高精度光学中心偏测量仪主要技术指标的检测

高精度光学中心偏测量仪主要技术指标的检测耿丽红范天泉(中国科学院光电技术研究所 ,成都 ,610209)【摘要】 简要阐述高精度光学中心偏测量仪主要技术指标 ,即仪器基准轴运动误差 、测微目镜示值误差 、测量系统倍率误差和角偏心测量误差的检测原理 ,最后给出计算实例 。关键词 光学中心偏 测量仪 技术指标检测引言续检测 2 圈后 , 水平仪转过 90到虚线所示表 1 中心偏测量仪的主要指标在光学系统中 ,中心偏的存在从根本上破坏了光学设计的理论基础 共轴理论 ,导致成像质量降低 。光学中心偏测量仪是检 测光学系统 ,特别是精密光学系统 ( 如投影光刻机物镜 、航测镜头 、标准望远镜等) 中心偏不可缺少的测量仪器 ,它在光学透镜胶合 、光 学系统装校和检测中都起着重要作用 。高精度光学中心偏测量仪是基于球心反 射像自准直原理 ,利用旋转法对光学系统中 心偏进行测量的精密测量仪器 ,它的测量基 准是由一套高精度轴系产生的旋转轴线 。影响其测量不确定度的主要误差因素有轴系误 差 、像面中心坐标测量误差 ( 测微器误差) 和 倍率误差 。本文对本所研制的高精度光学中心偏测量仪 (其主要指标见表 1) 的检测原理 作一简述 。位置 ,然后再连续正反方向各检测 2 圈 。这样便可测出单圈随机晃动 、双圈角晃动和角 晃动的敏感方向 。1仪器基准轴运动误差的检测根据被检项目指标要求 , 可采用分辨率012,测量不确定度 013的数字电子水 平仪检测角晃动 ,共测两个方向 ,即 0方向和90方向 ( 如图 1a 所示) 。首先 , 水平仪按图中实线所示放置 ,顺时针和逆时针方向各连40图 1 基准轴运动误差检测原理同样 ,用圆度误差 011m 的标准球及 分辨率 011m 、测量不确定度 013m 的数序号项目技术指标1234基准轴运动误差( P2V )测微器测微误差 倍率误差角偏心测量误差角晃动 1 径向晃动 1m8m112 %R20 R200 : 5R200 R500 : 2显测微仪测径向晃动时 ,也要在 2 个方向 ( 见图 1b) 连续测 2 圈以上 。角晃动的原始测量 值包含了基准轴台面的调平误差 ,径向晃动的原始测量值包含了标准球与基准轴轴线不 同心引起的偏心误差 。通过数据处理去掉调 平误差或偏心误差后 ,便可得出基准轴的角 晃动或径向晃动 。数据处理公式如下 :设原始测量值为 X i , i = 1 , 2 ,则晃动值为, n= X i - a co s( i - 1) + b sin( i - 1) R i( 1)式中n= 2 X co s ( i - 1) ain i = 1n= 2 X i sin ( i - 1) bn i = 1 = 360/ n差因寝 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.表 2 (续)最大示值误差 ( P2V) 值为 610m3测量系统倍率误差的检测在被检中心偏测量仪基准轴台面上安置 一块已标定好的标准刻线分划板或双星点孔 板并用透射光照明 。然后在不同的倍率下分 别用测微目镜测出标准分划板两刻线或星点 板两星点的成像间隔 ,用下式计算出相对倍 率误差 ,以其中最大值作为测量结果 :球心自准像并调焦清楚后 ,通过调整球面样板的球心位置使其自准像在基准轴旋转时不 随之而动 。然后单向 ( 或双向) 移动工作台 ,使样测量值相对倍率误差 = (标准分划板刻度间隔2 投影屏指示倍率100 % ( 6)4 角偏心测量误差的检测在被检中心偏测量仪基准轴台面中央装 上一个 X 、Y 双向移动工作台 。工作台上安放一平面反射镜 ,在仪器上测量头的下端装上一块专用 45反射镜 , 并用一台分辨率为012的自准直仪对准 ,用其监视工作台移动 时平面反射镜的倾斜变化量 ( 见图 3) 。测量 前 ,首先对工作台进行调平 ,使平面反射镜的 反射面与基准轴轴线垂直 ( 利用 012自准直 仪观察) 。测量时 ,将球面样板安放在平面反射镜 的中央 ,在上测量头视场内找到球面样板的42图 3 角偏心测量误差的检测板球心产生位移 ,球心的实际位移量用测微 仪测得 ,并用 012自准直仪测出工作台移动 后在水平及垂直两个方向的倾斜量 。最后用 仪器上测量头测出相应的球心位移量 ,通过 计算便可求出仪器的角偏心测量误差 。计算 公式如下 :球心实际角偏心量 : 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 序 号测微目镜读数( mm)万工显读数( mm)相对值( mm)标称值( mm)测微目镜示值 误差 (m)7311058103503100303100310831605715350315030315031094110571034241003841003181041605615340415040415041011511056103485100325100312125160551534051504051504101361105510320610060610061014616054153296150516150511157110541032371005771005171671605315343715037715031717811053103418100398100319Y 坐标鼓轮读数; X 180 、Y 180为台面在基准轴180位置时上测量头的 X 、Y 坐标鼓轮读 数 。Q= l ( 7)R仪器实际测量角偏心量 :x x 22( 4 M R -ax )+ ( 4 M R -ay )( 8)Q =测量和计算实例已知 R = 500 mm , M = 515 。 当工作台单向位移 200m 后 , 即 l =0120 mm ,用仪器上测量头的双向测微目镜及 012准直仪测出 :5X = X 180 - X 0 ;Y = Y180 -式中 ,Y0(9)仪器角偏心测量误差为 =( 10)Q -QX 0 = 2119 mm ;012Y 0 = 4194 mm ;= 6157 mm ;=X 180x式中 l 为测微仪测量值 ; M 为仪器投影屏指示的倍率 ; R 为球面样板的球面半径 ;为转 换系数 ,= 206265 ;x 、y 为工作台移动后 在水平与垂直两个方向的倾斜变化量 ; X 0 、 Y 0 为台面在基准轴 0位置时上测量头的 X 、代入 (7) 式 、(8) 式 、(9) 式及 (10) 式 ,便可求出 = - 016。C HEC K OF MAIN TEC HNICAL IND ICES OF HIGH ACCURATEOPTICAL OFF2CENTRE M EAS UREM ENT INSTRUM ENTGeng Liho ngFan Tianquan( Instit ute of Op tics and Elect ro nics , Academics Sinica , Chengdu ,610209)Abstract : A brief descrip tio n is given for t he main technical indices of a high accurate op tical off2cent re mea2 surement inst rument , such as moving errors of reference shaf t of inst rument , indicating value error of micro meter ocular , amplif ying power error and angle off2cent re measurement error of t he measurement system and t heir check2 ing p rinciples. Finally calculatio n examples are given out .Key words : op tical off2cent re , measurement inst rument , technical index , checking(上接第 25 页)BUL K ABSO RPTIO N CALO RIM ETER FO R M EAS URINGHIGH POWER M UL TIWAVEL ENGTH L ASER ENERGY Lin Kangchun Tian LiLing MingyiZhuang Yifen Wang LiushuiXu ShaojiLi J inxian( Shanghai Instit ute of Op tics and Fine Mechanics , Academia Sinica ,Shanghai ,201800)Abstract : The p rinciple and t he p hysical model of bul k absorp tio n laser calorimeter are described , t he perfor2mance parameters and t he testing met hods are given. The sampling ways and t he measurement accuracy of t hree wavelengt h laser energy measurement of Shengguang laser facilit y are analyzed.Key words : bul k absorp tio n laser ca