[發明專利]軸孔的同軸度加工誤差的光學檢測裝置及光學檢測方法

有效

• 申請號: 202010052937.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111220097B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 曹玉巖;王建立;李洪文;王志臣;周超;王洪浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明公開一種軸孔的同軸度加工誤差的光學檢測裝置及光學檢測方法。光學檢測裝置包括主光學組件及兩個輔光學組件，主光學組件包括兩維調整平臺及全站儀；輔光學組件包括平板透鏡、第一、第二千分表及五維調整架，五維調整架包括調整架底座、回轉軸承、第一、第二及第三調整機構，回轉軸承與調整架底座轉動連接，用于帶動平板透鏡、第一、第二千分表轉動，第一調整機構用于調整調整架底座的位置和傾斜，第二、第三調整機構用于調整平板透鏡的傾斜及位置，平板透鏡具有輔十字絲，第一千分表用于量測軸端面與回轉軸承的軸線的垂直偏差，第二千分表用于量測軸孔面與回轉軸承的中心的偏差。光學檢測裝置及光學檢測方法具有較高的檢測精度。

技術領域

本發明涉及同軸度加工誤差檢測技術領域，特別涉及一種軸孔的同軸度加工誤差的光學檢測裝置及光學檢測方法。

背景技術

天文望遠鏡的研制是人類征服宇宙、探索宇宙奧秘的一個成功壯舉。隨著天文學對暗弱目標研究的需求，如宇宙深空恒星的形成與演變、星系分布與結構、太陽物理、時域天文學及星系物理和太陽系外行星物理等，推動了地基大型光學望遠鏡朝大口徑、高分辨力方向發展，其原因在于：宇宙中除了特定粒子(宇宙射線，中微子等)外，信息的唯一載體是地球上或者地球附近能接收到的電磁輻射，而望遠鏡的作用是探測并收集電磁輻射。為了收集更多的電磁輻射，以更高的靈敏度探測電磁輻射，需要盡可能提高望遠鏡系統的衍射極限角分辨力，角分辨力越高意味著望遠鏡系統可以探測到更加微弱的目標，而提高角分辨力的一種直接有效途徑就是增大望遠鏡的通光口徑。

經過了過去四個世紀的發展，望遠鏡的口徑已從最初的伽利略望遠鏡(400mm口徑)增大到目前正在研制中的TMT(30m口徑)和GMT(25m口徑)。隨著望遠鏡口徑的增大，與之對應的望遠鏡結構件尺度也隨之不斷增大。以國內正在研制的4m口徑地平式望遠鏡為例，作為光學系統載體的望遠鏡跟蹤機架的總體高度達到了12m量級，寬度達到7m量級。望遠鏡跟蹤機架的功能是通過精密控制俯仰軸和方位軸的回轉運動實現光學系統對任意天區的精確指向和對目標的穩定跟蹤測量。為了提高望遠鏡跟蹤測量精度，減小方位軸和俯仰軸的回轉誤差是一個關鍵。

與方位軸相比，減小俯仰軸回轉誤差的難度更大，從俯仰軸本身結構上考慮，其原因在于以下三個方面：

(1)為了保證望遠鏡通光口徑，俯仰軸跨度要大于主鏡的直徑，這會導致俯仰軸的關鍵結構件四通的跨度大，結構剛度下降，自身變形增大；

(2)四通作為俯仰軸的關鍵結構件，上下表面分別連接望遠鏡主鏡和次鏡，兩側分別連接俯仰軸的兩個軸端，兩軸端的同軸度誤差對俯仰軸回轉精度影響非常大，而對于四通這類跨度非常大的結構件來說，降低軸孔的同軸度加工誤差難度非常大；

(3)四通結構復雜而且跨度大，兩側軸端的同軸度誤差檢測困難，目前往往通過數控機床自身定位來實現加工誤差的控制，而數控機床自身屬于一個動坐標系，有多個可動環節，這會在檢測中因引入自身的誤差而影響檢測精度，而且數控機床自身的精度隨運動范圍增大而線性增長。

具體地，通過數控機床現場檢測地基大型光學望遠鏡中的大尺度回轉類結構件的同軸度加工誤差時，數控機床的加工精度受機床滑枕移動范圍影響較大，大尺度的被加工件如四通兩側軸端的加工，往往需要機床滑枕移動的范圍很大，這會造成機床自身加工精度下降，而且還會導致機床自身的現場檢測精度下降，兩種因素綜合在一起，將很難降低四通兩軸端的同軸度加工誤差。為了控制兩軸端同軸度加工誤差，往往采用精度非常高的數控加工設備，盡管在一定程度上能夠滿足使用要求。但隨著結構件尺度的不斷增大，加工設備的選擇將會受到很大的限制。

從四通結構自身特點上考慮，兩側軸端面的加工面積非常小，若單純加工一個端面，即使采用中等精度的數控機床，也能達到非常高加工精度。由于四通的跨度大，將兩個軸端面同軸誤差控制在一定精度范圍內的加工難度是非常大的。若能夠通過合理的檢測手段，準確檢測出四通兩側跨距較大的兩個軸端面的同軸度加工誤差，然后根據檢測數據進行補償加工，這樣即使采用中等精度的加工設備也能夠滿足加工誤差的要求，同等精度的加工設備可以加工更大尺度的結構件。