CN111307419A - 一种用于光轴一致性检测的装置及方法 - Google Patents

一种用于光轴一致性检测的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于光轴一致性检测的装置及方法，属于测量仪器技术领域。本发明所述装置结构简单，操作简便，能够实现对多光轴一致性的快速高效检测，并且能够解算出被检测设备中其他各光轴相对于某参考光轴的偏离角量，可依据测量的结果，对被检测设备进行后续的调校，使多光轴一致性误差控制在观瞄精度允许的范围内，保证其搜索、跟踪、瞄准、测距、指示和指向等功能的准确、稳定和可靠。

Description

一种用于光轴一致性检测的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于光轴一致性检测的装置及方法，属于测量仪器技术领域。
背景技术
随着光电技术的发展，集激光测距、激光制导照射、可见光成像和热成像等为一体的光电侦察设备在多种武器装备平台上得到了广泛的应用，大大提高了武器装备的功效和能力，成为各国武器装备重点发展的技术。多个光轴一致性是光电侦察设备的关键性能指标。不同视场CCD摄像机的光轴一致性，主要是保证不同视场的CCD摄像机观察到的图像位置保持一致，便于侦察和瞄准；热像仪视轴与CCD摄像机光轴的一致性，保证转换观察方式时对目标侦查的连续性；热像仪视轴或CCD摄像机光轴与激光发射轴之间的一致性，是保证在热像仪或CCD摄像机工作时，激光测距机对所瞄准目标的可靠测距。为了保证光电侦察设备完成对目标的探测定位功能与精度，首要的关键因素是使各类传感器光学系统及激光测距机光学系统的光轴严格平行，保持相同的指向。其次，即便在产品生产和装配过程中已经对多光轴之间的一致性进行了严格的调整，但是由于受加工和安装条件的限制及环境影响，投入使用后，各光轴之间的一致性仍然会发生变化。另外，在日常维护或投入实战前，要对光电侦察设备甚至整个武器系统进行光轴一致性的快速高效测试和校准，使多光轴一致性误差控制在观瞄精度允许的范围内。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于光轴一致性检测的装置及方法，该装置结构简单，操作简便，能够实现对多光轴一致性的快速高效检测，并且能够解算出各光轴相对于某参考光轴的偏离角量，为后续多光轴一致性调整提供参考。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种用于光轴一致性检测的装置，所述装置包括多光谱光源、多光谱目标靶、平行光管、目标靶多维位移单元、半透半反镜、图像采集单元、激光指示器以及对准调整单元；
多光谱光源的出射光路上依次设置多光谱目标靶、半透半反镜、平行光管，其中多光谱目标靶安装在目标靶多维位移单元上且位于平行光管的光学系统焦面上；激光指示器安装在平行光管光轴中心位置，用于实现所述装置与被检测设备的粗对准；
其中，所述目标靶多维位移单元用于改变多光谱目标靶在二维平面的位置，从而改变多光谱目标靶的十字分划图像在图像采集单元中的位置；所述图像采集单元用于采集多光谱目标靶的十字分划图像以及被检测设备发出的光斑图像；所述对准调整单元用来调整平行光管的方位和俯仰，实现所述装置和被检测设备对准。
进一步地，平行光管包括主镜、次镜和镜筒；其中，主镜选用抛物面反射镜，次镜选用双曲面反射镜，镜筒内部设有消光环，镜筒的材料选用镁铝合金；
主镜安装在镜筒的前端，次镜安装在镜筒的后端，主镜和次镜组成平行光管的物镜。
进一步地，图像采集单元选用量CCD，CCD的靶面与平行光管的光学系统焦平面重合，当多光谱目标靶位于初始位置时，测量CCD的中心与多光谱目标靶分划图案的中心重合。
采用本发明所述装置进行检测的方法步骤如下：
步骤一、对所述装置进行初始校准
移动目标靶多维位移单元使多光谱目标靶的十字分划图像中心与平行光管的光轴中心以及CCD的中心重合；
步骤二、建立参考光轴
利用安装在平行光管上的激光指示器，使所述装置与被检测设备基本对准；开启被检测设备激光发射系统，激光会在CCD像面形成光斑，调整对准调整单元使被检测设备激光光斑精确位于CCD中心；
步骤三、激光发射光轴与其他光轴偏差计算
激光发射光轴与红外光轴偏差计算：关闭被检测设备激光发射系统，切换到被检测设备的红外观瞄系统，开启所述装置的多光谱光源，若红外视场中心与所述装置多光谱目标靶的十字分划图像中心重合，则红外光轴与激光发射光轴之间不存在偏差；若红外视场中心与所述装置多光谱目标靶的十字分划图像中心不重合，则红外光轴与激光发射光轴之间存在偏差，通过目标靶多维位移单元移动多光谱目标靶，至红外视场中心与多光谱目标靶的十字分划图像中心重合，采集并记录多光谱目标靶发生的位置坐标移动，记录其对应移动量(X红外，Y红外)；
则激光发射光轴与红外光轴在平行光管像面上的偏差L激光-红外为：
L2 激光-红外＝X2 红外+Y2 红外
激光发射光轴与红外光轴的偏角α激光-红外为：
α激光-红外＝arctan(L激光-红外/F平行光管)
激光发射光轴与电视光轴偏差计算：关闭被检测设备激光发射系统，切换到被检测设备的电视观瞄系统，开启所述装置的多光谱光源，若电视视场中心与所述装置多光谱目标靶的十字分划图像中心重合，则电视光轴与激光发射光轴之间不存在偏差；若电视视场中心与所述装置多光谱目标靶的十字分划图像中心不重合，则电视光轴与激光发射光轴之间存在偏差，通过目标靶多维位移单元移动多光谱目标靶，至电视视场中心与多光谱目标靶的十字分划图像中心重合，采集并记录多光谱目标靶发生的位置坐标移动，记录其对应移动量(X电视，Y电视)；
则激光发发射光轴与电视光轴在平行光管像面上的偏差L激光-电视为：
L2 激光-电视＝X2 电视+Y2 电视
则激光发射光轴与电视光轴偏角α激光-电视为：
α＝arctan(L激光-电视/F平行光管)
其中，F平行光管为平行光管的焦距；X方向和Y方向是多光谱目标靶发生位移变化的二维平面中相互垂直的两个方向；
即通过上述方法可以获得被检测设备中激光发射光轴与红外光轴之间的偏差，以及激光发射光轴与电视光轴之间的偏差，可依据测量的结果，对被检测设备进行后续的调校，使多光轴一致性误差控制在观瞄精度允许的范围内。
有益效果：
本发明所述装置结构简单，操作简便，能够实现对多光轴一致性的快速高效检测，并且能够解算出被检测设备中其他各光轴相对于某参考光轴的偏离角量，可依据测量的结果，对被检测设备进行后续的调校，使多光轴一致性误差控制在观瞄精度允许的范围内，保证其搜索、跟踪、瞄准、测距、指示和指向等功能的准确、稳定和可靠。
附图说明
图1为实施例中所述装置的轴测示意图。
图2为实施例中所述装置的内部剖视示意图。
其中，1-激光指示器，2-次镜，3-次镜安装架，4-镜筒，5-对准调整单元，6-CCD，7-目标靶多维位移单元，8-主镜，9-半透半反镜，10-多光谱目标靶，11-多光谱光源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1
如图1和图2所示，一种用于光轴一致性检测的装置包括多光谱光源11、多光谱目标靶10、平行光管、目标靶多维位移单元7、半透半反镜9、图像采集单元、激光指示器1以及对准调整单元5；
所述多光谱光源11能够提供包含被检测设备所有波段的光谱，用于照明多光谱目标靶10，并通过平行光管将多光谱目标靶10成像为无穷远可见和红外目标；
所述多光谱目标靶10是能够透过被检测设备所有波段光谱的靶板，本实施选用全光谱波段透射的ZnS玻璃靶板，采用光刻技术在靶板上蚀刻镀鉻材料的目标十字分划图案，根据被检测设备的红外和电视系统技术指标，确定目标图案刻划宽度为0.2mm；
所述平行光管包括主镜8、次镜2和镜筒4；本实施例中，主镜8选用抛物面反射镜，次镜2选用双曲面反射镜，镜筒4内部设有消光环，镜筒4的材料选用镁铝合金，主镜8口径Φ＝255mm，次镜2遮拦口径Φ＝50mm，平行光管的焦距F＝1800mm；主镜8通过精密铸铝结构的主镜安装架安装在镜筒4的前端，次镜2通过蜘蛛架结构的次镜安装架3安装在镜筒4的后端，主镜8和次镜2组成平行光管的物镜；
所述目标靶多维位移单元7用于改变多光谱目标靶10在二维平面的位置，从而改变多光谱目标靶10的十字分划图像在图像采集单元中的位置；本实施例中，选用M-686二维纳米位移台来实现多光谱目标靶10的二维位置调整，该位移台采用陶瓷电机直推式驱动方式，采用C-867PILine双轴运动控制器，单向重复精度0.3μm，行程25×25mm，采用通孔模式，通孔尺寸78×78mm；
所述图像采集单元选用CCD 6，CCD 6的靶面与平行光管的光学系统焦平面重，用于观测多光谱目标靶10的十字分划图像以及被检测设备发出的光斑图像的位置；
所述对准调整单元5用来调整平行光管的方位和俯仰，实现所述装置和被检测设备对准；
多光谱光源11的出射光路上依次设置多光谱目标靶10、半透半反镜9、平行光管，其中多光谱目标靶10安装在目标靶多维位移单元7上且位于平行光管的光学系统焦面上；激光指示器1安装在平行光管光轴中心位置，用于实现所述装置与被检测设备的粗对准；
采用所述装置进行检测设备多个光轴一致性的方法步骤如下：
步骤一、对所述装置进行初始校准
移动目标靶多维位移单元7使多光谱目标靶10的十字分划图像中心与平行光管的光轴中心以及CCD 6的中心重合；
步骤二、建立参考光轴
利用安装在平行光管上的激光指示器1，使所述装置与被检测设备基本对准；开启被检测设备激光发射系统，激光会在CCD 6像面形成光斑，调整对准调整单元5使被检测设备激光光斑精确位于CCD 6中心；
步骤三、激光发射光轴与其他光轴偏差计算
激光发射光轴与红外光轴偏差计算：关闭被检测设备激光发射系统，切换到被检测设备的红外观瞄系统，开启所述装置的多光谱光源11，若红外视场中心与所述装置多光谱目标靶10的十字分划图像中心重合，则红外光轴与激光发射光轴之间不存在偏差；若红外视场中心与所述装置多光谱目标靶10的十字分划图像中心不重合，则红外光轴与激光发射光轴之间存在偏差，通过目标靶多维位移单元7移动多光谱目标靶10，至红外视场中心与多光谱目标靶10的十字分划图像中心重合，采集并记录多光谱目标靶10发生的位置坐标移动，记录其对应移动量(X红外，Y红外)；
则激光发射光轴与红外光轴在平行光管像面上的偏差L激光-红外为：
L2 激光-红外＝X2 红外+Y2 红外
激光发射光轴与红外光轴的偏角α激光-红外为：
α激光-红外＝arctan(L激光-红外/F平行光管)
激光发射光轴与电视光轴偏差计算：关闭被检测设备激光发射系统，切换到被检测设备的电视观瞄系统，开启所述装置的多光谱光源11，若电视视场中心与所述装置多光谱目标靶10的十字分划图像中心重合，则电视光轴与激光发射光轴之间不存在偏差；若电视视场中心与所述装置多光谱目标靶10的十字分划图像中心不重合，则电视光轴与激光发射光轴之间存在偏差，通过目标靶多维位移单元7移动多光谱目标靶10，至电视视场中心与多光谱目标靶10的十字分划图像中心重合，采集并记录多光谱目标靶10发生的位置坐标移动，记录其对应移动量(X电视，Y电视)；
则激光发发射光轴与电视光轴在平行光管像面上的偏差L激光-电视为：
L2 激光-电视＝X2 电视+Y2 电视
则激光发射光轴与电视光轴偏角α激光-电视为：
α＝arctan(L激光-电视/F平行光管)
其中，F平行光管为平行光管的焦距；X方向和Y方向是多光谱目标靶10发生位移变化的二维平面中相互垂直的两个方向；
即通过上述方法可以获得被检测设备中激光发射光轴与红外光轴之间的偏差，以及激光发射光轴与电视光轴之间的偏差，可依据测量的结果，对被检测设备进行后续的调校，使多光轴一致性误差控制在观瞄精度允许的范围内。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于光轴一致性检测的装置，其特征在于：所述装置包括多光谱光源、多光谱目标靶、平行光管、目标靶多维位移单元、半透半反镜、图像采集单元、激光指示器以及对准调整单元；
多光谱光源的出射光路上依次设置多光谱目标靶、半透半反镜、平行光管，其中多光谱目标靶安装在目标靶多维位移单元上且位于平行光管的光学系统焦面上；激光指示器安装在平行光管光轴中心位置，用于实现所述装置与被检测设备的粗对准；
其中，所述目标靶多维位移单元用于改变多光谱目标靶在二维平面的位置，以改变多光谱目标靶的十字分划图像在图像采集单元中的位置；所述图像采集单元用于采集多光谱目标靶的十字分划图像以及被检测设备发出的光斑图像；所述对准调整单元用来调整平行光管的方位和俯仰，实现所述装置和被检测设备对准。
2.根据权利要求1所述的用于光轴一致性检测的装置，其特征在于：平行光管包括主镜、次镜和镜筒，主镜选用抛物面反射镜，次镜选用双曲面反射镜；主镜安装在镜筒的前端，次镜安装在镜筒的后端，主镜和次镜组成平行光管的物镜。
3.根据权利要求2所述的用于光轴一致性检测的装置，其特征在于：镜筒内部设有消光环。
4.根据权利要求2所述的用于光轴一致性检测的装置，其特征在于：镜筒的材料选用镁铝合金。
5.根据权利要求1至4任一项所述的用于光轴一致性检测的装置，其特征在于：所述图像采集单元选用CCD，CCD的靶面与平行光管的光学系统焦平面重合。
6.一种采用如权利要求5所述的装置进行光轴一致性检测的方法，其特征在于：所述方法步骤如下，
步骤一、对所述装置进行初始校准
移动目标靶多维位移单元使多光谱目标靶的十字划分图像中心与平行光管的光轴中心以及CCD的中心重合；
步骤二、建立参考光轴
利用激光指示器使所述装置与被检测设备基本对准；开启被检测设备激光发射系统，激光会在CCD像面形成光斑，调整对准调整单元使被检测设备激光光斑精确位于CCD中心；
步骤三、激光发射光轴与其他光轴偏差计算
激光发射光轴与红外光轴偏差计算：关闭被检测设备激光发射系统，切换到被检测设备的红外观瞄系统，开启所述装置的多光谱光源，若红外视场中心与所述装置多光谱目标靶的十字分划图像中心重合，则红外光轴与激光发射光轴之间不存在偏差；若红外视场中心与所述装置多光谱目标靶的十字分划图像中心不重合，则红外光轴与激光发射光轴之间存在偏差，通过目标靶多维位移单元移动多光谱目标靶，至红外视场中心与多光谱目标靶的十字分划图像中心重合，采集并记录多光谱目标靶发生的位置坐标移动，记录其对应移动量(X红外，Y红外)；
则激光发射光轴与红外光轴在平行光管像面上的偏差L激光-红外为：
L2 激光-红外＝X2 红外+Y2 红外
激光发射光轴与红外光轴的偏角α激光-红外为：
α激光-红外＝arctan(L激光-红外/F平行光管)
激光发射光轴与电视光轴偏差计算：关闭被检测设备激光发射系统，切换到被检测设备的电视观瞄系统，开启所述装置的多光谱光源，若电视视场中心与所述装置多光谱目标靶的十字分划图像中心重合，则电视光轴与激光发射光轴之间不存在偏差；若电视视场中心与所述装置多光谱目标靶的十字分划图像中心不重合，则电视光轴与激光发射光轴之间存在偏差，通过目标靶多维位移单元移动多光谱目标靶，至电视视场中心与多光谱目标靶的十字分划图像中心重合，采集并记录多光谱目标靶发生的位置坐标移动，记录其对应移动量(X电视，Y电视)；
则激光发发射光轴与电视光轴在平行光管像面上的偏差L激光-电视为：
L2 激光-电视＝X2 电视+Y2 电视
则激光发射光轴与电视光轴偏角α激光-电视为：
α＝arctan(L激光-电视/F平行光管)
其中，F平行光管为平行光管的焦距；X方向和Y方向是多光谱目标靶发生位移变化的二维平面中相互垂直的两个方向。
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