CN108801294B - 一种针对空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可高效实现空间旋转多光轴系统的光轴平行性调校装置及方法。该装置和方法利用与机械回转轴调校平行的可见光光轴辅助调校激光光轴，可避免高功率激光器发出激光时带来的致盲危险，而在光轴调校措施上，将传统的修垫传感器安装面方法作为光轴调校的粗调措施，然后利用双光楔调校作为精调措施，从而高效高精度地实现空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校。

Description

一种针对空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校方法

技术领域

本发明属于光机装调领域，具体为一种实现空间旋转多光轴系统的平行性调校装置及方法。

背景技术

现代战场为精确打击敌方，光电系统发挥着举足轻重的作用。光电系统的瞄准、精确制导、光电对抗等均需要光电传感器之间的光轴保证严格的校正平行。光电系统中，光轴的调校通常可以分为两个层面：第一层面是可见光瞄准镜、高功率非可见激光器等各光学任务传感器的光轴相对于其自身基准的调试；第二层面，在将多个光学任务传感器集成至整机系统中时，理想状态下各光学任务传感器的光轴是能够保证平行性的，但是由于存在加工误差、加工应力、装调应力等因素，整机系统中各传感器光轴的平行性通常会存在误差，需要再次进行整机系统的光轴调校工作。本专利主要针对后者即整机系统的光轴调校展开研究。

以往常见的光电系统中，激光器、可见光传感器以及红外热像仪等各传感器间通常并不存在相对运动，光轴调校工作相对容易开展，技术相对成熟。而本发明所涉及的光电系统中，包含了可见光瞄准镜与高功率激光器两个传感器，在系统工作时可见光瞄准镜光轴存在着围绕高功率激光器光轴转动的运动关系，因此将本专利涉及的光电系统称之为空间旋转多光轴系统。如基于传统的修垫等措施对空间旋转多光轴系统开展光轴平行性调校，光轴调校的工作量和工作难度巨大，无法保证调校工作有效完成。因此空间旋转多光轴系统对光轴调校工作提出了新的挑战，亟需建立新的多光轴平行性调校方法。

中国期刊《激光与红外》2009年第四期第39卷发表了“空间旋转多光谱多光轴校准技术研究”。该论文提出了一种空间旋转多光轴的平行性调校方法。首先以摄像机模拟非可见且对人眼有危害的激光器；其次设计加工出一种专用的回转基准调校基座和基准光源，通过转动基座，检测出摄像机光轴和可见光轴在空间不同相对位置的误差，采用双光楔方法进行调节；最后依托过渡工装保证激光器光轴相对其安装面的精度与摄像机一致，由此保证了激光轴与可见光轴在任意方位角处均保持平行。

然而该方法存在着两个主要的不足：(1)该方法中假设的理想状态难以在工程实际中有效保证，或者需要极其复杂且成本高昂的措施方能保证，如光具座回转轴线与工作转台回转轴线要保证平行，摄像机安装基准面、回转光具座安装面、激光器安装基准面三者之间要保证非常小的平面误差等，因此调校效果难以保证。(2)该方法中，只要摄像机光轴发生变化，就需要重新标定激光光轴，因此调校难度大，重复工作量大。

发明内容

为解决空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校难度高、调校工作量大，调校周期长，且调校精度低等诸多问题，本发明提出了一种可高效实现空间旋转多光轴系统的光轴平行性调校装置及方法。该装置和方法利用与机械回转轴调校平行的可见光光轴辅助调校激光光轴，可避免高功率激光器发出激光时带来的致盲危险，而在光轴调校措施上，将传统的修垫传感器安装面方法作为光轴调校的粗调措施，然后利用双光楔调校作为精调措施，从而高效高精度地实现空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校。

本发明的技术方案为：

所述一种针对空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校装置，其特征在于：包括平行光管、高斯目镜、光源、放置台、可调平台、45°工装反射镜、工装平晶、抛物面反射镜、焦平面感光靶纸、底座；

平行光管带有三个调节旋钮支撑，提供带有十字分划的平行光；高斯目镜用于观测自准像；光源提供均匀照明用于照亮平行光管十字分划；放置台用于架设平行光管；可调平台用于放置方位转台，同时能够调节空间位置；45°工装反射镜用于将入射光线与出射光线折转90°；工装平晶用于平行光管光轴与方位转台基准面自准；抛物面反射镜为共轴抛物面反射镜；焦平面感光靶纸为放置在抛物面反射镜焦平面处的激光感应靶纸，并且在靶纸上印有点分划，点分划中心制有通孔；底座为可方位旋转的带轮支撑架。

利用上述装置实现针对空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：确定瞄准镜可见光光轴与方位转台机械回转轴平行性：

将方位转台放置于可调平台上，工装平晶与瞄准镜放置于同一安装平面上，45°工装反射镜架设在方位转台正上方，带有高斯目镜的平行光管置于放置台上并摆设在 45°工装反射镜正前方，光源照亮平行光管十字分划板；

步骤1.1：将合像水平仪放置于方位转台转轴(安装平面)上，转动方位转台转轴，通过调节可调平台上的旋钮，使水平仪的水泡居中，使方位转台机械回转轴线与大地水平面垂直；

步骤1.2：转动方位转台转轴，在平行光管十字分划板上出现经工装平晶反射且作圆周运动的平行光管十字分划板的自准像时，通过高斯目镜观察该自准像的运动圆心是否与平行光管十字分划板的中心重合，若不重合，则调节平行光管支撑座三个旋钮，直至自准像的运动圆心与十字分划板的中心重合，此时，平行光管光轴经45°工装反射镜反射后与方位转台机械回转轴平行；

步骤1.3：左右摆动瞄准镜，通过瞄准镜安装过孔余量，使光线经过平行光管、 45°工装反射镜、方位转台的直角棱镜射入至瞄准镜目镜中，直至瞄准镜目镜可观察到平行光管十字分划；

步骤1.4：拨动瞄准镜物镜方的双光楔，通过瞄准镜目镜观察使瞄准镜目镜分划板上的点分划与平行光管十字分划中心重合；

步骤1.5：旋转方位转台转轴，通过瞄准镜目镜观察比较瞄准镜目镜点分划在其它方位角度下与平行光管分划中心的误差，判断是否在允差范围内；若超标，则继续拨动瞄准镜物镜方的双光楔，直至各方位角度下点分划误差均在在允差范围内，此时瞄准镜光轴与转台机械回转轴垂直相交；

步骤2：确定激光器光轴与方位转台机械回转轴平行性：

将方位转台放置在可旋转底座上，45°工装反射镜架设在方位转台转轴上，将抛物面反射镜放置在45°工装反射镜正前方，焦平面感光靶纸处于抛物面反射镜的焦平面上；

步骤2.1：通过瞄准镜目镜观察，调节底座旋钮，使焦平面感光靶纸点分划中心通孔的反射像与瞄准镜目镜点分划重合；

步骤2.2：触发激光器，激光器光斑通过45°工装反射镜、抛物面反射镜反射至焦平面感光靶纸上，比较激光光斑中心与焦平面感光靶纸上点分划，是否在允差范围内；

若超出允差范围，则拨动激光器中的双光楔，直至激光器光斑中心落在焦平面感光靶纸点分划允差范围内；

若在允差范围内，则将底座支撑旋钮松开，转动底座，方位转台定轴随其一起转动，保持方位转台转轴不动；检查激光器光轴在其它方位角度下与可见光光轴的平行性，直至底座旋转一周，激光光斑中心均落在焦平面感光靶纸点分划允差范围内，此时激光器光轴与方位转台机械回转轴平行；

步骤3：固定瞄准镜、激光器中的双光楔位置，完成空间旋转多光轴系统的多光轴的平行性调校。

有益效果

本发明相对现有方法的主要优点在于：(1)本发明中需要保证的技术要求在工程实际中容易保证，因此调校精度高且易实现。(2)本发明中的调校方法调校难度低，工作量少。因此本发明所提出的针对空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校方法具有成本低、易实现、周期短、调校精度高的特点。

附图说明

图1是瞄准镜可见光光轴与方位转台机械回转轴平行性调校示意图

图2是激光器光轴与方位转台机械回转轴平行性调校示意图

图3是方位转台示意图

具体实施方式

本发明提出了一种可高效实现空间旋转多光轴系统的光轴平行性调校装置及方法。该装置和方法利用与机械回转轴调校平行的可见光光轴辅助调校激光光轴，可避免高功率激光器发出激光时带来的致盲危险，而在光轴调校措施上，将传统的修垫传感器安装面方法作为光轴调校的粗调措施，然后利用双光楔调校作为精调措施，从而高效高精度地实现空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校。

本实施例中的针对空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校装置，包括平行光管、高斯目镜、光源、放置台、可调平台、45°工装反射镜、工装平晶、抛物面反射镜、焦平面感光靶纸、底座；

平行光管带有三个调节旋钮支撑，提供带有十字分划的平行光；高斯目镜用于观测自准像；光源提供均匀照明用于照亮平行光管十字分划；放置台用于架设平行光管；可调平台用于放置方位转台，同时能够调节空间位置；45°工装反射镜用于将入射光线与出射光线折转90°；工装平晶用于平行光管光轴与方位转台基准面自准；抛物面反射镜为口径400mm共轴抛物面反射镜；焦平面感光靶纸为放置在抛物面反射镜焦平面处的激光感应靶纸，并且在靶纸上印有点分划，点分划中心制有直径0.1mm通孔；底座为可方位旋转的带轮支撑架。

利用上述装置实现针对空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：确定瞄准镜可见光光轴与方位转台机械回转轴平行性。仪器摆放位置如图所示：将方位转台放置于可调平台上，工装平晶与瞄准镜放置于同一安装平面上， 45°工装反射镜架设在方位转台正上方，带有高斯目镜的平行光管置于放置台上并摆设在45°工装反射镜正前方，光源照亮平行光管十字分划板。

步骤1.1将合像水平仪放置于方位转台转轴上，转动方位转台转轴，通过调节可调平台上的旋钮，使水平仪的水泡居中，即方位转台机械回转轴线与大地水平面垂直；

步骤1.2转动方位转台转轴，在平行光管十字分划板上出现经工装平晶反射且作圆周运动的平行光管十字分划板的自准像时，通过高斯目镜观察该自准像的运动圆心是否与平行光管十字分划板的中心重合，若不重合，则调节平行光管支撑座三个旋钮，直至自准像的运动圆心与十字分划板的中心重合，此时，平行光管光轴与方位转台机械回转轴平行，如图所示；

步骤1.3左右摆动瞄准镜，通过瞄准镜安装过孔余量，使光线经过直角棱镜， 45°工装反射镜射入至平行光管中，直至瞄准镜目镜可观察到平行光管十字分划；

步骤1.4拨动瞄准镜物镜方的双光楔，通过瞄准镜目镜观察其分划板上的点分划与平行光管十字分划中心重合；

步骤1.5旋转方位转台转轴，通过瞄准镜目镜观察其点分划在其它方位角度下与平行光管分划中心比较，否在0.15mrad允差范围内。若超标，则继续拨动瞄准镜物镜方的双光楔，直至各方位角度下点分划均在在允差范围内，此时可见光光轴与转台机械回转轴平行。

步骤2：确定激光器光轴与方位转台机械回转轴平行性。仪器摆放位置如图所示：将方位转台放置在底座上，45°工装反射镜架设在方位转台转轴上，将抛物面反射镜放置在45°工装反射镜正前方，焦平面感光靶纸与抛物面反射镜中心基本处于同一高度面。

步骤2.1：调节底座旋钮，将瞄准镜点分划与通过抛物面反射镜所观察到的焦平面感光靶纸点分划中心通孔的反射像调至重合；

步骤2.2：触发激光器，激光器光斑通过45°工装反射镜、抛物面反射镜反射至焦平面感光靶纸上，比较激光光斑中心与焦平面感光靶纸上点分划，是否在0.15mrad 允差范围内；

若超出0.15mrad允差范围，则需拨动激光器中的双光楔，直至激光器光斑中心落在焦平面感光靶纸点分划允差范围内；

若在允差范围内，则将底座支撑旋钮松开，转动底座，方位转台定轴随其一起转动，保持方位转台转轴不动。检查激光器光轴在其它方位角度下与可见光光轴的平行性，直至底座旋转一周，激光光斑中心均落在焦平面感光靶纸点分划允差范围内，此时激光器光轴与方位转台机械回转轴平行。

步骤3：固定瞄准镜、激光器中的双光楔位置，完成空间旋转多光轴系统的多光轴的平行性调校，光轴偏差可达到0.15mrad内，满足系统要求。

Claims (1)

1.一种实现针对空间旋转多光轴系统的多光轴平行性调校方法，其特征在于：利用以下装置实现：

装置包括平行光管、高斯目镜、光源、放置台、可调平台、45°工装反射镜、工装平晶、抛物面反射镜、焦平面感光靶纸、底座；

平行光管带有调节旋钮支撑，提供带有十字分划的平行光；高斯目镜用于观测自准像；光源提供均匀照明用于照亮平行光管十字分划；放置台用于架设平行光管；可调平台用于放置方位转台，同时能够调节空间位置；45°工装反射镜用于将入射光线与出射光线折转90°；工装平晶用于平行光管光轴与方位转台基准面自准；抛物面反射镜为共轴抛物面反射镜；焦平面感光靶纸为放置在抛物面反射镜焦平面处的激光感应靶纸，并且在靶纸上印有点分划，点分划中心制有通孔；底座为可方位旋转的带轮支撑架；

方法包括以下步骤：

步骤1：确定瞄准镜可见光光轴与方位转台机械回转轴平行性：

将方位转台放置于可调平台上，工装平晶与瞄准镜放置于同一安装平面上，45°工装反射镜架设在方位转台正上方，带有高斯目镜的平行光管置于放置台上并摆设在45°工装反射镜正前方，光源照亮平行光管十字分划板；

步骤1.1：将水平仪放置于方位转台的安装平面上，转动方位转台转轴，通过调节可调平台上的旋钮，使水平仪的水泡居中，使方位转台机械回转轴线与大地水平面垂直；

步骤1.2：转动方位转台转轴，在平行光管十字分划板上出现经工装平晶反射且作圆周运动的平行光管十字分划板的自准像时，通过高斯目镜观察该自准像的运动圆心是否与平行光管十字分划板的中心重合，若不重合，则调节平行光管支撑座旋钮，直至自准像的运动圆心与平行光管十字分划板的中心重合，此时，平行光管光轴经45°工装反射镜反射后与方位转台机械回转轴平行；

步骤1.3：左右摆动瞄准镜，通过瞄准镜安装过孔余量，使光线经过平行光管、45°工装反射镜、方位转台安装平面上的直角棱镜射入至瞄准镜目镜中，通过瞄准镜目镜可观察到平行光管十字分划；

步骤1.4：拨动瞄准镜物镜方的双光楔，通过瞄准镜目镜观察使瞄准镜目镜分划板上的点分划与平行光管十字分划板的中心重合；

步骤1.5：旋转方位转台转轴，通过瞄准镜目镜观察比较瞄准镜目镜点分划在其它方位角度下与平行光管十字分划板的中心的误差，判断是否在允差范围内；若超标，则继续拨动瞄准镜物镜方的双光楔，直至各方位角度下点分划与平行光管十字分划板的中心的误差均在允差范围内，此时瞄准镜光轴与转台机械回转轴垂直相交；

步骤2：确定激光器光轴与方位转台机械回转轴平行性：

将方位转台放置在可旋转底座上，45°工装反射镜架设在方位转台转轴上，将抛物面反射镜放置在45°工装反射镜正前方，焦平面感光靶纸处于抛物面反射镜的焦平面上；

步骤2.1：通过瞄准镜目镜观察，调节底座旋钮，使焦平面感光靶纸点分划中心通孔的反射像与瞄准镜目镜点分划重合；

步骤2.2：触发激光器，激光器光斑通过45°工装反射镜、抛物面反射镜反射至焦平面感光靶纸上，观察激光光斑中心是否落在焦平面感光靶纸上点分划的允差范围内；

若超出允差范围，则拨动激光器中的双光楔，直至激光器光斑中心落在焦平面感光靶纸点分划允差范围内；

若在允差范围内，则将底座支撑旋钮松开，转动底座，方位转台定轴随其一起转动，保持方位转台转轴不动；检查激光器光轴在其它方位角度下与可见光光轴的平行性，直至底座旋转一周，激光光斑中心均落在焦平面感光靶纸点分划允差范围内，此时激光器光轴与方位转台机械回转轴平行；

步骤3：固定瞄准镜、激光器中的双光楔位置，完成空间旋转多光轴系统的多光轴的平行性调校。

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