CN102901620B - 通用型高精度激光合束系统装调检测装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
通用型高精度激光合束系统装调检测装置属于光电对抗领域，目的在于解决现有技术中对光电对抗设备内激光合束系统的检测与装调过程中存在的问题。包括前镜筒固定组件、前镜头、增量式衰减片组件、连续调焦凸轮组件、连续调教系统、滤光片组件、反射镜组件、后镜筒下透射镜、后镜筒组件、后镜筒上反射镜、二次组合式衰减组件、激光光束探测器组件、连续调焦齿轮箱组件，根据激光在CCD上的照射范围调整检测激光合束系统。本装置能够在光电对抗装备处于实验室阶段时，针对激光器及导光镜的精确位置调整进行实时高精度检测；可以在光电对抗设备完成整体封装以前进行光路的精密装调，中不需要外场条件，在实验室中即可完成，为装调带来极大的便利。
Description
技术领域
本发明属于光电对抗领域，特别涉及到一种通用型高精度激光合束系统装调检测装置。
背景技术
光电对抗武器是现代战争中不可或缺的重要内容之一。该类装备主要采用中小功率激光光束对敌方光电探测类装备进行干扰致盲或采用大功率激光光束对敌方装备的光电探测器件或薄弱部位进行高功率毁伤。中小功率的激光对抗装备的特点是输出激光的能量较低，某种波长的探测器往往仅对该波长的激光敏感；激光发射光轴方向始终保持不变，同时为保证该类设备在远距离的使用过程中各束激光仍能聚焦到一点，需要将各激光器输出的激光光束高精度地合成为一束，因此，为提高这类中小功率的激光对抗装备的适用性往往采用多波段激光合束集成的方式进行设计，从而共用系统中的光学系统。此为该装备研制过程中的关键技术之一。合束后的激光通过扩束系统得到合适发散角的激光光束。在大功率激光对抗武器的研制中，由于化学激光器固有的体积大、有毒等缺点，各国逐渐抛弃了该类传统大功率激光器的研制，而转向体积较小、模块化结构的固体激光器的研制。目前该领域中出现的一种趋势是研制千瓦级的模块化标准化固体激光器，通过多个激光器的合成得到不同功率需求的激光器系统。这种研制方式的一个关键技术便是多个激光器输出激光的快速、高精度合成。
激光合束的粗调可以通过机械结构保证，只有精确调整才需要一些装置的辅助。当前工程中主要采用原始的远距离激光打靶的方式对不同激光器输出各束激光的合束精度进行检测。通过对检测结果的分析得到各激光器输出激光束的位置偏差量，并依据这些偏差量调整激光器或光路中的各类反射镜的位置，最终实现各束激光的偏差在允许的范围内。采用远距离打靶方式对激光合束系统进行装调及检测过程中需要该装置完成集成，能够整体移动并且能够暴露在室外场所，因此当进行这种检测与装调时由于光电对抗设备基本封装完成，而激光器及光路均在设备内部，所以装调将存在极大的困难。同时这种检测与装调由于是远距离完成的，需要较大的通视场地，且需要较多的操作人员及红外相机、显示器等各类检测装置。往往还需要多个探测器对照射到靶面上的不同波段激光束进行探测。这种检测对外场的环境也有较高的要求，因此这种检测与装调存在诸多困难。
发明内容
本发明的目的在于提出一种通用型高精度激光合束系统装调检测装置，解决现有技术装调及检测过程中存在的问题。
为实现上述目的，本发明的通用型高精度激光合束系统装调检测装置，包括前镜筒固定组件、前镜头、增量式衰减片组件、连续调焦系统、滤光片组件、反射镜组件、后镜筒下透射镜、后镜筒组件、后镜筒上反射镜、二次组合式衰减组件、激光光束探测器组件、连续调焦齿轮箱组件；
所述连续调焦系统包括外箱体组件、变倍组件及补偿组件，所述外箱体组件箱体的一侧开有两个凸轮线槽，所述变倍组件及补偿组件分别与两个凸轮线槽配合；所述连续调焦齿轮箱组件带动所述连续调焦系统的外箱体组件转动，进而带动所述变倍组件和补偿组件在圆周均布的三根滑杆上左右运动实现连续调焦；
所述增量式衰减片组件、所述前镜头和所述前镜筒固定组件从左至右同轴安放，经激光合束系统所得的激光束经由所述前镜头进入本发明的装调检测装置，经所述增量式衰减片组件衰减后经所述连续调焦系统进行连续变焦，得到的激光束经所述滤光片组件滤光后照射到所述反射镜组件上，经由所述反射镜组件得到的反射光束穿过所述后镜筒下透射镜照射到所述后镜筒上反射镜上，再经所述后镜筒上反射镜反射后经所述二次组合式衰减组件衰减后打到所述激光光束探测器组件上。
所述前镜筒固定组件上圆周至少均布6个孔；所述前镜头将扩束后呈发散状态的激光束直接汇聚至所述变倍组件上。所述变倍组件和补偿组件同轴安装在平行性的三根滑杆上，所述三根滑杆截面上圆周均布，并且与所述连续调焦系统内部直接固定在一起。
所述增量式衰减片组件为可增减式衰减片组合，所述增量式衰减片组件有n片衰减片，所述衰减片为可使经过的激光光束能量密度降低至10％～20％之间。
所述衰减片n的取值范围为：1≤n≤6。
所述连续调焦齿轮箱组件为多组齿轮组件变速方式进行减速。
所述滤光片组件为可通过短波红外、中波红外和长波红外激光束并可滤去其他波长的杂波的滤光片。
所述后镜筒组件竖直放置，与所述外箱体组件呈垂直角度；所述反射镜组件中的反射镜和后镜筒上反射镜均为平面反射镜；所述后镜筒下透射镜为汇聚镜组。
所述二次组合式衰减组件为圆盘式结构，m个不同的衰减片圆周均布在圆盘上，所述衰减片为为可使经过的激光束功率密度减低至5％～95％之间。
所述m的取值范围为：1≤m≤6。
所述激光光束探测器组件中的CCD为有效接收短波红外激光束、中波红外激光束和长波红外激光束的器件。
所述装调检测装置能够用于对激光束与跟瞄发射转台垂直轴和俯仰轴偏差的检测与装调。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的装调检测装置采用衰减倍率可调的前镜筒结构实现对不同激光对抗装备出射激光不同功率的适应性，同时采用大减速比、高传动精度的齿轮箱结构实现对连续调焦系统的高精度旋转控制，通过连续调焦系统外箱体组件的转动带动变倍组件与补偿组件沿凸轮导向槽前后运动，实现对入射激光束的焦点前后位置控制，保证最小的光斑落到探测器CCD焦面上，本装置能够在光电对抗装备处于实验室阶段时，针对激光器及导光镜的精确位置调整进行实时高精度检测；使用时，将本装置安装到激光对抗装备跟瞄发射转台中出光镜筒前端，因此在系统的精确装调中不需要外场条件，在实验室中即可完成，可以在光电对抗设备完成整体封装以前进行光路的精密装调，为装调带来极大的便利。将本装置安装到激光对抗装备上以后仅需要一台电脑对系统焦距进行精密控制，同时对激光光束探测器组件中的CCD上的图像进行处理与显示，装调人员根据显示的结果对系统中各个激光器及其光路中的光学元件进行位置调整，最终实现各个激光器将光束尽可能精确地发射到CCD的一点上，从而实现低成本、高效率地激光束合束装调。
本系统除能够对多激光光束合束系统进行检测和装调外还能够实现对激光束与跟瞄发射转台垂直轴和俯仰轴偏差的检测与装调。通过发射出的激光器照射到激光光束探测器组件焦平面上的位置来调整转台中导光器件的角度和位置是激光光束在允许范围内；采用本装置后可以实现实验室内对激光光轴与转台回转轴偏差的高精度检测与装调。
附图说明
图1为本发明通用型高精度激光合束系统装调检测装置的整体剖面图；
图2为本发明中连续调焦系统的主视图；
图3为本发明中连续调焦系统的后视图；
图4为本发明中连续调焦系统剖面图；
图5为本发明中变倍组件结构示意图；
图6为本发明中补偿组件结构示意图；
图7为本发明中二次组合式衰减组件结构示意图；
其中：1、前镜筒固定组件，2、前镜头，3、增量式衰减片组件，4、连续调焦系统，401、变倍组件，401-1、滑头A，402、补偿组件，402-1、滑头B，403、外箱体组件，403-1、凸轮线槽A，403-2、凸轮线槽B，5、滤光片组件，6、反射镜组件，7、后镜筒下透射镜，8、后镜筒组件，9、后镜筒上反射镜，10、二次组合式衰减组件，1001、衰减片，11、激光光束探测器组件，12、连续调焦齿轮箱组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参见附图1、附图2、附图3、附图4、附图5和附图6，本发明的通用型高精度激光合束系统装调检测装置包括前镜筒固定组件1、前镜头2、增量式衰减片组件3、连续调焦系统4、滤光片组件5、反射镜组件6、后镜筒下透射镜7、后镜筒组件8、后镜筒上反射镜9、二次组合式衰减组件10、激光光束探测器组件11、连续调焦齿轮箱组件12、外箱体组件403；所述增量式衰减片组件3、所述前镜头2和所述前镜筒固定组件1从左至右同轴安放，经激光合束系统所得的激光束经由所述前镜头2进入本发明的装调检测装置，经所述增量式衰减片组件3衰减后经所述连续调焦系统4进行连续变焦，得到的激光束经所述滤光片组件5滤光后照射到所述反射镜组件6上，经由所述反射镜组件6得到的反射光束穿过所述后镜筒下透射镜照射到所述后镜筒上反射镜9上，再经所述后镜筒上反射镜9反射后经所述二次组合式衰减组件衰减后打到所述激光光束探测器组件11上；所述连续调焦系统4包括外箱体组件403、变倍组件401及补偿组件402，所述外箱体组件403箱体的一侧开有凸轮线槽A403-1和凸轮线槽B403-2，所述变倍组件401的滑头A401-1和补偿组件402的滑头B402-1分别与凸轮线槽A403-1和凸轮线槽B403-2配合；所述连续调焦齿轮箱组件12带动所述连续调焦系统4的外箱体组件403转动，进而带动所述变倍组件401和补偿组件402在圆周均布的三根滑杆上左右运动实现连续调焦。
所述前镜筒固定组件1上圆周均布6个孔，用于连接不通的激光合束发射镜头，从而办证前镜筒固定组件1能够与大多数中小口径激光对抗设备光束发射窗口直接连接固定；所述前镜头2将扩束后呈发散状态的激光束直接汇聚至所述变倍组件401上。所述变倍组件401和补偿组件402同轴安装在平行性的三根滑杆上，使连续调焦系统4外箱体组件403转动时带动变倍组件401及补偿组件402在三根滑杆上左右运动实现连续变焦，所述三根滑杆截面上圆周均布，并且与所述连续调焦系统4内部直接固定在一起。该连续调焦系统4根据不同激光对抗系统合束后出射激光的发散角的不同设置不同的焦距，从而高精度地保证激光束光斑最终以最小的直径被激光光束探测器组件11捕获，从而以较高的精度获得系统出射激光的光束位置。
所述增量式衰减片组件3为可增减式衰减片组合，所述增量式衰减片组件3有6片衰减片，所述衰减片为大衰减倍率衰减片，可使经过此衰减片组件的激光光束能量密度降低至10％～20％之间。
所述连续调焦齿轮箱组件12为多组齿轮组件变速方式进行减速，实现大减速比、高精度地对系统的焦距进行调节。
所述的滤光片组件5根据激光对抗类武器主要采用的短波红外、中波红外和长波红外激光器的主要几个波长进行材料选择和镀膜，保证常用的这几个波长的激光能够有效通过的同时滤掉其他波长的杂波。
所述后镜筒组件8竖直放置，与所述外箱体组件403呈垂直角度；所述反射镜组件6中的反射镜和后镜筒上反射镜9均为平面反射镜；所述后镜筒下透射镜7为汇聚镜组。
所述后镜筒组件8竖向放置，与所述外箱体组件403呈垂直角度，减小系统的纵向长度，减少系统固定到激光对抗装备发射窗口后转台的转动惯量；所述反射镜组件6中的反射镜和后镜筒上反射镜9均为平面反射镜，所述后镜筒下透射镜7为汇聚镜组，将发射到该镜组上的激光束继续进行汇聚从而减小其光斑直径，提高检测精度。
参见附图7，所述二次组合式衰减组件10为圆盘式结构，所述圆盘外圆周为锯齿形结构，4个不同的衰减片1001圆周均布在圆盘上，圆盘中心为旋转轴，其上连接旋转电机，一侧通过齿轮啮合有编码器。通过电机的旋转带动圆盘旋转，从而使不同的衰减片对应光轴中心，旋转角度通过编码器的反馈值进行精确控制。通过旋转圆盘切换不同的衰减片1001，所述衰减片1001为小衰减倍率衰减片，用于精确调整入射至激光探测器的激光功率密度，根据实际要求衰减后的激光束功率密度为衰减前的5％～95％之间，实现此处对于激光光束能量的精确小量衰减控制。
所述激光光束探测器组件11中的CCD为有效接收短波段激光束、中波段激光束和长波段激光束的器件，从而能够在同一靶面上精确显示不同波段激光束光斑的位置，实现对不同激光束出射方向进行精确检测的目的。
本发明的装调检测装置还能够实现对激光束与跟瞄发射转台垂直轴和俯仰轴偏差的高精度、低成本、高效率检测与装调，以激光束与激光发射转台的方位轴偏差进行检测为例进行说明，在实施过程中保证转台中俯仰轴不动，方位轴做回转运动，在这个过程中激光束始终发射，记录转台绕方位轴旋转一周时激光束照射到探测器焦面上的位置，根据这些位置对转台中的导光器件进行位置或角度调整，直至当转台绕方位轴旋转一周时激光束照射到探测器焦面的位置在允许范围以内。此时可以认为合束后的激光与激光发射转台方位回转轴调整完成。对俯仰轴的检测与调整与上述方法一致。对激光束与激光发射转台回转轴之间的误差检测时由于激光束首先通过方位轴系然后再通过俯仰轴系，因此应先保持俯仰轴系不动检测与调整激光束与方位轴的偏差，然后再对激光束与俯仰轴间的偏差进行检测；在这个过程中可以选择易于分辨、输出稳定的激光束作为检测光束，同时选择适合该激光光束的衰减片数量和焦距距离。
Claims (10)
1.通用型高精度激光合束系统装调检测装置，其特征在于，包括前镜筒固定组件(1)、前镜头(2)、增量式衰减片组件(3)、连续调焦系统、滤光片组件(5)、反射镜组件(6)、后镜筒下透射镜(7)、后镜筒组件(8)、后镜筒上反射镜(9)、二次组合式衰减组件(10)、激光光束探测器组件(11)、连续调焦齿轮箱组件(12)；
所述连续调焦系统包括外箱体组件(403)、变倍组件(401)及补偿组件(402)，所述外箱体组件(403)箱体的一侧开有凸轮线槽A(403-1)和凸轮线槽B(403-2)，所述变倍组件(401)的滑头A(401-1)和补偿组件(402)的滑头B(402-1)分别与凸轮线槽A(403-1)和凸轮线槽B(403-2)配合；所述连续调焦齿轮箱组件(12)带动所述连续调焦系统(4)的外箱体组件(403)转动，进而带动所述变倍组件(401)和补偿组件(402)在圆周均布的三根滑杆上左右运动实现连续调焦；
所述增量式衰减片组件(3)、所述前镜头(2)和所述前镜筒固定组件(1)从左至右同轴安放，经激光合束系统所得的激光束经由所述前镜头(2)进入，再经所述增量式衰减片组件(3)衰减后经所述连续调焦系统进行连续变焦，得到的激光束经所述滤光片组件(5)滤光后照射到所述反射镜组件(6)上，经由所述反射镜组件(6)得到的反射光束穿过所述后镜筒下透射镜照射到所述后镜筒上反射镜(9)上，再经所述后镜筒上反射镜(9)反射后经所述二次组合式衰减组件衰减后打到所述激光光束探测器组件(11)上。
2.根据权利要求1所述的通用型高精度激光合束系统装调检测装置，其特征在于，所述前镜筒固定组件(1)上圆周至少均布6个孔；所述前镜头(2)将扩束后呈发散状态的激光束直接汇聚至所述变倍组件(401)上，所述变倍组件(401)和补偿组件(402)同轴安装在平行性的三根滑杆上，所述三根滑杆截面上圆周均布，并且与所述连续调焦系统(4)内部直接固定在一起。
3.根据权利要求1所述的通用型高精度激光合束系统装调检测装置，其特征在于，所述增量式衰减片组件(3)为可增减式衰减片组合，所述增量式衰减片组件(3)有n片衰减片，所述衰减片为可使经过的激光光束能量密度降低至10％～20％之间。
4.根据权利要求3所述的通用型高精度激光合束系统装调检测装置，其特征在于，所述衰减片n的取值范围为：1≤n≤6。
5.根据权利要求1所述的通用型高精度激光合束系统装调检测装置，其特征在于，所述连续调焦齿轮箱组件(12)为多组齿轮组件变速方式进行减速。
6.根据权利要求1所述的通用型高精度激光合束系统装调检测装置，其特征在于，所述滤光片组件(5)为可通过短波红外、中波红外和长波红外激光束并可滤去其他波长的杂波的滤光片。
7.根据权利要求1所述的通用型高精度激光合束系统装调检测装置，其特征在于，所述后镜筒组件(8)竖直放置，与所述外箱体组件(403)呈垂直角度；所述反射镜组件(6)中的反射镜和后镜筒上反射镜(9)均为平面反射镜；所述后镜筒下透射镜(7)为汇聚镜组。
8.根据权利要求1所述的通用型高精度激光合束系统装调检测装置，其特征在于，所述二次组合式衰减组件(10)为圆盘式结构，m个不同的衰减片(1001)圆周均布在圆盘上，所述衰减片(1001)为可使经过的激光束功率密度减低至5％～95％之间；所述激光光束探测器组件(11)中的CCD为有效接收短波红外激光束、中波红外激光束和长波红外激光束的器件。
9.根据权利要求8所述的通用型高精度激光合束系统装调检测装置，其特征在于，所述m的取值范围为：1≤m≤6。
10.根据权利要求1所述的通用型高精度激光合束系统装调检测装置的应用，其特征在于，所述装调检测装置能够用于对激光束与跟瞄发射转台垂直轴和俯仰轴偏差的检测与装调。
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