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CN102193161A - 用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置 - Google Patents

用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置 Download PDF

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Abstract

用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置，涉及用于透镜组调整的定位固定装置，解决了现有光学装调方法偶然误差较大，装调出的光学产品的光轴一致性较差的问题，它包括支撑底座、水平丝杠电机、水平位置传感器、定位固定环和定位调节螺钉，一号水平位置传感器设置在一号水平丝杠电机上，一号水平丝杠电机连接在支撑底座的底部X轴方向，二号水平位置传感器设置在二号水平丝杠电机上，二号水平丝杠电机连接在支撑底座的底部Z轴方向，一号定位固定环和二号定位固定环固定在支撑底座沿Z轴方向的两端，定位调节螺钉的前端为弹簧，后端为固定螺钉，螺钉沿径向旋合在固定环上且前端穿透固定环。用于透镜组调整的精密定位。

Description

用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置
技术领域
本发明涉及一种用于透镜组调整的定位固定装置，属于光学装调技术领域。
背景技术
光学装配工艺技术对光学系统的性能产生直接影响。随着光学系统的光学参数和指标日益提高，共轴成像光学系统要达到接近衍射限的成像质量，在光学装调技术中，高精度光轴一致性装调技术已经成为必要的手段。
传统的光学装调方法是直接组装整个光学系统，然后定性检验该光学系统的成像质量，再根据像差特征和工程经验决定系统中相关组元的多维调整方向及其调整量，通过对这些调整量进行调整后再检验判断光学系统的成像质量。如此反复进行，直至光学系统的成像质量满足设计要求。该方法偶然误差较大，装调出的光学产品的光轴一致性较差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有光学装调方法偶然误差较大，装调出的光学产品的光轴一致性较差的问题，提供一种用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置。
用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置，它包括支撑底座1、一号水平丝杠电机2、二号水平丝杠电机3、一号水平位置传感器4、二号水平位置传感器5、一号定位固定环6、二号定位固定环7、一号定位调节螺钉6-3、二号定位调节螺钉6-4、三号定位调节螺钉7-3和四号定位调节螺钉7-4，一号水平位置传感器4设置在一号水平丝杠电机2上，一号水平丝杠电机2连接在支撑底座1的底部X轴方向，二号水平位置传感器5设置在二号水平丝杠电机3上，二号水平丝杠电机3连接在支撑底座1的底部Z轴方向，一号定位固定环6和二号定位固定环7固定在支撑底座1沿Z轴方向的两端，一号定位调节螺钉6-3、二号定位调节螺钉6-4、三号定位调节螺钉7-3和四号定位调节螺钉7-4的前端为弹簧，一号定位调节螺钉6-3、二号定位调节螺钉6-4、三号定位调节螺钉7-3和四号定位调节螺钉7-4的后端为固定螺钉，螺钉沿径向旋合在固定环上且前端穿透固定环，一号定位调节螺钉6-3位于一号定位固定环6的左端，二号定位调节螺钉6-4位于一号定位固定环6的底端，三号定位调节螺钉7-3位于二号定位固定环7的左端，四号定位调节螺钉7-4位于二号定位固定环7的底端。
本发明装置采用弹性装配的方案，能在不同条件下对透镜组进行重复定位，定位光轴一致性高；结构简单，能对透镜组的Z轴方向的平移、X轴方向的平移、Y轴方向的平移、X轴的倾斜和Y轴的倾斜这五个自由度进行精密调整；避免了偶然性误差，本发明的固定装置利用前置弹簧的螺钉进行方位调整和固定，使得制造成本低、实用性好、装调方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，权利要求书中的左、右位置以此图为准；图2为本发明实施例的透镜组的结构示意图，图3为本发明的侧视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式包括支撑底座1、一号水平丝杠电机2、二号水平丝杠电机3、一号水平位置传感器4、二号水平位置传感器5、一号定位固定环6、二号定位固定环7、一号定位调节螺钉6-3、二号定位调节螺钉6-4、三号定位调节螺钉7-3和四号定位调节螺钉7-4，一号水平位置传感器4设置在一号水平丝杠电机2上，一号水平丝杠电机2连接在支撑底座1的底部X轴方向，二号水平位置传感器5设置在二号水平丝杠电机3上，二号水平丝杠电机3连接在支撑底座1的底部Z轴方向，一号定位固定环6和二号定位固定环7固定在支撑底座1沿Z轴方向的两端，一号定位调节螺钉6-3、二号定位调节螺钉6-4、三号定位调节螺钉7-3和四号定位调节螺钉7-4的前端为弹簧，一号定位调节螺钉6-3、二号定位调节螺钉6-4、三号定位调节螺钉7-3和四号定位调节螺钉7-4的后端为固定螺钉，螺钉沿径向旋合在固定环上且前端穿透固定环，一号定位调节螺钉6-3位于一号定位固定环6的左端，二号定位调节螺钉6-4位于一号定位固定环6的底端，三号定位调节螺钉7-3位于二号定位固定环7的左端，四号定位调节螺钉7-4位于二号定位固定环7的底端。
支撑底座1为透镜组的装调提供支撑结构，固定在光学系统工作平台上。
X轴方向的一号水平位置传感器4和Z轴方向的二号水平位置传感器5均为光电开关传感器，用于测量支撑底座1和装调基准在XZ水平面上的位置。
通过Z轴方向的二号水平丝杠电机3可以精密调整透镜组沿光轴方向的平移；通过同时调整一号定位固定环6上的二号定位调节螺钉6-4和二号定位固定环7上的四号定位调节螺钉7-4，可以调整光学系统沿Y轴方向的平移；通过同时调节一号定位固定环6上的一号定位调节螺钉6-3和二号定位固定环7上的三号定位调节螺钉7-3，可以调整透镜组沿X轴方向的平移；通过单独调节一号定位固定环6上的二号定位调节螺钉6-4或二号定位固定环7上的四号定位调节螺钉7-4，可以调整透镜组沿Y轴方向的倾斜；通过单独调节一号定位固定环6上的一号定位调节螺钉6-3或二号定位固定环7上的三号定位调节螺钉7-3，可以调整透镜组沿X轴方向的倾斜；利用本发明的固定装置可以实现透镜组沿光轴方向的平移、X轴与Y轴方向的平移、X轴与Y轴方向的倾斜，五个自由度的精密调节定位。
具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式一的支撑底座1包括水平底座1-1、一号垂直支撑板1-2、二号垂直支撑板1-5和水平固定板1-3，一号垂直支撑板1-2和二号垂直支撑板1-5固定在水平底座1-1上表面沿Z轴方向的两端，水平固定板1-3的两端固定在一号垂直支撑板1-2和二号垂直支撑板1-5相对的侧表面的中间。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一不同的是它还包括一号弹性固定螺钉6-1、二号弹性固定螺钉6-2、三号弹性固定螺钉7-1、四号弹性固定螺钉7-2、一号卡位螺钉6-5和二号卡位螺钉7-5，一号弹性固定螺钉6-1、二号弹性固定螺钉6-2、三号弹性固定螺钉7-1、四号弹性固定螺钉7-2、一号卡位螺钉6-5和二号卡位螺钉7-5的前端为弹簧，一号弹性固定螺钉6-1、二号弹性固定螺钉6-2、三号弹性固定螺钉7-1、四号弹性固定螺钉7-2、一号卡位螺钉6-5和二号卡位螺钉7-5的后端为固定螺钉，螺钉沿径向旋合在固定环上且前端穿透固定环，一号弹性固定螺钉6-1位于一号定位固定环6的右端，二号弹性固定螺钉6-2位于一号定位固定环6的顶端，三号弹性固定螺钉7-1位于二号定位固定环7的右端，四号弹性固定螺钉7-2位于二号定位固定环7的顶端，一号卡位螺钉6-5位于一号定位固定环6的与水平方向呈45°角的右上端，二号卡位螺钉7-5位于二号定位固定环7的与水平方向呈45°角的右上端。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式与实施方式一不同的是它还包括一号编码器2-1和二号编码器3-1，一号编码器2-1置于一号水平丝杠电机2上的电机轴上，二号编码器3-1置于二号水平丝杠电机3上的电机轴上。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
沿X轴方向设置的一号水平丝杠电机2上的电机轴上的一号编码器2-1，其值确定了支撑底座沿X轴方向的位移量；沿Z轴方向设置的二号水平丝杠电机3上的电机轴上设置的二号编码器3-1，其值确定了与其连接的支撑底座沿Z轴方向的位移量。
具体实施方式五：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的一号定位固定环6和二号定位固定环7在XY平面上的投影同心。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
具体实施例：
在本实施例中，由图2给出光学设计得到的光学系统光路结构，该光学结构确定了各光学元件的具体尺寸及相对位置。为简化系统的机械结构和便于光学系统的装调，采用分块独立装配的方案。将该光学系统分成卡塞格林和转向光学系统两个部分，分别进行机械结构设计，并独立进行装配。两个系统独立装配完成后，以光轴为基准进行一致性装调。
本实施例以装调好的前端卡塞格林光学系统9为基准，利用发明的装置及定位方法对后端的转向光学系统——透镜组8进行光轴一致性装调。
装调的具体步骤如下：
步骤1、根据设计的光学系统和机械系统结构，确定装调的基准，并用一号水平位置传感器和二号水平位置传感器定位基准点(x1，z1)；
步骤2、通过一号水平丝杠电机和二号水平丝杠电机调节定位固定装置在XZ水平面上的位置，当一号水平位置传感器探测到基准面沿X轴为x1，二号水平位置传感器探测到另一基准面沿Z轴为z1时，完成装置位置的粗调；
步骤3、将欲调试的透镜组置入一号定位固定环和二号定位固定环内，通过螺钉粗略定位透镜组的位置；
步骤4、利用系统的星点成像或分辨率图案成像对装调的光学系统进行检测，并通过调节Z轴方向的二号水平丝杠电机、一号定位调节螺钉、二号定位调节螺钉、三号定位调节螺钉和四号定位调节螺钉，精密调整透镜组在XYZ空间的方位；
步骤5、重复步骤4，直至透镜组成像质量最好，此时用一号卡位螺钉和二号卡位螺钉将透镜组固定在装置上，完成装调。

Claims (5)

1.用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置，其特征是它包括支撑底座(1)、一号水平丝杠电机(2)、二号水平丝杠电机(3)、一号水平位置传感器(4)、二号水平位置传感器(5)、一号定位固定环(6)、二号定位固定环(7)、一号定位调节螺钉(6-3)、二号定位调节螺钉(6-4)、三号定位调节螺钉(7-3)和四号定位调节螺钉(7-4)，一号水平位置传感器(4)设置在一号水平丝杠电机(2)上，一号水平丝杠电机(2)连接在支撑底座(1)的底部X轴方向，二号水平位置传感器(5)设置在二号水平丝杠电机(3)上，二号水平丝杠电机(3)连接在支撑底座(1)的底部Z轴方向，一号定位固定环(6)和二号定位固定环(7)固定在支撑底座(1)沿Z轴方向的两端，一号定位调节螺钉(6-3)、二号定位调节螺钉(6-4)、三号定位调节螺钉(7-3)和四号定位调节螺钉(7-4)的前端为弹簧，一号定位调节螺钉(6-3)、二号定位调节螺钉(6-4)、三号定位调节螺钉(7-3)和四号定位调节螺钉(7-4)的后端为固定螺钉，螺钉沿径向旋合在固定环上且前端穿透固定环，一号定位调节螺钉(6-3)位于一号定位固定环(6)的左端，二号定位调节螺钉(6-4)位于一号定位固定环(6)的底端，三号定位调节螺钉(7-3)位于二号定位固定环(7)的左端，四号定位调节螺钉(7-4)位于二号定位固定环(7)的底端。
2.根据权利要求1所述用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置，其特征在于支撑底座(1)包括水平底座(1-1)、一号垂直支撑板(1-2)、二号垂直支撑板(1-5)和水平固定板(1-3)，一号垂直支撑板(1-2)和二号垂直支撑板(1-5)固定在水平底座(1-1)上表面沿Z轴方向的两端，水平固定板(1-3)的两端固定在一号垂直支撑板(1-2)和二号垂直支撑板(1-5)相对的侧表面的中间。
3.根据权利要求1或2所述用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置，其特征在于它还包括一号弹性固定螺钉(6-1)、二号弹性固定螺钉(6-2)、三号弹性固定螺钉(7-1)、四号弹性固定螺钉(7-2)、一号卡位螺钉(6-5)和二号卡位螺钉(7-5)，一号弹性固定螺钉(6-1)、二号弹性固定螺钉(6-2)、三号弹性固定螺钉(7-1)、四号弹性固定螺钉(7-2)、一号卡位螺钉(6-5)和二号卡位螺钉(7-5)的前端为弹簧，一号弹性固定螺钉(6-1)、二号弹性固定螺钉(6-2)、三号弹性固定螺钉(7-1)、四号弹性固定螺钉(7-2)、一号卡位螺钉(6-5)和二号卡位螺钉(7-5)的后端为固定螺钉，螺钉沿径向旋合在固定环上且前端穿透固定环，一号弹性固定螺钉(6-1)位于一号定位固定环(6)的右端，二号弹性固定螺钉(6-2)位于一号定位固定环(6)的顶端，三号弹性固定螺钉(7-1)位于二号定位固定环(7)的右端，四号弹性固定螺钉(7-2)位于二号定位固定环(7)的顶端，一号卡位螺钉(6-5)位于一号定位固定环(6)的与水平方向呈45°角的右上端，二号卡位螺钉(7-5)位于二号定位固定环(7)的与水平方向呈45°角的右上端。
4.根据权利要求3所述用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置，其特征在于它还包括一号编码器(2-1)和二号编码器(3-1)，一号编码器(2-1)置于一号水平丝杠电机(2)上的电机轴上，二号编码器(3-1)置于二号水平丝杠电机(3)上的电机轴上。
5.根据权利要求3所述用于透镜组调整的五自由度精密定位固定装置，其特征在于一号定位固定环(6)和二号定位固定环(7)在XY平面上的投影同心。
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