CN105108186A - 透镜基于定心加工的误差分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透镜基于定心加工的误差分离方法，搭建光学系统：通过光学系统寻找透镜的两个球面的球心自准直像，旋转车床回转轴并粗调姿态控制工装，使两个球心像晃动量较小；通过CCD相机配合PC机捕获计算两球心像的晃动量；将两球心像的晃动量带入公式计算出透镜的偏心量和倾斜量；精调姿态控制工装，直至使得透镜的偏心量和倾斜量都在设计指标范围以内；为了解决现有的透镜定心加工方法针对薄透镜不够准确的技术问题，本发明通过对光学元件的偏心量和倾斜量的分离计算，可以在线检验光学元件定心加工能否满足设计指标的要求，提高透镜的精度。

Description

透镜基于定心加工的误差分离方法

技术领域

本发明涉及一种透镜基于定心加工的误差分离方法。

背景技术

以往透镜定心加工后的误差表征方法仅仅是用其在定心车床高精度回转时内调焦望远镜中的球心像晃动量进行表征的。对于一般0.01mm-0.02mm同轴度的光学系统而言，这种误差表征方法已经足够准确了，可以快速准确的完成定心后的装调任务。但对于小于0.01mm同轴度的光学系统，这种方法已经不够准确，不能够定量指导后续的装调工作。

球面透镜可分为平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、正弯月透镜、负弯月透镜，任何一种透镜都可以进行光学定心加工。球面透镜有两个球面，如图1所示，一个面朝向内调焦望远镜即为A面41，另一个面内调焦望远镜即为B面42。朝向内调焦望远镜的球面球心像的位置不需要计算，其位置就是此A面球面的曲率半径R_a，而背向内调焦望远镜的球面球心像因光线的折射需要计算球心像的位置。

如图2所示，薄透镜在定心加工过程中并非绕其主面与光轴的交点为基准进行晃动，而是绕两球心像(a，b)晃动包络线的交点O进行晃动的，所以实际生产过程中透镜的倾斜量为θ，实际的偏心量为Δ都是以O点为基准进行分析与计算的。

发明内容

为了解决现有的透镜定心加工方法针对薄透镜不够准确的技术问题，本发明提供一种基于误差分离的透镜定轴方法。

本发明的技术解决方案：

一种基于误差分离的透镜定轴方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1】搭建光学系统：

光学系统包括车床回转轴、姿态控制工装、镜框、内调焦望远镜、CCD相机以及PC机所述姿态调整工装设置在车床回转轴上，镜框设置在姿态调整工装的一端，所述内调焦望远镜位于镜框的出射窗口的正前方，且内调焦望远镜的另一端通过CCD相机与PC机连接；镜框内固定有透镜；透镜的A面朝向内调教望远镜，透镜的B面朝向车床回转轴；

2】通过内调焦望远镜寻找透镜的两个球面的球心自准直像，旋转车床回转轴并粗调姿态控制工装，使两个球心像晃动量较小；

3】通过CCD相机配合PC机捕获计算两球心像的晃动量(Da，Db)；

4】将两球心像的晃动量(Da，Db)带入公式计算出透镜的偏心量和倾斜量；

倾斜量θ＝[Da/(2*Loa)]*206265＝[Db/(2*Lob)]*206265；

偏心量Δ＝θ*(Lob+Rb+d)

其中：Lab＝a球心距-b球心距-透镜中心厚度d；

a球心距＝A面的曲率半径R_a；

b球心距＝B面球心像的位置L，根据透镜的类型通过以下几种方式确定：

平凸透镜的B面球心像的位置L：

平凹透镜的B面球心像的位置L：

双凸透镜的B面球心像的位置L：

双凹透镜的B面球心像的位置L：

正弯月透镜的B面球心像的位置L：

负弯月透镜的B面球心像的位置L：

R_b为透镜B面的曲率半径，R_a为透镜A面的曲率半径，N为透镜材料折射率，d为透镜中心厚度；

Loa为球心a到两球心晃动包络线交点o的距离；

Lob为球心b到两球心晃动包络线交点o的距离；

Loa+Lob＝Lab

5】精调姿态控制工装，调整原则是：

优先调整偏心量和倾斜量中数值较大的，若偏心量和倾斜量数值相当，优先调整倾斜量；

调整方法是：通过调整姿态控制工装的上下、左右平移来控制偏心量；通过调整姿态控制工装的俯仰、方位来控制倾斜量；

6】重复步骤5】直至，使得透镜的偏心量和倾斜量都在设计指标范围以内；

7】此时透镜的光轴已经确定，即透镜光轴和车床回转轴中心重合。

本发明所具有的优点：

本发明通过对光学元件的偏心量和倾斜量的分离计算，可以在线检验光学元件定心加工能否满足设计指标的要求，也可以针对其敏感指标进行定量的微调指导，提高透镜的精度。

附图说明

图1为透镜结构示意图；

图2为透镜结构示意图；

图3为基于误差分离的透镜定轴系统；

图4为本发明的原理示意图；

其中附图标记为：1-车床回转轴，2-姿态控制工装，3-镜框，4-透镜，41-A面，42-B面，5-内调焦望远镜，6-CCD相机，7-PC机。

具体实施方式

如图1-3所示，薄透镜在定心加工过程中并非绕其主面与光轴的交点为基准进行晃动，而是绕两球心像晃动包络线的交点O进行晃动的，所以实际生产过程中透镜的倾斜量为θ，实际的偏心量为Δ都是以o点为基准进行分析与计算的。通过对光学元件的偏心量和倾斜量的计算，可以在线检验光学元件定心加工能否满足设计指标的要求，也可以针对其敏感指标进行定量的微调指导。

一种基于误差分离的透镜定轴方法，包括以下步骤：

1】搭建光学系统：

光学系统包括车床回转轴1、姿态控制工装2、镜框3、内调焦望远镜5、CCD相机6以及PC机7，姿态调整工装设置在车床回转轴上，所述镜框设置在姿态调整工装的一端，所述内调焦望远镜位于镜框的出射窗口的正前方，且内调焦望远镜的另一端通过CCD相机与PC机连接；镜框内固定有透镜4；透镜的A面41朝向内调教望远镜，透镜的B面42朝向车床回转轴；

2】通过内调焦望远镜寻找透镜的两个球面的球心自准直像，旋转车床回转轴并粗调姿态控制工装，使两个球心像晃动量较小；

3】通过CCD相机配合PC机捕获计算两球心像的晃动量(Da，Db)；

4】将两球心像的晃动量(Da，Db)带入公式计算出透镜的偏心量和倾斜量；

倾斜量θ＝[Da/(2*Loa)]*206265＝[Db/(2*Lob)]*206265；

偏心量Δ＝θ*(Lob+Rb+d)

其中：Lab＝a球心距-b球心距-透镜中心厚度d；

a球心距＝A面的曲率半径R_a；

b球心距＝B面球心像的位置L，根据透镜的类型通过以下几种方式确定：

平凸透镜的B面球心像的位置L：

平凹透镜的B面球心像的位置L：

双凸透镜的B面球心像的位置L：

双凹透镜的B面球心像的位置L：

正弯月透镜的B面球心像的位置L：

负弯月透镜的B面球心像的位置L：

R_b为透镜B面的曲率半径，R_a为透镜A面的曲率半径，N为透镜材料折射率，d为透镜中心厚度；

Loa为球心a到两球心晃动包络线交点o的距离；

Lob为球心b到两球心晃动包络线交点o的距离；

Loa+Lob＝Lab；如图4所示，

5】精调姿态控制工装，调整原则是：

优先调整偏心量和倾斜量中数值较大的，若偏心量和倾斜量数值相当，优先调整倾斜量；

调整方法是：通过调整姿态控制工装的上下、左右平移来控制偏心量；通过调整姿态控制工装的俯仰、方位来控制倾斜量；

6】重复步骤5】直至，使得透镜的偏心量和倾斜量都在设计指标范围以内；

7】此时透镜的光轴已经确定，即透镜光轴和车床回转轴中心重合。

使用的具体方法：

1.通过内调焦望远镜寻找胶合透镜的两个球面的球心自准直像，旋转车床主轴并粗调姿态控制工装，使两个球心像晃动量较小；

2.通过CCD相机配合电脑捕获计算两球心像的晃动量；

3.将两球心像的晃动量带入上述公式计算出透镜的偏心量和倾斜量；

4.精调姿态控制工装，调整原则是：优先调整偏心量和倾斜量中数值较大的，若偏心量和倾斜量数值相当，优先调整倾斜量。务必将其调整到设计指标范围以内；

5.精调姿态控制工装，调整方法是：通过调整姿态控制工装的上下、左右平移来控制偏心量；通过调整姿态控制工装的俯仰、方位来控制倾斜量；

6.按照上述方法反复调整，使得透镜的偏心量和倾斜量都在设计指标范围以内。此时透镜的光轴已经确定，即其光轴和车床主轴中心重合。车削结构件相关部位，保证其与透镜光轴的同心度与垂直度。

Claims (1)

1.一种透镜基于定心加工的误差分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

1】搭建光学系统：

光学系统包括车床回转轴、姿态控制工装、镜框、内调焦望远镜、CCD相机以及PC机所述姿态调整工装设置在车床回转轴上，所述镜框设置在姿态调整工装的一端，所述内调焦望远镜位于镜框的出射窗口的正前方，且内调焦望远镜的另一端通过CCD相机与PC机连接；镜框内固定有透镜；透镜的A面朝向内调教望远镜，透镜的B面朝向车床回转轴；

2】通过内调焦望远镜寻找透镜的两个球面的球心自准直像，旋转车床回转轴并粗调姿态控制工装，使两个球心像晃动量较小；

3】通过CCD相机配合PC机捕获计算两球心像的晃动量(Da，Db)；

4】将两球心像的晃动量(Da，Db)带入公式计算出透镜的偏心量和倾斜量；

倾斜量θ＝[Da/(2*Loa)]*206265＝[Db/(2*Lob)]*206265；

偏心量Δ＝θ*(Lob+Rb+d)

其中：Lab＝a球心距-b球心距-透镜中心厚度d；

a球心距＝A面的曲率半径R_a；

b球心距＝B面球心像的位置L，根据透镜的类型通过以下几种方式确定：

平凸透镜的B面球心像的位置L：

平凹透镜的B面球心像的位置L：

双凸透镜的B面球心像的位置L：

双凹透镜的B面球心像的位置L：

正弯月透镜的B面球心像的位置L：

负弯月透镜的B面球心像的位置L：

R_b为透镜B面的曲率半径，R_a为透镜A面的曲率半径，N为透镜材料折射率，d为透镜中心厚度；

Loa为球心a到两球心晃动包络线交点o的距离；

Lob为球心b到两球心晃动包络线交点o的距离；

Loa+Lob＝Lab

5】精调姿态控制工装，调整原则是：

优先调整偏心量和倾斜量中数值较大的，若偏心量和倾斜量数值相当，优先调整倾斜量；

调整方法是：通过调整姿态控制工装的上下、左右平移来控制偏心量；通过调整姿态控制工装的俯仰、方位来控制倾斜量；

6】重复步骤5】直至，使得透镜的偏心量和倾斜量都在设计指标范围以内；

7】此时透镜的光轴已经确定，即透镜光轴和车床回转轴中心重合。