[發明專利]數字化光軸的高精度復現裝置

在審

• 申請號: 202011486355.8
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112729777A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 姜有恩;周麗;龐向陽;呂鳳年;李學春;朱健強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種數字化光軸的高精度復現裝置，包括：基準點標定機構、激光器、小孔板、第一對準板、第二對準板、高精度坐標約束機構和光場成像分析裝置。本發明通過高精度約束三個數字化光軸基準點的三維空間坐標，確保模擬光束高精度穿過數字化光軸基準點，所得到的實體化光軸復現精度高、誤差可測，并且復現裝置易于操作、重復性好、穩定性高，可用于數字化的坐標網絡體系下各類光機組件的裝調和裝置的集成。

技術領域

本發明涉及光機組件的裝調和大型光機裝置的集成，更為具體的說，涉 及一種數字化光軸的高精度復現裝置。

背景技術

光軸是各類光機組件裝調和裝置集成的基準。光機裝置集成的傳統方式 是以光束的實際傳輸方向為光軸從前到后逐級裝調各類光學元器件的“串行” 方式。這種逐級裝調的串行方式存在集成效率低、誤差不可控和后期維護難 度大的問題。為此，人們提出“以裝代調”的裝置集成策略，即“離線精密 裝校，在線精確復位”的集成策略，這能夠大大提高裝置的集成效率和裝調 精度。并且，由于采用模塊化的光機組件，當出現故障時可以快速定位和替 換故障模塊，大大縮短裝置的平均修復時間(MTTR)。

“以裝代調”的集成策略需要在數字化的坐標網絡體系進行裝置各類光 機組件的裝調，數字化光軸的復現是裝調鏈路中一個核心環節。因此，數字 化光軸的高精度復現成為亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種數字化光軸的高精度復現裝置，用基準點 標定機構如激光跟蹤儀標定好3個數字化光軸基準點的三維空間坐標后，將基 準點上的激光跟蹤儀靶標更換為小孔板和對準板，再讓模擬光源同時穿過小 孔板和對準板的中心形成實體光軸，最后進行誤差測量。本發明提供的技術 方案，通過高精度切換基準點標定機構與利用超短脈沖激光精密加工的小孔 板和對準板，保證穿過小孔板和對準板中心位置的模擬光實體光軸與數字化 光軸的誤差小于20μrad，并且裝置易于操作、重復性好、穩定性高。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種數字化光軸的高精度復現裝置，包括：

基準點標定機構，所述基準點標定機構用于標定3個數字化光軸基準點的 三維空間坐標；

激光器，所述激光器用于產生模擬光束，將光軸實體化；

小孔板，所述小孔板用于限制模擬光束的指向使其穿過數字化光軸所對 應的第一個實體空間基準點，并將模擬光束的光斑形狀轉換成尺寸合適的規 則光斑；

第一對準板，所述第一對準板用于限制模擬光束的指向使其穿過數字化 光軸所對應的第二個實體空間基準點；

第二對準板，所述第二對準板用于判斷復現光軸的誤差；

高精度坐標約束機構，所述高精度坐標約束機構用于約束基準點的三維 坐標，夾持和高精度切換基準點標定機構、小孔板、第一對準板和第二對準 板；

以及，光場成像分析裝置，所述光場成像分析裝置用于對第一、第二對 準板所在處的光場成像，判斷模擬光束是否同時穿過小孔板和第一對準板的 中心坐標，并測量實體化光軸的復現誤差。

可選的，所述小孔板、第一對準板和第二對準板為透光區域具有特殊圖 案的帶孔屏。

可選的，所述特殊圖案是通過超短脈沖激光精密加工的且尺寸精度優于5 微米。

可選的，所述小孔板為通光孔呈質心位于幾何中心的規則形狀的小孔光 闌。

可選的，所述規則形狀為圓形、方形或正六邊形等。

可選的，所述小孔光闌為硬邊光闌或軟邊光闌；

可選的，所述硬邊光闌的通光孔尺寸與模擬光束傳輸距離相匹配，滿足 菲涅耳數遠大于1，即通光孔外接圓半徑其中λ為模擬光波長，L為 小孔板與第二對準板的間距。