无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法与流程
本发明涉及检测领域，具体涉及一种无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法。
背景技术：
1、精密测量领域，会用到无限远成像光学系统，这种系统中，如果物镜的光轴没有对准光学系统的光轴，就会引起误差，导致测量结果误差增大。
2、中国专利cn 116360050a，《光轴校准装置及光轴校准方法》提出了一种光轴校准装置及校准方法，但是该方法只能适用于校准摄像机的可见光镜头和热成像镜头的光轴校准，不能适用于镜头本身的光轴校准。
3、专利cn 112601071a ，《光轴校准方法、光轴校准装置和成像设备》提出使用光学校准仪器来校准镜头、滤光片的光轴，使各个滤光片行程的图像偏移量相同。此方法也不能适用于镜头本身的光轴校准。
4、专利cn 113852806a，《光学系统的偏心调整方法、组装方法及其相关设备》通过采集成像面上的图形，并提取图形中的特征点位置信息，来校准光学元件的光轴中心偏差。但是这种方法精度不够，无法满足用于精密测量领域的无限远成像光学系统。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是，已知无限远成像光学系统中，物镜的光轴没有对准光学系统的光轴，就会引起误差，导致测量结果误差增大的技术问题。本发明提出了一种无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法。
2、采取的技术方案：
3、一种无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，所述调整方法为，将无限远成像光学系统置于同轴度调整系统内，同轴度调整系统工作，同轴度调整系统内的光源照射星点板，星点板发出点光源，经过无限远成像光学系统内的待校准物镜成为平行光，平行光通过无限远成像光学系统内的筒镜，汇聚到接收器上，为一个只有球差的光斑图像；当待校准物镜有倾斜或偏心时，光斑图像中出现慧差，此时，接收器拍摄光斑图像，传输给电脑分析光斑光强，并输出指令，控制机械臂调整待校准物镜倾斜或偏心，直至光斑图像中不出现慧差。
4、对本发明技术方案的进一步改进，同轴度调整系统，包括光源、星点板、接收器、电脑和机械臂，光源、星点板和接收器依次且间隔设置，无限远成像光学系统置于星点板和接收器之间，无限远成像光学系统包括物镜和筒镜，星点板上的星点位于物镜的中心处，星点板与物镜之间的距离为物镜的物镜焦距的一倍焦距；接收器与筒镜之间的距离为筒镜的筒镜焦距的一倍焦距；接收器和机械臂均电连接电脑，机械臂的末端连接物镜。本发明的同轴度调整系统，使用了机械臂来调整系统，从x、y、旋转角三个维度精确控制调整量，增加同轴度调整结果精度。
5、对本发明技术方案的进一步改进，所述调整方法，包括如下步骤：
6、步骤1、光源照射星点板，星点经过待调整的无限远成像光学系统成像在接收器上，接收器拍摄光斑图像并传输给电脑；
7、步骤2、对光斑图像进行星点像分析，提取星点像的最大直径d1，并在最大直径d1的垂直中心方向取直径值d2；
8、步骤3、令δ=d1-d2，持续调整物镜状态，直至δ值最小，此时，光斑图像中不出现慧差。
9、对本发明技术方案的进一步改进，步骤3的具体方法包括如下步骤：
10、步骤3.1、机械臂带动物镜在x方向上移动，确定最小值的δ值，将物镜放置在使δ值最小的位置上；
11、步骤3.2、机械臂带动物镜在y方向上移动，确定最小值的δ值，将物镜（3）放置在使δ值最小的位置上；
12、步骤3.3、机械臂带动物镜绕x轴旋转，确定最小值的δ值，将物镜放置在使δ值最小的位置上；
13、步骤3.4、机械臂带动物镜绕y轴旋转，确定最小值的δ值，将物镜放置在使δ值最小的位置上；
14、步骤3.5、调整完成，步骤3.4中的最小值的δ值的位置，为物镜的放置位置，此时，光斑图像中不出现慧差。
15、x、y、旋转三个维度调整，涵盖了物镜可能偏移的所有方式，能够更精准的确定同轴位置。
16、对本发明技术方案的进一步改进，步骤3.1为：机械臂带动物镜先向-x方向移动δx，每次移动步长d_x，共移动n步，n*d_x=δx，每移动一个步长，拍一幅光斑图像，并传输给电脑计算δ值并保存，共计算n个δ值；之后物镜移动至原位置；再用的同样方法机械臂带动物镜向+x方向移动δx，同样计算n个δ值；比较已保存的2n个δ值，找出最小值的δ值，将物镜放置在使δ值最小的位置上。
17、对本发明技术方案的进一步改进，步骤3.2为：机械臂带动物镜先向-y方向移动δy，每次移动步长d_y，共移动m步，m*d_y=δy，每移动一个步长，拍一幅光斑图像，并传输给电脑计算δ值并保存，共计算m个δ值；之后物镜移动至原位置，再用的同样方法机械臂带动物镜向+y方向移动δy，同样计算m个δ值，比较已保存的2m个δ值，找出最小值的δ值，将物镜放置在使δ值最小的位置上。
18、对本发明技术方案的进一步改进，步骤3.3为：机械臂带动物镜先绕x轴顺时针旋转δθ，每次旋转角度d_θ，共旋转p次，p*d_θ=δθ，每旋转一个角度，拍一幅光斑图像，并传输给电脑计算δ值并保存，共计算p个δ值；之后物镜移动至原位置，再同样方式逆时针方向旋转δθ，同样计算p个δ值，比较已保存的2p个δ值，找出最小值的δ值，将物镜放置在使δ值最小的位置上。
19、对本发明技术方案的进一步改进，步骤3.4为：机械臂带动物镜先绕y轴顺时针旋转δθ，每次旋转角度d_θ，共旋转q次，q*d_θ=δθ，每旋转一个角度，拍一幅光斑图像，并传输给电脑计算δ值并保存，共计算q个δ值；之后物镜移动至原位置，再同样方式逆时针方向旋转δθ，同样计算q个δ值；比较已保存的2q个δ值，找出最小值的δ值，将物镜放置在使δ值最小的位置上。
20、对本发明技术方案的进一步改进，光源、星点板、接收器和无限远成像光学系统放置在一条直线滑轨上，使光源、星点板、接收器和无限远成像光学系统同轴。
21、对本发明技术方案的进一步改进，光源、星点板、物镜、筒镜和接收器均同轴，保证光源能够通过星点板，并通过成像系统成像在接收器上。
22、本方法与现有技术相比，所产生的技术效果：
23、1、本发明方法，通过分析星点通过光学系统的成像质量来实现对物镜光轴的校准；该方法操作简单，实施成本低；
24、2、本发明方法，使用机械臂辅助测试，全程无需人工协助，对于不同的物镜，只要设定测试步骤，就可以实现全程自动化测量；实时性高，有利于高速测试系统。
技术特征：
1.一种无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于，所述调整方法为，将无限远成像光学系统置于同轴度调整系统内，同轴度调整系统工作，同轴度调整系统内的光源（1）照射星点板（2），星点板（2）发出点光源，经过无限远成像光学系统内的待校准物镜（3）成为平行光，平行光通过无限远成像光学系统内的筒镜（4），汇聚到接收器（5）上，为一个只有球差的光斑图像；
2.根据权利要求1所述无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于：同轴度调整系统，包括光源（1）、星点板（2）、接收器（5）、电脑（6）和机械臂（7），光源（1）、星点板（2）和接收器（5）依次且间隔设置，无限远成像光学系统置于星点板（2）和接收器（5）之间，无限远成像光学系统包括物镜（3）和筒镜（4），星点板（2）上的星点位于物镜（3）的中心处，星点板（2）与物镜（3）之间的距离为物镜（3）的物镜焦距的一倍焦距；接收器（5）与筒镜（4）之间的距离为筒镜（4）的筒镜焦距的一倍焦距；接收器（5）和机械臂（7）均电连接电脑（6），机械臂（7）的末端连接物镜（3）。
3.根据权利要求1所述无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于：所述调整方法，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于：步骤3的具体方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于：步骤3.1为：机械臂（7）带动物镜（3）先向-x方向移动δx，每次移动步长d_x，共移动n步，n*d_x=δx，每移动一个步长，拍一幅光斑图像，并传输给电脑（6）计算δ值并保存，共计算n个δ值；之后物镜（3）移动至原位置；再用的同样方法机械臂（7）带动物镜（3）向+x方向移动δx，同样计算n个δ值；比较已保存的2n个δ值，找出最小值的δ值，将物镜（3）放置在使δ值最小的位置上。
6.根据权利要求4所述无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于：步骤3.2为：机械臂（7）带动物镜（3）先向-y方向移动δy，每次移动步长d_y，共移动m步，m*d_y=δy，每移动一个步长，拍一幅光斑图像，并传输给电脑（6）计算δ值并保存，共计算m个δ值；之后物镜（3）移动至原位置，再用的同样方法机械臂（7）带动物镜（3）向+y方向移动δy，同样计算m个δ值，比较已保存的2m个δ值，找出最小值的δ值，将物镜放置在使δ值最小的位置上。
7.根据权利要求4所述无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于：步骤3.3为：机械臂（7）带动物镜（3）先绕x轴顺时针旋转δθ，每次旋转角度d_θ，共旋转p次，p*d_θ=δθ，每旋转一个角度，拍一幅光斑图像，并传输给电脑（6）计算δ值并保存，共计算p个δ值；之后物镜（3）移动至原位置，再同样方式逆时针方向旋转δθ，同样计算p个δ值，比较已保存的2p个δ值，找出最小值的δ值，将物镜（3）放置在使δ值最小的位置上。
8.根据权利要求4所述无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于：步骤3.4为：机械臂（7）带动物镜（3）先绕y轴顺时针旋转δθ，每次旋转角度d_θ，共旋转q次，q*d_θ=δθ，每旋转一个角度，拍一幅光斑图像，并传输给电脑（6）计算δ值并保存，共计算q个δ值；之后物镜（3）移动至原位置，再同样方式逆时针方向旋转δθ，同样计算q个δ值；比较已保存的2q个δ值，找出最小值的δ值，将物镜（3）放置在使δ值最小的位置上。
9.根据权利要求3所述无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于：光源（1）、星点板（2）、接收器（5）和无限远成像光学系统放置在一条直线滑轨上。
10.根据权利要求3所述无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，其特征在于：光源（1）、星点板（2）、物镜（3）、筒镜（4）和接收器（5）均同轴。
技术总结
本发明公开了一种无限远成像光学系统中物镜光轴同轴度的调整方法，调整方法为，将无限远成像光学系统置于同轴度调整系统内，同轴度调整系统工作，同轴度调整系统内的光源照射星点板，星点板发出点光源，经过无限远成像光学系统内的待校准物镜成为平行光，平行光通过无限远成像光学系统内的筒镜，汇聚到接收器上，为一个只有球差的光斑图像；当待校准物镜有倾斜或偏心时，光斑图像中出现慧差，接收器拍摄光斑图像，传输给电脑分析光斑光强，并输出指令，控制机械臂调整待校准物镜倾斜或偏心，直至光斑图像中不出现慧差。优点，本发明方法，通过分析星点通过光学系统的成像质量来实现对物镜光轴的校准；该方法操作简单，实施成本低。
技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：南京埃米仪器科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23