​API激光跟踪仪在天文仪器标准器 大口径标准镜制造领域实现高精度测量

国际金属加工网 2021年07月19日


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天文望远镜与大口径标准镜

自古至今,人类从未停止过对天文的研究。从公元前3100年,在古代英国出现的巨石阵,就开始有了人类对于天文研究的记载;在对天文研究探索的过程中,人类不断总结经验,制造出了诸多天文研究的辅助工具,浑天仪、简仪、圭表、日晷、天体仪、水运仪象台等应运而生;直至物理学家伽利略制造出了天文望远镜,又让人类对于天文奥秘的追逐和探索进入了一个新的阶段。

人类使用光学望远镜,可以更加方便地观测天体;自光学天文望远镜诞生后,人类又不断地研究功能性能更加卓越的望远镜以探索至更深的领域;这其中比较著名的就包括:胡克望远镜、海尔望远镜、凯克望远镜、昴星团望远镜等等。

而光学天文望远镜的制造,离不开高精度玻璃,性能越高,对玻璃制造工艺和材质精度的要求就越严格。那么如何来定标这些光学望远镜的玻璃器件是否符合标准或工艺要求呢?“大口径标准镜”应运而生。

大口径标准镜是高精度的光学检测设备,它提供纳米级精度的表面,作为参考面,用于检测高精度光学元件的面形精度、检测和标定高精度光学设备的光学性能和指标。而对于作为“标准器”的大口径标准镜制造过程中的工艺要求和检测就更加的严苛。

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图1:RadianPro激光跟踪仪以90度倾斜姿态测量光学玻璃元件平面度

大口径标准镜制造过程中激光跟踪仪的应用

比较高精度三坐标,激光跟踪仪体积更小,安装更方便,操作更简单,已经广泛应用于大口径光学元件的加工和装备上,并且在非球面的干涉检验中承担光学参数(离轴量,顶点曲率半径,光轴偏差误差)检测的任务,适用于大口径非球面磨削和研磨阶段的一般检测。利用激光跟踪仪在线检测的方法,可以使磨削效率得到明显提高。

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图2:激光跟踪仪与高精度三坐标测量PV值比较

离轴非球面在线测量系统的误差取决于激光跟踪仪的高精度选项-激光干涉仪的最大允许误差,为0.5微米/米。(如图1)通过90度倾斜安装,利用激光跟踪仪高精度测距功能,采用动态连续扫描的测量方式进行采点,点间距在1-2个毫米。在与高精度三坐标的测量PV值的比对中,可以看出,差值仅为4.7个微米(如图2)。对于一些成品的玻璃表面的轮廓测量,利用同样原理的方法,也可以实现微米级精度的测量(如图3)。

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图3:RadianPro激光跟踪仪测量成品玻璃表面

Radian激光跟踪仪具有市场上同等激光跟踪仪中最高的精度、最小的体积、和最轻的重量RadianPro型号内置IFM激光干涉测距系统和ADM绝对测距系统,双光束系统的内置使得该设备具有激光跟踪仪中最高的精度和溯源性。RadianPro激光跟踪仪的测量综合精度达到10微米+5微米/米,并拥有超过160米的测量范围激光头重量为9kg,系统平衡设计,保证了跟踪仪在各种安装过程中良好的跟踪性能和测量精度。

激光跟踪仪的误差来源于高精度测距和角度误差,在实际测量过程中,如果控制跟踪仪在角度方向上的转动角度,测量误差就主要来源于干涉测距误差,所以即使理论精度在20微米左右的情况下,依然可以实现实际精度微米级别的测量。

结论

RadianPro激光跟踪仪在天文光学仪器制造领域,实现了与高精度三坐标同等级的测量精度;更小的体积、更便捷的安装方式、更友好的操作方法、更佳的测量体验,使其更具优势。

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