機(jī)械精度對(duì)中心偏測(cè)量精度的影響

金琦雨

摘 要：中心偏測(cè)量是高精度鏡頭必不可分的一環(huán)，是制作和檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備的重要手段。高精度鏡頭測(cè)量方式中中心偏測(cè)量屬于一項(xiàng)有重要地位的測(cè)量方式，不管是制作還是光學(xué)系統(tǒng)檢測(cè)，都有著非常重要的地位。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備在使用研發(fā)過程中，對(duì)于各項(xiàng)制作指標(biāo)的要求相對(duì)較高，在光學(xué)設(shè)備進(jìn)行制造的過程中，我們必須要保證其質(zhì)量達(dá)標(biāo)。在質(zhì)量影響方面，對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備影響較大就是中心偏測(cè)量精度。而在進(jìn)行中心偏測(cè)量精度的設(shè)計(jì)中，對(duì)于其影響較深的因素就是機(jī)械精度。機(jī)械精度對(duì)于中心偏測(cè)量的影響非常顯著，所以有效的分析機(jī)械精度對(duì)中心偏粗糧精度的提高具有重要的影響。

關(guān)鍵詞：機(jī)械精度，中心偏測(cè)量，影響

在進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備的制造過程中，要想提高整個(gè)系統(tǒng)的精度就必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中機(jī)械精度以及中心偏測(cè)量精度進(jìn)行有效的測(cè)量，檢測(cè)。在我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，通過合理有效的制造方式強(qiáng)化在制造過程中產(chǎn)品的質(zhì)量已經(jīng)成為了光學(xué)設(shè)備發(fā)展必須要行走的道路。在進(jìn)行制作的過程中，通過準(zhǔn)確的中心偏測(cè)量將提高光學(xué)設(shè)備的質(zhì)量、其技術(shù)的有效使用是制作以及提高光學(xué)設(shè)備研發(fā)的重要手段。并且光學(xué)設(shè)備的制造的是否合格，還需要通過對(duì)其各種精度進(jìn)行有效的測(cè)量。為了提高我國光學(xué)設(shè)備的使用研發(fā)質(zhì)量，我將探討機(jī)械精度對(duì)中心偏測(cè)量精度的影響，并對(duì)此進(jìn)行分析。

1.概念及工作原理

中心偏是一個(gè)光學(xué)概念，指透鏡光軸與幾何軸之間的不重合度，這在現(xiàn)實(shí)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備的制作上是很難避免的，而一般的光學(xué)成像系統(tǒng)又由多個(gè)透鏡組成，各個(gè)透鏡的光軸與幾何光軸之間的微小偏差就必然會(huì)導(dǎo)致像散、慧差等像差現(xiàn)象的出現(xiàn)。但是許多用于科學(xué)研究和探測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)，諸如衛(wèi)星攝影測(cè)量器、投影光刻物鏡等便會(huì)對(duì)精度有很高的要求，這就需要高難度、高水平和高穩(wěn)定性的制造工藝技術(shù)作為物質(zhì)保障。于是中心偏測(cè)量儀應(yīng)運(yùn)而生，也要求中心偏測(cè)量儀的測(cè)量結(jié)果足夠精確才能夠確保光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備能夠滿足使用需求。此項(xiàng)測(cè)量方式就是將被測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)放在儀器的基準(zhǔn)軸的可控渠道上，并且使得被測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)光軸和儀器基準(zhǔn)軸軸線做合并，之后把儀器的十字絲象投影在被測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)待測(cè)面的球心之上。通過此項(xiàng)球面從準(zhǔn)直反射至儀器的分劃板象面之上。

2影響測(cè)量精度的各項(xiàng)關(guān)鍵因素

2.1 軸晃動(dòng)

旋轉(zhuǎn)軸線的誤差精密器械之中，一般軸系在旋轉(zhuǎn)過程中回轉(zhuǎn)精度都不會(huì)低，反而相對(duì)較高，而且其中的精度通常使用軸系的軸線位置變動(dòng)數(shù)值做表示。如果一切外部環(huán)境適當(dāng)，軸身的旋轉(zhuǎn)中心線和套筒的中心線需要完全重合，但是因?yàn)檩S心的吻合程度之間存在較大的誤差，因此就會(huì)有軸線誤差情況的產(chǎn)生，但是旋轉(zhuǎn)軸實(shí)際情況下能夠?qū)⒒剞D(zhuǎn)軸線分成兩部分：一個(gè)是徑向間隙的誤差；另外一種是晃動(dòng)過程中產(chǎn)生的誤差。

2.2 測(cè)量光軸的傾斜與平移造成的影響

測(cè)量頭的光軸傾斜與平移會(huì)對(duì)測(cè)量儀設(shè)計(jì)過程中的各項(xiàng)要求有一定的影響，因此在設(shè)計(jì)過程中要求測(cè)量頭的光軸和轉(zhuǎn)臺(tái)的光軸合并，因?yàn)橹谱骱桶惭b等一系列的影響因素造成的影響，出現(xiàn)誤差是必然的。除此之外，導(dǎo)軌的直線度程度低，也會(huì)使得光軸發(fā)生傾斜和位移等。可是在測(cè)量儀的設(shè)計(jì)過程中，使用的方式是選擇圓直徑對(duì)偏移量做計(jì)算，不論是中心偏移量大小如何，在輸入旋轉(zhuǎn)光信號(hào)的過程中，運(yùn)行軌跡必然會(huì)形成一個(gè)圓，那么只需要計(jì)算出原形的半徑，測(cè)量出光學(xué)中心的偏移量就非常容易了。所以，測(cè)量頭光軸的位移以及傾斜程度和造成彎曲情況對(duì)于測(cè)量結(jié)果而言影響并不顯著。

2.3 瞄準(zhǔn)讀準(zhǔn)精度

瞄準(zhǔn)讀準(zhǔn)精度針對(duì)瞄準(zhǔn)讀數(shù)而言，能夠透過以下幾種方式將精度提升：（1）放大倍數(shù)。倍數(shù)被放的越大，那么其中產(chǎn)生的圖像也就越大，越加能夠精確的判定出圖像的位置。（2）CCD攝像頭參數(shù)。通常情況下，CCD像越小，那么在單位面積上的接收信號(hào)就會(huì)越多，相對(duì)的測(cè)量的精確度就更高，除此之外，CCD象元的均衡性通常不大，在計(jì)算過程中能夠忽略不計(jì)。（3）透鏡成像質(zhì)量光學(xué)透鏡的成像質(zhì)量越高，那么投射出的影像質(zhì)量就越高，同理當(dāng)中的讀數(shù)精度就越高，一般瞄準(zhǔn)讀數(shù)的誤差大概只有幾秒。

2.4 安裝誤差

安裝誤差對(duì)于測(cè)量的數(shù)據(jù)影像，在測(cè)量過程中，因?yàn)榘惭b存在不確定性，或者調(diào)整的夾具調(diào)整欠缺，那么出現(xiàn)一些誤差的情況也是必然的。被測(cè)量物件的透鏡裝備一般是在鏡筒之中，在設(shè)計(jì)的過程中，一般基準(zhǔn)面是外面一面，此面的誤差允許范圍在0.03mm以內(nèi)，在使用裝備過程中的垂軸基準(zhǔn)面對(duì)于該面端面的跳動(dòng)允許范圍為0.015mm。

3.中心偏測(cè)量儀機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸線的誤差對(duì)中心偏測(cè)量精度的影響

在進(jìn)行光學(xué)設(shè)備的制造過程中，通過各種科學(xué)技術(shù)手段我們需要對(duì)光學(xué)設(shè)備的機(jī)械部位提供較高的旋轉(zhuǎn)精度，使整個(gè)機(jī)械在回旋過程中能夠在制定設(shè)計(jì)的機(jī)械軸系中軸線位置上進(jìn)行緩慢的移動(dòng)。在我們科學(xué)理念的設(shè)計(jì)下，機(jī)械設(shè)備在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)恰好和中軸線進(jìn)行吻合。軸的晃動(dòng)誤差：在進(jìn)行機(jī)械旋轉(zhuǎn)的的過程中，實(shí)際回轉(zhuǎn)的軸線在給定力的作用下會(huì)出現(xiàn)一定的偏移角度，造成擺動(dòng)過程中軸線純角度擺動(dòng)量與回轉(zhuǎn)軸線出現(xiàn)晃動(dòng)誤差。

4.機(jī)械放大倍率誤差對(duì)中心偏測(cè)量精度的影響

在使用內(nèi)調(diào)焦的光學(xué)設(shè)備時(shí)，我們需要對(duì)透鏡進(jìn)行有效的位移調(diào)整，使物象距達(dá)到合理的范圍，由于放大倍率對(duì)于中心偏度具有一定的影響，在進(jìn)行計(jì)算的過程中，誤差難免會(huì)出現(xiàn)，因此，只有通過固定透鏡、固定倍率的情況下使用設(shè)備，才能夠盡可能的減少誤差的出現(xiàn)。

5.機(jī)械測(cè)量頭光軸的傾斜和位移對(duì)中心偏測(cè)量精度的影響

但是實(shí)際的旋轉(zhuǎn)過程中由于機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸線存在徑向間隙誤差與軸晃動(dòng)誤差。徑向間隙誤差：在機(jī)械進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過程中，相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械會(huì)在圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸軸線角度擺動(dòng)，并在旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)軸心徑向位移，并與實(shí)際的旋轉(zhuǎn)偏移角出現(xiàn)累加重合。在進(jìn)行使用的過程中，按照我們科學(xué)的理論來說，光學(xué)儀器的旋轉(zhuǎn)光軸應(yīng)該與測(cè)量頭在某一位置達(dá)到完全的重合。但是由于在制造、安裝、設(shè)計(jì)的過程中，難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的誤差，就必然會(huì)使光軸與測(cè)量頭出現(xiàn)傾斜與位移，影響中心偏測(cè)量的準(zhǔn)確精度。所以通過將光信號(hào)軌道歸圓，利用計(jì)算直徑的偏心精度減少偏移量，減輕位于與傾斜對(duì)測(cè)量精度的影響。

結(jié)語：

文中簡單分析了造成光學(xué)運(yùn)行體系內(nèi)的中心偏測(cè)量儀的測(cè)量誤差，并且分析影響精度的主要原因。在光學(xué)體系之中，中心偏理論將光學(xué)理論的同軸性破除，不但對(duì)成像質(zhì)量造成影響，而且在某些程度上會(huì)對(duì)透鏡的參數(shù)測(cè)量造成嚴(yán)重影響。所以開展中心偏測(cè)量的研究是非常有必要的，這對(duì)于透鏡的加工以及光學(xué)系統(tǒng)的核準(zhǔn)而言都是有積極性影響的，在未來的發(fā)展過程中應(yīng)該不斷的灌輸先進(jìn)科學(xué)技術(shù)減少機(jī)械精度對(duì)中心偏測(cè)量精度的影響。

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