檢測測繪儀器用平行光管的安裝與調(diào)校問題研究

西安航光儀器廠 陜西 西安 710119

1 引言

平行光管屬于光學(xué)儀器的一種,主要起到對光學(xué)儀器的裝校正調(diào)整等作用,其主要通過射出平行光束的方式對非常遠(yuǎn)對象的光學(xué)鏡管進(jìn)行模擬。由于光學(xué)儀器的裝校調(diào)整對穩(wěn)定性、口徑對稱性以及所射出光束的平行性等有著嚴(yán)格的規(guī)定,為此,也對平行光管的安裝與調(diào)校明確了非常高的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定。為了滿足上述要求,就需要基于平行光管的安裝調(diào)校等技術(shù)原理來合理選擇安裝調(diào)校方法,保證滿足相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求。

2 平行光管簡介

正如前文所述,平行光管是一種可以射出無限遠(yuǎn)平行光束的光學(xué)鏡管,在光學(xué)儀器的裝校調(diào)整中應(yīng)用較為廣泛,可以準(zhǔn)確測定透鏡組的焦距、鑒別率以及其他成像質(zhì)量等,同時(shí)也可以與調(diào)整式反光鏡搭配使用對運(yùn)動(dòng)工件的直線性開展測試工作。平行光管主要有物鏡組、十字旋手、底座、鏡管、分劃板調(diào)節(jié)螺釘、照明燈座、變壓器和插頭等組成部分。以φ750mm平行光管為例,其主要組成有直徑為750mm的拋物面主鏡、折轉(zhuǎn)光路的馬蹄形轉(zhuǎn)向鏡、焦面微調(diào)機(jī)構(gòu)等。其中的主鏡使用的是微晶材料,而且通過將吊帶式結(jié)構(gòu)安裝在主鏡室內(nèi)的機(jī)械微調(diào)支撐結(jié)構(gòu)中可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作。而且由于上述兩種結(jié)構(gòu)的下安裝面之間不存在間隙,因此還可以在平面上進(jìn)行調(diào)節(jié)。在其中的焦面連接組件中還可以與不同的分劃板、高斯目鏡以及攝像鏡頭等檢測結(jié)構(gòu)相互接觸。在使用此種平行光管開展檢測過程中,將分劃目標(biāo)放置在平行光管拋物面主鏡的頂點(diǎn)位置,此部位是主鏡拋物函數(shù)曲線的焦點(diǎn),在此主鏡上獲得平行光束,能夠保證出射光束的子午和弧失方向不同子孔井徑內(nèi)的光束平行。而且此拋物面主鏡的制作精度也影響著出射平面波的波相差,通過馬蹄形折轉(zhuǎn)鏡的應(yīng)用對光束的方向進(jìn)行調(diào)整。

3 平行光管的安裝調(diào)校原理分析

為了保證在光學(xué)系統(tǒng)檢測過程中應(yīng)用此類平行光管進(jìn)行檢測,需要確保使用此平行光管可以射出與空間中某一特定旋轉(zhuǎn)軸呈垂直狀態(tài)的光束,還要保證像面對完整性以及對稱性。基于以上情況,了解了像面位置和出射光束光軸空間位置,但是會(huì)由于主鏡六個(gè)維度的自由度位置不夠標(biāo)準(zhǔn)或者是馬蹄形折轉(zhuǎn)鏡與主鏡存在不協(xié)調(diào)的問題,就會(huì)導(dǎo)致光管像差問題。而上述由于光學(xué)加工而引起的高平誤差無法通過調(diào)整進(jìn)行有效避免,因此在避免上述原因引起的像差的同時(shí),還要分析球差、慧差以及像散等方面的原因。但是由于不同類型的像差的引發(fā)原因比較復(fù)雜,而且此種平行光管出射光束的方向和平行與否也受到焦平面位置和主鏡空間姿態(tài)的影響,這就需要調(diào)整不同因素來保證平行光管的像質(zhì)和出射光束滿足要求。

此外,如果沒有上述初級像差,此時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)成像則符合要求,也就是光線從不同的物點(diǎn)發(fā)出并在同一點(diǎn)匯集,而且會(huì)形成球面的波面,其中心就是符合要求的像點(diǎn)。但是在實(shí)際應(yīng)用中難免會(huì)出現(xiàn)初級像差而導(dǎo)致成像無法滿足要求,此時(shí)所形成的波面則不是符合要求的球面,也就是會(huì)形成不規(guī)則的曲面。在安裝和調(diào)校平行光管時(shí),則需要應(yīng)用波像差和Zernike系數(shù)相互的聯(lián)系對波像差和幾何像差之間的聯(lián)系進(jìn)行分析與判斷,經(jīng)過換算來得到相應(yīng)的Zernike系數(shù)與調(diào)整量。

4 Φ750mm平行光管安裝、調(diào)校

4.1 平行光管的安裝與調(diào)校方案 在此安裝與調(diào)校過程中關(guān)鍵有粗對準(zhǔn)和精密裝調(diào)步驟,對于前者來說,重點(diǎn)是對主鏡在吊帶中的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此過程中,工作人員需要按照光學(xué)加工時(shí)所提前留好的點(diǎn)作為依據(jù)對吊帶中主鏡的位置進(jìn)行調(diào)節(jié),保證其達(dá)到最佳的光學(xué)加工狀態(tài)。經(jīng)過上述步驟之后要使得此主鏡的幾何光軸高度與平行光管設(shè)計(jì)中心高度吻合,隨后將主鏡和支撐機(jī)構(gòu)安裝在主鏡室內(nèi),并且將馬蹄形折轉(zhuǎn)鏡和焦面機(jī)構(gòu)在機(jī)械鏡筒上固定,保證其符合機(jī)械設(shè)計(jì)的共稱位置要求。在上述安裝工作之后需要開展校驗(yàn)工作,也就是校驗(yàn)其中的平面反射鏡和馬蹄形折轉(zhuǎn)鏡,所用裝置為光學(xué)經(jīng)緯儀。在焦平面的單軸轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝準(zhǔn)直激光器,保證其出射光軸高度與平行光管的設(shè)計(jì)高度吻合,然后采取對轉(zhuǎn)臺(tái)高度的調(diào)節(jié)控制來達(dá)到校準(zhǔn)的目的,并且調(diào)整激光器和轉(zhuǎn)臺(tái)來保證其余平面反射鏡對準(zhǔn),最后再將激光器光束調(diào)整到經(jīng)過主鏡反射之后可以與光束點(diǎn)重合的位置。也就是通過對轉(zhuǎn)臺(tái)角度以及焦平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)變,保證激光光束在經(jīng)過焦平面和設(shè)計(jì)光軸的交點(diǎn)位置射入其中。在上述對準(zhǔn)工作完成之后就需要開展精密裝調(diào)工作,也就是使用像移式干涉儀來采集波面信息并獲取Zernike系數(shù),以此來確定與像差和失調(diào)時(shí)間的關(guān)系,隨后對主鏡進(jìn)行輕微改變,同時(shí)使用兩臺(tái)經(jīng)緯儀來測試主鏡和平面鏡的方位以及俯仰微調(diào)整量。

4.2 試驗(yàn)分析 基于上述安裝與調(diào)校方案,在對此平行光管進(jìn)行試驗(yàn),也就是在調(diào)整其成像質(zhì)量之后,采取經(jīng)緯儀來校準(zhǔn)平行光管的焦平面十字分劃線,如果在上述校準(zhǔn)過程中出現(xiàn)與平行光管光軸垂直方向上的平移誤差現(xiàn)象,則要開展校準(zhǔn)工作。在上述步驟中存在較大概率由于操作不當(dāng)而形成新的應(yīng)力,因此在操作中采取干涉儀時(shí)要鎖緊拋物面主鏡的六個(gè)維度的自由度,而且在裝調(diào)之后標(biāo)定其最佳焦平面位置。經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)之后,還可以檢測溫度和震動(dòng)情況差異下的像質(zhì)和穩(wěn)定性,避免在高溫下出現(xiàn)機(jī)械鏡筒內(nèi)的渦流問題,同時(shí)也保證在震動(dòng)環(huán)境下可以穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

正是由于在光學(xué)檢測測繪儀器中對平行光管的要求較高,為此,為了保證其安裝和調(diào)校質(zhì)量,需要基于其運(yùn)行原理來確定相應(yīng)的安裝與調(diào)校方案,在安裝與調(diào)校之后開展試驗(yàn)工作,保證經(jīng)過調(diào)校之后的質(zhì)量效果。