CN104320584A - 通过精密配平改善光电平台成像质量的方法 - Google Patents

Abstract

通过精密配平改善光电平台成像质量的方法，属于光电技术领域，为了提高光电平台的配平精度的渠道，步骤1.在光电平台安装完毕后，撤除伺服驱动电机；步骤2.减小轴承预紧力，清洗轴承；步骤3.拔除有效载荷的各类导线，防止有效载荷与外框架之间由于导线拖累产生阻力矩；步骤4.采用背景技术中介绍的质心配平的传统方法进行配平；步骤5.加上轴承预紧力，安装伺服驱动电机，插好并捆扎各类导线，精密配平完成；该精密配平方法消除了各种摩擦力和导线拖累带来的配平阻力矩，与常规的配平方法相比，提高了配平精度，降低了光电平台由线性振动转化为角振动的可能性，提高了光电平台的视轴稳定精度，有利于提高光电平台的成像质量和作用距离。

Description

通过精密配平改善光电平台成像质量的方法

技术领域

本发明涉及光电平台框架内有效载荷的精密配平技术，属于光电技术领域。

背景技术

随着对作用距离、图像细节分辨能力要求的逐步提高，光电平台越来越多地倾向于采用长焦距光学系统。光学系统的焦距越长，越容易受到载机、气流的振动干扰，使图像产生抖动、模糊。

载机传递到光电平台的扰动分为转动和平动，平动对于光电平台成像质量影响不大，转动严重影响光电平台成像质量。高频率平动为线振动或线摆动，高频率转动为角振动或角摆动。见《红外技术》第30卷，第10期文章“载体运动对光电成像系统性能的影响分析”。光电平台的减振装置和框架伺服控制技术的主要任务是削弱、抵消有效载荷的角振动或角摆动。

光电平台的质心与结构框架中心的不重合误差称为光电平台的质心偏置。通常，飞行过程中光电平台受到载机最大的扰动是沿着光电平台竖轴方向的线性振动。被动减振器可以削弱掉大部分振动影响，如果光电平台的有效载荷质心与框架中心重合，单纯的线性振动对于光电平台成像质量影响不大，如果光电平台的有效载荷存在质心偏置，可能使有效载荷从线性振动转化成角振动，从而降低光电平台的成像质量。

偏置质心在高频振动激励带来的加速度产生不平衡力矩，如果该不平衡力矩足以克服框架静摩擦力矩，导致光电平台产生往复转动，产生角位移，导致图像产生像移，在相机曝光时间内的像移将降低光电平台成像质量。

配平误差影响光电平台成像质量分析：

假设光电平台配平误差质量m，受到正弦振动激励。运动规律：

X----正弦运动位移

X’----正弦运动速度

X”----正弦运动加速度

ω----正弦运动圆频率，

T----正弦运动周期

f----正弦运动频率

----正弦运动初相位

公式(1)知，最大加速度：

X”＝Aω²＝A(2πf)²       (4)

偏置质量m在激振力的作用下，发生往复振动，其运动状态可用公式(5)表示，

F_激-F_阻＝mX”_偏         (5)

加速度：

在激振力作用下，光电平台绕转轴偏移角度：

t取振动加速度最大的1/8周期，在光电平台设计、制造过程中，设计师会合理布置有效载荷的体积、质量和质心，把有效载荷的质心尽可能安排在光电平台框架中心位置，并预留一定的质心微调空间和配平配重块。

以光电平台俯仰框架质心配平为例，见图1，假设通过光电平台中心点的水平面为投影面，有效载荷固定在框架后，有效载荷的质心向该投影面投影，如果有效载荷的质心没有落在俯仰轴，离开俯仰轴一段距离L，框架存在绕俯仰轴方向转动的残余力矩M_残，产生转动趋势，需要进行调整。质心配平的传统方法是沿视轴与有效载荷质心相反方向上距离俯仰轴L′处安置配平配重块，配平配重块产生绕俯仰轴的转动力矩M_调，变化配平配重块的重量和位置，当M_残＝M_调时，绕俯仰轴方向上光电平台的质心与结构框架中心重合。绕俯仰方向保持平衡，消除了光电平台框架绕俯仰的转动趋势，光电平台框架绕俯仰方向质心配平完成。其它方向的质心调整遵循同样原理。

但是，光电平台框架上还有伺服驱动电机，轴承和各种导线绕组等部件，伺服驱动电机和轴承有一定的静摩擦力矩、导线绕组也会对运动产生阻力矩，传统方法配平过程中，这些静摩擦力矩都参与其中，这些静摩擦力矩大小固定，方向与运动趋势相反，当配平配重块力矩大于偏心有效载荷质心力矩时，配平配重块最大力矩为：M_调1＝M_阻+M_残，见图2。

当配平配重块力矩小于偏心有效载荷质心力矩时，配平配重块最小力矩为：M_调2+M_阻＝M_残。显然，M_调1≥M_调2，见图3。

由于摩擦阻力矩M_阻的存在，传统方法配平时配平配重块力矩处于M_调2≤M_调≤M_调1区间时，光电平台对于配平配重块的重量和位置变化不敏感，光电平台不转动，处于“平衡状态”，配平配重块的重量和位置不唯一，显然，此时M_残≠M_调，存在配平误差。

有一个实验证明传统配平方法的缺陷，某型号光电平台在“配平”后，在内框架边缘逐渐增加配重块质量，配重块质量直到120g，光电平台才开始转动。“配平”后再增加0～120g质量后光电平台都处于静态平衡状态。在线振动作用下，120g质量就会产生激振力，如果该激振力超过了静摩擦力，光电平台会产生往复振动，进而产生角位移，败坏成像质量。

传统配平步骤是在伺服电机、轴承都安装完毕，平台各种导线都插接后进行，伺服驱动电机的静摩擦力由动子和转子之间的摩擦、电刷与换向器之间，难以消除；轴承的静摩擦力来自于滚珠与滚道之间，同样难以消除；导线绕组的阻力矩与导线刚度、捆扎方式等有关，安装后就存在。

发明内容

为了提高光电平台的配平精度的渠道，根据减小或消除伺服驱动电机和轴承的静摩擦力矩，静摩擦力矩越低，配平精度越高；导线绕组的阻力矩越小，配平精，提出通过精密配平改善光电平台成像质量的方法。

通过精密配平改善光电平台成像质量的方法，其特征是，包括以下几个步骤：

步骤1，在光电平台安装完毕后，撤除伺服驱动电机；

步骤2，减小轴承预紧力，清洗轴承；

步骤3，拔除有效载荷的各类导线，防止有效载荷与外框架之间由于导线拖累产生阻力矩；

步骤4，采用质心配平的传统方法进行配平；

步骤5，加上轴承预紧力，安装伺服驱动电机，插好并捆扎各类导线，精密配平完成。

本发明的有益效果：

本发明提出的精密配平思想是尽最大可能减小或消除伺服驱动电机、轴承的静摩擦力，减小或消除导线绕组的阻力矩。具体方法是：把配平阶段安排在安装伺服驱动电机之前，自然消除了伺服驱动电机静摩擦力矩；减小轴承预紧力，清洗轴承，最大限度减小轴承的静摩擦力矩；拔除有效载荷的各类导线，消除有效载荷的绕组力矩。

在静摩擦力及导线绕组力矩最小的条件下精密配平，此时配平阻力矩M_阻≈0，根据公式1，M_调1≈M_调2，配平配重块的力矩M_调准确等于残余偏置力矩M_残，配平配重块的重量和位置精确确定。

然后再安装伺服驱动电机，给轴承涂润滑脂，给有效载荷插导线。精密配平完成。

该精密配平方法消除了各种摩擦力和导线拖累带来的配平阻力矩，与常规的配平方法相比，提高了配平精度，降低了光电平台由线性振动转化为角振动的可能性，提高了光电平台的视轴稳定精度，有利于提高光电平台的成像质量和作用距离。

附图说明

图1：光电平台俯仰框架质心配平示意图。

图2：配平配重块力矩大于偏心有效载荷质心力矩时示意图。

图3：配平配重块力矩小于偏心有效载荷质心力矩时示意图。

具体实施方式

通过精密配平改善光电平台成像质量的方法，包括以下几个步骤：

步骤1：在光电平台安装完毕后，撤除伺服驱动电机，大大减小内框架轴系静摩擦力矩。

步骤2：减小轴承预紧力，清洗轴承，也会减小轴系静摩擦力矩。

步骤3：拔除有效载荷的各类导线，防止有效载荷与外框架之间由于导线拖累产生阻力矩。

步骤4：经过上述3个步骤，基本消除了配平阻力矩，此时内框架对配重块的质量及位置变化非常灵敏，采用背景技术中介绍的质心配平的传统方法进行配平，可以达到很高的配平精度。

步骤5：加上轴承预紧力，安装伺服驱动电机，插好并捆扎各类导线，尽可能减小线绕阻力矩，精密配平完成。

经过步骤5以后，内框架的静摩擦力矩有所增加。精密配平后内框架的静摩擦力矩对于光电平台视轴稳定有利有弊，其一，摩擦力矩有利于减小高频直线振动转化成光电平台的角位移。据公式(5)和公式(6)，静摩擦力矩F_阻增大，偏置质量m的激励加速度X”_偏变小，Ω偏移角度相应减小。其二，对于光电平台伺服控制来说，静摩擦力增大，容易产生低速爬行，造成长焦距成像系统图像抖动。

Claims (1)

1.通过精密配平改善光电平台成像质量的方法，其特征是，包括以下几个步骤：

步骤1，在光电平台安装完毕后，撤除伺服驱动电机；

步骤2，减小轴承预紧力，清洗轴承；

步骤3，拔除有效载荷的各类导线，防止有效载荷与外框架之间由于导线拖累产生阻力矩；

步骤4，采用质心配平的传统方法进行配平；

步骤5，加上轴承预紧力，安装伺服驱动电机，插好并捆扎各类导线，精密配平完成。