光学系统装调检测方法

1.本发明涉及大口径望远镜装调技术领域，特别涉及一种光学系统装调检测方法。


背景技术：

2.大视场望远镜的光学系统装调是系统搭建的关键步骤，装调误差决定了最终的系统成像质量。装调的主要目标是使校正镜组与主镜的相对位姿与系统光学设计一致。一般情况下，以主镜光轴为基准调整校正镜组的位姿。校正镜组需要调整其5个自由度，包括光轴方向与主镜顶点的间隔，以及垂直光轴方向的平移和倾斜。
3.常见的技术方案为通过十字丝配合校正镜组的调整机构进行调整。在主镜的中心孔以及校正镜组前端通过安装十字丝来检测二者的中心轴相对位置。调整机构一般采用步进电机调整光轴方向间隔，平移和倾斜则通过类似二维平移台和倾斜台的串联式调整平台进行调整，也可采用六自由度平台进行多自由度直接调整。
4.受限于十字丝的宽度以及中心孔或机械安装孔的加工精度，传统检测方法一般只能达到毫米级或亚毫米级，且无法对间隔进行测量，只能靠光学检测方法检测间隔。在初始误差较大的情况下，系统在光管成像弥散斑半径大、能量弱，甚至无法有效观测，且无法甄别误差方向进行迭代调整，只能采用“盲调”方法先找到系统成像。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种光学系统装调检测方法。通过激光跟踪仪、定心仪以及高度计等手段，建立起各自的基准坐标，并在集成后通过中间基准将其相互关联进行间接测量，并根据测量结果进行调整。调整后的偏心和间隔测量及调整精度可优于0.1mm，基本达到光学要求，后续仅需微量调整。倾斜调整精度优于10
′
。
6.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
7.本发明提供一种光学系统装调检测方法，光学系统包括校正镜组镜室和主镜室，在校正镜组镜室的内部安装有校正镜组，在主镜室的内部安装有主镜组件，包括以下步骤：
8.s1、对主镜组件进行单独装调，使主镜组件的基准面与主镜室的基准面重合；
9.s2、在单独装调校正镜组的过程中，测量校正镜组与校正镜组镜室之间的第一偏心误差m、第一倾角误差φ、第一间隔距离s1和校正镜组的实际总厚度d；
10.s3、测量主镜室与校正镜组镜室之间的第二倾角误差λ、第二偏心误差n和第二间隔距离s0；
11.s4、根据步骤s2-s3测量的数据计算主镜组件的顶点与校正镜组的前顶点之间的间距l，总偏心误差t以及总倾角误差α；
12.l＝f s0 s
1-s
2-d；
13.t＝m n；
14.α＝λ φ；
15.s5、根据步骤s4的计算结果对校正镜组的位置进行调整，直至光学系统符合预设
标准。
16.优选地，步骤s1包括以下子步骤：
17.s101、利用激光跟踪仪测量主镜组件的水平基准面a与主镜室的水平基准面b之间的间隔距离s2和倾斜角度；
18.s102、对主镜组件进行调整直至主镜组件的水平基准面a和主镜室的水平基准面b、主镜组件的垂直基准面e和主镜室的垂直基准面f分别互相平行；
19.s103、通过三坐标测量结果计算得出调整后的主镜组件的水平基准面a与顶点之间的距离f。
20.优选地，在步骤s2中：
21.通过定心仪对校正镜组的光轴进行标定；
22.通过定心仪对第一倾角误差φ、第二倾角误差λ和校正镜组的实际总厚度d进行测量。
23.优选地，第一倾角误差φ为校正镜组的光轴与校正镜组镜室的水平基准面d之间的夹角；
24.第二倾角误差λ为主镜室的水平基准面b与校正镜组镜室的水平基准面d之间的夹角。
25.优选地，通过千分表对第一偏心误差m和第二偏心误差n进行测量。
26.优选地，第一偏心误差m为校正镜组的光轴与校正镜组镜室的垂直基准面g之间的距离；
27.第二偏心误差n为主镜室的垂直基准面f与校正镜组镜室的垂直基准面g之间的距离。
28.优选地，通过高度计对间隔距离s2、第一间隔距离s1和第一间隔距离s0进行测量。
29.优选地，校正镜组还包括中间件和校正镜组调整装置，中间件位于校正镜组镜室内部，且位于校正镜组的下方，校正镜组调整装置位于校正镜组镜室的外侧，在步骤s5中：
30.通过对中间件进行修磨和调整校正镜组调整装置来调整校正镜组的位置，直至光学系统符合预设标准。
31.优选地，还可以通过垫铜皮或垫片的方式调整校正镜组的位置。
32.与现有的技术相比，本发明通过激光跟踪仪、定心仪以及高度计等手段，建立起各自的基准坐标，并在集成后通过中间基准将其相互关联进行间接测量，并根据测量结果进行调整。调整后的偏心和间隔测量及调整精度可优于0.1mm，基本达到光学要求，后续仅需微量调整。倾斜调整精度优于10
′
。
附图说明
33.图1是根据本发明实施例提供的光学系统的主视图。
34.图2是根据本发明实施例提供的光学系统的正面剖视图。
35.图3是根据本发明实施例提供的光学系统装调检测方法的主镜组件示意图。
36.图4是根据本发明实施例提供的光学系统装调检测方法的校正镜组示意图。
37.图5是根据本发明实施例提供的光学系统装调检测方法的主镜组件和校正镜组的相对位置示意图。
38.图6是根据本发明实施例提供的光学系统装调检测方法的流程。
39.其中的附图标记包括：校正镜组镜室1、镜筒2、校正镜组调整块3、校正镜组调整螺钉4、中间件5、校正镜组6、四通7、主镜室8和主镜组件9。
具体实施方式
40.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
42.本发明提供的光学系统装调检测方法主要对主焦点形式的望远镜中的主光学系统进行装调，主焦点形式望远镜主要包括主光学系统和跟踪架。
43.图1示出了根据本发明实施例提供的光学系统的主视图。
44.图2示出了根据本发明实施例提供的光学系统的正面剖视图。
45.如图1和图2所示，本发明提供的光学系统从上到下依次包括：校正镜组镜室1、镜筒2、校正镜组调整块3、校正镜组调整螺钉4、中间件5、校正镜组6、四通7、主镜室8和主镜组件9。
46.校正镜组6安装在校正镜组镜室1的内部；镜筒2的下端安装有由校正镜组调整块3和校正镜组调整螺钉4组成的校正镜组调整装置。主镜组件9安装在主镜室8的内部。
47.图3示出了根据本发明实施例提供的光学系统装调检测方法的主镜组件。
48.如图3所示，
49.b为主镜室8的水平基准面，f为主镜室8的竖直基准面；
50.a为主镜组件9的水平基准面，e为主镜组件9的竖直基准面；
51.f为主镜组件9的水平基准面a与主镜组件的顶点之间的间隔距离；
52.s2为主镜组件9的水平基准面a与主镜室8的水平基准面b之间的间隔距离。
53.图4示出了根据本发明实施例提供的光学系统装调检测方法的校正镜组。
54.如图4所示，
55.d为校正镜组镜室1的水平基准面，g为校正镜组镜室1的垂直基准面，c为校正镜组镜室1的中间基准面。
56.d为校正镜组6的实际装调总厚度；
57.s1为校正镜组6的后顶点与校正镜组镜室1的水平基准面d之间的第一间隔距离。
58.图5示出了根据本发明实施例提供的光学系统装调检测方法的主镜组件和校正镜组的相对位置。
59.如图5所示，
60.l为主镜组件的顶点与校正镜组前顶点之间的间隔距离；
61.t为主镜室与校正镜组镜室之间的总偏心误差；
62.α为主镜室与校正镜组镜室之间的总倾角误差。
63.s0为主镜室8的水平基准面b与校正镜组镜室1的水平基准面d之间的第二间隔距
离。
64.图6示出了根据本发明实施例提供的光学系统装调检测方法的流程。
65.如图6所示，本发明提供的光学系统装调检测方法包括以下步骤：
66.s1、对主镜组件进行单独装调，使主镜组件的基准面与主镜室的基准面重合。
67.步骤s1中对主镜组件进行单独装调的过程包括以下子步骤：
68.测量和调整的基准坐标系为右手系坐标系，将主镜组件9的光轴作为基准坐标系的z轴方向；通过主镜组件9的竖直基准面e确定坐标系原点；x轴方向与光学系统的俯仰轴方向相同，通过相关基准孔可以测出。由右手坐标系确定y轴方向。
69.在主镜组件9的光学加工过程中可保证竖直基准面e与主镜组件9的光轴的同轴度、水平基准面a与主镜组件9的光轴的垂直度。因此可以将水平基准面a与竖直基准面e代表主镜组件9的光轴。
70.测量主镜室8的基准面b和f相对基准坐标系的间隔距离和倾斜角度，并对主镜组件进行调整直至主镜组件的水平基准面a和主镜室的水平基准面b、主镜组件的垂直基准面e和主镜室的垂直基准面f分别互相平行。
71.根据实践，可将a与e的平行度调整至优于5"，e与f的同轴度优于0.01mm。
72.s101、利用激光跟踪仪测量主镜组件的水平基准面a与主镜室8的水平基准面b之间的间隔距离s2和倾斜角度。
73.s102、对主镜组件进行调整直至主镜组件的水平基准面a和主镜室的水平基准面b、主镜组件的垂直基准面e和主镜室的垂直基准面f分别互相平行。
74.s103、通过三坐标测量结果计算得出调整后的主镜组件的水平基准面a与顶点之间的距离f。
75.s2、测量校正镜组与校正镜组镜室之间的第一偏心误差m、第一倾角误差φ、第一间隔距离s1和校正镜组的实际总厚度d。
76.步骤s2中对校正镜组进行单独装调的过程包括以下步骤：
77.将校正镜组镜室的水平基准面d作为z轴，校正镜组镜室的垂直基准面g为原点，x轴方向通过相关基准孔可以测出，与光学系统的俯仰轴方向相同。y轴由右手坐标系进行确定。
78.通过定心仪对校正镜组的光轴进行标定，并测量出校正镜组的光轴与校正镜组镜室的水平基准面d之间的第一倾角误差φ、校正镜组的实际总厚度d。
79.通过千分表测量校正镜组镜室的垂直基准面g与校正镜组的光轴之间的第一偏心误差m。
80.通过高度计测量校正镜组的后顶点与校正镜组镜室的水平基准面d之间的第一间隔距离s1。
81.s3、利用激光跟踪仪测量主镜室与校正镜组镜室之间的第二倾角误差λ、第二偏心误差n和第二间隔距离s0，
82.s4、根据步骤s2-s3测量的数据计算间距l，总偏心误差t以及总倾角误差α。
83.根据所有测量结果计算出主镜顶点与校正镜组前面顶点的间距l，总偏心误差t以及总倾角误差α如下：
84.l＝f s0 s
1-s
2-d；
85.t＝m n；
86.α＝λ φ；
87.s5、根据步骤s4的计算结果对中间件进行修磨并对校正镜组调整装置进行调整，直至光学系统符合预设标准。
88.修磨时将校正镜组镜室整体从中间件上拆下，随后拆下中间件，然后按照计算结果进行修磨。修磨中间件的厚度以及中间件前后两个面的夹角就可以改变间距l以及总倾角误差α。
89.根据实践2到3次修磨可使间距l优于0.1mm，总倾角误差α优于10
′
，此外也可通过垫铜皮或垫片方式进行调整。通过调整块3和调整螺钉4可将总偏心误差t调整至优于0.1mm。
90.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
91.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。