CN108195322A - 一种多波段多光轴平行性检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波段多光轴平行性检测系统，包括平行光管，平行光管的一侧安装有第一反射镜，平行光管的另一侧设置有出光孔，平行光管的底部设置有进光孔，进光孔外侧设置有滑动导轨，滑动导轨上安装有红外光源和可见光源，滑动导轨上方设置有转盘式靶板，转盘式靶板上环形排列有透射式框型分划板、透射式十字分划板和感光相纸，进光孔内侧设置有第二反射镜，出光孔的外侧设置有光轴平移器。本发明能够改进现有技术的不足，不受环境和天气条件影响，可以实现快速、精确的多光谱多轴检测。

Description

一种多波段多光轴平行性检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及武器观察瞄准校准技术领域，尤其是一种多波段多光轴平行性检测系统及其检测方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，武器系统的观察和瞄准窗口也呈现多轴和多光谱的趋势。以某型武器系统为例，包含了可见光观瞄轴、红外热像观瞄轴、激光测距机激光发射轴、电视跟踪轴等。这些轴线之间是否一致以及它与火力系统身管轴是否一致，直接影响着整个武器系统的打击效能。

因此，对武器系统的多光谱多轴平行性检校是一项重要的、经常性的工作。目前，常用方法是瞄准点法和检查靶法。但是，瞄准点法无法实现全天候、任意地理环境条件下检校；检查靶法无法实现快速、高精度检校。因此，急需研制一种多光谱多轴检校系统，能够在任何环境和天气条件下，实现快速、精确的多光谱多轴检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多波段多光轴平行性检测系统及其检测方法，能够解决现有技术的不足，不受环境和天气条件影响，可以实现快速、精确的多光谱多轴检测。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种多波段多光轴平行性检测系统，包括平行光管，平行光管的一侧安装有第一反射镜，平行光管的另一侧设置有出光孔，平行光管的底部设置有进光孔，进光孔外侧设置有滑动导轨，滑动导轨上安装有红外光源和可见光源，滑动导轨上方设置有转盘式靶板，转盘式靶板上环形排列有透射式框型分划板、透射式十字分划板和感光相纸，进光孔内侧设置有第二反射镜，出光孔的外侧设置有光轴平移器。

作为优选，所述平行光管为离轴抛物面反射式平行光管，第一反射镜为离轴抛物面反射镜，第二反射镜为平面反射镜。

作为优选，所述平行光管的有效孔径为100mm，平行光管的有效焦距为300mm。

作为优选，所述第一反射镜相对垂直方向的倾斜角度为1°～3°，第二反射镜相对水平方向的倾斜角度为45°～55°，第一反射镜和第二反射镜的水平距离为250mm，第二反射镜的直径为17mm。

作为优选，所述透射式框型分划板的最小格值为10′，每隔20′设置一框型分划，水平和垂直分划范围均为-120′～﹢120′，10′格值对应的刻线间隔尺寸为0.873mm，透射式框型分划板的直径为21.825mm，刻线宽度为0.06mm。

作为优选，所述透射式十字分划板的刻线宽度为0.06mm，中心小孔直径为0.15mm，透射式十字分划板的直径为21.825mm。

作为优选，所述可见光源为LED矩阵灯珠。

作为优选，所述红外光源包括聚光镜，聚光镜的焦点上设置有白炽钨丝灯，白炽钨丝灯的后方设置有挡板。

作为优选，所述光轴平移器包括两组相互平行的反射器，每个反射器包括两个反射板，同组两个反射板的间距为200mm。

一种上述多波段多光轴平行性检测系统的检测方法，包括以下步骤：

A、将被测系统架设在光轴平移器前的工作台上，利用外接设备将被检系统红外、可见光及其他视频信号送至计算机处理与显示单元；

B、打开可见光源，调整转盘靶板将透射式框型分划板引入到平行光管光路中；调整被检测系统位置，通过视频观察，使被检系统可见光十字分划中心位于透射式框型分划板中心附近，以框型分划为基准，记录此时被测系统可见光分划中心在框型分划中的位置（），以及两个分划间的刻度格值比例系数，可见光分划板最小格值为，则它与框型分划之间的刻度格值比例系数为：；

C、利用光轴平移器，将红外热像光轴导入到平行光管中；打开红外光源，移动滑动导轨将红外光源置于透射式框型分划板后面，提供红外照明；利用被测系统红外通道观察透射式框型分划板图像，以框型分划为基准，记录此时被测系统红外分划中心在框型分划中的位置（），由此可解算出可见光光轴与红外光轴之间的平行性偏差：

（1）；

D、利用光轴平移器，将激光发射光轴导入到平行光管中；转动转盘靶板，将感光相纸置于平行光管的靶面上；被测系统发射激光，在感光相纸上形成烧灼光斑；利用被测系统可见光通道观察光斑图像，记录光斑中心在被测系统分划板上对应的读数（），将其转化为框型分划刻度值（），解算出激光发射光轴与可见光光轴在X、Y两个方向上的平行性偏差，

（10） 。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明设计的检测系统可用于激光光轴、可见光光轴、红外光轴0.4μm~14μm宽光谱范围内多个波段、多个光轴的平行性检测，可在0mm-500mm大跨度范围内进行光轴的平移和平行度测量，检测精度＜1′，可完全满足绝大多数光电设备的检测需求。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中转盘式靶板的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中红外光源的结构图。

图中：1、平行光管；2、第一反射镜；3、进光孔；4、出光孔；5、滑动导轨；6、红外光源；7、可见光源；8、第二反射镜；9、转盘式靶板；10、光轴平移器；11、透射式框型分划板；12、透射式十字分划板；13、感光相纸；14、聚光镜；15、白炽钨丝灯；16、挡板；17、反射板。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1-3，本发明一个具体实施方式包括平行光管1，平行光管1的一侧安装有第一反射镜2，平行光管1的另一侧设置有出光孔4，平行光管1的底部设置有进光孔3，进光孔3外侧设置有滑动导轨5，滑动导轨5上安装有红外光源6和可见光源7，滑动导轨5上方设置有转盘式靶板9，转盘式靶板上环形排列有透射式框型分划板11、透射式十字分划板12和感光相纸13，进光孔3内侧设置有第二反射镜8，出光孔4的外侧设置有光轴平移器10。

离轴抛物面反射式平行光管将转盘式靶板上不同波段（可见光、红外）的目标准直为平行光，为被测系统提供无穷远目标。将被测系统激光发射通道入射的平行激光会聚到装盘式靶板的相纸上，形成激光光斑。

光轴平移器由两个斜方反射镜组以铰链式实现，通过光轴平移器可以实现较大范围内光轴的平移。

平面反射镜用于将来自离轴抛物面反射镜进行折转，使光线会聚到离轴抛物面反射镜的焦平面上；用于将来自转盘式靶板的光线进行折转，使光线经离轴抛物面反射镜后以平行光出射。

转盘式靶板位于离轴抛物面反射镜焦平面上，“框型”分划板、“小孔”分划板和感光相纸采用旋转进入光路的方式进入光路中，且分划中心与焦点重合，其中“框型”分划板为透射式分划板。

红外光源和可见光光源位于滑动导轨上，通过平移，可为分划板提供红外照明或可见光照明，进而提供红外框型分划、可见光框型分划、红外小孔分划、可见光小孔分划。

离轴抛物面反射式结构避免了透射结构较难设计成多光谱形式的问题，克服了共轴式反射式中心遮挡不利于系统检测的缺点，无色差，反射膜镀铝的情况下可完美的提供自紫外到红外的多光谱无穷远目标，具有体积小、质量轻、成本低的优点，符合系统要求，所以选择离轴抛物面反射式平行光管。

离轴抛物面反射式平行光管的孔径大小应当与被测系统光学孔径相匹配。综合考虑当前大多数多光轴光电仪器的孔径大小，确定离轴抛物面反射式平行光管有效孔径为100mm。

有效焦距直接影响平行光管的准直精度，从实用角度来讲，准直精度≤12″便能满足多光轴平行性检测要求。

当平行光管物镜的轴上安装误差为时，根据光学成像理论，有效焦距、有效孔径、准直精度和安装误差之间满足关系：

（3）

以现有机加水平，安装误差可控制在0.05mm以内，远小于焦距，为此将上式化简：

（4）

由此可得：

（5）

为此，平行光光管有效焦距取300mm。

为尽量较少次镜对光线的遮挡，主镜相对垂直方向倾斜1°~3°放置，次镜相对水平方向倾斜45°~55°放置，通过调整主次镜放置方向，使入射光线折转90°后会聚到转盘式靶板上。

为尽可能减小次镜尺寸，设定主次镜水平距离为250mm，由此可得出次镜尺寸为：

（5）

代入数值可求得：，根据上限值并考虑冗余量，确定次镜尺寸为17mm。

在转盘式靶板上，放置由透射式框型分划板、透射式十字分划板和感光相纸三个靶标。

透射式框型分划板可提供精准的平行性误差偏角，其最小格值为10′，每隔20′设置一框型分划，水平和垂直分划范围均为-120′~﹢120′。

分划板采用透射式设计方案。根据几何光学理论，对于焦距=300mm的平行光管，10′格值对应的刻线间隔尺寸为：

（6）

分划板直径为：

（7）

为保证刻线像与被测系统分划板刻线宽度（通常为0.01mm）相当，对分划板刻线宽度需要有一定限制。

假设分划板刻线宽度为，则刻线相对于被测系统的张角为：

（9）

经过焦距为的被测系统物镜后，刻线在被测系统分划板上的成像宽度为：

（10）

取被测系统物镜焦距=50mm，=50mm，=0.01mm，代入上式，得框型分划板的刻线宽度为：=0.06mm。

透射式十字分划板主要用于提供十字和中心小孔像，刻线宽度为0.06mm，中心小孔直径为φ=0.15mm，分划板直径为φ=21.825mm。

在检测激光光轴平行性时，通过转动转盘方式将感光相纸旋至平行光管焦平面上，发射激光，在感光相纸上烧蚀出激光光斑，进而用于平行性检测。

针对不同光谱波段的观测/瞄准系统，在转盘式靶板后安装有可见光照明光源和黑体光源，与不同分划组合提供多种靶标：

（1）可见光照明光源与透射式框型分划板组合：提供可见光框型分划板靶标。

（2）可见光照明光源与透射式十字分划板组合：提供可见光十字、小孔分划板靶标。

（3）可见光照明光源与感光相纸组合：为烧蚀后的感光相纸提供照明，便于观察判断激光光斑位置。

（4）黑体光源与透射式框型分划板组合：提供红外框型分划板靶标。

（5）黑体光源与透射式十字分划板组合：提供红外十字、小孔分划板靶标。

根据分划板直径大小，可见光光源和黑体光源均需选用面阵不小于23mm×23mm的面型背光源。

黑体光源可提供红外照明，利用功率可控的白炽钨丝灯来实现。白炽钨丝灯位于聚光镜前焦点附近，聚光镜直径大于230mm，钨丝灯发出的光经聚光镜反射后转换为平行光，提供红外照明。在白炽钨丝灯后面设置一挡板，以避免照明光源出现中间亮边缘暗的现象出现。

考虑多光谱光轴的检测需求，光轴平移器采用两个斜方反射镜来实现，采用两块相互平行的平面反射镜实现光轴平移。考虑到大跨度多光谱多轴间的平行测试需求，单个光轴平移器跨度为200mm，如此可实现0mm~500mm跨度范围内的多光轴平行性检测。

一种上述多波段多光轴平行性检测系统的检测方法，包括以下步骤：

A、将被测系统架设在光轴平移器10前的工作台上，利用外接设备将被检系统红外、可见光及其他视频信号送至计算机处理与显示单元；

B、打开可见光源7，调整转盘靶板9将透射式框型分划板11引入到平行光管1光路中；调整被检测系统位置，通过视频观察，使被检系统可见光十字分划中心位于透射式框型分划板11中心附近，以框型分划为基准，记录此时被测系统可见光分划中心在框型分划中的位置（），以及两个分划间的刻度格值比例系数，可见光分划板最小格值为，则它与框型分划之间的刻度格值比例系数为：；

C、利用光轴平移器10，将红外热像光轴导入到平行光管1中；打开红外光源6，移动滑动导轨5将红外光源6置于透射式框型分划板11后面，提供红外照明；利用被测系统红外通道观察透射式框型分划板11图像，以框型分划为基准，记录此时被测系统红外分划中心在框型分划中的位置（），由此可解算出可见光光轴与红外光轴之间的平行性偏差：

（1）；

D、利用光轴平移器10，将激光发射光轴导入到平行光管1中；转动转盘靶板9，将感光相纸13置于平行光管1的靶面上；被测系统发射激光，在感光相纸13上形成烧灼光斑；利用被测系统可见光通道观察光斑图像，记录光斑中心在被测系统分划板上对应的读数（），将其转化为框型分划刻度值（），解算出激光发射光轴与可见光光轴在X、Y两个方向上的平行性偏差，

（2）。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种多波段多光轴平行性检测系统，其特征在于：包括平行光管（1），平行光管（1）的一侧安装有第一反射镜（2），平行光管（1）的另一侧设置有出光孔（4），平行光管（1）的底部设置有进光孔（3），进光孔（3）外侧设置有滑动导轨（5），滑动导轨（5）上安装有红外光源（6）和可见光源（7），滑动导轨（5）上方设置有转盘式靶板（9），转盘式靶板（9）上环形排列有透射式框型分划板（11）、透射式十字分划板（12）和感光相纸（13），进光孔（3）内侧设置有第二反射镜（8），出光孔（4）的外侧设置有光轴平移器（10）。

2.根据权利要求1所述的多波段多光轴平行性检测系统，其特征在于：所述平行光管（1）为离轴抛物面反射式平行光管，第一反射镜（2）为离轴抛物面反射镜，第二反射镜（8）为平面反射镜。

3.根据权利要求1所述的多波段多光轴平行性检测系统，其特征在于：所述平行光管（1）的有效孔径为100mm，平行光管（1）的有效焦距为300mm。

4.根据权利要求1所述的多波段多光轴平行性检测系统，其特征在于：所述第一反射镜（2）相对垂直方向的倾斜角度为1°～3°，第二反射镜（8）相对水平方向的倾斜角度为45°～55°，第一反射镜（2）和第二反射镜（8）的水平距离为250mm，第二反射镜（8）的直径为17mm。

5.根据权利要求1所述的多波段多光轴平行性检测系统，其特征在于：所述透射式框型分划板（11）的最小格值为10′，每隔20′设置一框型分划，水平和垂直分划范围均为-120′～﹢120′，10′格值对应的刻线间隔尺寸为0.873mm，透射式框型分划板（11）的直径为21.825mm，刻线宽度为0.06mm。

6.根据权利要求1所述的多波段多光轴平行性检测系统，其特征在于：所述透射式十字分划板（12）的刻线宽度为0.06mm，中心小孔直径为0.15mm，透射式十字分划板（12）的直径为21.825mm。

7.根据权利要求1所述的多波段多光轴平行性检测系统，其特征在于：所述可见光源（7）为LED矩阵灯珠。

8.根据权利要求1所述的多波段多光轴平行性检测系统，其特征在于：所述红外光源（6）包括聚光镜（14），聚光镜（14）的焦点上设置有白炽钨丝灯（15），白炽钨丝灯（15）的后方设置有挡板（16）。

9.根据权利要求1所述的多波段多光轴平行性检测系统，其特征在于：所述光轴平移器（10）包括两组相互平行的反射器，每个反射器包括两个反射板（17），同组两个反射板（17）的间距为200mm。

10.一种权利要求1-9任意一项所述多波段多光轴平行性检测系统的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

A、将被测系统架设在光轴平移器（10）前的工作台上，利用外接设备将被检系统红外、可见光及其他视频信号送至计算机处理与显示单元；

B、打开可见光源（7），调整转盘靶板（9）将透射式框型分划板（11）引入到平行光管（1）光路中；调整被检测系统位置，通过视频观察，使被检系统可见光十字分划中心位于透射式框型分划板（11）中心附近，以框型分划为基准，记录此时被测系统可见光分划中心在框型分划中的位置（），以及两个分划间的刻度格值比例系数，可见光分划板最小格值为，则它与框型分划之间的刻度格值比例系数为：；

C、利用光轴平移器（10），将红外热像光轴导入到平行光管（1）中；打开红外光源（6），移动滑动导轨（5）将红外光源（6）置于透射式框型分划板（11）后面，提供红外照明；利用被测系统红外通道观察透射式框型分划板（11）图像，以框型分划为基准，记录此时被测系统红外分划中心在框型分划中的位置（），由此可解算出可见光光轴与红外光轴之间的平行性偏差：

（1）；

D、利用光轴平移器（10），将激光发射光轴导入到平行光管（1）中；转动转盘靶板（9），将感光相纸（13）置于平行光管（1）的靶面上；被测系统发射激光，在感光相纸（13）上形成烧灼光斑；利用被测系统可见光通道观察光斑图像，记录光斑中心在被测系统分划板上对应的读数（），将其转化为框型分划刻度值（），解算出激光发射光轴与可见光光轴在X、Y两个方向上的平行性偏差，

（2）。