CN108362276B - 一种空间大跨度多光轴校轴系统及其调校装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间大跨度多光轴校轴系统及其调校装置和方法，属于光学技术领域。该校轴系统及其调校方法的特点是，校轴系统由若干准直器组成，为待调试系统提供统一的光轴基准。同时，设计一套调校装置和方法完成校轴系统自身光轴一致性的校准，该装置包含有多方位可调节平台、光学瞄准镜、高精度水平仪、瞄准定位线以及附件，可实现空间大跨度校轴系统光轴平行性校准。校准时采用统一基准的思路，经调校后的校轴系统可为待调试系统中空间大跨度轴线提供统一的光轴基准。本发明的主要优点是采用普通的平行光管作为准直器，利用常规光学元件及调试平台，室内完成准直器的校准，不受外界天气影响，操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种空间大跨度多光轴校轴系统及其调校装置和方法。
背景技术
一般的光电系统中各光轴之间的间隔较小，常采用大口径平行光管调整光轴的方法来完成。针对大型系统，其轴系之间的空间间隔尺寸大，位置高低，左右跨度达大于2米甚至更大，采用上述的方法无法完成。目前，光轴调校中经常采用的有“小口径光管法”、“大口径光管法”、“瞄星法”、“靶板法”等，其中前两种方法利用平行光管建立固定基准，被测系统直接对准后，被测系统激光通道发射激光束，通过平行光管聚焦后，形成基准目标；然后分别通过光学瞄准单元直接观察这一基准目标，从而判断各传感器瞄准轴的平行性，但这两种校轴设备无法完成大跨度轴系的校准。后两种方法是由几个传感器同时直接观察远距离目标，其中“瞄星法”完全依赖天气情况，只有在良好的气象条件下才能够完成；“靶板法”需要寻找合适的试验场所，在一定程度上也受限与天气和地理环境。采用这两种方法均无法克服气象条件对工作的影响，影响到产品的研制周期，使科研进度无法保障，并且每次校轴需要在相关的场所完成，大大增加了研制成本。
发明内容
针对在室内难以完成空间大跨度光轴校轴的问题，本专利提出一种空间大跨度多光轴校轴系统及其调校装置和方法，在室内即可完成校轴系统光轴平行性的调校及待调试系统光轴校准。其创新点在于可以在室内完成多个、大跨度光轴之间的平行性校准，采用该方法和装置能够解决目前大跨度轴系校准只能依靠气象条件的问题，而且方法中均采用普通的光学元件及调试平台，无需特殊材料和元件。可在室内随时完成准直器的校准，不受外界天气影响，而且操作简单，易于工程实现。
本发明的技术方案为：
所述一种空间大跨度多光轴校轴系统，其特征在于：由2个以上的光轴准直器和安放支架组成，光轴准直器模拟无穷远目标，产生带有刻度的瞄准十字；光轴准直器空间位置根据被测系统的光轴空间位置确定，被测系统光轴在光轴准直器的光学口径内。
所述一种空间大跨度多光轴校轴系统的调校装置，其特征在于：包括多方位可调节平台、光学瞄准镜、水平仪、瞄准用定位线；所述光学瞄准镜个数为两个，放置在多方位可调节平台上；所述水平仪个数为两个，相互垂直固定安装在多方位可调节平台上；所述瞄准用定位线个数为两根，两根瞄准定位线安装在校轴系统安放支架上，并自然垂下。
进一步的优选方案，所述一种空间大跨度多光轴校轴系统的调校装置，其特征在于：两根瞄准定位线颜色对比明显，直径不大于1mm，且间隔不小于2m。
所述一种空间大跨度多光轴校轴系统的调校方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将光轴准直器放置在安放支架的相应位置，并保证被测系统光轴在光轴准直器的光学口径内，并利用水平仪保证光轴准直器光轴水平；
步骤2：将两根瞄准定位线安装在校轴系统安放支架上，保证两根瞄准定位线间隔大于2m并自然垂下；
步骤3：将多方位可调节平台放置在某一光轴准直器前，调节第一光学瞄准镜，使其十字分划同两根瞄准定位线重合，调整第二光学瞄准镜，使其十字分划同所述某一光轴准直器的十字分划重合；然后调整多方位可调节平台，使多方位可调节平台上的水平仪中水泡指示某一位置；固定多方位可调节平台上光学瞄准镜位置和方向，同时固定所述某一光轴准直器位置和方向；
步骤4：将多方位可调节平台放置在其余某一光轴准直器前，调整多方位可调节平台，使多方位可调节平台上的水平仪中水泡指示位置与步骤3中指示位置相同，且第一光学瞄准镜的十字分划同两根瞄准定位线重合，然后调整所述其余某一光轴准直器，使所述其余某一光轴准直器的十字同第二光学瞄准镜十字重合，再将所述其余某一光轴准直器位置和方向固定；
步骤5：重复步骤4，直至所有光轴准直器调校完成。
有益效果
本发明在室内即可完成校轴系统光轴平行性的调校及待调试系统光轴校准，能够解决目前大跨度轴系校准只能依靠气象条件的问题，而且方法中均采用普通的光学元件及调试平台，无需特殊材料和元件。可在室内随时完成准直器的校准，不受外界天气影响，而且操作简单，易于工程实现。
附图说明
图1是本发明中光轴准直器布局示意图；
图2是本发明中光轴准直器和瞄准定位线空间位置示意图；
图3是本发明中可调平台表面布局示意图；
图4是本发明中第一光学瞄准同瞄准定位线对准前后示意图；
图5是第二光学瞄准镜同光轴准直器对准前后示意图；
图6是本发明中校准光轴时高精度水平仪状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。
本发明针对在室内难以完成空间大跨度光轴校轴的问题，提出了一种空间大跨度多光轴校轴系统及其调校装置和方法，在室内即可完成校轴系统光轴平行性的调校及待调试系统光轴校准。其创新点在于可以在室内完成多个、大跨度光轴之间的平行性校准，采用该方法和装置能够解决目前大跨度轴系校准只能依靠气象条件的问题，而且方法中均采用普通的光学元件及调试平台，无需特殊材料和元件。可在室内随时完成准直器的校准，不受外界天气影响，而且操作简单，易于工程实现。
如图1所示，空间大跨度多光轴校轴系统由三个光轴准直器和安放支架组成，光轴准直器分别放置在安放支架上，光轴准直器模拟无穷远目标，产生带有刻度的瞄准十字；光轴准直器空间位置根据被测系统的光轴空间位置确定，被测系统光轴在光轴准直器的光学口径内；具体的空间间隔如图所示，准直器口径Φ200mm，焦距1000mm。
该系统在使用时首先需对自身光轴平行性进行校准。为此，设计了一套调校装置和方法。
空间大跨度多光轴校轴系统的调校装置包括多方位可调节平台、光学瞄准镜、水平仪、瞄准用定位线；所述光学瞄准镜个数为两个，放置在多方位可调节平台上；所述水平仪个数为两个，相互垂直固定安装在多方位可调节平台上；所述瞄准用定位线个数为两根，两根瞄准定位线安装在校轴系统安放支架上，并自然垂下。
如图2所示，两根瞄准定位线安装在安放支架侧面，两根瞄准定位线颜色对比明显，直径不大于1mm，且间隔不小于2m。两根瞄准定位线间隔越大其自身校准精度也越高，可根据实际空间位置来实施。
多方位可调节平台尺寸450mm×300mm×70mm，能够俯仰、方位调整，平台面可旋转、平移微调。光学瞄准镜放大倍率为10倍，水平仪精度为2＂。
具体的空间大跨度多光轴校轴系统的调校方法，包括以下步骤：
步骤1：将光轴准直器放置在安放支架的相应位置，并保证被测系统光轴在光轴准直器的光学口径内，并利用水平仪保证光轴准直器光轴水平；
步骤2：将两根瞄准定位线安装在校轴系统安放支架上，保证两根瞄准定位线间隔大于2m并自然垂下；
步骤3：将多方位可调节平台放置在某一光轴准直器前，调节第一光学瞄准镜，使其十字分划同两根瞄准定位线重合，调整第二光学瞄准镜，使其十字分划同所述某一光轴准直器的十字分划重合；然后调整多方位可调节平台，使多方位可调节平台上的水平仪中水泡指示某一位置；固定多方位可调节平台上光学瞄准镜位置和方向，同时固定所述某一光轴准直器位置和方向；
步骤4：将多方位可调节平台放置在其余某一光轴准直器前，调整多方位可调节平台，使多方位可调节平台上的水平仪中水泡指示位置与步骤3中指示位置相同，且第一光学瞄准镜的十字分划同两根瞄准定位线重合，然后调整所述其余某一光轴准直器，使所述其余某一光轴准直器的十字同第二光学瞄准镜十字重合，再将所述其余某一光轴准直器位置和方向固定；
步骤5：重复步骤4，直至所有光轴准直器调校完成。
实施例校准精度分析：
1光学瞄准镜同准直器的对准误差
根据光学测试中对准方式和对准精度的关系，光学瞄准镜和光轴准直器的对准误差不大于15＂。取极限位置两次对准位置最大偏差15＂。
2光学瞄准镜同定位线的瞄准误差
实施例中两条定位线的间隔为2米。光学瞄准镜同定位线间隔10米，光学瞄准镜倍率选择10倍。根据对准方式和对准精度的关系，取光学瞄准镜和定位线的对准误差15＂。
3高精度水平仪的定位误差
选用的水平仪精度为2＂,取其极限位置，水平精度误差2＂，取极限偏差4＂，经过对系统误差进行分析、计算,可得系统平行性误差量(RMS)为
根据以上的分析，利用本专利中的方法，对调试设备进行光轴平行性校准后，最低精度为0.10mrad，适合轴系精度要求大于0.1mrad的设备使用。
Claims (3)
1.一种空间大跨度多光轴校轴系统的调校装置，其特征在于：
所述校轴系统由2个以上的光轴准直器和安放支架组成，光轴准直器模拟无穷远目标，产生带有刻度的瞄准十字；光轴准直器空间位置根据被测系统的光轴空间位置确定，被测系统光轴在光轴准直器的光学口径内；
所述调校装置用于将校轴系统的所有光轴准直器的光轴校准平行；所述调校装置包括多方位可调节平台、光学瞄准镜、水平仪、瞄准定位线；所述光学瞄准镜个数为两个，放置在多方位可调节平台上；所述水平仪个数为两个，相互垂直固定安装在多方位可调节平台上；所述瞄准定位线个数为两根，两根瞄准定位线安装在校轴系统安放支架上，并自然垂下；其中第一光学瞄准镜用于将十字分划同两根瞄准定位线重合，第二光学瞄准镜用于将十字分划同某一光轴准直器的十字分划重合。
2.根据权利要求1所述一种空间大跨度多光轴校轴系统的调校装置，其特征在于：两根瞄准定位线颜色对比明显，直径不大于1mm，且间隔不小于2m。
3.一种利用权利要求1所述调校装置对空间大跨度多光轴校轴系统进行调校的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将光轴准直器放置在安放支架的相应位置，并保证被测系统光轴在光轴准直器的光学口径内，并利用水平仪保证光轴准直器光轴水平；
步骤2：将两根瞄准定位线安装在校轴系统安放支架上，保证两根瞄准定位线间隔大于2m并自然垂下；
步骤3：将多方位可调节平台放置在某一光轴准直器前，调节第一光学瞄准镜，使其十字分划同两根瞄准定位线重合，调整第二光学瞄准镜，使其十字分划同所述某一光轴准直器的十字分划重合；然后调整多方位可调节平台，使多方位可调节平台上的水平仪中水泡指示某一位置；固定多方位可调节平台上光学瞄准镜位置和方向，同时固定所述某一光轴准直器位置和方向；
步骤4：将多方位可调节平台放置在其余某一光轴准直器前，调整多方位可调节平台，使多方位可调节平台上的水平仪中水泡指示位置与步骤3中指示位置相同，且第一光学瞄准镜的十字分划同两根瞄准定位线重合，然后调整所述其余某一光轴准直器，使所述其余某一光轴准直器的十字同第二光学瞄准镜十字重合，再将所述其余某一光轴准直器位置和方向固定；
步骤5：重复步骤4，直至所有光轴准直器调校完成。
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