本發(fā)明屬于精密機(jī)械裝調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度對(duì)準(zhǔn)光學(xué)元件和玻璃平板的裝置與方法。

背景技術(shù)：

在一般的光學(xué)元件和玻璃平板的精密裝調(diào)技術(shù)中，一般會(huì)采用激光自準(zhǔn)直儀作為調(diào)整的方向基準(zhǔn)，通過表面反射鏡作為滑動(dòng)物體，以獲得物體如導(dǎo)軌的平面度信息，當(dāng)從表面反射鏡反射的光線返回自準(zhǔn)直儀屏幕或者成像器件時(shí)，會(huì)形成一個(gè)亮的光點(diǎn)，當(dāng)光點(diǎn)和出廠校準(zhǔn)好的光軸中心重合的時(shí)候，認(rèn)為反射鏡的方向垂直于激光方向，并以此得到平面度信息。但隨著電子元器件及其裝配要求的提高，與此對(duì)應(yīng)的自動(dòng)裝配設(shè)備的裝配精度也隨之提高，當(dāng)該精度和激光自準(zhǔn)直儀的重復(fù)精度在一個(gè)數(shù)量級(jí)上時(shí)，則傳統(tǒng)方法不能夠得到精確的測(cè)量。另一方面，由于激光自準(zhǔn)直儀所配套的表面反射鏡的厚度不是絕對(duì)均勻，不能夠確保測(cè)量結(jié)果的偏倚性能。例如，目前有自動(dòng)化設(shè)備平面度裝配要求為0.5角秒，和一般激光自準(zhǔn)直儀所提供的重復(fù)精度0.1角秒在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，則難以滿足精確測(cè)量的要求；另外，一般的表面反射鏡前后表面平行度低于1角秒，當(dāng)設(shè)備對(duì)反射鏡的反射面和安裝面的平行度要求高于1角秒時(shí)，則不能提供足夠精確的平面度測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高精度對(duì)準(zhǔn)光學(xué)元件和玻璃平板的裝置，旨在提高光學(xué)元件和玻璃平板平行度的測(cè)量精度并進(jìn)行高精度對(duì)準(zhǔn)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種光學(xué)元件表面平行度的對(duì)準(zhǔn)裝置，包括用于支撐待對(duì)準(zhǔn)的第一光學(xué)元件的第一支架、用于支撐待對(duì)準(zhǔn)的第二光學(xué)元件的第二支架、激光自準(zhǔn)直儀，以及與所述激光自準(zhǔn)直儀連接的用于分析兩光學(xué)元件表面平行度的控制器；所述激光自準(zhǔn)直儀包括用于發(fā)射激光并接收所述激光的反射光的主機(jī)，還包括與所述主機(jī)配套的可將所述激光部分反射回主機(jī)并部分透射的分光鏡，以及位于所述分光鏡的透射光路上的表面反射鏡，所述分光鏡貼設(shè)于所述第一光學(xué)元件待對(duì)準(zhǔn)的表面，所述表面反射鏡貼設(shè)于所述第二光學(xué)元件待對(duì)準(zhǔn)的表面；所述第一支架上設(shè)有用于調(diào)節(jié)所述第一光學(xué)元件平面度的第一調(diào)節(jié)件，所述第二支架上設(shè)有用于調(diào)節(jié)所述第二光學(xué)元件平面度的第二調(diào)節(jié)件。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種光學(xué)元件表面平行度的對(duì)準(zhǔn)方法，包括下述步驟：

通過激光自準(zhǔn)直儀的主機(jī)輸出激光，所述激光于分光鏡的上表面部分反射回主機(jī)，在所述主機(jī)上形成第一光點(diǎn)，另一部分激光經(jīng)所述分光鏡透射至表面反射鏡，經(jīng)所述表面反射鏡反射后在所述主機(jī)上形成第二光點(diǎn)；

以一定點(diǎn)為中心轉(zhuǎn)動(dòng)所述分光鏡，使所述激光經(jīng)過所述分光鏡的不同位置反射，在所述主機(jī)上形成多個(gè)第一光點(diǎn)；

以一定點(diǎn)為中心轉(zhuǎn)動(dòng)所述表面反射鏡，使所述激光經(jīng)過所述表面反射鏡的不同位置反射，在所述主機(jī)上形成多個(gè)第二光點(diǎn)；

通過控制器獲取每個(gè)第一光點(diǎn)和第二光點(diǎn)的中心，以圓擬合的方法將所述多個(gè)第一光點(diǎn)的中心擬合成第一光點(diǎn)軌跡，將所述多個(gè)第二光點(diǎn)的中心擬合成第二光點(diǎn)軌跡；

獲取所述第一光點(diǎn)軌跡的中心和第二光點(diǎn)軌跡的中心并計(jì)算兩中心之間的偏差，根據(jù)該偏差確定所述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件的表面平行度。

本發(fā)明采用激光自準(zhǔn)直儀發(fā)射激光，采用配套的分光鏡和表面反射鏡分別反射激光，并轉(zhuǎn)動(dòng)分光鏡和表面反射鏡以獲得多組光點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，分別形成第 一光點(diǎn)軌跡和第二光點(diǎn)軌跡，并獲取第一光點(diǎn)軌跡和第二光點(diǎn)軌跡的中心，依此判斷兩個(gè)光學(xué)元件的表面平行度。由于采集了多組數(shù)據(jù)，在激光自準(zhǔn)直儀精度不夠時(shí)，通過這樣多次測(cè)量也可以提高重復(fù)精度，激光自準(zhǔn)直儀存在系統(tǒng)偏差時(shí)，由于系統(tǒng)偏差是固定的，對(duì)于兩個(gè)面測(cè)量都存在，也可以相互抵消；通過對(duì)分光鏡和表面反射鏡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并取其光點(diǎn)軌跡中心進(jìn)行計(jì)算，有效的消除了分光鏡和表面反射鏡自身厚度不均帶來的偏差，提高了光學(xué)元件表面平行度的檢測(cè)精度和效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的高精度對(duì)準(zhǔn)光學(xué)元件和玻璃平板的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是采用本發(fā)明實(shí)施例的高精度對(duì)準(zhǔn)光學(xué)元件和玻璃平板的裝置進(jìn)行平行度測(cè)量的原理圖一；

圖3是采用本發(fā)明實(shí)施例的高精度對(duì)準(zhǔn)光學(xué)元件和玻璃平板的裝置進(jìn)行平行度測(cè)量的原理圖二；

圖4是采用本發(fā)明實(shí)施例的高精度對(duì)準(zhǔn)光學(xué)元件和玻璃平板的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”或“設(shè)置于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者可能同時(shí)存在居中元件。當(dāng)一個(gè)元件被稱為是“連接于”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。

還需要說明的是，本實(shí)施例中的左、右、上、下等方位用語，僅是互為相 對(duì)概念或是以產(chǎn)品的正常使用狀態(tài)為參考的，而不應(yīng)該認(rèn)為是具有限制性的。

如圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種光學(xué)元件表面平行度的對(duì)準(zhǔn)裝置，用于檢測(cè)兩個(gè)光學(xué)元件的表面平行度，并調(diào)整光學(xué)元件的傾斜角度，使兩個(gè)光學(xué)元件的表面平行度滿足預(yù)定要求。該裝置包括用于支撐待對(duì)準(zhǔn)的第一光學(xué)元件01的第一支架02、用于支撐待對(duì)準(zhǔn)的第二光學(xué)元件03的第二支架04、激光自準(zhǔn)直儀05，以及與激光自準(zhǔn)直儀05連接的用于分析兩光學(xué)元件表面平行度的控制器。該激光自準(zhǔn)直儀05包括用于發(fā)射激光并接收激光的反射光的主機(jī)051，還包括與主機(jī)051配套的分光鏡052和表面反射鏡053，該分光鏡052貼合于第一光學(xué)元件01待對(duì)準(zhǔn)的表面，表面反射鏡053貼設(shè)于第二光學(xué)元件03待對(duì)準(zhǔn)的表面，第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03自上向下設(shè)置，激光自準(zhǔn)直儀05設(shè)置于第一光學(xué)元件01的上方，激光自準(zhǔn)直儀05位于光路的起始端，分光鏡052位于光路的中間部分，表面反射鏡053則位于光路的尾部，分光鏡052可將激光部分反射回主機(jī)051并部分透射出去，表面反射鏡053位于分光鏡052的透射光路上，可將激光反射回激光自準(zhǔn)直儀05的主機(jī)051。分光鏡052和表面反射鏡053反射的光各自在主機(jī)051的接收面上形成較亮的光點(diǎn)。為了調(diào)整第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03的平行度，還在第一支架02上設(shè)置了用于調(diào)節(jié)第一光學(xué)元件01平面度的第一調(diào)節(jié)件06，在第二支架04上設(shè)置了用于調(diào)節(jié)第二光學(xué)元件03平面度的第二調(diào)節(jié)件07。

在本實(shí)施例中，用于承載第一光學(xué)元件01的第一支架02和用于承載第二光學(xué)元件03的第二支架04設(shè)置于公共平面平臺(tái)上，以防止第一支架02和第二支架04自身不平造成的誤差。

進(jìn)一步地，為了使對(duì)準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，可以在主機(jī)051的激光輸出方向設(shè)置將光路折彎的反光鏡08，分光鏡052則設(shè)置于反光鏡08的反射光路上，該反光鏡的數(shù)目不限。進(jìn)一步地，第一調(diào)節(jié)件06和第二調(diào)節(jié)件07可以為螺栓。

采用本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)裝置進(jìn)行光學(xué)元件的平行度測(cè)量和對(duì)準(zhǔn)時(shí)，具體包括下述步驟：如圖4，

在步驟s101中，通過激光自準(zhǔn)直儀05的主機(jī)051輸出激光，激光于分光鏡052的上表面部分反射回主機(jī)051，在主機(jī)051上形成第一光點(diǎn)，另一部分激光經(jīng)分光鏡052透射至表面反射鏡053，經(jīng)表面反射鏡053反射后在所述主機(jī)051上形成第二光點(diǎn)；如圖2中的s1和s2；

在步驟s102中，以一定點(diǎn)為中心轉(zhuǎn)動(dòng)分光鏡052，使激光經(jīng)過分光鏡052的不同位置反射，在主機(jī)051上形成多個(gè)第一光點(diǎn)；

在步驟s103中，以一定點(diǎn)為中心轉(zhuǎn)動(dòng)表面反射鏡053，使激光經(jīng)過表面反射鏡053的不同位置反射，在主機(jī)051上形成多個(gè)第二光點(diǎn)；

在步驟s104中，通過控制器獲取每個(gè)第一光點(diǎn)和第二光點(diǎn)的中心，以圓擬合的方法將多個(gè)第一光點(diǎn)的中心擬合成第一光點(diǎn)軌跡，將多個(gè)第二光點(diǎn)的中心擬合成第二光點(diǎn)軌跡；如圖3中的l1和l2。

在步驟s105中，獲取第一光點(diǎn)軌跡的中心和第二光點(diǎn)軌跡的中心并計(jì)算兩中心之間的偏差，根據(jù)該偏差確定第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03的表面平行度。

在該方法中，由于第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03的表面均在一定的不平行度，當(dāng)分光鏡052和表面反射鏡053均為厚度一致的元件時(shí)，上述第一光點(diǎn)和第二光點(diǎn)之間的偏差表征了第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03的表面平行度，然而實(shí)際中分光鏡052和表面反射鏡053自身厚度具有一定的不均勻性，這樣單次測(cè)量的第一光點(diǎn)和第二光點(diǎn)之間的偏差則不能精確的表征第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03的平行度。本實(shí)施例將分光鏡052和表面反射鏡053各自旋轉(zhuǎn)至少一周，使之不同的位置反射激光，這樣，分光鏡052反射的多個(gè)第一光點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)其不同的位置，多個(gè)第一光點(diǎn)進(jìn)行圓擬合形成第一光點(diǎn)軌跡即為轉(zhuǎn)動(dòng)分光鏡052所形成的光點(diǎn)軌跡，再選取該第一光點(diǎn)軌跡的中心，該方法消除了分光鏡052厚度不一致導(dǎo)致的誤差。同樣的，對(duì)表面反射鏡053進(jìn)行同樣的處理，其轉(zhuǎn)動(dòng)至少一周后在激光自準(zhǔn)直儀05上形成第二光點(diǎn)軌跡，再取其中心，該方法消除了表面反射鏡053厚度不一致導(dǎo)致的誤差。這樣，第 一光點(diǎn)軌跡和第二光點(diǎn)軌跡的中心之間的偏差則代表第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03的真實(shí)偏差。

進(jìn)一步地，在檢測(cè)第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03的真實(shí)偏差之后，可以根據(jù)該平行度調(diào)整第一調(diào)節(jié)件06和第二調(diào)節(jié)件07。具體可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可以由控制器或其他控制部件控制其自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)調(diào)節(jié)至第一光點(diǎn)軌跡和第二光點(diǎn)軌跡的中心重合時(shí)，表明第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03平行。

本發(fā)明實(shí)施例采用激光自準(zhǔn)直儀05發(fā)射激光，采用配套的分光鏡052和表面反射鏡053分別反射激光，并轉(zhuǎn)動(dòng)分光鏡052和表面反射鏡053，獲得多組光點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，分別形成第一光點(diǎn)軌跡和第二光點(diǎn)軌跡，并獲取第一光點(diǎn)軌跡和第二光點(diǎn)軌跡的中心，依此判斷兩個(gè)光學(xué)元件的表面平行度。由于采集了分光鏡052和表面反射鏡053轉(zhuǎn)動(dòng)不同角度時(shí)的數(shù)據(jù)，在激光自準(zhǔn)直儀05精度不夠時(shí)，通過這樣多次測(cè)量也可以提高重復(fù)精度，激光自準(zhǔn)直儀05存在系統(tǒng)偏差時(shí)，由于系統(tǒng)偏差是固定的，對(duì)于兩個(gè)面測(cè)量都存在，也可以相互抵消；通過對(duì)分光鏡052和表面反射鏡053進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并取其光點(diǎn)軌跡中心進(jìn)行計(jì)算，有效的消除了分光鏡052和表面反射鏡053自身厚度不均帶來的偏差，提高了光學(xué)元件表面平行度的檢測(cè)精度和效率。

在本實(shí)施例中，在檢測(cè)第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03的表面平行度的過程中，分光鏡052和表面反射鏡053分別以一定點(diǎn)為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，該定點(diǎn)與激光入射的光斑錯(cuò)位，即不在同一位置，保證反射光可隨著元件的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變反射方向。

在本實(shí)施例中，第一光學(xué)元件01的至少一個(gè)表面為平面，第二光學(xué)元件03的至少一個(gè)表面為平面，分光鏡052設(shè)置于第一光學(xué)元件01的平面上，表面反射鏡053設(shè)置于第二光學(xué)元件03的平面上，第一光學(xué)元件01和第二光學(xué)元件03的另一面也可以是平面或者為曲面。例如，第一光學(xué)元件01為中繼鏡，第二光學(xué)元件03為玻璃平板，或者，二者均為平板狀元件。

在本實(shí)施例中，分光鏡052和表面反射鏡053的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)為至少兩次，每 次旋轉(zhuǎn)的角度可以相同或者不同，轉(zhuǎn)動(dòng)的總角度至少為360°。

在本實(shí)施例中，控制器用于進(jìn)行運(yùn)算操作，其可以是集成于對(duì)準(zhǔn)裝置上的運(yùn)算單元及顯示單元，也可以是通過線纜連接至遠(yuǎn)端的工業(yè)計(jì)算機(jī)及顯示器和對(duì)應(yīng)軟件，本實(shí)施例不進(jìn)行限定。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。