[发明专利]振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置及测量方法

说明书

本发明属于光学精密检测技术领域，公开了一种振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置及测量方法，测量装置包括振动连接板、振动连接杆、探测器支撑座、探测器压板、光谱共焦镜头、耦合器、LED光源信号控制器、光纤、数据采集模块、数据后处理模块，以振动连接板为基体，将振动台、待测反射镜组件、振动连接杆连接为一个刚体，通过调节光谱共焦镜头的共焦面，实现镜框和反射镜之间相对位移的高精度测量。本发明解决了反射镜组件相对位移测量过程中的测量精度低、架设复杂、测量过程对反射镜造成损伤等问题，具有结构简单、刚性好、架设简单，测量精度高，对反射镜测量无损伤等特点。

技术领域

本发明属于光学精密测量领域，是实现反射镜组件微小相对位移测量的主要手段，涉及一种振动环境下反射镜组件微小相对位移测量装置及测量方法。

背景技术

随着光电产品向共光路、集成化、紧凑化方向发展，反射镜组件作为光电产品的主要结构，广泛应用于共轴光学系统、离轴光学系统、折转反射光学系统等，其装配后的刚性对光学系统的成像有着重要作用。反射镜组件的装配常采用胶粘结构，将光学零件和镜框等金属零件集装成一个整体。光机胶粘结构虽然设计紧凑、重量轻、成本低，易于装配，但是由于胶粘剂的刚性较差，且具有一定的阻尼，因此在振动环境下，反射镜和反射镜框会产生相对位移，造成光学系统中光学元件间隔发生变化，改变了反射镜光学表面相对于光轴以及系统中其他组件的对准状态，从而导致成像质量降低。为了提高光电产品在振动环境下的成像质量，就必须对反射镜组件总装集成前在振动环境下的相对位移进行测量。

反射镜组件对振动环境的响应取决于其基频和阻尼，在严苛的动态振动条件下，反射镜位移也会短暂的超过设计公差。对于反射镜组件来说，其最大的阻尼为结构阻尼，结构阻尼正比于位移，由于主反射镜和镜框之间采用硅橡胶粘接，硅橡胶固化后，相比于主镜框和主反射镜的刚性，硅橡胶胶层是刚性最弱的，因此，反射镜与主镜框的相对位移，表现为硅橡胶的阻尼。由于硅橡胶固化后为物理属性表现为粘弹性，传统的经验方法只能计算出在随机振动下产生的最大位移，由于振动环境的变化、连接方式的变化，通过解析的方法难以保证结果的准确性，因此在大多数光机结构中，需要通过测试的方法进行反射镜与镜框相对位移的测量。现有方法对相对位移的测量存在以下问题：①测量精度不高，反射镜与镜框的相对位移量多在微米级别，一般测量方法精度很难保证；②一般的测量手段多采用接触式测量，容易对反射镜组件中的光学元件或者膜层造成损伤；③现有测量微小位移的非接触式方法主要采用回波和干涉的方法测量，对于粗糙度小于0.012的光学元件表面，容易造成反射，现有非接触式测量方法难以准确接收，从而导致对光学元件的微小位移测量困难或者测量不准确；④随机振动环境时机载、车载常用的试验频谱，其频谱带较宽，通常在从10Hz到2000Hz中间振动，环境振幅高达3-5mm，是反射镜和镜框的相对位移的1000倍左右，一般高精度的位移测量方法无法在大幅振动和高频振动的环境下使用和测量。

因此需要寻求一种新的装置和方法，既能满足高精度测量，又能实现在高频高幅环境下架设及微小相对位移的测量，还不损伤光学元件。

针对振动环境下反射镜组件微小相对位移测量的装置和方法，我国发明专利“申请号CN106247950A，基于广义相移数字全息的微小位移测量”，公布了一种广义相移全息实验光路和广义相移干涉束相移抽取算法，利用相移值与反射镜的微小位移的关系，推算出目标反射镜移动的微纳米尺度的位移。该方法对架设的光路稳定性要求高，不适用于工程振动环境下微小位移测量；其次该方法通过相移值推算反射镜移动的位移，对于高频率振动环境下的位移测量存在较大的误差。“申请号CN103630075A，一种光束的微小位移测量方法及测量设备”，该专利公开了一种采用激光光束、柱面镜、三维移动台和观测屏组成的微小位移测量方法和装置，将激光器固定在位移台上，通过柱面镜反射到观测屏上，即可测量出激光器的位移。该方法的激光在振动环境下，无法通过柱面镜的反射分离出噪声信号和实际振动信号，导致测量位移数据不准确，其次该方法架设过程复杂，对激光和柱面镜的假设精度要求较高。

发明内容

(一)发明目的