CN116124027A - 一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置及测试方法，包括干涉仪、真空罐，测试工装、红外透镜组，平行光管，密封透明窗口，平行光管与真空罐连接，测试工装连接于真空罐内，红外透镜组件与测试工装可拆卸连接，且红外透镜组件与对准平行光管轴线，平行光管通过密封圈窗口对准小孔光阑一侧，另一侧对准干涉仪，小孔光阑与光源平台固连。本发明通过干涉仪、平行光管，真空罐、红外透镜组件、低膨胀测试工装，载物台、快插装置，光源平台密封透明窗口，小孔光阑，配合。实现透镜批量快速测试，提高测试效率，缩短了镜头装调时间。同时低膨胀钢工装架设红外镜，在低温测试下工装变形量微小，对透镜面形影响很小。弥补了传统测试设备缺陷。

Description

一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种红外透镜面形的真空低温快速测试装置及测试方法，属于光学技术领域。

背景技术

地面环境试验是遥感相机研制的关键流程之一，用于检测真空与极端的温度工况下遥感相机的性能表现。低温相机相机多数工作和使用在高轨空间，温度在零度以下。

低温相机在装配过程中需要对其光绪系统各项性能在低温环境下进行测试，例如系统传函测试，焦距测试。但是相机在常温常压下进行，所以在常温常压下进行测试后，还需要在真空低温下进行测试，确保真空低温下各个指标满足设计要求。

红外镜是低温光学系统中常用光学元件，目前针对红外透镜装配和测试都在常温常压下测试，传统测试设备无法在真空调节下精准测量透镜面形。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种红外透镜面形真空低温快速检测装置及测试方法，解决在真空低温环境下，透镜调整困难，同时测试工装在真空低温环境下对透镜面形影响最小，批量测量可以快速使用快插接头，提高测试效率。

本发明的技术解决方案是：

一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置，包括干涉仪、小孔光阑、平行光管、真空罐、快插工装、红外透镜组件；平行光管设置有密封透明窗口，小孔光阑位于密封透明窗口和干涉仪之间；平行光管一端与真空罐端面固定连接，快插工装连接于真空罐内，红外透镜组件与快插工装可拆卸连接。

所述平行光管的口径大于红外透镜组件的通光口径。

所述真空罐的真空度不低于10-3pa，低温测试时，真空罐的温度不低于-20℃。

所述平行光管中心波像差不大于0.05λ，真空低温测试时，平行光管的中心视场波像差变化量不大于0.005λ。

所述真空罐内固定连接有载物台，载物台上固定连接有测试工装，测试工装上表面连接有六自由度调整台，快插工装连接于六自由度调整台的上表面，六自由度调整台连接有用于控制六自由度调整台的控制器，六自由度调整台用于对快插工装进行6自由度的调整，以使干涉仪的返回光能够在干涉仪上形成干涉条纹。

所述六自由度调整台包括底板和顶板，底板，底板和顶板之间铰接有6个调整电机，6个调整电机分别为第一调整电机、第二调整电机、第三调整电机、第四调整电机、第五调整电机、第六调整电机，第一调整电机、第二调整电机的底端靠近并铰接于底板的第一位置，第三调整电机、第四调整电机的底端靠近并铰接于底板的第二位置，第五调整电机、第六调整电机的底端靠近并铰接于底板的第三位置，第一调整电机、第六调整电机的顶端靠近并铰接于顶板的第四位置，第二调整电机、第三调整电机的顶端靠近并铰接于顶板的第五位置，第四调整电机、第五调整电机的顶端靠近并铰接于顶板的第六位置，通过6个调整电机的长度的改变，能够实现对顶板的6自由度调节；

第一位置、第二位置和第三位置位于底板上的第一圆周上，第四位置、第五位置、第六位置位于顶板的第二圆周上，第二圆周的直径大于第一圆周；

第四位置位于第一位置和第三位置之间，第五位置位于第一位置和第二位置之间，第六位置位于第二位置和第三位置之间。

所述红外透镜组件包括红外透镜框、挡块、第二转接板、红外透镜，镜框为圆柱空心体，第二转接板固定连接在红外透镜框的一端，红外透镜位于镜框内，挡块固定连接于红外透镜框、且抵接于红外透镜背离第二转接板的一侧。

所述快插工装包括第一转接板，红外透镜组件的第二转接板通过快插结构件与快插工装可拆卸连接。

一种大尺寸红外硒化锌透镜低温测试方法，根据权利要求1-8任一所述的检测装置，包括：

S1:将红外透镜组件与真空罐内的快插工装连接；

S2:利用六自由度调整台、并根据光路自准直法粗调快插工装的位置；

S3:利用真空罐模拟真空低温环境；

S4:用控制器细调快插工装，并利用干涉仪测得真空环境下透镜面形。

所述步骤S2中，常温常压下，对平行光管进行标定，确定平行光管的中心视场，并确定干涉仪的位置，再利用六自由度调整台调整快插工装位置，保持干涉仪位置不动使得干涉仪入射光经平行光管和红外透镜组件反射后形成自准直光路。

所述步骤S4中，观察返回光是否在干涉仪上形成干涉条纹，若无干涉条纹，通过控制器调整六自由度调整台，调整红外透镜的俯仰倾斜，直到返回光点与干涉仪形成干涉条纹，此时记录面形结果。

综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：

(1)本发明使用真空罐实现真实低温真空环境模拟，可以实现真空度达到10^-3Pa，温度达到-20℃，保证实验与使用环境相似。

(2)本发明使用快插工装和红外透镜组件，在批量测试透镜镜时可以快速更换被测透镜。节省测试时间，提高工作效率。

(3)本发明在工装第一转接板(13)，第二转接板(24)上使用低膨胀合金钢(4J32超因瓦合金钢)，保证在温度变化时工装形变量对被测镜影响最小，从而真实反映被测镜面形测试结果。

(4)本发明使用六自由度调整台，实现被测镜在真空罐内是我精确调整，从而增加测试便利，减少因无法在真空罐内调整而带来真空罐反复开罐问题。

附图说明

附图仅用于优选实施方式的目的，而并不认为对本发明的限制。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为快插工装的结构示意图，其中a图为第一转接板的测试图，b图为第二转接板的正视图；

图3透镜安装组件示意图，其中，a图为红外透镜框的测试图，b图为红外透镜框的背板侧的正视图；

图4为本发明流程图。

其中：1、干涉仪；2、平行光管；3、快插工装；4、真空罐；5、红外透镜组件；6、测试工装；7、载物台；8、小孔光阑；9、密封透明窗口；10、控制器；11、光源平台；12、六自由度调整台；13、第一转接板；21、红外透镜框；22、挡块；23、快插接头；24、第二转接板。

具体实施方式

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他优点和溢出对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。为使本发明的方案明了，下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种红外透镜面形真空低温快速检测装置中包括干涉仪1、平行光管2、快插工装3、真空罐4、载物台7、测试工装6、小孔光阑8、密封透明窗口9、快插工装3控制器10、光源平台11、六自由度调整台12、红外透镜组件5。红外透镜组件5通过快插工装3连接于真空罐4内。

平行光管2一端与真空罐3端面固定连接，真空罐中设有用于支撑的载物台，载物台上安装有用于支撑六自由度调整台的测试工装，六自由度调整台的顶部安装有用于连接红外透镜组件5的快插工装3，红外透镜组件5的光轴对准平行光管2轴线。

平行光管2另一端与通过密封透明窗口9对准小孔光阑8一侧，小孔光阑8另一侧设有干涉仪1，小孔光阑8与光源平台11固定连接。平行光管2的口径大于红外透镜组5通光口径。

如图2a和b所示，六自由度调整台12包括底板和顶板，底板，底板和顶板之间铰接有6个调整电机，6个调整电机分别为第一调整电机、第二调整电机、第三调整电机、第四调整电机、第五调整电机、第六调整电机，第一调整电机、第二调整电机的底端靠近并铰接于底板的第一位置，第三调整电机、第四调整电机的底端靠近并铰接于底板的第二位置，第五调整电机、第六调整电机的底端靠近并铰接于底板的第三位置，第一调整电机、第六调整电机的顶端靠近并铰接于顶板的第四位置，第二调整电机、第三调整电机的顶端靠近并铰接于顶板的第五位置，第四调整电机、第五调整电机的顶端靠近并铰接于顶板的第六位置。第一位置、第二位置和第三位置位于底板上的第一圆周上，第四位置、第五位置、第六位置位于顶板的第二圆周上，第二圆周的直径大于第一圆周，第四位置位于第一位置和第三位置之间，第五位置位于第一位置和第二位置之间，第六位置位于第二位置和第三位置之间。通过6个调整电机的长度的改变，能够实现对顶板的6自由度调节，保证了通过调整六自由度调整台12，干涉仪11发出的光能够被红外透镜组件55反射到出现干涉条纹。

如图3a和图3b所示，快插工装3包括第一转接板13，第一转接板13固定连接在顶板上，红外透镜组件5可拆卸连接于第一转接板13上。红外透镜组件5包括红外透镜框21、挡块22、第二转接板24、红外透镜。镜框23为圆柱空心体，第二转接板24固定连接在红外透镜框21的一端，红外透镜位于镜框内，挡块22固定连接于红外透镜框21、且抵接于红外透镜背离第二转接板24的一侧，从而实现对红外透镜的固定，挡块22为聚酰亚胺L形块。

红外透镜组件5与第一转接板13之间通过快插结构件连接，快插结构件包括连接于第一转接板13的连接部、以及连接于第二转接板24背离透镜一侧的快插接头23，连接部与快插接头23之间可实现快速安装和拆卸。本实施例中，快插结构件设置3个，3个快插结构件沿着第一转接板13周向均匀分布。保证了红外透镜组件5固定的稳定性。

真空罐4的真空度不低于10-3Pa，低温测试时真空罐4的温度不低于-20℃。

平行光管22中心波像差不大于0.05λ，真空测试时，平行光管2的波前相差变化量不大于0.005λ。

如图1和图4所示，一种红外透镜面形真空低温快速检测装置及其测试方法。如下步骤：

S1：将红外透镜组件5与快插工装3通过快插结构件连接。

S2：利用光路自准直法通过控制器10从而调整红外透镜组件5的方位。在常温常压下，对平行光管2(2)进行标定，确定平行光管2(2)中心视场，并确定干涉仪1(1)的位置，再调整测试快插工装3(3)，保持干涉仪1(1)位置不动使得干涉仪1(1)入射光经平行光管2(2)和红外透镜反射后形成自准直光路。

S3：将真空罐4抽真空并降温，直到真空度达到10-3Pa，温度到达-20℃。

S4：查看光源平台11干涉仪1条纹，用控制器10再次调整真空罐4内的红外透镜组件5的防伪，使得干涉仪1屏幕出现干涉条纹直且稀疏，此时记录测试结果。

如果批次测量多块红外透镜，待真空罐4温度到达室温和真空度达到大气压时，打开真空罐4，通过红外透镜组件5的快速更换，由于不同的红外透镜组件5连接不同的红外透镜，能够更换待检测的不同的红外透镜，并调整挡块22位置，固定好透镜，重复步骤快速进行下次测量。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置，其特征在于：包括干涉仪(1)、小孔光阑(8)、平行光管(2)、真空罐(4)、快插工装(3)、红外透镜组件(5)；

平行光管(2)设置有密封透明窗口(9)，小孔光阑(8)位于密封透明窗口(9)和干涉仪(1)之间；

平行光管(2)一端与真空罐(4)端面固定连接，快插工装(3)连接于真空罐(4)内，红外透镜组件(5)与快插工装(3)可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置，其特征在于：所述平行光管(2)的口径大于红外透镜组件(5)的通光口径。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置，其特征在于：所述真空罐(4)的真空度不低于10-3pa，低温测试时，真空罐(4)的温度不低于-20℃。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置，其特征在于：所述平行光管(2)中心波像差不大于0.05λ，真空低温测试时，平行光管(2)的中心视场波像差变化量不大于0.005λ。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置，其特征在于：所述真空罐(4)内固定连接有载物台(7)，载物台(7)上固定连接有测试工装(6)，测试工装(6)上表面连接有六自由度调整台(12)，快插工装(3)连接于六自由度调整台(12)的上表面，六自由度调整台(12)连接有用于控制六自由度调整台(12)的控制器(10)，六自由度调整台(12)用于对快插工装(3)进行6自由度的调整，以使干涉仪(1)的返回光能够在干涉仪(1)上形成干涉条纹。

6.根据权利要求5所述的一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置，其特征在于：所述六自由度调整台(12)包括底板和顶板，底板，底板和顶板之间铰接有6个调整电机，6个调整电机分别为第一调整电机、第二调整电机、第三调整电机、第四调整电机、第五调整电机、第六调整电机，第一调整电机、第二调整电机的底端靠近并铰接于底板的第一位置，第三调整电机、第四调整电机的底端靠近并铰接于底板的第二位置，第五调整电机、第六调整电机的底端靠近并铰接于底板的第三位置，第一调整电机、第六调整电机的顶端靠近并铰接于顶板的第四位置，第二调整电机、第三调整电机的顶端靠近并铰接于顶板的第五位置，第四调整电机、第五调整电机的顶端靠近并铰接于顶板的第六位置，通过6个调整电机的长度的改变，能够实现对顶板的6自由度调节；

第一位置、第二位置和第三位置位于底板上的第一圆周上，第四位置、第五位置、第六位置位于顶板的第二圆周上，第二圆周的直径大于第一圆周；

第四位置位于第一位置和第三位置之间，第五位置位于第一位置和第二位置之间，第六位置位于第二位置和第三位置之间。

7.根据权利要求1所述的一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置，其特征在于：所述红外透镜组件(5)包括红外透镜框(21)、挡块(22)、第二转接板(24)、红外透镜，镜框为圆柱空心体，第二转接板(24)固定连接在红外透镜框(21)的一端，红外透镜位于镜框内，挡块(22)固定连接于红外透镜框(21)、且抵接于红外透镜背离第二转接板(24)的一侧。

8.根据权利要求7所述的一种大尺寸红外硒化锌透镜低温检测装置，其特征在于：所述快插工装(3)包括第一转接板(13)，红外透镜组件(5)的第二转接板(24)通过快插结构件与快插工装(3)可拆卸连接。

9.一种大尺寸红外硒化锌透镜低温测试方法，根据权利要求1-8任一所述的检测装置，其特征在于：包括

S1:将红外透镜组件(5)与真空罐(4)内的快插工装(3)连接；

S2:利用六自由度调整台(12)、并根据光路自准直法粗调快插工装(3)的位置；

S3:利用真空罐(4)模拟真空低温环境；

S4:用控制器(10)细调快插工装(3)，并利用干涉仪(1)测得真空环境下透镜面形。

10.根据权利要求9所述的一种大尺寸红外硒化锌透镜低温测试方法，其特征在于：所述步骤S2中，常温常压下，对平行光管(2)进行标定，确定平行光管(2)的中心视场，并确定干涉仪(1)的位置，再利用六自由度调整台(12)调整快插工装(3)位置，保持干涉仪(1)位置不动使得干涉仪(1)入射光经平行光管(2)和红外透镜组件(5)反射后形成自准直光路。

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