CN105698713A - 一种标定精密轴系回转轴线的装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种标定精密轴系回转轴线的装置及标定方法，属于光机装调技术领域。本发明通过轴系转接板将标定装置与被测轴系相连接，利用自准直平行光管找到十字分划经平面反射镜反射后的自准像，观察轴系回转状态下自准像的划圆情况，利用阴极球头座、阳极球头座以及调整螺钉构成的球头调整机构，万向调节平面反射镜的倾角，使划圆直径变小，调整自准直平行光管的位置使自准反射像划圆中心与十字分划中心重合，此时回转轴线转化为自准直平行光管的光轴，完成回转轴线的标定。本装置及方法解决了精密轴系回转轴线的标定问题，具有结构简单、操作方便、标定精度高等特点。

Description

一种标定精密轴系回转轴线的装置及标定方法

技术领域

本发明属于光机装调技术领域，具体为一种标定精密轴系回转轴线的装置及标定方法。

背景技术

光电稳瞄系统瞄准线正交性是保证装备跟踪、瞄准、打击精度的重要指标，该项性能指标能否实现主要取决于装调过程中的两项关键因素：俯仰回转轴与方位回转轴的垂直度、瞄准线视轴与俯仰回转轴的垂直度。其中两条回转轴线的垂直属于机械轴线正交，装调工艺方法较多，此处不再阐述；而瞄准线视轴与俯仰回转轴的垂直是需要保证光轴与机械轴线的正交，必须将“不可见”的机械轴线“可视化”的标定出来，且达到一定的精度要求，以此作为后续光机装调的基准。因此，轴系回转轴线的标定就成为保证光电稳瞄系统瞄准线正交性的关键点。

目前标定精密轴系回转轴线的方法是利用结构件的形位公差进行转换：该方法首先判定与轴承相配合结构件的轴或孔的中心线即为轴系回转轴线，然后找到轴系中与该轴或孔垂直的某结构件的某个基准面，直接使瞄准线光轴与该基准面发生装配关系；亦或是在该面贴合平面反射镜，用经纬仪找到自准反射像，认为经纬仪光轴即为回转轴线。该方法的主要存在以下误差：

1.轴或孔中心线作为轴系回转轴线带来的误差，该误差主要由轴孔与轴承的配合间隙，轴承自身游隙产生；

2.轴或孔中心线与基准面之间的垂直度误差，该误差主要由结构件的形位误差以及过渡累积误差决定。

由于上述误差的存在，该方法精度较低，很难达到角秒级别，且最终的结果无法量化测量，对后续的工作带来了较大的不确定性。

中国专利申请CN200910228959.X公开了一种“高精度摇摆台回转轴线方位引出方法及装置”，其目的是将高精度摇摆台的回转轴线与被试设备的方位进行对准安装，该回转轴线的引出方法是将光学六面体安装在摇摆台上，将摇摆台台面旋转90度，使其严格垂直于水平面，用一台自准直经纬仪将光学六面体的光学法线所在面调整至与水平面平行；再将摇摆台台面旋转至水平状态，用自准直经纬仪照准光学六面体的光学法线并将水平置为0度，然后利用另一台自准直经纬仪瞄准被试设备，通过转换，将被试设备的方位与摇摆台轴线对齐。

然而，该方法存在一些缺陷：

1.该方法的原理建立在高精度摇摆台本身具有高精密的角度输出以及置水平功能的基础上，对于光电稳瞄系统的精密回转轴系并不适用。

2.该方法需要用到专用引出装置(包括光学六面体)，两台自准直经纬仪、一台电子水平仪，需要建立两次光学基准并进行基准的传递，架设、调整操作较为复杂且系统误差较大。

该专利方法是特别针对被试设备在摇摆台上进行摇摆试验前的对准安装而发明，并没有将虚拟的回转轴线与其他基准建立空间位置关系，无法使用到后续的装调、操作过程中。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的精密轴系回转轴线标定技术中存在的问题，为实现回转轴线的标定提供一种结构简单、便于操作的装置，以及一种高精度、高效率、且和上级产品有关联的方法。

本发明的技术方案为：

所述一种标定精密轴系回转轴线的装置，其特征在于：由自准直平行光管和可调式反射镜组件组成；

所述自准直平行光管的分划板为十字分划板；

所述可调式反射镜组件包括轴系转接板、阳极球头座、阴极球头座和平面反射镜；所述轴系转接板固定在待测精密轴系端面；所述阳极球头座一侧面带有球形凸起，另一侧面与轴系转接板固定连接；所述阴极球头座一侧面具有与所述球形凸起配对的球形凹窝，另一侧面具有平面反射镜的安装台面；所述平面反射镜固定在所述安装台面上；

所述阳极球头座的球形凸起与阴极球头座的球形凹窝配合，且阳极球头座与阴极球头座通过多个调节螺钉连接，通过调整调节螺钉能够任意调整平面反射镜的镜面倾角。

进一步的优选方案，所述一种标定精密轴系回转轴线的装置，其特征在于：所述安装台面平面度加工误差不超过0.01mm；所述球形凹窝以及所述球形凸起的表面粗糙度不低于Ra0.8。

进一步的优选方案，所述一种标定精密轴系回转轴线的装置，其特征在于：所述平面反射镜反射面的面形精度要求不低于：光圈数N＝1，局部误差ΔN＝0.5；平面反射镜反射面的反射率至少为96％。

进一步的优选方案，所述一种标定精密轴系回转轴线的装置，其特征在于：所述调节螺钉为带有球形螺钉头的螺钉，阴极球头座上用于安装调节螺钉的螺钉孔为球窝螺钉孔。

所述一种利用上述装置标定精密轴系回转轴线的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：调整自准直平行光管的空间位置，使十字分划板经平面反射镜的十字分划反射像进入自准直平行光管的目镜视场范围；

步骤2：将待测精密轴系作回转运动，通过自准直平行光管的目镜观察十字分划反射像中心在目镜视场中作划圆运动；

步骤3：调整调节螺钉，使目镜中观察到的十字分划反射像中心划圆运动直径小于设定要求；

步骤4：转动待测精密轴系，使目镜中观察到的十字分划反射像中心处于划圆运动水平方向最外侧，读取此时十字分划反射像中心与十字分划中心在水平方向的偏差角度α；转动待测精密轴系180°，再次读取十字分划反射像中心与十字分划中心在水平方向的偏差角度β；得到待测精密轴系回转轴线与自准直平行光管光轴的夹角为(|α|+|β|)/4；

步骤5：根据步骤4得到的待测精密轴系回转轴线与自准直平行光管光轴的夹角，调整待测精密轴系的空间位置，使目镜中观察到的十字分划反射像划圆运动的中心与十字分划中心重合，此时待测精密轴系回转轴线与自准直平行光管的光轴平行。

有益效果

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(一)本发明提供的装置通过轴系转接板直接连接在回转轴系上，根据不同产品的待测轴系，可对轴系转接板进行细微的改造，具有通用性，且操作安装方便。

(二)本发明提供的装置通过阴极球头座、阳极球头座以及调整螺钉构成的球头调整机构，实现了阴极球头座前端平面反射镜的万向调节功能，在轴线标定过程中，可依此调整十字分划自准反射像的划圆直径大小，更有利于操作者判读划圆相对自准直光管十字分划的对称程度，提高轴线的标定精度。

(三)在本发明中，整个轴线的标定过程是在精密轴系的回转状态下进行的，直接表征回转轴线的实时状态，避免了过渡误差；且本发明直接将机械回转轴线转化为自准直光管的光轴，直接为产品的后续装调操作建立了基准。

(四)本发明通过读取十字分划自准反射像划圈相对自准直光管十字分划的对称度误差，可直接得出回转轴线的标定误差量值，可为产品后续正交性装调计算提供量化依据。

附图说明

图1是本发明装置与精密回转轴系的关系示意图。

图2是图1中所示可调式反射镜组件的构成示意图。

图3是图2中所示阴极球头调整板的结构示意图。

图4是图2中所示阳极球头调整板的结构示意图。

图5是图2中所示轴系转接板的结构示意图。

图6是图2中所示平面反射镜的结构示意图。

图7是图2中所示调整螺钉的结构示意图。

图8是本发明方法回转轴线标定过程示意图。

图中：1、自准直平行光管；2、可调式反射镜组件；3、待测精密轴系；4、阴极球头座；5、阳极球头座；6、轴系转接板；7、平面反射镜；8、调整螺钉；4-1、安装台面；4-2、十字凹槽；4-3、球形凹窝；4-4、球窝螺钉孔；5-1、球形凸起；5-2、调整丝孔；5-3、丝孔；6-1、过孔；6-2、孔；7-1、抛光面；8-1、球形螺钉头。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

针对现有的精密轴系回转轴线标定技术中存在的问题，为实现精密轴系回转轴线的标定，本实施例提供一种结构简单、便于操作的装置，以及一种高精度、高效率、且和上级产品有关联的方法。

如图1所示，该标定精密轴系回转轴线的装置，由自准直平行光管1和可调式反射镜组件2组成。

所述自准直平行光管的分划板为带有格值为20″的十字分划板；该自准直平行光管能够出射平行光，同时能够接收十字分划的反射像，用于观察与测量精密轴系回转轴线与平行光管光轴的实时偏差。

所述可调式反射镜组件包括轴系转接板6、阳极球头座5、阴极球头座4和平面反射镜7。

所述阴极球头座4一侧带有用于安装平面反射镜的安装台面4-1，安装台面4-1上带有十字凹槽4-2，本实施例中要求安装台面的平面度加工误差不超过0.01mm。阴极球头座4另一侧带有球形凹窝4-3。阴极球头座4上还带有三个球窝螺钉孔4-4。

所述阳极球头座5一侧面带有与球形凹窝4-3配对的球形凸起5-1，以及与球窝螺钉孔4-4同圆周的三个调整丝孔5-2，同时还带有用于与所述轴系转接板6相连接的四个丝孔5-3。

将阳极球头座的球形凸起与阴极球头座的球形凹窝配合，并采用调整螺钉8经球窝螺钉孔4-4与调整丝孔5-2将阴极球头座与阳极球头座连接。所述调节螺钉8带有球形螺钉头8-1，可与球窝螺钉孔4-4紧密贴合装配。本实施例中，球形凹窝以及球形凸起的表面粗糙度不低于Ra0.8。

所述轴系转接板6一侧带有用于与轴系相连接的孔6-2，用于将轴系转接板固定在待测精密轴系端面，轴系转接板6另一侧带有与丝孔5-3同圆周的过孔6-1，用于与阳极球头座连接。

所述平面反射镜7带有镀制反射膜层的抛光面7-1，对于抛光面7-1，面形精度要求不低于：光圈数N＝1，局部误差ΔN＝0.5；反射率至少为96％。平面反射镜胶粘固定在所述安装台面上。并且通过调整调节螺钉能够任意调整平面反射镜的镜面倾角，

利用上述装置，标定精密轴系回转轴线的方法包括以下步骤：

步骤1：调整自准直平行光管的空间位置，使十字分划板经平面反射镜的十字分划反射像进入自准直平行光管的目镜视场范围，如图8(a)所示；

步骤2：将待测精密轴系作回转运动，通过自准直平行光管的目镜观察十字分划反射像中心在目镜视场中作划圆运动；

步骤3：调整调节螺钉，使目镜中观察到的十字分划反射像中心划圆运动直径小于设定要求，本实施例中要求十字分划反射像中心划圆运动直径小于两个格值；如图8(b)所示；

步骤4：转动待测精密轴系，使目镜中观察到的十字分划反射像中心处于划圆运动水平方向最外侧(如图8(b)中划圆轨迹最左端)，读取此时十字分划反射像中心与十字分划中心在水平方向的偏差角度α；转动待测精密轴系180°，再次读取十字分划反射像中心与十字分划中心在水平方向的偏差角度β；得到待测精密轴系回转轴线与自准直平行光管光轴的夹角为(|α|+|β|)/4；

步骤5：根据步骤4得到的待测精密轴系回转轴线与自准直平行光管光轴的夹角，调整待测精密轴系的空间位置，使目镜中观察到的十字分划反射像划圆运动的中心与十字分划中心重合，如图8(c)所示，此时待测精密轴系回转轴线与自准直平行光管的光轴平行，完成回转轴线的标定。

Claims (5)

1.一种标定精密轴系回转轴线的装置，其特征在于：由自准直平行光管和可调式反射镜组件组成；

所述自准直平行光管的分划板为十字分划板；

所述可调式反射镜组件包括轴系转接板、阳极球头座、阴极球头座和平面反射镜；所述轴系转接板固定在待测精密轴系端面；所述阳极球头座一侧面带有球形凸起，另一侧面与轴系转接板固定连接；所述阴极球头座一侧面具有与所述球形凸起配对的球形凹窝，另一侧面具有平面反射镜的安装台面；所述平面反射镜固定在所述安装台面上；

所述阳极球头座的球形凸起与阴极球头座的球形凹窝配合，且阳极球头座与阴极球头座通过多个调节螺钉连接，通过调整调节螺钉能够任意调整平面反射镜的镜面倾角。

2.根据权利要求1所述一种标定精密轴系回转轴线的装置，其特征在于：所述安装台面平面度加工误差不超过0.01mm；所述球形凹窝以及所述球形凸起的表面粗糙度不低于Ra0.8。

3.根据权利要求1或2所述一种标定精密轴系回转轴线的装置，其特征在于：所述平面反射镜反射面的面形精度要求不低于：光圈数N＝1，局部误差ΔN＝0.5；平面反射镜反射面的反射率至少为96％。

4.根据权利要求3所述一种标定精密轴系回转轴线的装置，其特征在于：所述调节螺钉为带有球形螺钉头的螺钉，阴极球头座上用于安装调节螺钉的螺钉孔为球窝螺钉孔。

5.利用权利要求1所述装置标定精密轴系回转轴线的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：调整自准直平行光管的空间位置，使十字分划板经平面反射镜的十字分划反射像进入自准直平行光管的目镜视场范围；

步骤2：将待测精密轴系作回转运动，通过自准直平行光管的目镜观察十字分划反射像中心在目镜视场中作划圆运动；

步骤3：调整调节螺钉，使目镜中观察到的十字分划反射像中心划圆运动直径小于设定要求；

步骤4：转动待测精密轴系，使目镜中观察到的十字分划反射像中心处于划圆运动水平方向最外侧，读取此时十字分划反射像中心与十字分划中心在水平方向的偏差角度α；转动待测精密轴系180°，再次读取十字分划反射像中心与十字分划中心在水平方向的偏差角度β；得到待测精密轴系回转轴线与自准直平行光管光轴的夹角为(|α|+|β|)/4；

步骤5：根据步骤4得到的待测精密轴系回转轴线与自准直平行光管光轴的夹角，调整待测精密轴系的空间位置，使目镜中观察到的十字分划反射像划圆运动的中心与十字分划中心重合，此时待测精密轴系回转轴线与自准直平行光管的光轴平行。