檢測測繪儀器用平行光管的安裝與調校問題研究

西安航光儀器廠 陜西 西安 710119

1 引言

平行光管屬于光學儀器的一種,主要起到對光學儀器的裝校正調整等作用,其主要通過射出平行光束的方式對非常遠對象的光學鏡管進行模擬。由于光學儀器的裝校調整對穩定性、口徑對稱性以及所射出光束的平行性等有著嚴格的規定,為此,也對平行光管的安裝與調校明確了非常高的標準與規定。為了滿足上述要求,就需要基于平行光管的安裝調校等技術原理來合理選擇安裝調校方法,保證滿足相應的技術指標要求。

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平行光束的光學鏡管,在光學儀器的裝校調整中應用較為廣泛,可以準確測定透鏡組的焦距、鑒別率以及其他成像質量等,同時也可以與調整式反光鏡搭配使用對運動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、分劃板調節螺釘、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、折轉光路的馬蹄形轉向鏡、焦面微調機構等。其中的主鏡使用的是微晶材料,而且通過將吊帶式結構安裝在主鏡室內的機械微調支撐結構中可以實現相應的調節動作。而且由于上述兩種結構的下安裝面之間不存在間隙,因此還可以在平面上進行調節。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構相互接觸。在使用此種平行光管開展檢測過程中,將分劃目標放置在平行光管拋物面主鏡的頂點位置,此部位是主鏡拋物函數曲線的焦點,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,通過馬蹄形折轉鏡的應用對光束的方向進行調整。

3 平行光管的安裝調校原理分析

為了保證在光學系統檢測過程中應用此類平行光管進行檢測,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軸呈垂直狀態的光束,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,但是會由于主鏡六個維度的自由度位置不夠標準或者是馬蹄形折轉鏡與主鏡存在不協調的問題,就會導致光管像差問題。而上述由于光學加工而引起的高平誤差無法通過調整進行有效避免,因此在避免上述原因引起的像差的同時,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原因比較復雜,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的影響,這就需要調整不同因素來保證平行光管的像質和出射光束滿足要求。

此外,如果沒有上述初級像差,此時的光學系統成像則符合要求,也就是光線從不同的物點發出并在同一點匯集,而且會形成球面的波面,其中心就是符合要求的像點。但是在實際應用中難免會出現初級像差而導致成像無法滿足要求,此時所形成的波面則不是符合要求的球面,也就是會形成不規則的曲面。在安裝和調校平行光管時,則需要應用波像差和Zernike系數相互的聯系對波像差和幾何像差之間的聯系進行分析與判斷,經過換算來得到相應的Zernike系數與調整量。

4 Φ750mm平行光管安裝、調校

4.1 平行光管的安裝與調校方案 在此安裝與調校過程中關鍵有粗對準和精密裝調步驟,對于前者來說,重點是對主鏡在吊帶中的位置進行調節。在此過程中,工作人員需要按照光學加工時所提前留好的點作為依據對吊帶中主鏡的位置進行調節,保證其達到最佳的光學加工狀態。經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計中心高度吻合,隨后將主鏡和支撐機構安裝在主鏡室內,并且將馬蹄形折轉鏡和焦面機構在機械鏡筒上固定,保證其符合機械設計的共稱位置要求。在上述安裝工作之后需要開展校驗工作,也就是校驗其中的平面反射鏡和馬蹄形折轉鏡,所用裝置為光學經緯儀。在焦平面的單軸轉臺上安裝準直激光器,保證其出射光軸高度與平行光管的設計高度吻合,然后采取對轉臺高度的調節控制來達到校準的目的,并且調整激光器和轉臺來保證其余平面反射鏡對準,最后再將激光器光束調整到經過主鏡反射之后可以與光束點重合的位置。也就是通過對轉臺角度以及焦平面機構進行轉變,保證激光光束在經過焦平面和設計光軸的交點位置射入其中。在上述對準工作完成之后就需要開展精密裝調工作,也就是使用像移式干涉儀來采集波面信息并獲取Zernike系數,以此來確定與像差和失調時間的關系,隨后對主鏡進行輕微改變,同時使用兩臺經緯儀來測試主鏡和平面鏡的方位以及俯仰微調整量。

4.2 試驗分析 基于上述安裝與調校方案,在對此平行光管進行試驗,也就是在調整其成像質量之后,采取經緯儀來校準平行光管的焦平面十字分劃線,如果在上述校準過程中出現與平行光管光軸垂直方向上的平移誤差現象,則要開展校準工作。在上述步驟中存在較大概率由于操作不當而形成新的應力,因此在操作中采取干涉儀時要鎖緊拋物面主鏡的六個維度的自由度,而且在裝調之后標定其最佳焦平面位置。經過上述實驗之后,還可以檢測溫度和震動情況差異下的像質和穩定性,避免在高溫下出現機械鏡筒內的渦流問題,同時也保證在震動環境下可以穩定運行。

5 結語

正是由于在光學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校質量,需要基于其運行原理來確定相應的安裝與調校方案,在安裝與調校之后開展試驗工作,保證經過調校之后的質量效果。