一种光学元件装调定位失调的自动校正装置与校正方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种光学元件装调定位失调的自动校正装置与校正方法，属于光机装调技术领域；所述装置包括定位测量系统和自动校正系统，待测光学元件是一面为球面、另一面为轮胎面或柱面的光学透镜；定位测量系统包括球面测量模块、轮胎面或柱面测量模块、间隔测量仪，用于测量光学元件曲率半径圆心位置和透镜顶点位置，并解算出光学元件偏离理论位置的定位失调量；自动校正系统根据定位测量系统的计算结果自动校正光学元件的失调量。本发明专利技术实现了自动测量

【技术实现步骤摘要】
一种光学元件装调定位失调的自动校正装置与校正方法


[0001]本专利技术属于光机装调
，具体涉及一种光学元件装调定位失调的自动校正装置与校正方法。

技术介绍

[0002]光学元件装调涉及初步定位、定位失调校正两大装调环节，定位失调校正过程即对初步定位的光学元件，通过精密测量设备测量出元件空间位置姿态失调量，然后采用一定的调整手段将其校正到设计的位置姿态。随着光学设计技术的发展，轮胎面或柱面透镜在光学系统中的应用越来越多。轮胎面或柱面透镜无法单独成像，无法采用常规透镜定心装调技术；而且轮胎面或柱面透镜往往应用于离轴光学系统，透镜外形不规则，也无法采用零件外形进行有效定位；此外，装调过程中还需要对轮胎面或柱面透镜的滚转进行测量和调整；因而通过人工进行组装的装调精度和效率较低，影响光学系统的成像质量。
[0003]因此，需要专利技术一种装调技术，能够自动检测轮胎面或柱面透镜的空间六自由度定位失调量，并自动进行校正。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题：
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种光学元件装调定位失调的自动校正装置与校正方法，可实现含轮胎面(或柱面)光学透镜的六维失调量高精度自动校正。通过采用折转光路的双光路内调焦光管、转台以及间隔测量仪作为定位测量系统进行失调量测量，采用六自由度机器人、夹持机构和控制器作为自动校正系统进行失调量校正，可实现含轮胎面或柱面光学透镜的六维(间隔误差Δz、偏心误差Δx/Δy，滚转误差Δθ、角度误差Δα/Δβ)失调量高精度自动校正，进而保证系统的成像质量。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种光学元件装调定位失调的自动校正装置，所述装置包括定位测量系统1和自动校正系统2，待测光学元件3是一面为球面、另一面为轮胎面或柱面的光学透镜；定位测量系统1用于测量光学元件3曲率半径圆心位置和透镜顶点位置，并解算出光学元件3偏离理论位置的定位失调量，自动校正系统2根据定位测量系统1的计算结果自动校正光学元件3的失调量。
[0007]本专利技术的进一步技术方案是：所述定位测量系统1包括球面测量模块、轮胎面或柱面测量模块、间隔测量仪1g；
[0008]所述球面测量模块包括第一内调焦光管1a、第一转台1b、第一折转镜1c；所述第一内调焦光管1a安装于第一转台1b上，用于测量光学元件3轮胎面或柱面子午/弧矢方向成像线的位置，能够根据需求输出角度误差或平移误差；所述第一转台1b带动第一内调焦光管1a旋转，其转轴竖直设置且与第一内调焦光管1a光轴重合；第一转台1b能够输出转动的角度；所述第一折转镜1c用于将第一内调焦光管1a的光轴偏转为水平方向；
[0009]所述轮胎面或柱面测量模块包括第二内调焦光管1d、第二转台1e、第二折转镜1f；
所述第二内调焦光管1d安装于第二转台1e上，用于测量光学元件3球面球心像位置，能够根据需求输出角度误差或平移误差；所述第二转台1e带动第二内调焦光管1d旋转，其转轴竖直设置且与第二内调焦光管1d光轴重合；第二转台1e能够输出转动的角度；所述第二折转镜1f用于将第二内调焦光管1d的光轴偏转为水平方向；经第二折转镜1f偏转后的第二内调焦光管1d的光轴与经第一折转镜1c偏转后的第一内调焦光管1a的光轴重合；
[0010]所述间隔测量仪1g采用光学测量方法非接触测量光学元件3球面顶点沿光轴Z方向的位置。
[0011]本专利技术的进一步技术方案是：所述球面测量模块、轮胎面或柱面测量模块对称设置于光学透镜的两侧，球面测量模块与其球面相对，轮胎面或柱面测量模块与其轮胎面或柱面相对。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述第一内调焦光管1a的目标靶面上设置有透光孔。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述第二内调焦光管1d的目标靶面上设置有透光孔。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述自动校正系统2包括六自由度机器人2a、夹持机构2b、控制器2c；
[0015]所述光学元件3通过夹持机构安装于六自由度机器人2a上，六自由度机器人2a用于调节光学元件3的空间位置姿态，控制器2c用于定位测量系统1与自动校正系统2之间的数据传递、硬件控制。
[0016]一种光学元件装调定位失调的自动校正装置的校正方法，具体步骤如下：
[0017]步骤1：间隔误差Δz校正；
[0018]a.通过间隔测量仪1g测量光学元件3球面顶点沿光轴方向Z的实际位置，与光学元件3球面顶点沿方向Z理论位置进行对比，计算出方向Z的平移失调量Δz；
[0019]b.若Δz满足设计公差，则进行步骤2；否则间隔测量仪1g向控制器2c输出平移误差Δz，控制器2c控制六自由度机器人2a带动夹持机构2b沿方向Z平移光学元件3，平移量为Δz；
[0020]步骤2：滚转误差Δθ校正；
[0021]a.第一转台1b置于零位，第一内调焦光管1a调焦至光学元件3轮胎面或柱面的弧矢曲率半径圆心，此时光学元件3轮胎面或柱面的弧矢成像线成像在第一内调焦光管1a上；转动第一转台1b，使光学元件3轮胎面或柱面的弧矢焦线在第一内调焦光管1a上的成像与弧矢面的夹角重合，第一转台1b转过的角度即为光学元件3滚转方向的角度失调量Δθ；
[0022]b.若Δθ满足设计公差，则进行步骤3；否则第一转台1b向控制器2c输出旋转量Δθ，控制器2c控制六自由度机器人2a带动夹持机构2b沿滚转θ旋转光学元件3，旋转量为Δθ；
[0023]步骤3：平移误差Δx/Δy和角度误差Δα/Δβ校正；
[0024]①
若光学元件3轮胎面或柱面弧矢曲率半径小于球面半径：
[0025]a.第一内调焦光管1a调焦至光学元件3轮胎面或柱面的弧矢曲率半径圆心；转动第一转台1b，第一内调焦光管1a测量光学元件3轮胎面或柱面的弧矢成像线相对于第一内调焦光管1a中心的平移偏离量ΔTs，即为竖直方向Y的平移失调量；
[0026]b.若ΔTs满足设计公差，则进行步骤3
①
c.；否则第一内调焦光管1a向控制器2c输
出平移失调量Δy＝ΔTs，控制器2c控制六自由度机器人2a带动夹持机构2b校正光学元件3定位失调量，沿竖直方向Y平移量为Δy；
[0027]c.第二内调焦光管1d调焦至光学元件3球面球心；转动第二转台1e，第二内调焦光管1d测量光学元件3的球面球心偏离第二内调焦光管1d的角度偏离量ΔSx、ΔSy，即为方位方向α和俯仰方向β的角度误差；
[0028]d.若ΔSx、ΔSy满足设计公差，则进行步骤3
③
/
④
；否则第二内调焦光管1d向控制器2c输出角度失调量Δα＝ΔSx，Δβ＝ΔSy，控制器2c控制六自由度机器人2a带动夹持机构2b校正光学元件3定位失调量，绕光学元件3球面球心，在方位方向α转动量为Δα，在俯仰方向β转动量为Δβ；
[0029]②
若光学元件3轮胎面或柱面弧矢曲率半径大于等于球面半径：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学元件装调定位失调的自动校正装置，其特征在于：包括定位测量系统(1)和自动校正系统(2)，待测光学元件(3)是一面为球面、另一面为轮胎面或柱面的光学透镜；定位测量系统(1)用于测量光学元件(3)曲率半径圆心位置和透镜顶点位置，并解算出光学元件(3)偏离理论位置的定位失调量，自动校正系统(2)根据定位测量系统(1)的计算结果自动校正光学元件(3)的失调量。2.根据权利要求1所述一种光学元件装调定位失调的自动校正装置，其特征在于：所述定位测量系统(1)包括球面测量模块、轮胎面或柱面测量模块、间隔测量仪(1g)；所述球面测量模块包括第一内调焦光管(1a)、第一转台(1b)、第一折转镜(1c)；所述第一内调焦光管(1a)安装于第一转台(1b)上，用于测量光学元件(3)轮胎面或柱面子午/弧矢方向成像线的位置，能够根据需求输出角度误差或平移误差；所述第一转台(1b)带动第一内调焦光管(1a)旋转，其转轴竖直设置且与第一内调焦光管(1a)光轴重合；第一转台(1b)能够输出转动的角度；所述第一折转镜(1c)用于将第一内调焦光管(1a)的光轴偏转为水平方向；所述轮胎面或柱面测量模块包括第二内调焦光管(1d)、第二转台(1e)、第二折转镜(1f)；所述第二内调焦光管(1d)安装于第二转台(1e)上，用于测量光学元件(3)球面球心像位置，能够根据需求输出角度误差或平移误差；所述第二转台(1e)带动第二内调焦光管(1d)旋转，其转轴竖直设置且与第二内调焦光管(1d)光轴重合；第二转台(1e)能够输出转动的角度；所述第二折转镜(1f)用于将第二内调焦光管(1d)的光轴偏转为水平方向；经第二折转镜(1f)偏转后的第二内调焦光管(1d)的光轴与经第一折转镜(1c)偏转后的第一内调焦光管(1a)的光轴重合；所述间隔测量仪(1g)采用光学测量方法非接触测量光学元件(3)球面顶点沿光轴Z方向的位置。3.根据权利要求2所述一种光学元件装调定位失调的自动校正装置，其特征在于：所述球面测量模块、轮胎面或柱面测量模块对称设置于光学透镜的两侧，球面测量模块与其球面相对，轮胎面或柱面测量模块与其轮胎面或柱面相对。4.根据权利要求2所述一种光学元件装调定位失调的自动校正装置，其特征在于：所述第一内调焦光管(1a)的目标靶面上设置有透光孔。5.根据权利要求2所述一种光学元件装调定位失调的自动校正装置，其特征在于：所述第二内调焦光管(1d)的目标靶面上设置有透光孔。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述一种光学元件装调定位失调的自动校正装置，其特征在于：所述自动校正系统(2)包括六自由度机器人(2a)、夹持机构(2b)、控制器(2c)；所述光学元件(3)通过夹持机构安装于六自由度机器人(2a)上，六自由度机器人(2a)用于调节光学元件(3)的空间位置姿态，控制器(2c)用于定位测量系统(1)与自动校正系统(2)之间的数据传递、硬件控制。7.一种权利要求6所述光学元件装调定位失调的自动校正装置的校正方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1：间隔误差Δz校正；a.通过间隔测量仪(1g)测量光学元件(3)球面顶点沿光轴方向Z的实际位置，与光学元件(3)球面顶点沿方向Z理论位置进行对比，计算出方向Z的平移失调量Δz；
b.若Δz满足设计公差，则进行步骤2；否则间隔测量仪(1g)向控制器(2c)输出平移误差Δz，控制器(2c)控制六自由度机器人(2a)带动夹持机构(2b)沿方向Z平移光学元件(3)，平移量为Δz；步骤2：滚转误差Δθ校正；a.第一转台(1b)置于零位，第一内调焦光管(1a)调焦至光学元件(3)轮胎面或柱面的弧矢曲率半径圆心，此时光学元件(3)轮胎面或柱面的弧矢成像线成像在第一内调焦光管(1a)上；转动第一转台(1b)，使光学元件(3)轮胎面或柱面的弧矢焦线在第一内调焦光管(1a)上的成像与弧矢面的夹角重合，第一转台(1b)转过的角度即为光学元件(3)滚转方向的角度失调量Δθ；b.若Δθ满足设计公差，则进行步骤3；否则第一转台(1b)向控制器(2c)输出旋转量Δθ，控制器(2c)控制六自由度机器人(2a)带动夹持机构(2b)沿滚转θ旋转光学元件(3)，旋转量为Δθ；步骤3：平移误差Δx/Δy和角度误差Δα/Δβ校正；
①
若光学元件(3)轮胎面或柱面弧矢曲率半径小于球面半径：a.第一内调焦光管(1a)调焦至光学元件(3)轮胎面或柱面的弧矢曲率半径圆心；转动第一转台(1b)，第一内调焦光管(1a)测量光学元件(3)轮胎面或柱面的弧矢成像线相对于第一内调焦光管(1a)中心的平移偏离量ΔTs，即为竖直方向Y的平移失调量；b.若ΔTs满足设计公差，则进行步骤3
①
c.；否则第一内调焦光管(1a)向控制器(2c)输出平移失调量Δy＝ΔTs，控制器(2c)控制六自由度机器人(2a)带动夹持机构(2b)校正光学元件(3)定位失调量，沿竖直方向Y平移量为Δy；c.第二内调焦光管(1d)调焦至光学元件(3)球面球心；转动第二转台(1e)，第二内调焦光管(1d)测量光学元件(3)的球面球心偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙佳明，高航，郑雅卓，司朝阳，盛军，吴晓鸣，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：