CN204790152U - 标定非球面反射镜光轴的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及标定非球面反射镜光轴的系统，包括第一光路、第二光路和第三光路，第一光路包括依次摆放的框架、补偿器、激光干涉仪以及PC机，第二光路将第一光路中的补偿器移除，将第一光路中的激光干涉仪的镜头更换为平面标准镜头，将调整系统通过非球面反射镜的中孔安装并固定在框架上，第三光路的结构为：通过第二光路中的姿态调整工装与车床回转轴固定连接，并将第二光路中的激光干涉仪更换成内调焦望远镜。本实用新型利用光学非接触的方式准确寻找到非球面反射镜的光轴，摆脱了传统依靠打表确定非球面反射镜光轴的方法。

Description

标定非球面反射镜光轴的系统

技术领域

本实用新型属于光学装调检测领域，尤其涉及一种非球面反射镜确定光轴的系统。

背景技术

球面反射镜有无数个光轴，且所有光轴都通过球面反射镜的球心。非球面反射镜只有唯一的光轴，且相对于光轴旋转对称，即非球面反射镜的光轴就是其对称轴且非球面反射镜的近似球心也落在这条光轴上。

确定非球面反射镜的光轴对光学系统装配调试及检测都有重要意义。现在非球面反射镜的应用中，往往在镜面中部掏有中孔，这样大大增加了确定其光轴的难度，如何精确标定非球面反射镜的光轴就成为不可回避的工程问题。

发明内容

本实用新型的目的之一为提供一种能够精确标定非球面反射镜光轴的系统。

本实用新型的技术解决方案：

标定非球面反射镜光轴的系统，其特殊之处在于：包括第一光路、第二光路和第三光路，

所述第一光路包括依次摆放的框架、补偿器、激光干涉仪以及PC机，非球面反射镜固定在框架上，非球面反射镜、补偿器、激光干涉仪的光轴同轴，所述激光干涉仪的一端为镜头且朝向非球面反射镜，所述激光干涉仪的另一端与PC机连接，所述镜头为球面标准镜头且与非球面反射镜的R/D数值相匹配，其中R为非球面反射镜的半径，D为非球面反射镜的直径；

所述第二光路的结构为：将第一光路中的补偿器移除，将第一光路中的激光干涉仪的镜头更换为平面标准镜头，将调整系统通过非球面反射镜的中孔安装并固定在框架上，

所述调整系统包括空间俯仰和方位二维微调工装、安装轴和姿态调整工装，

所述空间俯仰和方位二维微调工装包括三个调整工装、法兰盘状固定件、光学组件固定装置，光学组件固定装置上固定有平面反射镜，平面反射镜朝向平面标准镜头；

三个调整工装均分固定在法兰盘状固定件上，光学元件固定在光学组件固定装置上，所述调整工装包括调整螺钉、外螺纹套筒、上球头滑块以及下球头滑块，所述外螺纹套筒、上球头滑块以及下球头滑块均套装在调整螺钉上，所述上球头滑块位于外螺纹套筒的一端，所述下球头滑块位于外螺纹套筒的另一端；所述外螺纹套筒与法兰盘状固定件固定连接，所述法兰盘状固定件与安装轴的一端固定连接，所述姿态调整工装固定在安装轴上；

所述调整螺钉固定在光学组件固定装置上，所述下球头滑块与光学组件固定装置接触；

平面反射镜与激光干涉仪的平行光束垂直；

所述第三光路的结构为：通过第二光路中的姿态调整工装与车床回转轴固定连接，并将第二光路中的激光干涉仪更换成内调焦望远镜，所述内调焦望远镜的一端朝向非球面反射镜，所述内调焦望远镜的另一端与PC机连接。

标定非球面反射镜光轴的方法，包括以下步骤：

1】搭建第一光路，调整补偿器，使得PC机上显示的面型指标与非球面反射镜的面型指标一致，则激光干涉仪的光轴就能够代表非球面反射镜的光轴；

2】搭建第二光路，激光干涉仪的平面标准镜头对猫眼，保证激光干涉仪发出平行光束与非球面反射镜的光轴平行；

3】调整空间俯仰和方位二维微调工装保证激光干涉仪发出的平行光束经平面反射镜后的反射光线沿原路返回激光干涉仪，形成的干涉零条纹：

调整空间俯仰和方位二维微调工装调整平面反射镜，并在PC机中观察干涉条纹修正至最少即零条纹，此时平面反射镜的平面与激光干涉仪的光轴完全垂直，即也就说明空间俯仰和方位二维微调工装与非球面反射镜的光轴完全垂直；

4】搭建第三光路，通过内调焦望远镜调焦找到非球面反射镜的球心像和空间俯仰和方位二维微调工装中平面镜的自准直反射像，在车床主轴回转过程中，调整姿态调整工装的俯仰、方位及上下、左右平移，保证球心像和自准直反射像的晃动量最小直至不晃动，此时非球面反射镜的光轴已经确定，非球面反射镜的光轴和车床回转轴完全重合。

本实用新型所具有的优点：

1、通过高精度干涉检测光路控标定非球面反射镜与光轴平行的自准直像，通过内调焦望远镜控制非球面反射镜的球心像，利用光学非接触的方式准确寻找到非球面反射镜的光轴，摆脱了传统依靠打表确定非球面反射镜光轴的方法。

2、非接触测量与标定，降低了镜面划伤的风险。

3、模块化的工装部件，方便拆卸与替换。

附图说明

图1为本实用新型第一光路的结构示意图；

图2为本实用新型第二光路的结构示意图；

图3为本实用新型调整系统的结构示意图；

图4为本实用新型调整工装的结构示意图；

图5为本实用新型第三光路的结构示意图。

具体实施方式

标定非球面反射镜光轴的系统，包括第一光路、第二光路和第三光路，如图1-5所示，第一光路包括依次摆放的框架1、补偿器2、激光干涉仪3以及PC机4，非球面反射镜5固定在框架1上，非球面反射镜、补偿器、激光干涉仪的光轴同轴，激光干涉仪的一端为镜头且朝向非球面反射镜，激光干涉仪的另一端与PC机连接，镜头为球面标准镜头且与非球面反射镜的R/D数值相匹配，其中R为非球面反射镜的半径，D为非球面反射镜的直径；

第二光路的结构为：将第一光路中的补偿器移除，将第一光路中的激光干涉仪3的镜头更换为平面标准镜头，将调整系统通过非球面反射镜的中孔安装并固定在框架上，

调整系统包括空间俯仰和方位二维微调工装7、安装轴8和姿态调整工装9，

空间俯仰和方位二维微调工装7包括三个调整工装71、法兰盘状固定件72、光学组件固定装置73，光学组件固定装置上固定有平面反射镜74，平面反射镜朝向平面标准镜头；

三个调整工装71均分固定在法兰盘状固定件上，所述调整工装包括调整螺钉75、外螺纹套筒76、上球头滑块77以及下球头滑块78，外螺纹套筒、上球头滑块以及下球头滑块均套装在调整螺钉上，上球头滑块位于外螺纹套筒的一端，下球头滑块位于外螺纹套筒的另一端；外螺纹套筒与法兰盘状固定件固定连接，法兰盘状固定件与安装轴的一端固定连接，姿态调整工装固定在安装轴上；

调整螺钉固定在光学组件固定装置上，下球头滑块与光学组件固定装置接触；

平面反射镜与激光干涉仪的平行光束垂直；

第三光路的结构为：通过第二光路中的姿态调整工装与车床回转轴固定连接，并将第二光路中的激光干涉仪更换成内调焦望远镜，所述内调焦望远镜的一端朝向非球面反射镜，所述内调焦望远镜的另一端与PC机连接。

标定非球面反射镜光轴的方法，包括以下步骤：

1】搭建第一光路，调整补偿器，使得PC机上显示的面型指标与非球面反射镜的面型指标一致，则激光干涉仪的光轴就能够代表非球面反射镜的光轴；

2】搭建第二光路，激光干涉仪的平面标准镜头对猫眼，保证激光干涉仪发出平行光束与非球面反射镜的光轴平行；

3】调整空间俯仰和方位二维微调工装保证激光干涉仪发出的平行光束经平面反射镜后的反射光线沿原路返回激光干涉仪，形成的干涉零条纹：

调整空间俯仰和方位二维微调工装调整平面反射镜，并在PC机中观察干涉条纹修正至最少即零条纹，此时平面反射镜的平面与激光干涉仪的光轴完全垂直，即也就说明空间俯仰和方位二维微调工装与非球面反射镜的光轴完全垂直；

4】搭建第三光路，通过内调焦望远镜调焦找到非球面反射镜的球心像和空间俯仰和方位二维微调工装中平面镜的自准直反射像，在车床主轴回转过程中，调整姿态调整工装的俯仰、方位及上下、左右平移，保证球心像和自准直反射像的晃动量最小直至不晃动，此时非球面反射镜的光轴已经确定，非球面反射镜的光轴和车床回转轴完全重合。

利用装有结构框架的非球面反射镜、补偿器和激光干涉仪搭建自准直干涉检测光路，精密标定三者的空间位置关系，得到准确的检测数据。此时非球面反射镜的光轴、补偿器的光轴和激光干涉仪的光轴完全重合，即激光干涉仪的光轴就可以代表非球面反射镜的光轴。

在检测光路中移除补偿器，将激光干涉仪的球面标准镜头更换为平面标准镜头，激光干涉仪将发出准直光束(平行光束)，此准直光束与激光干涉仪的光轴平行。将空间俯仰、方位二维微调工装从非球面反射镜中孔穿过和反射镜结构框架固定为一体，不断修正空间二维调整工装的方位与俯仰，使得工装前部的平面反射镜与激光干涉仪的平行光束垂直，即平面反射镜与激光干涉仪的光轴垂直，也就是和非球面反射镜的光轴垂直。

将带有空间二维调整工装的非球面反射镜部件连同四维姿态调整工装安装于精密回转车床上，旋转车床精密回转轴。在车床导轨上架设内调焦定心仪，通过调焦寻找到非球面反射镜的近似球心像，通过电脑屏幕观察近似球心像的晃动量。再将内调焦定心仪调焦到焦距无穷远的位置，寻找到空间二维调整工装上平面反射镜的自准直反射像，通过电脑平面观察自准直反射像的晃动量。反复修正姿四维态调整工装的方位、俯仰和上下、左右平移，使得近似球心像和自准直反射像均不晃动，此时就认为非球面反射镜的光轴已经确定了，即非球面反射镜的光轴和车床精密回转轴完全重合，车床精密回转轴的回转精度就代表了非球面反射镜光轴的晃动精度。

此时对非球面反射镜机构框架的配合位置的外圆及端面进行车削处理，则车削外圆的同轴度和车削端面的垂直度都可以得到高精度的保证。

装调步骤：

1.精密搭建非球面反射镜部件、补偿器、激光干涉仪的自准直干涉检测光路，得到准确的干涉数据。保证激光干涉仪的光轴与非球面反射镜的光轴重合；

2.在非球面反射镜部件上安装空间俯仰、方位二维微调工装；

3.将激光干涉仪的球面标准镜头更换为平面标准镜头并对猫眼，保证激光干涉仪发出准直光束(平行光束)且此平行光束与非球面反射镜的光轴平行；

4.调整空间俯仰、方位二维微调工装保证反射光线原路返回激光干涉仪，形成干涉条纹。此时必须通过俯仰和方位调整将干涉条纹修正至最少即零条纹，这说明空间俯仰、方位二维调整工装与激光干涉仪的光轴完全垂直，也就说明工装与非球面反射镜的光轴完全垂直。

5.将带有二维微调工装的非球面反射镜部件固定于带有四维调整工装的精密车床回转轴上旋转。在车床导轨上架设内调焦望远镜。通过望远镜调焦可以找到非球面反射镜的球心像和二维微调工装的反射像，在车床主轴回转过程中，调整四维姿态调整工装的俯仰、方位及上下、左右平移，保证球心像和反射像的晃动量最小(近似不晃动)，此时非球面反射镜的光轴已经确定，非球面反射镜的光轴和车床精密回转轴完全重合。

6.用车刀车削非球面反射镜结构框架配合处的外圆与端面，即可保证车削外圆和光轴的同轴度，保证车削端面与光轴的垂直度。

Claims (1)

1.标定非球面反射镜光轴的系统，其特征在于：包括第一光路、第二光路和第三光路，

所述第一光路包括依次摆放的框架、补偿器、激光干涉仪以及PC机，非球面反射镜固定在框架上，非球面反射镜、补偿器、激光干涉仪的光轴同轴，所述激光干涉仪的一端为镜头且朝向非球面反射镜，所述激光干涉仪的另一端与PC机连接，所述镜头为球面标准镜头且与非球面反射镜的R/D数值相匹配，其中R为非球面反射镜的半径，D为非球面反射镜的直径；

所述第二光路的结构为：将第一光路中的补偿器移除，将第一光路中的激光干涉仪的镜头更换为平面标准镜头，将调整系统通过非球面反射镜的中孔安装并固定在框架上，

所述调整系统包括空间俯仰和方位二维微调工装、安装轴和姿态调整工装，

所述空间俯仰和方位二维微调工装包括三个调整工装、法兰盘状固定件、光学组件固定装置，光学组件固定装置上固定有平面反射镜，平面反射镜朝向平面标准镜头；

三个调整工装均分固定在法兰盘状固定件上，光学元件固定在光学组件固定装置上，所述调整工装包括调整螺钉、外螺纹套筒、上球头滑块以及下球头滑块，所述外螺纹套筒、上球头滑块以及下球头滑块均套装在调整螺钉上，所述上球头滑块位于外螺纹套筒的一端，所述下球头滑块位于外螺纹套筒的另一端；所述外螺纹套筒与法兰盘状固定件固定连接，所述法兰盘状固定件与安装轴的一端固定连接，所述姿态调整工装固定在安装轴上；

所述调整螺钉固定在光学组件固定装置上，所述下球头滑块与光学组件固定装置接触；

平面反射镜与激光干涉仪的平行光束垂直；

所述第三光路的结构为：通过第二光路中的姿态调整工装与车床回转轴固定连接，并将第二光路中的激光干涉仪更换成内调焦望远镜，所述内调焦望远镜的一端朝向非球面反射镜，所述内调焦望远镜的另一端与PC机连接。