四根測杆定位離軸非球面鏡與零位補償器相對位置的方法
2024-01-23 16:35:15 4
專利名稱：四根測杆定位離軸非球面鏡與零位補償器相對位置的方法
技術領域：
本發明屬於光學檢測技術領域中涉及的一種利用四根測杆定位 離軸非球面鏡與零位補償器相對位置的標定方法。
背景技術：
隨著我國國防建設和航天、航空事業的迅速發展，對非球面鏡光 學元件提出了更高更多的應用要求。對非球面鏡面形的精密拋光加工 總是伴隨著檢測進行，檢測的結果給出與光學設計數據的誤差，為進 一步拋光加工提供依據。目前對非球面鏡面形檢測較多的是採用零位 補償器的自準直檢測方法，如圖1所示，包括非球面鏡l，零位補償
器2，檢測設備3。非球面鏡1是一個反射光學元件；零位補償器2 為一個金屬圓柱筒，內部裝有數片光學透鏡；檢測設備3—般可以是 幹涉儀或者刀口儀。首先檢測設備3發出一平面波或球面波，經過零 位補償器2後變成所需的非球面波，非球面波被非球面鏡1反射後按 照原路返回，經過零位補償器2回到檢測設備3，檢測設備3對返回 的光波進行分析，得出非球面鏡面形誤差信息，根據面形誤差信息決 定對非球面鏡1的面形進行拋光加工。當從非球面鏡1中選取一部分 使用時，非球面鏡被稱作為離軸非球面鏡，如圖2所示，離軸非球面 鏡4，零位補償器2，檢測設備3構成離軸非球面鏡面形檢測系統。自準直面形檢測方法的檢測精度關鍵在於定位離軸非球面鏡4和零
位補償器2相對位置的精度，定位精度直接影響離軸非球面鏡4面形 的檢測精度和拋光加工精度。定位離軸非球面鏡4和零位補償器2相 對位置以往主要依靠直尺測量定位。此方法利用直尺測量離軸非球面 鏡4和零位補償器2數個位置的間隔，調整兩者相對位置直到達到所 需間隔要求。此方法操作重複性差，定位精度低。
發明內容
為了克服已有方法存在的缺陷，本發明的目的在於，在對離軸非
球面鏡進行精密拋光加工時，實現對離軸非球面鏡中心曲率半徑、二
次曲面係數、高次項係數等參數的實時控制。
本發明要解決的技術問題提供一種用四根測杆定位離軸非球面 鏡與零位補償器相對位置的方法。
解決技術問題的技術方案為第一步，搭建檢測裝置，如圖3所 示，包括離軸非球面鏡5，零位補償器6，檢測設備7，非球面鏡支 架8，補償器支架9，檢測設備支架IO，光學穩定平臺ll，第一測杆 12，第二測杆13，第三測杆14，第四測杆1—5。在光學穩定平臺11 上，從左至右或從右至左依次排列安置非球面鏡支架8、補償器支架 9、檢測設備支架10，並將離軸非球面鏡5、零位補償器6、檢測設 備7分別安裝在非球面鏡支架8、補償器支架9、檢測設備支架10上。 第二步，選取第一測杆12，第二測杆13，第三測杆14，第四測杆15 在離軸非球面鏡5和零位補償器6上的預定位置設第一測杆12在 離軸非球面鏡5、零位補償器6上的預定接觸點分別為a、 a'，第二測杆13在離軸非球面鏡5、零位補償器6上的預定接觸點分別為b、 b'， 第三測杆14在離軸非球面鏡5、零位補償器6上的預定接觸點分別 為c、 c'，第四測杆15在離軸非球面鏡5、零位補償器6上的預定接 觸點分別為d、 d';各預定接觸點選取位置為接觸點a、 b位於離軸 非球面鏡5的左右兩邊的中點位置，接觸點a'、 b'位於零位補償器6 的左右邊的中心點位置，接觸點a、 b與a'、 b'處於同一水平高度；接 觸點c、 d位於離軸非球面鏡5上下兩邊的中點位置，接觸點c'、 d' 位於零位補償器6的上下邊的中心點位置，接觸點c、 d的連線與接 觸點a、 b的連線正交，接觸點c'、 d'的連線與接觸點a'、 b'的連線正 交。第三步，根據離軸非球面鏡5的光學設計數據計算第一測杆12， 第二測杆13，第三測杆14，第四測杆15的理論長度，並按照理論長 度製作第一測杆12，第二測杆13，第三測杆14，第四測杆15，其中 第三測杆14與第四測杆15等長。第四步，調整補償器支架9使零位 補償器6兩端水平。第五步，調整非球面鏡支架8，使離軸非球面鏡 5幾何中心點與零位補償器6幾何中心點處於同一水平高度。第六步， 保持步驟五成立的前提下，調整非球面鏡支架8，使第一測杆12、第 二測杆13、第三測杆14、第四測杆15兩端分別與零位補償器6和離 軸非球面鏡5接觸於預定位置。第七步，調整檢測設備支架10，使 檢測設備7能夠輸出離軸非球面鏡5的面形信息數據。
本發明的工作原理利用六個不相關的條件限定離軸非球面鏡5 與零位補償器6的相對位置的六個自由度，達到完全定位兩者間相對 位置的目的，坐標系如圖4所示。其中，離軸非球面鏡5幾何中心點與零位補償器6幾何中心點位於同一水平高度限定離軸非球面鏡5相 對於零位補償器6的Y軸平移自由度；預定接觸點a、 b位於同一水 平高度限定離軸非球面鏡5相對於零位補償器6的Z軸旋轉自由度； 第三測杆14與第四測杆15等長限定離軸非球面鏡5相對於零位補償 器6的X軸旋轉；第一測杆12、第二測杆13的定位可以有一組的離 軸非球面鏡5的Y軸旋轉配合上X軸平移來滿足，當需要滿足第三 測杆14、第四測杆15的定位時，離軸非球面鏡5相對於零位補償器 6的Y軸旋轉、X軸平移兩個自由度都被限定；離軸非球面鏡5相對 於零位補償器6的Z軸平移自由度由四根測杆的長度一起限定。這樣， 離軸非球面鏡5相對於零位補償器6的六個自由度都被限定，兩者之 間的相對位置可以完全確定。
本發明的積極效果提高定位離軸非球面鏡5與零位補償器6的 工作效率和精度，使檢測設備7能夠精確檢測離軸非球面鏡5的面形 誤差，為對離軸非球面鏡5的面形拋光加工提供了條件。
圖1為非球面鏡M7P自準直檢測方法所用檢測設備、非球面鏡位 置擺放的示意圖。
圖2為離軸非球面鏡面形自準直檢測方法所用檢測設備、離軸非 球面鏡位置擺放的示意圖。
圖3為利用四根測杆定位離軸非球面鏡與零位補償器相對位置 實施檢測方法所用檢測設備、離軸非球面鏡位置擺放的示意圖。
圖4為離軸非球面鏡與零位補償器相對位置的工作原理說明採用坐標系的示意圖。
具體實施例方式
本發明方法按照技術方案中提出的七步方法實施，其中，第一步 在搭建檢測裝置中，所使用的光學穩定平臺11的面積要足夠大，能
擺放下在檯面上的所有設備；非球面鏡支架8、補償器支架9和檢測 設備支架10三者都應有六個自由度的調整功能；第一測杆12、第二 測杆13、第三測杆14、第四測杆15材料為石英玻璃，具有很小的溫 度膨脹係數，減少手溫等溫差影響；第一測杆12、第二測杆13、第 三測杆14、第四測杆15兩端製成球頭，使得四根測杆與離軸非球面 鏡5和零位補償器6點接觸於各個預定位置，提高操作重複性；技術 方案第四步和第五步利用水平尺調整零位補償器6的水平度以及離 軸非球面鏡5水平高度。
權利要求
1、四根測杆定位離軸非球面鏡與零位補償器相對位置的方法，是通過零位補償器和檢測設備用自準直的辦法檢測離軸非球面鏡的面形；其特徵在於第一步，搭建檢測裝置，包括離軸非球面鏡(5)，零位補償器(6)，檢測設備(7)，非球面鏡支架(8)，補償器支架(9)，檢測設備支架(10)，光學穩定平臺(11)，第一測杆(12)，第二測杆(13)，第三測杆(14)，第四測杆(15)；在光學穩定平臺(11)上，從左至右或從右至左依次排列安置非球面鏡支架(8)、補償器支架(9)、檢測設備支架(10)，並將離軸非球面鏡(5)、零位補償器(6)、檢測設備(7)分別安裝在非球面鏡支架(8)、補償器支架(9)、檢測設備支架(10)上；第二步，選取第一測杆(12)，第二測杆(13)，第三測杆(14)，第四測杆(15)在離軸非球面鏡(5)和零位補償器(6)上的預定位置設第一測杆(12)在離軸非球面鏡(5)、零位補償器(6)上的預定接觸點分別為a、a′，第二測杆(13)在離軸非球面鏡(5)、零位補償器(6)上的預定接觸點分別為b、b′，第三測杆(14)在離軸非球面鏡(5)、零位補償器(6)上的預定接觸點分別為c、c′，第四測杆(15)在離軸非球面鏡(5)、零位補償器(6)上的預定接觸點分別為d、d′；各預定接觸點選取位置為接觸點a、b位於離軸非球面鏡(5)的左右兩邊的中點位置，接觸點a′、b′位於零位補償器(6)的左右邊的中心點位置，接觸點a、b與a′、b′處於同一水平高度；接觸點c、d位於離軸非球面鏡(5)上下兩邊的中點位置，接觸點c′、d′位於零位補償器(6)的上下邊的中心點位置，接觸點c、d的連線與接觸點a、b的連線正交，接觸點c′、d′的連線與接觸點a′、b′的連線正交；第三步，根據離軸非球面鏡(5)的光學設計數據計算第一測杆(12)，第二測杆(13)，第三測杆(14)，第四測杆(15)的理論長度，並按照理論長度製作第一測杆(12)，第二測杆(13)，第三測杆(14)，第四測杆(15)，其中第三測杆(14)與第四測杆(15)等長；第四步，調整補償器支架(9)使零位補償器(6)兩端水平；第五步，調整非球面鏡支架(8)，使離軸非球面鏡(5)幾何中心點與零位補償器(6)幾何中心點處於同一水平高度；第六步，保持步驟五成立的前提下，調整非球面鏡支架(8)，使第一測杆(12)、第二測杆(13)、第三測杆(14)、第四測杆(15)兩端分別與零位補償器(6)和離軸非球面鏡(5)接觸於預定位置；第七步，調整檢測設備支架(10)，使檢測設備(7)能夠輸出離軸非球面鏡(5)的面形信息數據。
全文摘要
四根測杆定位離軸非球面鏡與零位補償器相對位置的方法，屬於光學檢測技術領域中涉及的方法。要解決的技術問題提供一種四根測杆定位離軸非球面鏡與零位補償器相對位置的方法。解決的技術方案第一步，搭建檢測裝置，第二步，選取四根測杆在離軸非球面鏡和零位補償器上的預定位置，第三步，根據離軸非球面鏡的光學設計數據計算並製作四根測杆，第四步，調整補償器支架使零位補償器水平，第五步，調整非球面鏡支架，使離軸非球面鏡與零位補償器處於同一高度，第六步，調整非球面鏡支架，使四根測杆兩端分別與零位補償器和離軸非球面鏡接觸於預定位置，第七步，調整檢測設備支架，使檢測設備能夠輸出離軸非球面鏡的面形信息數據。
文檔編號G01B11/24GK101408411SQ20081005143
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月18日 優先權日2008年11月18日
發明者宋淑梅, 斌 宣, 紅 張, 李俊峰, 朋 王, 陳曉蘋 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所