一種用于含有中空主鏡的折反系統光學間隔的測定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光機裝調技術領域，主要涉及一種折反系統光學間隔測定方法，尤其 涉及一種用于含有中空主鏡的折反系統光學間隔的測定方法。
【背景技術】
[0002] 為了提高光學系統的探測距離，光學系統的口徑越來越大，當光學系統的口徑大 到一定程度，折射式物鏡系統很難滿足要求，而卡塞格林系統結構緊湊，口徑可以做到更 大，大大提高了探測距離，并且隨著非球面加工檢測技術的進步，卡塞格林系統的光學系統 可以采用拋物面-雙曲面全非球面物鏡結構，可比投射式平行光管縮小長度尺寸2/3多，很 大程度上減小了體積，減輕了重量，因為該系統的特點使其越來越廣泛地應用于機載遠距 離光電探測設備上。卡塞格林系統是含有中空主鏡的折反系統，結構雖然簡單，但裝調精度 要求較高，尤其作為成像光學系統，其主次鏡的位置誤差對整機光學裝配質量影響較大，不 僅要控制主次鏡的光軸同軸還要對主次鏡的光學間隔進行精確測量控制。
[0003]在傳統的光學間隔測量過程中，由于主鏡為中空鏡面無法直接測量鏡面頂點位置 尺寸，往往在裝調過程中只是參考設計圖紙尺寸進行估算，誤差較大，但是作為一種高壓縮 比的折反光學系統，其光學間隔的微量誤差會給系統焦面帶來很大誤差，有時因為光學間 隔的誤差導致焦面CCD安裝位置遠離設計位置無法實現裝配，甚至導致成像質量劣化。如何 解決主次鏡光學間隔的精確測量是保證折反光學系統光學性能的關鍵所在。
[0004] 在發明名稱為高精度光學間隔測量方法(專利號201410472652.5)中采用了時域 光學相干層析技術，利用帶寬光源及高精度延遲掃描光路實現光學元件間隔的非接觸測 量，通過共光路激光測長技術獲取延遲光路的精確位移，其測量精度可以達到微米級，同時 可以進行實施測量。該項技術雖然是非接觸測量，但使用中因無法實現中空主鏡頂點位置 的準確測量，所以沒有辦法實際實現卡式系統主次鏡光學間隔的測量。
[0005] 在發明名稱為光學鏡片間隔距離測量裝置(專利號200920177399.5)中描述了一 種測量光學間隔的裝置，主要做法是將基準玻璃轉換成金屬材質，并將用表針尋找高點低 點的方法改為表針測平面的方式。但是該裝置仍無法測量卡塞格林系統的光學間隔，主要 原因還是因為主鏡為中空主鏡，無法實現中空主鏡頂點位置的準確測量。
【發明內容】
[0006] 針對現有折反光學系統光機裝調中由于中空主鏡而無法直接準確測量主次鏡光 學間隔的技術問題，本發明提出一種用于含有中空主鏡的折反系統光學間隔的測定方法， 采用三坐標測量儀測量主鏡的外圓確定主鏡的中心位置，然后利用三坐標測量儀在主鏡表 面上一次采點并確定采點位置與主鏡頂點位置的z向尺寸，結合主鏡鏡座安裝面z向尺寸， 計算出主鏡空間頂點距主鏡鏡座安裝面的尺寸，然后測量主鏡筒上主鏡鏡座安裝面距次鏡 頂點的距離尺寸，從而計算得到主次鏡光學間隔尺寸。該方法測量精度高、操作方便。
[0007] 本發明的技術方案為：
[0008] 所述一種用于含有中空主鏡的折反系統光學間隔的測定方法，其特征在于:包括 以下步驟：
[0009] 步驟1:將固定有中空主鏡的主鏡鏡座平置于坐標測量儀的測量平臺上，使主鏡鏡 座安裝面垂直于坐標測量儀工具坐標系0ΧΥΖ的0Z軸，并測量主鏡鏡座安裝面在工具坐標系 0ΧΥΖ中的Z向坐標;測量中空主鏡外圓面至少三個不同點在工具坐標系0ΧΥΖ中的坐標，并解 算出中空主鏡中心軸線在工具坐標系0ΧΥΖ的X向坐標；
[0010] 步驟2:保持主鏡鏡座位置不變，在主鏡鏡面上測量任意一點在工具坐標系0ΧΥΖ中 的X向坐標和Z向坐標;在工具坐標系0ΧΥΖ的0X方向，計算主鏡鏡面上測量點相對中空主鏡 中心軸線的差值;在工具坐標系0ΧΥΖ的0Z方向，計算主鏡鏡面上測量點相對主鏡鏡座安裝 面的差值；
[0011] 步驟3:利用步驟2得到的鏡面測量點相對中空主鏡中心軸線的差值，以及主鏡鏡 面的曲面方程，得到鏡面測量點的失高值；
[0012] 步驟4:利用步驟2得到的鏡面測量點相對主鏡鏡座安裝面的差值，以及步驟3得到 的鏡面測量點的失高值，得到主鏡頂點與主鏡鏡座安裝面的距離；
[0013] 步驟5:將裝配有次鏡、次鏡鏡座、中空主鏡以及主鏡鏡座的鏡筒平置于坐標測量 儀的測量平臺上，使主鏡鏡座安裝面垂直于坐標測量儀工具坐標系0ΧΥΖ的0Z軸；測量次鏡 頂點與主鏡鏡座安裝面的距離；
[0014] 步驟6:根據步驟4得到的主鏡頂點與主鏡鏡座安裝面的距離，以及步驟5得到的次 鏡頂點與主鏡鏡座安裝面的距離，得到主鏡頂點與次鏡頂點距離。
[0015] 所述一種用于含有中空主鏡的折反系統光學間隔的測定方法，其特征在于:包括 以下步驟：
[0016]步驟1:將固定有中空主鏡的主鏡鏡座平置于坐標測量儀的測量平臺上，使主鏡鏡 座安裝面垂直于坐標測量儀工具坐標系0ΧΥΖ的0Z軸，并測量主鏡鏡座安裝面在工具坐標系 0ΧΥΖ中的Z向坐標;測量中空主鏡外圓面至少三個不同點在工具坐標系0ΧΥΖ中的坐標，并解 算出中空主鏡中心軸線在工具坐標系0ΧΥΖ的X向和Y向坐標;從而得到中空主鏡中心軸線與 主鏡鏡座安裝面交點在工具坐標系0ΧΥΖ的三向坐標，并以中空主鏡中心軸線與主鏡鏡座安 裝面交點為原點建立工件坐標系0' X' Y' Z'，工件坐標系0' X' Y' Z '三軸與工具坐標系0ΧΥΖ三 軸對應平行；
[0017] 步驟2:保持主鏡鏡座位置不變，在主鏡鏡面上測量任意一點在工件坐標系O'X'Y' Ζ'中的X'向坐標和Ζ'向坐標；
[0018] 步驟3:利用步驟2得到的鏡面測量點在工件坐標系0 'Χ'Υ'Ζ'中的X'向坐標，以及 主鏡鏡面的曲面方程，得到鏡面測量點的失高值；
[0019] 步驟4:根據步驟2得到的鏡面測量點在工件坐標系Ο'Χ'Υ'Ζ'中的Ζ'向坐標，以及 步驟3得到的鏡面測量點的失高值，得到主鏡頂點在工件坐標系0' X' Υ' Ζ'中的Ζ'向坐標；
[0020] 步驟5:將裝配有次鏡、次鏡鏡座、中空主鏡以及主鏡鏡座的鏡筒平置于坐標測量 儀的測量平臺上，使主鏡鏡座安裝面垂直于坐標測量儀工具坐標系0ΧΥΖ的0Ζ軸；測量次鏡 頂點與主鏡鏡座安裝面的距離；
[0021] 步驟6:根據步驟4得到的主鏡頂點在工件坐標系0^'中的2'向坐標，以及步 驟5得到的次鏡頂點與主鏡鏡座安裝面的距離，得到主鏡頂點與次鏡頂點距離。
[0022] 有益效果
[0023] 本發明的有益效果是：本發明采用坐標測量儀對粘接好主鏡的主鏡鏡座進行測 量，以主鏡外圓為測量基準得出了主鏡中心軸空間位置，并通過在主鏡鏡面上測量某一點， 得出了主鏡頂點位置尺寸，通過與主鏡鏡座安裝面尺寸比較，得出了主鏡頂點至主鏡鏡座 安裝面之間的距離尺寸，結合主鏡鏡座安裝面至次鏡頂點的尺寸距離，定量準確的得出了 主次鏡光學間隔，可進一步指導該系統精密裝調，具有客觀性，解決了含有中空主鏡的折反 光學系統光學間隔無法定量測量的問題，與目前的裝調方法相比較，提高了裝調精度，適用 于各類型的含有中空主鏡的折反光學系統光學間隔的精密裝調。
【附圖說明】
[0024]圖1折反光學系統裝配示意圖；
[0025] 圖中：1、主鏡;2、次鏡;3、主鏡鏡座;4、鏡筒;5、次鏡鏡座。
[0026] 圖2是圖1中所示的光學系統圖；
[0027] 圖中：1-1、主鏡外圓面;1-3、主鏡頂點;2-1、次鏡頂點。
[0028] 圖3是圖2中所示的中空主鏡裝配圖；
[0029] 圖中：1-2、主鏡中心軸線;3-1、主鏡鏡座安裝面。
[0030] 圖4是三坐標測量示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合具體實施例描述本發明：
[0032] 本發明主要針對現有折反光學系統光機裝調中由于中空主鏡而無法直接準確測 量主次鏡光學間隔的技術問題，提出了一種用于含有中空主鏡的折反系統光學間隔的測定 方法，采用三坐標測量儀等坐標測量儀器，測量主鏡的外圓以確定主鏡的中心位置，然后利 用三坐標測量儀在主鏡表面上一次采點并確定采點位置與主鏡頂點位置的z向尺寸，結合 主鏡鏡座安裝面z向尺寸，計算出主鏡空間頂點距主鏡鏡座安裝面的尺寸，然后測量主鏡筒 上主鏡鏡座安裝面距次鏡頂點的距離尺寸，從而計算得到主次鏡光學間隔尺寸。該方法測 量精度高、操作方便。
[0033] 具體步驟為：
[0034]步驟1:將粘接固定有中空主鏡的主鏡鏡座平置于三坐標測量儀的測量平臺上，使 主鏡鏡座安裝面垂直于三坐標測量儀工