專利名稱：四根測(cè)桿定位離軸非球面鏡與零位補(bǔ)償器相對(duì)位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種利用四根測(cè)桿定位 離軸非球面鏡與零位補(bǔ)償器相對(duì)位置的標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)國(guó)防建設(shè)和航天、航空事業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)非球面鏡光 學(xué)元件提出了更高更多的應(yīng)用要求。對(duì)非球面鏡面形的精密拋光加工 總是伴隨著檢測(cè)進(jìn)行，檢測(cè)的結(jié)果給出與光學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的誤差，為進(jìn) 一步拋光加工提供依據(jù)。目前對(duì)非球面鏡面形檢測(cè)較多的是采用零位 補(bǔ)償器的自準(zhǔn)直檢測(cè)方法，如圖1所示，包括非球面鏡l，零位補(bǔ)償
器2，檢測(cè)設(shè)備3。非球面鏡1是一個(gè)反射光學(xué)元件；零位補(bǔ)償器2 為一個(gè)金屬圓柱筒，內(nèi)部裝有數(shù)片光學(xué)透鏡；檢測(cè)設(shè)備3—般可以是 干涉儀或者刀口儀。首先檢測(cè)設(shè)備3發(fā)出一平面波或球面波，經(jīng)過零 位補(bǔ)償器2后變成所需的非球面波，非球面波被非球面鏡1反射后按 照原路返回，經(jīng)過零位補(bǔ)償器2回到檢測(cè)設(shè)備3，檢測(cè)設(shè)備3對(duì)返回 的光波進(jìn)行分析，得出非球面鏡面形誤差信息，根據(jù)面形誤差信息決 定對(duì)非球面鏡1的面形進(jìn)行拋光加工。當(dāng)從非球面鏡1中選取一部分 使用時(shí)，非球面鏡被稱作為離軸非球面鏡，如圖2所示，離軸非球面 鏡4，零位補(bǔ)償器2，檢測(cè)設(shè)備3構(gòu)成離軸非球面鏡面形檢測(cè)系統(tǒng)。自準(zhǔn)直面形檢測(cè)方法的檢測(cè)精度關(guān)鍵在于定位離軸非球面鏡4和零
位補(bǔ)償器2相對(duì)位置的精度，定位精度直接影響離軸非球面鏡4面形 的檢測(cè)精度和拋光加工精度。定位離軸非球面鏡4和零位補(bǔ)償器2相 對(duì)位置以往主要依靠直尺測(cè)量定位。此方法利用直尺測(cè)量離軸非球面 鏡4和零位補(bǔ)償器2數(shù)個(gè)位置的間隔，調(diào)整兩者相對(duì)位置直到達(dá)到所 需間隔要求。此方法操作重復(fù)性差，定位精度低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有方法存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于，在對(duì)離軸非
球面鏡進(jìn)行精密拋光加工時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)離軸非球面鏡中心曲率半徑、二
次曲面系數(shù)、高次項(xiàng)系數(shù)等參數(shù)的實(shí)時(shí)控制。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題提供一種用四根測(cè)桿定位離軸非球面 鏡與零位補(bǔ)償器相對(duì)位置的方法。
解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為第一步，搭建檢測(cè)裝置，如圖3所 示，包括離軸非球面鏡5，零位補(bǔ)償器6，檢測(cè)設(shè)備7，非球面鏡支 架8，補(bǔ)償器支架9，檢測(cè)設(shè)備支架IO，光學(xué)穩(wěn)定平臺(tái)ll，第一測(cè)桿 12，第二測(cè)桿13，第三測(cè)桿14，第四測(cè)桿1—5。在光學(xué)穩(wěn)定平臺(tái)11 上，從左至右或從右至左依次排列安置非球面鏡支架8、補(bǔ)償器支架 9、檢測(cè)設(shè)備支架10，并將離軸非球面鏡5、零位補(bǔ)償器6、檢測(cè)設(shè) 備7分別安裝在非球面鏡支架8、補(bǔ)償器支架9、檢測(cè)設(shè)備支架10上。 第二步，選取第一測(cè)桿12，第二測(cè)桿13，第三測(cè)桿14，第四測(cè)桿15 在離軸非球面鏡5和零位補(bǔ)償器6上的預(yù)定位置設(shè)第一測(cè)桿12在 離軸非球面鏡5、零位補(bǔ)償器6上的預(yù)定接觸點(diǎn)分別為a、 a'，第二測(cè)桿13在離軸非球面鏡5、零位補(bǔ)償器6上的預(yù)定接觸點(diǎn)分別為b、 b'， 第三測(cè)桿14在離軸非球面鏡5、零位補(bǔ)償器6上的預(yù)定接觸點(diǎn)分別 為c、 c'，第四測(cè)桿15在離軸非球面鏡5、零位補(bǔ)償器6上的預(yù)定接 觸點(diǎn)分別為d、 d';各預(yù)定接觸點(diǎn)選取位置為接觸點(diǎn)a、 b位于離軸 非球面鏡5的左右兩邊的中點(diǎn)位置，接觸點(diǎn)a'、 b'位于零位補(bǔ)償器6 的左右邊的中心點(diǎn)位置，接觸點(diǎn)a、 b與a'、 b'處于同一水平高度；接 觸點(diǎn)c、 d位于離軸非球面鏡5上下兩邊的中點(diǎn)位置，接觸點(diǎn)c'、 d' 位于零位補(bǔ)償器6的上下邊的中心點(diǎn)位置，接觸點(diǎn)c、 d的連線與接 觸點(diǎn)a、 b的連線正交，接觸點(diǎn)c'、 d'的連線與接觸點(diǎn)a'、 b'的連線正 交。第三步，根據(jù)離軸非球面鏡5的光學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算第一測(cè)桿12， 第二測(cè)桿13，第三測(cè)桿14，第四測(cè)桿15的理論長(zhǎng)度，并按照理論長(zhǎng) 度制作第一測(cè)桿12，第二測(cè)桿13，第三測(cè)桿14，第四測(cè)桿15，其中 第三測(cè)桿14與第四測(cè)桿15等長(zhǎng)。第四步，調(diào)整補(bǔ)償器支架9使零位 補(bǔ)償器6兩端水平。第五步，調(diào)整非球面鏡支架8，使離軸非球面鏡 5幾何中心點(diǎn)與零位補(bǔ)償器6幾何中心點(diǎn)處于同一水平高度。第六步， 保持步驟五成立的前提下，調(diào)整非球面鏡支架8，使第一測(cè)桿12、第 二測(cè)桿13、第三測(cè)桿14、第四測(cè)桿15兩端分別與零位補(bǔ)償器6和離 軸非球面鏡5接觸于預(yù)定位置。第七步，調(diào)整檢測(cè)設(shè)備支架10，使 檢測(cè)設(shè)備7能夠輸出離軸非球面鏡5的面形信息數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的工作原理利用六個(gè)不相關(guān)的條件限定離軸非球面鏡5 與零位補(bǔ)償器6的相對(duì)位置的六個(gè)自由度，達(dá)到完全定位兩者間相對(duì) 位置的目的，坐標(biāo)系如圖4所示。其中，離軸非球面鏡5幾何中心點(diǎn)與零位補(bǔ)償器6幾何中心點(diǎn)位于同一水平高度限定離軸非球面鏡5相 對(duì)于零位補(bǔ)償器6的Y軸平移自由度；預(yù)定接觸點(diǎn)a、 b位于同一水 平高度限定離軸非球面鏡5相對(duì)于零位補(bǔ)償器6的Z軸旋轉(zhuǎn)自由度； 第三測(cè)桿14與第四測(cè)桿15等長(zhǎng)限定離軸非球面鏡5相對(duì)于零位補(bǔ)償 器6的X軸旋轉(zhuǎn)；第一測(cè)桿12、第二測(cè)桿13的定位可以有一組的離 軸非球面鏡5的Y軸旋轉(zhuǎn)配合上X軸平移來(lái)滿足，當(dāng)需要滿足第三 測(cè)桿14、第四測(cè)桿15的定位時(shí)，離軸非球面鏡5相對(duì)于零位補(bǔ)償器 6的Y軸旋轉(zhuǎn)、X軸平移兩個(gè)自由度都被限定；離軸非球面鏡5相對(duì) 于零位補(bǔ)償器6的Z軸平移自由度由四根測(cè)桿的長(zhǎng)度一起限定。這樣， 離軸非球面鏡5相對(duì)于零位補(bǔ)償器6的六個(gè)自由度都被限定，兩者之 間的相對(duì)位置可以完全確定。
本發(fā)明的積極效果提高定位離軸非球面鏡5與零位補(bǔ)償器6的 工作效率和精度，使檢測(cè)設(shè)備7能夠精確檢測(cè)離軸非球面鏡5的面形 誤差，為對(duì)離軸非球面鏡5的面形拋光加工提供了條件。


圖1為非球面鏡M7P自準(zhǔn)直檢測(cè)方法所用檢測(cè)設(shè)備、非球面鏡位 置擺放的示意圖。
圖2為離軸非球面鏡面形自準(zhǔn)直檢測(cè)方法所用檢測(cè)設(shè)備、離軸非 球面鏡位置擺放的示意圖。
圖3為利用四根測(cè)桿定位離軸非球面鏡與零位補(bǔ)償器相對(duì)位置 實(shí)施檢測(cè)方法所用檢測(cè)設(shè)備、離軸非球面鏡位置擺放的示意圖。
圖4為離軸非球面鏡與零位補(bǔ)償器相對(duì)位置的工作原理說(shuō)明采用坐標(biāo)系的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明方法按照技術(shù)方案中提出的七步方法實(shí)施，其中，第一步 在搭建檢測(cè)裝置中，所使用的光學(xué)穩(wěn)定平臺(tái)11的面積要足夠大，能
擺放下在臺(tái)面上的所有設(shè)備；非球面鏡支架8、補(bǔ)償器支架9和檢測(cè) 設(shè)備支架10三者都應(yīng)有六個(gè)自由度的調(diào)整功能；第一測(cè)桿12、第二 測(cè)桿13、第三測(cè)桿14、第四測(cè)桿15材料為石英玻璃，具有很小的溫 度膨脹系數(shù)，減少手溫等溫差影響；第一測(cè)桿12、第二測(cè)桿13、第 三測(cè)桿14、第四測(cè)桿15兩端制成球頭，使得四根測(cè)桿與離軸非球面 鏡5和零位補(bǔ)償器6點(diǎn)接觸于各個(gè)預(yù)定位置，提高操作重復(fù)性；技術(shù) 方案第四步和第五步利用水平尺調(diào)整零位補(bǔ)償器6的水平度以及離 軸非球面鏡5水平高度。
權(quán)利要求
1、四根測(cè)桿定位離軸非球面鏡與零位補(bǔ)償器相對(duì)位置的方法，是通過零位補(bǔ)償器和檢測(cè)設(shè)備用自準(zhǔn)直的辦法檢測(cè)離軸非球面鏡的面形；其特征在于第一步，搭建檢測(cè)裝置，包括離軸非球面鏡(5)，零位補(bǔ)償器(6)，檢測(cè)設(shè)備(7)，非球面鏡支架(8)，補(bǔ)償器支架(9)，檢測(cè)設(shè)備支架(10)，光學(xué)穩(wěn)定平臺(tái)(11)，第一測(cè)桿(12)，第二測(cè)桿(13)，第三測(cè)桿(14)，第四測(cè)桿(15)；在光學(xué)穩(wěn)定平臺(tái)(11)上，從左至右或從右至左依次排列安置非球面鏡支架(8)、補(bǔ)償器支架(9)、檢測(cè)設(shè)備支架(10)，并將離軸非球面鏡(5)、零位補(bǔ)償器(6)、檢測(cè)設(shè)備(7)分別安裝在非球面鏡支架(8)、補(bǔ)償器支架(9)、檢測(cè)設(shè)備支架(10)上；第二步，選取第一測(cè)桿(12)，第二測(cè)桿(13)，第三測(cè)桿(14)，第四測(cè)桿(15)在離軸非球面鏡(5)和零位補(bǔ)償器(6)上的預(yù)定位置設(shè)第一測(cè)桿(12)在離軸非球面鏡(5)、零位補(bǔ)償器(6)上的預(yù)定接觸點(diǎn)分別為a、a′，第二測(cè)桿(13)在離軸非球面鏡(5)、零位補(bǔ)償器(6)上的預(yù)定接觸點(diǎn)分別為b、b′，第三測(cè)桿(14)在離軸非球面鏡(5)、零位補(bǔ)償器(6)上的預(yù)定接觸點(diǎn)分別為c、c′，第四測(cè)桿(15)在離軸非球面鏡(5)、零位補(bǔ)償器(6)上的預(yù)定接觸點(diǎn)分別為d、d′；各預(yù)定接觸點(diǎn)選取位置為接觸點(diǎn)a、b位于離軸非球面鏡(5)的左右兩邊的中點(diǎn)位置，接觸點(diǎn)a′、b′位于零位補(bǔ)償器(6)的左右邊的中心點(diǎn)位置，接觸點(diǎn)a、b與a′、b′處于同一水平高度；接觸點(diǎn)c、d位于離軸非球面鏡(5)上下兩邊的中點(diǎn)位置，接觸點(diǎn)c′、d′位于零位補(bǔ)償器(6)的上下邊的中心點(diǎn)位置，接觸點(diǎn)c、d的連線與接觸點(diǎn)a、b的連線正交，接觸點(diǎn)c′、d′的連線與接觸點(diǎn)a′、b′的連線正交；第三步，根據(jù)離軸非球面鏡(5)的光學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算第一測(cè)桿(12)，第二測(cè)桿(13)，第三測(cè)桿(14)，第四測(cè)桿(15)的理論長(zhǎng)度，并按照理論長(zhǎng)度制作第一測(cè)桿(12)，第二測(cè)桿(13)，第三測(cè)桿(14)，第四測(cè)桿(15)，其中第三測(cè)桿(14)與第四測(cè)桿(15)等長(zhǎng)；第四步，調(diào)整補(bǔ)償器支架(9)使零位補(bǔ)償器(6)兩端水平；第五步，調(diào)整非球面鏡支架(8)，使離軸非球面鏡(5)幾何中心點(diǎn)與零位補(bǔ)償器(6)幾何中心點(diǎn)處于同一水平高度；第六步，保持步驟五成立的前提下，調(diào)整非球面鏡支架(8)，使第一測(cè)桿(12)、第二測(cè)桿(13)、第三測(cè)桿(14)、第四測(cè)桿(15)兩端分別與零位補(bǔ)償器(6)和離軸非球面鏡(5)接觸于預(yù)定位置；第七步，調(diào)整檢測(cè)設(shè)備支架(10)，使檢測(cè)設(shè)備(7)能夠輸出離軸非球面鏡(5)的面形信息數(shù)據(jù)。
全文摘要
四根測(cè)桿定位離軸非球面鏡與零位補(bǔ)償器相對(duì)位置的方法，屬于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中涉及的方法。要解決的技術(shù)問題提供一種四根測(cè)桿定位離軸非球面鏡與零位補(bǔ)償器相對(duì)位置的方法。解決的技術(shù)方案第一步，搭建檢測(cè)裝置，第二步，選取四根測(cè)桿在離軸非球面鏡和零位補(bǔ)償器上的預(yù)定位置，第三步，根據(jù)離軸非球面鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算并制作四根測(cè)桿，第四步，調(diào)整補(bǔ)償器支架使零位補(bǔ)償器水平，第五步，調(diào)整非球面鏡支架，使離軸非球面鏡與零位補(bǔ)償器處于同一高度，第六步，調(diào)整非球面鏡支架，使四根測(cè)桿兩端分別與零位補(bǔ)償器和離軸非球面鏡接觸于預(yù)定位置，第七步，調(diào)整檢測(cè)設(shè)備支架，使檢測(cè)設(shè)備能夠輸出離軸非球面鏡的面形信息數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101408411SQ20081005143
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者宋淑梅, 斌 宣, 紅 張, 李俊峰, 朋 王, 陳曉蘋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所