CN115371824A - 红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统以及标定方法 - Google Patents

Abstract

红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统以及标定方法，属于光学仪器检测领域，特别涉及一种搜跟型红外热像仪回扫补偿组件的零位检测与标定装置及方法。该系统整体设置在气浮平台之上，通过紧固螺栓与气浮平台紧固，并保持相对位置不发生位移。系统由光电自准直仪、中空回射器、回扫补偿组件、回扫补偿组件驱动电路、直流电源及PC显示终端构成。系统首先进行回扫补偿组件编码器位置标定，然后进行回扫补偿组件编码器零位测试，最后进行回扫补偿组件的标定。系统装置整体布局合理、结构紧凑、占用资源较少，装配方式简单，环境利用率较高。

Description

红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统以及标定方法

技术领域

本发明属于光学仪器检测领域，特别涉及一种搜跟型红外热像仪回扫补偿组件的零位检测与标定装置及方法。

背景技术

回扫补偿组作为搜索跟踪热像仪成像过程中的核心部件，被放置在第二次光路折转点上，处于平行光路中，完成对场景水平方向的单维度补偿扫描投射。回扫补偿组完成对入射场景红外辐射能的两维像空间解析并汇聚于红外焦平面探测器，同时充当搜索模式下的第二级光路折转。

回扫补偿组件光学系统具有较小的运动范围、较高的伺服带宽、高跟踪精度。回扫补偿组件即在目标场景和成像探测器器件之间控制系统光轴的反射镜装置可作为光源发射端与接收端之间调整光束传播方向的精密光学仪器，在光学系统中应用较多，己被广泛应用于激光通讯、图像稳定、复合轴精密跟踪等领域，用于改变光束指向。

回扫补偿组件由位置编码器、有限转角电机、转轴、轴承、扫描镜、安装支架等组成，整个组合按照叠层组装的方式进行逐级装配，装配精度由设置好的多个定位措施和零件加工精度保证。其中，反射镜零位重复定位精度反应反射镜每次起始和终止是不是在零点上。重复定位精度受伺服系统特性、电机齿轮间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响，一般情况下，重复定位精度呈正态分布。在完成对回扫补偿组件的装配后，对于回扫补偿组件零位的测试与标定检测至关重要，是红外热像仪整体性能的关键技术指标。

发明内容

本发明针对现有需要以及技术不足，提供了一种红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统以及标定方法。系统设计便捷，应用高精度光学检测手段，设备体积小型化，可以适用于多种工作环境，对不同型号的回扫补偿组件均具有较好的适应度。

红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统，其特征在于该系统整体设置在气浮平台之上，通过紧固螺栓与气浮平台紧固；

所述标定系统由光电自准直仪、中空回射器、回扫补偿组件、回扫补偿组件驱动电路、直流电源及PC显示终端构成；其中：

光电自准直仪安装于光电自准直仪可调整支撑座上；中空回射器安装于中空回射器可调整支撑座上；回扫补偿组件安装于回扫补偿组件支撑座上；回扫补偿组件驱动电路安装于驱动电路板支撑座上；

回扫补偿组件的编码器由编码器电缆连接直流电源，USB-422串口数据线连接PC显示终端；整机电缆连接回扫补偿组件驱动电路与直流电源。

红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统标定方法，首先进行回扫补偿组件编码器位置标定，然后进行回扫补偿组件编码器零位测试，最后进行回扫补偿组件的标定；

所述回扫补偿组件编码器位置标定使用编码器测试软件Electric EncoderExplorer，分别进行抖动测试和电压偏移校准；

所述抖动测试是在将编码器电缆、USB-422串口数据线和回扫补偿组件编码器连接后对编码器进行抖动测试；软件通过转动回扫补偿组件，拟合出转动过程中镜面的跳动曲线，根据跳动曲线的重合度检测回扫补偿组件编码器位置；

电压偏移校准是对回扫补偿组件编码器进行电压偏移校准；

所述回扫补偿组件编码器零位测试是将回扫补偿组件工作镜体向逆时针方向推至极限位置，并将初始零位角度设置为45°，完成回扫补偿组件初始零位标定；

所述回扫补偿组件的标定是在完成对回扫补偿组件编码器零位设定后进行，将回扫补偿组件固定于回扫补偿组件支撑座上；将直流电源电压调至24V；并通过整机电缆连接回扫补偿组件驱动电路与直流电源，通过USB-422串口数据线连接PC显示终端与回扫补偿组件，反馈测试数据于PC显示终端，完成实时数据显示与标定。

所述编码器测试标定软件Electric Encoder Explorer用于读取反馈编码器位置信息数据，通过该信息数据标定编码器偏移角度数据。

所述气浮转台目的在于支撑本系统的组件，隔绝减少外界带来的不必要振动，降低因振动引起的回扫补偿组件光学误差，提升光学分析的稳定性和可靠性；气浮平台上方支撑面具有排列规则的紧固螺栓安装孔位，紧固螺栓安装孔位用于固定紧固自准直仪、中空回射器、回扫补偿组件支撑工装、电路板支撑工装。

所述自准直仪通过紧固螺栓连接该组件安装座与气浮平台，组件利用光的自准直原理测量回扫补偿组件的小角度偏转信息，通过该反馈信息监测判断零位位置数据。

所述中空回射器用于把入射光束折返180°返回。

所述直流电源用于在零位标定与检测中给编码器以及有限直流电机提供稳定的电源输入。

所述PC显示终端用于控制加载编码器标定测试软件，并用于提供零位信息数据的实时反馈处理，通过计算机直观可视化显示通过自准直仪采集的零位数据信号，进一步的反馈测试结果。

所述回扫补偿组件支撑工装用于支撑固定不同类型的回扫补偿组件，支撑工装用于连接气浮平台与回扫补偿组件。

所述电路板支撑工装用于支撑固定回扫补偿组件驱动电路板以及所需不同功能的电路板组件。

本发明红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定装置，系统装置整体布局合理、结构紧凑、占用资源较少，因其利用了气浮平台设计以及通用回扫补偿组件支撑工装，使本装置可适应多种工作环境，适用于多种不同型号不同类型的热像仪回扫补偿组件。该装置抗振动能力强，且在多种情况下可以承载不同尺寸不同种类的回扫补偿组件。系统装置装配方式简单，环境利用率较高。

本发明装置配置有高精度角度偏转信息反馈组件，组件通过高精度光学信息监测传递回扫补偿组件实时角度偏转数据，通过与气浮转台刚性连接保证了监测控制系统的精确度，在一定程度上提高了该检测系统装置的探测精度，降低了后续的标定误差。

针对搜跟热像仪中回扫补偿组件零位指标的标定与零位重复精度的检测，该系统集成度高，可以广泛应用于不同类型结构的回扫补偿组件，适用于不同环境，对于目前技术人员亟待解决的关键性问题都有极大改善。

附图说明

图1为一种红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定装置整体示意图。

图2为回扫补偿组件编码器位置标定系统。

图3为回扫补偿组件零位检测标定调校系统。

其中：

光电自准直仪1、中空回射器2、回扫补偿组件3；整机电缆4、回扫补偿组件驱动电路5、驱动电路板支撑座6、直流电源7、气浮平台8、回扫补偿组件支撑座9、中空回射器可调整支撑座10、光电自准直仪可调整支撑座11、USB-422串口数据线12、PC显示终端13、固定角度反射镜14、编码器电缆15。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明专利作进一步的介绍，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右、顶、底、内、外”等所指示的方位或位置关系通常是给予附图的所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或结构必须具有特定的方向或者以特定的方向进行操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1：红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统，该系统整体设置在气浮平台8之上，通过紧固螺栓与气浮平台8紧固，并保持相对位置不发生位移。

所述标定系统由光电自准直仪1、中空回射器2、回扫补偿组件3、回扫补偿组件驱动电路5、直流电源7及PC显示终端13构成；其中：

光电自准直仪1安装于光电自准直仪可调整支撑座11上；中空回射器2安装于中空回射器可调整支撑座10上；回扫补偿组件3安装于回扫补偿组件支撑座9上；回扫补偿组件驱动电路5安装于驱动电路板支撑座6上；

回扫补偿组件3的编码器由编码器电缆15连接直流电源7，USB-422串口数据线12连接PC显示终端13；整机电缆4连接回扫补偿组件驱动电路5与直流电源7。

红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统标定方法，首先进行回扫补偿组件编码器位置标定，然后进行回扫补偿组件编码器零位测试，最后进行回扫补偿组件的标定；

所述回扫补偿组件编码器位置标定使用编码器测试软件Electric EncoderExplorer，分别进行抖动测试和电压偏移校准；

所述抖动测试是在将编码器电缆、USB-422串口数据线和回扫补偿组件编码器连接后对编码器进行抖动测试；左、右转动回扫补偿组件的工作镜体一次，软件读取编码器位置，并自动拟合形成一条运动曲线；重复转动工作镜体500次，拟合出500条运动曲线；软件根据500条运动曲线，计算出所有曲线的重复精度和运动曲线的跳动度，根据跳动曲线的重合度来判断回扫补偿组件的运动是否可行，500条运动曲线的重复精度≥90%即判定为合格，合格后进行电压偏移校准工作；

电压偏移校准是对回扫补偿组件编码器进行电压偏移校准；通过软件，检测回扫补偿组件的编码器的初始电压值；假设读取的电压值为4.9V，转动工作镜体10次，观察运动曲线的重复精度；将电压值设置为了5.0V，转动工作镜体10次，观察运动曲线的重复精度；依照上述方法在5V±0.2的范围内不断测试，得到的运动曲线精度重复精度最高的电压值即为最终校准值；

所述回扫补偿组件编码器零位测试是将回扫补偿组件工作镜体向逆时针方向推至极限位置，并将初始零位角度设置为45°，完成回扫补偿组件初始零位标定；

回扫补偿组件结构中，为了保证转动过程中镜片的安全，设置了左、右机械限位，保证在转动过程中反射镜镜片不会和扫描器座发生碰撞所述回扫补偿组件编码器零位测试是人为将回扫补偿组件工作镜体向逆时针方向推至机械右限位位置，并将该位置设置为编码器的45°位置，该位置也为回扫补偿组件的基准零位；

所述回扫补偿组件的标定是在完成对回扫补偿组件编码器零位设定后进行，将回扫补偿组件固定于回扫补偿组件支撑座上；将直流电源电压调至24V；并通过整机电缆连接回扫补偿组件驱动电路与直流电源，通过USB-422串口数据线连接PC显示终端与回扫补偿组件，反馈测试数据于PC显示终端，完成实时数据显示与标定。

所述的工作镜体为反射镜或扫摆镜。

标定过程中，在回扫补偿组件上电工作之后，若未发生扫摆运动，该位置即为其零位。光电自准直仪通过PC显示终端反馈回扫补偿组件在初始零位光信号即可反映回扫补偿组件的初始零位偏置误差，完成对其的检测工作。

进一步的，通过回扫补偿组件驱动电路驱动回扫补偿组件完成多次扫摆运动，在每完成一次扫摆运动之后，回扫补偿组件工作镜体会回到初始零位，在该情况下，通过上一步完成对回扫补偿组件的零位重复精度进行测试，记录每一次回扫补偿组件零位重复数据，完成对回扫补偿组件零位重复精度的检测与反馈。

进一步的，以上测试活动进行测试数据至少为一次，由进行测试数量依据不同类型的回扫补偿组件而定，可根据实际测试需要进行改变。

进一步的，完成检测后，需根据实际回扫补偿组件零位的测试情况对回扫补偿组件实际零位位置进行标定，对于其余误差需根据实际使用环境进行反馈与修正。

进一步的，在对回扫补偿组件进行检测标定之前需通过固定角度反射镜对光电自准直仪和中空回射器进行校准。将固定角度反射镜通过回扫补偿组件支撑座固定连接于气浮平台，以调整光电自准直仪与中空回射器空间相对位置；通过光电自准直仪观测光轴反馈信息收集于PC显示终端，使光轴夹角在固定角度反射镜为45°，且光轴空间高度位于同一水平。

进一步的，通过调校之后，光电自准直仪与中空回射器相对位置通过光电自准直仪可调整支撑座和中空回射器可调整支撑座固定连接于气浮平台，将固定角度反射镜从回扫补偿组件支撑座上拆下，将回扫补偿组件固定于回扫补偿组件支撑座上。

在测试过程中，若回扫补偿组件编码器测试不通过，需要在编码器轴内加减垫片以调整编码器水平。

本实施例中，回扫补偿组件为中国专利申请号202221715765X，名称为一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜中权1-5记载的任一结构的回扫补偿组件。优选的回扫补偿组件包括支撑框架、转轴、扫摆镜、角度数据反馈组件和电机组件；支撑框架为半包围式圆柱空心框架，其顶部与底部为环形架板，架板上均开设螺孔；角度数据反馈组件通过螺栓固定在支撑框架顶部环形架板上，角度数据反馈组件轴心开置限位安装孔；电机组件固定安装在支撑框架底部中央环形架板下，电机组件轴心开设限位安装孔；转轴贯穿角度数据反馈组件的限位安装孔、支撑框架和电机组件的限位安装孔，并在顶部与底部通过螺母固定，扫摆镜安装在转轴上，并使扫摆镜位于支撑框架之中，扫摆镜、角度数据反馈组件和电机组件处于同一运动轴线；所述转轴包括固定卡槽、上部轴承、中部轴承和下部轴承，固定卡槽由背板上下两端胶接顶板和底板构成，顶板与底板前侧开设安装螺孔，背板中部开设胶接孔，背板中部两侧设置有带有胶接孔的耳片；上部轴承与顶板转动连接，上部轴承顶部设置螺纹；中部轴承与底板转动连接，中部轴承底部设置螺纹；底部轴承与中部轴承转动连接，底部轴承底部设置螺纹；所述扫摆镜为椭圆形结构，其上下两端设置紧固凸台，紧固凸台上开设安装螺孔，将扫摆镜的紧固凸台卡入转轴的固定卡槽内，用螺钉穿过紧固凸台的安装螺孔和固定卡槽上的安装螺孔，将扫摆镜固定于转轴上；扫摆镜背面设置有凸棱用于对镜体自身强度进行加固，扫摆镜表面镀高强度反光膜；所述角度数据反馈组件由角度数据反馈器、反馈器压块、反馈器座和上部轴承限位柱构成，角度数据反馈器安装在反馈器压块中，反馈器压块上预留数据线孔，角度数据反馈器的数据线从数据线孔中接入，反馈器压块通过螺栓固定在反馈器坐上，反馈器座通过螺栓固定在支撑框架顶部环形架板上，角度数据反馈器、反馈器压块和反馈器座的中心开设同径同轴的转轴定位孔，转轴的上部轴承贯穿角度数据反馈组件上的所有转轴定位孔，下端与固定卡槽连接，上端由顶部螺母固定，在上部轴承外周套设上部轴承限位柱，上部轴承限位柱位于反馈器压块内；所述电机组件由电机固定座、电机压块、电机底座和电机组构成，电机压块通过螺栓固定在电机固定座顶端，电机压块中心与电机固定座中心开设同径同轴的轴承安装孔，转轴的中部轴承安装在中部轴承安装孔中；电机固定座中心开设电机组安装孔，所述电机组由电机定位筒、电机和供电线构成，电机安装在电机定位筒中心，电机轴向中心预留定位孔，电机定位筒的尺寸与电机固定座的电机安装孔匹配并将其放置在电机安装孔中，电机固定座底部由螺栓固定安装电机底座，电机组和电机底座中心开设转轴定位孔，转轴的下部轴承贯穿电机组和电机上的定位孔，上端与中部轴承连接，下端通过尾部螺母固定，供电线通过电机底座上的孔洞向外伸出，下部轴承外周套设下部轴承限位柱，下部轴承限位柱位于电机组和电机压块之间。

以上仅通过说明方式描述了本发明装置的某些示范性实例，更进一步的，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实例进行修正，因此，上述附图和描述本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统，其特征在于该系统整体设置在气浮平台之上，通过紧固螺栓与气浮平台紧固；

所述标定系统由光电自准直仪、中空回射器、回扫补偿组件、回扫补偿组件驱动电路、直流电源及PC显示终端构成；其中：

光电自准直仪安装于光电自准直仪可调整支撑座上；中空回射器安装于中空回射器可调整支撑座上；回扫补偿组件安装于回扫补偿组件支撑座上；回扫补偿组件驱动电路安装于驱动电路板支撑座上；

回扫补偿组件的编码器由编码器电缆连接直流电源，USB-422串口数据线连接PC显示终端；整机电缆连接回扫补偿组件驱动电路与直流电源。

2.红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统标定方法，其特征在于首先进行回扫补偿组件编码器位置标定，然后进行回扫补偿组件编码器零位测试，最后进行回扫补偿组件的标定；

所述回扫补偿组件编码器位置标定使用编码器测试软件Electric EncoderExplorer，分别进行抖动测试和电压偏移校准；

所述抖动测试是在将编码器电缆、USB-422串口数据线和回扫补偿组件编码器连接后对编码器进行抖动测试；软件通过转动回扫补偿组件，拟合出转动过程中镜面的跳动曲线，根据跳动曲线的重合度检测回扫补偿组件编码器位置；

电压偏移校准是对回扫补偿组件编码器进行电压偏移校准；

所述回扫补偿组件编码器零位测试是将回扫补偿组件反射镜向逆时针方向推至极限位置，并将初始零位角度设置为45°，完成回扫补偿组件初始零位标定；

所述回扫补偿组件的标定是在完成对回扫补偿组件编码器零位设定后进行，将固定角度反射镜从回扫补偿组件支撑座上拆下，将回扫补偿组件固定于回扫补偿组件支撑座上；将直流电源电压调至24V；并通过整机电缆连接回扫补偿组件驱动电路与直流电源，通过USB-422串口数据线连接PC显示终端与回扫补偿组件，反馈测试数据于PC显示终端，完成实时数据显示与标定。

3.如权利要求2所述的红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统标定方法，其特征在于在对回扫补偿组件进行检测标定之前需通过固定角度反射镜对光电自准直仪和中空回射器进行校准；将固定角度反射镜通过回扫补偿组件支撑座固定连接于气浮平台，以调整光电自准直仪与中空回射器空间相对位置；通过光电自准直仪观测光轴反馈信息收集于PC显示终端，使光轴夹角在固定角度反射镜为45°，且光轴空间高度位于同一水平。

4.如权利要求2所述的红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统标定方法，其特征在于编码器位置标定、回扫补偿组件编码器零位测试至少为一次。

5.如权利要求2所述的红外热像仪回扫补偿组件零位检测标定系统标定方法，其特征在于完成检测后，需根据实际回扫补偿组件零位的测试情况对回扫补偿组件实际零位位置进行标定，其余误差需根据实际使用环境进行反馈与修正。

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