一种用于光学镜面平行度与同轴度的非接触式测量与调整方法技术

一种用于光学镜面平行度与同轴度的非接触式测量与调整方法，其方法通过使用激光测距传感器，和一种特殊设计的反光翅片，通过使被测镜片进行平面位移的方式，对被测镜片的平行度与同轴度进行闭环测量与调整。将该方案运用于某种光学设备上，进行预调平和同轴调整后，便能通过此技术使得光学设备对镜片拥有完整的闭环测量与调整的能力，使得被测镜片与基准镜片间保持平行和一定的轴间距关系。镜片间保持平行和一定的轴间距关系。镜片间保持平行和一定的轴间距关系。

【技术实现步骤摘要】
一种用于光学镜面平行度与同轴度的非接触式测量与调整方法


[0001]本专利技术涉及某种光学镜面调整领域，具体提出了一种用于两光学镜面间的非接触式测量和调整平行度与同轴度的方法，通过利用被调整平面在与平面平行方向上的位移造成的距离变化，使被调整平面与参考平面平行。

技术介绍

[0002]在精密光学机械行业领域内，为了使设计加工的光学仪器体积尽量小，同时拥有完整的闭环测量与控制系统，需要一套完整的镜面平行度与同轴度测量系统；近年来，业内不断提出以转动为基础运动方法的检测方法，大大提高了测量与控制精度；但由于其基础运动的限制，一些无法使用转动作为基础运动的光学设备仍然面临着测量与控制的难题。
[0003]传统的机械测量同轴度的方法是通过以光栅尺测量的三坐标法、以百分表测量的统计测量方法和以 V字槽作为基准的测量方法等，以上传统机械方法都需要进行接触式测量，并且重复精度低，测量条件严格；而由于光学器件的高精度要求和大距离限制，传统机械测量方法往往难以达到使用要求。
[0004]近年来国内外提出的以激光测量为基础的测量平行度与同轴度的方法开始逐渐被广泛使用，但受限于成本和运动控制的要求，现有的激光测量平行度与同轴度的方案均以转动作为基础运动，大大限制了光学器件的设计空间，难以满足只能提供平面位移的光学设备的测量要求。

技术实现思路

[0005]为解决当前平面位移运动测量的难点，要求同时测量被测平面与基准平面间的平行度与同轴度，本专利技术提出利用平面位移运动带来的距离变化，实现对被测平面的检测。<br/>[0006]传统的旋转测量或通过机械测量方法只能将两轴线重合，且调整方式通常为开环调整，并且其测量的位置为被测平面所在的柱面，其精度受柱面加工精度影响较大；本测量与调整方法的特点和创新在于，通过测距和计算的方法，使用位移代替旋转作为基本运动，可以精确的得到被测镜面的轴线位置和角度关系；并且根据使用需求，可以实现两轴线保持一定距离的目的；同时本方法采用的闭环调整方法，可以极大地提高重复精度，加快调整速度。
[0007]本专利技术中为了实时检测被测平面与基准平面间的距离和角度关系，以被测平面在做平动时会造成沿基准平面轴线方向(Z轴方向)的距离变化和激光测距仪器的高精度特点，通过不断使被测平面运动来获得Z轴方向的距离变化，实现对被测平面的位置与角度的测量，同时修正其与基准平面的平行度与同轴度；并利用闭环控制的方法可以提高重复精度，实现克服精密光学设备在运动过程中造成的偏移。
[0008]本专利技术所采用的设计方法是根据激光测距传感器的工作模式，为了使激光传感器拥有多个角度的参数，设计了一种用于非接触光学测量的反光板卡环；卡环包括两只平行
翅片，两只斜翅片；卡环装配在被测光学镜片外侧，其装配要求与被测光学镜片平行；在卡环上的两只平行翅片与基准镜面不平行的情况下，在被测镜面进行平动运动时，两平行翅片对应的激光传感器会检测到不同的距离变化，因此可以得到被测镜片的偏角方向和大小，通过偏摆台可以将其进行闭环调整，使其平行于基准平面；当被测镜片与基准镜片达到平行状态后，通过两激光器的激光束与基准平面的夹角、测距结果可以计算出被测镜片与基准镜片的距离，然后通过反光板卡环上的两只斜翅片对同轴度进行测量；由于激光器安装位置和被测镜片的尺寸已知，因此可以使用两斜翅片对应的激光传感器的测距结果和此前计算的被测镜片与基准镜片的距离来计算被测镜片的轴线位置，从而使用微动平台进一步将轴线调整到指定位置。
[0009]在该方案的使用条件中，要求基准镜片和被测镜片的安装保持稳定、激光器的安装和反光板卡环安装要求有一定的位置精度、偏摆台和微动平台的控制精度达到要求。
附图说明
[0010]图1是本专利技术应用场景及安装方式的整体结构示意图；
[0011]图2是本专利技术有关被测平面的安装结构示意图；
[0013]图3是本专利技术有关基准镜面及激光测距传感器的安装结构示意图；
[0014]图4是将被测平面调至平行过程中的光路示意图及调整过程；
[0015]图5是说明反光板的两只平行翅片无法调整轴线的光路示意图；
[0016]图6是利用反光板的两只斜翅片调整被测平面轴线的光路示意图及调整过程；
[0017]图中所示：101-被测镜面的安装整体；102-基准镜面的安装整体；201-反光板；202-光学镜片(被测镜片)；203-偏摆台(用于调整光学镜片的偏转角度)；204-微动平台(用于实现镜片的X、Y方向位移)； 205-安装基体；301-光学镜片(基准镜片)；302-激光测距传感器；303-安装基体；
具体实施方案：
[0018]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于下述的实施例。
[0019]为了实现非接触式通过平面位移而非转动的方式，解决测量并调整用于光学设备的镜片间的平行及同轴度的问题，如图1所示，设计了一种利用反光板(201)、微动平台(204)和激光测距仪(302)进行针对被测镜片(202)的结构和方法，并利用偏摆台(203)和微动平台(204)根据激光测距仪的数据结果对被测镜片(202)进行闭环调整。
[0020]该方法的主要使用步骤为：首先，按照图1所示，将各支架部分、控制部分和镜片、反光板安装好，其中，要求反光板(201)的两平行翅片与被测镜片(202)的镜面保持平行，光学测距仪(302)与基准镜面(301)间有一定精度的角度和位置关系；此时，被测镜片(202)与基准镜片(301)的相对位置和角度关系未知；然后，通过微动平台(204)使被测镜片分别产生X、Y方向的位移，然后通过与被测镜片(202)镜面平行的两反光板进行测距，如图4所示；当被测镜片(202)与基准镜片(301)不平行时，当移动被测镜片(202)时，其光学测距的结果也会发生改变，如图4左图、中图所示；根据测量结果可以计算出被测镜片的偏转角度和方向，从而通过偏摆台(203)将被测镜片(202)调整至平行，如图4右图所示；反复进行该步骤，
直到调整至平行为止；最后，由于被测镜片(202)与基准镜片(301)已经平行，此时通过与被测镜片(202)平行的两只反光板翅片的位移已经无法计算出轴线位置，如图5所示；此时可以利用反光板(201)上两只与被测镜片呈一定角度关系的斜翅片对轴线进行测量定位；如图6所示，当已经与基准镜片(301)平行的被测镜片(202)发生位移运动时，反光板(201)上的两只斜翅片返回的距离数据将发生变化，据此可以计算出轴线的位置，从而通过微动平台(204)完成被测镜片(202) 轴线位置的调整。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光学镜面平行度与同轴度的非接触式测量与调整方法，其特征在于：在光学设备的镜片间平行和同轴度测量使用的场景中，使用非接触式的光学测量方法，并且采用的是平面位移而非转动作为基本运动的方法，根据基准镜面，实现对被测镜面的平行和同轴度闭环调整。2.根据权利要求1所述的一种光学镜片的安装和测量方法，其特征在于：使用了一种特殊设计的、拥有若干个翅片的反光板，且该反光板的若干只翅片...

【专利技术属性】
技术研发人员：王皓，吕嗣鸿，曹宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：