CN110488453A - 一种长焦距相机装调基准的确定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种长焦距相机装调基准的确定装置，包括主镜加工基准补偿器、三镜加工基准补偿器、转轴、设置在所述转轴一端的锥轴、用于支撑所述转轴的第一支点部和第二支点部、用于为所述转轴转动提供辅助支撑的至少一个辅助支撑部，当所述主镜加工基准补偿器和所述三镜加工基准补偿器同轴且轴向间隔为预定值时完成装调基准确定，在后续的系统装调过程中，分别通过主镜加工基准补偿器与三镜加工基准补偿器唯一确定主镜、三镜的空间位置，即可实现主镜、三镜在光学系统中的相对定位，具有精度高、稳定可靠且易于实现的优点，本发明还相应公开了一种长焦距相机装调基准的确定方法。

Description

一种长焦距相机装调基准的确定装置及方法

技术领域

本发明涉及航天遥感技术领域，特别涉及一种长焦距相机装调基准的确定装置及方法。

背景技术

大口径、长焦距是航天遥感相机的重要发展方向，而随着相机焦距的增长，系统装调的难度越来越大，尤其对于焦距超过10m的航天相机，由于系统中光学镜片间的空间距离很大，如何确定各镜片在光机系统中的空间位置并获得较高的位置精度，成为相机系统装调的难点。

相机一般采用离轴三反消像散的光学系统，离轴三反消像散光学系统可以同时获得大视场和高分辨率并且结构紧凑、无中心遮拦，从而在大口径、长焦机航天相机中的应用越来越广泛，但在进行系统装调时，由于不具有圆周对称性，无法应用定心仪、间距仪等进行传统的光机装调。

目前，离轴三反光学系统最有效的装调方法是首先通过共基准装调确定好主、次、三镜中两块镜子的相对位置，然后通过系统像质检测的方法确定第三块镜子的空间位置，而共基准装调是整个系统装调的关键，目前急需一种操作简便、装调精度高且稳定可靠的方案。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种长焦距相机装调基准的确定装置及方法。

第一方面，本发明实施例中提供一种长焦距相机装调基准的确定装置，所述装置包括主镜加工基准补偿器、三镜加工基准补偿器、转轴、设置在所述转轴一端的锥轴、用于支撑所述转轴的第一支点部和第二支点部、用于为所述转轴转动提供辅助支撑的至少一个辅助支撑部，所述转轴沿轴向方向具有贯通孔，所述主镜加工基准补偿器采用待装调主镜的加工检测基准且为偏轴结构，所述主镜加工基准补偿器的几何回转中心偏出所述转轴，所述主镜加工基准补偿器所确定的所述待装调主镜的主镜光轴与所述转轴同轴，所述三镜加工基准补偿器采用待装调三镜的加工检测基准且为同轴结构，所述三镜加工基准补偿器所确定的所述待装调三镜的三镜光轴和所述三镜加工基准补偿器的几何回转中心同轴，所述主镜加工基准补偿器安装在所述锥轴上，所述三镜加工基准补偿器安装在所述转轴的另一端，所述转轴可在所述第一支点部和所述第二支点部的支撑下围绕自身轴线转动，当所述主镜加工基准补偿器和所述三镜加工基准补偿器同轴且轴向间隔为预定值时完成装调基准确定。

作为一种可选地方案，所述第二支点部采用一对角接触球轴承，所述角接触球轴承与所述转轴固定连接，所述第一支点部采用并列设置的两个球轴承，所述两个球轴承形成用于支撑的V型缺口，所述锥轴部分位于所述V型缺口内且与所述两个球轴承抵靠。

作为一种可选地方案，所述转轴采用碳纤维空筒，所述锥轴采用不锈钢材料，所述锥轴与所述转轴粘结为一体。

作为一种可选地方案，所述锥轴上具有安装所述主镜加工基准补偿器的安装接口。

作为一种可选地方案，还包括用于所述辅助支撑部的支撑架，所述支撑架包括支撑框架、设置在所述支撑框架上的滑轮组、连接带以及配重块，所述连接带一端与所述辅助支撑部连接，所述连接带另一端与所述配重块连接，所述连接带缠绕在所述滑轮组上，通过调整配重块的重量调整所述辅助支撑部的高度。

作为一种可选地方案，还包括安装台，所述第一支点部和所述第二支点部设置在所述安装台上。

作为一种可选地方案，所述辅助支撑部具有五个且间隔套设在所述转轴上。

作为一种可选地方案，所述支撑框架采用铝合金型材构成。

作为一种可选地方案，所述连接带采用钢丝绳。

第二方面，本发明提供一种长焦距相机装调基准的确定方法，应用于如上述的长焦距相机装调基准的确定装置，所述方法包括：

利用第一支点部和第二支点部将长焦距相机装调基准的确定装置支撑至所需高度，采用连接带将辅助支撑部和配重块连接；

转动转轴，检测所述转轴所述第一支点部和所述第二支点部两处的圆跳动数据，根据所述圆跳动数据反馈调整所述辅助支撑部相应的配重块重量使得圆跳动数据符合第一预置精度要求；

将所述主镜加工基准补偿器安装在锥轴上和三镜加工基准补偿器安装在转轴的另一端，转动所述转轴，调整所述三镜加工基准补偿器与所述转轴的连接紧固螺钉，直到所述三镜加工基准补偿器前后圆柱面的圆跳动达到第二预置精度要求，使得三镜光轴与所述转轴的回转中心同轴；

转动转轴，利用经纬仪检测所述主镜加工基准补偿器的镜面角度，调整所述主镜加工基准补偿器的定向螺钉，使得所述转轴转动过程中所述主镜加工基准补偿器的镜面角度保持不变；

通过显微镜检测所述主镜加工基准补偿器的光轴标记，调整所述主镜加工基准补偿器的径向调整螺钉，在所述转轴过程中所述主镜加工基准补偿器的光轴标记保持不动，使得所述主镜加工基准补偿器所确定的主镜光轴与所述转轴的回转中心同轴，实现所述主镜和三镜基准的共轴；

利用激光跟踪仪调整所述三镜加工基准补偿器在所述转轴上的轴向位置，使得所述三镜加工基准补偿器和所述主镜加工基准补偿器的轴向间隔为预设值，完成所述长焦距相机装调基准的确定装置的基准装调。

本发明提供得一种长焦距相机装调基准的确定装置及方法，从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有精度高、稳定可靠且易于实现的优点，可以应用于所有离轴三反光学系统的装调中，尤其在超长焦距相机的系统装调中具有极大的优势。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的一种长焦距相机装调基准的确定装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中提供的一种长焦距相机装调基准的确定方法的流程图。

附图标记：

主镜加工基准补偿器1、三镜加工基准补偿器2、转轴3、锥轴4、第一支点部5、第二支点部6、辅助支撑部7、安装台8。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明实施例中提供一种长焦距相机装调基准的确定装置，所述装置包括主镜加工基准补偿器1、三镜加工基准补偿器2、转轴3、设置在所述转轴3一端的锥轴4、用于支撑所述转轴3的第一支点部5和第二支点部6、用于为所述转轴3转动提供辅助支撑的至少一个辅助支撑部7，所述转轴3沿轴向方向具有贯通孔，可以采用中空的纤维筒设计，所述主镜加工基准补偿器1采用待装调主镜的加工检测基准且为偏轴结构，所述主镜加工基准补偿器1的几何回转中心偏出所述转轴3，所述主镜加工基准补偿器1所确定的所述待装调主镜的主镜光轴与所述转轴3同轴，所述三镜加工基准补偿器2采用待装调三镜的加工检测基准且为同轴结构，所述三镜加工基准补偿器2所确定的所述待装调三镜的三镜光轴和所述三镜加工基准补偿器2的几何回转中心同轴，所述主镜加工基准补偿器1安装在所述锥轴4上，所述三镜加工基准补偿器2安装在所述转轴3的另一端，所述转轴3可在所述第一支点部5和所述第二支点部6的支撑下围绕自身轴线转动，当所述主镜加工基准补偿器1和所述三镜加工基准补偿器2同轴且轴向间隔为预定值时完成装调基准确定，在后续的系统装调过程中，分别通过主镜加工基准补偿器1与三镜加工基准补偿器2唯一确定主镜、三镜的空间位置，即可实现主镜、三镜在光学系统中的相对定位。

本实施例中，所述转轴3采用比刚度极高的碳纤维空筒，其旋转轴3表征主镜与三镜的共同光轴，锥轴4采用不锈钢材料，为中空设计，锥轴4与转轴3粘结为一体，需要说明的是，还可以采用其他连接方式如螺纹连接、过盈配合等方式，对于两者的连接关系在此不做限定。

具体地，所述第二支点部6采用一对角接触球轴承，所述角接触球轴承与所述转轴3固定连接，作为转轴3的固定端，所述第一支点部5采用并列设置的两个球轴承，所述两个球轴承形成用于支撑的V型缺口，即两个球轴承的轴线平行，所述锥轴4部分位于所述V型缺口内且与所述两个球轴承抵靠，作为转轴3的游动段，使得两个球轴承即可支撑锥轴4又可以在调整锥轴4位置，即通过支撑锥轴4的不同位置实现锥轴4以致转轴3不同高度的调节。

本实施例中，锥轴4上具有安装所述主镜加工基准补偿器1的安装接口，和主镜加工基准补偿器1的接口类型在此不做限定，可以根据需要进行选择。

为了进一步实现对转轴3的整体的姿态调整，本装置还包括用于所述辅助支撑部7的支撑架(图中未示出)，所述支撑架包括支撑框架(图中未示出)、设置在所述支撑框架上的滑轮组(图中未示出)、连接带(图中未示出)以及配重块(图中未示出)，所述连接带一端与所述辅助支撑部7连接，所述连接带另一端与所述配重块连接，配重块可以根据需要进行增加和减少，进而实现对辅助支撑部7的高度调整，所述连接带缠绕在所述滑轮组上，通过调整配重块的重量调整所述辅助支撑部7的高度，辅助支撑部7与转轴3连接，进而实现对转轴3高度的调整，减少因为转轴3产生的形变对装调精度的影响。

本实施例中，所述辅助支撑部7具有五个球轴承，球轴承间隔套设在转轴3上，具体位置可以根据需要灵活选择，可以采用等间隔设置，使得受力均匀，当然对于球轴承的个数选择也不进行限定，满足需要即可。

作为一种可选的方案，在支撑架上还设有锁紧装置(图中未示出)，当转轴3高度调整完毕后可以针对支撑架进行位置锁定，锁定位置可以是连接带或者配重块位置，对此不做限定。

支撑框架可以采用铝合金型材设计，具有足够的机械强度和稳定性，同时质量轻便于组装和运输，对于连接带可以采用钢丝绳，具有较好的机械强度，不易发生形变，保证力的传输。

本装置还包括安装台8，所述第一支点部5和所述第二支点部6设置在所述安装台8上，采用安装台8具有防震动的特点，使得第一支点部5和第二支点部6安装稳固。

本发明提供的一种长焦距相机装调基准的确定装置，包括主镜加工基准补偿器1、三镜加工基准补偿器2、转轴3、设置在所述转轴3一端的锥轴4、用于支撑所述转轴3的第一支点部5和第二支点部6、用于为所述转轴3转动提供辅助支撑的至少一个辅助支撑部7，所述转轴3沿轴向方向具有贯通孔，可以采用中空的纤维筒设计，所述主镜加工基准补偿器1采用待装调主镜的加工检测基准且为偏轴结构，所述主镜加工基准补偿器1的几何回转中心偏出所述转轴3，所述主镜加工基准补偿器1所确定的所述待装调主镜的主镜光轴与所述转轴3同轴，所述三镜加工基准补偿器2采用待装调三镜的加工检测基准且为同轴结构，所述三镜加工基准补偿器2所确定的所述待装调三镜的三镜光轴和所述三镜加工基准补偿器2的几何回转中心同轴，所述主镜加工基准补偿器1安装在所述锥轴4上，所述三镜加工基准补偿器2安装在所述转轴3的另一端，所述转轴3可在所述第一支点部5和所述第二支点部6的支撑下围绕自身轴线转动，当所述主镜加工基准补偿器1和所述三镜加工基准补偿器2同轴且轴向间隔为预定值时完成装调基准确定，在后续的系统装调过程中，分别通过主镜加工基准补偿器与三镜加工基准补偿器2唯一确定主镜、三镜的空间位置，即可实现主镜、三镜在光学系统中的相对定位，具有精度高、稳定可靠且易于实现的优点，可以应用于所有离轴三反光学系统的装调中，尤其在超长焦距相机的系统装调中具有极大的优势。

相应地，结合图2所示，本发明实施例中提供一种长焦距相机装调基准的确定方法，应用于如上述的长焦距相机装调基准的确定装置，所述方法包括：

S201、利用第一支点部5和第二支点部6将长焦距相机装调基准的确定装置支撑至所需高度，采用连接带将辅助支撑部7和配重块连接。

S202、转动转轴3，检测所述转轴3所述第一支点部5和所述第二支点部6两处的圆跳动数据，根据所述圆跳动数据反馈调整所述辅助支撑部7相应的配重块重量使得圆跳动数据符合第一预置精度要求。

圆跳动是指被测要素绕基准轴线回转一周时，由位置固定的指示器在给定方向上测得的最大与最小读数之差。圆跳动公差是被测要素在某一固定参考点绕基准轴线旋转一周时，指示器值所允许的最大变动量，第一预置精度要求可以根据需要进行设定，满足装调精度要求即可，对此不做限定。

S203、将所述主镜加工基准补偿器1安装在锥轴4上和三镜加工基准补偿器2安装在转轴3的另一端，转动所述转轴3，调整所述三镜加工基准补偿器2与所述转轴3的连接紧固螺钉，直到所述三镜加工基准补偿器2前后圆柱面的圆跳动达到第二预置精度要求，使得三镜光轴与所述转轴3的回转中心同轴。

S204、转动转轴3，利用经纬仪检测所述主镜加工基准补偿器1的镜面角度，调整所述主镜加工基准补偿器1的定向螺钉，使得所述转轴3转动过程中所述主镜加工基准补偿器1的镜面角度保持不变。

主镜加工基准补偿器1背面设置三颗定向螺钉，可以用来调整主镜加工基准补偿器1的镜面角度的方向。

S205、通过显微镜检测所述主镜加工基准补偿器1的光轴标记，调整所述主镜加工基准补偿器1的径向调整螺钉，在所述转轴3过程中所述主镜加工基准补偿器1的光轴标记保持不动，使得所述主镜加工基准补偿器1所确定的主镜光轴与所述转轴3的回转中心同轴，实现所述主镜和三镜基准的共轴。

主镜加工基准补偿器1的光轴标记可以采用十字线，还可以采用其他形状的标识，对此不做限定。

S206、利用激光跟踪仪调整所述三镜加工基准补偿器2在所述转轴3上的轴向位置，使得所述三镜加工基准补偿器2和所述主镜加工基准补偿器1的轴向间隔为预设值，完成所述长焦距相机装调基准的确定装置的基准装调。

预设值可以根据需要进行选择，对此不做限定，在后续的系统装调过程中，分别通过主镜加工基准补偿器与三镜加工基准补偿器2唯一确定主镜、三镜的空间位置，即可实现主镜、三镜在光学系统中的相对定位。

本发明实施例中提供的长焦距相机装调基准的确定方法，在后续的系统装调过程中，分别通过主镜加工基准补偿器与三镜加工基准补偿器2唯一确定主镜、三镜的空间位置，即可实现主镜、三镜在光学系统中的相对定位，具有精度高、稳定可靠且易于实现的优点，可以应用于所有离轴三反光学系统的装调中，尤其在超长焦距相机的系统装调中具有极大的优势。

本发明已应用于我国某光电传输型航天遥感相机的地面装调中，通过该共基准装置和方法确定的主镜、三镜相对位置准确可靠，为次镜的装调确立了坚实的基础，最终装调出的光学系统波相差优于λ/14，达到衍射极限。

本发明提供的长焦距相机装调基准的确定装置及方法精度高、稳定可靠且易于实现，可以应用于所有离轴三反光学系统的装调中，尤其在超长焦距相机的系统装调中具有极大的优势，可使这类相机系统装调中面临的缺乏对称性、空间间隔大、精度难保证等装调难题迎刃而解，具有极高的推广价值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种长焦距相机装调基准的确定装置及方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种长焦距相机装调基准的确定装置，其特征在于，所述装置包括主镜加工基准补偿器、三镜加工基准补偿器、转轴、设置在所述转轴一端的锥轴、用于支撑所述转轴的第一支点部和第二支点部、用于为所述转轴转动提供辅助支撑的至少一个辅助支撑部，所述转轴沿轴向方向具有贯通孔，所述主镜加工基准补偿器采用待装调主镜的加工检测基准且为偏轴结构，所述主镜加工基准补偿器的几何回转中心偏出所述转轴，所述主镜加工基准补偿器所确定的所述待装调主镜的主镜光轴与所述转轴同轴，所述三镜加工基准补偿器采用待装调三镜的加工检测基准且为同轴结构，所述三镜加工基准补偿器所确定的所述待装调三镜的三镜光轴和所述三镜加工基准补偿器的几何回转中心同轴，所述主镜加工基准补偿器安装在所述锥轴上，所述三镜加工基准补偿器安装在所述转轴的另一端，所述转轴可在所述第一支点部和所述第二支点部的支撑下围绕自身轴线转动，当所述主镜加工基准补偿器和所述三镜加工基准补偿器同轴且轴向间隔为预定值时完成装调基准确定。

2.根据权利要求1所述的长焦距相机装调基准的确定装置，其特征在于，所述第二支点部采用一对角接触球轴承，所述角接触球轴承与所述转轴固定连接，所述第一支点部采用并列设置的两个球轴承，所述两个球轴承形成用于支撑的V型缺口，所述锥轴部分位于所述V型缺口内且与所述两个球轴承抵靠。

3.根据权利要求1所述的长焦距相机装调基准的确定装置，其特征在于，所述转轴采用碳纤维空筒，所述锥轴采用不锈钢材料，所述锥轴与所述转轴粘结为一体。

4.根据权利要求1或3所述的长焦距相机装调基准的确定装置，其特征在于，所述锥轴上具有安装所述主镜加工基准补偿器的安装接口。

5.根据权利要求1所述的长焦距相机装调基准的确定装置，其特征在于，还包括用于所述辅助支撑部的支撑架，所述支撑架包括支撑框架、设置在所述支撑框架上的滑轮组、连接带以及配重块，所述连接带一端与所述辅助支撑部连接，所述连接带另一端与所述配重块连接，所述连接带缠绕在所述滑轮组上，通过调整配重块的重量调整所述辅助支撑部的高度。

6.根据权利要求1或5所述的长焦距相机装调基准的确定装置，其特征在于，还包括安装台，所述第一支点部和所述第二支点部设置在所述安装台上。

7.根据权利要求1所述的长焦距相机装调基准的确定装置，其特征在于，所述辅助支撑部具有五个且间隔套设在所述转轴上。

8.根据权利要求5所述的长焦距相机装调基准的确定装置，其特征在于，所述支撑框架采用铝合金型材构成。

9.根据权利要求5所述的长焦距相机装调基准的确定装置，其特征在于，所述连接带采用钢丝绳。

10.一种长焦距相机装调基准的确定方法，其特征在于，应用于权利要求1至9中任一项所述的长焦距相机装调基准的确定装置，所述方法包括：

利用第一支点部和第二支点部将长焦距相机装调基准的确定装置支撑至所需高度，采用连接带将辅助支撑部和配重块连接；

转动转轴，检测所述转轴所述第一支点部和所述第二支点部两处的圆跳动数据，根据所述圆跳动数据反馈调整所述辅助支撑部相应的配重块重量使得圆跳动数据符合第一预置精度要求；

将所述主镜加工基准补偿器安装在锥轴上和三镜加工基准补偿器安装在转轴的另一端，转动所述转轴，调整所述三镜加工基准补偿器与所述转轴的连接紧固螺钉，直到所述三镜加工基准补偿器前后圆柱面的圆跳动达到第二预置精度要求，使得三镜光轴与所述转轴的回转中心同轴；

转动转轴，利用经纬仪检测所述主镜加工基准补偿器的镜面角度，调整所述主镜加工基准补偿器的定向螺钉，使得所述转轴转动过程中所述主镜加工基准补偿器的镜面角度保持不变；

通过显微镜检测所述主镜加工基准补偿器的光轴标记，调整所述主镜加工基准补偿器的径向调整螺钉，在所述转轴过程中所述主镜加工基准补偿器的光轴标记保持不动，使得所述主镜加工基准补偿器所确定的主镜光轴与所述转轴的回转中心同轴，实现所述主镜和三镜基准的共轴；

利用激光跟踪仪调整所述三镜加工基准补偿器在所述转轴上的轴向位置，使得所述三镜加工基准补偿器和所述主镜加工基准补偿器的轴向间隔为预设值，完成所述长焦距相机装调基准的确定装置的基准装调。