一種柱面鏡光學(xué)定軸系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)定軸領(lǐng)域，尤其涉及一種確定柱面鏡光軸的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柱面鏡是非球面的一個(gè)特例，具有特殊的光學(xué)成像特性。高精度的柱面鏡和柱面系統(tǒng)在線(xiàn)聚焦系統(tǒng)、電影攝像鏡頭、激光打印機(jī)等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這些應(yīng)用需要相應(yīng)高精度的裝調(diào)手段來(lái)保證光學(xué)系統(tǒng)的光軸一致性。
[0003]柱面鏡的成像特性:因?yàn)橹嫱哥R不是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的，所以柱面鏡沒(méi)有球心點(diǎn)，只有球心線(xiàn)。平面波經(jīng)過(guò)柱面透鏡也不會(huì)形成焦點(diǎn)，而會(huì)形成一條焦線(xiàn)。理論上柱面鏡不存在所謂光軸，但在實(shí)際應(yīng)用中是多個(gè)柱面鏡組合使用，要求各柱面鏡的平面相互平行，其交線(xiàn)相互正交，各正交點(diǎn)必須在一條直線(xiàn)上且與柱面鏡的平面垂直，所有實(shí)際柱面鏡的裝調(diào)過(guò)程中會(huì)用到柱面鏡的虛擬光軸。
[0004]如果柱面光學(xué)系統(tǒng)不能滿(mǎn)足如上裝調(diào)要求，則會(huì)導(dǎo)致柱面系統(tǒng)光學(xué)質(zhì)量下降甚至不能使用。所以柱面鏡光軸的確定是柱面光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)中亟待解決的重要技術(shù)難點(diǎn)。
[0005]現(xiàn)有的柱面鏡定軸方法是，如圖1所示，包括車(chē)床回轉(zhuǎn)軸1，姿態(tài)調(diào)整工裝2，鏡框3，柱面鏡4，光學(xué)定心儀5，CXD相機(jī)6和PC機(jī)7，利用光學(xué)定心儀5尋找控制該柱面鏡平面的自準(zhǔn)直反射像跳動(dòng)量，再利用千分表9控制柱面鏡母線(xiàn)在水平和垂直方向的變化量，保證柱面鏡的定軸精度。
[0006]這種方法的缺點(diǎn):1、此方法采用千分表接觸式測(cè)量，操作過(guò)程容易劃傷柱面鏡鍍膜面；2、多次調(diào)整柱面鏡姿態(tài)時(shí)，接觸式測(cè)量的復(fù)位精度無(wú)法保證，造成累積誤差；3、以柱面鏡外形公差確定其光軸位置，光軸精度無(wú)法保證，即用機(jī)械精度無(wú)法保證光學(xué)精度；

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有的確定柱面鏡光軸基準(zhǔn)的方法易導(dǎo)致光學(xué)元件劃傷及光軸基準(zhǔn)精度低等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種柱面鏡光學(xué)定軸加工方法及設(shè)備。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0009]柱面鏡光學(xué)定軸系統(tǒng)，其特殊之處在于:包括姿態(tài)調(diào)整工裝、鏡框、第一光學(xué)定心儀、第一光學(xué)定心儀、第一 CXD相機(jī)、第二 CXD相機(jī)、第二 PC機(jī)及第二 PC機(jī)；
[0010]所述姿態(tài)調(diào)整工裝固定在車(chē)床回轉(zhuǎn)軸上，所述鏡框固定在姿態(tài)調(diào)整工裝上，鏡框內(nèi)固定有柱面鏡，所述第一光學(xué)定心儀位于車(chē)床回轉(zhuǎn)軸的一端，且朝向柱面鏡的平面，第一光學(xué)定心儀與第一 CCD相機(jī)的一端連接，所述第一 CCD相機(jī)的另一端與第一 PC機(jī)連接；所述第二光學(xué)定心儀位于鏡框的出射窗口的正前方，且第二光學(xué)定心儀朝向柱面鏡的柱面，第二光學(xué)定心儀與第二 CCD相機(jī)的一端連接，所述第二 CCD相機(jī)的另一端與第二 PC機(jī)連接。
[0011]柱面鏡光學(xué)定軸方法，包括以下步驟:
[0012]I】尋找柱面鏡的平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn):
[0013]1.1】將第一光學(xué)定心儀調(diào)焦到無(wú)窮遠(yuǎn)位置，發(fā)出平行光，經(jīng)柱面鏡的平面反射，成在第一光學(xué)定心儀上的像點(diǎn)即為柱面鏡的平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)；
[0014]1.2】將找到的平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)通過(guò)第一 CXD相機(jī)顯示在第一 PC機(jī)上；
[0015]2】尋找柱面鏡的柱面鏡焦線(xiàn)像:
[0016]2.1第一光學(xué)定心儀發(fā)出的平行光透過(guò)柱面鏡形成柱面鏡焦線(xiàn)，將第二光學(xué)定心儀調(diào)焦到柱面鏡的焦線(xiàn)位置，此時(shí)成在第二光學(xué)定心儀上的像即為柱面鏡的一次柱面鏡焦線(xiàn)像，通過(guò)第二 CCD相機(jī)在第二 PC機(jī)找到柱面鏡的一次柱面鏡焦線(xiàn)像，并讀取此時(shí)柱面鏡一次柱面鏡焦線(xiàn)像在第二光學(xué)定心儀上的位置LI ;
[0017]2.2】車(chē)床轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180度，第二光學(xué)定心儀保持不變，成在第二光學(xué)定心儀上的像即為柱面鏡的二次柱面鏡焦線(xiàn)像，通過(guò)第二 CCD相機(jī)在第二 PC機(jī)找到柱面鏡的二次柱面鏡焦線(xiàn)像，并讀取此時(shí)柱面鏡二次柱面鏡焦線(xiàn)像在第二光學(xué)定心儀上的位置L2 ;
[0018]2.3】將第二光學(xué)定心儀的測(cè)微目鏡十字絲調(diào)整在(Ll+L2)/2位置；
[0019]3】調(diào)整姿態(tài)控制工裝的水平和俯仰狀態(tài)，通過(guò)第一 C⑶相機(jī)在第一 PC機(jī)上觀察平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)第二 CCD相機(jī)在第二 PC機(jī)上觀察一次柱面鏡焦線(xiàn)像和二次柱面鏡焦線(xiàn)像；直至柱面鏡的自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡由劃大圓逐漸變?yōu)閯澬A甚至接近靜止不動(dòng)，并且柱面鏡的一次柱面鏡焦線(xiàn)像和二次柱面鏡焦線(xiàn)像的中心與測(cè)微目鏡的十字絲的中心重合，此時(shí)柱面鏡的光軸與車(chē)床回轉(zhuǎn)軸重合。
[0020]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0021]1、本發(fā)明完全采用光學(xué)非接觸式測(cè)量方式，尋找柱面鏡的平面自準(zhǔn)直反射像和柱面自準(zhǔn)直反射像(柱面球心交線(xiàn)反射像)，通過(guò)姿態(tài)調(diào)整工裝改變柱面鏡空間姿態(tài)，控制兩像在內(nèi)調(diào)焦定心儀內(nèi)的跳動(dòng)量，保證光軸與機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的重合精度。
[0022]2、通過(guò)2臺(tái)內(nèi)調(diào)焦定心儀尋找柱面鏡的平面自準(zhǔn)值反射像和柱面鏡焦線(xiàn)像，旋轉(zhuǎn)車(chē)床主軸并調(diào)整姿態(tài)控制工裝使平面反射像不晃動(dòng)，柱面鏡焦線(xiàn)像旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，其光軸即可確定(此時(shí)柱面鏡光軸和車(chē)床主軸重合)，車(chē)削結(jié)構(gòu)件相關(guān)部位，保證其與光軸的同心度和垂直度。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為現(xiàn)有的柱面鏡定軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的柱面鏡定軸的系統(tǒng)示意圖；
[0025]其中附圖標(biāo)記為:1-車(chē)床回轉(zhuǎn)軸，2-姿態(tài)調(diào)整工裝，3-鏡框，4-柱面鏡，5-光學(xué)定心儀，6-CXD相機(jī)，7-PC機(jī)，8-車(chē)刀，9-千分表，10-第一 PC機(jī)，11-第一 (XD相機(jī)，12-第一光學(xué)定心儀，13-第二光學(xué)定心儀，14-第二 CXD相機(jī)，15-第二 PC機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示柱面鏡光學(xué)定軸系統(tǒng)，包括姿態(tài)調(diào)整工裝2、鏡框3、第一光學(xué)定心儀
12、第二光學(xué)定心儀13、第一 CXD相機(jī)11、第二 CXD相機(jī)14、第一 PC機(jī)10及第二 PC機(jī)15 ；
[0027]姿態(tài)調(diào)整工裝固定在車(chē)床回轉(zhuǎn)軸I上，鏡框固定在姿態(tài)調(diào)整工裝上，鏡框內(nèi)固定有柱面鏡，第一光學(xué)定心儀位于車(chē)床回轉(zhuǎn)軸的一端，且朝向柱面鏡的平面，第一光學(xué)定心儀與第一 (XD相機(jī)的一端連接，所述第一 (XD相機(jī)的另一端與第一 PC機(jī)連接；第二光學(xué)定心儀位于鏡框的出射窗口的正前方，且第二光學(xué)定心儀朝向柱面鏡的柱面，第二光學(xué)定心儀與第二 CXD相機(jī)的一端連接，所述第二 CXD相機(jī)的另一端與第二 PC機(jī)連接。
[0028]柱面鏡光學(xué)定軸方法，包括以下步驟:
[0029]I】尋找柱面鏡的平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn):
[0030]1.1】將第一光學(xué)定心儀調(diào)焦到無(wú)窮遠(yuǎn)位置，成在第一光學(xué)定心儀上的像點(diǎn)即為柱面鏡的平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)；
[0031]1.2】將找到的平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)通過(guò)第一 CXD相機(jī)顯示在第一 PC機(jī)上；
[0032]2】尋找柱面鏡的柱面鏡焦線(xiàn)像:
[0033]2.1】將第二光學(xué)定心儀調(diào)焦到柱面鏡的焦線(xiàn)位置，成在第二光學(xué)定心儀上的像即為柱面鏡的一次柱面鏡焦線(xiàn)像，通過(guò)第二 CCD相機(jī)在第二 PC機(jī)找到柱面鏡的一次柱面鏡焦線(xiàn)像，并讀取此時(shí)柱面鏡一次柱面鏡焦線(xiàn)像在第二光學(xué)定心儀上的位置LI ;
[0034]2.2】車(chē)床轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180度，第二光學(xué)定心儀保持不變，成在第二光學(xué)定心儀上的像即為柱面鏡的二次柱面鏡焦線(xiàn)像，通過(guò)第二 CCD相機(jī)在第二 PC機(jī)找到柱面鏡的二次柱面鏡焦線(xiàn)像，并讀取此時(shí)柱面鏡二次柱面鏡焦線(xiàn)像在第二光學(xué)定心儀上的位置L2 ;
[0035]2.3】將第二光學(xué)定心儀的測(cè)微目鏡十字絲調(diào)整在(L1+L2) /2位置，此時(shí)成在第二光學(xué)定心儀上的像即為柱面鏡的柱面鏡焦線(xiàn)像；
[0036]3】調(diào)整姿態(tài)控制工裝的水平和俯仰狀態(tài)，通過(guò)第一 C⑶相機(jī)在第一 PC機(jī)上觀察平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)第二 CCD相機(jī)在第二 PC機(jī)上觀察柱面鏡的柱面鏡焦線(xiàn)像；直至柱面鏡的自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡由劃大圓逐漸變?yōu)閯澬A甚至接近靜止不動(dòng)，并且柱面鏡的柱面鏡焦線(xiàn)像與測(cè)微目鏡的十字絲的中心重合，此時(shí)柱面鏡的光軸與車(chē)床回轉(zhuǎn)軸重合。
[0037]4】此時(shí)柱面鏡的光軸已經(jīng)確定，即柱面鏡光軸和高精度車(chē)床回轉(zhuǎn)軸重合；此時(shí)加工柱面鏡結(jié)構(gòu)框相關(guān)尺寸，保證結(jié)構(gòu)外圓與柱面鏡光軸同軸度優(yōu)于0.007mm,保證結(jié)構(gòu)端面與柱面鏡光軸垂直度優(yōu)于0.01mm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.柱面鏡光學(xué)定軸系統(tǒng)，其特征在于:包括姿態(tài)調(diào)整工裝、鏡框、第一光學(xué)定心儀、第一光學(xué)定心儀、第一 CXD相機(jī)、第二 CXD相機(jī)、第二 PC機(jī)及第二 PC機(jī)； 所述姿態(tài)調(diào)整工裝固定在車(chē)床回轉(zhuǎn)軸上，所述鏡框固定在姿態(tài)調(diào)整工裝上，鏡框內(nèi)固定有柱面鏡，所述第一光學(xué)定心儀位于車(chē)床回轉(zhuǎn)軸的一端，且朝向柱面鏡的平面，第一光學(xué)定心儀與第一 CCD相機(jī)的一端連接，所述第一 CCD相機(jī)的另一端與第一 PC機(jī)連接；所述第二光學(xué)定心儀位于鏡框的出射窗口的正前方，且第二光學(xué)定心儀朝向柱面鏡的柱面，第二光學(xué)定心儀與第二 CXD相機(jī)的一端連接，所述第二 CXD相機(jī)的另一端與第二 PC機(jī)連接。2.柱面鏡光學(xué)定軸方法，包括以下步驟: I】尋找柱面鏡的平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn): 1.1】將第一光學(xué)定心儀調(diào)焦到無(wú)窮遠(yuǎn)位置，發(fā)出平行光，經(jīng)柱面鏡的平面反射，成在第一光學(xué)定心儀上的像點(diǎn)即為柱面鏡的平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)； 1.2】將找到的平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)通過(guò)第一 CXD相機(jī)顯示在第一 PC機(jī)上； 2】尋找柱面鏡的柱面鏡焦線(xiàn)像: 2.1第一光學(xué)定心儀發(fā)出的平行光透過(guò)柱面鏡形成柱面鏡焦線(xiàn)，將第二光學(xué)定心儀調(diào)焦到柱面鏡的焦線(xiàn)位置，此時(shí)成在第二光學(xué)定心儀上的像即為柱面鏡的一次柱面鏡焦線(xiàn)像，通過(guò)第二 CCD相機(jī)在第二 PC機(jī)找到柱面鏡的一次柱面鏡焦線(xiàn)像，并讀取此時(shí)柱面鏡一次柱面鏡焦線(xiàn)像在第二光學(xué)定心儀上的位置LI ; 2.2】車(chē)床轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180度，第二光學(xué)定心儀保持不變，成在第二光學(xué)定心儀上的像即為柱面鏡的二次柱面鏡焦線(xiàn)像，通過(guò)第二 CCD相機(jī)在第二 PC機(jī)找到柱面鏡的二次柱面鏡焦線(xiàn)像，并讀取此時(shí)柱面鏡二次柱面鏡焦線(xiàn)像在第二光學(xué)定心儀上的位置L2 ; 2.3】將第二光學(xué)定心儀的測(cè)微目鏡十字絲調(diào)整在(Ll+L2)/2位置； 3】調(diào)整姿態(tài)控制工裝的水平和俯仰狀態(tài)，通過(guò)第一 CCD相機(jī)在第一 PC機(jī)上觀察平面自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)第二 CCD相機(jī)在第二 PC機(jī)上觀察一次柱面鏡焦線(xiàn)像和二次柱面鏡焦線(xiàn)像；直至柱面鏡的自準(zhǔn)直反射像點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡由劃大圓逐漸變?yōu)閯澬A甚至接近靜止不動(dòng)，并且柱面鏡的一次柱面鏡焦線(xiàn)像和二次柱面鏡焦線(xiàn)像的中心與測(cè)微目鏡的十字絲的中心重合，此時(shí)柱面鏡的光軸與車(chē)床回轉(zhuǎn)軸重合。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種柱面鏡光學(xué)定軸系統(tǒng)及方法，其中系統(tǒng)包括姿態(tài)調(diào)整工裝、鏡框、第一光學(xué)定心儀、第一光學(xué)定心儀、第一CCD相機(jī)、第二CCD相機(jī)、第二PC機(jī)及第二PC機(jī)；姿態(tài)調(diào)整工裝固定在車(chē)床回轉(zhuǎn)軸上，鏡框固定在姿態(tài)調(diào)整工裝上，鏡框內(nèi)固定有柱面鏡，第一光學(xué)定心儀位于車(chē)床回轉(zhuǎn)軸的一端，且朝向柱面鏡的平面，第一光學(xué)定心儀與第一CCD相機(jī)的一端連接，第一CCD相機(jī)的另一端與第一PC機(jī)連接；為了解決現(xiàn)有的確定柱面鏡光軸基準(zhǔn)的方法易導(dǎo)致光學(xué)元件劃傷及光軸基準(zhǔn)精度低等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明完全采用光學(xué)非接觸式測(cè)量方式，保證光軸與機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的重合精度。
【IPC分類(lèi)】B23Q17/24, B23B25/06
【公開(kāi)號(hào)】CN104972147
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510354285
【發(fā)明人】付興, 杜琛, 王鵬, 宋沖, 侯曉華
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月24日