基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法技术方案

本发明专利技术为解决现有机械装配精度较低，无法满足基于分光棱镜折转的同轴双光路光学系统高精度装配要求的技术问题，而提供一种基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法。本发明专利技术精密装配方法结合光学定心加工技术和经纬仪自准直成像技术，以主镜光轴为主基准，在自准直经纬仪光轴可视化的基础上进行主基准引出与转换，依次对双光路同轴光学系统中的分光棱镜、反射镜和双光路中的光学镜/镜组进行精密调装，保证双光路光轴的高同轴度要求有效提高了装调效率，实现了基于分光棱镜折转的同轴双光路光学系统的高精度装调。的同轴双光路光学系统的高精度装调。的同轴双光路光学系统的高精度装调。

【技术实现步骤摘要】
基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法


[0001]本专利技术涉及精密光学机械装配
，具体涉及一种基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法。

技术介绍

[0002]分光棱镜折转光路是一种典型的光学结构形式，其特点是可以将光束分为任意光强比例的两个光束，具有转像功能，有效减小光机系统的外形尺寸。相比与非折转式光学系统，分光棱镜折转光路对光机装配要求更高。
[0003]如图1所示为一种基于分光棱镜折转的同轴双光路光学系统，入射光线首先经过前端主次镜光学系统，经过分光棱镜4后分为两个光束，一路光束通过第一镜组6后成像于接收器焦面；另一路光束经反射镜折返后通过第二镜组7，由接收器接收。为了保证该系统的成像质量，前端主次镜系统的光轴经过分光棱镜分光后，形成两路光束，二者的光轴需要保证很高的同轴度(0.04mm以内)，传统的机械装配精度低，无法满足该类系统的装配要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有机械装配精度较低，无法满足基于分光棱镜折转的同轴双光路光学系统高精度装配要求的技术问题，而提供一种基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法，所述双光路同轴光学系统包括基板，分光棱镜，反射镜，以及安装在主次镜筒中的主镜和次镜，安装在第一镜筒中的第一镜组和安装在第二镜筒中的第二镜组；所述分光棱镜位于主次镜筒的出射光路上，第一镜筒位于分光棱镜的透射光路上，反射镜和第二镜筒依次位于分光棱镜的反射光路上；所述分光棱镜、反射镜、主次镜筒、第一镜筒和第二镜筒均通过支架安装在基板上；
[0007]所述精密装配方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1)、对各光学镜/镜组进行定心加工，定心加工过程中，各光学镜/镜组与镜筒之间的配合间隙为0.008
‑
0.01mm；
[0009]步骤2)、利用测高仪测量光学系统中光学镜/镜组内各光学镜间隔并调整至理论值，初步确定各光学镜/镜组的装配位置；
[0010]步骤3)、基准可视化引出；
[0011]步骤4)装配双光路同轴光学系统；
[0012]其中，步骤3)和步骤4)中对双光路同轴光学系统的各光学镜/镜组在其各自镜筒中的位姿装配，具体是通过十字丝工装代替光学镜/镜组，结合自准直成像技术实现的；所述十字丝工装内部设置光学玻璃，所述光学玻璃中心为十字丝刻线；所述十字丝刻线所在中心圆为透光区域，其外部环带区域为反射面。
[0013]进一步地，步骤1)具体为：
[0014]1.1、将主镜安装在主镜框后与定心车床连接，在定心车床主轴旋转状态下，调整主镜的位姿，使其内孔与端面跳动量均小于0.02mm，完成车床主轴与主镜机械回转轴重合；
[0015]1.2、利用定心仪监视主镜的球心自准直像，使其球心自准直像在车床主轴旋转时，晃动量在0.005mm内，且主镜内孔与端面跳动量均小于0.02mm，此时车床主轴与主镜光轴重合，以车床主轴为牵引，完成主镜光轴与其镜框机械回转轴重合；
[0016]1.3、加工主镜镜框外径，并与主次镜筒配车，保证两者的配合间隙小于0.02mm，完成主镜镜框外径圆机械回转轴与主次镜筒主基准重合；
[0017]1.4、加工主镜镜框法兰使得主镜前、后端面均见光；
[0018]1.5、加工主镜镜框内径，此时主镜镜框内径圆机械回转轴与主次镜筒8基准重合，即认为完成将主镜的光轴过渡至主镜镜框内孔基准轴；
[0019]1.6、按照1.1
‑
1.5的方法，依次完成基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统中其他光学镜/镜组的定心加工，即认为完成了将各光学镜/镜组的光轴过渡至其相应镜框内孔基准轴，与此时各光学镜/镜组的光轴与其相应镜框内孔基准轴重合。
[0020]进一步地，步骤3)具体为：
[0021]3.1、根据主次镜筒的安装内孔，配做第一工装十字丝，两者配合圆周间隙小于0.01mm；
[0022]所述第一工装十字丝包括中心小圆和外圆环带，中心小圆为玻璃材质且玻璃中心小圆刻有十字刻线且透光，第一工装十字丝机械回转轴代表了玻璃中心的光轴，外圆环带为反射面；
[0023]3.2、将第一工装十字丝装入主次镜筒，以第一工装十字丝的玻璃中心小圆的光轴作为所述双光路同轴光学系统精密装调的主基准；
[0024]3.3、基于光学自准直成像原理，借助自准直的第一经纬仪进行基准的可视化引出。
[0025]进一步地，步骤4)具体为：
[0026]4.1、装配主镜和次镜
[0027]在步骤3)完成基准可视化引出后，同时完成对主镜和次镜的精确定位，装配主镜和次镜到主次镜筒上，完成主镜和次镜的装配；
[0028]4.2、装配分光棱镜
[0029]4.2.1、在次镜后设置平面反射镜，保持第一经纬仪位置不动，以第一经纬仪引出主基准为基准，调整平面反射镜的位姿，直至在第一经纬仪的目镜中可以看到经平面反射镜反射回的自准像，完成将系统的主基准引出传递至平面反射镜；
[0030]4.2.2、在双光路同轴光学系统确定的初始位置安装分光棱镜和反射镜，在分光棱镜的反射光轴上设置第二经纬仪，保持第一经纬仪位置不变，调整第二经纬仪的位姿，第一经纬仪和第二经纬仪互瞄定向，直至第一经纬仪和第二经纬仪夹角为90
°
；
[0031]4.2.3、保持第二经纬仪位置不变，调整分光棱镜的位姿，直至第二经纬仪的目镜中可以看到经分光棱镜、主镜、次镜以及平面反射镜反射回的自准像，完成分光棱镜的精确定位，进而完成分光棱镜的装配；
[0032]4.3、装配反射镜
[0033]4.3.1、拆除第一工装十字丝，保持第一经纬仪和平面反射镜的位置不变，在双光
路同轴光学系统确定第二镜筒的光轴上设置第三经纬仪，调整第三经纬仪的位姿，直至第三经纬仪与平面反射镜自准，完成将主基准引出传递至第三经纬仪，此时第三经纬仪的光轴与第一镜筒的光轴平行；
[0034]4.3.2、基于双光路同轴光学系统确定的初始位置，在分光棱镜的反射光轴上安装反射镜，调整反射镜的位姿，直至第三经纬仪目镜中看到经平面反射镜反射回的自准像，完成反射镜的精确定位，进而完成反射镜的装配；
[0035]4.4、装配第一镜组
[0036]4.4.1、保持第三经纬仪的位置不变，在第一经纬仪的位置利用探测器代替第一经纬仪，微调探测器的位置，直至第三经纬仪的十字光标位于探测器的靶面中心，完成将系统的主基准引出传递至探测器；
[0037]4.4.2、在双光路同轴光学系统确定的初始位置安装第一镜筒，配装第二工装十字丝至第一镜筒中；
[0038]4.4.3、调整第一镜筒的位姿，直至在探测器中监控到的第三经纬仪发出的光经主次镜筒、分光棱镜后透射至第二工装十字丝所成的像位于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法，所述双光路同轴光学系统包括基板(1)，分光棱镜(4)，反射镜(5)，以及安装在主次镜筒(8)中的主镜(2)和次镜(3)，安装在第一镜筒(9)中的第一镜组(6)和安装在第二镜筒(10)中的第二镜组(7)；所述分光棱镜(4)位于主次镜筒(8)的出射光路，第一镜筒(9)位于分光棱镜(4)的透射光路上，反射镜(5)和第二镜筒(10)依次位于分光棱镜(4)的反射光路上；所述分光棱镜(4)、反射镜(5)、主次镜筒(8)、第一镜筒(9)和第二镜筒(10)均通过支架安装在基板(1)上；所述精密装配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、对各光学镜/镜组进行定心加工，定心加工过程中，各光学镜/镜组与镜筒之间的配合间隙为0.008
‑
0.01mm；步骤2)、利用测高仪测量光学系统中光学镜/镜组内各光学镜间隔并调整至理论值，初步确定各光学镜/镜组的装配位置；步骤3)、基准可视化引出；步骤4)装配双光路同轴光学系统；其中，步骤3)和步骤4)中对双光路同轴光学系统的各光学镜/镜组在其各自镜筒中的位姿装配，具体是通过十字丝工装代替光学镜/镜组，结合自准直成像技术实现的；所述十字丝工装内部设置光学玻璃，所述光学玻璃中心为十字丝刻线；所述十字丝刻线所在中心圆为透光区域，其外部环带区域为反射面。2.根据权利要求1所述的基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法，其特征在于，步骤1)具体为：1.1、将主镜(2)安装在主镜框后与定心车床连接，在定心车床主轴旋转状态下，调整主镜(2)的位姿，使其内孔与端面跳动量均小于0.02mm，完成车床主轴与主镜(2)机械回转轴重合；1.2、利用定心仪监视主镜(2)的球心自准直像，使其球心自准直像在车床主轴旋转时，晃动量在0.005mm内，且主镜(2)内孔与端面跳动量均小于0.02mm，此时车床主轴与主镜(2)光轴重合，以车床主轴为牵引，完成主镜(2)光轴与其镜框机械回转轴重合；1.3、加工主镜(2)镜框外径，并与主次镜筒(8)配车，保证两者的配合间隙小于0.02mm，完成主镜镜框外径圆机械回转轴与主次镜筒(8)主基准重合；1.4、加工主镜(2)镜框法兰使得主镜(2)前、后端面均见光；1.5、加工主镜(2)镜框内径，此时主镜(2)镜框内径圆机械回转轴与主次镜筒(8)基准重合，即认为完成将主镜(2)的光轴过渡至主镜(2)镜框内孔基准轴；1.6、按照1.1
‑
1.5的方法，依次完成基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统中其他光学镜/镜组的定心加工，即认为完成了将各光学镜/镜组的光轴过渡至其相应镜框内孔基准轴，与此时各光学镜/镜组的光轴与其相应镜框内孔基准轴重合。3.根据权利要求2所述的基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法，其特征在于，步骤3)具体为：3.1、根据主次镜筒(8)的安装内孔，配做第一工装十字丝(12)，两者配合圆周间隙小于0.01mm；所述第一工装十字丝(12)包括中心小圆和外圆环带，中心小圆为玻璃材质且玻璃中心小圆刻有十字刻线且透光，第一工装十字丝(12)机械回转轴代表了玻璃中心的光轴，外圆
环带为反射面；3.2、将第一工装十字丝(12)装入主次镜筒(8)，以第一工装十字丝(12)的玻璃中心小圆的光轴作为所述双光路同轴光学系统精密装调的主基准；3.3、基于光学自准直成像原理，借助自准直的第一经纬仪(11)进行基准的可视化引出。4.根据权利要求3所述的基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法，其特征在于，步骤4)具体为：4.1、装配主镜(2)和次镜(3)在步骤3)完成基准可视化引出后，同时完成对主镜(2)和次镜(3)的精确定位，装配主镜(2)和次镜(3)到主次镜筒(8)上，完成主镜(2)和次镜(3)的装配；4.2、装配分光棱镜(4)4.2.1、在次镜(3)后设置平面反射镜(14)，保持第一经纬仪(11)位置不动，以第一经纬仪(11)引出主基准为基准，调整平面反射镜(14)的位姿，直至在第一经纬仪(11)的目镜中可以看到经平面反射镜(14)反射回的自准像，完成将系统的主基准引出传递至平面反射镜(14)；4.2.2、在双光路同轴光学系统确定的初始位置安装分光棱镜(4)和反射镜(5)，在分光棱镜(4)的反射光轴上设置第二经纬仪(13)，保持第一经纬仪(11)位置不变，调整第二经纬仪(13)的位姿，第一经纬仪(11)和第二经纬...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷昱，康世发，尹雅梅，韩娟，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：