CN117890081A - 一种立方镜角值偏差的校准装置和方法 - Google Patents

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祝卿
田芳怡
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Abstract

本发明提供了一种立方镜角值偏差的校准装置，其特征在于，包括：多齿分度台，二维摆台，和光电自准直仪；其中，所述立方镜放置于所述多齿分度台上；所述多齿分度台用于旋转90度标准角度；所述二维摆台用于调整立方镜“塔差”，确保立方镜底面法线与所述多齿分度台旋转轴绝对平行；所述光电自准直仪用于读取小角度量值进行立方镜偏差计算。

Description

一种立方镜角值偏差的校准装置和方法
技术领域
本发明涉及校准技术领域，具体地，涉及一种立方镜角值偏差的校准装置和方法。
背景技术
立方镜是一种以金属或石英玻璃为基体的规则正六面体，其任意相邻两面互成90°夹角，有5个镀膜面为其工作面，镀膜面中心线刻有细十字丝。立方镜的各镀膜面法线可以通过电子经纬仪准直、三坐标等测量，构造立方镜坐标系用于军工领域中各类航天器和飞控平台装配、测试。由此可见，立方镜各面之间的角准确度直接影响产品装配。然而，目前国家未指定立方镜的相关校准方法，如何评价一个立方镜好坏至关重要。
经检索，查到较为接近的2篇现有技术：
1)文献：基于三坐标测量机的立方镜标定精度分析,倪爱晶、郭庆、赵婕、于望竹、蔡子慧、杨纯,《宇航计测技术》,2018年6期。该文献公开了使用三坐标测量机接触法校准立方镜，采用空间坐标拟合方式结算立方镜角值偏差，与本次申请的装置方法原理上存在较大差异。
2)文献：基于激光跟踪仪的多立方镜姿态标定方法,刘流、侯茂盛、林雪竹、王强、李丽娟,《宇航计测技术》,2017年6期。该文献公开了使用激光跟踪仪接触法校准立方镜，方法多用于多立方镜测量，其校准精度较差，与本次申请的装置方法原理上存在较大差异。
综述所述，现有技术中未公开本发明的主要内容与技术特征。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种立方镜角值校准装置和方法。通过对立方镜性能的研究设计一套立方镜角值校准方法，完成对立方镜各面角值偏差的校准。设计后的装置具有一定的通用性，能适用于各类尺寸的立方镜。
本发明提供了一种立方镜角值偏差的校准装置，其特征在于，包括：多齿分度台，二维摆台，和光电自准直仪；其中，
所述立方镜放置于所述多齿分度台上；
所述多齿分度台用于旋转90度标准角度；
所述二维摆台用于调整立方镜“塔差”，确保立方镜底面法线与所述多齿分度台旋转轴绝对平行；
所述光电自准直仪用于读取小角度量值进行立方镜偏差计算。
本发明还提供了一种立方镜角值偏差的校准方法，包括步骤：
步骤1：消除塔差；
步骤2：角值偏差校准。
优选地，步骤1包括：将多齿分度台与光电自准直仪放置在平板上，调整自准直仪光轴，使其与多齿分度台的工作台面相平行，即垂直于多齿分度台的度盘回转轴线，自准直仪示值递增方向应与多齿分度台转角递增方向一致，如相反，则对测量结果进行改号处理。
优选地，步骤1消除塔差的具体方法包括：
将立方镜面1对准所述光电自准直仪，光电自准直仪读数纵轴Y轴读数Y1，多齿台旋转180°，所述光电自准直仪对准立方镜面3读出Y3，微调第一调整旋钮，调整量为使得Y1＝Y3；
旋转多齿台，将立方镜面2对准光电自准直仪，自准直仪读数纵轴Y轴读数Y2，多齿台再旋转180°，自准直仪对准立方镜面4读出Y4，微调第二调整旋钮，调整量为使得Y4＝Y2；
反复上述操作，使得Y1＝Y2＝Y3＝Y4，即完成塔差消除。
优选地，步骤2包括：将被校立方镜水平放置于多齿分度台工作台上，安放时，应使其对角线交点与工作台回转中心重合；光电自准直仪对准立方镜正面中心，测得正面读数值，顺时针转动多齿分度台90°，光电自准直仪测得立方镜面读数，两个读数做差获得角值偏差。
优选地，步骤2角值偏差校准方法包括：
光电自准直仪对准立方镜面1中心，测得光电自准直仪的X轴即立方镜面1读数值α1，顺时针转动多齿分度台90°，自准直仪测得面2读数α2；
立方镜面1即立方镜正面与立方镜面2即右面的角值偏差由式(1)计算：
δ1⊥2＝α2-α1 (1)
依次转动多齿分度台，测得立方镜面3即后面，立方镜面4即左面的读数值α3，α4，则立方镜右面2与立方镜面3的角值偏差：
δ2⊥3＝α3-α2 (2)
立方镜面3与立方镜面4的角值偏差：
δ3⊥4＝α4-α3 (3)
立方镜面4与立方镜面1的角值偏差：
δ4⊥1＝α1-α4 (4)
立方镜面5即顶面与各工作面角值偏差参考上述校准过程，测得其余4个角值偏差δ5⊥1,δ5⊥2,δ5⊥3,δ5⊥4。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.装置结构小巧；
2.装置成本较低；
3.高精度测量，达到0.1″级。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为典型立方镜示意图；
图2为立方镜面序示意图；
图3为立方镜角值偏差校准装置图；
图4为立方镜塔差图；
图5为立方镜塔差消除示意图；
图6为工作面角值测量图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1和图2所示，立方镜的未镀反射膜为安装面A，其他5个镀膜面为工作面。当面A(底面)向下时，其对立面为面5(顶面)，立方镜正前方位为面1(正面)，面2(右面)、面3(反面)、面4(左面)逆时针依次排列。
立方镜角值偏差校准装置由多齿分度台，二维摆台，双轴光电自准直仪三部分组成。其中多齿分度台用来旋转90度标准角度，其旋转误差不超过0.2″，二维摆台用来调整立方镜“塔差”，确保立方底面法线与多齿分度台旋转轴绝对平行。光电自准直仪读取小角度量值进行立方镜偏差计算。
立方角值偏差测量准确与否取决于消除立方镜的“塔差”，立方镜放置于多齿分度台上必定存在放置地面法线与多齿分度台轴线不平行的情况，具体如图4所示。
消除塔差的方法：将立方镜面1对准光电自准直仪，双轴光电自准直仪读数纵轴(Y轴)读数Y1，多齿台旋转180°，自准直仪对准面3读出Y3，微调调整旋钮1，调整量为使得Y1＝Y3。旋转多齿台，将面2对准光电自准直仪，自准直仪读数纵轴(Y轴)读数Y2，多齿台再旋转180°，自准直仪对准面4读出Y4，微调调整旋钮2，调整量为/>使得Y4＝Y2。反复上述操作，使得Y1＝Y2＝Y3＝Y4，即完成塔差消除。
角值偏差指的是两个相邻工作面法线的夹角与标称值之间的偏差。
具体标准器搭建如图3所示。校准前，将多齿分度台与光电自准直仪放置在大理石平板上，调整光电自准直仪光轴，使其与多齿分度台的工作台面相平行，即垂直于度盘回转轴线，自光电准直仪示值递增方向应与多齿分度台转角递增方向一致，如相反，则对测量结果进行改号处理。
校准时，将被校立方镜水平放置于多齿分度台工作台上，使其面5与工作台接触。安放时，应使其对角线交点与工作台回转中心重合，测量时为图6所示。光电自准直仪对准立方镜正面(面1)中心，测得面1读数值(X轴)α1，顺时针转动多齿分度台90°，自准直仪测得面2读数α2。立方镜正面(面1)与右面(面2)的角值偏差由式(1)计算，测量结果保留小数点后一位有效数字。
δ1⊥2＝α2-α1 (1)
依次转动多齿分度台，测得立方镜后面(面3)，左面(面4)的读数值α3，α4，则立方镜右面(面2)与后面(面3)的角值偏差：
δ2⊥3＝α3-α2 (2)
立方镜后面(面3)与左面(面4)的角值偏差：
δ3⊥4＝α4-α3 (3)
立方镜左面(面4)与正面(面1)的角值偏差：
δ4⊥1＝α1-α4 (4)
立方镜顶面(面5)与各工作面角值偏差参考上述校准过程，测得其余4个角值偏差δ5⊥1,δ5⊥2,δ5⊥3,δ5⊥4。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种立方镜角值偏差的校准装置，其特征在于，包括：多齿分度台，二维摆台，和光电自准直仪；其中，
所述立方镜(1)放置于所述多齿分度台上；
所述多齿分度台(3)用于旋转90度标准角度；
所述二维摆台(2)用于调整立方镜“塔差”，确保立方镜底面法线与所述多齿分度台旋转轴绝对平行；
所述光电自准直仪(4)用于读取小角度量值进行立方镜偏差计算。
2.一种利用权利要求1所述的立方镜角值偏差的校准装置的校准方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1：消除塔差；
步骤2：角值偏差校准。
3.如权利要求2所述的立方镜角值偏差的校准装置的校准方法，其特征在于，步骤1包括：将多齿分度台与光电自准直仪放置在平板上，调整自准直仪光轴，使其与多齿分度台的工作台面相平行，即垂直于多齿分度台的度盘回转轴线，自准直仪示值递增方向应与多齿分度台转角递增方向一致，如相反，则对测量结果进行改号处理。
4.如权利要求3所述的立方镜角值偏差的校准装置的校准方法，其特征在于，步骤1消除塔差的具体方法包括：
将立方镜面1对准所述光电自准直仪，光电自准直仪读数纵轴Y轴读数Y1，多齿台旋转180°，所述光电自准直仪对准立方镜面3读出Y3，微调第一调整旋钮(5)，调整量为使得Y1＝Y3；
旋转多齿台，将立方镜面2对准光电自准直仪，自准直仪读数纵轴Y轴读数Y2，多齿台再旋转180°，自准直仪对准立方镜面4读出Y4，微调第二调整旋钮(6)，调整量为使得Y4＝Y2；
反复上述操作，使得Y1＝Y2＝Y3＝Y4，即完成塔差消除。
5.如权利要求2所述的立方镜角值偏差的校准装置的校准方法，其特征在于，步骤2包括：将被校立方镜水平放置于多齿分度台工作台上，安放时，应使其对角线交点与工作台回转中心重合；光电自准直仪对准立方镜正面中心，测得正面读数值，顺时针转动多齿分度台90°，光电自准直仪测得立方镜面读数，两个读数做差获得角值偏差。
6.如权利要求2所述的立方镜角值偏差的校准装置的校准方法，其特征在于，步骤2角值偏差校准方法包括：
光电自准直仪对准立方镜面1中心，测得光电自准直仪的X轴即立方镜面1读数值α1，顺时针转动多齿分度台90°，自准直仪测得面2读数α2；
立方镜面1即立方镜正面与立方镜面2即右面的角值偏差由式(1)计算：
δ1⊥2＝α2-α1 (1)
依次转动多齿分度台，测得立方镜面3即后面，立方镜面4即左面的读数值α3，α4，则立方镜右面2与立方镜面3的角值偏差：
δ2⊥3＝α3-α2 (2)
立方镜面3与立方镜面4的角值偏差：
δ3⊥4＝α4-α3 (3)
立方镜面4与立方镜面1的角值偏差：
δ4⊥1＝α1-α4 (4)
立方镜面5即顶面与各工作面角值偏差参考上述校准过程，测得其余4个角值偏差δ5⊥1，δ5⊥2，δ5⊥3，δ5⊥4。
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