一种基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法与流程

本发明涉及光学检测系统技术领域，特别涉及一种基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法。

背景技术：

光学望远镜是科学家探测未知领域必不可少的工具，随着更远更清晰目标的探测需求，望远镜的口径也逐渐增大。传统的光学望远镜主镜室的装配步骤为：(1)利用专门定制的工装将主镜进行支撑垫粘接，如定制与主镜等大的铝板工装，在工装上留出支撑垫粘接位置，对支撑垫进行定位粘接；(2)通过机床加工出柔性支撑结构定位点；(3)通过专门的起吊工装将主镜放入镜室，同时保证支撑垫与支撑结构对准。但是随着口径的增大，传统的主镜室装配方法的缺点越发突出：(1)定制的工装尺寸大，对于加工的机床要求增大，支撑垫粘接位置定位精度难以保证；(2)定制的工装只对相同口径相同支撑方式主镜唯一可用，不具备通用性，造成成本的增加以及资源的浪费；(3)对于整个支撑装调过程来说，这种方法容错率低且出现问题不易排查，一旦机床加工出现错误，支撑垫的粘接位置以及支撑结构的位置则会出错，导致整个支撑系统的错误，由于主镜尺寸的增大，支撑垫及支撑结构的数量也随之增加，给错误的排查也增加了难度。

激光跟踪仪是一种测量精度高、测量范围大同时测量效率较高的测量工具，它利用与之配套的靶标球和靶标座采集空间特征点位置并测得各点的相对位置关系。被广泛应用于飞机制造装配、汽车制造业等具有大尺寸高精度要求的行业中，但是将激光跟踪仪应用于定位大口径望远镜主镜室装配尚未见类似报道。

技术实现要素：

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种利用激光跟踪仪应用于大口径望远镜主镜支撑垫及大口径望远镜主镜室支撑结构的安装位置，降低了成本避免了浪费且有效提高了定位精度的大口径望远镜主镜室装配方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法，所述大口径望远镜主镜室内设置有大口径望远镜主镜，所述大口径望远镜主镜室的背面连接有若干个主镜室支撑结构，所述大口径望远镜主镜的背面设置有若干个主镜支撑垫，相互的一个所述主镜支撑垫及一个所述主镜室支撑结构通过一柔性杆连接，其特征在于，包括下述步骤：

利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系；

根据所述大口径望远镜主镜二维坐标系对所述主镜支撑垫的位置进行定位；

利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜室二维坐标系；

根据所述大口径望远镜主镜室二维坐标系对所述主镜室支撑结构的位置进行定位；

将相对应的所述主镜支撑垫与所述主镜室支撑结构的连接进行对比，位置相差超过所述柔性杆可偏差范围的则对所述主镜室支撑结构进行调整。

在一些较佳的实施例中，在利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系的步骤中，包括下述步骤：

将若干个所述主镜支撑垫逐个编号，分别记为支撑垫a1,a2,…an；

以所述激光跟踪仪为参照，将所述大口径望远镜主镜的背面作为基准面p，利用靶标球检测所述基准面p的若干点p1，p2，…pn的坐标记为pi(xi，yi，zi)，以获取所述基准面p方程ax+by+cz+d＝0以及法向量n(a，b，c)，a，b，c不同时为0；

采集所述大口径望远镜主镜中心孔的孔径边缘若干点c1，c2，…cn各点坐标，记为ci(xi，yi，zi)，将ci投影到所述基准p上利用最小二乘法优化并得到圆心o1坐标(x0，y0，z0)；

选取所述基准面p上任意一点m1，以o1m1连线记为x轴，在所述基准面p上垂直于o1n1的连线记为y轴，建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系。

在一些较佳的实施例中，在利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜室二维坐标系的步骤中，包括下述步骤：

将若干个所述轴向支撑结构逐个编号，分别记为b1，b2，…bn；

以所述激光跟踪仪为参照，将所述大口径望远镜主镜室的背面作为基准面r，利用靶标球检测所述基准面r的若干点r1，r2，…rn的坐标记为ri(xi，yi，zi)，以获取所述基准面r方程ax+by+cz+d＝0以及法向量n(a，b，c)，a，b，c不同时为0；

采集所述大口径望远镜主镜室中心孔的孔径边缘若干点c1，c2，…cn各点坐标，记为ci(xi，yi，zi)，将ci投影到所述基准面r上并得到圆心o1坐标(x0，y0，z0)；

选取所述基准面r上任意一点m2，以o2m2连线记为x轴，在所述基准面r上垂直于o2n2的连线记为y轴，建立所述大口径望远镜主镜室的二维坐标系。

在一些较佳的实施例中，在将两个相对应的所述主镜支撑垫与所述主镜室支撑结构的连接进行对比，位置相差超过所述柔性杆可偏差范围的则对所述主镜室支撑结构进行调整的步骤中，包括下述步骤：

将对应的所述主镜支撑垫a1,a2,…an的位置坐标(ai,di,mi)与所述主镜室支撑结构b1，b2，…bn的位置坐标(bi,si,ti)进行位置求差即当位置相差超过所述柔性杆可偏差范围的，则对所述主镜室支撑结构进行调整。

本发明采用上述技术方案的优点是：

本发明提供的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法，利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系；根据所述大口径望远镜主镜二维坐标系对所述主镜支撑垫的位置进行定位；利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜室二维坐标系；根据所述大口径望远镜主镜室二维坐标系对所述主镜室支撑结构的位置进行定位；将相对应的所述主镜支撑垫与所述主镜室支撑结构的连接进行对比，位置相差超过所述柔性杆可偏差范围的则对所述主镜室支撑结构进行调整，本发明提供的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法，摒弃了传统方法中加工特定工装的步骤，利用激光跟踪仪定位大口径望远镜主镜支撑垫及大口径望远镜主镜室支撑结构的安装位置，降低了成本避免了浪费，且有效提高了定位精度。

此外，本发明提供的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法，激光跟踪仪在定位各位置的同时也可以反馈大口径望远镜主镜支撑垫的粘接及大口径望远镜主镜室支撑结构的位置，了解各实际位置与理想位置的偏差，便于后期排查。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的主镜支撑垫及主镜室支撑结构的结构示意图

图2为本发明实施例提供的所述大口径望远镜主镜的背面支撑垫分布图。

图3为本发明实施例提供的所述大口径望远镜主镜室的背面支撑结构分布图。

图4为本发明实施例提供的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明提供了一种基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法中涉及的主镜支撑垫及主镜室支撑结构的结构示意图，其中，所述大口径望远镜主镜室内设置有大口径望远镜主镜，所述大口径望远镜主镜室的背面连接有若干个主镜室支撑结构110，所述大口径望远镜主镜的背面设置有若干个主镜支撑垫120，相互的一个所述主镜支撑垫及一个所述主镜室支撑结构110通过一柔性杆130连接。

请参阅图2，为本发明一实施例提供的所述大口径望远镜主镜的背面支撑垫分布图，图2中主镜支撑垫120分布于所述大口径望远镜主镜的背面，可与所述大口径望远镜主镜粘贴。

请参阅图3，为本发明一实施例提供的所述大口径望远镜主镜室的背面支撑结构分布图，图2中主镜室支撑结构110分布于所述大口径望远镜主镜室的背面，所述主镜支撑垫120及所述主镜室支撑结构110通过一柔性杆连接。

以下详细说明本发明提供的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法的步骤流程图。

请参阅图4，为本发明实施例提供的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法的步骤流程图，包括下述步骤：

步骤s110：利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系；

在一些较佳的是实施例中，利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系，具体包括下述步骤：

步骤s111：将若干个所述主镜支撑垫逐个编号，分别记为支撑垫a1,a2,…an，请参阅图3。

步骤s112：以所述激光跟踪仪为参照，将所述大口径望远镜主镜的背面作为基准面p，利用靶标球检测所述基准面p的若干点p1，p2，…pn的坐标记为pi(xi，yi，zi)，以获取所述基准面p方程ax+by+cz+d＝0以及法向量n(a，b，c)，a，b，c不同时为0；

步骤s113：采集所述大口径望远镜主镜中心孔的孔径边缘若干点c1，c2，…cn各点坐标，记为ci(xi，yi，zi)，将ci投影到所述基准p上利用最小二乘法优化得到圆心o1坐标(x0，y0，z0)；

步骤s114：选取所述基准面p上任意一点m1，以o1m1连线记为x轴，在所述基准面p上垂直于o1n1的连线记为y轴，建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系。

可以理解，由于大口径望远镜主镜在基准面p上是对于圆心o1中心对称的，选取所述基准面p上任意一点m1，以o1m1连线记为x轴，在所述基准面p上垂直于o1n1的连线记为y轴，建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系。

步骤s120：根据所述大口径望远镜主镜二维坐标系对所述主镜支撑垫的位置进行定位；

可以理解，由于建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系，可根据所述主镜支撑垫在所述大口径望远镜主镜二维坐标系的位置进行定位，并根据定位结果对各个主镜支撑垫进行调整粘接。

步骤s130：利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜室二维坐标系；

在一些较佳的实施例中，在利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜室二维坐标系的步骤中，包括下述步骤：

步骤s131：将若干个所述轴向支撑结构逐个编号，分别记为b1，b2，…bn；

步骤s132：以所述激光跟踪仪为参照，将所述大口径望远镜主镜室的背面作为基准面r，利用靶标球检测所述基准面r的若干点r1，r2，…rn的坐标记为ri(xi，yi，zi)，以获取所述基准面r方程ax+by+cz+d＝0以及法向量n(a，b，c)，a，b，c不同时为0；

步骤s133：采集所述大口径望远镜主镜室中心孔的孔径边缘若干点c1，c2，…cn各点坐标，记为ci(xi，yi，zi)，将ci投影到所述基准面r上利用最小二乘法优化得到圆心o1坐标(x0，y0，z0)；

步骤s134：选取所述基准面r上任意一点m2，以o2m2连线记为x轴，在所述基准面r上垂直于o2n2的连线记为y轴，建立所述大口径望远镜主镜室的二维坐标系。

步骤s140：根据所述大口径望远镜主镜室二维坐标系对所述主镜室支撑结构的位置进行定位；

可以理解，由于建立所述大口径望远镜主镜室二维坐标系，可根据所述主镜室支撑结构在所述大口径望远镜主镜室二维坐标系的位置进行定位，并根据定位结果对各个主镜室支撑结构进行调整。

步骤s150：将相对应的所述主镜支撑垫与所述主镜室支撑结构的连接进行对比，位置相差超过所述柔性杆可偏差范围的则对所述主镜室支撑结构进行调整。

在一些较佳的实施例中，在将两个相对应的所述主镜支撑垫与所述主镜室支撑结构的连接进行对比，位置相差超过所述柔性杆可偏差范围的则对所述主镜室支撑结构进行调整的步骤中，包括下述步骤：

将对应的所述主镜支撑垫a1,a2,…an的位置坐标(ai,di,mi)与所述主镜室支撑结构b1，b2，…bn的位置坐标(bi,si,ti)进行位置求差即当位置相差超过所述柔性杆可偏差范围的，则对所述主镜室支撑结构进行调整。

本发明提供的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法，利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜二维坐标系；根据所述大口径望远镜主镜二维坐标系对所述主镜支撑垫的位置进行定位；利用激光跟踪仪建立所述大口径望远镜主镜室二维坐标系；根据所述大口径望远镜主镜室二维坐标系对所述主镜室支撑结构的位置进行定位；将相对应的所述主镜支撑垫与所述主镜室支撑结构的连接进行对比，位置相差超过所述柔性杆可偏差范围的则对所述主镜室支撑结构进行调整，本发明提供的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法，摒弃了传统方法中加工特定工装的步骤，利用激光跟踪仪定位大口径望远镜主镜支撑垫及大口径望远镜主镜室支撑结构的安装位置，降低了成本避免了浪费，且有效提高了定位精度。

此外，本发明提供的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法，激光跟踪仪在定位各位置的同时也可以反馈大口径望远镜主镜支撑垫的粘接及大口径望远镜主镜室支撑结构的位置，了解各实际位置与理想位置的偏差，便于后期排查。

当然本发明的基于激光跟踪仪的大口径望远镜主镜室装配方法还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。