[发明专利]高次曲面空间位置自动定中系统和方法

摘要

本发明公开了一种高次曲面空间位置自动定中系统和方法。本发明的技术特点在于对高次曲面光学元件顶点曲率半径以及顶点曲率中心位置坐标进行测量，实现待测高次曲面光学元件检测姿态的初始化调整与参数测量。高次曲面自动定中系统包括高次曲面定中单元和空间位置调整机构，自动定中方法通过建立高次曲面自动定中计算模型，得出自动定中系统的平移机构和摆动机构的精确调整量，进行各个机构对应量的调整，实现元件光轴、定中单元光轴、自旋机构转轴三轴轴系一致，最后驱动高次曲面定中单元沿Z向扫描，得到元件顶点的曲率中心坐标，从而为高次曲面子孔径扫描拼接操作提供了一种高精度的定位方法。

主权项

1.高次曲面位置自动定中方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1.初始化高次曲面定中单元；步骤2.将高次曲面光学元件移动至高次曲面定中单元下，并且能够在高次曲面定中单元的CCD上得到十字叉丝像；步骤3.沿Z方向进行扫描，并在扫描的过程中利用图像熵清晰度评价函数找到最清晰的十字叉丝像；步骤4.判断十字叉丝为表面像还是球心像，具体判断如下：驱动X向导轨和Y向导轨进行微调，观察视场中的十字叉丝是否随之移动，如果跟随导轨移动则得到高次曲面光学元件表面上某一点对应的曲率中心的球心像，并跳转至步骤5；反之则得到高次曲面光学元件表面上某一点的表面像，驱动Z向调节立柱继续进行扫描，并在扫描的过程中再次找到最清晰的十字叉丝像；步骤5.驱动X向和Y向导轨调节高次曲面光学元件的位置使十字叉丝像在CCD的视场中心，从而该十字叉丝像所对应的高次曲面光学元件表面点的曲率中心与高次曲面定中单元的光轴重合；步骤6.记录上述曲率中心点的坐标为O_1w(x_1w,y_1w,z_1w)，驱动X向和Y向导轨进行较小位移的调整，使CCD视场内出现另一个不在视场中心且模糊的十字叉丝像，重复步骤3‑步骤5，并且得到第二个曲率中心点的坐标为O_2w(x_2w,y_2w,z_2w)；步骤7.建立高次曲面二次光轴空间位置计算模型，计算得到经过曲率中心点O_1w和O_2w的空间直线方程为：即高次曲面光学元件光轴的空间方程；高次曲面自动定中系统中自旋机构的空间方程为x＝x_rw,y＝y_rw，其中的x_rw、y_rw是由最小二乘最佳圆拟合得到的自旋机构的自旋轴二维位置；计算得到自动定中系统中XY二维平移调整机构的调整量，对应Y轴平移机构的调整量Δy，X轴平移机构的调整量Δx：同时，计算得到自动定中系统中绕XY的二维摆动机构的调整量，对应绕Y轴摆动机构的调整量Δβ，绕X轴摆动机构的调整量Δγ：步骤8.按照步骤7得到的四维调整量进行相应机构的位置和姿态调整；步骤9.利用光学装调中的旋转测量法测量高次曲面光学元件光轴与自动定中系统中自旋机构转轴间的最大偏差；步骤10.对最大偏差进行判断。