一种光学系统物象倾斜检测系统和方法与流程

1.本发明涉及光电系统检测技术领域，具体涉及一种光学系统物象倾斜检测系统和方法。


背景技术：

2.车长周视镜要求在方位向360
°
观察扫描。在方位旋转扫描时，由于光学系统通过中部方位组件带动头部俯仰组件(上反射镜)旋转实现360
°
景物的观察，观察的图像会随着头部俯仰组件的旋转而旋转，图像旋转会产生像旋转，如图2所示；采用别汉棱镜旋转同时消除目视瞄准镜影像旋转，保证人眼从目镜看到的图像始终是正立的；实现观察成像与实际目标一致且有较高的精度要求。目前，军用光电仪器中光学系统常用的光学消像旋方法有道威棱镜和别汉棱镜两种，在本发明中我们优选方案视采用的别汉棱镜消像旋机构光学消像旋。
3.车长周视瞄准镜物像倾斜检测方法：一般车长周视镜物象倾斜检测都是建立再整机状态下，在产品正前方距离产品约20m的位置吊一个铅锤(铅锤放入水中增加阻尼)线。将产品放置于支架上，以法兰盘基面为基准调水平。将像倾斜仪放置于目镜后调水平，测量像倾斜仪中垂直分划线与铅锤线的倾斜角度值，即为物像倾斜。顺或逆时针转动产品(或支架)使目镜与正前方为0
°
、90
°
、180
°
、270
°
左右，重复以上调平及测量步骤，测量物像倾斜也应符合要求。
4.本发明涉及一种光学系统在未装配中部方位组件和头部俯仰组件的情况下的物象倾斜检测系统和方法，本发明解决了光学系统部件状态像倾斜无法检测问题，避免将不合格的部件流入整机装配中，节约了整机返修时间及成本，大幅提高生产效率、节省了时间及成本。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种光学系统物象倾斜检测系统和方法，用编码器精准测量消像旋系统旋转角度，配合倾斜仪对光学系统在部件状态下实现消像旋传动机构空回检测(即像倾斜检测)，减少部件对整机的物象倾斜指标的影响。
6.本发明通过以下技术方案予以实现：
7.一种光学系统物象倾斜检测系统；包括平行光管、分划板组件、导轨、反光镜组件、检测工装组件、被测光学系统、像倾斜仪、水平调节台和水平仪；
8.所述平行光管安装在所述导轨上且保持水平状态，所述分划板组件位于所述平行光管后端的无穷远位置处；
9.所述反光镜组件安装在所述平行光管的前方，用于将所述平行光管发出的平行光向下90
°
反射；
10.所述水平调节台在所述反光镜组件正下方，用于放置和固定所述被测光学系统，同时所述水平调节台用于进行水平方向调节；
11.所述水平仪用于检测所述被测光学系统是否处于水平状态；所述检测工装组件位于所述被测光学系统的上端面上；
12.所述像倾斜仪放置于所述被测光学系统的目镜前并调至水平。
13.优选的，所述分划板组件包括分划板框、分划板和带箭头的十字分划线；所述分划板上刻有一个所述带箭头的十字分划线，其角度设置为90
°
交叉的十字线，为方便识别方向，在一条刻线的顶端增加一个箭头，同时箭头方向向上且与铅垂线方向平行。
14.优选的，所述检测工装组件包括编码器、显示盒、扭簧、连接轴、手轮、底座、支架和同轴器；所述检测工装组件通过所述底座与所述被测光学系统连接，所述底座上设有所述支架，所述支架上竖向转动插接有连接轴，所述连接轴上由上至下依次设有所述编码器、所述手轮和所述同轴器，所述连接轴上还包括套设的所述扭簧，使所述编码器与所述连接轴之间保持垂直，且所述编码器与所述显示盒电性相连。
15.优选的，所述被测光学系统包括消像旋传动机构，所述消像旋传动机构主要包括别汉棱镜组件、大锥齿轮、小锥齿轮、下万向接叉机构、连杆机构和上万向接叉机构；所述同轴器的下端通过所述上万向接叉机构与所述连杆机构相连，所述连杆机构的下端通过下万向接叉机构与所述小锥齿轮相连，所述大锥齿轮和所述小锥齿轮分别转动设置在所述被测光学系统内，且所述大锥齿轮与所述小锥齿轮之间啮合传动，带动所述别汉棱镜组件转动。
16.本发明还提供了如下技术方案：一种光学系统物象倾斜检测系统的使用方法，采用上述所述的一种光学系统物象倾斜检测系统，包括如下步骤：
17.使用编码器精准测量消像旋系统旋转角度，配合像倾斜仪对光学系统在部件状态下实现消像旋传动机构空回检测，即像倾斜检测；
18.所述消像旋传动机构空回包括别汉棱镜齿轮传递空回、万向接叉与连杆机构连接空回、同轴器传递空回等装配产生的积累误差。
19.优选的，具体包括如下步骤：
20.将被测光学系统放置在水平调节台上并固定，将检测工装组件放置在被测光学系统上端面上连接并用螺钉固定；在检测工装组件上放置水平仪，通过调节水平调节台保证水平仪处于水平状态；
21.将像倾斜仪放置于被测光学系统目镜前调至水平，转动被测光学系统中的别汉棱镜组件，通过观察像倾斜仪中垂直分划线与平行光管中的带箭头十字分划线平行，且使箭头方向朝上；
22.转动手轮使编码器信号输出在显示屏上显示数值停留在0，锁紧同轴器上的螺钉，使检测工装组件与被测光学系统连为一体；
23.顺时针转动手轮使编码器显示数值为0，通过像倾斜仪读取十字分划线的倾斜量并记录数据，逆时针转动手轮使编码器显示数值为0，通过像倾斜仪读取十字分划线的倾斜量并记录数据，两个数据之间的差值为零位空回量，根据别汉棱镜组件在被测光学系统中的工作特性，别汉棱镜组件完成一个周期的运动；
24.所以通过上述方法分别再读取编码器在225
°
、450
°
、675
°
、900
°
、1125
°
、1350
°
、1535
°
七个位置时像倾斜仪共计14个有效数据，此时统计八个检测点共计16个数据，均不能超过系统要求空回量和物像倾斜指标要求，如此一个循环即完成一个被测系统物像倾斜指标检测。
25.本发明的有益效果为：
26.本发明解决了光学系统部件状态像倾斜无法检测问题，即有效解决了光学系统在未装配中部方位组件和头部俯仰组件的情况下不能进行像倾斜检测的问题，避免将不合格的部件流入整机装配中，节约了整机返修时间及成本，大幅提高生产效率，值得在类似的产品中推广使用。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本发明光学系统像倾斜检测系统结构示意图；
29.图2是本发明像旋示意图；
30.图3是本发明别汉棱镜工作示意图；
31.图4是本发明分划板组件结构示意图；
32.图5是本发明消像旋传动机构结构示意图；
33.图6是本发明大、小锥齿轮传动方向结构示意图；
34.图7是本发明大、小锥齿轮参数结构示意图；
35.图8是本发明检测工装组件结构示意图。
36.图中：1-平行光管、2-分划板组件、3-导轨、4-反光镜组件、5-检测工装组件、6-被测光学系统、7-像倾斜仪、8-水平调节台、9-水平仪、10-分划板框、11-分划板、12-带箭头的十字分划线、13-底座、14-编码器、15-扭簧、16-手轮、17-支架、18-连接轴、19-同轴器、20-显示盒、21-别汉棱镜组件、22-大锥齿轮、23-小锥齿轮、24-下万向接叉机构、25-连杆机构、26-上万向接叉机构。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例一：
39.请参阅图1～8所示，本实施例具体公开提供了一种光学系统物象倾斜检测系统的技术方案，包括平行光管1、分划板组件2、导轨3、反光镜组件4、检测工装组件5、被测光学系统6、像倾斜仪7、水平调节台8和水平仪9；
40.平行光管1安装在导轨3上且保持水平状态，分划板组件2位于平行光管1后端的无穷远位置处；
41.反光镜组件4安装在平行光管1的前方，用于将平行光管1发出的平行光向下90
°
反射；
42.水平调节台8在反光镜组件4正下方，用于放置和固定被测光学系统6，同时水平调
节台8用于进行水平方向调节；
43.水平仪9用于检测被测光学系统6是否处于水平状态；检测工装组件5位于被测光学系统6的上端面上；
44.像倾斜仪7放置于被测光学系统6的目镜前并调至水平。
45.具体的，分划板组件2包括分划板框10、分划板11和带箭头的十字分划线12；分划板11上刻有一个带箭头的十字分划线12，其角度设置为90
°
交叉的十字线，为方便识别方向，在一条刻线的顶端增加一个箭头，同时箭头方向向上且与铅垂线方向平行。
46.具体的，检测工装组件5包括编码器14、显示盒20、扭簧15、连接轴18、手轮16、底座13、支架17和同轴器19；检测工装组件5通过底座13与被测光学系统6连接，底座13上设有支架17，支架17上竖向转动插接有连接轴18，连接轴18上由上至下依次设有编码器14、手轮16和同轴器19，连接轴18上还包括套设的扭簧15，使编码器14与连接轴18之间保持垂直，且编码器14与显示盒20电性相连。
47.上述检测工装组件5具体使用时，编码器14是一个旋转绝对值型编码器14，测角精度为0.03
°
；显示盒20是将编码器14角度值输出载体，上述编码器14由于其底部本身自带簧片与支架17相弹性安装相连，编码器14底部的测量轴部与上述连接轴18的上端相连，扭簧15的上端与编码器14底部相连，下端与支架17相连，所以扭簧15是利用垂直向上的力将编码器14与轴之间保持垂直，减少两者之间因有夹角带来的测量误差；连接轴18是用来将编码器14、手轮16、扭簧15、同轴器19串联起来的同轴装置，手轮16是用手旋转来驱动被测光学系统6消像旋传动机构与编码器14同步运动机构，同轴器19是一个与被测产品相配套的连接装置，支架17是将编码器14与手轮16限位装置，底座13是将被测光学系统6与测量工装组件连接装置；倾斜仪是一个水平定位精度：采用30"读数手轮16格值、30"像倾斜测量范围和
±
3的测量装置。
48.具体的，被测光学系统6包括消像旋传动机构，消像旋传动机构主要包括别汉棱镜组件21、大锥齿轮22、小锥齿轮23、下万向接叉机构24、连杆机构25和上万向接叉机构26；同轴器19的下端通过上万向接叉机构26与连杆机构25相连，连杆机构25的下端通过下万向接叉机构24与小锥齿轮23相连，大锥齿轮22和小锥齿轮23分别转动设置在被测光学系统6内，且大锥齿轮22与小锥齿轮23之间啮合传动，带动别汉棱镜组件21转动。
49.本实施例在进行使用时，还具体公开了如下内容：
50.关于分划板11刻线角度的设置，根据技术要求车长周视镜需要在0
°
、90
°
、180
°
、270
°
四个角度检测点进行检测，所以将分划刻线角度设置为90
°
交叉的十字刻线，如图4所示，为方便识别方向可在一条刻线的顶端增加一个箭头。
51.关于检测范围的设定，是由别汉棱镜的特性决定的；别汉棱镜是由两个对分棱镜组成的，它们中间的空气间隙近似为0.05mm，如图3所示。其特性之一是当其绕光轴旋转α角时，出射面与入射面像同方向旋转2α角。利用这一原理，在实际应用中，当入射光线在方位向转动扫描ω角度时，通过机械传动链带动别汉棱镜绕光轴以ω/2角度反向转动，可使目镜在观察时像不旋转，起到消像旋的作用，所以要实现别汉棱镜旋转一圈，水平向必须反向旋转两圈，根据技术要求车长周视镜需要在0
°
、90
°
、180
°
、270
°
四个特定角度检测点进行检测，因此需要检测特定角度两遍共计八个检测点，才能将别汉棱镜旋转一周周期覆盖。
52.关于作为测量点的编码器14角度计算，首先消像旋机构传递系统是由大小锥齿轮
23组、上万向接叉机构26、下万向接叉机构24、连杆机构25、同轴器19机构组成，如图5所示，检测工装组件5与小锥齿轮23之间是通过上下万向接叉机构24、连杆机构25、上万向接叉机构26、同轴器19机构逐一连接起来，所以属于一比一同步转动，齿轮组由大锥齿轮22和小锥齿轮23组成，如图6所示，其传动比在机械传动系统中，其始端主动轮与末端从动轮的角速度或转速的比值，传动比(i)＝主动轮转速n1与从动轮转速n2的比值＝齿轮分度圆直径的反比＝从动齿轮齿数z2与主动齿轮齿数z1的比值。即：i＝z2/z1＝n1/n2；
53.优先方案中主动轮为小锥齿轮23齿数为34；被动轮为大锥齿轮22齿数为170；如图7所示
54.由z2＝170、z1＝34、i＝z2/z1＝170/34＝5；
55.所以编码器14需要转动5圈方可带动别汉棱镜转动一圈，结合别汉棱镜的特性，共计由8个检测点，因此编码器14每增加0.625圈225
°
为一个检测点；角度值输出显示盒20中具体检测点角度分别为0
°
、225
°
、450
°
、675
°
、900
°
、1125
°
、1350
°
和1535
°
八个点。
56.本发明还提供了如下技术方案：一种光学系统物象倾斜检测系统的使用方法，采用上述的一种光学系统物象倾斜检测系统，包括如下步骤：
57.使用编码器14精准测量消像旋系统旋转角度，配合像倾斜仪7对光学系统在部件状态下实现消像旋传动机构空回检测，即像倾斜检测；
58.消像旋传动机构空回包括别汉棱镜齿轮传递空回、万向接叉与连杆机构25连接空回、同轴器19传递空回等装配产生的积累误差。
59.具体的，具体包括如下步骤：
60.按照如图1、4、5、8所示，将被测光学系统6放置在水平调节台8上并固定，将检测工装组件5放置在被测光学系统6上端面上连接并用螺钉固定；在检测工装组件5上放置水平仪9，通过调节水平调节台8保证水平仪9处于水平状态；
61.将像倾斜仪7放置于被测光学系统6目镜前调至水平，转动被测光学系统6中的别汉棱镜组件21，通过观察像倾斜仪7中垂直分划线与平行光管1中的带箭头十字分划线平行，且使箭头方向朝上；
62.转动手轮16使编码器14信号输出在显示盒20上显示数值停留在0，锁紧同轴器19上的螺钉，使检测工装组件5与被测光学系统6连为一体；
63.顺时针转动手轮16使编码器14显示数值为0，通过像倾斜仪7读取十字分划线的倾斜量并记录数据，逆时针转动手轮16使编码器14显示数值为0，通过像倾斜仪7读取十字分划线的倾斜量并记录数据，两个数据之间的差值为零位空回量，根据别汉棱镜组件21在被测光学系统6中的工作特性，别汉棱镜组件21完成一个周期的运动；
64.所以通过上述方法分别再读取编码器14在225
°
、450
°
、675
°
、900
°
、1125
°
、1350
°
、1535
°
七个位置时像倾斜仪7共计14个有效数据，此时统计八个检测点共计16个数据，均不能超过系统要求空回量和物像倾斜指标要求，如此一个循环即完成一个被测系统物像倾斜指标检测。
65.本发明需要解决的技术问题，用编码器精准测量消像旋系统旋转角度，配合倾斜仪对光学系统在部件状态下实现消像旋传动机构空回检测(即像倾斜检测)；减少部件对整机的物象倾斜指标的影响。
66.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例
对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种光学系统物象倾斜检测系统，其特征在于：包括平行光管(1)、分划板组件(2)、导轨(3)、反光镜组件(4)、检测工装组件(5)、被测光学系统(6)、像倾斜仪(7)、水平调节台(8)和水平仪(9)；所述平行光管(1)安装在所述导轨(3)上且保持水平状态，所述分划板组件(2)位于所述平行光管(1)后端的无穷远位置处；所述反光镜组件(4)安装在所述平行光管(1)的前方，用于将所述平行光管(1)发出的平行光向下90
°
反射；所述水平调节台(8)在所述反光镜组件(4)正下方，用于放置和固定所述被测光学系统(6)，同时所述水平调节台(8)用于进行水平方向调节；所述水平仪(9)用于检测所述被测光学系统(6)是否处于水平状态；所述检测工装组件(5)位于所述被测光学系统(6)的上端面上；所述像倾斜仪(7)放置于所述被测光学系统(6)的目镜前并调至水平。2.根据权利要求1所述的一种光学系统物象倾斜检测系统，其特征在于：所述分划板组件(2)包括分划板框(10)、分划板(11)和带箭头的十字分划线(12)；所述分划板(11)上刻有一个所述带箭头的十字分划线(12)，其角度设置为90
°
交叉的十字线。3.根据权利要求1所述的一种光学系统物象倾斜检测系统，其特征在于：所述检测工装组件(5)包括编码器(14)、显示盒(20)、扭簧(15)、连接轴(18)、手轮(16)、底座(13)、支架(17)和同轴器(19)；所述检测工装组件(5)通过所述底座(13)与所述被测光学系统(6)连接，所述底座(13)上设有所述支架(17)，所述支架(17)上竖向转动插接有连接轴(18)，所述连接轴(18)上由上至下依次设有所述编码器(14)、所述手轮(16)和所述同轴器(19)，所述连接轴(18)上还包括套设的所述扭簧(15)，使所述编码器(14)与所述连接轴(18)之间保持垂直，且所述编码器(14)与所述显示盒(20)电性相连。4.根据权利要求3所述的一种光学系统物象倾斜检测系统，其特征在于：所述被测光学系统(6)包括消像旋传动机构，所述消像旋传动机构主要包括别汉棱镜组件(21)、大锥齿轮(22)、小锥齿轮(23)、下万向接叉机构(24)、连杆机构(25)和上万向接叉机构(26)；所述同轴器(19)的下端通过所述上万向接叉机构(26)与所述连杆机构(25)相连，所述连杆机构(25)的下端通过下万向接叉机构(24)与所述小锥齿轮(23)相连，所述大锥齿轮(22)和所述小锥齿轮(23)分别转动设置在所述被测光学系统(6)内，且所述大锥齿轮(22)与所述小锥齿轮(23)之间啮合传动，带动所述别汉棱镜组件(21)转动。5.一种光学系统物象倾斜检测系统的使用方法，采用权利要求1-4任一项所述的一种光学系统物象倾斜检测系统，其特征在于，包括如下步骤：使用编码器(14)精准测量消像旋系统旋转角度，配合像倾斜仪(7)对光学系统在部件状态下实现消像旋传动机构空回检测，即像倾斜检测；所述消像旋传动机构空回包括别汉棱镜齿轮传递空回、万向接叉与连杆机构(25)连接空回、同轴器(19)传递空回装配产生的积累误差。6.根据权利要求5所述的一种光学系统物象倾斜检测系统的使用方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将被测光学系统(6)放置在水平调节台(8)上并固定，将检测工装组件(5)放置在被测光学系统(6)上端面上连接并用螺钉固定；在检测工装组件(5)上放置水平仪(9)，通过调节
水平调节台(8)保证水平仪(9)处于水平状态；将像倾斜仪(7)放置于被测光学系统(6)目镜前调至水平，转动被测光学系统(6)中的别汉棱镜组件(21)，通过观察像倾斜仪(7)中垂直分划线与平行光管(1)中的带箭头十字分划线平行，且使箭头方向朝上；转动手轮(16)使编码器(14)信号输出在显示盒(20)上显示数值停留在0，锁紧同轴器(19)上的螺钉，使检测工装组件(5)与被测光学系统(6)连为一体；顺时针转动手轮(16)使编码器(14)显示数值为0，通过像倾斜仪(7)读取十字分划线的倾斜量并记录数据，逆时针转动手轮(16)使编码器(14)显示数值为0，通过像倾斜仪(7)读取十字分划线的倾斜量并记录数据，两个数据之间的差值为零位空回量，根据别汉棱镜组件(21)在被测光学系统(6)中的工作特性，别汉棱镜组件(21)完成一个周期的运动；所以通过上述方法分别再读取编码器(14)在225
°
、450
°
、675
°
、900
°
、1125
°
、1350
°
、1535
°
七个位置时像倾斜仪(7)共计14个有效数据，此时统计八个检测点共计16个数据，均不能超过系统要求空回量和物像倾斜指标要求，如此一个循环即完成一个被测系统物像倾斜指标检测。

技术总结
本发明涉及光电系统检测技术领域，具体涉及一种光学系统物象倾斜检测系统和方法；包括平行光管、分划板组件、导轨、反光镜组件、检测工装组件、被测光学系统、像倾斜仪、水平调节台和水平仪；平行光管安装在导轨上且保持水平状态，分划板组件位于平行光管后端的无穷远位置处；反光镜组件安装在平行光管的前方，用于将平行光管发出的平行光向下90


技术研发人员：孙建山 张平 吴洁明 方恒 张士明 韦湘宜 娄楠 于会师 吴冠洲
受保护的技术使用者：江苏北方湖光光电有限公司
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2022/3/8