检测测绘仪器用平行光管的安装与调校问题研究

2021-01-28

探索科学(学术版) 2020年6期

西安航光仪器厂陕西西安 710119

1 引言

平行光管属于光学仪器的一种,主要起到对光学仪器的装校正调整等作用,其主要通过射出平行光束的方式对非常远对象的光学镜管进行模拟。由于光学仪器的装校调整对稳定性、口径对称性以及所射出光束的平行性等有着严格的规定,为此,也对平行光管的安装与调校明确了非常高的标准与规定。为了满足上述要求,就需要基于平行光管的安装调校等技术原理来合理选择安装调校方法,保证满足相应的技术指标要求。

2 平行光管简介

正如前文所述,平行光管是一种可以射出无限远平行光束的光学镜管,在光学仪器的装校调整中应用较为广泛,可以准确测定透镜组的焦距、鉴别率以及其他成像质量等,同时也可以与调整式反光镜搭配使用对运动工件的直线性开展测试工作。平行光管主要有物镜组、十字旋手、底座、镜管、分划板调节螺钉、照明灯座、变压器和插头等组成部分。以φ750mm平行光管为例,其主要组成有直径为750mm的抛物面主镜、折转光路的马蹄形转向镜、焦面微调机构等。其中的主镜使用的是微晶材料,而且通过将吊带式结构安装在主镜室内的机械微调支撑结构中可以实现相应的调节动作。而且由于上述两种结构的下安装面之间不存在间隙,因此还可以在平面上进行调节。在其中的焦面连接组件中还可以与不同的分划板、高斯目镜以及摄像镜头等检测结构相互接触。在使用此种平行光管开展检测过程中,将分划目标放置在平行光管抛物面主镜的顶点位置,此部位是主镜抛物函数曲线的焦点,在此主镜上获得平行光束,能够保证出射光束的子午和弧失方向不同子孔井径内的光束平行。而且此抛物面主镜的制作精度也影响着出射平面波的波相差,通过马蹄形折转镜的应用对光束的方向进行调整。

3 平行光管的安装调校原理分析

为了保证在光学系统检测过程中应用此类平行光管进行检测,需要确保使用此平行光管可以射出与空间中某一特定旋转轴呈垂直状态的光束,还要保证像面对完整性以及对称性。基于以上情况,了解了像面位置和出射光束光轴空间位置,但是会由于主镜六个维度的自由度位置不够标准或者是马蹄形折转镜与主镜存在不协调的问题,就会导致光管像差问题。而上述由于光学加工而引起的高平误差无法通过调整进行有效避免,因此在避免上述原因引起的像差的同时,还要分析球差、慧差以及像散等方面的原因。但是由于不同类型的像差的引发原因比较复杂,而且此种平行光管出射光束的方向和平行与否也受到焦平面位置和主镜空间姿态的影响,这就需要调整不同因素来保证平行光管的像质和出射光束满足要求。

此外,如果没有上述初级像差,此时的光学系统成像则符合要求,也就是光线从不同的物点发出并在同一点汇集,而且会形成球面的波面,其中心就是符合要求的像点。但是在实际应用中难免会出现初级像差而导致成像无法满足要求,此时所形成的波面则不是符合要求的球面,也就是会形成不规则的曲面。在安装和调校平行光管时,则需要应用波像差和Zernike系数相互的联系对波像差和几何像差之间的联系进行分析与判断,经过换算来得到相应的Zernike系数与调整量。

4 Φ750mm平行光管安装、调校

4.1 平行光管的安装与调校方案在此安装与调校过程中关键有粗对准和精密装调步骤,对于前者来说,重点是对主镜在吊带中的位置进行调节。在此过程中,工作人员需要按照光学加工时所提前留好的点作为依据对吊带中主镜的位置进行调节,保证其达到最佳的光学加工状态。经过上述步骤之后要使得此主镜的几何光轴高度与平行光管设计中心高度吻合,随后将主镜和支撑机构安装在主镜室内,并且将马蹄形折转镜和焦面机构在机械镜筒上固定,保证其符合机械设计的共称位置要求。在上述安装工作之后需要开展校验工作,也就是校验其中的平面反射镜和马蹄形折转镜,所用装置为光学经纬仪。在焦平面的单轴转台上安装准直激光器,保证其出射光轴高度与平行光管的设计高度吻合,然后采取对转台高度的调节控制来达到校准的目的,并且调整激光器和转台来保证其余平面反射镜对准,最后再将激光器光束调整到经过主镜反射之后可以与光束点重合的位置。也就是通过对转台角度以及焦平面机构进行转变,保证激光光束在经过焦平面和设计光轴的交点位置射入其中。在上述对准工作完成之后就需要开展精密装调工作,也就是使用像移式干涉仪来采集波面信息并获取Zernike系数,以此来确定与像差和失调时间的关系,随后对主镜进行轻微改变,同时使用两台经纬仪来测试主镜和平面镜的方位以及俯仰微调整量。

4.2 试验分析基于上述安装与调校方案,在对此平行光管进行试验,也就是在调整其成像质量之后,采取经纬仪来校准平行光管的焦平面十字分划线,如果在上述校准过程中出现与平行光管光轴垂直方向上的平移误差现象,则要开展校准工作。在上述步骤中存在较大概率由于操作不当而形成新的应力,因此在操作中采取干涉仪时要锁紧抛物面主镜的六个维度的自由度,而且在装调之后标定其最佳焦平面位置。经过上述实验之后,还可以检测温度和震动情况差异下的像质和稳定性,避免在高温下出现机械镜筒内的涡流问题,同时也保证在震动环境下可以稳定运行。