CN104570376B - 多视场敏感器光学***共轴的装调***及装调方法 - Google Patents
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Abstract
一种多视场敏感器光学***共轴的装调***及装调方法，该装调***包括自准直光管、第一平面反射镜、二面镜组件、定心连接筒、调节卡盘以及定心车床车头；调节卡盘设置在定心车床车头上；二面镜组件包括镜筒，依次设置在镜筒上的平面反射镜、棱锥反射镜以及连接法兰；连接法兰上设置有法兰孔以及连接端面；调节卡盘通过定心连接筒与二面镜组件的镜筒固定连接并带动二面镜组件进行位置调整；第一平面反射镜设置在经自准直光管后的出射光所在光路上；二面镜组件的棱锥反射镜设置在经第一平面反射镜反射后所形成的反射光所在光路上。本发明具有可提高共轴精度、降低操作难度以及缩短装调周期的优点。
Description
技术领域
本发明属于光学领域，涉及一种光学***的装调***及装调方法，尤其涉及一种多视场敏感器光学***共轴的装调***及装调方法。
背景技术
自上世纪90年代以来，人们不断向太空研究发出冲击，尤其在月球的探测中，各国更是处于你争我赶的状态，我国的探月活动更是处于很重要的地位。紫外月球敏感器就是一种以月球为姿态参考源的大视场成像式光学姿态敏感器。其组合式光学***具有视场角30°的中心视场以及视场角120°～160°的环形视场。要实现如此大的视场角，同时又要保证良好的成像质量，光学设计和加工装调的难度都很大。为了能够提高敏感器的环形视场和中心视场的高同轴度和对称度，需要对敏感器中的二面镜组的装调精度加以严格控制。因为光学***中的二面镜组起到了环形视场中心与中心视场中心共轴的作用。
现有的定心加工方法降低了装调难度，避免了机械件变形和***不稳定等因素。但传统装调采用的是修切垫圈的方法，即根据8个反射图像的对称位置在八面棱锥的相应反射面的背部加垫不同厚度的修切垫圈。这样就造成八面棱锥和底板连接后非面接触，使得应力作用于八面棱锥，造成了棱锥反射面的面形变化。这种方法给***引入了光学件变形和***的不稳定。随着温度变化***的成像质量有明显的改变，光学***经不起环境实验和航天震动实验的考验。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可提高共轴精度、降低操作难度以及缩短装调周期的多视场敏感器光学***共轴的装调***及装调方法。
本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种多视场敏感器光学***共轴的装调***，其特殊之处在于：所述多视场敏感器光学***共轴的装调***包括自准直光管、第一平面反射镜、二面镜组件、定心连接筒、调节卡盘以及定心车床车头；所述调节卡盘设置在定心车床车头上；所述二面镜组件包括镜筒，依次设置在镜筒上的平面反射镜、棱锥反射镜以及连接法兰；所述连接法兰上设置有法兰孔以及连接端面；所述调节卡盘通过定心连接筒与二面镜组件的镜筒固定连接并带动二面镜组件进行位置调整；所述第一平面反射镜设置在经自准直光管后的出射光所在光路上；所述二面镜组件的棱锥反射镜设置在经第一平面反射镜反射后所形成的反射光所在光路上。
上述调节卡盘是多维调节卡盘；所述调节卡盘所在的工作面包括X轴以及与X轴相垂直的Y轴；所述调节卡盘可沿X轴或Y轴的轴向移动以及可绕X轴或Y轴的轴向转动；所述调节卡盘通过定心连接筒带动二面镜组件同步移动或同步转动。
上述定心连接筒包括连接筒护罩、设置在连接筒护罩上的透光孔以及与连接筒护罩相连的连接件；所述连接件与调节卡盘固定连接；所述连接筒护罩罩接在二面镜组件的镜筒外部；经第一平面反射镜后所形成的反射光通过透光孔入射在二面镜组件的棱锥反射镜上。
上述多视场敏感器光学***共轴的装调***还包括用于测定连接法兰的法兰孔以及连接端面跳动量的千分表。
上述棱锥反射镜是棱数多于3条的棱锥反射镜。
上述棱锥反射镜是八棱锥反射镜。
一种基于如上所述的多视场敏感器光学***共轴的装调***的装调方法，其特征在于：所述装调方法包括以下步骤：
1)根据如前所记载的多视场敏感器光学***共轴的装调***搭建装调***；
2)用千分表分别测量连接法兰的法兰孔和连接端面的跳动量，通过移动或转动调节卡盘在X轴和/或Y轴的位置，使连接法兰的法兰孔和连接端面的跳动量≤0.02㎜；
3)对八棱锥上的每个反射面依次进行标记；
4)旋转定心车床车头，通过调整第一平面镜以及自准直光管位置，用自准直光管依次对八棱锥的每个反射面进行自准，使得八棱锥的八个自准像均在自准直光管的视场内；
5)将定心车床车头旋转一周，通过自准直光管分别读出八棱锥上的每个反射面的自准像的相对变化量，同时计算八棱锥上的每个反射面的自准像的相对变化量的平均值；
6)移动或转动定心车床车头上的调节卡盘在X轴和/或Y轴的位置，使自准直光管的十字中心处于步骤5)所得到的平均值处；
7)再次重复步骤5)，使此时的八棱锥上的每个反射面的自准像的相对变化量与计算得到的此时的平均值的误差≤20″，同时千分表测量连接法兰的连接面和法兰孔的跳动量≤0.02㎜；
8)锁紧调节卡盘，车削连接法兰的法兰孔和连接端面，使得二者的轴线垂直度≤0.005㎜。
本发明的优点是：
本发明提供了一种多视场敏感器光学***共轴的装调***及装调方法，该***包括自准直光管、第一平面反射镜、二面镜组件、定心连接筒、调节卡盘以及定心车床车头；调节卡盘设置在定心车床车头上；二面镜组件包括镜筒，依次设置在镜筒上的平面反射镜、棱锥反射镜以及连接法兰；连接法兰上设置有法兰孔以及连接端面；调节卡盘通过定心连接筒与二面镜组件的镜筒固定连接并带动二面镜组件进行位置调整；第一平面反射镜设置在经自准直光管后的出射光所在光路上；二面镜组件的棱锥反射镜设置在经第一平面反射镜反射后所形成的反射光所在光路上。本发明是基于光学成像原理，将光学件光轴、与光学件配合的机械件轴线和车床旋转主轴联系起来，利用车削，使得光学件光轴和其配合的机械件轴线能高度同轴。采用这种方法，不仅提高了二面镜组各反射面的共轴精度，而且降低了操作难度，缩短了装调周期。通过对二面镜组件的光学定心加工，最终使得二面镜组中八棱锥八个面自准像的误差优于设计值20″，法兰孔同心度和连接端面的跳动量均优于0.005㎜，与传统方法比，本发明提高了共轴精度，降低操作难度，缩短装调周期。
附图说明
图1是本发明所采用的二面镜组件的结构示意图；
图2是基于二面镜组件的光学定心加工示意图；
图3是本发明所采用的定心连接筒的结构示意图；
其中：
1-自准直光管；2-第一平面反射镜；3-二面镜组件；31-平面反射镜；32-棱锥反射镜；33-连接法兰；4-定心连接筒；41-连接筒护罩；42-透光孔；43-连接件；5-调节卡盘；6-定心车床车头；7-千分表。
具体实施方式
参见图2，本发明提供了一种多视场敏感器光学***共轴的装调***，该多视场敏感器光学***共轴的装调***包括自准直光管1、第一平面反射镜2、二面镜组件3、定心连接筒4、调节卡盘5以及定心车床车头6；调节卡盘5设置在定心车床车头6上；参见图1，二面镜组件3包括镜筒，依次设置在镜筒上的平面反射镜31、棱锥反射镜32以及连接法兰33；连接法兰33上设置有法兰孔以及连接端面；调节卡盘5通过定心连接筒4与二面镜组件3的镜筒固定连接并带动二面镜组件3进行位置调整；第一平面反射镜2设置在经自准直光管1后的出射光所在光路上；二面镜组件3的棱锥反射镜32设置在经第一平面反射镜2反射后所形成的反射光所在光路上。
调节卡盘5是多维调节卡盘5；调节卡盘5所在的工作面包括X轴以及与X轴相垂直的Y轴；调节卡盘5可沿X轴或Y轴的轴向移动以及可绕X轴或Y轴的轴向转动；调节卡盘5通过定心连接筒4带动二面镜组件3同步移动或同步转动。
参见图3，定心连接筒4包括连接筒护罩41、设置在连接筒护罩41上的透光孔42以及与连接筒护罩41相连的连接件43；连接件43与调节卡盘5固定连接；连接筒护罩41罩接在二面镜组件3的镜筒外部；经第一平面反射镜2后所形成的反射光通过透光孔42入射在二面镜组件3的棱锥反射镜32上。
多视场敏感器光学***共轴的装调***还包括用于测定连接法兰33的法兰孔以及连接端面跳动量的千分表7。
棱锥反射镜32是棱数多于3条的棱锥反射镜，优选八棱锥反射镜。
二面镜组件包括八棱锥反射镜和平面反射镜，二面镜组件的结构示意图见附图1；
多维调节卡盘是装夹在定心车床车头的专用工装设备，可以实现X、Y方向的平移和倾斜。
本发明所提供的多视场敏感器光学***共轴的装调方法的主要操作步骤是：
1)运用自准直光管、平面反射镜、定心车床等设备搭建对心加工检测光路示意图，见附图2。
2)将二面镜组件与专用工装连接于定心车床上的多维调节卡盘上，见附图3。
3)用千分表分别测量加工法兰孔和连接端面，调整多维调节卡盘X、Y方向的平移和倾斜，使得法兰孔和连接端面的跳动量≤0.02㎜；
4)对八棱锥的八个反射面进行标记，记为面1、2…8。
5)旋转车床，通过调整平面镜和自准直光管位置，用自准直光管对八棱锥八个反射面进行自准，使得八棱锥的八个自准像都在自准直光管的视场内。
6)旋转车床一周，通过自准直光管分别读出八个自准像的相对变化量，并计算出八个变化量的平均值。
7)调整车床车头上多维调节卡盘的X、Y方向的平移和倾斜，使自准直光管的十字中心处于步骤6)所得到的平均值处；
8)再次重复步骤6)，使此时的八棱锥上的每个反射面的自准像的相对变化量与计算得到的此时的平均值的误差≤20″，同时千分表测量连接法兰的连接面和法兰孔的跳动量≤0.02㎜”)
9)重复步骤6)、7)以及8)，直到满足步骤8)中的要求后，锁紧多维调节卡盘。
10)车削法兰孔和连接端面，使得二者的轴线垂直度≤0.005㎜。
Claims (5)
1.一种多视场敏感器光学***共轴的装调***，其特征在于：所述多视场敏感器光学***共轴的装调***包括自准直光管、第一平面反射镜、二面镜组件、定心连接筒、调节卡盘以及定心车床车头；所述调节卡盘设置在定心车床车头上；所述二面镜组件包括镜筒，依次设置在镜筒上的平面反射镜、棱锥反射镜以及连接法兰；所述连接法兰上设置有法兰孔以及连接端面；所述调节卡盘通过定心连接筒与二面镜组件的镜筒固定连接并带动二面镜组件进行位置调整；所述第一平面反射镜设置在经自准直光管后的出射光所在光路上；所述二面镜组件的棱锥反射镜设置在经第一平面反射镜反射后所形成的反射光所在光路上；
所述调节卡盘是多维调节卡盘；所述调节卡盘所在的工作面包括X轴以及与X轴相垂直的Y轴；所述调节卡盘可沿X轴或Y轴的轴向移动以及可绕X轴或Y轴的轴向转动；所述调节卡盘通过定心连接筒带动二面镜组件同步移动或同步转动；
所述定心连接筒包括连接筒护罩、设置在连接筒护罩上的透光孔以及与连接筒护罩相连的连接件；所述连接件与调节卡盘固定连接；所述连接筒护罩罩接在二面镜组件的镜筒外部；经第一平面反射镜后所形成的反射光通过透光孔入射在二面镜组件的棱锥反射镜上。
2.根据权利要求1所述的多视场敏感器光学***共轴的装调***，其特征在于：所述多视场敏感器光学***共轴的装调***还包括用于测定连接法兰的法兰孔以及连接端面跳动量的千分表。
3.根据权利要求2所述的多视场敏感器光学***共轴的装调***，其特征在于：所述棱锥反射镜是棱数多于3条的棱锥反射镜。
4.根据权利要求3所述的多视场敏感器光学***共轴的装调***，其特征在于：所述棱锥反射镜是八棱锥反射镜。
5.一种基于如权利要求4所述的多视场敏感器光学***共轴的装调***的装调方法，其特征在于：所述装调方法包括以下步骤：
1)搭建多视场敏感器光学***共轴的装调***；
2)用千分表分别测量连接法兰的法兰孔和连接端面的跳动量，通过移动或转动调节卡盘在X轴和/或Y轴的位置，使连接法兰的法兰孔和连接端面的跳动量≤0.02mm；
3)对八棱锥上的每个反射面依次进行标记；
4)旋转定心车床车头，通过调整第一平面镜以及自准直光管位置，用自准直光管依次对八棱锥的每个反射面进行自准，使得八棱锥的八个自准像均在自准直光管的视场内；
5)将定心车床车头旋转一周，通过自准直光管分别读出八棱锥上的每个反射面的自准像的相对变化量，同时计算八棱锥上的每个反射面的自准像的相对变化量的平均值；
6)移动或转动定心车床车头上的调节卡盘在X轴和/或Y轴的位置，使自准直光管的十字中心处于步骤5)所得到的平均值处；
7)再次重复步骤5)，使此时的八棱锥上的每个反射面的自准像的相对变化量与计算得到的此时的平均值的误差≤20″，同时千分表测量连接法兰的连接面和法兰孔的跳动量≤0.02mm；
8)锁紧调节卡盘，车削连接法兰的法兰孔和连接端面，使得二者的轴线垂直度≤0.005mm。
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