CN114252242B - 用于望远系统、包含前置望远的光学系统的光轴标定工装及方法 - Google Patents

Abstract

为解决现有包含前置望远的光学系统光轴的标定方法调节过程繁琐、效率低的技术问题，本发明提出一种用于望远系统、包含前置望远的光学系统的光轴标定工装及方法。其中，光轴标定工装包括可转接定心分化板和双向辅助准直激光寻像器；可转接定心分化板用于实现望远系统光轴的转接功能；双向辅助准直激光寻像器用于在望远系统光轴标定粗基准建立环节实现激光干涉仪和所述可转接定心分化板的辅助准直。本发明的光轴标定工装可在望远系统光轴标定时快速找到其粗基准，提高了标定调校效率。

Description

用于望远系统、包含前置望远的光学系统的光轴标定工装及 方法

技术领域

本发明涉及一种包含前置望远的光学系统光轴标定装置及方法。

背景技术

机载光电搜索瞄准系统是一种集跟踪、瞄准、测量和成像功能的光机电一体化设备，搭载不同类型的光学传感器，通过目标物体的几何及物理特性对目标进行感知及识别，继而实现对目标的瞄准与跟踪。现有的机载光电搜索瞄准系统的光学系统一般由前置卡式望远系统和后置调焦汇聚成像系统组成。由于反射式系统的光学特点，其可同时作为红外和可见光波段的前置望远光学系统。

目前对包含前置望远的光学系统光轴的标定，多借助大口径平行光管实现，标定时需进行光学系统校轴基准建立，即平行光管光轴与光学系统入射光轴准直。由于含前置望远的光学系统的视场较小，采用该方法进行光学系统光轴标定时校准基准不易确定，导致标定调节过程繁琐、效率低。

发明内容

为解决现有包含前置望远的光学系统光轴的标定方法调节过程繁琐、效率低的技术问题，本发明提出一种用于望远系统、包含前置望远的光学系统的光轴标定工装及方法。

本发明的技术方案是：

一种用于望远系统的光轴标定工装，其特殊之处在于：包括可转接定心分化板和双向辅助准直激光寻像器；

可转接定心分化板用于实现望远系统光轴的转接功能；

双向辅助准直激光寻像器用于在望远系统光轴标定粗基准建立环节实现激光干涉仪和所述可转接定心分化板的辅助准直。

进一步地，可转接定心分化板包括分化板底座和反射分化板；反射分化板安装在分化板底座的中心通孔处；分化板底座上设有用于灌胶以固化反射分化板的灌胶孔；分化板底座的底面与反射分化板的反射面的平行度小于等于30″；

双向辅助准直激光寻像器包括激光笔一、激光笔二、底座、双向支座和锁止螺钉；激光笔一和激光笔二可分别独立发射激光光束且具备开启关闭功能；双向支座整体呈T型，其上部水平杆的左右两侧均设有安装腔；激光笔一和激光笔二对称安装在双向支座两侧的所述安装腔内；锁止螺钉用于实现激光笔一和激光笔二的紧固及角度调整；底座的中心设有螺纹孔，双向支座设置在底座上，二者在所述螺纹孔处连接紧固。

本发明还提供了一种利用上述的用于望远系统的光轴标定工装对望远系统光轴进行标定的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：对双向辅助准直激光寻像器的光轴进行调校

1.1在大口径干涉仪前方放置可二维调节的标准平面镜，调整标准平面镜的方位和俯仰角度，使其与所述大口径干涉仪准直；

1.2将双向支座安装在底座上，将激光笔二装配至双向支座的其中一个安装腔内，通过在激光笔二的四周塞入等厚铜箔垫片保证激光笔二与安装腔的同轴度，拧紧激光笔二侧的锁止螺钉将激光笔二锁紧在安装腔内，完毕后撤除铜箔垫片；

1.3将底座放置于二维调整平台上，同时将双向支座的水平杆置于干涉仪与标准平面镜之间，且使其上的激光笔二正对干涉仪，然后调整二维调整台的方位和俯仰角度，使得激光笔二发出的发射光束通过干涉仪返回后的反射光束与发射光束重合，固定二维调整台及底座；

1.4将激光笔一装配至双向支座的另一个安装腔内，此时激光笔一正对标准平面镜，通过调整激光笔一侧的锁止螺钉，使激光笔一发出的发射光束通过标准平面镜返回后的反射光束与发射光束重合，拧紧调整激光笔一侧的锁止螺钉，此时便完成了双向辅助准直激光寻像器光轴一致性校准；

步骤2：建立望远系统光轴标定粗基准

2.1将可转接分化板的底座与望远系统的次镜支架紧固连接，然后将望远系统与可转接分化板的整体放置于二维调整台上，再将二维调整台连同可转接分化板和望远系统整体置于大口径平面激光干涉仪的前方；

2.2将双向辅助准直激光寻像器放置于另一个二维调整台上，然后将双向辅助准直激光寻像器和二维调整台整体放置于大口径平面激光干涉仪与可转接分化板之间，通过调整双向辅助准直激光寻像器所处二维调整台的方位和俯仰角度，使双向辅助准直激光寻像器的发射光束经大口径平面激光干涉仪反射后的返回光束与发射光束重合；

2.3调整可转接分化板和望远系统所处二维调整台的方位和俯仰角度，使双向辅助准直激光寻像器的发射光束经可转接分化板反射后的返回光束与该发射光束重合，此时即完成望远系统光轴标定粗基准的建立；

步骤3：标定望远系统光轴

3.1撤除双向辅助准直激光寻像器及其所在的二维调整台，在望远系统的后方放置标准球，通过大口径平面激光干涉仪、望远系统和标准球组成干涉光路，开展望远系统的波前检测，精调可转接分化板和望远系统所处二维调整台的方位和俯仰角度及标准球的平移量，直至望远系统的波前RMS值最小；

3.2在可转接分化板与望远系统的连接处通过增减铜箔调整垫片，使可转接分化板的反射像与大口径平面激光干涉仪的中心位置准直，完成望远系统光轴标定。

本发明还提供了一种包含前置望远的光学系统的光轴标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：标定望远系统光轴

采用上述的方法对望远系统光轴进行标定；

第二步：标定光学系统光轴

1)将包含已标定望远系统及可转接分化板的光学系统架设于二维数显转台上并紧固，调整二维数显转台、光学系统使其进入大口径平行光管的口径包络内；

2)在大口径平行光管与光学系统之间架设经纬仪，调整经纬仪的左右与高度位姿，大致与光学系统的可转接分化板相同，将大口径平行光管切换为满天星靶板，精调经纬仪使其自身十字丝与所述满天星靶板中心圆孔点重合，记录此时经纬仪显示俯仰角度θ₁，清零方位角度；

3)绕垂直大地基准轴旋转经纬仪观测所述可转接分化板，方位旋转180°，俯仰旋转至θ₂，其中θ₁+θ₂＝180°，通过调整二维数显转台的方位和俯仰角度使得所述可转接分化板与经纬仪的十字丝准直，锁止二维数显转台，完成光学系统光轴标定。

本发明的优点是：

1.本发明在标定含前置望远的光学系统光轴时，采用特殊设计的可转接定心分化板，将光学系统的光轴标定转化为了前置望远系统的光轴标定，并结合前置望远系统的特点设计制作了双向辅助准直激光寻像器进行辅助准直，在对望远系统自身光轴标定时能够快速找到前置望远系统的粗基准，简化了标定过程，提高了整体光学系统的标定调校效率。

2.本发明方法简单，仅使用一台经纬仪即可实现标定光学系统标定，标定效率高且容易寻找自准像，对调节精度要求较低。

3.本发明工装结构简单，装调方法简易可行，同时具备通用性。

附图说明

图1为本发明中双向辅助准直激光寻像器的剖视图。

图2为本发明中双向辅助准直激光寻像器的立体图。

图3为本发明中双向激光寻像器光轴一致性调校原理图。

图4为本发明中可转接定心分化板的剖视图。

图5为本发明中可转接定心分化板的立体图。

图6为本发明望远系统光轴标定粗基准建立示意图。

图7为本发明望远系统光轴标定原理图。

图8为光学系统校轴基准建立原理图。

1-激光笔一；2-激光笔二，3-底座；4-双向支座；5-锁止螺钉；6-分化板底座；7-反射分化板；8-大口径平面激光干涉仪；9-可转接分化板；10-望远系统；11-标准球；12-双向辅助准直激光寻像器；13-大口径平行光管；14-二维数显转台；15-包含望远系统及可转接分化板的光学系统；16-经纬仪；17-灌胶孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的包含前置望远的光学系统光轴标定方法，包括以下步骤：

第一步：制作双向辅助准直激光寻像器并调校其光轴一致性

双向辅助准直激光寻像器用于实现大口径干涉仪与小口径反射镜检测时的辅助准直，在后续前置望远系统自身光轴标定时使用。

如图1、2所示，双向辅助准直激光寻像器包括激光笔一1、激光笔二2、底座3、双向支座4和锁止螺钉5。激光笔一1和激光笔二2可分别独立发射激光光束且具备开启关闭功能；双向支座4整体呈T型，其上部水平杆的左右两侧均设有安装腔，且两侧的安装腔同轴；激光笔一1和激光笔二2分别独立且对称安装在双向支座4两侧的安装腔内，锁止螺钉5用于实现激光笔一1和激光笔二2的紧固及角度调整。底座3的中心设有M8螺纹孔，双向支座4设置在底座3上，双向支座4的下端与底座3在M8螺纹孔处连接紧固。

双向辅助准直激光寻像器的光轴调校方法：

步骤1.在大口径干涉仪前方放置可二维调节的标准平面镜，调整标准平面镜的方位和俯仰角度，使其与干涉仪准直；

步骤2.将双向支座4安装在底座3上，将激光笔二2装配至双向支座4的其中一个安装腔内，通过在激光笔二2的四周塞入等厚铜箔垫片保证激光笔二2与双向支座4安装腔的同轴度，拧紧激光笔二2侧的锁止螺钉5将激光笔二2锁紧在安装腔内，完毕后撤除铜箔垫片。

步骤3.将底座3放置于二维调整平台上，同时将双向支座4的水平杆置于干涉仪与标准平面镜之间，且使其上的激光笔二2正对干涉仪，然后调整二维调整台的方位和俯仰角度，使得激光笔二2发出的发射光束通过干涉仪返回后的反射光束与发射光束重合，固定二维调整台及底座3；

步骤4.将激光笔一1装配至双向支座4的另一个安装腔内，此时激光笔一1正对标准平面镜，通过调整激光笔一1侧的锁止螺钉5，使激光笔一1发出的发射光束通过标准平面镜返回后的反射光束与发射光束重合，拧紧调整激光笔一1侧的锁止螺钉5，此时便完成了双向辅助准直激光寻像器光轴一致性校准。

第二步：制作可转接定心分化板

可转接定心分化板能够精细调整至与望远光轴一致，主要用于实现望远系统光轴的转接功能。

如图4、5所示，可转接定心分化板由分化板底座6和反射分化板7组成，反射分化板7安装在分化板底座6的中心通孔处；分化板底座6上设有用于灌胶以固化反射分化板7的灌胶孔17。装配时，以定心仪器保证分化板底座6的底面b与反射分化板7的反射面a的平行度不大于30″，从灌胶孔17灌注硅橡胶固化反射分化板7，完成可转接定心分化板的部件装配。

第三步：建立望远系统光轴标定粗基准(参照图6)

步骤1.通过螺钉将可转接分化板9的底座6与望远系统10的次镜支架紧固连接，然后将望远系统10与可转接分化板9的整体放置于二维调整台上，再将二维调整台连同可转接分化板9和望远系统10整体置于大口径平面激光干涉仪8的前方；

步骤2.将双向辅助准直激光寻像器12放置于另一个二维调整台上，然后将双向辅助准直激光寻像器12和二维调整台整体放置于大口径平面激光干涉仪8和可转接分化板9之间，通过调整双向辅助准直激光寻像器12所处二维调整台的方位和俯仰角度，使双向辅助准直激光寻像器12的发射光束经大口径平面激光干涉仪8反射后的返回光束与发射光束重合；

步骤3.调整可转接分化板9和望远系统10所处二维调整台的方位和俯仰角度，使双向辅助准直激光寻像器12的发射光束经可转接分化板9反射后的返回光束与该发射光束重合，完成望远系统光轴标定粗基准的建立。

第四步：标定望远系统光轴(参照图7)

步骤1.撤除双向辅助准直激光寻像器12及其所在的二维调整台，在望远系统10的后方放置标准球11，通过大口径平面激光干涉仪8、望远系统10和标准球11组成干涉光路，开展望远系统10的波前检测，精调可转接分化板9和望远系统10所处二维调整台的方位和俯仰角度及标准球11的平移量，直至望远系统10的波前RMS值最小；

步骤2.在可转接分化板9与望远系统10的连接处通过增减铜箔调整垫片，使可转接分化板9的反射像与大口径平面激光干涉仪8的中心位置准直，完成望远系统光轴标定。

第五步：光学系统光轴标定(参照图8)

完成望远系统光轴标定后，望远系统需结合后置调焦汇聚成像系统完成光学系统光轴的标定。标定方法结合大口径平行光管校准技术进行，此时大口径平行光管发射无穷远平行光，鉴于平行光管无自准直功能的缺点，本发明借助经纬仪完成大口径平行光管自准直及光学系统校轴基准建立，具体方法如下：

步骤1.将包含已标定望远系统10及可转接分化板9的光学系统15架设于二维数显转台14上并紧固，调整二维数显转台14、光学系统15使其进入大口径平行光管13的口径包络内；

步骤2.在大口径平行光管13与光学系统15之间架设经纬仪16，调整经纬仪16的左右与高度位姿，大致与光学系统15的可转接分化板9相同，大口径平行光管13切换为满天星靶板，精调经纬仪16使其自身十字丝与大口径平行光管13的满天星靶板中心圆孔点重合，记录此时经纬仪16显示俯仰角度θ₁，清零方位角度；

步骤3.绕垂直大地基准轴旋转经纬仪16观测光学系统15的可转接分化板9，方位旋转180°，俯仰旋转至θ₂，其中θ₁+θ₂＝180°，通过调整二维数显转台14的方位和俯仰角度使得光学系统15的望远系统10前方可转接分化板9与经纬仪16的十字丝准直，二维数显转台14进行锁止，完成光学系统校轴基准建立，即完成光学系统光轴标定。

Claims (3)

1.一种用于望远系统的光轴标定工装，其特征在于：包括可转接定心分化板和双向辅助准直激光寻像器；

可转接定心分化板用于实现望远系统光轴的转接功能； 可转接定心分化板包括分化板底座和反射分化板；可转接分化板底座与望远系统的次镜支架紧固连接；反射分化板安装在分化板底座的中心通孔处；分化板底座上设有用于灌胶以固化反射分化板的灌胶孔；分化板底座的底面与反射分化板的反射面的平行度小于等于30″ ；

双向辅助准直激光寻像器用于在望远系统光轴标定粗基准建立环节实现大口径平面激光干涉仪和所述可转接定心分化板的辅助准直；双向辅助准直激光寻像器位于大口径平面激光干涉仪与可转接分化板之间；双向辅助准直激光寻像器包括激光笔一、激光笔二、底座、双向支座和锁止螺钉；激光笔一和激光笔二可分别独立发射激光光束且具备开启关闭功能；双向支座整体呈T型，其上部水平杆的左右两侧均设有安装腔；激光笔一和激光笔二对称安装在双向支座两侧的所述安装腔内；锁止螺钉用于实现激光笔一和激光笔二的紧固及角度调整；底座的中心设有螺纹孔，双向支座设置在底座上，二者在所述螺纹孔处连接紧固；双向辅助准直激光寻像器的发射光束经大口径平面激光干涉仪反射后的返回光束与发射光束重合；双向辅助准直激光寻像器的发射光束经可转接分化板反射后的返回光束与该发射光束重合。

2.利用权利要求1所述的用于望远系统的光轴标定工装对望远系统光轴进行标定的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对双向辅助准直激光寻像器的光轴进行调校

1.1在大口径干涉仪前方放置可二维调节的标准平面镜，调整标准平面镜的方位和俯仰角度，使其与所述大口径干涉仪准直；

1.2将双向支座安装在底座上，将激光笔二装配至双向支座的其中一个安装腔内，通过在激光笔二的四周塞入等厚铜箔垫片保证激光笔二与安装腔的同轴度，拧紧激光笔二侧的锁止螺钉将激光笔二锁紧在安装腔内，完毕后撤除铜箔垫片；

1.3将底座放置于二维调整平台上，同时将双向支座的水平杆置于干涉仪与标准平面镜之间，且使其上的激光笔二正对干涉仪，然后调整二维调整台的方位和俯仰角度，使得激光笔二发出的发射光束通过干涉仪返回后的反射光束与发射光束重合，固定二维调整台及底座；

1.4将激光笔一装配至双向支座的另一个安装腔内，此时激光笔一正对标准平面镜，通过调整激光笔一侧的锁止螺钉，使激光笔一发出的发射光束通过标准平面镜返回后的反射光束与发射光束重合，拧紧调整激光笔一侧的锁止螺钉，此时便完成了双向辅助准直激光寻像器光轴一致性校准；

步骤2：建立望远系统光轴标定粗基准

2.1将可转接分化板的底座与望远系统的次镜支架紧固连接，然后将望远系统与可转接分化板的整体放置于二维调整台上，再将二维调整台连同可转接分化板和望远系统整体置于大口径平面激光干涉仪的前方；

2.2将双向辅助准直激光寻像器放置于另一个二维调整台上，然后将双向辅助准直激光寻像器和二维调整台整体放置于大口径平面激光干涉仪与可转接分化板之间，通过调整双向辅助准直激光寻像器所处二维调整台的方位和俯仰角度，使双向辅助准直激光寻像器的发射光束经大口径平面激光干涉仪反射后的返回光束与发射光束重合；

2.3调整可转接分化板和望远系统所处二维调整台的方位和俯仰角度，使双向辅助准直激光寻像器的发射光束经可转接分化板反射后的返回光束与该发射光束重合，此时即完成望远系统光轴标定粗基准的建立；

步骤3：标定望远系统光轴

3.1撤除双向辅助准直激光寻像器及其所在的二维调整台，在望远系统的后方放置标准球，通过大口径平面激光干涉仪、望远系统和标准球组成干涉光路，开展望远系统的波前检测，精调可转接分化板和望远系统所处二维调整台的方位和俯仰角度及标准球的平移量，直至望远系统的波前RMS值最小；

3.2在可转接分化板与望远系统的连接处通过增减铜箔调整垫片，使可转接分化板的反射像与大口径平面激光干涉仪的中心位置准直，完成望远系统光轴标定。

3.一种包含前置望远的光学系统的光轴标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：标定望远系统光轴

采用权利要求2所述的方法对望远系统光轴进行标定；

第二步：标定光学系统光轴

1)将包含已标定望远系统及可转接分化板的光学系统架设于二维数显转台上并紧固，调整二维数显转台、光学系统使其进入大口径平行光管的口径包络内；

2)在大口径平行光管与光学系统之间架设经纬仪，调整经纬仪的左右与高度位姿，大致与光学系统的可转接分化板相同，将大口径平行光管切换为满天星靶板，精调经纬仪使其自身十字丝与所述满天星靶板中心圆孔点重合，记录此时经纬仪显示俯仰角度θ₁，清零方位角度；

3)绕垂直大地基准轴旋转经纬仪观测所述可转接分化板，方位旋转180°，俯仰旋转至θ₂，其中θ₁ +θ₂＝180°，通过调整二维数显转台的方位和俯仰角度使得所述可转接分化板与经纬仪的十字丝准直，锁止二维数显转台，完成光学系统光轴标定。