阅读说明：本技术 一种光电探测器光敏面中心精确测量装置及方法 (Device and method for accurately measuring center of photosensitive surface of photoelectric detector ) 是由 张勇 王斌 马军伟 李群 王文仲 赵宗哲 韩文进 于 2019-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种光电探测器光敏面中心精确测量装置及方法,包括显微镜,还包括与显微镜配合使用的双竖轴组合检测装置,所述双竖轴组合检测装置包括从上至下依次连接的上竖轴盖、竖轴套和下竖轴座,所述上竖轴盖、竖轴套和下竖轴座均同轴。本发明主要针对双四象限光电探测器光敏面中心相对装配基准轴偏离量大和同轴度测量难题,可实现自动确定中心和准确定位。本发明提供的光电探测器光敏中心精确检测方法,通过修切消除带环光电探测器部件原方案装配过程产生的基准转换误差,剔除了器件制造基准与光敏面中心测量的基准轴之间偏离误差,既能满足超差器件的装配要求,又能消除原装配过程的基准转换误差。(The invention provides a device and a method for accurately measuring the center of a photosensitive surface of a photoelectric detector, which comprises a microscope and a double-vertical-shaft combined detection device matched with the microscope, wherein the double-vertical-shaft combined detection device comprises an upper vertical shaft cover, a vertical shaft sleeve and a lower vertical shaft seat which are sequentially connected from top to bottom, and the upper vertical shaft cover, the vertical shaft sleeve and the lower vertical shaft seat are coaxial. The invention mainly aims at the problems of large deviation of the center of the photosensitive surface of the double four-quadrant photoelectric detector relative to the assembly reference axis and coaxiality measurement, and can realize automatic center determination and accurate positioning. According to the method for accurately detecting the photosensitive center of the photoelectric detector, provided by the invention, the reference conversion error generated in the original scheme assembly process of the part with the photoelectric detector is eliminated by trimming, and the deviation error between the manufacturing reference of the device and the reference axis measured by the center of the photosensitive surface is eliminated, so that the assembly requirement of an out-of-tolerance device can be met, and the reference conversion error in the original assembly process can be eliminated.)

一种光电探测器光敏面中心精确测量装置及方法

技术领域

本发明具体涉及一种光电探测器光敏面中心精确测量装置及方法，用于不能直接接触测量的器件和类似结构零件的检测。

背景技术

双四象限光电探测器是激光导引头捕获目标的核心器件，分外四象限和内四象限8个区，内四象限的十字分划线的中心（又称光敏面中心），即光敏面上F轴、G轴交叉点，要求其相对器件检测基准的偏离量不大于0.1mm，这对导引头光学零位与电零位重合调整起决定作用。如果光敏面中心相对器件的检测基准的同轴度超差或偏离量过大，将影响导引头物镜部件弥散圆曲线调试，会使导引头光学零位与电零位不重合，导引头输出的陀螺修正信号不能真实的反映跟踪角速度，直接影响导引头瞄准及捕获目标的精度，易导致脱靶，因而双四象限光电探测器也称为激光导引头的眼睛。

双四象限光电探测器在器件制造、带环光电探测部件以及激光导引头光学系统装调时，光敏面中心的测量基准需要转换迭代，产生迭代误差，其也不能直接接触测量。光敏面中心测量基准转换修切到带环光电探测部件短锥面部位后，仍用双四象限光电探测器中的器件制造基准为测量基准，产生基准不重合误差，造成误判。若器件制造基准与器件光敏面中心的检测基准不同轴或偏差量较大时，器件制造基准不能用做光敏面中心偏差的检测，也不能用做带环光电探测器部件的基准锥面修切加工的基准，亟待解决此问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电探测器光敏面中心精确测量装置，主要针对双四象限光电探测器光敏面中心相对装配基准轴偏离量大和同轴度测量难题，可实现自动确定中心和准确定位。

本发明的另一个目的在于提供一种光电探测器光敏面中心精确测量方法，实现批量化测量。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种光电探测器光敏中心精确检测装置，包括显微镜，还包括与显微镜配合使用的双竖轴组合检测装置，所述双竖轴组合检测装置包括从上至下依次连接的上竖轴盖、竖轴套和下竖轴座，所述上竖轴盖、竖轴套和下竖轴座均同轴。

所述上竖轴盖为圆体结构，两端均开口，中心从上至下依次为自找正承力端面和上竖轴孔。

所述竖轴套中心从上至下依次为上竖轴外圆、自定心锥面、容纳腔、下竖轴孔和下竖轴承力端面一。

所述下竖轴座包括从上至下依次设置的圆柱体、下竖轴承力端面二和照准部端面，所述圆柱体的横截面为下竖轴外圆。

所述上竖轴孔与自找正承力端面二的垂直度不大于0.002mm，上竖轴孔的圆柱度不大于0.003mm，且表面粗糙度Ra0.1。

所述下竖轴孔与下竖轴承力端面一的垂直度小于0.002mm，所述下竖轴孔圆柱度小于0.003mm，所述上竖轴外圆和自定心锥面均以下竖轴孔和下竖轴承力端面一为基准，且相对基准的同轴度小于0.001mm，所述上竖轴外圆圆柱度小于0.003mm、间隙控制在0.002mm以内，各功能面表面粗糙度Ra0.1。

所述照准部端面二平面度小于0.002mm，所述下竖轴外圆与下竖轴承力端面二均以照准部端面为基准加工，下竖轴承力端面二与照准部端面二的平行度小于0.001mm，下竖轴外圆与照准部端面二的垂直度小于0.001mm，各功能面表面粗糙度Ra0.1。

一种光电探测器光敏面中心精确测量方法，使用光电探测器光敏中心精确测量装置，包括以下步骤：

步骤1）将待检测带环光电探测器部件进行修切，将光敏中心进行迭代转换，形成光学系统装调新的基准；

步骤2）将双竖轴组合检测装置中的下竖轴座置于显微镜的圆盘上直接压紧固定，再调整工具显微镜目镜系统，将目镜十字分划线调整下竖轴座的横截面中心上，调整好后，将修切后的待检测带环光电探测器部件装在竖轴套上，旋压上竖轴盖，实现自动确定中心和准确定位，形成固定式稳定竖轴；

步骤3）将竖轴套装到下竖轴座上，形成可旋转标准圆柱形竖轴，测量时旋转竖轴套，通过显微镜目镜找到带环光电探测器部件的光敏面中心。

步骤1）的具体过程如下：

在零件环的粘结容胶孔中涂聚硫密封胶，后将零件环装配到光电探测器部件的检测基准上，待聚硫密封胶固化后，得到带环光电探测器部件；

以带环光电探测器部件的制造基准为基准，将带环光电探测器用夹具装在精密车床上进行修切，在相应部位加工出外圆尺寸、基准锥面、锥面角度及端面，使光敏面中心测量的检测基准迭代转换基准锥面上，形成光学系统装调新的基准。

修切时，夹具装到设备主轴上，以带环光电探测器部件制造基准为装夹部位，带环光电探测器部件的基准端面为修切辅助基准，再将夹具的校正外圆调整到设备主轴回转中心，使跳动小于0.003mm进行修切加工。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种光电探测器光敏中心精确检测装置，采用半运动式圆柱形竖轴结构实现器件光敏面中心自动确定，圆柱形竖轴实现快速校准，形成双竖轴组合专用检测装置，对器件进行直接测量，不用再次校准，实现批量化测量。

本发明提供的这种光电探测器光敏中心精确检测方法，通过修切消除带环光电探测器部件原方案装配过程产生的基准转换误差，剔除了器件制造基准与光敏面中心测量的基准轴之间偏离误差，既能满足超差器件的装配要求，又能消除原装配过程的基准转换误差。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例中光电探测器的结构示意图；

图2是光敏面中心示意图；

图3是零件环的结构示意图；

图4是带环光电探测器部件结构示意图；

图5是精密仪器常用竖轴结构原理图，图（a）为标准圆柱形竖轴，图（b）半运动式圆柱形竖轴；

图6是本发明双竖轴组合检测装置的一种实施方式结构示意图；

图7是实施例中上竖轴盖的简图；

图8是实施例中竖轴套的简图；

图9是实施例中下竖轴座的简图；

图10是实施例中带环光电探测器部件锥面修切用夹具。

附图标记说明：

1、制造基准；2、检测基准；3、基准端面一；4、锥面修切部位；5、基准孔；6、粘结容胶孔；7、基准端面二；8、锥面修切基准；9、外圆尺寸；10、基准锥面；11、锥面角度；12、端面；13、配合尺寸；14、配合间隙；15、照准部承力端面一；16、照准部端面一；17、自找正承力端面一；18、滚珠；19、锥面；20、下竖轴座；21、竖轴套；22、上竖轴盖；23、带环光电探测器部件；24、上竖轴孔；25、自找正承力端面二；26、上竖轴外圆；27、自定心锥面角度；28、下竖轴承力端面一；29、下竖轴孔；30、自定心锥面；31、下竖轴外圆；32、下竖轴承力端面二；33、照准部端面二；34、校正外圆；35、连接机床主轴。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的光电探测器光敏中心精确检测装置的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种光电探测器光敏中心精确检测装置，包括显微镜，还包括与显微镜配合使用的双竖轴组合检测装置，所述双竖轴组合检测装置包括从上至下依次连接的上竖轴盖22、竖轴套21和下竖轴座20，所述上竖轴盖22、竖轴套21和下竖轴座20均同轴。

本发明实施过程：

将双竖轴组合检测装置中的下竖轴座20置于显微镜的圆盘上直接压紧固定，再调整工具显微镜目镜系统，将目镜十字分划线调整下竖轴座20的横截面中心上，调整好后，将修切后的待检测带环光电探测器部件23装在竖轴套21上，旋压上竖轴盖22，实现自动确定中心和准确定位，形成固定式稳定竖轴；

将竖轴套21装到下竖轴座20上，形成可旋转标准圆柱形竖轴，测量时旋转竖轴套21，通过显微镜目镜找到带环光电探测器部件23的光敏面中心。如图6所示，显微镜在图中未画出。如图2所示，F轴、G轴交点中心为光敏面中心。

本发明解决了双四象限光电探测器制造基准1与检测基准2偏差量过大和同轴度测量难题，能在通用光学仪器上便于器件装卸，快速且可避免反复校准。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种光电探测器光敏中心精确检测装置，所述上竖轴盖22为圆体结构，两端均开口，中心从上至下依次为自找正承力端面12和上竖轴孔24。如图7所示。

所述竖轴套21中心从上至下依次为上竖轴外圆26、自定心锥面30、容纳腔、下竖轴孔29和下竖轴承力端面一28。如图8所示。

所述下竖轴座20包括从上至下依次设置的圆柱体、下竖轴承力端面二32和照准部端面12，所述圆柱体的横截面为下竖轴外圆31。如图9所示。

本发明原理：

该光电探测器光敏中心精确检测装置可以自动确定中心，因此可直接测量带环光电探测器部件23光敏面中心。本发明采用竖轴的结构原理，利用半运动式圆柱形竖轴结构实现器件光敏面中心自动确定，以及标准圆柱形竖轴实现快速校准，设计形成双竖轴组合检测装置，对带环光电探测器部件23进行直接测量。

如图5所示，图5（a）是典型的标准圆柱形竖轴结构，其配合尺寸13、配合间隙14及照准部承力端面一15精度设计合理即可实现快速精确定心；图5（b）是定心精度更高半运动式圆柱形竖轴结构，是对图5（a）结构进行改进，在轴套上端增加锥面19后与滚珠18、自找正承力端面一17构成运动式轴承，实现自动确定中心。

如图6所示，双竖轴组合检测装置由下竖轴座20、竖轴套21、上竖轴盖22组成，将带环光电探测器部件23置于该检测装置上，带环光电探测器部件23如图4所示。

该检测装置具有以下特点：(1) 利用带环光电探测器部件23中的基准锥面10，定位存在悬浮、摆动特点，通过调整锥面19公差将带环光电探测器部件23等同图5（b）中滚珠18使用；（2）图7上竖轴盖22在旋压过程中，图7中自找正承力端面二25与带环光电探测器部件23中的端面12相切并沿图7中上竖轴孔24与图8中上竖轴外圆26配合轴线移动，图4中的基准锥面10与图8自定心锥面30通过悬浮、摆动，实现自动确定中心和准确定位，将半运动式圆柱形竖轴结构改变成固定式紧固竖轴结构；（3）图8中下竖轴孔29与图9中下竖轴外圆31配合，图8中下竖轴承力端面一28与图9下竖轴承力端面二32紧密相切，形成标准圆柱形竖轴；（4）将图9中照准部端面二33放置于工具显微镜测量圆盘上，校准图9中下竖轴外圆31中心并固定图9下竖轴座20，形成固定的、可复现并能重复传递的测量基准。

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种光电探测器光敏中心精确检测装置，所述上竖轴盖22的设计技术要求：上竖轴孔24与自找正承力端面二25的垂直度不大于0.002mm，上竖轴孔24的圆柱度不大于0.003mm，一次磨削、压研而成，表面粗糙度Ra0.1。

实施例4：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种光电探测器光敏中心精确检测装置，所述竖轴套21的设计及制造技术要求：下竖轴孔29与下竖轴承力端面一28垂直度小于0.002mm，下竖轴孔29经研磨圆柱度小于0.003mm；自定心锥面305与自定心锥面角度27以下竖轴孔29和下竖轴承力端面一28为基准，且相对基准的同轴度小于0.001mm，自定心锥面角度27的30°斜面加工成30″的正向公差；上竖轴外圆26以下竖轴孔29和自定心锥面角度27为基准，并根据上竖轴孔24的尺寸配对研磨，研磨后圆柱度小于0.003mm、间隙控制在0.002mm以内，并相对基准的同轴度小于0.001mm，旋转时轻松平滑，不会产生紧箍、涩滞或跳动现象；各功能面表面粗糙度Ra0.1。

实施例5：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种光电探测器光敏中心精确检测装置，所述下竖轴座20的设计技术要求：照准部端面二33精研后平面度要求小于0.002mm；下竖轴外圆31与下竖轴承力端面二32以照准部端面二33为基准进行加工，下竖轴承力端面二32与照准部端面二33的平行度小于0.001mm，下竖轴外圆31与照准部端面二33的垂直度小于0.001mm，并根据图8下竖轴孔29的尺寸配对研磨，间隙控制在0.002mm以内，旋转时轻松平滑，不会产生紧箍、涩滞或跳动现象；各功能面表面粗糙度Ra0.1。

双竖轴组合检测装置装配方法是：先将图7上竖轴盖22中的上竖轴孔24与图8竖轴套21中的上竖轴外圆26相配合，并通过螺纹连接向内平滑旋压，不产生紧箍、涩滞现象；再将上述组合部件通过图8竖轴套21中的下竖轴孔29与图9下竖轴座20中的下竖轴外圆31相配合，可紧贴图9下竖轴承力端面二32上轻松平滑旋转、不产生紧箍、涩滞，即完成组装。

实施例6：

本实施例提供了一种光电探测器光敏面中心精确测量方法，使用光电探测器光敏中心精确测量装置，包括以下步骤：

步骤1）将待检测带环光电探测器部件23进行修切，将光敏中心进行迭代转换，形成光学系统装调新的基准；

步骤2）将双竖轴组合检测装置中的下竖轴座20置于显微镜的圆盘上直接压紧固定，再调整工具显微镜目镜系统，将目镜十字分划线调整下竖轴座20的横截面中心上，调整好后，将修切后的待检测带环光电探测器部件23装在竖轴套21上，旋压上竖轴盖22，实现自动确定中心和准确定位，形成固定式稳定竖轴；

步骤3）将竖轴套21装到下竖轴座20上，形成可旋转标准圆柱形竖轴，测量时旋转竖轴套21，通过显微镜目镜找到带环光电探测器部件23的光敏面中心。

本发明原理：

由于器件的制造基准1与光敏面中心测量的检测基准2之间的偏离量大于0.2mm，因此现有的带环光电探测器部件23的装配和其基准锥面10的修切加工方法、激光导引头光学系统预调检测方法都不适用，因此需要新的修切方法。

从装配过程分析，存在以下三方面转换迭代误差：一是图1中的器件制造基准1与光敏面中心测量的检测基准2之间本身有制造误差，有偏离量；二是修切加工图4带环光电探测器部件23的基准锥面10、端面12时，没有以图1中的检测基准2为基准，而以图1中的器件制造基准11为装夹定位基准，基准发生转换，引入基准不重合误差；三是图4的光敏面中心测量时，没以图4中的基准锥面10、端面12为测量基准，仍以图1中的器件制造基准1为测量基准，发生基准转换迭代，引入不重合误差。这些因素都会造成结果误判，也是装配工艺可改进的关键环节。

本发明带环光电探测器部件23光敏面中心直接测量关键点分析。图4带环光电探测器部件23装配修切好后，图4中的基准锥面10、端面12是带环光电探测器测量和激光导引头光学系统装调的基准。测量时，首要问题是准确模拟图4中的基准锥面10、端面12构成的基准体系，也是测量方法设计的关键技术。图4带环光电探测器部件23的光敏面中心不能接触测量，只能借助通用光学仪器，测量时要满足批量测量要求，既能快速校准，又不需要反复校准，测量效率要高，这也是测量方法设计中着重考虑的问题。从带环光电探测器部件23结构特点分析，图4中的基准锥面10的长度仅2.2mm、斜面角度30°，锥面19过短，定位时存在摆动、悬浮问题，直接定位定心不稳定；而图4中的端面12与基准锥面10一次修切加工，可提高相互间的位置精度，用做定位定心辅助基准。因此，通过准确模拟图4中的基准锥面10和端面12构成的基准体系，并采用光电探测器光敏中心精确测量装置自动确定中心实现稳定定位定心，可实现精确测量。

其中，图4带环光电探测器部件23由图1光电探测器上粘结装配图3的零件环后，修切加工而成。

实施例7：

在实施例6的基础上，本发明提供了一种光电探测器光敏面中心精确测量方法，步骤1）的具体过程如下：

在零件环的粘结容胶孔6中涂聚硫密封胶，后将零件环装配到光电探测器部件的检测基准2上，待聚硫密封胶固化后，得到带环光电探测器部件23；

以带环光电探测器部件23的制造基准1为基准，将带环光电探测器用夹具装在精密车床上进行修切，在相应部位加工出外圆尺寸9、基准锥面10、锥面角度11及端面12，使光敏面中心测量的检测基准2迭代转换基准锥面10上，形成光学系统装调新的基准。

装配时，先在图3零件环的粘结容胶孔6中涂适量聚硫密封胶，后将图3零件环装配到图1光电探测器的检测基准2上，图3零件环上的配合孔2与图1光电探测器的检测基准2相配合，并能轻松平滑旋转、无卡滞，且图3中基准端面二7与图1中基准端面一3紧密相贴；待聚硫密封胶固化后，再以图1中的光电探测器件制造基准1为基准，将带环光电探测器用夹具装在精密车床上，按图4技术要求修切图3中的锥面修切部位4，加工出图4中的外圆尺寸9、基准锥面10、锥面角度11及端面12，使器件图1的光敏面中心检测基准2迭代转换到图4中的基准锥面10上，形成光学系统装调新的基准。

实施例8：

本实施例采用本发明方法解决一批进口光电探测器存在的问题。

进口光电探测器入厂验收时，发现图1器件制造基准11与图1光敏面中心测量的检测基准2之间的偏离量大于0.2mm以上，超差器件约2500个，该器件成本高，单个器件万元以上，若不使用，将产生巨大经济损失。鉴于光电探测器货源紧缺，需使用该批器件，但原有的带环光电探测器部件23的装配和其基准锥面10的修切加工方法、激光导引头光学系统预调检测方法都不适用。需重点对该批进口器件光敏面中心偏离问题进行分类研究，制定对应装配方案，采取对应技术措施，设计新的装配、测量方法，既满足该批偏心进口器件的装配，又符合激光导引头光学系统性能要求。

通过以下步骤解决上述实际问题：

步骤1）对带环光电探测器部件23锥面19进行

为了消除带环光电探测器部件23原方案装配过程产生的基准转换误差，带环光电探测器部件23用夹具进行装夹，夹具如图10所示，夹具上增设辅助基准面和浮动且可校中心功能。修切时，把夹具通过连接机床主轴35可靠装到设备主轴上，图1中的器件制造基准1为装夹部位，但增加图1的基准端面一修切辅助基准，再将图10中的校正外圆34调整到设备主轴回转中心，使跳动小于0.003mm，以锥面修切基准8为基准进行修切加工；按改进要求将图4中的基准锥面10的30°斜面修切成40″的负向公差。

步骤2）探测器部件光敏面中心测量方法

先将图6双竖轴组合检测装置中的下竖轴座20的照准部位二置于工具显微镜的圆盘上直接压紧固定，不需校正到圆盘回转中心位置；再调整工具显微镜目镜系统，将目镜十字分划线调整到图9下竖轴外圆31中心上。调整好后，将待检测带环光电探测器部件23装在图6中的带环光电探测器部件23的位置，旋压图6中的上竖轴盖22，借助图4中的基准锥面10与图8轴套上端自定心锥面30间存在的悬浮量、摆动量，实现自动确定中心和准确定位，形成固定式稳定竖轴；再将图8中下竖轴孔29装到校准到位的图9下竖轴外圆31上，形成可旋转标准圆柱形竖轴；测量时旋转图6中竖轴套21的滚花部位，通过工具显微镜目镜观察带环光电探测器部件23光敏面中心的偏离量。按上述方法更换器件并进行测量，不用再次校准，实现批量化测量。

该修切方法能剔除图1器件制造基准1与图1光敏面中心测量的检测基准2轴之间偏离误差，既能满足超差器件的装配要求，又能消除原装配过程的基准转换误差。

修切完成后，用显微镜和双竖轴组合检测装置配合对带环光电探测器部件23光敏面中心进行测量。本发明可以直接观察测量光敏中心。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

1）、结合器件制造基准1与检测基准22偏差量过大和带环光电探测器部件23原装配方案存在基准转换误差的问题分析，对部件装配锥面19进行修切；

2）、对带环光电探测器部件23光敏面中心直接测量的关键技术难点进行分析，确定测量原理并设计出精确测量的新方法和独创性很强的双竖轴组合检测装置；

3）、对带环光电探测器部件23中的基准锥面10制造的角度公差调整改进，并反向给定竖轴套21上端的自定心锥面30的角度公差，形成环线接触，使锥面19定位定心时的悬浮量、摆动量更大，能起到等同半运动式圆柱形竖轴的滚珠18的使用功能；

4）、自动确定中心后，通过螺纹压紧将半运动式圆柱形竖轴结构改变成固定式紧固竖轴结构，使定位定心更准确、更稳定。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。