光轴一致性标校方法及标校系统

技术领域

本发明涉及光电设备检校领域，尤其是涉及一种光轴一致性标校方法及标校系统。

背景技术

随着光电科技的发展，光电设备在各领域得到了广泛应用，光轴一致性作为一项重要的性能指标参数，光电设备安装调试的时候，一项重要的基础工作就是光轴标校，标校时通常采用专用调校仪器，这些仪器精度高，但价格昂贵，体积笨重，不便移动安装和野外使用，在安装现场不具备条件的情况下，往往采用有限远距离的合作目标作为标校基准，相对于专用标校仪器提供的无限远距离目标调校结果，其误差大，且合作目标不易获得，使用也不方便。

现有的与本方法类似的光轴标校的方案为：

采用平面反射镜、十字靶板和高精度自准直经纬仪等组合成调校仪器进行光轴标校；

配备多个平行光管、光源、棱镜和反射镜等组成调校仪器进行光轴标校。

以上标校方法主要对应有以下不足：

1）第一种方法仪器本身需要安装联调，需要经过复杂的运算才能得出测量结果，且一次只能标校一个方向，效率低；

2）第二种方法，仪器组成复杂，棱镜、反射镜加工难度大，成本高，使用前仪器自身也要经过复杂的调校，仪器的调校精度影响标校结果；

3）上述两种标校方法通用性差，使用范围受限，且需制作复杂的专用零部件。

发明内容

本发明提供了一种光轴一致性标校方法及标校系统，解决了待安装光电设备相对于已知基准的平行安装问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种光轴一致性标校方法，

a.将第一校对目标物件和第二校对目标物件分别置于模拟目标轴线两端；

b.用第一经纬仪瞄准第一校对目标物件和第二校对目标物件的端部，使第一校对目标物件和第二校对目标物件的端部同时成像于第一经纬仪的十字分划线中心；

c.将第二经纬仪置于第一经纬仪靠近待安装设备的的一侧，将第一经纬仪水平旋转九十度，调整第二经纬仪的位置，使得透过目镜观察时第二经纬仪的十字分划线与第一经纬仪的十字分划线重合；

d.以第二经纬仪为基准调整待安装设备的位置，使待安装设备光轴与模拟目标轴线平行。

优选的方案中，包括直接观测标校法：

步骤b中，第一经纬仪瞄准第一校对目标物件和第二校对目标物件的端部时记录第一经纬仪相对于水平线的夹角，记为θ；

步骤d中，第二经纬仪水平旋转九十度以朝向待安装设备的方位；

第二经纬仪的俯仰角向水平的方向调整两倍的θ值；

待安装设备瞄准第二经纬仪，使得待安装设备的十字分划线与第二经纬仪的十字分划线重合。

优选的方案中，包括间接观测标校法：

步骤d中，在第二经纬仪远离待安装设备的一侧设置平行光管；

第二经纬仪水平旋转九十度以朝向平行光管的方位；

调整平行光管的位置和朝向平行光管的十字分划线与第二经纬仪的十字分划线重合；

将第二经纬仪撤下，调整待安装设备的位置和朝向平行光管的十字分划线与待安装设备的十字分划线重合。

优选的方案中，还包括步骤e：

在待安装设备一侧设置校准核验装置，校准核验装置设有可滑动的刻度板，调整刻度板的滑动方向与模拟目标轴线平行，驱动刻度板移动，通过待安装设备观察刻度板，若待安装设备的十字分化线在刻度板上的位置始终不变，说明待安装设备光轴与模拟目标轴线光轴已经调节一致。

一种光轴一致性标校系统，包括第一校对目标物件、第二校对目标物件和第一经纬仪，第一校对目标物件和第二校对目标物件设在模拟目标轴线上，第一经纬仪设在第一校对目标物件和第二校对目标物件连线方向上，还包括第二经纬仪，第二经纬仪设在第一经纬仪一侧，第一经纬仪于第二经纬仪的连线与模拟目标轴线垂直，第二经纬仪用于调整待安装设备光轴。

优选的方案中，还包括平行光管，平行光管设在第二经纬仪与待安装设备的连线上，平行光管的十字分划线面积大于第二经纬仪的十字分划线。

优选的方案中，还包括校准核验装置，校准核验装置包括基架，基架上设有可滑动的刻度板。

优选的方案中，基架为U型结构，基架下端设有至少两个滑动支板，滑动支板与基架滑动连接，各滑动支板一端设有套块，第一校对目标物件或第二校对目标物件设在套块内，第一校对目标物件和第二校对目标物件与套块滑动套接。

优选的方案中，还设有导杆座，导杆座一端与刻度板连接，导杆座另一端设有导杆，导杆与基架滑动连接，基架设有第三锁紧旋钮和第四锁紧旋钮，第三锁紧旋钮端部顶紧导杆，第四锁紧旋钮端部顶紧滑动支板，套块上设有第一锁紧旋钮，第一锁紧旋钮端部顶紧第一校对目标物件或第二校对目标物件。

优选的方案中，刻度板上设有至少两个滑槽，刻度板远离基架的一侧两端设有扩展刻度板，刻度板另一侧设有可转动的齿轮，齿轮两侧设有齿条，齿轮与齿条啮合，各齿条卡在滑槽中滑动，各齿条与各扩展刻度板连接。

本发明的有益效果为：利用简单、通用的仪器组合即可快捷实现光电设备的光轴标校，操作过程简单，结果直观，节约了时间和成本，且不受场所、安装位置等环境条件限制，对大、中、小和微型光电设备皆适用，通用性好；应用领域广，可对单路或多组光电设备的光轴一致性快速进行标校和测试；能将任意位置、任意方向的基准准确地传递给光电设备，满足光电设备光轴与既有基准一致性要求；采用两点法快速模拟目标轴线，将光轴标校的概念延伸到非光学领域，极大地提升了适应性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的步骤示意正视图一。

图2是本发明的示意俯视图一。

图3是本发明的步骤示意正视图二。

图4是本发明的示意俯视图二。

图5是本发明的步骤示意正视图三。

图6是本发明的示意俯视图三。

图7是本发明的步骤示意正视图四。

图8是本发明的示意俯视图四。

图9是本发明的步骤示意正视图五。

图10是经纬仪望远系统部分光学原理图。

图11是平行光管光学原理图。

图12是十字分划线示意图。

图13是本发明的校准核验装置光轴核验姿态图。

图14是本发明的校准核验装置侧视图。

图15是本发明的校准核验装置结构图。

图16是本发明的校准核验装置后侧结构图。

图17是本发明的校准核验装置光轴校准姿态图。

图18是本发明的套块处放大图。

图中：第一经纬仪1；第一经纬仪光轴101；第一俯仰锁紧螺钉102；第一水平方位锁紧螺钉103；第二经纬仪2；第二经纬仪光轴201；第二俯仰锁紧螺钉202；平行光管3；平行光管光轴301；第一校对目标物件4；第一尖端401；第二校对目标物件5；第二尖端501；待安装设备6；待安装设备光轴601；安装基体7；模拟目标轴线701；目标光电设备8；目标光电设备光轴801；校准核验装置9；刻度板901；扩展刻度板902；基架903；导杆904；滑动支板905；支撑脚906；导杆座907；滑槽908；齿条909；齿轮910；套块911；贯穿槽912；后壳913；拉杆10；第一锁紧旋钮11；第二锁紧旋钮12；第三锁紧旋钮13；第四锁紧旋钮14。

具体实施方式

如图1-2，安装基体7上一般已经存在现有的目标光电设备8，目标光电设备光轴801方向是已经确定的，还有一种情况是目标光电设备8不存在，但是安装基体7会存在一个安装基准，一般是安装基体7或其他物体的已知直线棱边，在安装基体7上需要新增待安装设备6，待安装设备光轴601需要与目标光电设备光轴801平行。在此背景下，待安装设备6的光轴标校方法如下：

a.如图2，获取目标光轴基准，分三种情况：第一种，在目标光电设备8存在但其焦距较小时，第一校对目标物件4和第二校对目标物件5分别置于目标光电设备8前方，两个校对目标物件的尖端连线与目标光电设备8的十字分划线重合，此时该连线即为目标光电设备光轴801，也就是模拟目标轴线701；第二种，在目标光电设备8存在但其焦距较大，可直接透过第二经纬仪1的物镜看到分划板上的十字分划线，此时用第一经纬仪1瞄准目标光电设备8，使得第一经纬仪1十字分划线中心与目标光电设备8十字分划线中心重合；第三种，当目标光电设备8不存在，第一校对目标物件4和第二校对目标物件5分别置于已知的基准物体的两端，尖端连线与已知物体直线棱边重合，模拟目标轴线701即被确定；将第一校对目标物件4和第二校对目标物件5分别置于模拟目标轴线701两端；

b.如图3-4，用第一经纬仪1瞄准第一校对目标物件4和第二校对目标物件5的端部，使第一校对目标物件4和第二校对目标物件5的端部同时成像于第一经纬仪1的十字分划线中心；此过程需要调整第一经纬仪1高度、俯仰角、水平位置，第一经纬仪1需要带有三脚架并且具有角度调整功能，具体需要调整第一经纬仪1的高度，调校第一经纬仪1的水平位置，用第一经纬仪1分别瞄准第一校对目标物件4尖端401和第二校对目标物件5尖端501，并使两尖端均成像于第一经纬仪1十字分划线中心，锁紧第一经纬仪1第一俯仰锁紧螺钉102，记下第一经纬仪1俯仰角θ

c.如图5-6，将第一经纬仪1水平旋转90º，朝向待安装设备6安装的方向，锁紧第一经纬仪1第一方位锁紧螺钉103，将第二经纬仪2置于将要安装的待安装设备6前端，调整第二经纬仪2的位置并调校水平，以第一经纬仪1十字分划线为基准，调整第二经纬仪2至第二经纬仪2十字分划线与第一经纬仪1十字分划线重合，即第一经纬仪光轴101和第二经纬仪光轴201重合，锁紧第二经纬仪2第二俯仰锁紧螺钉202，记录第二经纬仪2的俯仰值θ

d.以第二经纬仪2为基准调整待安装设备6的位置，使待安装设备光轴601与模拟目标轴线701平行；分为两种情况，第一种如图5-6，待安装设备6为长焦镜头，长焦镜头成像较大较近，可直接透过第二经纬仪2的物镜看到分划板上的十字分划线，将第二经纬仪2水平旋转90º朝向待安装设备6，第二经纬仪2的俯仰角向水平的方向调整两倍的θ值，例如，第二经纬仪2为低头θ值，先将第二经纬仪2调整至水平，再将第二经纬仪2抬头至θ值，然后，待安装设备6瞄准第二经纬仪2并调整角度、高度值，使得二者十字分划线在观察方向上重合；另一种情况是，待安装设备6为短焦镜头，成像视野较广、较小，由于一般的经纬仪十字分划线较细小，通过待安装设备6无法分辨经纬仪十字分划线，因此如图7-9，在第二经纬仪2远离待安装设备6的一侧设置平行光管3，第二经纬仪2水平旋转90º，与待安装设备6光轴601方向一致，以第二经纬仪2十字分划线为基准，调整平行光管3十字分划线至与第二经纬仪2十字分划线重合，即平行光管光轴301与第二经纬仪光轴201重合，锁紧平行光管2方位俯仰机构，以平行光管3十字分划线为目标基准，调整待安装设备6直至其十字分划线与平行光管3十字分划线重合，即待安装设备光轴601与平行光管光轴301重合。

至此，就完成了待安装设备光轴601的标校工作，经过多次光轴传递，最终使待安装设备光轴601与模拟目标轴线701或目标光电设备光轴801平行。

如图10-12为经纬仪和平行光管的简化原理图，根据光学成像原理，当用两个光学镜头相互观察时，若二者十字分划线中心不重合时，则说明二者光轴不平行，若二者十字分划线中心重合时，则说明二者光轴平行。

在特殊情况下，待安装设备6与目标光电设备8的高度相差较大或安装基体7斜度较大时，第二经纬仪2由于高度调整距离有限，此时需要改变俯仰角以减小第二经纬仪2与第一经纬仪1的高度差，调整方法为：记下第一经纬仪1瞄准时的俯仰角θ1，转动第一经纬仪1的俯仰，以第一经纬仪1十字分划线为基准，调整第二经纬仪2的位置和俯仰并调校水平，使第二经纬仪2十字分划线与第一经纬仪1十字分划线重合，再将第二经纬仪2俯仰转动至θ2（θ2=-θ1），将第二经纬仪2水平旋转90º朝向待安装设备6，第二经纬仪2的俯仰角向水平的方向调整两倍的θ值，锁紧第二经纬仪2第二俯仰锁紧螺钉202；

优选的方案中，还包括步骤e：

步骤e为光轴验证步骤，可检验已经调试的光轴是否真实平行，在待安装设备6一侧设置校准核验装置9，校准核验装置9设有可滑动的刻度板901，刻度板901上设有刻度线，调整刻度板901的滑动方向与模拟目标轴线701平行，驱动刻度板901移动，通过待安装设备6观察刻度板901，若待安装设备6的十字分化线映射在刻度板901上的位置始终不变，说明待安装设备光轴601与模拟目标轴线701光轴已经调节一致。

一种光轴一致性标校系统，包括第一校对目标物件4、第二校对目标物件5和第一经纬仪1，第一校对目标物件4和第二校对目标物件5设在模拟目标轴线701上，第一经纬仪1设在第一校对目标物件4和第二校对目标物件5连线方向上，还包括第二经纬仪2，第二经纬仪2设在第一经纬仪1一侧，第一经纬仪1于第二经纬仪2的连线与模拟目标轴线701垂直，第二经纬仪2用于调整待安装设备光轴601。

优选的方案中，还包括平行光管3，平行光管3设在第二经纬仪2与待安装设备6的连线上，平行光管3的十字分划线面积大于第二经纬仪2的十字分划线。

优选的方案中，还包括校准核验装置9，校准核验装置9包括基架903，基架903上设有可滑动的刻度板901，校准核验装置9放置在安装基体7上或安装基体7一侧，刻度板901移动方向与模拟目标轴线701一致。

优选的方案中，基架903为U型结构，U型结构一端开放，另一端中间设有跨接板914，U型结构开放端便于放置已知基准物体或目标光电设备8，基架903下端设有至少两个滑动支板905，滑动支板905前端设有高度可调的支撑脚906，滑动支板905中间为镂空结构，另一支撑脚906穿过镂空结构，一端安装在基架903上，滑动支板905与基架903滑动连接，各滑动支板905一端设有套块911，第一校对目标物件4或第二校对目标物件5设在套块911内，第一校对目标物件4和第二校对目标物件5与套块911滑动套接。

第一校对目标物件4和第二校对目标物件5分别设有第一尖端401和第二尖端501，不需要使用时，第一校对目标物件4和第二校对目标物件5缩回套块911，套块911设有贯穿槽912，第一校对目标物件4和第二校对目标物件5侧壁各设有拉杆10，拉杆10卡在贯穿槽912种滑动，方便人手操作。

优选的方案中，还设有导杆座907，导杆座907一端与刻度板901连接，导杆座907另一端设有导杆904，优选为多个，导杆904与基架903滑动连接，基架903设有第三锁紧旋钮13和第四锁紧旋钮14，第三锁紧旋钮13端部顶紧导杆904，第四锁紧旋钮14端部顶紧滑动支板905，套块911上设有第一锁紧旋钮11，第一锁紧旋钮11端部顶紧第一校对目标物件4或第二校对目标物件5。

优选的方案中，刻度板901上设有至少两个滑槽908，刻度板901远离基架903的一侧两端设有扩展刻度板902，若模拟目标轴线701和待安装设备光轴601相距较远时可向外滑开扩展刻度板902，刻度板901另一侧设有可转动的齿轮910，齿轮910两侧设有齿条909，齿轮910与齿条909啮合，各齿条909卡在滑槽908中滑动，各齿条909与各扩展刻度板902连接，还设有后壳913，后壳913盖住齿轮齿条机构，齿轮910一端设有第二锁紧旋钮12，方便手动旋转齿轮910，驱动两齿条对中移动。

如图17，在光轴校准时，扩展刻度板902属于回缩状态，扩展刻度板902和导杆座907端面齐平，作为装置的底座使用；松开第三锁紧旋钮13，调整基架903的高度，当高度接近使用高度时旋转第三锁紧旋钮13锁紧基架903，然后松开两个第四锁紧旋钮14，单独调整滑动支板905的高度，当高度接近所需高度时，锁紧第四锁紧旋钮14，松开第一锁紧旋钮11，将两个套块911中的第一校对目标物件4和第二校对目标物件5拉起，将尖端调整到高度位置然后锁定第一锁紧旋钮11。

光轴校准后，收起第一校对目标物件4和第二校对目标物件5，如图13-16，将校准核验装置9安装在安装基体7上或一侧，利用第一经纬仪1或第二经纬仪2观测扩展刻度板902，若目标光电设备8存在则可透过目标光电设备8观测刻度板901或扩展刻度板902，调整校准核验装置9的姿态，使得刻度板901或扩展刻度板902相对于基架903移动时，观测装置的十字分划线映射位置不变，然后透过待安装设备6观测并再次移动刻度板901或扩展刻度板902 ，若待安装设备6的十字分划线映射在刻度板901或扩展刻度板902上的位置不变，则说明此前的光轴校准工作是有效的。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。