CN108196133A - 一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整系统，包括用于固定在所述三轴转台上的正交点标靶工装以及用于固定在球面扫描装置上的激光准直器；其中，所述正交点标靶工装包括圆盘形的标靶，当正交点标靶工装固定在所述三轴转台上时，所述标靶的中心与所述三轴转台的三个轴的交点重合；所述球面扫描装置包括可反复运动的动部件，当所述激光准直器固定在动部件上时，所述激光准直器的激光出射方向与所述动部件的移动平面垂直，本发明可方便、快捷地实现三轴转台与球面扫描装置的空间对准，降低三轴转台与球面扫描装置空间对准的难度。

Description

一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整系统及方法

技术领域

本发明涉及无线电测试领域。更具体地，涉及一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整系统及方法。

背景技术

三轴转台及球面扫描装置属于天线电性能测试系统的重要组成部分，主要用于实现天线的空间姿态模拟以及构建特定的电磁场环境，配合测试系统完成天线的电性能测试。

三轴转台和球面扫描装置是配套使用的设备，转台的三轴相交点与球面扫描装置的球心在空间位置上要求重合，二者之间的这种空间位置重合关系是十分重要的核心指标并且精度要求很高。因此本发明所涉及的三轴转台与球面扫描装置空间对准的空间位置调整方法及其工具是此套设备的的核心技术之一。

其技术难点主要为球面扫描装置的扫描球面半径比较大，要求将此空间球面的球心和三轴转台的三轴相交点调整至重合，而空间球心和转台的三轴相交点均为拟合虚点。因此，利用几何光学原理和光学仪器去实现两个空间拟合虚点的对准，是技术难点之一。此外，将此空间球面的球心和三轴转台的三轴相交点调整至重合需要辅助光学仪器和工具实现，对于辅助光学仪器和工具的几何精度要求较高，辅助光学仪器和工具的生产和设计较难实施。

因此，需要提供一种简单、易操作的三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整方法和系统，提高三轴转台与球面扫描装置空间对准的准确度和精度。

本发明涉及的空间位置调整方法利用了几何光学原理，采用已有的标准光学仪器(光学水平仪、多功能激光水平仪)和自行非标开发的辅助仪器(激光准直器、正交点标靶工装)，按照特定的调整步骤完成三轴转台和球面扫描装置在微波暗室内的准确调整定位和安装。2、空间位置调整方法使用到了一些特殊功能的辅助光学仪器和工具，此类光学仪器和工具需要非标设计开发，而由于是设备校准的用途，所以这些光学仪器和工具必须具有很高的几何精度，这是技术难点之二。

这几项核心技术的原创解决方案及其涉及的工程技术，也是机械工程领域重点发展的核心技术之一。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整系统，本发明的另一个目的在于提供一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整方法，以提高三轴转台与球面扫描装置空间对准的准确度和精度。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明一方面公开了一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整系统，其特征在于，包括用于固定在所述三轴转台上的正交点标靶工装以及用于固定在球面扫描装置上的激光准直器；

其中，所述正交点标靶工装包括圆盘形的标靶，当正交点标靶工装固定在所述三轴转台上时，所述标靶的中心与所述三轴转台的三个轴的交点重合；

所述球面扫描装置包括可反复运动的动部件，当所述激光准直器固定在动部件上时，所述激光准直器的激光出射方向与所述动部件的移动平面垂直。

优选地，所述系统进一步包括用于产生激光平面光幕的多功能激光水平仪；

当所述三轴转台与球面扫描装置固定在微波暗室中时，微波暗室中包括用于固定所述三轴转台与球面扫描装置的第一基座和第二基座；

所述多功能激光水平仪用于固定在所述第一基座的中线上，使多功能激光水平仪发出的激光平面光幕与第二基座相交，激光平面光幕与第二基座的相交线为第二基座的中线，所述球面扫描装置参照所述第二基座的中线固定。

优选地，所述系统进一步包括框式水平仪，所述框式水平仪用于指示所述三轴转台和球面扫描装置的水平度。

优选地，所述激光准直器包括指向微调机构、激光发生器、激光管、微型关节轴承和机械安装法兰；

激光发生器发射一束激光通过激光管向外射出，激光管一端安装于微型关节轴承，通过调整另一端的指向微调机构进行激光束指向的精密调整。

优选地，所述正交点标靶工装包括圆筒形状的连接部以及位于所述连接部两端的转台安装法兰和标靶，所述标靶远离连接部的一侧表面带有圆环刻线，所述正交点标靶工装通过转台安装法兰安装在三轴转台上，使标靶的中心与所述三轴转台的三个轴的交点重合。

本发明还公开了一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整方法，包括：

S1：确定微波暗室中用于三轴转台与球面扫描装置固定的第一基座和第二基座的中线位置并固定三轴转台与球面扫描装置；

S2：将正交点标靶工装固定在三轴转台上，使正交点标靶工装标靶的中心与所述三轴转台的三个轴的交点重合，将激光准直器固定在球面扫描装置上，使激光准直器出射的激光束落点到正交点标靶工装的标靶上；

S3：将激光准直器沿球面扫描装置的扫描方向做往复运动并同时调整球面扫描装置的位置，当激光束在标靶上的落点位置不随球面扫描装置位置的变化而变化，则调整完成。

优选地，所述S1包括：

S11：确定第一基座和第二基座的位置；

S12：通过测量确定第一基座的中线，使中线的延长线经过第二基座；

S13：将多功能激光水平仪固定在第一基座上，使多功能激光水平仪发射的激光平面光幕与所述中线对齐，激光平面光幕与第二基座的相交线即为第二基座的中线；

S14：将三轴转台与球面扫描装置分别固定在第一基座和第二基座上。

优选地，所述S1进一步包括：

S15：通过框式水平仪将三轴转台调整至水平。

优选地，所述S2包括：

S21：确定球面扫描装置上动部件的初始零位置；

S22：将正交点标靶工装固定在三轴转台上，使正交点标靶工装标靶的中心与所述三轴转台的三个轴的交点重合，将激光准直器安装在球面扫描装置的初始零位置；

S23：调整球面扫描装置的位置，使激光准直器出射的激光束落点到正交点标靶工装上的标靶中心。

优选地，所述调整球面扫描装置的位置具体包括：

当动部件带动激光准直器沿扫描方向做往复运动时：

当激光束落点的变化方向与动部件运动方向相同，表示球面扫描装置和三轴转台之间的距离小于预设指标值，则增加球面扫描装置与三轴转台的距离；

当激光束落点的变化方向与动部件运动方向相反，表示球面扫描装置和三轴转台之间的距离大于预设指标值，则减小球面扫描装置与三轴转台的距离；

当使激光束在标靶上的落点位置不随球面扫描装置位置的变化而变化，则球面扫描装置和三轴转台之间的距离等于预设指标值，调整完成。

本发明的有益效果如下：

利用多功能激光水平仪确定出微波暗室的第一基座和第一基座的中心，作为三轴转台和球面扫描装置的安装参考基准，将两台设备初始安装并进行粗定位。设计包括激光准直器和正交点标靶工装的非标辅助光学仪器和工具，利用几何光学原理，采用已有的标准光学仪器：光学水平仪和多功能激光水平仪，调整球面扫描装置与三轴转台间的距离，使得三轴转台和球面扫描装置逐步达到最终需要的空间几何位置，完成三轴转台的三轴相交点与球面扫描装置的球心的空间位置调整。本发明提出一种应用于天线电性能测试系统的三轴转台与球面扫描装置空间对准的位置调整方法及所配套的工具，能够方便、快捷地实现三轴转台与球面扫描装置的空间对准，降低三轴转台与球面扫描装置空间对准的难度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明具体实施例三轴转台与球面扫描装置的示意图；

图2示出本发明具体实施例三轴转台的示意图；

图3示出本发明具体实施例安装正交点标靶工装的三轴转台的示意图；

图4示出本发明具体实施例正交点标靶工装的示意图；

图5示出本发明具体实施例球面扫描装置的示意图；

图6示出本发明具体实施例安装激光准直器的球面扫描装置的示意图；

图7示出图6中A区域的放大示意图；

图8示出本发明具体实施例激光准直器的俯视图；

图9示出本发明具体实施例激光准直器的内部结构图；

图10示出本发明具体实施例安装三轴转台与球面扫描装置的示意图；

图11示出图10中B区域的放大示意图；

图12示出本发明具体实施例安装框式水平仪的球面扫描装置的示意图；

图13示出图12中C区域的放大示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1至图13共同所示，本实施例公开了一种三轴转台101与球面扫描装置102空间对准的调整系统，该系统包括用于固定在所述三轴转台101上的正交点标靶工装601以及用于固定在球面扫描装置102上的激光准直器701。

其中，所述正交点标靶工装601包括圆盘形的标靶，当正交点标靶工装601固定在所述三轴转台101上时，所述标靶的中心与所述三轴转台101的三个轴的交点5重合；

所述球面扫描装置102包括可反复运动的动部件502，当所述激光准直器701固定在动部件502上时，所述激光准直器701的激光出射方向与所述动部件502的移动平面垂直。

如图2-图4所示，所述正交点标靶工装601包括圆筒形状的连接部以及位于所述连接部两端的转台安装法兰和标靶，所述标靶远离连接部的一侧表面带有圆环刻线，所述正交点标靶工装601通过转台安装法兰安装在三轴转台101上，使标靶的中心与所述三轴转台101的三个轴的交点5重合。其中，安装法兰具备和三轴转台101准确定位的的机械接口。

进行三轴转台101与球面扫描装置102空间对准位置调整时，通过安装法兰将正交点标靶工装直接安装在三轴转台101的机械接口上，此时正交点标靶工装的标靶中心就是三轴转台101的三轴相交点，将此标靶中心作为参考点完成空间位置调整。

所述激光准直器701包括指向微调机构801、激光发生器802、激光管803、微型关节轴承804和机械安装法兰805。

激光发生器802发射一束激光通过激光管803向外射出，激光管803一端安装于微型关节轴承804，通过调整另一端的指向微调机构801进行激光束指向的精密调整。微型关节轴承804与机械安装法兰805通过精密配合安装。以此可获得与机械安装法兰805具有极高同轴度的激光束，此激光束用于完成后续三轴转台101及球面扫描装置102之间的空间相对位置调整。

所述系统进一步包括用于产生激光平面光幕402的多功能激光水平仪401，用于固定在第一基座104的中线上，通过产生激光平面光幕402照射至第二基座103，用于标示出第二基座103的中线，将第一基座104和第二基座103的中线作为固定三轴转台101与球面扫描装置102的参考。其中，第一基座104的中线可通过测量的方式确定。

具体的，当所述三轴转台101与球面扫描装置102固定在微波暗室中时，微波暗室中包括用于固定所述三轴转台101与球面扫描装置102的第一基座104和第二基座103，所述多功能激光水平仪401用于固定在所述第一基座104的中线上，使多功能激光水平仪401发出的激光平面光幕402与第二基座103相交，激光平面光幕402与第二基座103的相交线为第二基座103的中线，所述球面扫描装置102参照所述第二基座103的中线固定。

所述系统进一步包括框式水平仪501，所述框式水平仪501用于指示所述三轴转台101和球面扫描装置102的水平度，可进一步调整所述三轴转台101和球面扫描装置102，使所述三轴转台101和球面扫描装置102达到水平状态。

本实施例还公开了采用所述系统进行三轴转台101与球面扫描装置102空间对准的调整方法。

包括：

S1：确定微波暗室中用于三轴转台101与球面扫描装置102固定的第一基座104和第二基座103的中线位置并固定三轴转台101与球面扫描装置102。

所述S1包括：

S11：确定第一基座104和第二基座103的位置；

S12：通过测量确定第一基座104的中线，使中线的延长线经过第二基座103；

S13：将多功能激光水平仪401固定在第一基座104上，使多功能激光水平仪401发射的激光平面光幕402与所述中线对齐，激光平面光幕402与第二基座103的相交线即为第二基座103的中线；

S14：将三轴转台101与球面扫描装置102分别固定在第一基座104和第二基座103上，将三轴转台101与球面扫描装置102的中心和激光平面光幕402对齐。

本实施的第一基座104和第二基座103的距离为13m，本发明通过多功能激光水平仪401找出了第一基座104的中线和13m之外的第二基座103的中线，并且保证了这两条中线是共面的。

优选地，所述S1进一步还包括：

S15：通过框式水平仪501将三轴转台101和球面扫描装置102调整至水平。

球面扫描装置102包括球面扫描装置球心301，球面扫描装置102的扫描方向有两个，扫描方向Y和扫描方向X。将框式水平仪501紧靠在扫描装置动部件502法兰面上，502扫描装置动部件502沿扫描方向Y运动直至法兰面与大地水平面垂直。将此时的位置暂时标记为动部件502沿扫描方向Y的初始零位置，并沿扫描方向Y的正反两个方向分别运动，检查正反行程是否满足设计要求，如果满足，则将此初始零位置定义为动部件502沿扫描方向Y的几何零位置。

S2：将正交点标靶工装601固定在三轴转台101上，将激光准直器701固定在球面扫描装置102上，使激光准直器701出射的激光束落点到正交点标靶工装的标靶上。

所述S2包括：

S21：确定球面扫描装置102上动部件502的初始零位置；

S22：将正交点标靶工装601固定在三轴转台101上，将激光准直器701安装在球面扫描装置102的初始零位置；将正交点标靶工装601安装至三轴转台101上，标靶中心就代表转台的三轴相交点。将激光准直器701安装至球面扫描装置102动部件502法兰面上，激光准直器701出射的激光束就代表球面扫描装置102扫描球面的法线。

S23：调整球面扫描装置102的位置，使激光准直器701出射的激光束落点到正交点标靶工装上的标靶中心。将扫描装置动部件502沿X扫描方向的行程中心位置暂时标记为初始零位置。在此初始零位置调整球面扫描装置102的位置，直至将激光准直器701出射激光束的落点调整到正交点标靶工装上的标靶中心。

S3：将激光准直器701沿扫描方向做往复运动并调整球面扫描装置102的位置，使激光束在标靶上的落点位置不随球面扫描装置102位置的变化而变化，则调整完成。

所述调整球面扫描装置102的位置具体包括：

将扫描装置动部件502沿X扫描方向的正反两个方向分别做往复运动,观察激光束在正交点标靶工装上的位置变化,

当激光束落点的变化方向与动部件502运动方向相同，表示球面扫描装置102和三轴转台101之间的距离小于预设指标值，则增加球面扫描装置102与三轴转台101的距离；

当激光束落点的变化方向与动部件502运动方向相反，表示球面扫描装置102和三轴转台101之间的距离大于预设指标值，则减小球面扫描装置102与三轴转台101的距离；

重复上述两种情况下的调整，直到当使激光束在标靶上的落点位置不随球面扫描装置102位置的变化而变化，则球面扫描装置102和三轴转台101之间的距离等于预设指标值，调整完成。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整系统，其特征在于，包括用于固定在所述三轴转台上的正交点标靶工装以及用于固定在球面扫描装置上的激光准直器；

其中，所述正交点标靶工装包括圆盘形的标靶，当正交点标靶工装固定在所述三轴转台上时，所述标靶的中心与所述三轴转台的三个轴的交点重合；

所述球面扫描装置包括可反复运动的动部件，当所述激光准直器固定在动部件上时，所述激光准直器的激光出射方向与所述动部件的移动平面垂直。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于产生激光平面光幕的多功能激光水平仪；

当所述三轴转台与球面扫描装置固定在微波暗室中时，微波暗室中包括用于固定所述三轴转台与球面扫描装置的第一基座和第二基座；

所述多功能激光水平仪用于固定在所述第一基座的中线上，使多功能激光水平仪发出的激光平面光幕与第二基座相交，激光平面光幕与第二基座的相交线为第二基座的中线，所述球面扫描装置参照所述第二基座的中线固定。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括框式水平仪，所述框式水平仪用于指示所述三轴转台和球面扫描装置的水平度。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光准直器包括指向微调机构、激光发生器、激光管、微型关节轴承和机械安装法兰；

激光发生器发射一束激光通过激光管向外射出，激光管一端安装于微型关节轴承，通过调整另一端的指向微调机构进行激光束指向的精密调整。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述正交点标靶工装包括圆筒形状的连接部以及位于所述连接部两端的转台安装法兰和标靶，所述标靶远离连接部的一侧表面带有圆环刻线，所述正交点标靶工装通过转台安装法兰安装在三轴转台上，使标靶的中心与所述三轴转台的三个轴的交点重合。

6.一种三轴转台与球面扫描装置空间对准的调整方法，其特征在于，包括：

S1：确定微波暗室中用于三轴转台与球面扫描装置固定的第一基座和第二基座的中线位置并固定三轴转台与球面扫描装置；

S2：将正交点标靶工装固定在三轴转台上，使正交点标靶工装标靶的中心与所述三轴转台的三个轴的交点重合，将激光准直器固定在球面扫描装置上，使激光准直器出射的激光束落点到正交点标靶工装的标靶上；

S3：将激光准直器沿球面扫描装置的扫描方向做往复运动并同时调整球面扫描装置的位置，当激光束在标靶上的落点位置不随球面扫描装置位置的变化而变化，则调整完成。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S1包括：

S11：确定第一基座和第二基座的位置；

S12：通过测量确定第一基座的中线，使中线的延长线经过第二基座；

S13：将多功能激光水平仪固定在第一基座上，使多功能激光水平仪发射的激光平面光幕与所述中线对齐，激光平面光幕与第二基座的相交线即为第二基座的中线；

S14：将三轴转台与球面扫描装置分别固定在第一基座和第二基座上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述S1进一步包括：

S15：通过框式水平仪将三轴转台调整至水平。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S2包括：

S21：确定球面扫描装置上动部件的初始零位置；

S22：将正交点标靶工装固定在三轴转台上，使正交点标靶工装标靶的中心与所述三轴转台的三个轴的交点重合，将激光准直器安装在球面扫描装置的初始零位置；

S23：调整球面扫描装置的位置，使激光准直器出射的激光束落点到正交点标靶工装上的标靶中心。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调整球面扫描装置的位置具体包括：

当动部件带动激光准直器沿扫描方向做往复运动时：

当激光束落点的变化方向与动部件运动方向相同，表示球面扫描装置和三轴转台之间的距离小于预设指标值，则增加球面扫描装置与三轴转台的距离；

当激光束落点的变化方向与动部件运动方向相反，表示球面扫描装置和三轴转台之间的距离大于预设指标值，则减小球面扫描装置与三轴转台的距离；

当使激光束在标靶上的落点位置不随球面扫描装置位置的变化而变化，则球面扫描装置和三轴转台之间的距离等于预设指标值，调整完成。