汽車(chē)配件加工的透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)

任乾洋

摘要：本文針對(duì)汽車(chē)配件加工的透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)，采用理論結(jié)合實(shí)踐的方法，先分析了透射式紅外鏡頭雙向定心的機(jī)理，接著探討了透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，最后提出汽車(chē)配件加工透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)的方法。分析結(jié)果表明，車(chē)在鏡頭對(duì)加工和安裝的精度要求非常高，早期單向定心儀，只能對(duì)反射鏡和可見(jiàn)光透鏡進(jìn)行定心，具有很強(qiáng)的局限性，現(xiàn)已無(wú)法滿(mǎn)足汽車(chē)配件加工生產(chǎn)對(duì)透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)的需求，而采用雙向光學(xué)定心方法，則能有效滿(mǎn)足車(chē)載鏡頭加工和裝調(diào)高精度的要求，值得大范圍推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)配件;生產(chǎn)加工;透射式;紅外鏡頭

中圖分類(lèi)號(hào)：U472.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）12-0093-02

0? 引言

在我國(guó)汽車(chē)事業(yè)飛速發(fā)展的背景下，高精度、透射式紅外車(chē)載鏡頭被廣泛應(yīng)用到汽車(chē)生產(chǎn)中，大大提升了汽車(chē)的性能和駕駛操作的安全性。但同時(shí)也對(duì)透射式紅外鏡頭的定心裝調(diào)提出了更高的要求，傳統(tǒng)單向定心儀具有很大的局限性，難以滿(mǎn)足車(chē)載鏡頭在發(fā)射和空間環(huán)境下的使用要求，限制了我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展。雙向光學(xué)定心方法的出現(xiàn)有效解決了這一問(wèn)題，而且裝調(diào)效率和精度更高，具有良好的發(fā)展前景?；诖耍_(kāi)展此項(xiàng)技術(shù)在汽車(chē)配件加工透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)中分析研究就顯得尤為必要。

1? 透射式紅外鏡頭雙向光學(xué)定心的機(jī)理

透射式紅外鏡頭雙向光學(xué)定心的主要機(jī)理是以透鏡光軸為基準(zhǔn)，利用放射旋轉(zhuǎn)測(cè)量方法來(lái)精細(xì)化的測(cè)量球心偏，通過(guò)光學(xué)的反射定律可知，其入射角和反射角相同，如果光線(xiàn)沿著法線(xiàn)入射，則會(huì)原路返回，按照該原理，從相對(duì)180°方向，用兩臺(tái)定心儀，同時(shí)測(cè)量透射式紅外鏡頭的兩個(gè)球心像，再按照測(cè)量結(jié)果，來(lái)重復(fù)多次的調(diào)整兩球心像相對(duì)軸線(xiàn)的位置，就能找到透射式紅外鏡頭裝調(diào)時(shí)最為理想的光軸，再通過(guò)精密機(jī)械神加工之后，就能形成高品質(zhì)、高精度的透射式紅外鏡頭。具體的透射式紅外鏡頭雙向光學(xué)定心機(jī)理如圖1所示。

圖1中，R和R2分別表示透射式紅外鏡的曲率半徑，X1和X2則分別表示，定心儀的工作距離。按照?qǐng)D1所示的原理，在透射式紅外鏡頭高精度裝調(diào)中采用雙向光學(xué)定心方法，不但有效解決任意波段透鏡的光學(xué)定心加工，而且具有比單向光學(xué)定心加工更加廣泛的應(yīng)用范圍。

2? 透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 前期準(zhǔn)備

為在透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)中，發(fā)揮出雙向光學(xué)定心技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)，需要提前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，主要包括以下內(nèi)容：

一是按照透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)的要求，建立起保證雙向光學(xué)定心質(zhì)量的過(guò)程控制信息。

二是明確汽車(chē)配件加工中時(shí)光學(xué)配件和機(jī)械零件裝配信息。

三是選擇雙向光學(xué)定心和汽車(chē)配件的裝調(diào)工藝，并形成工藝流程。

四是按照工裝、夾具等加工裝調(diào)精度及質(zhì)量的要求，選擇相應(yīng)的儀器和設(shè)備。

五是確定好汽車(chē)配件精密機(jī)械加工的的尺寸。

2.2 球心相工裝設(shè)計(jì)和調(diào)整

在采用雙向光學(xué)定心進(jìn)行透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)試，需要設(shè)計(jì)出專(zhuān)用的球心像調(diào)整工裝，和單向光學(xué)定心加工相比，雙向光學(xué)定心加工時(shí)球心像調(diào)整工裝中心需要預(yù)留出相應(yīng)的通光孔，以保證能夠?qū)崿F(xiàn)雙向觀測(cè)和自由度調(diào)整。在整個(gè)應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)需進(jìn)行第二面球心像位置計(jì)算，通過(guò)調(diào)整R1和R2的距離，就能實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用工裝的重復(fù)調(diào)整，以得到最為理想的光軸。

2.3 透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)

將經(jīng)過(guò)精密機(jī)械加工之后的汽車(chē)配件，經(jīng)過(guò)雙向光學(xué)定心調(diào)整之后，安裝到經(jīng)過(guò)定心加工之后的鏡筒中，就能得到一個(gè)完整的透射式紅外鏡頭。在透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)中，需要通過(guò)不斷調(diào)整鏡頭焦距、星點(diǎn)等光學(xué)指標(biāo)，并加強(qiáng)檢測(cè)，以保證每個(gè)步驟都符合要求，就能得到一個(gè)質(zhì)量達(dá)標(biāo)的完整鏡頭。

在透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)中影響雙向光學(xué)定心加工精度的因素主要有三個(gè)方面：其一是車(chē)床主軸的晃動(dòng)情況;其二是光學(xué)定心儀的精度;其三是測(cè)量誤差。其中車(chē)床主軸的晃動(dòng)情況可通過(guò)選擇高精度緊密車(chē)床的方法來(lái)解決，保證車(chē)床主軸晃動(dòng)量在0.0005mm以下，即可滿(mǎn)足透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)對(duì)精度要求。而針對(duì)光學(xué)定心儀的精度和測(cè)量誤差，要通過(guò)合理轉(zhuǎn)向顯微鏡組的焦距內(nèi)調(diào)焦組的焦距等合理調(diào)整，以便更好的開(kāi)展誤差。

3? 汽車(chē)配件加工透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)的方法

3.1 合理設(shè)計(jì)光機(jī)結(jié)構(gòu)件

光機(jī)結(jié)構(gòu)件主要有兩部分共同組成：其一是鏡框，其二是鏡筒。在鏡框設(shè)計(jì)中，需要按照雙向光學(xué)定心機(jī)理，設(shè)計(jì)出一種特殊的鏡框。先用4個(gè)螺栓孔，固定好透鏡組建，然后再通過(guò)2個(gè)銷(xiāo)釘孔，對(duì)透鏡組件進(jìn)行重復(fù)定位，以保證汽車(chē)配件加工透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)的精度。

而在鏡筒設(shè)計(jì)中，為提升透鏡組件安裝的便捷性及精度，可將鏡筒設(shè)計(jì)成兩部分，具體情況如圖2所示。

從圖2中可以看出，汽車(chē)配件加工透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)中鏡筒分為前后兩部分，由6個(gè)透鏡組件共同組成，除最后一片直接安裝之前，其余5個(gè)透鏡組件，都通過(guò)法蘭和鏡筒連接成一個(gè)整體。在精通內(nèi)側(cè)均勻布置4個(gè)螺紋孔，其主要作用是調(diào)整透鏡很透鏡組件的徑向平移，透鏡和透鏡之間可通過(guò)修磨調(diào)整墊片進(jìn)行有效控制。

3.2 透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)步驟

透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，涉及到的內(nèi)容比較多，環(huán)節(jié)多，任何一個(gè)細(xì)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)影響整個(gè)裝調(diào)的精度以及車(chē)載鏡頭使用的效果，為最大限度上提升透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)精度，需要保證每個(gè)步驟都符合設(shè)計(jì)要求。

第一步，計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)。先用高精度干涉儀來(lái)測(cè)量每個(gè)透鏡的面形;再用干涉儀和光柵尺相互配合方法，精確測(cè)量每個(gè)透鏡的曲率半;接著通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)測(cè)量每個(gè)透鏡的中心厚度;然后將測(cè)量到的結(jié)果全部深入到計(jì)算機(jī)光學(xué)系統(tǒng)軟件中進(jìn)行分析;最后計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的分析結(jié)果，優(yōu)化透鏡和透鏡之間的距離，確定最佳的距離，為后期精調(diào)奠定良好的基礎(chǔ)。

第二步，對(duì)第一透鏡組件進(jìn)行定心處理。先將設(shè)計(jì)好的鏡筒固定在轉(zhuǎn)臺(tái)之上，用2個(gè)千分尺檢測(cè)的鏡筒的外圓和端面基準(zhǔn)，按照具體的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬A斜和平移調(diào)整，直到千分尺的跳動(dòng)量低于0.02mm。然后在布置好的定心儀上光路、下光路之上，分別找到第一個(gè)透鏡上下兩個(gè)鏡面的反射球心像，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，測(cè)量?jī)蓚€(gè)球心像的晃動(dòng)量，利用鏡筒中提前布置好的4個(gè)螺紋孔精細(xì)化調(diào)整第一透鏡組件的徑向。最后在鏡框和鏡筒相互接觸的面上利用墊片調(diào)整透鏡組件的傾斜度，直到透鏡上下兩個(gè)面的球心像晃動(dòng)量都小于5″之后，及時(shí)擰緊第一透鏡組件和鏡筒之間的連接螺釘，但螺釘擰緊過(guò)程中需要注意保持兩個(gè)球心像不動(dòng)，通過(guò)輕輕拍打鏡框和鏡筒之間的銷(xiāo)釘定位第一透鏡。

第三步，對(duì)第二透鏡組件進(jìn)行定心處理。當(dāng)?shù)谝煌哥R組件裝調(diào)結(jié)束之后，要先松開(kāi)鏡框和鏡頭之前的螺釘，取出第一透鏡組件，安裝第二透鏡組件和墊片。此后鏡筒的每個(gè)透鏡組件，都采用上述流程進(jìn)行定心處理。最后等全部透鏡組件都裝調(diào)結(jié)束之后，就完成了透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)中的鏡頭裝調(diào)工作。

第四步，對(duì)接前后鏡筒。當(dāng)各透鏡組件都安裝結(jié)束之后，要及時(shí)進(jìn)行鏡筒之間定位銷(xiāo)釘?shù)陌惭b，之后將前后的螺釘全部鎖緊。再利用專(zhuān)用的工裝將鏡筒安裝到定心設(shè)備的轉(zhuǎn)臺(tái)之上，并用千分表測(cè)試鏡筒的外圓基準(zhǔn)和端面基準(zhǔn)的跳動(dòng)情況，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)促使鏡筒的跳動(dòng)情況都低于0.02mm。再用定心儀的上光路和下光路分別找到第一透鏡上表面和第六透鏡下表面的球心像，測(cè)量晃動(dòng)量。

3.3 誤差分析

誤差透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)中必須控制的問(wèn)題，在整個(gè)定心裝調(diào)過(guò)程中涉及到的誤差包括：千分表誤差、轉(zhuǎn)臺(tái)誤差、定心儀誤差、透鏡組件誤差、銷(xiāo)釘誤差。

千分表誤差影響因素有轉(zhuǎn)臺(tái)晃動(dòng)、鏡筒晃動(dòng)等。為保證透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)的精度，在每個(gè)透鏡組件定心之前，都需要對(duì)鏡筒的端面和外圓進(jìn)行重新測(cè)量。如果鏡筒的外徑為100mm，則千分表的精度應(yīng)為0.001mm，就汽車(chē)配件加工車(chē)載鏡頭而言，鏡頭會(huì)形成的傾斜誤差M1約為2″;轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，其軸系的晃動(dòng)誤差M2約為1″;定心儀標(biāo)稱(chēng)誤差約為0.2″，但定心儀在工作中容易受到環(huán)境的影響，實(shí)際誤差可能比較大，其誤差M3通常為1″;透鏡組件的調(diào)整誤差和雙向光學(xué)定心系統(tǒng)的公差要求密切相關(guān)，其實(shí)際誤差M4為1″;銷(xiāo)釘在透鏡組件完成定心測(cè)量之后需要取出，再次安裝時(shí)需要重新定位，多次重復(fù)定位誤差會(huì)發(fā)生累積，其誤差M5約為3″。

透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)中鏡頭由6個(gè)透鏡組件共同組成，需要用千分表對(duì)鏡頭的端面和外圓至少進(jìn)行6次測(cè)量，其中5個(gè)透鏡組件需要重復(fù)安裝單位，還涉及到一次對(duì)接操作，則最大誤差可用以下公式來(lái)計(jì)算：

將M1～M5的數(shù)值代入到此公式中，可知汽車(chē)配件加工的透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)的最大誤差為18″。通常情況下，射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)的公差，要比光鏡頭定心裝調(diào)的要求松，通常在30″～1′之間，因此，采用雙向光學(xué)定心法，可滿(mǎn)足射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)公差的要求。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文采用理論結(jié)合實(shí)踐的方法，分析了汽車(chē)配件加工的透射式紅外鏡頭高精度定心裝調(diào)，分析結(jié)果表明，車(chē)載透射式紅外鏡頭對(duì)定心裝調(diào)精度的要求非常高，采用雙向光學(xué)定心法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每個(gè)透鏡組件重新定位，而且定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單向光學(xué)定心的精度。此外，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能能夠有效滿(mǎn)足力學(xué)振動(dòng)的條件，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境，具有良好的發(fā)展情景和推廣應(yīng)用。

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