CN113375905A - 红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量方法 - Google Patents

红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量方法。步骤包括：1)在转台安装固定扫描器法兰支架，固定法兰支架旋转角度，使用光学标准棱镜对扫描器法兰支架进行零位标定；2)扫描器安装到标定零位后的法兰支架上，扫描器电气接口连接到扫描器测试切断控制盒/测试驱动控制盒，驱动扫描摆镜转动；3)旋转转台来转动扫描器，使激光自准直仪准直对准扫描摆镜；4)读出并记录转台不同位置的旋转角度并计算出扫描摆镜的转动角度，或者观察自准直仪的十字与标准刻线重合程度，评判是否满足产品要求。本发明能够测量得出设计、加工和装调完的扫描器上扫描摆镜转动角度规律，在整机装配前评判组件是否满足要求，提高了生产效率。

Description

红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量方法
技术领域
本发明属于红外热像仪测量技术领域，涉及一种红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量方法。
背景技术
热成像系统按焦平面探测器组件类型，可分为扫描型和凝视型两种类型。如图1所示，采用扫描型焦平面探测器组件的扫描型热成像系统需要在红外光学望远系统和扫描型焦平面探测器组件之间加入扫描器组件以改变进入光学望远系统后的红外光束的传播方向，使光束沿探测器表面相对运动，以此获得视场扩大或分辨率提高的红外图像。
扫描器是影响扫描型红外热成像系统性能的关键部件，扫描器上的扫描摆镜转动进行扫描将场景以时间顺序反射到探测器上，探测器通过积分采样分解场景，完成光电转换，探测器在积分信号控制下进行时间延迟积分(TDI)，输出垂直于扫描方向的一列图像信号。扫描摆镜的转角范围必须满足系统设计要求，以满足光机系统视场大小要求，并且匹配探测器在积分信号控制下时间延迟积分(TDI)。扫描器设计、加工和装配完成后，扫描摆镜的转角范围大小是一个不确定的数值，必须对扫描摆镜的转角范围进行测量，同时需要考核控制动态稳定特性，判断是否满足产品使用要求。
先前在扫描器的装调过程中，缺乏专用的测量扫描摆镜转角范围及控制稳定性的设备和方法，不能进行扫描摆镜转动角度范围及控制稳定性测量，待装配为扫描器组件后装入产品进行试用，通过最终成像质量进行评价，不能满足产品使用要求后，进行组件更换和重复装配，影响产品生产效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够在外光学瞄准具扫描器组件装入产品前的扫描器组件装配过程中，对扫描器组件中扫描摆镜转角范围及控制稳定性进行有效测量的方法，以评判扫描摆镜转角范围及控制稳定性是否满足产品使用要求，帮助提高生产效率。
本发明一种红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围测量方法，其实施包括的步骤如下：
步骤1，在转台支撑平面上安装固定扫描器法兰支架，固定法兰支架旋转角度，使用光学标准棱镜对扫描器法兰支架进行零位标定，记录零位角度θ0；
步骤2，将扫描器组件安装到标定零位后的法兰支架上，扫描器组件电气接口连接到扫描器测试切断控制盒，给扫描器测试切断控制盒通电并驱动扫描摆镜转动至其正偏的最大角度/反偏的最大角度；
步骤3，通过旋转转台来转动扫描器组件，使激光自准直仪准直对准扫描器扫描摆镜；
步骤4，读出并记录转台与所述扫描摆镜转动至其正偏/反偏的最大角度的对应的正偏最大角度θ1/反偏的最大角度θ2，将所述正偏最大角度θ1/反偏的最大角度θ2减去零位角度θ0计算得到扫描摆镜的正偏/反偏的最大转动角度；
步骤5，若所述计算得到扫描摆镜的正偏/反偏的最大转动角度符合产品转角范围指标要求(如满足-7°±0.5°～+7°±0.5°)，则评判产品满足要求；否则评判为不满足要求。
进一步地，所述控制扫描摆镜转动至其正偏的最大角度/反偏的最大角度为扫描摆镜转动到机械限位处停止的角度。
进一步地，所述读出并记录转台与所述扫描摆镜转动至其正偏/反偏的最大角度的对应的正偏最大角度θ1/反偏的最大角度θ2的具体方法为：
通过旋转转台旋转被测扫描器组件，同时观察激光自准直仪上位机显示器显示的采集图像，寻找扫描器扫描摆镜反射的十字图像，旋转合适转台角度，当显示的激光自准直仪采集图像的十字图像与激光自准直仪的标准刻线重合，即测试到扫描器组件扫描摆镜正偏最大转动角度，记录此时的转台角度显示数值。
本发明一种红外光学瞄准具扫描摆镜转动控制稳定性测量方法，其实施包括的步骤如下：
步骤1，在转台支撑平面上安装固定扫描器法兰支架，固定法兰支架旋转角度，使用光学标准棱镜对扫描器法兰支架进行零位标定；
步骤2，将扫描器组件安装到标定零位后的法兰支架上，扫描器组件电气接口连接到扫描器测试驱动控制盒，给扫描器测试驱动控制盒通电，通过测试驱动控制盒设定扫描摆镜转角范围内的任一角度，待上述测试驱动控制盒驱动扫描摆镜转动到位；
步骤3，通过旋转转台来转动扫描器组件，使激光自准直仪准直对准扫描器扫描摆镜；
步骤4，察激光自准直仪上位机显示器显示的采集图像，寻找扫描器扫描摆镜反射的十字图像，旋转合适转台角度，通过显示的激光自准直仪采集图像的十字图像与激光自准直仪的标准刻线重合程度评判产品的转动控制稳定性是否满足要求。
进一步地，所述显示的激光自准直仪采集图像的十字图像与激光自准直仪的标准刻线重合程度分为重合、扭曲和左右晃动三种情况，属于重合情况则评判产品的转动控制稳定性满足要求，属于扭曲或者左右晃动情况则评判产品的转动控制稳定性不满足要求。
进一步地，所述通过测试驱动控制盒设定扫描摆镜转角范围内的任一角度可以是扫描摆镜反偏的最大角度至正偏的最大角度的任一角度，如角度范围-6.5°到6.5°间的6°、4°、2°、0°、-2°、-4°、-6°等角度。
本发明的有益效果包括：
一、本发明易于实现，搭建成本低，测试速度快，测量扫描摆镜转角精度达到角秒级。
二、采用本发明，可以在短时间内得出设计、加工和装调完的扫描器上扫描摆镜转动角度规律，便于科研分析。
三、本发明可作为评估扫描器上扫描摆镜的转角范围的手段，可作为一种针对扫描摆镜的转角范围指标的验收方法。
四、本发明填补扫描器上扫描摆镜的转角范围测量相关标准的空白。
五、本发明可作为评估扫描器上扫描摆镜控制稳定性的手段，可作为一种针对扫描摆镜的控制稳定性指标的验收方法。
附图说明
图1为使用扫描器组件的扫描型热成像系统的原理图。
图2为本发明的测量方法所使用的测量装置的布置示意图。
图3为扫描器安装法兰支架安装调整示意图。
图4为光学标准棱镜示意图。
图5为显示器显示的激光自准直仪采集摆镜反射图像。
图6为自准直仪采集图像与标准刻线重合图。
图7为测试切断控制盒示意图。
图8为测试驱动控制盒示意图。
图9为十字线图像扭曲图。
图10为十字线图像左右晃动示意图。
图11为本发明的红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围测量方法的流程图。
图12为本发明的红外光学瞄准具扫描摆镜控制稳定性测量方法的流程图。
图中的附图标记为：1-地面，2-减震支撑工作平台，3-直流电源，4-直流供电电缆，51-测试切断控制盒，52-测试驱动控制盒，6-扫描器工作电缆，7-扫描器安装法兰支架，8-装配扫描摆镜的扫描器组件，9-转台，10-转台角度显示器，11-激光自准直仪，12-图像采集电缆，13-上位机主机，14-上位机显示器，15-标准三棱镜，16-扫描器接头,17-测试切断控制盒输出端，18-测试切断控制盒输入端，19-直流供电接头，20-扫描器接头，21-测试驱动控制盒输出端,22-测试驱动控制盒输入端,23-直流供电接头，24-RS232通讯接口。
图7中：MOTOR PLUS的P1和P10为电机正极供电通断切断通道，MOTOR MINUS的P2和P20为电机负极供电通断切断通道。
图8中：ON和OFF为工作开关的打开和关闭，POWER为工作电源指示灯，灯亮为上电工作状态，COMMAND为通讯状态指示灯，灯亮为与上位机通讯正常。
图10中：A表示十字线图像向左侧晃动，B表示十字线图像正常图像，C表示十字线图像向右侧晃动。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例1
扫描摆镜转角范围测量方法如图11所示。
为实现本发明的扫描摆镜转角范围测量方法所使用的测量装置的组成及相互连接关系示意图如图2所示。
首先如图3所示，在转台支撑平面上，通过设计的机械接口安装设计加工好的扫描器法兰支架，调整法兰支架保证装配扫描器组件的上平面水平。
如图4所示，通过转台固定法兰支架旋转角度，基于法兰支架扫描器安装平面上的安装靠面放置光学标准棱镜，通过如图5所示的上位机显示器显示的激光自准直仪采集图像寻找扫描器法兰支架的安装零位基准，旋转转台角度，当显示的激光自准直仪采集图像如图6所示，十字图像与标准刻线重合，当前转台角度即为扫描器法兰支架的安装零位，记录转台角度显示数值θ0作为扫描摆镜转动角度的零位基准。
取下用于校准转台零位基准的光学标准棱镜，基于法兰支架扫描器安装平面上的安装靠面和定位销钉安装待测试的扫描器组件，并采用螺钉进行紧固。如图1所示，使用扫描器工作电缆将扫描器组件与测试切断控制盒输出端的扫描器接头进行连接，再把测试切断控制盒输入端的直流供电接头使用直流供电电缆接到直流电源上。
如图7所示，测试切断控制盒为自制测试工具装置，其输入端的直流供电接头通过供电电缆接直流电源，其输出端的扫描器接头通过扫描器工作电缆接安装扫描摆镜的待测扫描器组件，MOTOR PLUS的P1和P10为电机正极供电通断切断通道，MOTOR MINUS的P2和P20为电机负极供电通断切断通道，通过配置测试切断控制盒的设置，可以控制电机正负极供电的通断，驱动电机带动被测扫描摆镜进行正向偏转或者负向偏转。
断开如图7所示的测试切断控制盒上通过P1到P10连接的MOTOR PLUS通路以及通过P2到P20连接的MOTOR MINUS通路；打开电源，调节直流电源的输出电流限制为0.15A，调节直流电源的输出电压为最小(0V)，关闭电源；通过测试切断控制盒接通通过P1到P10连接的MOTOR PLUS通路以及通过P2到P20连接的MOTOR MINUS通路。
打开电源，保持直流电源的输出电流限制为0.15A不变，逐渐增大直流电源的输出电压，随输出电压变大，扫描摆镜的转动角度逐渐变大，直到转动到机械限位处停止。通过旋转转台来旋转被测扫描器组件，同时观察通过在如图5所示的上位机显示器显示的激光自准直仪采集图像寻找扫描器扫描摆镜反射的十字图像，旋转合适转台角度，当显示的激光自准直仪采集图像如图6所示，十字图像与标准刻线重合，即测试到扫描器组件扫描摆镜正偏最大转动角度，记录转台角度显示数值为正偏方向角度绝对数值θ1，按照公式(1)计算出扫描器组件扫描摆镜正偏最大转动角度θplus。
θplus＝θ1-θ0…………(1)
θplus--扫描摆镜转动正偏最大转动角度；
θ1--扫描摆镜正偏方向角度绝对数值；
θ0--扫描摆镜转动角度零位基准数值。
关闭电源，断开如图7所示的测试切断控制盒上通过P1到P10连接的MOTOR PLUS通路以及通过P2到P20连接的MOTOR MINUS通路；通过测试切断控制盒接通通过P2到P10连接的MOTOR PLUS通路以及通过P1到P20连接的MOTOR MINUS通路。
打开电源，保持直流电源的输出电流限制为0.15A不变，逐渐增大直流电源的输出电压，随输出电压变大，扫描摆镜的转动角度逐渐变大，直到转动到机械限位处停止。通过旋转转台来旋转被测扫描器组件，同时观察通过在如图5所示的上位机显示器显示的激光自准直仪采集图像寻找扫描器扫描摆镜反射的十字图像，旋转合适转台角度，当显示的激光自准直仪采集图像如图6所示，十字图像与标准刻线重合，即测试到扫描器组件扫描摆镜负偏最大转动角度，记录转台角度显示数值为负偏方向角度绝对数值θ2，按照公式(2)计算出扫描器组件扫描摆镜负偏最大转动角度θminus。
θminus＝θ2-θ0…………(2)
θminus--扫描摆镜转动负偏最大转动角度；
θ2--扫描摆镜负偏方向角度绝对数值；
θ0--扫描摆镜转动角度零位基准数值。
实施例2
扫描摆镜控制稳定性测量方法如图12所示。
为实现本发明的扫描摆镜控制稳定性测量方法所使用的测量装置的组成及相互连接关系示意图如图2所示。
如图8所示，测试驱动控制盒为自制测试工具装置，其输入端的直流供电接头通过供电电缆接直流电源，其输入端的RS232通讯接口接电脑的RS232串口，其输出端的扫描器接头通过扫描器工作电缆接待测扫描器组件。接通电源打开工作开关后，可以按照上位机控制指令，驱动电机带动被测扫描摆镜进行周期摆动或者定位动作。
如图12所示，在测试完扫描摆镜转角范围后，可以省略前面重复步骤。关电状态下，将测试扫描摆镜转角范围的测试切断控制盒更换为测试驱动控制盒，RS232通讯接口接电脑的RS232串口，接通电源，打开工作开关；首先通过计算机串口发送运动指令控制扫描摆镜周期摆动，扫描摆镜运动期间无异响则判定运动状态正常无故障；然后通过计算机串口发送扫描角度-6.5°到6.5°间的任意定位控制数据，典型的依次可以取6°、4°、2°、0°、-2°、-4°、-6°等数值，待扫描摆镜按控制数据定位后，观察扫描摆镜是否稳住不动，同时通过旋转转台来旋转被测扫描器组件，观察通过如图5所示的上位机显示器显示的激光自准直仪采集图像寻找扫描器扫描摆镜反射的十字图像，旋转合适转台角度，显示的激光自准直仪采集图像如图6所示，十字图像与标准刻线重合，如果出现如图9所示十字线图像扭曲或者图10所示十字线图像在左右两侧晃动，则判定扫描摆镜的控制稳定性不满足要求，十字图像稳定为十字直线且不左右晃动，则判定扫描摆镜的控制稳定性满足要求。
上述实施例1和实施例2属于运用在线扫红外光学瞄准具扫描器组件内扫描摆镜转角范围及控制稳定性的测试项目的部分内容。基于本发明研制的测量扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量装置，主要由如图2所示的支撑工作平台、高精度转台(带转台角度显示)、激光自准直仪、测试切断控制盒/测试驱动控制盒、直流电源、上位机、扫描器安装法兰支架、图像采集电缆、扫描器工作电缆和直流供电电缆等组成并按工作要求进行连接或者固定。
本发明的扫描摆镜转角范围及控制稳定性测量方法是利用减震支撑工作平台提供一个减震后的稳定测试环境条件，利用扫描器安装法兰支架标定转台的基准零位并装配被测扫描器组件，利用测试切断控制盒、直流电源和连接电缆驱动扫描器组件扫描摆镜在转角范围内进行偏转，利用激光自准直仪在上位机显示的采集图像寻找扫描摆镜的准直十字图像，利用高精度转台测量被测扫描器组件上的扫描摆镜的偏转角度并显示在角度显示屏上，计算出扫描器组件的扫描摆镜转角范围，利用测试驱动控制盒驱动电机带动被测扫描摆镜进行周期摆动或者定位动作，利用激光自准直仪在上位机显示图像里的扫描摆镜准直十字图像状态评判扫描摆镜的控制稳定性。
本发明作为判断红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性是否满足产品使用要求的手段，为一种红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围及控制稳定性的通用性测量方法，未来可通过修订红外光学瞄准具扫描器组件验收相关标准补充到标准中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种红外光学瞄准具扫描摆镜转角范围测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在转台支撑平面上安装固定扫描器法兰支架，固定法兰支架旋转角度，使用光学标准棱镜对扫描器法兰支架进行零位标定，记录零位角度θ0；
步骤2，将扫描器组件安装到标定零位后的法兰支架上，扫描器组件电气接口连接到扫描器测试切断控制盒，给扫描器测试切断控制盒通电并驱动扫描摆镜转动至其正偏的最大角度/反偏的最大角度；
步骤3，通过旋转转台来转动扫描器组件，使激光自准直仪准直对准扫描器扫描摆镜；
步骤4，读出并记录转台与所述扫描摆镜转动至其正偏/反偏的最大角度的对应的正偏最大角度θ1/反偏的最大角度θ2，将所述正偏最大角度θ1/反偏的最大角度θ2减去零位角度θ0计算得到扫描摆镜的正偏/反偏的最大转动角度；
步骤5，若所述计算得到扫描摆镜的正偏/反偏的最大转动角度符合产品转角范围指标要求，则评判产品满足要求，否则评判为不满足要求。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在步骤4中，所述控制扫描摆镜转动至其正偏的最大角度/反偏的最大角度为扫描摆镜转动到机械限位处停止的角度。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在步骤3中，所述读出并记录转台与所述扫描摆镜转动至其正偏/反偏的最大角度的对应的正偏最大角度θ1/反偏的最大角度θ2的具体方法为：
通过旋转转台旋转被测扫描器组件，同时观察激光自准直仪上位机显示器显示的采集图像，寻找扫描器扫描摆镜反射的十字图像，旋转合适转台角度，当显示的激光自准直仪采集图像的十字图像与激光自准直仪的标准刻线重合，即测试到扫描器组件扫描摆镜正偏最大转动角度，记录此时的转台角度显示数值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的测量方法，其特征在于，在步骤5中，评判产品满足要求的正偏/反偏的最大转角范围为-7°±0.5°～+7°±0.5°。
5.一种红外光学瞄准具扫描摆镜转动控制稳定性测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在转台支撑平面上安装固定扫描器法兰支架，固定法兰支架旋转角度，使用光学标准棱镜对扫描器法兰支架进行零位标定；
步骤2，将扫描器组件安装到标定零位后的法兰支架上，扫描器组件电气接口连接到扫描器测试驱动控制盒，给扫描器测试驱动控制盒通电，通过测试驱动控制盒设定扫描摆镜转角范围内的任一角度，待所述测试驱动控制盒驱动扫描摆镜转动到位；
步骤3，通过旋转转台来转动扫描器组件，使激光自准直仪准直对准扫描器扫描摆镜；
步骤4，同时观察激光自准直仪上位机显示器显示的采集图像，寻找扫描器扫描摆镜反射的十字图像，旋转合适转台角度，通过显示的激光自准直仪采集图像的十字图像与激光自准直仪的标准刻线重合程度评判产品的转动控制稳定性是否满足要求。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，在步骤4中，所述显示的激光自准直仪采集图像的十字图像与激光自准直仪的标准刻线重合程度分为重合、扭曲和左右晃动三种情况，属于重合情况则评判产品的转动控制稳定性满足要求，属于扭曲或者左右晃动情况则评判产品的转动控制稳定性不满足要求。
7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，在步骤2中，所述通过测试驱动控制盒设定扫描摆镜转角范围是-6.5°到6.5°。
8.根据权利要求5至7任一项所述的测量方法，其特征在于，在步骤2中，所述通过测试驱动控制盒设定扫描摆镜转角范围内的任一角度是-6°/-4°/-2°/0°/2°/4°/6°。
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