振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学精密检测技术领域，公开了一种振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置及测量方法，测量装置包括振动连接板、振动连接杆、探测器支撑座、探测器压板、光谱共焦镜头、耦合器、LED光源信号控制器、光纤、数据采集模块、数据后处理模块，以振动连接板为基体，将振动台、待测反射镜组件、振动连接杆连接为一个刚体，通过调节光谱共焦镜头的共焦面，实现镜框和反射镜之间相对位移的高精度测量。本发明专利技术解决了反射镜组件相对位移测量过程中的测量精度低、架设复杂、测量过程对反射镜造成损伤等问题，具有结构简单、刚性好、架设简单，测量精度高，对反射镜测量无损伤等特点。对反射镜测量无损伤等特点。对反射镜测量无损伤等特点。

【技术实现步骤摘要】
振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置及测量方法


[0001]本专利技术属于光学精密测量领域，是实现反射镜组件微小相对位移测量的主要手段，涉及一种振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]随着光电产品向共光路、集成化、紧凑化方向发展，反射镜组件作为光电产品的主要结构，广泛应用于共轴光学系统、离轴光学系统、折转反射光学系统等，其装配后的刚性对光学系统的成像有着重要作用。反射镜组件的装配常采用胶粘结构，将光学零件和镜框等金属零件集装成一个整体。光机胶粘结构虽然设计紧凑、重量轻、成本低，易于装配，但是由于胶粘剂的刚性较差，且具有一定的阻尼，因此在振动环境下，反射镜和反射镜框会产生相对位移，造成光学系统中光学元件间隔发生变化，改变了反射镜光学表面相对于光轴以及系统中其他组件的对准状态，从而导致成像质量降低。为了提高光电产品在振动环境下的成像质量，就必须对反射镜组件总装集成前在振动环境下的相对位移进行测量。
[0003]反射镜组件对振动环境的响应取决于其基频和阻尼，在严苛的动态振动条件下，反射镜位移也会短暂的超过设计公差。对于反射镜组件来说，其最大的阻尼为结构阻尼，结构阻尼正比于位移，由于主反射镜和镜框之间采用硅橡胶粘接，硅橡胶固化后，相比于主镜框和主反射镜的刚性，硅橡胶胶层是刚性最弱的，因此，反射镜与主镜框的相对位移，表现为硅橡胶的阻尼。由于硅橡胶固化后为物理属性表现为粘弹性，传统的经验方法只能计算出在随机振动下产生的最大位移，由于振动环境的变化、连接方式的变化，通过解析的方法难以保证结果的准确性，因此在大多数光机结构中，需要通过测试的方法进行反射镜与镜框相对位移的测量。现有方法对相对位移的测量存在以下问题：
①
测量精度不高，反射镜与镜框的相对位移量多在微米级别，一般测量方法精度很难保证；
②
一般的测量手段多采用接触式测量，容易对反射镜组件中的光学元件或者膜层造成损伤；
③
现有测量微小位移的非接触式方法主要采用回波和干涉的方法测量，对于粗糙度小于0.012的光学元件表面，容易造成反射，现有非接触式测量方法难以准确接收，从而导致对光学元件的微小位移测量困难或者测量不准确；
④
随机振动环境时机载、车载常用的试验频谱，其频谱带较宽，通常在从10Hz到2000Hz中间振动，环境振幅高达3
‑
5mm，是反射镜和镜框的相对位移的1000倍左右，一般高精度的位移测量方法无法在大幅振动和高频振动的环境下使用和测量。
[0004]因此需要寻求一种新的装置和方法，既能满足高精度测量，又能实现在高频高幅环境下架设及微小相对位移的测量，还不损伤光学元件。
[0005]针对振动环境下反射镜组件微小相对位移测量的装置和方法，我国专利技术专利“申请号CN106247950A，基于广义相移数字全息的微小位移测量”，公布了一种广义相移全息实验光路和广义相移干涉束相移抽取算法，利用相移值与反射镜的微小位移的关系，推算出目标反射镜移动的微纳米尺度的位移。该方法对架设的光路稳定性要求高，不适用于工程振动环境下微小位移测量；其次该方法通过相移值推算反射镜移动的位移，对于高频率振动环境下的位移测量存在较大的误差。“申请号CN103630075A，一种光束的微小位移测量方
法及测量设备”，该专利公开了一种采用激光光束、柱面镜、三维移动台和观测屏组成的微小位移测量方法和装置，将激光器固定在位移台上，通过柱面镜反射到观测屏上，即可测量出激光器的位移。该方法的激光在振动环境下，无法通过柱面镜的反射分离出噪声信号和实际振动信号，导致测量位移数据不准确，其次该方法架设过程复杂，对激光和柱面镜的假设精度要求较高。

技术实现思路

[0006](一)专利技术目的
[0007]本专利技术的目的是：针对振动环境下反射镜组件微小相对位移的测量过程中，测量精度不高、振动环境下操作严苛、测试过程中光学反射镜损伤、随机振动环境下相对位移无法测量等问题，本专利技术提出一种振动环境下反射镜组件微小相对位移的测量方法和装置，该装置强度高、结构稳定、刚性好、架设方便快捷，利用光学光谱共焦原理，采用非接触式的方法对微小位移进行测量，测量精度高，且不损伤反射镜，通过叠加、量化随机振动，实现在随机振动环境下，获得某一时刻反射镜与镜框的相对位移。
[0008](二)技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置，其包括：振动连接板1、振动连接杆2、探测器支撑座3、探测器压板4、光谱共焦镜头5、耦合器6、LED光源信号控制器7、光纤8、数据采集模块9、数据后处理模块10。
[0010]所述振动连接板1作为基体，其平面度要求在0.008mm，平行性0.01mm，保证待测反射镜组件、振动连接板1、振动试验台刚性连接，其具有与振动试验台连接机械接口、与待测反射镜组件连接机械接口、与测量系统连接机械接口；所述测量系统机械固定部分由振动连接杆2、探测器支撑座3、探测器压板4和光谱共焦镜头5组成；振动连接杆2具有腰形连接孔位，与振动连接板1相连，通过腰形连接孔位可以实现光谱共焦镜头5与待测反射镜的共焦面；探测器支撑座3具有与振动连接杆2相连的机械接口，通过振动连接杆2的腰形孔位，可以补偿由于加工误差带来的横向及垂向失调量，调节光谱共焦镜头5与待测反射镜组件的相对位置，保证光焦点位于待测的反射镜或镜框上，探测器支撑座3设计为弹性夹头结构，通过弹性夹头保证光谱共焦镜头5既能稳定可靠固定，又可以不损伤镜头；探测器压板4与探测器支撑座3相连，用于固定光谱共焦镜头5的垂向位置，保证在随机振动环境下光谱共焦镜头5的刚性，即不与振动连接板1发生相对位移；光谱共焦镜头5用于将光束汇聚，并自准，接收返回信号；耦合器6的作用是将通过光纤的LED光学信号进行耦合，耦合为连续波长的光学信号，提供目标光束，并且接收光谱共焦镜头返回的光信号；LED光源信号控制器7用于控制产生光源，并控制光源强度、采集频率，通过峰值感光强度将不同波长的光信号转化为位移信息，LED光源信号控制器7通过光纤8与耦合器6连接；数据采集模块9及数据后处理模块10集成于计算机内部，通过网口与LED光源信号控制器7连接，传输数据。
[0011]本专利技术还提供一种用于振动环境下反射镜组件微小相对位移测量方法，所述测量方法采用上述的用于振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置对反射镜组件在随机振动环境下的位移进行测量。
[0012]其中，所述测量方法包括以下步骤：
[0013]第一步：安装待测反射镜组件
[0014]将振动连接板1通过机械接口连接至振动试验台上，振动试验台用以提供随机振动频谱，将待测反射镜组件固定在振动连接板1上。
[0015]第二步：架设微小位移测量系统
[0016]将振动连接杆2通过机械接口连接至振动连接板1上，探测器支撑座3通过机械接口连接至振动连接杆2上。将光谱共焦镜头5安装至探测器支撑座3上，用螺钉对探测器支撑座的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置，其特征在于，包括：振动连接板(1)、振动连接杆(2)、探测器支撑座(3)、光谱共焦镜头(5)、耦合器(6)、LED光源信号控制器(7)、光纤(8)、数据采集模块(9)、数据后处理模块(10)；振动连接板(1)安装在振动试验台上，待测反射镜组件安装在振动连接板(1)上表面中心位置，振动连接板(1)相邻的两侧面各安装一根振动连接杆(2)，每根振动连接杆(2)顶部设置一个探测器支撑座(3)，每个探测器支撑座(3)上安装一个光谱共焦镜头(5)，每个光谱共焦镜头(5)上方布置一个耦合器(6)，两个耦合器(6)分别通过对应的光纤(8)连接至LED光源信号控制器(7)，LED光源信号控制器(7)通过网口连接数据采集模块(9)，数据采集模块(9)连接数据后处理模块(10)；打开LED光源信号控制器(7)，光线分别通过两根光纤(8)进入对应的耦合器(6)，耦合器(6)将光线耦合为连续波长光学信号，光谱共焦镜头(5)将耦合器(6)产生的连续波长光学信号聚焦，保证不同波长的光线沿轴线聚焦，两个光谱共焦镜头(5)出射的光束分别垂直入射在待测反射镜组件的反射镜框上和反射镜上，当反射镜框或反射镜振动时，其轴向位移发生变化，在不同位移处，反射不同特定波长的光学信号，该特定波长光学信号经光谱共焦镜头(5)、耦合器(6)进入光纤(8)，通过光纤(8)传输至LED光源信号控制器(7)，LED光源信号控制器(7)通过峰值感光强度将不同波长的光信号转化为位移信号，通过网口传输至数据采集模块(9)，数据采集模块(9)实时采集反射镜及反射镜框的位移数据，并传送至数据后处理模块(10)，数据后处理模块(10)对采集的数据在时域坐标进行分析处理，数据处理时将噪声和杂波数据进行耦合消除，得到消除误差后的反射镜与反射镜框的相对位移。2.如权利要求1所述的振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置，其特征在于，所述振动连接板(1)为方形平板，中心设有多个均布的螺钉过孔，作为机械接口与振动试验台的螺纹孔对应连接，实现振动连接板(1)与振动试验台刚性连接。3.如权利要求1所述的振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置，其特征在于，所述振动连接板(1)上表面具有与待测反射镜组件连接位置对应的凸台，凸台上具有螺纹孔，与待测反射镜组件螺钉过孔对应，实现振动连接板(1)与待测反射镜组件通过螺钉连接，振动连接板(1)与待测反射镜组件接触面处的平面度不大于0.008mm，与底面的平行度不大于0.01mm。4.如权利要求1所述的振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置，其特征在于，所述振动连接板(1)上相邻的两侧面各设有一处凸台，凸台平面度不大于0.008mm，凸台上具有螺纹孔，与振动连接杆(2)相连。5.如权利要求1所述的振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置，其特征在于，所述振动连接杆(2)具有与振动连接板1的连接接口、与探测器支撑座(3)的连接接口，连接接口均为腰形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张森，王章利，刘伟光，汪志斌，张燕，张云龙，虎将，卢恒，惠刚阳，管伟，王中强，尹挺，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：