实现的。
10.根据权利要求9所述汇聚折转光路中平面反射镜的空间位姿定位方法，其特征在于，
步骤2.2)具体为：将空间坐标测量设备(7)的测量靶球安装在三维微调平台上，并整体微调移动三维微调平台，使测量靶球坐标位于理论坐标位置O1(X1，Y1，Z1)；
步骤4.2)具体为：将空间坐标测量设备(7)的测量靶球安装在三维微调平台上，并整体微调移动三维微调平台，使测量靶球坐标位于理论坐标位置O3(X3，Y3，Z3)。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0953938A (ja) * 1995-08-16 1997-02-25 Nec Eng Ltd アライメント測定方法
WO2013174680A2 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Carl Zeiss Smt Gmbh Adjustment device and mask inspection device with such an adjustment device
CN103926058A (zh) * 2014-03-27 2014-07-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 非球面检测中采用自准平面镜测量光轴的方法
CN106405860A (zh) * 2016-12-08 2017-02-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于折反式红外成像光学系统的装调方法
CN108828748A (zh) * 2018-05-31 2018-11-16 北京航天发射技术研究所 一种光路折转装置的反射镜装调方法及系统
CN109324382A (zh) * 2018-09-19 2019-02-12 北京空间机电研究所 一种基于经纬仪的高精度平面反射镜装调方法
CN112596259A (zh) * 2020-12-18 2021-04-02 北京空间机电研究所 一种高精度离轴非球面反射镜光轴引出方法和系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0953938A (ja) * 1995-08-16 1997-02-25 Nec Eng Ltd アライメント測定方法
WO2013174680A2 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Carl Zeiss Smt Gmbh Adjustment device and mask inspection device with such an adjustment device
CN103926058A (zh) * 2014-03-27 2014-07-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 非球面检测中采用自准平面镜测量光轴的方法
CN106405860A (zh) * 2016-12-08 2017-02-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于折反式红外成像光学系统的装调方法
CN108828748A (zh) * 2018-05-31 2018-11-16 北京航天发射技术研究所 一种光路折转装置的反射镜装调方法及系统
CN109324382A (zh) * 2018-09-19 2019-02-12 北京空间机电研究所 一种基于经纬仪的高精度平面反射镜装调方法
CN112596259A (zh) * 2020-12-18 2021-04-02 北京空间机电研究所 一种高精度离轴非球面反射镜光轴引出方法和系统

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