机械精度对中心偏测量精度的影响

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【摘要】高精度镜头中心偏测量值是否精准直接关系到光学系统设备的质量是否达标，因此在制作和检测光学系统设备时一定要将中心偏的测量作为重要手段和关键环节，才能确保相关工作顺利精确的完成。能影响到中心偏测量精度的主要因素就是机械精度，而机械精度又包括机械制作精度和机械安装精度，本文将重点从这两点来探讨和分析机械精度对中心偏测量精度的影响。

【关键词】机械精度 中心偏测量精度 影响

一、关于中心偏的概念

中心偏是一个光学概念，指透镜光轴与几何轴之间的不重合度，这在现实光学系统设备的制作上是很难避免的，而一般的光学成像系统又由多个透镜组成，各个透镜的光轴与几何光轴之间的微小偏差就必然会导致像散、慧差等像差现象的出现。但是许多用于科学研究和探测的光学系统，诸如卫星摄影测量器、投影光刻物镜等便会对精度有很高的要求，这就需要高难度、高水平和高稳定性的制造工艺技术作为物质保障。于是中心偏测量仪应运而生，也要求中心偏测量仪的测量结果足够精确才能够确保光学系统设备能够满足使用需求。本文将对影响中心偏测量仪测量精度的因素进行详细的分析来探讨如何减小误差。

二、机械精度对中心偏测量精度的影响

（一）中心偏测量仪机械旋转轴线的误差对中心偏测量精度的影响。一般情况下，许多用于科技研究探索的光学机械均要求要有较高的回旋精度，机械的回旋精度指机械的轴系在旋转过程中轴线位移动量。理想状态下的机械的轴身旋转中心线应该重合在套筒的中心线上，但是由于机械轴心的吻合度会存在一定程度的误差，因此也会使轴线的旋转存在一定误差，机械旋转轴线的误差分为径向间隙误差和轴晃动产生的误差两种。我们假设机械轴线旋转的轴向窜动值为s，轴线角度摆动值为y，径向移动值为c。

径向间隙误差。径向间误差指机械旋转轴线处在任一轴向位置时，旋转轴轴线角度摆动所引起轴心径向偏移与旋转轴实际回转轴线的单一径向偏移之和，假设径向移动值为c，转轴旋转在任一轴向位置时实际回转轴线的径向偏移值为c0，轴线摆动角为γ，轴线摆动角顶点到旋转轴端面的距离为Ln，所以径向间隙误差用公式表达出来为：c = c0 +Ln·γ。

轴的晃动误差。轴的晃动误差又称定向误差，指机械旋转轴理论轴线的纯角度摆动量与实际回转轴线的差值，简单来说就是实际回转轴线相对于给定方向的偏移量值。轴的晃动误差比较小，一般只有几十s左右。

（二）机械放大倍率误差对中心偏测量精度的影响。在使用内调焦的望远镜来调节焦距时，调焦透镜处于不同位置时，不同的焦距也会导致不同的物象距，因此其放大倍率也会有所差别，及时我们可以计算出放大倍率，却无法对每一面透镜都进行准确的校准，因而较大的放大倍率的误差就很难避免。于是我们固定好调焦透镜的位置，使用固定的放大倍率，在确定定标的情况下，通过测量头的整体移动来减少机械放大倍率导致的误差。

（三）机械测量头光轴的倾斜和位移对中心偏测量精度的影响。精确的中心偏测量仪在理论上需要转台的光轴与测量头的光轴完全达到重合，但是，由于各种原因，诸如制造不精、安装失误、导轨的直线度不好等，便会导致光轴的倾斜或者位移，从而影响机械的中心偏测量精度。于是我们利用取圆直径的计算方法，旋转输入的光信号使其轨道形成一个圆形，然后通过计量圆形的直径来计量中心偏精度测量的偏移量，就能减小机械测量头光轴的倾斜和位移对中心偏测量精度的影响。

（四）机械安装误差对对中心偏测量精度的影响。在使用光学机械进行测量的过程中，难免会因为各种原因诸如安装不当等导致中心偏测量误差的出现，我们用一个示意图来对机械安装误差造成的影响进行详细的剖析。

图1 图2

在上图图1为中心偏测量仪，将透镜装在镜筒内，A面为基准面，其所能容纳的公差带是0.03mm，垂轴基准面对A面的端面跳动允许0.015 mm。在进行中心偏测量时，测量仪的安装方法如图2，B面是安装基准面，A面与夹具是间隙配合。从以上两个图示中我们可以得出测量仪测量时可能产生如下误差：

光轴倾斜产生的误差。在安装测量仪时，B安装面相对A面没有垂直度的要求，是自由公差，并且夹具的支撑面的位置也会存在一定的偏差，因此机械的光轴也会产生一定程度的倾斜。标准状态下，A面的公差带为0.015mm，光轴的倾斜值为：θ1 = 0.015 /63 = 0.000 238rad=48〞，但是实际状态下的光轴倾斜值会更高，因而实际误差也会更大。

光轴平移产生的误差。测量仪在安装的过程中，透镜与夹具之间的间隙会导致机械的光轴出现一定程度的平移，测量仪最终的测量结果也会相较于标准状态下的测量结果出现更多的误差。

三、小结

中心偏测量仪机械的精度直接影响到中心偏的测量精度，只有切实从机械的制作和安装上减小测量误差的数值，才能使光学系统达到理想的效果，为学术研究所服务。

参考文献：

[1]王肇勋.光学系统偏心测量原理及应用[J].光学技术，1998，（3）.

[2]耿丽红，范天泉.高精度光学中心偏测量仪主要技术指标的检测[J].光子学报，1998.

[3]李 红.数值分析[M ].武汉华中科技大学出版社，2003.