一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性标校方法

一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性标校方法

本发明提出一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性标校方法，其可利用经纬仪、大口径平行光管和专用工装等实现对精密光电设备装机光轴的一致性保证，可有效地解决原有技术状态下，不同批次、台套设备的装机光轴指向偏差，可避免复装或者换装同类设备后需要重新联合标校运输载体所有设备装机光轴的问题。本方法具有操作简单、使用方便以及精确度高的特点。

专利类型：发明专利

专利申请号：CN110389022B

专利申请（专利权）人：西安应用光学研究所
权利人地址：陕西省西安市雁塔区电子三路西段九号

专利发明（设计）人：卢恒,孔龙阳,王智超,刘召庆,姜峰,赵红军,严少奇,惠刚阳,许航航,赵瑱,齐媛,陈科社,贾雪涛,刘杰

主权利要求:一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性标校方法
技术领域
[0001] 本发明属于精密光电设备领域，涉及一种适用于精密光电设备装机光轴一致性的标校方法。
背景技术
[0002] 精密光电设备(以下可简称“光电设备“)通常是指安装在飞机、车辆或者船舶等运输载体上，能有效隔离外部扰动，保持其内部光学器件，如可见光电视、红外热像仪、激光测距机等任务载荷在惯性空间指向稳定或者精确随动指向命令的综合性设备。随着电子信息技术等领域的高速发展，光电设备的综合性能得到大幅优化，看的越来越远，辨识的原来越清楚，从而得以在消防、边防、缉私、反恐和搜救等领域发挥出重要作用。
[0003] 为丰富运输载体的多任务能力，使其可适用多样化的环境条件和用户习惯，除光电设备外，目前常见载体单元上往往还同时搭载头盔、雷达、定位导航仪和激光指示器等任务设备。此时，不同设备之间的装机机轴的(“装机光轴”一般指每种设备的对外空间瞄准线，在设备正式安装在载体后应具有唯一性和确定性，以下简称“机轴”)空间指向一致性就成了影响综合任务执行效果的关键因素。
[0004] 影响机轴一致性的主要因素既包括每个设备单体的指向稳定性，也包括多种设备在装机集成后的一致性标定效果。通常，前者是通过技术指标形式下发给各任务设备厂家实施完成，而后者一般则是由总装单位在装机集成后进行统一标校实现，基于上述精度分解过程，所以目前设备厂家更注重自身机轴指向稳定性，很少关注总装单位如何在装机集成后进行统一标校实现，从而造成同一批次产品装机集成，甚至同台产品二次装机集成后，其相对其他任务设备的机轴指向都存在差异，由此带来的是负面效果是：总体单位经过大量标校工作实现的载体多任务设备的共同指向一致性，很容易因某个设备的维修或升级拆装而丧失，而在设备复装后，总体单位不得不再次投入人力和时间进行复标校，这对载体的日常维护和应急维修带来很大困扰。
发明内容
[0005] 申请人对上述应用问题进行分析研究后，发现若设备厂家在保证自身机轴指向稳定性的同时，将自身机轴指向与设备对外机械接口之间的对应关系确定并保持一致，就能够确保总体单位只需要进行一次标校工作实现载体多任务设备的共同指向一致性，而在单个设备拆装后，不需要进行复标校。
[0006] 为此，本发明提出一种适用于光电设备的装机光轴一致性校准方法，可支持操作人员借助经纬仪、平行光管和专用工装等少量设备，在光电设备批量交付前，快速实现设备机轴与对外机械接口的一致性标校工作，操作简单、使用方便、标校精度高。完成标校后的同型号光电设备可在外场维护保障中轻松实现等位替换，而无需总体单位进行载体多任务设备间的重复性联动校轴工作，可有效提高外场维护效率。
[0007] 本发明技术方案为：
[0008] 所述一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0009] 步骤1：选择固定安装的大口径平行光管作为标校基准，所述平行光管焦面处有小孔靶，能够生成点光源目标，平行光管口径能够覆盖待标校光电设备的成像传感器；
[0010] 步骤2：架设经纬仪，经纬仪朝向平行光管，调节经纬仪方位和俯仰角，使平行光管所成点光源落在经纬仪的瞄准十字线中心，并锁定经纬仪，实现经纬仪的光轴与平行光管的光轴一致；
[0011] 步骤3：将待标校光电设备安装于标校工装上；所述标校工装具有与待标校光电设备对外机械接口向对应的安装接口，且在标校工装上还刚性连接安装有平面反射镜；所述待标校光电设备的对外机械接口安装面上设置用于定位的圆柱销和菱形销；
[0012] 步骤4：将标校工装连同待标校光电设备架设于多自由度调节平台之上，并将多自由度调节平台置于经纬仪和平行光管的光路之间，通过经纬仪能够观察到标校工装上安装的平面反射镜，通过待标校光电设备能够观察到平行光管点光源；
[0013] 步骤5：通过调节多自由度调节平台改变平面反射镜的空间位置，使经纬仪经过平面反射镜的自准像落到其瞄准十字线中心，然后锁定多自由度调节平台，使标校工装与经纬仪之间具有唯一、确定的空间关系，并与平行光管之间也建立出唯一的方位和俯仰关系；
[0014] 步骤6：开启待标校光电设备，观察平行光管的点光源并成像；然后进入待标校光电设备的校正机轴模式，由待标校光电设备内部软件调节待标校光电设备机轴十字线的位置，在其与平行光管点光源的像重合后停止调节，并进行数据保存，完成对这一台待标校光电设备的机轴标校工作。
[0015] 进一步的优选方案，所述一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性校准方法，其特征在于：还包括步骤7：更换本批次中下一台同型号的待标校光电设备，重复步骤3到步骤6，直至本批次所有同型号的光电设备均完成标校工作。
[0016] 进一步的优选方案，所述一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性校准方法，其特征在于：对于同型号不同批次的光电设备，则重复采用步骤1～步骤7的方法在同一平行光管和标校工装的辅助下，实现与其他批次同型号光电设备一致的机轴指向。
[0017] 进一步的优选方案，所述一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性校准方法，其特征在于：对于同型号的返厂维修光电设备采用步骤1～步骤7的方法在同一平行光管和标校工装的辅助下，实现与同型号的新产品一致的机轴指向。
[0018] 进一步的优选方案，所述一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性校准方法，其特征在于：当平行光管或标校工装发生损坏时，通过已标校好的光电设备反向标校损坏的平行光管或标校工装，使其恢复精度，保证后续的标校工作。
[0019] 进一步的优选方案，所述一种适用于精密光电设备的装机光轴一致性校准方法，其特征在于：所述平行光管的焦距与待标校光电设备机轴所需精度匹配。
[0020] 有益效果
[0021] 本发明从降低拆换设备(尤其是光电设备)对载体多任务设备机轴指向一致性负面影响的需求出发，通过精度高、操作简单的标校方法准确完成对同型号不同批次间、同型号同一批次间、返厂维修的光电设备间机轴的一致性保证。此后，总体单位只需多任务设备载体在首次集成后实施一次联动校靶，并详细记录机轴的“现场调节量”，随后，复装或者换装同型号出厂光电设备时均只需再输入“现场调节量”，即可轻松实现恢复载体平台的多任务设备指向一致性精度。本发明提出的标校方法具有架设简单、操作方便以及定位精确等特点，并已在某随动于头盔的光电搜索设备上进行了实际操作验证，现场效果满足预期。
[0022] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0023] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0024] 图1是本发明所述装机光轴一致性标校方法的流程图；
[0025] 图2是本发明所述装机光轴一致性标校方法的装置示意图；
[0026] 图3是本发明所述专用工装示意图；
[0027] 附图标记为：1经纬仪、2升降平台、3标校工装、3a高精度平面反射镜、3b结构框架、4多自由度升降平台、5待标校光电设备、6大口径平行光管。

具体实施方式
[0028] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0029] 本发明提出的标校方法所涉及的硬件设备包括：固定不动的大口径反射式平行光管1个、升降平台1个、可调节方位和俯仰角的多自由度升降平台1个、T2或者T3经纬仪1台、带有高精度平面反射镜的标校工装1个以及待调节光电设备1台。典型光电设备应具有方位和俯仰角度运动能力，采用“1面2销”的对外接口，并且具有“校正机轴”工作模式。
[0030] 本发明提出的适用于光电设备的装机光轴一致性标校方法，可通过以下步骤实现：
[0031] 步骤1：选择固定安装的大口径平行光管作为标校基准，所述平行光管焦面处有小孔靶，能够生成点光源目标，平行光管口径能够覆盖待标校光电设备的成像传感器，同时允许光电设备在空间中有一定的运动范围，在这一运动范围内，平行光管口径也能够覆盖待标校光电设备的成像传感器。
[0032] 步骤2：在选定的大口径平行光管正前方架设可调高度的升降平台和经纬仪，调节升降平台使得经纬仪的物镜近似与平行光管的出光口同轴，调节经纬仪方位和俯仰角，使源自于平行光管焦点处的“点光源”像与经纬仪的瞄准十字线重合，并锁定经纬仪，实现经纬仪的光轴与平行光管的光轴一致，此时可认为经纬仪与平行光管间建立起唯一确定的方位和俯仰角度关系。
[0033] 步骤3：将待标校光电设备安装于标校工装上；所述标校工装具有与待标校光电设备对外机械接口向对应的安装接口，且在标校工装上还刚性连接安装有平面反射镜；所述待标校光电设备的对外机械接口安装面上设置用于定位的圆柱销和菱形销各壹个，这样一种“一面两销”的对外接口可确保光电设备有且就有唯一的、精确的装机位置，保证了标校工装与待标校光电设备间亦建立出唯一确定的方位和俯仰角关系，而标校工装上还固定有高精度平面反射镜，可认为平面反射镜的方位和俯仰角与光电设备装机接口间也建立唯一确定的指向性关系。
[0034] 步骤4：将标校工装连同待标校光电设备架设于多自由度调节平台之上，并将多自由度调节平台置于经纬仪和平行光管的光路之间，打开经纬仪的指向激光使其落于工装的平面反射镜上，从而通过经纬仪能够观察到标校工装上安装的平面反射镜，通过待标校光电设备能够观察到平行光管点光源；
[0035] 步骤5：通过调节多自由度调节平台改变平面反射镜的空间位置，使经纬仪经过平面反射镜的自准像落到其瞄准十字线中心，然后锁定多自由度调节平台，使标校工装与经纬仪之间具有唯一、确定的方位和俯仰角度关系，经过转换，可认为光电设备的装机接口与平行光管间建立出唯一确定的方位和俯仰角度关系。
[0036] 步骤6：开启待标校光电设备，观察平行光管的点光源并成像；然后进入待标校光电设备的校正机轴模式，由待标校光电设备内部软件调节待标校光电设备机轴十字线的位置，在代表机轴的“十字线”与平行光管点光源的像重合后停止调节，将此位置保存为设备的机轴的起始零位，此时可认为机轴的起始零位与平行光管间建立出唯一确定的方位和俯仰角度关系，完成对这一台待标校光电设备的机轴标校工作。
[0037] 步骤7:更换同型号的下一台待标校光电设备，重复前述步骤3到步骤6，直至本批次所有同型号的光电设备均完成标校工作。经过上述标校操作，借助大口径平行光管的基准作用，本批次内同型号的所有光电设备的对外机械接口与机轴间将建立起唯一的、精确的一致性对应关系。
[0038] 此外同型号，不同批次的光电设备亦可借助本方法在同一个平行光管和标校工装的辅助下，实现与其他批次同型号光电设备一致的机轴指向。而同型号，返厂维修的光电设备亦可借助本方法在同一个平行光管和标校工装的辅助下，实现与新产品一致的机轴指向。
[0039] 在大口径平行光管或者标校工装发生破坏时，可选用已标校好的光电设备反向标校损坏部件，以使其恢复精度，保证后续的标校工作。
[0040] 本文所述大口径平行光管应有足够大的口径，可完全覆盖光电设备的成像窗口；同时，因其是本方法的精度基准，物理安放位置应稳定不动，避免移动；同时，平行光管的焦距应与光电设备机轴所需精度匹配，通常焦距越长，标校的精度越高。

[0041] 本文所述专用工装主要由结构框架和平面反射镜两部分组成，其中结构框架主要用于架设光电设备，因此其应具有对应的“一面两销”安装接口；平面反射镜主要用于间接标定结构框架乃至光电设备的空间位置，因此要求其与结构框架刚性连接，二者空间位置不得发生改变，此外，平面反射镜与结构框架的初始相对位置无特殊要求，原则上越接近光电设备的使用姿态，后期总装现场的机轴“现场调节量”越小，一旦确定好初始相对位置后应立即固连不得改变。
[0042] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

专利地区：陕西

专利申请日期：2019-07-15

专利公开日期：2021-11-16

专利公告号：CN201910637903.3