CN104296693B - 精密轴系正交性的检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精密轴系正交性的检测系统及方法，检测系统包括四维可调分划板、电视内调焦自准直仪和检测平台，四维可调分划板安装到待检测精密正交轴系俯仰部件的转动环节上，检测平台上用于支撑待检测精密正交轴系，电视内调焦自准直仪用于与四维可调分划板自准和瞄准来检测轴系正交性；本发明检测过程中不借助工艺孔中心来模拟轴线，而是在一轴系的转动环节上安装四维可调分划板，调节分划板的镜面与轴线垂直，分划中心在轴线上，用分划板中心来模拟轴线，克服了现有技术的局限性和缺陷，一次调整完成后，可以同时得出垂直度和相交度偏差，本发明基于光学原理检测精度高、效率高、方法简单，对轴承套上的工艺孔加工精度没有要求，便于实施。
Description
技术领域
本发明属于精密机械正交轴系检测技术领域，涉及一种精密轴系正交性的检测系统及方法。
背景技术
随着光电系统综合技术的不断发展，高精度稳瞄技术和高精度传动系统已成为现阶段发展的必然趋势，为保证光电系统准确地捕获、瞄准和跟踪目标，对精密正交轴系的正交性均提出了很高的指标要求。
申请号为201010241206.5的中国专利申请“一种正交轴系的垂直度和位置度的检测方法”公开了一种检测精密正交轴系正交性的检测方法，但使用范围有要求，仅适用于其中一轴系为两个半轴部件构成的结构，且两个半轴部件的轴承套设计工艺孔，与轴承安装轴面的同轴度不大于￠0.01，检测正交轴系的相交度时，用工艺孔的中心来模拟轴线的位置，所以工艺孔同轴度的加工精度将直接影响正交轴系相交度的检测精度。现有的检测方法对轴承套上的工艺孔加工精度要求很高，增加了加工难度及加工成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种精密轴系正交性的检测系统及方法，以解决精密轴系正交性的检测对轴承套上的工艺孔加工精度要求很高而增加了加工难度及加工成本的问题。
为实现上述目的，本发明的精密轴系正交性的检测系统技术方案如下：该检测系统包括四维可调分划板、电视内调焦自准直仪和检测平台，所述四维可调分划板安装到待检测精密正交轴系俯仰部件的转动环节上，检测平台上用于支撑待检测精密正交轴系，所述电视内调焦自准直仪用于与四维可调分划板自准和瞄准来检测轴系正交性。
进一步的，检测系统还包括照明设备，用于照亮四维可调分划板。
进一步的，所述四维可调分划板通过转接板固设于待检测精密正交轴系的一轴线的转动环节上。
本发明的精密轴系正交性的检测方法技术方案如下：该方法用于由方位部件和俯仰部件构成的正交轴系，方位部件形成正交轴系的方位轴线，俯仰部件形成正交轴系的俯仰轴线，检测方法的步骤如下：
(1)在俯仰部件的转动环节上安装四维可调分划板，并调整四维可调分划板镜面与俯仰轴线垂直；
(2)照亮四维可调分划板，然后对电视内调焦自准直仪调焦，使四维可调分划板的分划像清晰，四维可调分划板绕俯仰轴线旋转，则分划像绕俯仰轴线画圆，调整四维可调分划板的水平和竖直方向位移，使得分划像绕俯仰轴线的画圆量最小，此时四维可调分划板的分划中心在俯仰轴线上，以模拟俯仰轴线；
(3)调整电视内调焦自准直仪在水平和竖直方向上的位移，使得分划像位于电视内调焦自准直仪的中间零位；
(4)将电视内调焦自准直仪调焦到无穷远，向四维可调分划板发出平行光，调整电视内调焦自准直仪的方位、俯仰角度使得电视内调焦自准直仪与四维可调分划板自准；
(5)俯仰部件绕方位轴线旋转180°，四维可调分划板的另一镜面在电视内调焦自准直仪中的俯仰线重合，测量方位线的变化量，计算得出正交轴系的垂直度偏差；
(6)电视内调焦自准直仪调焦使分划像清晰，测量分划像俯仰线的变化量和读取此时工作距倍率，计算得出正交轴系的相交度，完成精密轴系正交性的检测。
进一步的，所述步骤(1)中调整四维可调分划板镜面与俯仰轴线垂直的过程是：将电视内调焦自准直仪调焦到无穷远，向四维可调分划板发出平行光，调节四维可调分划板的方位、俯仰角度，使电视内调焦自准直仪通过四维可调分划板镜面的自准直像绕俯仰轴线的画圆量最小，此时四维可调分划板镜面与俯仰轴线垂直。
本发明的精密轴系正交性的检测系统及方法在检测过程中不借助工艺孔中心来模拟轴线，而是在一轴系的转动环节上安装四维可调分划板，调节四维可调分划板的镜面与轴线垂直，分划中心在轴线上，用四维可调分划板中心来模拟轴线，克服了现有技术的局限性和缺陷，一次调整完成后，可以同时得出垂直度和相交度偏差，本发明基 于光学原理检测精度高、效率高、方法简单，对轴承套上的工艺孔加工精度没有要求，便于实施。
附图说明
图1是本发明实施例的电视内调焦自准直仪光学系统图；
图2是本发明实施例的电视内调焦自准直仪外形图；
图3是四维可调分划板结构图；
图4是图3的A-A剖视图；
图5是图3的B-B剖视图；
图6是实施例的待测正交轴系部件结构图；
图7是图6的A-A剖视图；
图8是实施例的俯仰轴转接板结构图。
图中各标示的含义如下：11，固定物镜；12，调焦物镜；13，照明设备；14，分划板；15，分光镜；16，反射镜；17，目镜分划板；18，CCD；21，平移底座；22，固定框；23，调节螺钉；24，平移调节台；25，角度调节台；26，四维可调分划板；27，连接螺钉；51，方位上半轴部件；52，俯仰轴部件；53，方位下半轴部件；54，下半轴部件的成对轴承；55，俯仰轴成对轴承；56，上半轴部件的成对轴承；57，转接板安装螺钉孔。
具体实施方式
如图5、6所示，待检测精密正交轴系设于检测平台上，四维可调分划板通过转接板安装到待检测精密正交轴系俯仰部件的转动环 节上，电视内调焦自准直仪置于四维可调分划板正前方，用于自准和瞄准分划板。
如图1、2所示，电视内调焦自准直仪由内调焦光学系统，CCD图像传感器成像系统、操作控制系统安装座等组成。面板操作说明：“切换”操作执行限位、X和Y转换；“照明”操作调节LED照明亮度，共5级亮度调节；“复位”在限位时调节工作距到平行光位置，X和Y操作时用于清零；“←、→”用于正、负工作距调节。图1中11表示固定物镜；12表示调焦物镜；13表示照明设备；14表示分划板；15表示分光镜；16表示反射镜；17表示目镜分划板；18表示CCD。
仪器参数：调焦物镜焦距f′*＝203.265mm(出射平行光位置)；焦距变化f′＝101.9～351.4mm；测量范围－∞～-420mm、+300mm～∞；有效孔径Ф25mm；附加物镜焦距f′＝312.6mm、312.1mm、208.1mm、103.8mm、51.3mm、-103.8mm、-208.1mm、-312.1mm；CCD探测器1/3″；调焦直线度≤0.03mm/1000mm。
如图3、4、5所示的四维可调分划板是双面反射镜，水平和竖直移动调节利用平移底座21和平移调节台24两个配磨平面之间的相对移动，调节下层滚花螺钉实现；方位、俯仰角度调节利用半径相同的凸凹球面之间的相对运动，球面半径为SR100,调节上层滚花螺钉实现。角度和位移调节环节相互独立，不会相互影响。图中21表示平移底座；22表示固定框；23表示调节螺钉；24表示平移调节台；25表示角度调节台；26表示四维可调分划板；27表示连接螺钉。
参数：水平和竖直移动范围±5mm，方位俯仰角度调节范围±2°，四维可调分划板两工作面的平行度≤0.6μm,平面度≤0.03μm。
正交轴系部件结构图如图6、7所示，方位上半轴部件51和方位下半轴部件53形成了正交轴系的方位轴线Ⅱ—Ⅱ，俯仰部件52形成了正交轴系的俯仰轴线Ⅰ—Ⅰ，俯仰轴内有光路通孔。图7中51表示方位上半轴部件；52表示俯仰轴部件；53表示方位下半轴部件；54表示下半轴部件的成对轴承；55表示俯仰轴成对轴承；56表示上半轴部件的成对轴承；57表示转接板安装螺钉孔。俯仰轴转接板通过螺钉连接到图7中的俯仰轴系上。
实施例技术指标为：方位轴与俯仰轴的垂直度误差不大于20″，相交度误差不大于0.05。
如图8所示，可得到俯仰轴转接板结构图。
采用上述的精密轴系正交性的检测系统进行精密轴系正交性的检测的方法步骤如下：
(1)在装配平台，把实施例的正交轴系部件的方位上半轴部件和方位下半轴部件用螺钉固定到检测支架上，双面四维可调分划板与转接板通过M30×1的内外的螺纹连接一起，然后用螺钉把转接板连接到俯仰轴部件上，安装螺钉孔见图7，俯仰轴绕方位轴旋转到与平台平行，锁定方位轴，该方法中所述的双面四维可调分划板与前述的四维可调分划板相同，只是为了强调四维可调分划板是双面反射镜；
(2)电视内调焦自准直仪与双面四维可调分划板对准，电视内调焦自准直仪调焦到9999(无穷远)出平行光，通过双面四 维可调分划板的角度调节螺钉来调节分划板的方位、俯仰角度，使电视内调焦自准直仪中的自准直像绕俯仰轴线Ⅰ—Ⅰ的画圆量最小为2″。
(3)用照明台灯照亮双面四维可调分划板，然后对电视内调焦自准直仪调焦，使双面四维可调分划板的分划像清晰，此时工作距为401；分划像绕俯仰轴线Ⅰ—Ⅰ画圆，通过双面四维可调分划板的位移调节螺钉，来调节双面四维可调分划板的水平和竖直方向上的位移，使得分划像绕轴线Ⅰ—Ⅰ的画圆量最小为0.01；
(4)步骤1、2调整完成后，调节电视内调焦自准直仪安装座上的水平和竖直调节机构，来调整电视内调焦自准直仪的水平和竖直方向上的位移，使得分划像位于电视内调焦自准直仪的中间零位；
(5)步骤4调整完成后，重新把电视内调焦自准直仪调焦到9999出平行光，调节自准直仪安装座上方位、俯仰调节机构，来调整电视内调焦自准直仪的方位、俯仰角度使得自准直仪与四维可调分划板自准；
(6)步骤3，4完成后，电视内调焦自准直仪的位置固定，作为基准，不许再改变位置。
(7)轴系1带着双面四维可调分划板绕方位轴线Ⅱ—Ⅱ旋转180°，旋转后，双面四维可调分划板的另一镜面在电视内调焦自准直仪中的俯仰线重合，测量方位线的角偏值为30″，计算得出正交轴系的垂直度偏差为30″/2＝15″，满足指标要求；
(8)电视内调焦自准直仪调焦使分划像清晰，此时工作距为554，测量分划像俯仰线的偏离量H＝0.06和读取此时工作距倍率β＝1.04，计算得出正交轴系的相交度偏差为H/2β＝0.06/2.08＝0.029，满足指标要求。
Claims (2)
1.一种精密轴系正交性的检测方法，该方法用于由方位部件和俯仰部件构成的正交轴系，方位部件形成正交轴系的方位轴线，俯仰部件形成正交轴系的俯仰轴线，其特征在于，检测方法的步骤如下：
(1)在俯仰部件的转动环节上安装四维可调分划板，并调整四维可调分划板镜面与俯仰轴线垂直；
(2)照亮四维可调分划板，然后对电视内调焦自准直仪调焦，使四维可调分划板的分划像清晰，四维可调分划板绕俯仰轴线旋转，则分划像绕俯仰轴线画圆，调整四维可调分划板的水平和竖直方向位移，使得分划像绕俯仰轴线的画圆量最小，此时四维可调分划板的分划中心在俯仰轴线上，以模拟俯仰轴线；
(3)调整电视内调焦自准直仪在水平和竖直方向上的位移，使得分划像位于电视内调焦自准直仪的中间零位；
(4)将电视内调焦自准直仪调焦到无穷远，向四维可调分划板发出平行光，调整电视内调焦自准直仪的方位、俯仰角度使得电视内调焦自准直仪与四维可调分划板自准；
(5)俯仰部件绕方位轴线旋转180°，四维可调分划板的另一镜面在电视内调焦自准直仪中的俯仰线重合，测量方位线的变化量，计算得出正交轴系的垂直度偏差；
(6)电视内调焦自准直仪调焦使分划像清晰，测量分划像俯仰线的变化量和读取此时工作距倍率，计算得出正交轴系的相交度，完成精密轴系正交性的检测。
2.根据权利要求1所述的精密轴系正交性的检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中调整四维可调分划板镜面与俯仰轴线垂直的过程是：将电视内调焦自准直仪调焦到无穷远，向四维可调分划板发出平行光，调节四维可调分划板的方位、俯仰角度，使电视内调焦自准直仪通过四维可调分划板镜面的自准直像绕俯仰轴线的画圆量最小，此时四维可调分划板镜面与俯仰轴线垂直。
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