一种基准镜对主镜光轴垂直的检测与调试方法

本发明属于检测领域，具体涉及一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法。

背景技术：

1、大型光学系统装调技术就是根据技术要求，把精密机械零部件、光学零部件、电子器件通过组合调试成精密仪器和设备，从某中意义上讲，先进的装配技术也决定了光学系统最终的工作能力和使用成本。

2、基于大型光学系统装调过程中，随着精密机械结构尺寸增大，核心光学主镜之间的空间几何位置关系，依靠人员经验和传统的调试方案很难实现高精度检测与装调；因此系统的装调效率较低，装调风险和成本也成倍增加，尤其是高海拔地区的光学系统装调过程检测调试更加困难，为了解决大型精密装调过程中，能够快速，准确的完成空间姿态关系的对接与调整，需要结合传统方法基础上提出新的检测与装调方案。

技术实现思路

1、本发明针对这种大型装调过程的检测，提出一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法。利用激光跟踪仪快速和准确的检测能力，实时监测与调整基准镜对主镜的平移量和倾斜量，通过不断调试收敛的方式使其达到光轴垂直的要求。本发明要解决大型装调过程中，光学主镜与基准镜的垂直检测与调试问题，提出一种基准镜对主镜光轴垂直的检测与调试方法。

2、本发明采用的技术方案为：一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，按以下步骤实现：

3、步骤一，将4个靶标按照圆周90度分布依次安装到基准镜表面靶座上，每个靶座底部均有三维微动调节机构，基准镜顶部安装六维运动调节机构；

4、步骤二，激光跟踪仪固定安装到基准镜与主镜之间；

5、步骤三，激光跟踪仪采集主镜环口平面、外圆、边缘直线，建立笛卡尔工件坐标系；

6、步骤四，激光跟踪仪采集基准镜4处靶标点；

7、步骤五，根据笛卡尔工件坐标系，计算分析基准镜的平移与倾斜量；

8、步骤六，调试基准镜平移与倾斜量，重复步骤三到步骤六直至光轴垂直达到要求；

9、进一步地，步骤一中所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，步骤一中调试4处靶座的中心点与基准镜环口面等高，同时调试与基准镜光轴同心并固定靶标，其中每个靶座底部装有三维调节机构用于长距离的远程光路调试，基准镜顶部六维调节运动机构用于基准镜的平移与倾斜调整；其中4处靶标固定位置需与基准镜六维运动调节机构坐标系方向对应；

10、进一步地，步骤二中所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，步骤二中所述，激光跟踪仪横向安装到两镜面之间，确保测量光路无阻碍，同时能测量到基准镜与主镜的每个被测参数；

11、进一步地，步骤三中所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，步骤三中所述，激光跟踪仪单点采集主镜环口平面圆周均布24个测量点并拟合平面；采集主镜外圆圆周均布24点拟合圆心，采集边缘直线12点拟合直线，通过平面确定+z，方向直线确定+x，主镜圆心确定坐标原点建立笛卡尔工件坐标系，并确认与基准镜六维运动调节机构坐标方向一致；

12、进一步地，步骤四中所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，步骤四中，首次采集4处靶标点需控制激光跟踪仪远程确定基准镜底部靶标点的位置并测量，后续反复调试过程通过控制激光跟踪仪根据获取4处靶标点坐标值进行自动定位测量，每靶标点坐标测量5次平均；

13、进一步地，步骤五中所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，步骤五中，4处靶标点拟合成一个圆，分析获取圆心对基准坐标的平移量，4处靶标点拟合成平面，分析平面相对基准坐标的角度方向量；

14、进一步地，步骤六中所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，步骤六中，控制基准镜顶部的六维运动调节机构调整基准镜的平移量与倾斜量，通过逐步调试收敛直到光轴垂直。

15、本发明与现有技术相比的优点在于：

16、(1)在大型光学系统检测装调中通过传统光学调试法，前期准备工作较大，操作人员实施长距离调试比较困难，并且调试结果正确性很难判断，调试效率与准确性太低，非常依赖调试人员的经验，同时对人员和产品安全存在较大风险；对于传统的三坐标测量机受限于测量原理、测量范围和检测环境的要求，并不适用于整机光学系统的在位装调检测；因此本发明利用激光跟踪仪通过结合多个靶球和三维、六维调节运动机构，实现了主镜与基准镜的在位装调与检测难题，且能够实时监测调试状态，做到边检测边调试；

17、(2)本发明方法有效降低了装调过程人员操作难度，实现了对系统的自动测量与远程调试和监测，大大提高了工作效率及检测准确性，缩短了该阶段的研制周期；

18、(3)本发明具有良好的检测精度和复现性；

19、(4)本发明方法不局限用于大大型精密光学系统的装调检测，也可以应用于各行业大型仪器设备及系统的在位装调检测与调试。

技术特征：

1.一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，其特征在于：它按以下步骤实现：

2.根据权利要求1所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，其特征在于：步骤一中将4处靶座的中心点调试与基准镜环口面等高，同时调试与基准镜光轴同心并固定靶标，其中每个靶座底部装有三维调节机构用于长距离的远程光路调试，基准镜顶部六维调节运动机构用于基准镜的平移与倾斜调整，其中4处靶标固定位置需与基准镜六维运动调节机构坐标系方向对应。

3.根据权利要求1所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，其特征在于：步骤二中所述，激光跟踪仪横向安装到两镜面之间，确保测量光路无阻碍且能测量基准镜与主镜的每个被测参数。

4.根据权利要求1所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，其特征在于：步骤三中所述，激光跟踪仪单点采集主镜环口平面圆周均布24个测量点并拟合平面；采集主镜外圆圆周均布24点拟合圆心，采集边缘直线12点拟合直线，通过平面确定+z，方向直线确定+x，主镜圆心确定坐标原点建立笛卡尔工件坐标系，并确认与基准镜六维运动调节机构坐标方向一致。

5.根据权利要求1所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，其特征在于：步骤四中，首次采集4处靶标点需控制激光跟踪仪远程确定基准镜底部靶标点的位置并测量，后续反复调试过程通过控制激光跟踪仪根据获取4处靶标点坐标值进行自动定位测量，每靶标点坐标测量5次平均。

6.根据权利要求1所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，其特征在于：步骤五中，4处靶标点拟合成一个圆，分析获取圆心对基准坐标的平移量，4处靶标点拟合成平面，分析平面相对基准坐标的倾斜量。

7.根据权利要求1所述的一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，其特征在于：步骤六中，控制基准镜顶部的六维运动调节机构调整基准镜的平移量与倾斜量，通过逐步调试收敛直到光轴垂直。

技术总结
本发明公开了一种基准镜对主镜光轴垂直的在位检测与调试方法，本发明方法利用激光跟踪仪在位测量主镜与基准镜的几何参数信息，并通过远程调试使其光轴垂直达到要求。首先将4个靶标安装到基准镜上，激光跟踪仪安装到主镜与基准镜之间，使用激光跟踪仪测量主镜环口平面，主镜外圆与边缘直线，建立笛卡尔工件坐标系确定主镜光轴；最后使用激光跟踪仪测量基准镜上的4处靶标，分析基准镜相对主镜光轴的平移量和倾斜量，并调试直至光轴垂直即可。本发明解决了基准镜与主镜光轴垂直的在位检测与调试方法。

技术研发人员：杨杰,罗平,陈希瑞,彭仕妹
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15