CN103412391A - 一种基于激光跟踪仪实现光学***穿轴对心方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于激光跟踪仪实现光学***穿轴对心方法，其步骤为：步骤S1装调光学***的主镜和次镜；步骤S2架设激光跟踪仪；步骤S3在主镜上移动靶球，利用激光跟踪仪标定主镜光轴；步骤S4在次镜上移动靶球，利用激光跟踪仪标定次镜光轴；步骤S5计算主镜光轴与次镜光轴的空间偏差的大小和方向；步骤S6根据空间偏差的大小和方向调整主镜与次镜间的空间位置，使主镜光轴与次镜光轴重合。本发明解决了现有技术工装复杂，操作工序繁琐，基准误差大的问题，操作简单，安全高效。

Description

一种基于激光跟踪仪实现光学***穿轴对心方法

技术领域

本发明属于光学装调领域，涉及一种光学***穿轴对心的方法，尤其涉及一种基于激光跟踪仪对光学***穿轴对心方法。

背景技术

光电设备通常由主镜、次镜及后面的成像***构成，如果主镜光轴和次镜光轴不重合，主次镜***就会产生较大彗差，严重影响***的像质。因次在光电设备的光学装校过程中都会采取一定措施保证主镜光轴与次镜光轴的重合。

现有的调整主镜光轴与次镜光轴重合的技术方法(如图3)，其装调过程可以概括如下：1.完成主镜的装调；2.运用测微望远镜，使得五棱镜的入射面与测微望远镜的光轴垂直；3.调整测微望远镜与五棱镜，通过五棱镜观测入射面返回的像与主镜表面返回的像，使测微望远镜的光轴与主镜光轴垂直；4.将五棱镜旋转180°，把次镜反射回的像与五棱镜入射面返回的像穿起来，完成次镜的对心工作。这种方法有几个明显的缺点：1.操作工序繁琐，效率低；2.基准传递导致精度降低；3.五棱镜加工精度对整个装调精度影响大。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种基于激光跟踪仪的光学***穿轴对心方法。

为达成所述目的，本发明提供一种基于激光跟踪仪的光学***穿轴对心方法，解决问题的技术方案是通过以下步骤完成：

步骤S1：装调光学***的主镜和次镜；

步骤S2：架设激光跟踪仪；

步骤S3：在主镜上移动靶球，利用激光跟踪仪标定主镜光轴；

步骤S4：在次镜上移动靶球，利用激光跟踪仪标定次镜光轴；

步骤S5：计算主镜光轴与次镜光轴的空间偏差的大小和方向；

步骤S6：根据空间偏差的大小和方向调整主镜与次镜间的空间位置，使主镜光轴与次镜光轴重合。

本发明的原理是：1.靶球在主镜上移动，利用激光跟踪仪测量其移动空间轨迹，拟合出主镜的空间几何特征，即可得到主镜轴线。2.靶球在次镜上移动，利用激光跟踪仪测量次镜移动空间轨迹，拟合出次镜的空间几何特征，即得到次镜轴线。3.根据上述的两条直线的空间偏差进行主镜光轴与次镜光轴的重合调整。

本发明的有益效果：本发明所公开的基于激光跟踪仪，在同一个基准下实现对光学***穿轴对心方法，其光学元件光轴方向的确定方式是将靶球在光学元件上移动，利用激光跟踪仪测量其移动空间轨迹，拟合出光学元件的几何特征，即可得到光学元件的轴线。该方法操作简单快捷，避免了使用五棱镜进行基准传递的繁杂过程，提高了工作效率和精度。

附图说明

图1为本发明中基于激光跟踪仪的光学***穿轴对心方法流程图；

图2为本发明中基于激光跟踪仪的光学***穿轴对心方法示意图；

图3为现有技术中采用光学***穿轴对心方法。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。

如图1示出基于激光跟踪仪对光学***穿轴对心方法的流程，该方法通过以下步骤完成：

步骤S1：装调光学***的主镜和次镜。

步骤S2：架设激光跟踪仪。将激光跟踪仪架设在可以同时测量到主镜和次镜的位置上，并且保证激光跟踪仪稳固不动。

步骤S3：在主镜上移动靶球，利用激光跟踪仪标定主镜光轴。靶球在主镜上移动，利用激光跟踪仪测量靶球移动空间轨迹，根据二次曲面公式拟合出主镜的空间几何特征，即可得到主镜光轴。

拟合出主镜的空间几何特征的二次曲面公式如下：

$x=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)c^2{y}^2}}$

其中，c为主镜的顶点曲率，k为主镜的空间几何特征的二次曲线常数，x，y为主镜的空间几何特征的二次曲面的坐标未知数。

步骤S4：在次镜上移动靶球，利用激光跟踪仪标定次镜光轴。靶球在次镜上移动，利用激光跟踪仪测量靶球移动空间轨迹，根据公式拟合出次镜的空间几何特征，即可得到次镜光轴。

步骤S5：计算主镜光轴与次镜光轴的空间偏差的大小和方向。将上述步骤S3、步骤S4标定出的两条轴线拟合在同一坐标系下，计算出主镜光轴与次镜光轴的空间偏差。

步骤S6：利用空间偏差的大小和方向调整主镜与次镜间的空间位置，使主镜光轴与次镜光轴重合。调整主镜与次镜间的空间位置即可以通过调整主镜的平移、倾斜来实现，也可以通过调整次镜的平移、倾斜来实现，还可以通过主镜和次镜的组合调整来实现。

如图2示出基于激光跟踪仪对光学***穿轴对心装置，包括激光跟踪仪、第一靶球和第二靶球，光学***的主镜与次镜相对放置，且主镜与次镜之间具有一距离；主镜与次镜之间放置第一靶球和第二靶球，第一靶球位于在主镜镜面的一侧，第二靶球位于在次镜镜面的一侧，激光跟踪仪位于第一靶球和第二靶球之间连线的一侧，且激光跟踪仪的出光窗口分别对准第一靶球和第二靶球，激光跟踪仪用于获取靶球移动空间轨迹、计算主镜光轴与次镜光轴的空间偏差的大小和方向、调整主镜与次镜间的空间位置，使主镜光轴与次镜光轴重合。

本发明中采用的激光跟踪仪为APIT3型激光跟踪仪，它是一种高精度的便携式三维坐标测量设备，它使用两个旋转角编码器和一个激光距离测量***，以跟踪和测量靶球的位置。靶球是由空心的直角反射镜组成，以反射镜精确固定在加工球体内。球体外表面到中心的距离已知(即球体半径)，激光跟踪仪测量软件利用球体半径进行测量偏移或补偿测量。激光跟踪仪发射并接收从靶球返回的红色氦氖激光，激光跟踪仪机械轴的方向会根据其内部的位置感应探测器接收的两个旋转角编码器及距离测量***反馈的信息不断进行调整。激光跟踪仪通过测量两个角度和一个距离来确定目标的坐标。这些角度由安装在顶点角轴和方位角轴上的编码器来测量。径向距离由条纹计数干涉仪或一种相位偏移绝对距离测量***来测量。

被调整光学***由主镜、次镜组成，主镜为抛物面镜，口径300mm；次镜为双曲面镜，口径80mm。

本实施方式中所述的在标定光学元件光轴的过程中，靶球在光学元件上移动范围应在条件容许的条件下应尽可能大，采集点数应尽可能多。根据激光跟踪仪特性，靶球移动范围越大，采集点数越多，越能反映光学元件的空间几何特征，则通过激光跟踪仪拟合出的光学元件空间曲线精度就越高，进而光学元件光轴的标定精度也就越高。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例变化，变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种基于激光跟踪仪实现光学***穿轴对心方法，其特征在于：该方法通过以下步骤完成：

步骤S1：装调光学***的主镜和次镜；

步骤S2：架设激光跟踪仪；

步骤S3：在主镜上移动靶球，利用激光跟踪仪标定主镜光轴；

步骤S4：在次镜上移动靶球，利用激光跟踪仪标定次镜光轴；

步骤S5：计算主镜光轴与次镜光轴的空间偏差的大小和方向；

步骤S6：根据空间偏差的大小和方向调整主镜与次镜间的空间位置，使主镜光轴与次镜光轴重合。

2.根据权利要求1所述的光学***穿轴对心方法，其特征在于：步骤S2中，将所述激光跟踪仪架设在能同时测量到主镜和次镜的位置上，并且保证激光跟踪仪稳固不动。

3.根据权利要求1所述的光学***穿轴对心方法，其特征在于：步骤S3中，所述靶球在主镜上移动，利用激光跟踪仪测量靶球移动空间轨迹，拟合出主镜的空间几何特征，即得到主镜光轴。

4.根据权利要求1所述的光学***穿轴对心方法，其特征在于：步骤S4中，所述靶球在次镜上移动，利用激光跟踪仪测量靶球移动空间轨迹，拟合出次镜的空间几何特征，即得到次镜光轴。

5.根据权利要求1所述的光学***穿轴对心方法，其特征在于：步骤S5中，把由步骤S3、步骤S4分别标定出光轴的两条轴线拟合在同一坐标系下，计算出主镜光轴与次镜光轴的空间偏差。

6.根据权利要求1所述的光学***穿轴对心方法，其特征在于：步骤S6中，所述调整主镜与次镜间的空间位置是通过调整主镜的平移、倾斜来实现，或通过调整次镜的平移、倾斜来实现，或通过主镜和次镜的组合调整来实现。

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