一種薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法
2023-10-08 11:52:04
一種薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法
【專利摘要】本發明公開了一種薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，包括下列步驟：1)調整研修薄壁件的基準及薄壁件中第一光學件的安裝臺階面；2)利用正弦規使薄壁件上的安裝角度面呈理論水平狀態，將標準工裝置於薄壁件中的安裝臺階面上，計算標準工裝最高點到薄壁件上第二光學件的理論安裝角度面的距離L；計算安裝角度面的精修餘量；3)將安裝角度面研修至理論安裝角度面；4)安裝第一光學件與第二光學件，即得。本發明的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，不使用非標設備和三坐標，通過簡單的測量計算即可得到精修餘量，實現對角度的監控、光學間隔尺寸的準確控制；該裝調過程成本低，操作方便，安全可靠，裝調精度高，適合推廣應用。
【專利說明】-種薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於光學系統裝調【技術領域】，具體涉及一種薄壁件上非共軸光學系統的裝 調方法。
【背景技術】
[0002] 共軸光學系統是指各個光學件的光軸是同軸的，不存在偏也和傾斜；而非共軸光 學系統是指光學件的光軸不同軸。非共軸光學系統很難用定也儀進行裝調，其需要按照光 學系統中各光學件光軸之間的夾角角度和光學間隔的要求來進行裝調，通常裝調難度比較 大，很難達到對角度和間隔的精確控制。
[0003] 薄壁件是光學系統常用的工程塑料件，薄壁件的壁厚比較薄，一般只有0.3? 1.0mm，用於光學件的安裝平臺更窄，難W切削加工。同時，過窄的尺寸導致光學件的安裝角 度和光學間隔尺寸精度無法測量，不能保證光學件與薄壁件在安裝膠合時的角度和光學間 隔，從而無法滿足薄壁件上非共軸光學系統的設計要求。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法。
[0005] 為了實現W上目的，本發明所採用的技術方案是：
[0006] 一種薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，包括下列步驟：
[0007] 1)調整研修薄壁件的基準及薄壁件中對應第一光學件的安裝臺階面，通過平面反 射鏡觀察其十字像在±15"W內；
[0008] 2)利用正弦規使薄壁件上的安裝角度面呈理論水平狀態，將標準工裝置於薄壁件 中的安裝臺階面上，根據第一光學件與第二光學件的理論光軸夾角角度a要求，計算標準 工裝最高點到薄壁件上對應第二光學件的理論安裝角度面的距離L;
[0009] 測量標準工裝的最高點至安裝角度面的距離L';
[0010] L'與L的差值即為安裝角度面的精修餘量；
[0011] 3)依據安裝角度面的精修餘量，將安裝角度面研修至理論安裝角度面；
[0012] 4)將第一光學件與第二光學件分別安裝在薄壁件上的安裝臺階面和安裝角度面 上，即得薄壁件上非共軸光學系統。
[0013] 步驟1)中，調整研修薄壁件的基準及薄壁件中對應第一光學件的安裝臺階面的 方法是：設計第一定位板的基準與薄壁件的基準一致；W第一定位板為基準，在自準直儀 觀察下進行調整研修。
[0014] 步驟2)中，利用正弦規使薄壁件上的安裝角度面呈理論水平狀態的方法是；在正 弦規的工作面上設置用於固定薄壁件的第二定位板，第二定位板與正弦規的工作面垂直； 將正弦規調整至第一光學件與第二光學件的理論光軸夾角角度a;利用第二定位板將薄 壁件固定在正弦規的工作面的，使薄壁件上的安裝角度面呈理論水平狀態。
[0015] 步驟2)中，採用下列公式（I)計算標準工裝最高點到薄壁件上理論安裝角度面的 距離L:
[0016]L=出-(A-R? tga)+幻Xsina訊；
[0017] 其中，H為標準工裝的厚度；
[0018] A為第一光學件與第二光學件的理論光學間隔；
[0019] R為標準工裝的直徑；
[0020] a為第一光學件與第二光學件的理論光軸夾角角度；
[0021] C為將第一光學件置於安裝臺階面上，安裝臺階面到第一光學件最高點的距離。
[0022] 測量計算安裝臺階面到第一光學件最高點的距離C的方法，包括下列步驟：
[0023] a)將平面反射鏡置於薄壁件中的安裝臺階面上，設定平面反射鏡的上表面為測厚 儀的零位；
[0024]b)取出平面反射鏡，將第一光學件置於薄壁件中的安裝臺階面上，利用測厚儀測 量第一光學件最高點高度F，將該高度F加上平面反射鏡的厚度D，即得安裝臺階面到第一 光學件最高點的距離C。
[0025] 步驟3)中，將安裝角度面研修至理論安裝角度面的方法是；用自準直儀、平面反 射鏡和數顯高度尺，邊研修邊測量安裝角度面的角度及光學件的光學間隔，至設計精度要 求為止。
[0026] 所述設計精度要求為：安裝角度面的方位俯仰在±15" W內；安裝臺階面與安裝 角度面的位置精度在0.01mmW內。
[0027] 所述薄壁件為薄壁工程塑料件。
[0028] 所述標準工裝為圓柱形。
[0029] 本發明的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，光學系統中的角度通過正弦規將 薄壁件上反射鏡安裝平面（安裝角度面）轉換呈水平狀態，同時通過自準直儀及平面反射 鏡可準確的檢測控制光學件角度值在理想狀態；光學系統中的光學元件位置精度通過標準 工裝可準確的計算出薄壁件上要研修的餘量，通過研修可實現光學元件的間隔尺寸精度。
[0030] 本發明的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，用正弦規使薄壁件上的安裝角度 面呈理論水平狀態，將標準工裝置於薄壁件中的安裝臺階面上，計算標準工裝最高點到薄 壁件上第二光學件的理論安裝角度面的距離以通過換算得到安裝角度面的精修餘量（位 置精修關係），實現對薄壁件上非共軸光學系統中薄壁件與光學角度及光學件之間光學間 隔的精確研修與安裝；在裝調過程中既不使用非標設備，又不用H坐標，通過簡單的測量計 算即可得到精修餘量，實現對角度的監控、光學間隔尺寸的準確檢測與控制；該裝調過程成 本低，操作方便，安全可靠，裝調精度高，滿足薄壁件上非共軸光學系統的設計要求，適合推 廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1為實施例1的薄壁件上非共軸光學系統中光學件位置關係示意圖；
[0032] 圖2為實施例1中測量計算安裝臺階面到透鏡最高點距離的示意圖；
[0033]圖3為實施例1中光學安裝角度面精度修配示意圖；
[0034] 圖4為實施例1中光學件安裝平面角度示意圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的說明。
【具體實施方式】 [0036] 中，所用的第一、第二定位板與標準工裝的基準與薄壁件的設計基 準一致；用自準直儀觀察、調校、研修光學件的安裝面在理想的狀態。利用正弦規精確轉換 薄壁工程塑料件的安裝角度面呈水平狀，利用標準工裝凸出的角度邊沿的長度準確計算出 從標準工裝最高點到安裝角度面的尺寸精度。用數顯高度尺、平面反射鏡及自準直儀準確 實現對薄壁工程塑料件與光學件角度及光學間隔尺寸精度的精修測量和粘接。
[0037] 實施例1
[0038] 本實施例中，薄壁件為薄壁工程塑料件，即厚度為1mm的塑料管件，該塑料管件的 一端為平面，另一端為斜面，該斜面為對應第二光學件的安裝角度面；所述塑料管件內部設 有寬度為0. 5mm的環形臺階面，該環形臺階面為對應第一光學件的安裝臺階面。
[0039] 其中，所述第一光學件為圓形透鏡；所述第二光學件為圓形平面鏡。
[0040] 本實施例的薄壁件上非共軸光學系統，如圖1所示，要求透鏡4(第一光學件）與 平面鏡5 (第二光學件）的理論光軸夾角角度a為45°;透鏡4 (第一光學件）與平面鏡 5 (第二光學件）的理論光學間隔為29mm。
[0041] 本實施例的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，包括下列步驟：
[0042] 1)設計加工第一、第二定位板和圓柱形的標準工裝；
[0043]第一、第二定位板的規格為（73+0. 05mm)X(150+0. 05mm)X(10+0. 05mm);
[0044] 圓柱形的標準工裝的規格為（(p43.1±0.005)X(I6mm±0.10mm);
[0045] 加工後，所得標準工裝的厚度H為16. 05mm，標準工裝的直徑R為21. 55mm;
[0046] 2)設計第一定位板、第二定位板、標準工裝的基準與薄壁工程塑料件一致；
[0047] 如圖2所示，將薄壁工程塑料件2固定安裝在第一定位板1上；
[0048] 3)W第一定位板1為基準，在自準直儀觀察下，調整研修薄壁工程塑料件2的基 準，同時，研修薄壁工程塑料件2中的安裝臺階面C(圖2)，使其水平，通過平面反射鏡3觀 察其十字像在±15"W內；
[0049] 4)測量計算安裝臺階面C到透鏡4(第一光學件）最高點的距離C，如圖2所示：
[0050] a)將平面反射鏡3置於薄壁工程塑料件2中的安裝臺階面C上，將測厚儀5的測 試頭放置在平面反射鏡3上，將測厚儀5的讀數歸零，設定平面反射鏡3的上表面為測厚儀 的零位；
[0051] b)取出平面反射鏡3,將透鏡4(第一光學件）置於薄壁工程塑料件2中的安裝臺 階面C上，利用測厚儀5測量透鏡4的最高點高度F，將該高度F加上平面反射鏡3的厚度 D，即得安裝臺階面C到透鏡4(第一光學件）最高點的距離C= -3. 26mm;
[0052] 5)利用正弦規使薄壁工程塑料件上的安裝角度面呈理論水平狀態，具體為；如圖 3所示，在正弦規12的工作面上設置用於固定薄壁工程塑料件2的第二定位板13,第二定 位板13與正弦規12的工作面垂直；將正弦規12調整至第一光學件與第二光學件的理論光 軸夾角角度a，並用塊規11使其固定；利用第二定位板13將薄壁工程塑料件2固定在正 弦規12的工作面的，使薄壁工程塑料件2上的安裝角度面b呈理論水平狀態；
[0053]如圖3所示，將圓柱形的標準工裝9置於薄壁工程塑料件2中的安裝臺階面C上， 根據第一光學件與第二光學件的理論光軸夾角角度a為45°的要求，依據下列公式（I)計 算標準工裝最高點a到薄壁工程塑料件上對應第二光學件的理論安裝角度面的距離L:[0054] L=出-(A-R?tga)+幻Xsina 訊；
[00巧]其中，H為標準工裝的厚度；
[0056]A為第一光學件與第二光學件的理論光學間隔；
[0057] R為標準工裝的直徑；
[0058]a為第一光學件與第二光學件的理論光軸夾角角度；
[0059] C為將第一光學件（透鏡）置於安裝臺階面上，安裝臺階面到第一光學件（透鏡） 最局點的距貿；
[0060]已知H為 16. 05mm，A為 29mm，R為 21. 55mm，a為 45。，C為-3. 26mm;
[0061]計算L=出-(A-R.tga)+C]Xsina= [16. 05-(29-21. 55.tgAS。）+ (-3. 26)]X sin45° ^ 3. 7790mm；
[0062]測量標準工裝的最高點a至安裝角度面b的距離L'，具體為：如圖3所示，用數顯 高度尺10加裝的槓桿表測量標準工裝9的最高點a,並設定數顯高度尺10的顯示值為零 位；調整數顯高度尺10的微調裝置使槓桿表的表頭置於薄壁工程塑料件2的安裝角度面b 上，觀察數顯高度尺10的顯示值為L'，計算出L'與L值的差值，即為安裝角度面b的精修 餘量；
[0063] 6)依據安裝角度面的精修餘量，將安裝角度面研修至理論安裝角度面，具體為： 利用自準直儀、平面反射鏡、數顯高度尺，邊研修邊測量薄壁工程塑料件的角度及及光學件 的光學間隔，至設計精度要求為止；
[0064] 所述設計精度要求為：安裝角度面的方位俯仰在±15" W內；安裝臺階面與安裝 角度面的位置精度在0.01mmW內；
[0065] 7)將薄壁工程塑料件2、透鏡4 (第一光學件）和平面鏡6 (第二光學件）表面擦 拭乾淨，如圖4所示，在薄壁工程塑料件2的安裝臺階面C和安裝角度面b上分別均勻塗上 一層703膠，將透鏡4與平面鏡6分別安裝在安裝臺階面C和安裝角度面b上，用自準直儀 8觀察放置在平面鏡6上面的平面反射鏡3的方位俯仰在± 15"W內，自然固化，即得薄壁 工程塑料件上非共軸光學系統。
[0066] 本實施例的裝調方法所得薄壁工程塑料件上非共軸光學系統經驗證滿足設計要 求。
【權利要求】
1. 一種薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，其特徵在於：包括下列步驟： 1) 調整研修薄壁件的基準及薄壁件中對應第一光學件的安裝臺階面，通過平面反射鏡 觀察其十字像在±15"以內； 2) 利用正弦規使薄壁件上的安裝角度面呈理論水平狀態，將標準工裝置於薄壁件中的 安裝臺階面上，根據第一光學件與第二光學件的理論光軸夾角角度a要求，計算標準工裝 最高點到薄壁件上對應第二光學件的理論安裝角度面的距離L ; 測量標準工裝的最高點至安裝角度面的距離L' ； L'與L的差值即為安裝角度面的精修餘量； 3) 依據安裝角度面的精修餘量，將安裝角度面研修至理論安裝角度面； 4) 將第一光學件與第二光學件分別安裝在薄壁件上的安裝臺階面和安裝角度面上，即 得薄壁件上非共軸光學系統。
2. 根據權利要求1所述的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，其特徵在於：步驟1) 中，調整研修薄壁件的基準及薄壁件中對應第一光學件的安裝臺階面的方法是： 設計第一定位板的基準與薄壁件的基準一致；以第一定位板為基準，在自準直儀觀察 下進行調整研修。
3. 根據權利要求1所述的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，其特徵在於：步驟2) 中，利用正弦規使薄壁件上的安裝角度面呈理論水平狀態的方法是： 在正弦規的工作面上設置用於固定薄壁件的第二定位板，第二定位板與正弦規的工作 面垂直；將正弦規調整至第一光學件與第二光學件的理論光軸夾角角度a ;利用第二定位 板將薄壁件固定在正弦規的工作面的，使薄壁件上的安裝角度面呈理論水平狀態。
4. 根據權利要求1所述的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，其特徵在於：步驟2) 中，採用下列公式（I)計算標準工裝最高點到薄壁件上理論安裝角度面的距離L: L = [H- (A-R ? tg a ) +C] X sin a (I)； 其中，H為標準工裝的厚度； A為第一光學件與第二光學件的理論光學間隔； R為標準工裝的直徑； a為第一光學件與第二光學件的理論光軸夾角角度； C為將第一光學件置於安裝臺階面上，安裝臺階面到第一光學件最高點的距離。
5. 根據權利要求4所述的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，其特徵在於：測量計 算安裝臺階面到第一光學件最高點的距離C的方法，包括下列步驟： a) 將平面反射鏡置於薄壁件中的安裝臺階面上，設定平面反射鏡的上表面為測厚儀的 零位； b) 取出平面反射鏡，將第一光學件置於薄壁件中的安裝臺階面上，利用測厚儀測量第 一光學件最高點高度F，將該高度F加上平面反射鏡的厚度D，即得安裝臺階面到第一光學 件最1?點的距尚C。
6. 根據權利要求1所述的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，其特徵在於：步驟3) 中，將安裝角度面研修至理論安裝角度面的方法是： 用自準直儀、平面反射鏡和數顯高度尺，邊研修邊測量安裝角度面的角度及光學件的 光學間隔，至設計精度要求為止。
7.根據權利要求6所述的薄壁件上非共軸光學系統的裝調方法，其特徵在於：所述設 計精度要求為：安裝角度面的方位俯仰在±15"以內；安裝臺階面與安裝角度面的位置精 度在0. 01mm以內。
【文檔編號】G02B7/02GK104375255SQ201410704360
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】耿全堂 申請人:中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所