一种高精度装配光轴与导轨移动轴匹配的装置及方法与流程

本发明涉及一种高精度装配光轴与导轨移动轴匹配的装置及方法，适用于任何带有导轨的调焦系统，也适用于红外系统以及太赫兹系统中各光学元件的装配领域

背景技术：

在航天事业快速发展的新时代，调焦机构成为了不可或缺的在轨调节手段，随着发射卫星的数量不断的增多。在国家不断提出新的航天思路，民用航天也成了新的主力军为航天事业不断添砖加瓦。伴随着航天事业的腾飞，再轨条件也增加了新的指标，增加轨道适应性(实时调焦功能)。而且航空在空中飞行时，伴随着温度的不确定性，系统出现不同焦点的情况，此时系统也需要调焦系统来实时补偿系统出现的不同焦点情况。综上调焦已经成为航空、航天不可或缺的技术手段，但是调焦的精度与直线导轨与光轴配准有这决定性关系。随着红外及其太赫兹的普遍应用，并且对红外及其太赫兹整机设计指标的提升，整个系统的装配也随之越来越重要，系统的偏心及其同轴要求也变得非常重要，此专利方法可以提供的光轴调整提供切实可行性方案。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高精度装配光轴与导轨移动轴匹配的装置及方法，该发明装置的使用，可以满足高精度光轴与导轨的同轴性的辅助装校，同时也可以为红外系统及其太赫兹系统等光学元件提供装校方案等。该发明的特点主要体现在：1)结构简单，成本低廉；2)本发明调节方法简单，利用平面镜及其球面镜的相互作用、建立唯一光轴原理；3)本发明可辅助对红外光学系统的光轴建立与调整提供快速测量的功能。

本发明装置如附图1所示，包括可移动导轨1、光轴配准系统2、五维调节架3、电子内调焦系统4，所述的移动导轨1固定在光学平台上，光轴配准系统2粗安装到可移动导轨1上，将电子内调焦系统4安装到五维调节架3上，电子内调焦系统4的光轴与导轨移动轴光轴保持共轴。

所述的可移动导轨1的移动误差优于0.01mm。

所述的五维调节架3的调节精度优于30秒。

所述的电子内调焦系统4采用数字显示，测试精度为0.1秒，可以实时显示返回像。

该装置的工作过程如下：

可移动导轨1固定到光学平台上，先将光轴配准系统2粗安装到可移动导轨1上，将电子内调焦系统4安装到五维调节架3上，然后用五维调节架3调节电子内调焦系统4的位置，使电子内调焦系统4与光轴配准系统在同一水平线上。然后在可移动导轨1背部基准贴平面镜，调节用五维调节架3的俯仰与方位，使平面镜的光返回到电子内调焦系统4探测器中心处。然后调节可移动导轨1使平面镜的光再次返回到电子内调焦系统4内，调节五维调节架3的俯仰与方位，反复以上步骤直至最终使平面镜的光返回到电子内调焦系统4探测器中心处不同为止。将平面镜贴到光轴配准系统2中的透镜平面处，调节光轴配准系统2的俯仰与方位，使返回的像还重合于电子内调焦系统4探测器中心处，此时固定光轴配准系统。调节五维调节架3的高低，左右平移并调节电子内调焦系统4的焦距，先观测透镜的顶点像，然后观测透镜的焦点像，调节五维调节架3的高低，左右使顶点像与焦点像都重合在电子内调焦系统4探测器中心处。可移动导轨1移动到另一端，调节光轴配准系统2的高低，左右方向是直至顶点像与球心像在电子内调焦系统4探测器中心处不动为止。此时需要反射镜反复贴到光轴配准系统2的平面基准处，来确保俯仰与方位不变。

本发明一种高精度装配光轴与导轨移动轴匹配的装置及方法示意图如图1所示，其特征在于方法步骤如下：

1)、首先将可移动导轨1固定到光学平台上，再将光轴配准系统2粗安装到可移动导轨1上，将电子内调焦系统4安装到五维调节架3上，然后用五维调节架3调节电子内调焦系统4的位置，使电子内调焦系统4与光轴配准系统在同一水平线上。然后在可移动导轨1背部基准贴平面镜，调节用五维调节架3的俯仰与方位，使平面镜的光返回到电子内调焦系统4探测器中心处。

2)、调节可移动导轨1到另一端，再在可移动导轨1背部基准贴平面镜，在电子内调焦系统4探测器观看回来的像，调节固定在五维调节架3上电子内调焦系统4俯仰及方位，反复调节次过程，直到返回来的像在电子内调焦系统4探测器中心十字不动为止。

3)将平面镜贴到光轴配准系统2中的透镜平面处，调节光轴配准系统2的俯仰与方位，使返回的像还重合于电子内调焦系统4探测器中心处，此时固定光轴配准系统2。调节五维调节架3的高低，左右平移并调节电子内调焦系统4的焦距，先观测光轴配准系统2中的透镜的顶点像，然后观测透镜的焦点像，调节五维调节架3的高低，左右使顶点像与焦点像都重合在电子内调焦系统4探测器中心处。可移动导轨1移动到另一端时，调节电子内调焦系统4的焦距，观测光轴配准系统2中的透镜的顶点像是否在电子内调焦系统4的探测器中心处，如果中心处重合，说明光轴与可移动导轨1的导轨移动轴重合。如果不重合，说明光轴与轨道存在小角度α，调节光轴配准系统2的俯仰与方位，使导轨两端的球心像和顶点像都重合于电子内调焦系统4的探测器中心处，此时导轨轴与光轴重合。

本发明装置的发明特点主要体现在：

1)结构简单，成本低廉；

2)本发明调节方法简单，利用平面镜及其球面镜的相互作用、建立唯一光轴原理；

3)本发明可辅助对红外光学系统以及太赫兹光学系统的光轴建立与装校提供高精度测量的功能。

附图说明

图1为一种高精度装配光轴与导轨移动轴匹配的装置及方法光路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明方法的实施实例进行详细的描述。

本发明中所采用的主要器件描述如下：

1)可移动导轨1：采用自研高精度导轨，直线跳动量为0.005mm。

2)光轴配准系统2：采用定制平凹透镜：焦距为20mm，通光口径15-25mm；透射材料为k9或者红外基片；

3)五维调节架3：采用卓立汉光公司型号为asm-rg2的三维组合台和tsmv5-1a的升降台及其apsm25a-65cc的组合式精密手动平台，其主要性能参数：位置调节精度0.01mm；角度调节精度0.5角秒；

4)电子内调焦系统4：triangle公司型号为ta500-57电子内调焦系统，通光口径50mm，视场角度1300x950秒，分辨率0.02秒，重复精度±0.05秒，精度±0.4秒。

本发明一种高精度装配光轴与导轨移动轴匹配的装置及方法示意图如图1所示，本发明装置可以适用于任何带有导轨的调焦系统，也适用于红外系统以及太赫兹系统中的各光学元件的装配领域。该发明方法得具体实施步骤如下：

1)、首先将可移动导轨1固定到光学平台上，再将光轴配准系统2粗安装到可移动导轨1上，将电子内调焦系统4安装到五维调节架3上，然后用五维调节架3调节电子内调焦系统4的位置，使电子内调焦系统4与光轴配准系统在同一水平线上。然后在可移动导轨1背部基准贴平面镜，调节用五维调节架3的俯仰与方位，使平面镜的光返回到电子内调焦系统4探测器中心处。

2)、调节可移动导轨1到另一端，再在可移动导轨1背部基准贴平面镜，在电子内调焦系统4探测器观看回来的像，调节固定在五维调节架3上电子内调焦系统4俯仰及方位，反复调节次过程，直到返回来的像在电子内调焦系统4探测器中心十字不动为止。

3)将平面镜贴到光轴配准系统2中的透镜平面处，调节光轴配准系统2的俯仰与方位，使返回的像还重合于电子内调焦系统4探测器中心处，此时固定光轴配准系统2。调节五维调节架3的高低，左右平移并调节电子内调焦系统4的焦距，先观测光轴配准系统2中的透镜的顶点像，然后观测透镜的焦点像，调节五维调节架3的高低，左右使顶点像与焦点像都重合在电子内调焦系统4探测器中心处。可移动导轨1移动到另一端时，调节电子内调焦系统4的焦距，观测光轴配准系统2中的透镜的顶点像是否在电子内调焦系统4的探测器中心处，如果中心处重合，说明光轴与可移动导轨1的导轨移动轴重合。如果不重合，说明光轴与轨道存在小角度α，调节光轴配准系统2的俯仰与方位，使导轨两端的球心像和顶点像都重合于电子内调焦系统4的探测器中心处，此时导轨轴与光轴重合。