共轴光学系统公差分析及装调路径优选

发布时间：2020-09-08 10:41

　　 光机系统的设计以及装调是决定光学系统成像质量的关键因素,也是光学研究领域极为重要的两个部分。在现在的光机设计过程中,计算机辅助公差分析技术往往只涉及对光学公差部分进行分析与分配,并没有系统的考虑透镜以不完全定位方式装配时,机械零件公差与光学元件公差的综合影响。另一方面,对于共轴光学系统,由于其镜片数目多,装配关系复杂,现在的计算机辅助装调(CAA)技术已经很难精确的求解共轴光学系统的失调量(加工误差和装配误差),由此而导致装调的次数增多,装调效率变低。所以研究共轴光学系统的公差设计与分析以及合适的装调方法对于提高光学系统成像质量及制造装配精度有着重大意义。本文的研究主要分为两部分:以光机系统多种公差综合为基础的装配成功率分析和基于公差灵敏度分析的装调路径优选方法研究。本文以共轴光学系统中最基本的单元——透镜系统为研究对象,分析了透镜以球面接触形式和平面接触形式装配时,多种公差综合对装配误差的影响,建立了透镜倾斜装配误差和偏心装配误差的求解模型。阐述了几种常见误差分布的特征,以装配误差求解模型为基础,提出了基于Taguchi正交试验法和蒙特卡洛法的装配成功率分析方法,将统计方法应用于光学系统的公差分析之中。借助于光学元件的分划工艺和绕中心轴线旋转装入的角度,提出了透镜与镜筒装配位姿量化的确定方法及装调路径描述方法。利用光学设计仿真软件ZEMAX进行了基于MTF评价指标的公差灵敏度分析,从而进一步提出了基于装配成功率、偏心误差权重和倾斜误差权重综合优选的装调方法,并用摄远物镜系统的装调验证了本文研究方法的合理性。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH74
【部分图文】：

是光电精密仪器与机械的简称，是由多组机械零件与光学元件装配组逡逑成。光机设计过程具有周期性长、难度高、且涵盖多种学科的特性。其设计的大逡逑致流程［１］如图１．４所示：逡逑

２．１．１透镜系统逡逑透镜系统是复杂光机系统中最基本的单元，它是由单透镜与镜座（或镜筒）逡逑形成的装配单元，图２．１为透镜系统的结构示意图。透镜按照其表面几何形状和逡逑组合类型可分为：球面透镜、非球面透镜以及胶合透镜。球面透镜是透射式共轴逡逑光学系统中最常用的透镜种类。本文涉及的透镜系统是以球面透镜为基础来分析逡逑透镜的装配误差。逡逑（／／／／／／／／／／Ｖ／／／／／，逡逑ｘ）逡逑，筒逡逑’｝／／／／／／／／／／／／／／人逡逑图２．〗透镜系统结构示意图逡逑球面透镜按其表面几何形状和结构尺寸分为以下几种类型［４５］，如表２．１所示：逡逑表２．１球面透镜的分类逡逑类型及名称逦说明逡逑凸透镜逦两个折射面向外凸出的透镜。逡逑凹透镜逦两个折射面向内凹进的透镜。逡逑球面逡逑两个折射面同向弯曲的透镜；当弯月透镜两个折逡逑透镜弯月透镜逡逑射面曲率中心重合的透镜称为同心透镜。逡逑超半球透镜逦矢高大于折射面曲率半径的透镜。逡逑１０逡逑

镜座透巧逦螺纹压圈逡逑图２．２压圈法结构图逡逑设计过程中，利用结构粘合剂来替代螺钉、铆钉等传统轴光学系统中常用到的方法，这种方法多用于口径较。装配时，利用结构胶将透镜与金属的外框胶粘在一起或镜筒中［４６］，如图２．３所示：逡逑

【参考文献】

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本文编号：2814083