一种海德汉长度计安装角度的检测装置及检测方法制造方法及图纸

海德汉长度计安装角度的检测装置及检测方法，包括可调底座、高精度ＣＣＤ、光阑、成像透镜及其支架、水平仪和计算机系统。水平仪和可调底座配合使用，使高精度ＣＣＤ所在平面尽可能的处在水平或垂直方向；成像透镜及其支架使海德汉长度计测量杆的球头成像在ＣＣＤ上；光阑用于限制成像的范围；计算机系统与高精度ＣＣＤ相连，用于采集和分析图像。一次测量需要采集两幅图像。海德汉长度计测量杆的球头处于零位的时候采集一幅，处于非零位的时候采集另一幅。通过分析两幅图上球头位置的变化量，并利用球头的实际位置变化量，根据三角原理即可得出海德汉长度计的安装角度。本发明专利技术可以精确测量长度计的安装角度，提高海德汉长度计测量数据的可靠性，具有装置结构简单，成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于先进光学制造与检测
，是一种非接触式测量装置及测量方 法，它既可以测量垂直安装的海德汉，也适用于水平安装的海德汉。
技术介绍
大型光学仪器和设备，无论是空间的还是地面的，近几年都呈现日益迫切的需求。 随着航空航天技术发展，作为光学系统关键部件的光学镜面的口径越来越大，精度越来越 高，对大口径光学镜面的制造需要相应的检测技术要求也越来越来高。对光学镜面的定量 检测，尤其是研磨阶段检测技术，成为光学制造过程中的瓶颈之一。这是光学加工过程中急 需解决的问题之一。在研磨阶段，主镜镜面的面形误差较大，对测量精度的要求不高，可用红外干涉仪 进行干涉测量或轮廓仪进行检测。红外干涉仪采用大量红外材料，这些材料不仅制造成本 高，而且在进行干涉条纹图像采集时，图像容易受到机械振动和空气抖动的影响，对工作环 境的要求比较高，不利于车间检测。除此之外，在对非球面镜进行检测的时候，还必须加装 补偿镜，这会增加制造成本。比较典型的轮廓仪包括三坐标测量仪以及专门设计的轮廓仪。 三坐标测量仪是用测头对整个被测面进行接触式测量，因此测量周期长，测量精度有限、增 加了主镜检测搬运的风险，难以适用大口径的光学元件测量。为解决大口径镜面研磨阶段的轮廓测量，国内相关研究单位和高校做了大量的研 究工作。其中长春光机所采用双海德汉长度计加标准平尺的结构，通过对两个双海德汉长 度计的差分，实时消除了测量系统误差，提高了测量精度；并且研制出1800mmX1200mm范围 内非球面加工中心的在线测量单元，在这方面已取得了突破。但是，海德汉长度计安装角度 的测量装置及方法并未见报道。专利
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种海德汉长度计安装角 度的检测装置及检测方法，该检测装置及检测方法可以精确测量长度计的安装角度，提高 海德汉长度计测量镜面矢高数据的可靠性，具有装置结构简单，成本低廉的优点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括可调底座、(XD、光阑、成像透镜及 透镜支架、水平仪和计算机系统；(XD、光阑、成像透镜及透镜支架、水平仪均位于可调底座 上；水平仪与可调底座配合使用，使CCD所在平面尽可能的处在水平或垂直方向，其中前者 是用于测量垂直安装的长度计，而后者是用于测量水平安装的长度计；成像透镜及透镜支 架使海德汉长度计测量杆的球头成像在CCD上，采用透镜支架进行调焦；光阑位于海德汉 长度计和成像透镜及透镜支架之间，用于限制海德汉长度计测量杆的球头的成像范围；所 述计算机系统有两个功能，一个是用于CCD图像采集和显示，另一个是图像处理和海德汉 长度计安装角度的计算，计算机系统与CCD相连，用于采集图像，一次测量需要采集两幅图 像，CCD在采集两幅图像的过程中不得有任何移动或转动，海德汉长度计测量杆的球头处于零位的时候采集一幅，处于非零位的时候采集另一幅，得到球头在零位和非零位时测量位置的变化量S X，并利用海德汉长度计的数显即得知球头在零位和非零位时实际位置的变化量S Z，根据三角原理即可得出海德汉长度计的安装角度，安装角度<formula>formula see original document page 4</formula>所述可调底座需要二维可调，以方便调整底座与选定的两个坐标轴的夹角。所述光阑可以是方形孔或圆形孔，其具体的类型和尺寸根据被测目标而定，选择 的基本原则是尽量只有球头的像通过，而尽量抑制背景，即CCD采集到的图像应包含球头 和尽量简单的背景。透镜支架是可调的，用于调焦，以满足球头处在不同位置时，它的像刚好处在CXD 平面上，由于只采集两幅图像，所以是手动调节即可。这种海德汉长度计安装角度的检测方法，步骤如下第一步根据海德汉长度计测量杆的球头直径来选择光阑，以使球头在不同位置 处都能全部成像在CCD上，而背景尽可能小为准；第二步将水平仪放在可调底座上，使其与可调底座的一边平行，调整可调底座使 水平仪为水平；然后将水平仪放在与可调底座另一边平行的位置，调节可调底座使水平仪 为水平，最后将水平仪放回第一位置，观察水平仪是否依然水平，如果仍然不是水平，则重 复前面的步骤，直到两个位置均为水平；第三步根据海德汉长度计的理想安装位置，在可调底座上安装(XD、成像透镜及 透镜支架(3)和光阑，安装的原则是C⑶平面与海德汉长度计的理想安装位置垂直；第四步操作海德汉长度计，将其球头置于零位；调节透镜支架，使计算机系统采 集到的图形边缘最为清晰，用计算机系统采集第一幅图像，按照同样的办法，采集第二幅图 像；第五步对所采集的图像进行处理，得到球头在零位和非零位时测量位置的变化 量S X，并利用海德汉长计度的数显即得知球头在零位和非零位时实际位置的变化量δζ，根据三角原理即可得出海德汉长度计的安装角度，安装角度<formula>formula see original document page 4</formula>^)。本专利技术的优点在于(1)本专利技术结构简单，操作方便，既可以测量水平安装的角度，也可以测量垂直安 装的角度。(2)本专利技术采用成像的方法测量，对光源的时间相干性和空间相干性没有特别要 求，只需均勻背景光即可保证球头球心位置的拟合精度。(3)本专利技术采用的光阑可以更换，以适应不同类型的长度计，由于它遮挡住了图像 大部分背景，简化了图形处理的难度。(4)本专利技术对可调底座与参考面的夹角不敏感，用水平仪即可完成底座的安装，因 此调整过程简单，易于实现。此外，本专利技术只需一个水平仪就可实现底座的二维调整，成本 低。附图说明图1为本专利技术检测水平安装海德汉长度计的系统构成示意图；图中1为计算机系统，2为高精度(XD，3成像透镜和相应的支撑结构、4为光阑，5为水平仪的其中一个放置位置，6为可调底座，7为待测海德汉长度计；图2为本专利技术安装角度原理的示意图(夸张表示)；图3为本专利技术中的图像处理的流程图；图4为本专利技术可调底座的结构示意图，11为上底板、12为微调螺栓、13为支撑钢 珠、14为下底板、15为支脚；图5为本专利技术可调底座下底板的结构示意图；图6是本专利技术的微调螺栓的结构示意图；图7为本专利技术检测水平安装海德汉长度计的系统构成示意图。具体实施例方式如图1所示，图1中的海德汉长度计7是水平安装的。本专利技术检测装置由计算机系 统1、(XD2、成像透镜及其支架3、光阑4、水平仪5和可调底座6组成。水平仪5位于可调底 座6上，并与可调底座6配合使用，使可调底座6的上表面处于水平位置，进而保证(XD2所 在平面与海德汉的理想安装位置垂直；成像透镜及其支架使海德汉长度计7测量杆的球头 成像在CCD平面上；光阑4用于限制成像的范围；计算机系统1与高精度CCD2相连，用于采 集和处理图像，一次测量需要采集两幅图像。海德汉长度计7测量杆的球头处于零位的时 候采集一幅，处于非零位的时候采集另一幅，通过分析两幅图上球头的测量位置的变化量， 并利用球头的实际位置变化量，根据是三角原理即可得出海德汉长度计7的安装角度。其中的计算机系统1主要完成两个功能，一个是图像的采集和显示；另一个是图 像的分析和角度计算，这需要人工完成。系统中采用的光阑4是可更换的，在测量过程中需 要根据实际情况进本文档来自技高网...

【技术保护点】
海德汉长度计安装角度的检测装置，其特征在于：包括可调底座（６）、ＣＣＤ（２）、光阑（４）、成像透镜及透镜支架（３）、水平仪（５）和计算机系统（１）；ＣＣＤ（２）、光阑（４）、成像透镜及透镜支架（３）、水平仪（５）均位于可调底座（６）上，水平仪（５）与可调底座（６）配合使用，使ＣＣＤ（２）所在平面尽可能的处在水平或垂直方向；成像透镜及透镜支架（３）使海德汉长度计（７）测量杆的球头成像在ＣＣＤ（２）上，采用透镜支架进行调焦；光阑（４）位于海德汉长度计（７）和成像透镜及其支架（３）之间，用于限制海德汉长度计（７）测量杆的球头的成像范围；所述计算机系统（１）有两个功能，一个是用于ＣＣＤ（２）图像采集和显示，另一个是图像处理和海德汉长度计（７）安装角度的计算，计算机系统（１）与ＣＣＤ（２）相连，用于采集图像，一次测量需要采集两幅图像，ＣＣＤ（２）在采集两幅图像的过程中不得有任何移动或转动，海德汉长度计（７）测量杆的球头处于零位的时候采集一幅，处于非零位的时候采集另一幅，得到球头在零位和非零位时测量位置的变化量δｘ，并利用海德汉长度计（７）的数显即得知球头在零位和非零位时实际位置的变化量δｚ，根据三角原理即可得出海德汉长度计（７）的安装角度，安装角度θ＝ａｒｃｓｉｎ（δｘ／δｚ）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宜春，范斌，周家斌，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]