几种光轴平行性测试方法

几种光轴平行性测试方法

1验证性与平行性光轴的平行度是光轴系统的一个重要参数，特别是对于军事光学设备来说，这非常重要。对其进行精确测量是部队急待解决的问题。众所周知,军用光电仪器被喻为武器装备的眼睛,是观察、识别、瞄准、测量、准确攻击敌方目标必不可少的重要手段,其性能的优劣直接影响着目标信息的获取。为了最大限度地发挥光学装备的效能,除对零部件的设计、加工及整机的装调采取一系列的工艺措施外,必须保证各系统光轴的平行性。本文将介绍几种目前常用的光轴平行性测试方法。2一些一般的分析方法的分析2.1光轴平行性调整顾名思义,本方法是利用一个放置在远处(取100m左右比较适宜)的靶板来接收从被测仪器出瞳射出的激光束,即将各光轴投影到靶板上。各光轴的相互间隔便是靶板上各光轴投影的间隔,沿着光路的方向看,各光轴与靶板上的投影点之间是镜像关系。通过比较间隔的差异来反映光轴平行与否。这种方法既可以在野外,也可在室内使用。其原理如图1所示。本系统结构简单,由激光器、被测系统、靶板和相应的导轨、基座组成。其使用步骤是:(1)放置靶板。将靶板置于100m左右的地方,固定靶板的底座,调整其水平度,使气泡居中。(2)选择光轴平行性的基准进行测试。以调整过光轴与俯仰轴垂直度的光轴为基准,将其它光轴投影点逐个与基准进行比较修正(由于激光束有一定的发散角,导致投影点的光斑不很均匀,这就需要用红外观察镜来观察靶面上的激光斑,画出整个光斑的边缘和能量集中区的边缘,确定各自的中心,求出均值作为激光斑的中心)。(3)重复上述步骤,反复测量。光轴平行性调整达到指标要求后,须放置一段时间再测,发现平行性失调,需重复测量直到满足要求,光轴平行性调整才算结束。这种方法的主要优点是造价低廉,使用方便,可在野外使用,主观误差小,精度可达到<0.17mrad。主要缺点是只能在夜晚或阴天进行光轴调整。2.2光轴平行度测量的方法大口径平行光管法的工作原理如图2所示。以望远镜为例,被光源照明的目标分划板(分划板的分划格值由平行光管物镜焦距确定)处于平行光管物镜(由于口径较大,一般可用反射物镜)的焦面上,经由平行光管物镜出射的平行光线通过被测望远镜后再经过会聚物镜成像于毛玻璃屏上,如果望远镜左右两系统光轴是平行的,则通过望远镜出射的两束平行光在屏上成的像重合在一起。如果望远镜左右两系统光轴不平行,则通过望远镜出射的两束平行光在屏上的像不重合,其分开的程度d即为测量值δ(由于屏上的目标像是无限远物体的像,所以屏上A与B之间的距离代表了物方两支共轭光线间的角值)。如果在光路中进行技术处理,可使左右两出射光束所成目标像的颜色不同,还可以根据左右目标像的位置确定它们是会聚或发散。d反映了光轴的不平行性,将其代入公式:θ=MM−1⋅δθ=ΜΜ-1⋅δ式中,δ=d;θ为望远镜左、右两光学系统的光轴平行度;M为望远镜放大率。从公式可以定量得出光学系统光轴的平行度。整个操作过程是将光路各部分放置好,打开电源照亮分划板,从毛玻璃上观察目标像,测出目标像之间的距离,代入上式即可得到平行度。本测试方法的优点是误差环节少,测量精度高;缺点是大口径平行光管不易制作且笨重,不可能运到野外使用,而且大口径高精度光束平行性的检测比较困难。2.3斜方光栅检测激光光轴仪法工作原理如图3所示。He-Ne激光器将一束高亮度的平行光束经反光镜1、析光镜2、斜方棱镜3射入被检测望远镜7的目镜。激光束穿过望远镜内部各光学零件后,由物镜一端射出,经大反光镜4反射回物镜,第二次通过望远镜,仍由目镜一端射出,经斜方棱镜3、析光镜2、反光镜5,落在显示屏幕6上。斜方棱镜可绕轴线O-O旋转,以便在任何目距下激光均能通过目镜中心。如果被检望远镜光轴平行,经过两镜筒返回的激光束落在显示屏幕同一点处;反之,两激光束将出现偏差。当摆动大反光镜4消除上述偏差时,通过传感器将此偏差信号传输给电脑8。在两个目距状态下光轴平行性检测结束后,电脑将自动在5位数码管上显示棱镜应校正的部位及校正量大小。这种方法的操作步骤如下。(1)左镜筒成像光斑将望远镜视度分划归零,物镜朝上正夹于夹持器中,此时经左镜筒成像的光斑应位于视场内(可用手挡右镜筒物镜,观察此像是否消失,如不消失才是左镜筒的像)。(2)去那里将左镜筒扳至大目距(或小目距)位置,转动夹持器方向,旋动高低调整螺拴,使左镜筒像点在十字线中心处。(3)用单像判断法求解化螺夹持器上的c点转动镜筒至另一目距状态,像点将沿着与镜筒转动相同的方向划出一个60°的圆弧。根据单像判断法的要领,转动夹持器方向,旋动高低调整螺拴,使像点移至与圆心对称的c′点。此刻像点对分划十字中心的偏差即为左镜筒光轴误差量r′。(4)已选中拨动物镜框和偏心环,使像点与十字线中心重合。(5)去学校以左镜筒像点为准,拨动右镜筒偏心环与物镜框,使右镜筒像点与左镜筒像点重合,即消除了右镜筒的光轴误差。(6)左镜筒像点精确观察两镜筒光轴平行性校正完毕后,应进行一次检验。检验时以右镜筒像点为基准。调整方向、高低使右镜筒像点精确地与十字线中心重合,转动左镜筒,在目距58～72mm范围内观察左镜筒像点是否超出矩形公差带。该方法的主要优点是它具有自动诊断故障能力,排除了人为因素对测量结果的影响,同时它还有视场大,像点清晰,操作简便等特点。缺点在于系统装配难度大,专用性强。2.4光轴平行性检验五棱镜法原理如图4所示。检测过程是由激光器发出的激光光束,经斜方棱镜(可绕竖轴转动)依次进入望远镜的左右镜筒,从出瞳射出的出射光束通过可移动的五棱镜被折转90°进入位于焦平面上的二维位置检测器件(PSD),在PSD上的位置信息可以反映出两光轴的平行差。当PSD上光点偏移中心点时,说明光轴不平行,反之平行。改变望远镜目距可检测不同状态下的光轴平行性,直到调整至任何目距下光点与PSD中心均重合。此方法最大的缺点是五棱镜在测试移动过程中,其特征方向P的任何变化都会引起光轴偏差,产生测量附加误差,影响最终的测量精度。这项误差是随机误差,难以控制。3部队最难适应军队建设的主观因素。根据第通目前对光轴平行性的测试方法很多,有基于实验室的,有适用于野外测量的。通过以上分