一種卡式望遠系統全視場裝調方法及工裝與流程
2024-04-15 02:45:05
1.本發明屬於精密光機裝調領域，具體涉及一種卡式望遠系統全視場裝調方法及工裝。
背景技術：
2.卡式望遠系統為主、次鏡構成的同軸反射式系統，一般用幹涉儀測量系統波像差進行裝調。在調整次鏡相對主鏡位置的過程中，若次鏡相對於主鏡同時發生了角度及平移的變化且相互補償，仍可在中心視場達到設計要求。但由於主、次鏡光軸不共線，卡式系統波像差中的慧差、一階像散會隨著視場角度增加而快速增大，導致全視場內波前不對稱。
3.為保證卡式望遠系統各邊緣視場波像差對稱，需要在裝調過程中嚴格控制主、次鏡光軸指向一致，只調節次鏡平移保證中心視場波前達到設計指標，此時系統的全視場波前即可保證基本對稱。
技術實現要素：
4.要解決的技術問題：
5.為了避免現有技術的不足之處，本發明提供一種卡式望遠系統全視場裝調方法及工裝，解決卡式望遠系統的邊緣視場波前不對稱，全視場波前指標難以實現的問題，同時提高裝調效率。
6.本發明的技術方案是：一種卡式望遠系統全視場裝調方法，具體步驟如下：
7.步驟1：用雷射幹涉儀及標準球測量主鏡面型；
8.步驟2：建立裝調基準；
9.步驟3：將次鏡通過專用工裝安裝於卡式望遠系統次鏡支架上，確保次鏡背面基準反射面露出；
10.步驟4：調節主次鏡系統中心視場波前rms值達標；
11.步驟5：安裝目鏡組；
12.步驟6：通過調節使得望遠系統中心視場波前最小；
13.步驟7：調節卡式望遠系統的俯仰、方位視場，使得4個邊緣視場波前測量結果符合設計要求，即完成裝調。
14.本發明的進一步技術方案是：所述步驟1中，將主鏡架設於雷射幹涉儀的前方，並在兩者架設標準球，保證雷射幹涉儀出射平行光經拋物面主鏡反射後匯聚於一點，使標準球與測量光匯聚點基本重合。
15.本發明的進一步技術方案是：所述步驟2中，在步驟1的測量中不斷迭代主鏡角度與標準球位置，直到主鏡面型rms值最小，此時主鏡光軸即與雷射幹涉儀對準，以當前主鏡位置作為後續裝調基準。
16.本發明的進一步技術方案是：所述步驟3中，在專用工裝與次鏡支架之間安裝墊片，調整次鏡背面基準與雷射幹涉儀測量光垂直，即保證主、次鏡光軸一致。
17.本發明的進一步技術方案是：所述步驟4調節方法為，將移動標準球至主、次鏡匯聚點處，測量主次鏡系統中心視場下的波前，基於測量結果的慧差、一階像散兩項軸外像差值，調節次鏡相對於主鏡的x/y兩自由度平移，基於測量結果的球差值調節次鏡相對於主鏡的z向平移，保證主次鏡系統中心視場波前rms值降至最小且達到設計要求。
18.本發明的進一步技術方案是：所述步驟5安裝方法為，撤除標準球，安裝望遠系統目鏡組，在目鏡組後架設平面反射鏡，基于波前測量結果的球差，調節目鏡組下方墊片厚度，保證目鏡組相對主、次鏡z向間隔。
19.本發明的進一步技術方案是：所述步驟6調節方法為，基于波前測量結果的慧差、一階像散兩項軸外像差值，迭代調節平面反射鏡角度，及目鏡組的x/y兩自由度平移，使望遠系統中心視場波前最小，且符合設計要求。
20.本發明的進一步技術方案是：所述步驟7調節方法，架設經緯儀監控並記錄卡式望遠系統當前姿態，調節其至俯仰
±1°
視場，方位
±1°
視場4個位置，並調節平面反射鏡補償返回像位置，測量卡式望遠系統邊緣視場波前；若4個邊緣視場波前測量結果符合設計要求，則結束裝調；
21.若邊緣視場波前測量結果未全部符合設計要求，則調節卡式望遠系統返回中心視場，基於4個邊緣視場的慧差、一階像散兩項軸外像差值，再對目鏡組的x/y兩自由度進行微調，之後再次進行邊緣視場測量，即符合設計要求，完成裝調。
22.一種次鏡專用工裝，包括次鏡調節工裝轉接座、次鏡粘接螺紋頭、彈簧軸、調節工裝底座、調節工裝滑動座、軸向調節旋鈕、調節工裝壓蓋、彈簧、頂絲，所述次鏡調節工裝轉接座、調節工裝底座、調節工裝壓蓋均開有同軸通孔，並沿軸向依次同軸固定連接；所述調節工裝底座的通孔為階梯孔，小徑端朝向次鏡調節工裝轉接座，大徑端朝向調節工裝壓蓋；
23.所述調節工裝滑動座為環形結構，其一端的外周面和內周面均沿周向設置有環形凸起，外周面的環形凸起安裝於調節工裝底座的大徑端內，由調節工裝壓蓋限制軸向位移，沿徑向留有移動空間；其另一端伸出調節工裝壓蓋部分開有外螺紋；
24.所述次鏡粘接螺紋頭的一端設置有軸肩，另一端設置有內螺紋，從次鏡調節工裝轉接座的通孔伸入；次鏡粘接螺紋頭的軸肩外端面用於安裝次鏡；
25.所述彈簧軸為一端設置有軸肩，另一端設置有外螺紋的套筒結構，從調節工裝壓蓋的通孔伸入，並通過外螺紋與次鏡粘接螺紋頭的內螺紋同軸配合安裝；
26.所述彈簧套裝於彈簧軸上，並位於調節工裝滑動座的內周面環形凸起與彈簧軸的軸肩之間；
27.所述軸向調節旋鈕為環形結構，其一端設置有內螺紋，另一端設置有同軸環形限位面，與彈簧軸的軸肩外端面接觸並限制其軸向位移；軸向調節旋鈕的內螺紋與調節工裝滑動座的外螺紋配合安裝，通過旋擰對彈簧軸施加軸向壓力，進而調節次鏡粘接螺紋頭外端面的軸向位置，即z向位置；
28.所述調節工裝底座的外周面沿周向均布4個徑向孔，用於安裝頂絲；頂絲的底端與調節工裝滑動座的外周面環形凸起的周面接觸，通過調節旋入深度調節調節工裝滑動座的x/y方向位置。
29.一種次鏡專用工裝的裝調方法，具體步驟如下：
30.步驟1：工裝使用前，先將次鏡調節工裝轉接座用螺釘安裝在卡式望遠系統的次鏡
支架上，再將工裝其餘部分用螺釘安裝在次鏡調節工裝轉接座；使得次鏡調節工裝轉接座、調節工裝底座、調節工裝壓蓋與卡式望遠系統次鏡支架通過螺釘固定為一體；彈簧軸、次鏡粘接螺紋頭通過螺紋配合固定為一體；
31.步驟2：採用紫外固化膠將次鏡粘接固定於次鏡粘接螺紋頭上；拆卸工裝時，用丙酮溶液溶解膠層；
32.步驟3：調節工裝滑動座通過4個頂絲作用，在調節工裝底座中二維平移，調節次鏡相對於主鏡x/y方向位置；
33.步驟4：由於彈簧軸與調節工裝滑動座之間的幾何限位，使得軸向調節旋鈕順時針旋轉會壓縮彈簧，逆時針旋轉彈簧會放鬆彈簧，進而調節彈簧軸及次鏡相對於主鏡z方向位置。
34.有益效果
35.本發明的有益效果在於：卡式望遠系統次鏡裝調時若不能精確控制光軸與主鏡共線，在中心視場仍能達到符合設計要求的波前，但在各個邊緣視場波前將不對稱，可能有一側邊緣波前超差。本發明提供了一種能保證全視場波前的卡式望遠系統裝調方法，並設計了次鏡裝調的專用工裝，解決了上述技術難題，提高裝調效率。
36.該裝調方法要求先用幹涉儀測量主鏡面型，並使主鏡光軸與幹涉儀對準；之後將專用工裝安裝在次鏡支架上，調節次鏡背面基準與幹涉儀對準，保證主次鏡光軸指向一致；最後調節次鏡相對於主鏡的x/y/z三自由度平移，保證主次鏡系統波前達到設計要求，完成卡式望遠系統裝調。
附圖說明
37.圖1為實施例1卡式望遠系統主鏡裝調光路示意圖；
38.圖2為實施例1卡式望遠系統裝調專用工裝示意圖；
39.圖3為實施例1卡式望遠系統次鏡裝調光路示意圖；
40.圖4為實施例1卡式望遠系統全視場測量光路示意圖。
41.附圖標記說明：1.次鏡調節工裝轉接座、2.次鏡粘接螺紋頭、3.彈簧軸、4.調節工裝底座、5.調節工裝滑動座、6.軸向調節旋鈕、7.調節工裝壓蓋、8.彈簧安裝位置、9.頂絲、10.主鏡、11.標準球面鏡、12.次鏡、13.次鏡調節專用工裝、14.次鏡支架、15.平面反射鏡、16.經緯儀、17.目鏡組。
具體實施方式
42.下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
43.在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
44.實施例1
45.本實施例一種卡式望遠系統全視場裝調方法及專用裝調工裝，所裝調卡式望遠系統中主鏡10為拋物面鏡，次鏡12為高次非球面，目鏡組17可透過可見光；主次鏡有完善成像點，平行光通過該系統實現縮束，視場
±
1度。裝調方法要求望遠系統在設計視場範圍內，各視場波前rms值符合設計指標，且關於系統光軸對稱。裝調過程如下：
46.(1)用雷射幹涉儀及標準球11測量測量主鏡面型，光路如圖1所示，保證幹涉儀出射平行光經拋物面主鏡10反射後匯聚於一點，架設標準球11，使其球心與測量光匯聚點基本重合；
47.(2)測量中不斷迭代主鏡角度與標準球11位置，直到主鏡面型rms值最小，此時主鏡光軸即與幹涉儀對準，以當前主鏡位置作為後續裝調基準；
48.(3)將圖2所示次鏡12粘接在專用工裝13的次鏡粘接螺紋頭2上，確保次鏡背面基準反射面露出；
49.(4)將次鏡粘接螺紋頭2旋入專用裝調工裝13，並將專用工裝13安裝於卡式望遠系統次鏡支架14上，通過在工裝14與次鏡12支架間墊墊片，調整次鏡12背面基準與幹涉儀測量光垂直(即保證主、次鏡光軸一致)；
50.(5)移動標準球11至主、次鏡匯聚點處，測量主次鏡系統中心視場下的波前，測量光路如圖3所示，基於測量結果的慧差、一階像散兩項軸外像差值，調節次鏡相對於主鏡的x/y兩自由度平移，基於測量結果的球差值調節次鏡相對於主鏡的z向平移，保證主次鏡系統中心視場波前rms值降至最小且達到設計要求；
51.(6)撤除標準球11，安裝望遠系統目鏡組17，在目鏡組17後架設平面反射鏡15，基于波前測量結果的球差，調節目鏡組17下方墊片厚度，保證目鏡組17相對主、次鏡z向間隔；
52.(7)基于波前測量結果的慧差、一階像散兩項軸外像差值，迭代調節平面反射鏡角度，及目鏡組17的x/y兩自由度平移，使望遠系統中心視場波前最小，且符合設計要求；
53.(8)架設經緯儀監控並記錄卡式望遠系統當前姿態，調節其至俯仰
±1°
視場，方位
±1°
視場4個位置，並調節平面反射鏡15補償返回像位置，測量卡式望遠系統邊緣視場波前，測量光路如圖4所示，若4個邊緣視場波前測量結果符合設計要求，則結束裝調；
54.若邊緣視場波前測量結果未全部符合設計要求，則調節卡式望遠系統返回中心視場，基於4個邊緣視場的慧差、一階像散兩項軸外像差值，再對目鏡組的x/y兩自由度進行微調，之後再次進行邊緣視場測量，即可符合設計要求，完成裝調。
55.參照圖2所示，本實施例中一種卡式望遠系統裝調專用工裝，：包括次鏡調節工裝轉接座1、次鏡粘接螺紋頭2、彈簧軸3、調節工裝底座4、調節工裝滑動座5、軸向調節旋鈕6、調節工裝壓蓋7、彈簧8、頂絲9、螺釘；所述次鏡調節工裝轉接座1、調節工裝底座4、調節工裝壓蓋7均開有同軸通孔，並沿軸向依次同軸固定連接；所述調節工裝底座4的通孔為階梯孔，小徑端朝向次鏡調節工裝轉接座1，大徑端朝向調節工裝壓蓋7；
56.所述調節工裝滑動座5為環形結構，其一端的外周面和內周面均沿周向設置有環形凸起，外周面的環形凸起安裝於調節工裝底座4的大徑端內，由調節工裝壓蓋7限制軸向位移，沿徑向留有移動空間；其另一端伸出調節工裝壓蓋7部分開有外螺紋；
57.所述次鏡粘接螺紋頭2的一端設置有軸肩，另一端設置有內螺紋，從次鏡調節工裝轉接座的通孔伸入；次鏡粘接螺紋頭的軸肩外端面用於安裝次鏡；
58.所述彈簧軸3為一端設置有軸肩，另一端設置有外螺紋的套筒結構，從調節工裝壓
蓋的通孔伸入，並通過外螺紋與次鏡粘接螺紋頭的內螺紋同軸配合安裝；
59.所述彈簧套裝於彈簧軸3上，並位於調節工裝滑動座的內周面環形凸起與彈簧軸的軸肩之間；
60.所述軸向調節旋鈕6為環形結構，其一端設置有內螺紋，另一端設置有同軸環形限位面，與彈簧軸的軸肩外端面接觸並限制其軸向位移；軸向調節旋鈕的內螺紋與調節工裝滑動座的外螺紋配合安裝，通過旋擰對彈簧軸施加軸向壓力，進而調節次鏡粘接螺紋頭外端面的軸向位置，即z向位置；
61.所述調節工裝底座4的外周面沿周向均布4個徑向孔，用於安裝頂絲；頂絲的底端與調節工裝滑動座的外周面環形凸起的周面接觸，通過調節旋入深度調節調節工裝滑動座的x/y方向位置。
62.本實施例一種次鏡專用工裝的裝調方法具體步驟如下：
63.1)工裝使用前需先將次鏡調節工裝轉接座用螺釘安裝在卡式望遠系統的次鏡支架上，之後再將工裝其餘部分用螺釘安裝在次鏡調節工裝轉接座；
64.2)次鏡粘接螺紋頭與次鏡之間用紫外固化膠粘接固定，拆卸工裝時，可用丙酮溶液溶解膠層；
65.3)次鏡調節工裝轉接座、調節工裝底座、調節工裝壓蓋與卡式望遠系統次鏡支架靠螺釘固定為一體；彈簧軸、次鏡粘接螺紋頭靠螺紋配合固定為一體。
66.4)調節工裝滑動座靠頂絲作用在調節工裝底座中二維平移，調節次鏡相對於主鏡x/y方向位置；
67.5)彈簧軸與調節工裝滑動座之間有幾何限位。軸向調節旋鈕順時針旋轉會壓縮彈簧，逆時針旋轉彈簧會放鬆彈簧，調節彈簧軸及次鏡相對於主鏡z方向位置。
68.6)次鏡粘接螺紋頭、彈簧軸、軸向調節旋鈕均為中空結構，讓開次鏡背面基準面，用於調節過程中監控次鏡光軸指向。
69.7)次鏡背面加工有拋光的基準面，該面與次鏡光軸垂直度≤10
″
，能夠通過該面監控次鏡光軸指向。
70.優選的，若次鏡光軸與主鏡光軸偏差≥10
″
，則可在次鏡調節工裝轉接座、調節工裝底座的配合面上墊銅箔墊片進行角度調節。
71.優選的，次鏡調節完成後，在次鏡與次鏡支架之間點膠固定。
72.優選的，在次鏡與次鏡支架之間膠層固化後，先監控次鏡背面基準是否變化，再拆卸專用調節工裝，若此時次鏡背面基準已經改變，則需拆卸次鏡重新裝調。
73.優選的，次鏡與次鏡支架間膠層固化後不直接測量當前狀態下全視場波前一致性，需要在當前基準下安裝產品目鏡組或專用補償器，擴大望遠系統視場角度，再進行邊緣視場波前測量。
74.儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。