CN104154881B - 望远镜四通轴孔端面平行度误差检测方法 - Google Patents

Abstract

望远镜四通轴孔端面平行度误差的检测方法，应用于光电设备加工的光学检测技术领域，为了解决现有的三坐标仪检测方法需购置三坐标测量仪，存在成本高的问题，该方法包括以下步骤，望远镜四通放置稳定，沿轴孔方向摆放自准直平行光管，将反射镜组件紧贴四通轴孔第一侧端面，反射面朝向自准直平行光管；调整自准直平行光管，使反射的十字丝像返回自准直平行光管中；测出自准直平行光管与反射镜的垂直误差，转动反射镜组件，每隔30°测量一次，用最小二乘法拟合第一侧轴孔端面与平行光管的垂直误差θ；将反射镜组件移到第二侧轴孔端面，与前述方法相同，拟合第二侧轴孔端面与平行光管的垂直误差δ；θ与δ的差值为望远镜四通轴孔端面平行度误差。

Description

望远镜四通轴孔端面平行度误差检测方法

技术领域

本发明涉及一种对望远镜四通轴孔端面平行度误差检测方法，该方法应用于光电设备加工的光学检测技术领域。

背景技术

望远镜四通作为光学系统的载体，两侧连接水平轴头，水平轴头随轴承旋转实现望远镜俯仰角运动，两侧水平轴头的回转同轴度将影响俯仰角的回转精度，直接影响望远镜的指向精度，而望远镜四通两侧轴孔端面的平行度误差将影响与其连接的两个水平轴头的回转同轴度，原理示意图见附图1，当四通2两侧轴孔端面不平行夹角为ε，与其连接的左侧水平轴头1和右侧水平轴头3将产生回转不同轴度误差，给望远镜指向带来误差。

对于小口径望远镜四通轴孔端面平行度误差的检测，可采用三坐标测量仪检测，将四通放置于三坐标测量仪的工作台上，三坐标测量仪的测头在四通一侧的轴孔端面上均布的测量几个点，拟合出平面，将测头移动到四通另一侧，在另一侧的轴孔端面上均布的测量几个点，拟合出另一个平面，两个平面的夹角即为四通轴孔端面的平行度误差。但是对于口径超过1m的大口径望远镜的四通，此方法则需要使用大型的三坐标测量仪，成本高，不适宜推广。

发明内容

本发明为了解决现有的三坐标仪检测方法需购置三坐标测量仪，成本高，对操作者的文化水平要求高的问题，提出了一种成本低廉、操作简单的光学检测方法，既可用于大口径望远镜四通轴孔端面平行度误差的检测，也可用于中小口径望远镜四通轴孔端面平行度误差的检测。

望远镜四通轴孔端面平行度误差的检测方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一，将望远镜四通放置稳定，沿轴孔方向摆放自准直平行光管，高度与望远镜四通轴孔中轴线等高，使反射镜组件的反射面朝向自准直平行光管，将反射镜组件紧贴望远镜四通轴孔第一侧端面，且位于望远镜四通轴孔中心；

步骤二，调整自准直平行光管的摆放角度，使经平面反射镜反射的平行光管十字丝像返回自准直平行光管中，并与十字丝重合，固定自准直平行光管；

步骤三，通过自准直平行光管测出此时自准直平行光管与平面反射镜的垂直误差，记录测量数据θ₀，将反射镜组件绕望远镜四通轴孔轴线顺时针旋转30°，紧贴望远镜四通轴孔端面，测量并记录此时自准直平行光管与平面反射镜的垂直误差θ₃₀，如此重复，共测量12点，分别记录数据θ₀，θ₃₀，θ₆₀，θ₉₀，θ₁₂₀，θ₁₅₀，θ₁₈₀，θ₂₁₀，θ₂₄₀，θ₂₇₀，θ₃₀₀，θ₃₃₀；

步骤四，按公式(a)计算对称点的平均值，并记录为θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆，

按公式(b)用最小二乘法拟合望远镜四通第一侧轴孔端面与自准直平行光管的垂直度误差θ；

步骤五，保持自准直平行光管位置不动，将反射镜组件移到望远镜四通第二侧轴孔端面，使平面反射镜的反射面朝向自准直平行光管，使反射镜组件紧贴望远镜四通第二侧轴孔端面；

步骤六，与步骤三中第一侧轴孔端面测量方法相同，共测量12点，分别记录数据δ₀，δ₃₀，δ₆₀，δ₉₀，δ₁₂₀，δ₁₅₀，δ₁₈₀，δ₂₁₀，δ₂₄₀，δ₂₇₀，δ₃₀₀，δ₃₃₀；

步骤七，按步骤四中公式(a)计算对称点的平均值，并记录为δ₁、δ₂、δ₃、δ₄、δ₅、δ₆，按公式(c)用最小二乘法拟合望远镜四通第二侧轴孔端面与自准直平行光管的垂直度误差δ；

综上，θ与δ的差值即为望远镜四通两侧轴孔端面的平行度误差ε。

本发明的有益效果是：利用0.2〞自准直平行光管的光轴作为测量基准，将平面反射镜置于四通一侧的轴孔端面，测出平面镜与自准直平行光管光轴的夹角，如图4所示；再将平面反射镜置于四通另一侧的轴孔端面，测出平面镜与自准直平行光管光轴的夹角，如图5所示，两次测得的夹角差值即为四通轴孔端面平行度误差；本发明方法需要的仪器设备少，成本低廉，操作简单，不受望远镜口径大小的限制，可广泛应用。

附图说明

图1为望远镜四通轴孔端面平行度误差对水平轴同轴度误差影响原理图。

图2为反射镜组件结构图。

图3为平行块结构图。

图4为第一侧轴孔端面测量原理图。

图5为第二侧轴孔端面测量原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明望远镜四通轴孔端面平行度误差的检测方法，需要的设备为0.2〞自准直平行光管5和自制的反射镜组件4，反射镜组件4的结构如图2所示，由平行块4-1、定位套4-2、压圈4-3、平面反射镜4-4和镜套固定螺钉4-5组成，其中平行块4-1是自制的钢件，其结构如图3所示，通过精磨使两面的平行度误差小于0.006mm，长度根据四通轴孔端面直径而定，平面反射镜4-4的口径稍大于平行块4-1中部孔的大小，与自准直平行光管5的口径相当，定位套4-2通过镜套固定螺钉4-5固连在平行块4-1上，平面反射镜4-4放入定位套4-2中，压圈4-3与定位套4-2螺纹连接，通过压圈4-3将平面反射镜4-4直接压靠在平行块4-1的精磨面上。

本发明望远镜四通轴孔端面平行度误差的检测方法包括以下步骤：

步骤一，将望远镜四通2放置稳定，沿轴孔方向摆放自准直平行光管5，高度与望远镜四通2轴孔中轴线等高，使反射镜组件4的反射面朝向自准直平行光管5，将反射镜组件4紧贴望远镜四通2轴孔第一侧端面，且位于望远镜四通2轴孔中心，如图4所示；

步骤二，调整自准直平行光管5的摆放角度，使经平面反射镜4-4反射的平行光管十字丝像返回自准直平行光管5中，并与十字丝重合，固定自准直平行光管5；

步骤三，通过自准直平行光管5测出此时自准直平行光管5与平面反射镜4-4的垂直误差，记录测量数据θ₀，将反射镜组件4绕望远镜四通2轴孔轴线顺时针旋转30°，紧贴四通2轴孔端面，测量并记录此时自准直平行光管5与平面反射镜4-4的垂直误差θ₃₀，如此重复，共测量12点，分别记录数据θ₀，θ₃₀，θ₆₀，θ₉₀，θ₁₂₀，θ₁₅₀，θ₁₈₀，θ₂₁₀，θ₂₄₀，θ₂₇₀，θ₃₀₀，θ₃₃₀；

步骤四，按公式(a)计算对称点的平均值，并记录为θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆，

按公式(b)用最小二乘法拟合望远镜四通2第一侧轴孔端面与自准直平行光管5的垂直度误差θ。

步骤五，保持自准直平行光管5位置不动，将反射镜组件4移到望远镜四通2第二侧轴孔端面，使平面反射镜4-4的反射面朝向自准直平行光管5，使反射镜组件4紧贴望远镜四通2第二侧轴孔端面，如图5所示；

步骤六，与步骤三中第一侧轴孔端面测量方法相同，共测量12点，分别记录数据δ₀，δ₃₀，δ₆₀，δ₉₀，δ₁₂₀，δ₁₅₀，δ₁₈₀，δ₂₁₀，δ₂₄₀，δ₂₇₀，δ₃₀₀，δ₃₃₀；

步骤七，按步骤四中公式(a)计算对称点的平均值，并记录为δ₁、δ₂、δ₃、δ₄、δ₅、δ₆，按公式(c)用最小二乘法拟合望远镜四通2第二侧轴孔端面与自准直平行光管5的垂直度误差δ。

综上，θ与δ的差值即为望远镜四通两侧轴孔端面的平行度误差ε。

Claims (1)

1.望远镜四通轴孔端面平行度误差检测方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一，将望远镜四通(2)放置稳定，沿轴孔方向摆放自准直平行光管(5)，高度与望远镜四通(2)轴孔中轴线等高，使反射镜组件(4)的反射面朝向自准直平行光管(5)，将反射镜组件(4)紧贴望远镜四通(2)轴孔第一侧端面，且位于望远镜四通(2)轴孔中心；

步骤二，调整自准直平行光管(5)的摆放角度，使经平面反射镜(4-4)反射的平行光管十字丝像返回自准直平行光管(5)中，并与十字丝重合，固定自准直平行光管(5)；

步骤三，通过自准直平行光管(5)测出此时自准直平行光管(5)与平面反射镜(4-4)的垂直误差，记录测量数据θ₀，将反射镜组件(4)绕望远镜四通(2)轴孔轴线顺时针旋转30°，紧贴望远镜四通(2)轴孔端面，测量并记录此时自准直平行光管(5)与平面反射镜(4-4)的垂直误差θ₃₀，如此重复，共测量12点，分别记录数据θ₀，θ₃₀，θ₆₀，θ₉₀，θ₁₂₀，θ₁₅₀，θ₁₈₀，θ₂₁₀，θ₂₄₀，θ₂₇₀，θ₃₀₀，θ₃₃₀；

步骤四，按公式(a)计算对称点的平均值，并记录为θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆，

${\mathrm{\θ}}_i=\frac{{\mathrm{\θ}}_{30(i-1)}+{\mathrm{\θ}}_{30(i-1)+180}}{2}---\left(a\right)$

按公式(b)用最小二乘法拟合望远镜四通(2)第一侧轴孔端面与自准直平行光管(5)的垂直度误差θ；

$\underset{i=1}{\overset{6}{\Σ}}{(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_i)}^2=min---\left(b\right)$

步骤五，保持自准直平行光管(5)位置不动，将反射镜组件(4)移到望远镜四通(2)第二侧轴孔端面，使平面反射镜(4-4)的反射面朝向自准直平行光管(5)，使反射镜组件(4)紧贴望远镜四通(2)第二侧轴孔端面；

步骤六，与步骤三中第一侧轴孔端面测量方法相同，共测量12点，分别记录数据δ₀，δ₃₀，δ₆₀，δ₉₀，δ₁₂₀，δ₁₅₀，δ₁₈₀，δ₂₁₀，δ₂₄₀，δ₂₇₀，δ₃₀₀，δ₃₃₀；

步骤七，按步骤四中公式(a)计算对称点的平均值，并记录为δ₁、δ₂、δ₃、δ₄、δ₅、δ₆，按公式(c)用最小二乘法拟合望远镜四通(2)第二侧轴孔端面与自准直平行光管(5)的垂直度误差δ；

$\underset{i=1}{\overset{6}{\Σ}}{(\mathrm{\δ}-{\mathrm{\δ}}_i)}^2=min---\left(c\right)$

综上，θ与δ的差值即为望远镜四通(2)两侧轴孔端面的平行度误差ε。