光楔加工检测及测量误差分析

　　1　引　言

　　锗光楔是一种秒级精度的红外偏角器件。是用于红外光学系统扫描部分的关键器件。在红外成像系统的多种扫描形式中,与现有的其它扫描方式(如摆动平面反射镜、旋转反射镜鼓、旋转折射棱镜)相比,由红外光楔形成的旋转折射双光楔扫描器具有许多优越之处。它利用一对旋转光楔分别改变其旋转方向和转速,可以得到各种不同的扫描图形,且扫描效率高、运动平稳、结构紧凑,可实现隔行扫描,易于消除冷反射。但是,这种扫描方式对光楔的加工精度要求较高,使其应用受到限制。因此,对光楔质量的检验显得尤为重要。在探索光学器件的角度检测方法及采用的测试手段方面,人们做了大量的工作[1~3],并在此基础上进一步研究设计出了锗扫描光楔的一种微机控制精密测量转台。由于该转台配合自准直仪,采用搜索逼近进行测角,与文献[3]的检测方法相比,避免了测角过程中手动调整的不稳定性,使所测结果更准确。但实际应用中发现了一些不足,并及时进行了相应的改进。

　　2　测角装置及检测原理

　　2.1　装置介绍

　　本装置所做的改进设计包括:

　　(1)回转运动采用720多齿细分分度台,原装置为蜗杆回转运动。

　　(2)绕光轴的转动采用螺旋-杠杆微动机构(沿螺杆方向用弹簧保证触点与摆杆的接触,以消除间隙),原装置采用摆动杠杆机构。

　　与楔角测量相关的俯仰角调节采用滚珠丝杠及摆杆微动机构。结构简图如图1所示。各回转自由度[4]包括:

　　(1)光楔绕垂直轴Z回转角θZ。

　　(2)光楔绕水平轴Y的旋转角(绕光轴的转动)θy。

　　(3)光楔绕水平轴X的摆动角(俯仰运动)θx。

　　2.2　角度的测量

　　(1)确定基准,如图2所示。第一步,在安装被测楔块之前,调整准直仪3和4同轴或平行。

　　第二步,将锗光楔安装到调整转台上,将调整转台置于3和4之间。

　　第三步,调整测量平台5(图2中未标出,可参见结构简图1),使镜面1与准直仪3垂直。

　　测量过程中需使用准直仪3对镜面1进行跟踪监测,以获得可靠的测量结果。

　　(2)角度的测量。在完成上述准备工作及确定基准之后,各记录步进电机转角单元清零,作好计数准备,开始进行光楔角度的测量。测量初始,由于有些楔块的楔角较大,所成的像可能不在视场内,这时,借助于找像器并采用手动按键操作,直至反射的像进入视场,如图3(a)所示。这时启动自动搜索测量程序。测量过程中计算机不断进行转角信号的比较、搜索。进一步调节镜片绕光轴的转动,使之成为如图3(b)所示的位置。此时,控制电机对应的俯仰转角与自准直仪示角值之和为所测楔角。通过实际测量结果的分析,楔角读数误差为±1.5″,与传统的测量法所获得的精度相比,既获得了高的精度又简化了测量手段。