CN105910552B - 一种光学***立式装检装置及装检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学***立式装检装置及装检方法，属于精密光学应用技术领域，该装检装置包括调整转台及在调整转台上自下至上依次设置的3个调整支架；调整转台用于放置被装检零件，3个调整支架安装在一固定安装架上，自下至上分别为补偿镜调整支架、干涉仪调整支架和自准平面镜调整支架；3个调整支架均包括竖向导轨和横向导轨，所述竖向导轨与固定安装架固连，横向导轨能够沿竖向导轨上下滑动；本发明能够避免由于重力原因引起的面形问题，装检光路可自由组合调节，可满足不同光学***的检测需求。

Description

一种光学***立式装检装置及装检方法

技术领域

本发明属于精密光学应用技术领域，涉及一种光学***立式装检装置及装检方法，可应用于精密光学应用技术领域。

背景技术

随着我国科学技术的发展，大口径光学***在天文光学、空间遥感光学和空间地基目标探测与识别等领域都有越来越广泛的应用。大口径光学***在设计过程中，为了满足其高刚度，高强度，轻量化的要求，一般采用特殊的材料、结构来减小镜子自身应力变形，以及采用合理的支撑、配合结构减小镜组***的应力变形，提高光轴一致性。同时，应用于空间光学的大口径光学***对光学装检亦有着严格的要求，微小的光轴一致性误差和镜子的应力变形都将严重影响光学产品最终质量。

目前，普遍采用卧式装检方法，如图1所示为常用卧式检测光路图，装检的重点是保证检测光路的光轴一致性。如果镜组的实际使用状态并非水平，或者应用在无重力环境中时，这种装检方法的缺陷显而易见，即由于镜子自身重力引起轴孔配合间隙以及应力、变形沿镜面径向的不均匀，从而影响光学***的光轴一致性和镜面面形，导致光学产品的成像缺陷，尤其对大口径光学***影响更为明显。

如图2中(a)，(b)，(c)所示为主镜常用支撑方式示意图，这三种支撑方式均由于主镜重力引起面形缺陷。

发明内容

为了避免或减小由于主镜重力引起的面形缺陷，本发明提供一种光学***立式装检装置及装检方法。

为解决以上技术问题，本发明给出以下技术方案：

一种光学***立式装检装置，其特殊之处在于：包括调整转台及在调整转台上自下至上依次设置的3个调整支架；调整转台用于放置被装检零件，3个调整支架安装在一固定安装架上，自下至上分别为补偿镜调整支架、干涉仪调整支架和自准平面镜调整支架；

3个调整支架均包括竖向导轨和横向导轨，所述竖向导轨与固定安装架固连，横向导轨能够沿竖向导轨上下滑动；

所述补偿镜调整支架还包括补偿镜；所述补偿镜设置在相应的横向导轨上，能够沿横向导轨左右滑动；

所述干涉仪调整支架还包括激光干涉仪；所述激光干涉仪设置在相应的横向导轨上，能够沿横向导轨左右滑动；

所述自准平面镜调整支架还包括自准平面镜；所述自准平面镜设置在相应的横向导轨上，能够沿横向导轨左右滑动。

上述竖向导轨采用滚珠丝杠，横向导轨通过管型连接部套接在滚珠丝杠上，3个调整支架的竖向导轨分别由3个电机驱动。

上述滚珠丝杠有两个，横向导轨的两端分别通过管型连接部套接在滚珠丝杠上。

上述横向导轨采用滚珠丝杠，3个调整支架的横向导轨分别由3个电机驱动。

上述电机是伺服电机。

上述调整转台和固定安装架均设置在缓冲垫上。

上述缓冲垫是隔振垫铁。

上述调整转台是五维转台。

利用上述光学***立式装检装置进行装检的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤，

1)将调整转台的垂直轴系调节竖直，作为装检光轴中心线；

2)将被装检零件固定在调整转台的载物台上，使被装检零件的光轴与装检光轴中心线重合；

3)调整补偿镜和激光干涉仪位置，查看被装检零件面形，若面形满足要求，则进行下一步；若面形不满足要求，根据面形反馈结果，调整激光干涉仪的位置和/或被装检零件，使面形满足要求，则进行下一步；

4)在保证被装检零件的光轴与装检光轴中心线重合的前提下，对被装检零件进行装配，完成装检工作。

其中，

步骤2)是通过以下方式实现的：

旋转调整转台，被装检零件将随着调整转台的转动而转动，在被装检零件转动过程中对被装检零件进行成像，观察成像点的运动轨迹，如果运动轨迹不满足要求，则继续调节调整转台，直到运动轨迹满足要求，此时，被装检零件的光轴与装检光轴中心线重合；

其中，被装检零件是光学***或光学单镜。

本发明具有以下技术效果：

①采用立式装检方法，该装置及方法简单可行，避免现有装检技术中由于重力原因引起的面形问题，装检光路可自由组合调节，可满足不同光学***的检测需求；

②精密五维转台可实现光学产品的多维度调整，有利于光轴一致性快速精确调节；

③电动LM滚动导轨二维组合伺服控制可实现精确定位及调整，从而保证装检过程的稳定性及易用性；

附图说明

图1为卧式检测光路图；

图2为主镜支撑方式示意图；

其中，图2(a)为主镜支撑方式示意图一，图2(b)为主镜支撑方式示意图二，图2(c)为主镜支撑方式示意图三，这三种支撑方式均由于主镜重力引起面形缺陷；

图3为立式检测光路(一)；

图4为五维转台外形主视图；

图5为五维转台剖视主视图；

图6为五维转台俯视图；

图7为图4中A-A剖视图；

图8为图4中B-B剖视图(即微调组件的结构示意图)；

图9为五维转台俯仰及锁紧原理方位图；

图10为五维转台平移及锁紧原理方位图；

图11为五维转台三维轴侧视图；

图12为五维转台三维剖视图；

图中标号：111—调整转台；211—固定安装架；311—补偿镜调整支架；411—干涉仪调整支架；511—自准平面镜调整支架；611—自准平面镜；711—激光干涉仪；811—补偿镜；911—被装检单镜；101—被装检镜组；

1－45°平面反射镜、2－调平支撑底座、3－箱体、4－方为固定轴、5－推力球轴承、6－方位旋转轴、7－第一角接触球轴承、8－轴承定距环、10－力矩电机、11－轴承压盖、13－支撑台、14－第一平移导轨安装盘、15－轨道、16－第二平移导轨安装盘、17－轴承座、18－第二轴承、19－俯仰轴、20－过渡架、21－载物台、22－螺纹杆、23－调整螺母、24－第一俯仰调节球铰、25－第二俯仰调节球铰、26－第一齿轮、27-第二齿轮、28－轴承箱体、29－蜗轮、30－蜗杆、31－偏心轴套、32－连接法兰、33－蜗杆轴、34－驱动电机。

具体实施方式

如图3所示，本发明包括调整转台111，调整转台用于放置被装检零件；调整转台上自下至上依次设置3个调整支架；3个调整支架安装在一固定安装架211上，自下至上分别为补偿镜调整支架311、干涉仪调整支架411和自准平面镜调整支架；固定安装架是由型钢焊接而成的具有较高强度及刚度的桁架结构；

3个调整支架均包括竖向导轨和横向导轨，竖向导轨与固定安装架固连，横向导轨能够沿竖向导轨上下滑动；

补偿镜调整支架还包括补偿镜811；补偿镜设置在横向导轨上，能够沿横向导轨左右滑动；

干涉仪调整支架还包括激光干涉仪；激光干涉仪711设置在横向导轨上，能够沿横向导轨左右滑动；

自准平面镜调整支架还包括自准平面镜611；所述自准平面镜设置在横向导轨上，能够沿横向导轨左右滑动。

竖向导轨采用滚珠丝杠，横向导轨通过管型连接部套接在滚珠丝杠上，3个调整支架的竖向导轨分别由3个电机驱动；滚珠丝杠可设置两个，横向导轨的两端分别通过管型连接部套接在滚珠丝杠上；

横向导轨也可采用滚珠丝杠，3个调整支架的横向导轨分别由3个电机驱动；电机是伺服电机。

通过伺服电机驱动竖向导轨和横向导轨，以实现补偿镜和激光干涉仪沿X，Y两个方向的调节；

可将调整转台和固定安装架均设置在缓冲垫上。缓冲垫可采用隔振垫铁。以调整转台采用五维转台为例说明本发明，五维转台包括垂直轴系、平移组件、俯仰组件和微调组件；垂直轴系包括包括45°平面反射镜1、调平支撑底座2、力矩电机10、轴承压盖11、支撑台13、箱体3和设置在箱体内的方位固定轴4、推力球轴承5、方位旋转轴6、第一角接触球轴承7、轴承定距环8；

所述箱体底部设有通孔，箱体和45°平面反射镜均固定在调平支撑底座上；45°平面反射镜位于箱体底部的通孔内；箱体的侧壁设有两个通孔，这两个通孔相对，这两个通孔的中心轴线穿过所述45°平面反射镜；

所述方位固定轴呈管状，方位固定轴设置在箱体底部，方位固定轴的中心轴线与箱体底部通孔的中心轴线重合；方位旋转轴呈管状，套接在方位固定轴上，第一角接触球轴承为一对，这一对角接触球轴承背对背安装于方位固定轴和方位旋转轴之间，这一对角接触球轴承的内径与方位固定轴配合连接、外径与方位旋转轴配合连接，这一对角接触球轴承之间内、外圈分别由轴承定距环支撑连接；方位固定轴和方位旋转轴上均设有止口凸台，五维转台的一对角接触球轴承中，位于底部的角接触球轴承的内、外径沿轴向分别由方位固定轴和方位旋转轴的止口凸台支撑连接；这一对角接触球轴承中，位于上面的角接触球轴承的内、外径由轴承压盖压紧；轴承压盖与方位旋转轴和/或方位固定轴通过螺钉固定连接；

推力球轴承是单向推力球轴承，套接在方位旋转轴上；推力球轴承包括上径环和下径环，下径环的外径大于上径环的外径，下径环与箱体底部接触；

力矩电机装于方位旋转轴与箱体之间，力矩电机用于驱动方位旋转轴旋转；支撑台水平固定于方位旋转轴上，支撑台的中心设有通孔，该通孔的中心轴线与箱体底部通孔的中心轴线重合。

平移组件包括第一平移导轨安装盘14和第二平移导轨安装盘16；第一平移导轨安装盘和第二平移导轨安装盘自下至上依次安装在支撑台上，第一平移导轨安装盘和第二平移导轨安装盘上均设有通孔，这两个通孔的中心轴线均与箱体底部通孔的中心轴线重合；

第二平移导轨安装盘位于第一平移导轨安装盘上面，第二平移导轨安装盘能够在第一平移导轨安装盘上滑动，滑动的路线为十字形。

俯仰组件包括过渡架20、载物台21、轴承座17和固定在轴承座上的第二轴承18；

所述俯仰轴有4个，4个俯仰轴在过渡架上沿圆周方向均匀布置，俯仰轴包括竖向段和横向段；竖向段与过渡架固连，所述第二轴承套接在横向段，所述轴承座有4个，这4个轴承座中，相对的两个轴承座固定于第二平移导轨安装盘的上表面，另外相对的两个轴承座固定于载物台的下表面；两组相对的两个轴承座连线构成的十字与第二平移导轨安装盘在第一平移导轨安装盘上滑动的路线重合。

五维转台还包括微调组件，微调组件包括第一齿轮26、第二齿轮27、轴承箱体28、蜗轮29、蜗杆30、偏心轴套31、蜗杆轴33和驱动电机34；

第一齿轮、第二齿轮、轴承箱体和蜗轮均位于箱体内；第一齿轮与第二齿轮啮合，第一齿轮通过螺钉与方位旋转轴固定连接，第二齿轮与蜗轮均固定在轴承箱上，轴承箱内安装有定位轴承，轴承箱固定在箱体内壁；

驱动电机位于所述箱体外部，驱动电机输出轴与蜗杆轴的一端固定连接，蜗杆轴的另一端与蜗杆连接，偏心轴套套接在蜗杆轴的中间段，通过调节偏心轴套沿水平方向的偏心量，实现调整蜗杆蜗轮之间的距离，即微调功能的使用与禁用；偏心轴套上设有连接法兰，连接法兰通过螺钉固定安装于箱体外壁；通过偏心套筒实现蜗轮与蜗杆的啮合与分离，在蜗轮与蜗杆啮合的情况下，驱动电机带动蜗杆旋转，蜗杆旋转带动蜗轮旋转，进而带动第二齿轮旋转，第二齿轮带动第一齿轮旋转，进而带动方位旋转轴旋转，实现了五维转台的转动。

俯仰组件还包括螺纹杆22、调整螺母23、第一俯仰调节球铰24和第二俯仰调节球铰25，过渡架上设有4个沿圆周均布的通孔，通孔靠近所述轴承座，所述螺纹杆有4个，每个螺纹杆穿过一个通孔；所述调整螺母设置在螺纹杆的上下两端；

通孔上下两端的过渡架上均设有凹槽，两个凹槽内分别对称装入第一俯仰调节球铰和第二俯仰调节球铰，第一俯仰调节球铰的凹面和第二俯仰调节球铰的凸面配合装配；

固定于第二平移导轨安装盘上表面的轴承座为第一轴承座，固定于载物台下表面的轴承座为第二轴承座；

靠近第一轴承座的螺纹杆固定于载物台的下表面，靠近第二轴承座的螺纹杆固定于第二平移导轨安装盘的上表面。通过调节螺母位置实现载物台的俯仰调节。

所述第一平移导轨安装盘固定于支撑台上，第一平移导轨安装盘上表面安装有第一轨道，第一轨道呈十字形，第一轨道的中心位于第一平移导轨安装盘的中心处，第二平移导轨安装盘下表面安装有第二轨道，第二轨道呈十字形，第二轨道的中心位于第二平移导轨安装盘的中心处，第一轨道和第二轨道通过滚动导轨滑块连接，第一轨道和第二轨道的端头处均设置有定位锁紧装置。

第二轴承可采用角接触球轴承、条心球轴承或滚球轴承；方位固定轴、方位旋转轴、支撑台、过渡架和/或载物台设置有减重孔。

所述箱体内壁设有第一凸台法兰，方位旋转轴外壁设有第二凸台法兰，力矩电机包括定环和动环，所述定环与第一凸台法兰通过螺钉固定连接，动环与第二凸台法兰通过螺钉固定连接。

五维转台台面可实现沿Y轴旋转，同时可沿X，Z轴平移，以及绕X，Z轴俯仰的调节。

利用本发明的光学***立式装检装置进行装检的方法(如图3)：图3中的被装检零件为单镜；具体装检步骤为：

1.调整隔振垫铁，将五维转台垂直轴系调节竖直，作为装检光轴中心线；

2.将被装检单镜用螺栓固定在调整转台的载物台上，使被装检单镜的光轴与装检光轴中心线重合，具体如下：旋转调整转台，被装检单镜将随着调整转台的转动而转动，在被装检单镜转动过程中对被装检零件进行成像，观察成像点的运动轨迹，如果运动轨迹不满足要求，则继续调节五维转台，通过五维转台沿X，Y方向的平移调节和俯仰调节，直到运动轨迹满足要求，此时，被装检单镜的光轴与装检光轴中心线重合；

3.根据光学检测光路调整补偿镜和激光干涉仪位置，完成装检光路，查看被装检单镜面形，若面形满足要求，则进行下一步；若面形不满足要求，根据面形反馈结果，调整激光干涉仪的位置和/或被装检零件，使面形满足要求，则进行下一步；

4.在保证光轴一致性的前提下，即被装检零件的光轴与装检光轴中心线重合的前提下，对被装检零件进行装配完成装检工作。

Claims (10)

1.一种光学***立式装检装置，其特征在于：包括调整转台及在调整转台上自下至上依次设置的3个调整支架；调整转台用于放置被装检零件，3个调整支架安装在一固定安装架上，自下至上分别为补偿镜调整支架、干涉仪调整支架和自准平面镜调整支架；

3个调整支架均包括竖向导轨和横向导轨，所述竖向导轨与固定安装架固连，横向导轨能够沿竖向导轨上下滑动；

所述补偿镜调整支架还包括补偿镜；所述补偿镜设置在横向导轨上，能够沿横向导轨左右滑动；

所述干涉仪调整支架还包括激光干涉仪；所述激光干涉仪设置在横向导轨上，能够沿横向导轨左右滑动；

所述自准平面镜调整支架还包括自准平面镜；所述自准平面镜设置在横向导轨上，能够沿横向导轨左右滑动。

2.根据权利要求1所述的光学***立式装检装置，其特征在于：所述竖向导轨采用滚珠丝杠，横向导轨通过管型连接部套接在滚珠丝杠上，3个调整支架的竖向导轨分别由3个电机驱动。

3.根据权利要求2所述的光学***立式装检装置，其特征在于：所述滚珠丝杠有两个，横向导轨的两端分别通过管型连接部套接在滚珠丝杠上。

4.根据权利要求3所述的光学***立式装检装置，其特征在于：所述横向导轨采用滚珠丝杠，3个调整支架的横向导轨分别由3个电机驱动。

5.根据权利要求4所述的光学***立式装检装置，其特征在于：所述电机是伺服电机。

6.根据权利要求5所述的光学***立式装检装置，其特征在于：所述调整转台和固定安装架均设置在缓冲垫上。

7.根据权利要求6所述的光学***立式装检装置，其特征在于：所述缓冲垫是隔振垫铁。

8.根据权利要求7所述的光学***立式装检装置，其特征在于：所述调整转台是五维转台。

9.利用权利要求1至8任一光学***立式装检装置进行装检的方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)将调整转台的垂直轴系调节竖直，作为装检光轴中心线；

2)将被装检零件固定在调整转台的载物台上，使被装检零件的光轴与装检光轴中心线重合；

3)调整补偿镜和激光干涉仪位置，查看被装检零件面形，若面形满足要求，则进行下一步；若面形不满足要求，根据面形反馈结果，调整激光干涉仪的位置和/或被装检零件，使面形满足要求，则进行下一步；

4)在保证被装检零件的光轴与装检光轴中心线重合的前提下，对被装检零件进行装配，完成装检工作。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

步骤2)是通过以下方式实现的：

旋转调整转台，被装检零件将随着调整转台的转动而转动，在被装检零件转动过程中对被装检零件进行成像，观察成像点的运动轨迹，如果运动轨迹不满足要求，则继续调节调整转台，直到运动轨迹满足要求，此时，被装检零件的光轴与装检光轴中心线重合；

其中，被装检零件是光学***或光学单镜。