专利名称：一种定心工装的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种定心工装。
背景技术：
如图I所示为主镜、次镜放置位置，主镜与次镜的光轴需要在一条直线上，这样才能起到很好的成像效果，一般的做法是先找到主镜光轴基准，再调节次镜光轴与其统一，这里所说的主镜为非球面反射镜。传统的确定非球面反射镜光轴基准的方法是设计一种叫做“三顶三拉”的工装，首先将该工装连接在非球面反射镜上，而后找到非球面反射镜的光轴，通过顶、拉螺钉的方式调节十字丝分划板的空间位置姿态，直至十字丝和光轴重合。此方法缺点I、通过顶、拉螺钉的方式调整分划板空间姿态，工装局部会产生较大应力，分划板空间姿态会随应力缓慢释放而产生持续性变化，基准就会改变；2、此种工装在调整完毕后是不能够拆卸移动的，常常与其它元件发生干涉并会给反射镜面型检测结果带来干扰，非常不便。
发明内容为了解决现有的确定非球面反射镜光轴基准的方法导致基准改变、非球面反射镜面型改变的技术问题，本实用新型提供一种定心工装。本实用新型的技术解决方案一种定心工装，其特殊之处在于包括反射镜定心工装，所述反射镜定心工装包括母盘和主轴套筒，所述母盘一端固定在机械旋转轴上，所述母盘的另一端固定有主轴套筒，所述母盘和主轴套筒均与机械旋转轴同轴设置，所述主轴套筒与非球面反射镜的内孔相适配。还包括定心基准工装，所述定心基准工装包括分划板母盘、分划板套筒和十字丝分划板，所述分划板母盘的一端固定有分划板套筒，所述分划板母盘的另一端固定在姿态调整工装上，所述分划板套筒另一端设置有凸沿，所述分划板母盘和分划板套筒均与机械旋转轴同轴设置，所述十字丝分划板放置在分划板套筒内且垂直于分划板套筒轴线并靠近凸沿一端；所述十字丝分划板的外径与分划板套筒的内径相适配，所述十字丝分划板为中心刻有十字丝的平面反射镜。利用上述定心工装确定非球面反射镜基准的方法，其特殊之处在于包括以下步骤I通过定心加工确定非球面反射镜的光轴I. I搭建系统组装确定非球面反射镜光轴的系统，包括机械旋转轴、姿态调整工装、定心工装、发光源、第一内调焦定心仪、第二内调焦定心仪、CXD相机以及PC机，发光源设置在待确定非球面反射镜的已知焦点处，姿态调整工装设置在机械旋转轴上，并与机械旋转轴同轴，包括反射镜定心工装，所述反射镜定心工装包括母盘和主轴套筒，所述母盘一端固定在机械旋转轴上，所述母盘的另一端固定有主轴套筒，所述母盘和主轴套筒均与机械旋转轴同轴设置，所述主轴套筒与非球面反射镜的内孔相适配；第一内调焦定心仪设置在大于待确定非球 面反射镜半径的位置，第二内调焦定心仪位于发光源从非球面反射镜的已知焦点发光经非球面反射后的光路上，CXD相机接收第一内调焦定心仪和第二内调焦定心仪的像点，CXD相机的另一端与PC机连接；I. 2采用自准直法确定非球面反射镜的近似球心，通过第一内调焦定心仪接收近似球心的像得到近似球心像；I. 3让设置在待确定非球面反射镜的已知焦点处的发光源发光，经非球面镜汇聚于一点即为轴上焦点，通过第二内调焦定心仪接收轴上焦点的像得到轴上焦点像；I. 4将步骤I. 2、步骤I. 3找到的近似球心像和轴上焦点像通过CXD相机显示在PC机上；I. 5调整姿态调整工装，并观察PC机上的近似球心像和轴上焦点像，直至近似球心像和轴上焦点像的运动轨迹成小圆，此时机械旋转轴的位置与非球面反射镜的光轴重合，机械旋转轴即为非球面反射镜的光轴；2以确定好的光轴为基准，车削定心工装2. I车削主轴套筒的端面；2. 2车削主轴套筒内壁一周；2. 3绕主轴套筒车削母盘一周，得到定心加工后的定心工装；3定心加工定心基准工装3. I制作系统系统包括姿态调整工装、机械旋转轴、内调焦定心仪、定心基准工装，所述姿态调整工装设置在机械旋转轴一端，并与机械旋转轴同轴，所述定心基准工装包括分划板母盘、分划板套筒和十字丝分划板，所述分划板母盘的一端固定有分划板套筒，所述分划板母盘的另一端固定在姿态调整工装上，所述分划板套筒另一端设置有凸沿，所述分划板母盘和分划板套筒均与机械旋转轴同轴设置，所述十字丝分划板放置在分划板套筒内且垂直于分划板套筒轴线并靠近凸沿一端；所述十字丝分划板的外径与分划板套筒的内径相适配，所述十字丝分划板为中心刻有十字丝的平面反射镜；所述十字丝分划板放置在分划板套筒内；所述十字丝分划板为中心刻有十字丝的平面反射镜；3. 2将内调焦定心仪焦距调节到无穷远发出平行光，平行光线由平面反射镜反射回内调焦定心仪内，产生圆周运动的自准直像；3. 3调整姿态调整工装使得自准直像的圆周运动至最小，则调整完毕，此时刻有十字丝分划板与机械旋转轴严格垂直；[0038]3. 4将内调焦定心仪调焦到分划板十字丝上，调整姿态调整工装使得十字丝在内调焦定心仪内产生的实像的圆周运动最小，则调整完毕，此时十字丝分划板与机械轴严格同心；3. 5以步骤3. 3和以步骤3. 4调节最终机械旋转轴位置为基准，车削定心基准工装3. 5. I]车削分划板套筒外侧一周；3. 5. 2绕分划板套筒车削凸沿一周；3. 5. 3靠近五位调整机构一端切断分划板套筒，得到定心加工后的定心基准工装;4将步骤3得到定心加工后的定心基准工装安装在步骤2得到的定心工装中，分划板套筒安装在主轴套筒中并与主轴套筒相适配且配合间隙在O. Olmm以内，凸沿卡在
主轴套筒一端；5此时非球面反射镜光轴基准建立到分划板十字丝上。本实用新型所具有的优点I、本实用新型定心基准工装的的分划板十字丝代表了非球面反射镜的光轴且精度很高，十字丝与光轴的同心度可以到O. 006mm左右，十字丝与光轴的垂直度可以到O. 005mm 左右；2、本实用新型定心工装分拆卸方便，且复位精度高；3、本实用新型完全采用光学非接触式测量方式，寻找非球面反射镜的近似球心像和轴上焦点像，通过姿态调整工装改变反射镜姿态，控制两像点在内调焦定心仪内的跳动量，保证光轴与机械旋转轴的重合精度；4、十字丝基准不仅可以辅助检测主镜面型，且可作为主次镜系统装调的绝对光学基准。
图I为主次镜光学系统示意图；图2为本实用新型定心工装的结构示意图；图3为本实用新型定心工装与主镜(即为非球面反射镜)装配关系示意图；图4为定心工装与机械旋转轴的装配关系示意图；图5为确定非球面反射镜光轴的系统结构不意图；图6为车削定心工装流程示意图；图7为十字丝分划板的结构示意图；图8为定心基准工装的结构示意图；图9为定心加工定心基准工装结构示意图；图10为定心加工定心基准工装结构示意图；图11为车削定心基准工装的流程示意图；图12为加工后的定心基准工装结构示意图；图13为定心工装、主镜以及定心基准工装的装配关系示意图；图14为姿态调整工装的结构示意图；[0064]其中附图标记为I-主镜，2-次镜，3-光轴，4-非球面反射镜，5-定心工装，51-母盘，52-主轴套筒，6-机械旋转轴，7-姿态调整工装，8-平行光管，9-第一内调焦定心仪，10-第二内调焦定心仪，Il-PC机，12-十字丝分划板，13-分划板套筒，14-分划板母盘，15-内调焦定心仪，16-凸沿，0'-近似球心，F'-轴上焦点，24-过渡法兰盘，25-倾斜调整螺钉，26-平移调整螺钉，27-通孔，28-机械旋转轴连接螺钉，211-倾斜调整环，212-平移调整环。
具体实施方式
如如2、图3所示，一种定心工装，包括反射镜定心工装，反射镜定心工装包括母盘51和主轴套筒52，母盘一端固定在机械旋转轴上，母盘的另一端固定有主轴套筒，母盘和主轴套筒均与机械旋转轴同轴设置，主轴套筒与非球面反射镜的内孔相适配。还包括定心基准工装，定心基准工装包括分划板母盘、分划板套筒和十字丝分划板，分划板母盘的一端固定有分划板套筒，所述分划板母盘的另一端固定在姿态调整工装上，所述分划板套筒另一端设置有凸沿，所述分划板母盘和分划板套筒均与机械旋转轴同轴设置，十字丝分划板放置在分划板套筒内且垂直于分划板套筒轴线并靠近凸沿一端；十字丝分划板的外径与分划板套筒的内径相适配，十字丝分划板为中心刻有十字丝的平面反射镜。 利用上述定心工装确定非球面反射镜基准的方法，包括以下步骤I通过定心加工确定非球面反射镜的光轴I. I搭建系统组装确定非球面反射镜光轴的系统，包括机械旋转轴6、姿态调整工装7、定心工装5、发光源、第一内调焦定心仪9、第二内调焦定心仪10、CXD相机以及PC机11，发光源设置在待确定非球面反射镜的已知焦点处，姿态调整工装设置在机械旋转轴上，并与机械旋转轴同轴，包括反射镜定心工装，反射镜定心工装包括母盘51和主轴套筒52，母盘一端固定在机械旋转轴上，母盘的另一端固定有主轴套筒，母盘和主轴套筒均与机械旋转轴同轴设置，主轴套筒与非球面反射镜的内孔相适配；第一内调焦定心仪设置在大于待确定非球面反射镜半径的位置，第二内调焦定心仪位于发光源从非球面反射镜的已知焦点发光经非球面反射后的光路上，CXD相机接收第一内调焦定心仪和第二内调焦定心仪的像点，CXD相机的另一端与PC机连接；I. 2采用自准直法确定非球面反射镜的近似球心，通过第一内调焦定心仪接收近似球心的像得到近似球心像；I. 3让设置在待确定非球面反射镜的已知焦点处的发光源发光，经非球面镜汇聚于一点即为轴上焦点，通过第二内调焦定心仪接收轴上焦点的像得到轴上焦点像；I. 4将步骤2、步骤3找到的近似球心像和轴上焦点像通过CXD相机显示在PC机上；I. 5调整姿态调整工装，并观察PC机上的近似球心像和轴上焦点像，直至近似球心像和轴上焦点像的运动轨迹成小圆，此时机械旋转轴的位置与非球面反射镜的光轴重合，机械旋转轴即为非球面反射镜的光轴；2以确定好的光轴为基准，车削定心工装(保证定心工装内壁与非球面反射镜光轴的同心度和主轴套筒端面与光轴的垂直度；)2. I车削主轴套筒的端面；(端面与非球面反射镜内孔垂直)；2. 2车削主轴套筒内壁一周；2. 3绕主轴套筒车削母盘一周，得到定心加工后的定心工装；3定心加工定心基准工装(设计加工定心基准分划板，包含刻有十字丝的平板玻璃分划板及其套筒，将其通过定心加工保证十字丝中心与光轴重合且玻璃平面与光轴垂直) 3. I制作系统系统包括姿态调整工装、机械旋转轴、内调焦定心仪、定心基准工装，所述姿态调整工装设置在机械旋转轴一端，并与机械旋转轴同轴，定心基准工装包括分划板母盘、分划板套筒和十字丝分划板，分划板母盘的一端固定有分划板套筒，分划板母盘的另一端固定在姿态调整工装上，分划板套筒另一端设置有凸沿，分划板母盘和分划板套筒均与机械旋转轴同轴设置，十字丝分划板放置在分划板套筒内且垂直于分划板套筒轴线并靠近凸沿一端；十字丝分划板的外径与分划板套筒的内径相适配，十字丝分划板为中心刻有十字丝的平面反射镜；3. 2将内调焦定心仪焦距调节到无穷远发出平行光，平行光线由平面反射镜反射回内调焦定心仪内，产生圆周运动的自准直像；3. 3调整姿态调整工装使得自准直像的圆周运动越来越小，直至不动，则调整完毕，此时刻有十字丝分划板与机械旋转轴绝对垂直；3. 4以步骤3. 3调节最终机械旋转轴位置为基准，车削定心基准工装3. 4. I]车削分划板套筒外侧一周；3. 4. 2绕分划板套筒车削分划板凸沿一周；3. 4. 3靠近五位调整机构一端切割分划板套筒，得到经过定心加工的定心基准工装；4将步骤3得到的定心基准工装安装在步骤2得到的定心工装中，分划板套筒安装在主轴套筒中并与主轴套筒相适配且配合间隙在0.01mm以内，分划板母盘卡在主轴
套筒一端；5此时非球面反射镜光轴基准建立到分划板十字丝上。实施例一种确定非球面反射镜基准的方法，I设计加工与主镜内孔相配合的主轴套筒；如图2、图3所述2通过定心加工工艺确定主镜(本申请的主镜为非球面反射镜)的光轴；如图4、图5所示3以确定好的光轴为基准，车削主镜套筒的内壁与端面，保证套筒内壁与主镜光轴的同心度和套筒端面与光轴的垂直度；如图6所示4再设计加工定心基准分划板，包含刻有十字丝的平板玻璃分划板及其套筒，将其通过定心加工保证十字丝中心与光轴重合且玻璃平面与光轴垂直；如图7、图8所示，5将内调焦定心仪焦距调节到无穷远发出平行光，平行光线由平面反射镜反射回内调焦定心仪内，产生圆周运动的自准直像；如图9所示6调整姿态调整工装使得自准直像的圆周运动越来越小，直至不动，则调整完毕，此时刻有十字丝分划板与机械旋转轴绝对垂直；如图10所示7以调节最终机械旋转轴位置为基准，车削定心基准工装如图11的方式加工，首先车削分划板套筒外侧一周；然后绕分划板套筒车削凸沿一周；最后靠近五位调整机构一端切割分划板套筒，得到经过定心加工的定心基准工装；如图12所示； 8将定心加工完毕的工装与主镜对接后，此时主镜光轴基准已经建立到分划板十字丝上，后续对主镜进行面型检测或是与次镜穿轴装配，都将以此十字丝为基准进行；如图13所示。姿态调整工装结构参见图14，包括可固定非球面反射镜的过渡法兰盘、安装在过渡法兰盘后端面的倾斜调整环、安装在倾斜调整环后端面的平移调整环，过渡法兰盘和倾斜调整环之间设置有四个圆周均布的倾斜调整螺钉，倾斜调整环和平移调整环之间设置有四个圆周均布的平移调整螺钉，平移调整环和机械旋转轴连接；过渡法兰盘、倾斜调整环以及平移调整环的回转中心设置有通孔。通过微量调节倾斜调整螺钉和平移调整螺钉，就可以调整就可以调整非球面反射镜的光轴。
权利要求1.一种定心工装，其特征在于包括反射镜定心工装，所述反射镜定心工装包括母盘和主轴套筒，所述母盘一端固定在机械旋转轴上，所述母盘的另一端固定有主轴套筒，所述母盘和主轴套筒均与机械旋转轴同轴设置，所述主轴套筒与非球面反射镜的内孔相适配。
2.根据权利要求I所述的定心工装，其特征在于还包括定心基准工装， 所述定心基准工装包括分划板母盘、分划板套筒和十字丝分划板，所述分划板母盘的一端固定有分划板套筒，所述分划板母盘的另一端固定在姿态调整工装上，所述分划板套筒另一端设置有凸沿，所述分划板母盘和分划板套筒均与机械旋转轴同轴设置， 所述十字丝分划板放置在分划板套筒内且垂直于分划板套筒轴线并靠近凸沿一端；所述十字丝分划板的外径与分划板套筒的内径相适配，所述十字丝分划板为中心刻有十字丝的平面反射镜。
专利摘要一种定心工装，包括反射镜定心工装，反射镜定心工装包括母盘和主轴套筒，母盘一端固定在机械旋转轴上，母盘的另一端固定有主轴套筒，母盘和主轴套筒均与机械旋转轴同轴设置，主轴套筒与非球面反射镜的内孔相适配。本实用新型解决了现有的确定非球面反射镜光轴基准的方法导致基准改变、非球面反射镜面型改变的技术问题，本实用新型定心基准工装的的分划板十字丝代表了非球面反射镜的光轴且精度很高，十字丝与光轴的同心度可以到0.006mm左右，十字丝与光轴的垂直度可以到0.005mm左右。
文档编号G02B7/182GK202472092SQ20122011448
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者付兴, 李华, 段学霆, 段战军, 耿波 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所