CN109238174A - 一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测试仪器与测试方法领域，涉及一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法；检测装置由反射镜、调整台、光轴检测装置组成，其中光轴检测装置包括自准直光学天线、子光路、四维调整台、支架，子光路包括激光器、半反半透分光片，成像相机、45度分光片和光轴检测相机。通过本装置和方法可以直接测量转台转动轴的轴线空间位置，然后通过简单数学计算即可获知转动轴间的正交和相交度信息。采用本装置和方法可以更加方便的测量转台的正交度和相交度，避免传统方法间接测量造成的测试误差环节多、数据处理量大等引入的人为测试误差，提高了测试精度和效能。

Description

一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法

技术领域

本发明属于测试仪器与测试方法领域，涉及一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法。

背景技术

多轴转台是光电测量和空间位置模拟设备中的重要组成部件，实现对光电轴角度的调整。正交度和相交度是转台的核心指标之一，正交度是指转台各转动轴相互间的垂直程度；相交度为转台各转动轴线相交于一点的程度。在测试设备中转台的正交度和相交度会影响其测量精度，在位置姿态模拟装置中两者会影响位置模拟精度。为此，转台正交度与相交度的综合测试对保证转台性能及测量、模拟装置精度具有重要的意义。

现有的转台正交度和相交度需分开测量，相交度测试方法有激光跟踪仪和靶镜测量法、工具球法、CCD图像法、准直望远镜法、经纬仪芯棒法，光学法等；正交度测试方法有单CCD相机多基站网络化测量方法、自准直仪平面镜法、打表测量法等。以上测试方法特点为：1、需多点布站联合测量，其检测环节复杂，同时需对多台设备的测试结果进行复杂计算处理才能得到测试结果，极易引入人为造成的测量或者计算误差；2、受检测用千分表、工具球精度影响，测试精度不高，3、随着转台转动轴数量的增加，测试难度大大提高。因此传统方法不但复杂，而且对测试结果的正确性和精度有很大影响。

本发明提出了一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法，其特点是采用本装置和方法可以更加方便快捷的测试多轴转台的正交度和相交度误差，解决传统测试方法测试步骤繁杂、测试结果需经过大量的数据处理和计算，测试结果易出现人为误差等问题，最终可以直接、高效的得到测试结果。简单的增加或减少测试单元数量即可方便的测试具有不同数量转动轴转台各轴间的正交与相交度。

发明内容

为满足多轴转台相交度和正交度测试的需求，发明了应用于伺服转台的一种多轴转台正交度和相交度综合测试装置与方法，其所需设备和实现步骤如下：所需设备由被测转台1、反射镜2、调整台3、光轴检测装置4组成，其中光轴检测装置4由自准直光学天线5、子光路6、四维调整台7、支架8组成，其中子光路6由激光器9、半反半透分光片10，成像相机11、45度分光片12和光轴检测相机13组成。

装置的特征在于：反射镜2的反射面上带有十字丝，可以标示反射面的中心位置，反射镜2可在垂直于反射面法线的方向上进行两维平动和两维转动调整。调整台3可在空间内在垂直于水平面和与其相互正交的两个方向上进行平移调整，四维调整台7可以在相互正交的垂直和水平两个方向上平移调整及方位和俯仰两维转动调整，并可输出位置和角度信息。成像相机11成像时图像中心叠加十字线，叠加的十字线中心与相机图像中心重合。光轴检测相机13可以检测并输出子光路6收到的激光光轴与相机光轴的偏转角度。被测转台1安装在调整台3上，调整台3可带动被测转台1在空间内三个方向上进行平移调整。光轴检测装置4分别安装在被测转台1周围。自准直光学天线5安装在四维调整台7上，四维调整台7与支架8连接，子光路6安装在自准直光学天线5后端，子光路6与自准直光学天线5的光轴同轴。子光路6中的半反半透分光片10保证激光器9发射的激光可以经过反射进入自准直光学天线5中发射出去，自准直光学天线5接收到的平行光可透过半反半透分光片10照射到45度分光片12上，照射到45度分光片12上的光一部分进入成像相机11成像，另一部分进入光轴偏角检测相机13。装配时保证激光器9、可见光相机11和光轴检测相机13的经过半反半透分光片10和45度分光片12后的光轴与自准直光学天线5光轴保持同轴。测试装置安装时首先在调整台3上安装经纬仪，调整光轴检测装置4保证四维调整7的各调整轴与大地坐标系正交，然后调整四维调整台7并采用经纬仪标定保证各个光轴检测装置4中自准直光学天线5的光轴，使其相交于经纬仪回转中心，记录各个四维调整台7输出的位置和角度信息作为光轴原点。测试时，光轴检测装置4的数量和布置方位与被测转台转动轴数量和位置相同。

测试前将被测转台1安装在调整台3上，根据目视调整调整台3位置与被测转台1各转动轴角度，保证被测转台1的转动轴与对应的光轴检测装置4中的自准直光学天线5光轴初步同轴，其同轴度误差小于四维调整台7调整范围的一半。检测时，在被测转台1各转动轴上安装反射镜2，通过目视对反射2位置进行粗调整，保证反射镜2十字丝中心与回转轴基本重合，反射面与回转轴基本垂直。放开并保证某一被测转动轴自由转动并锁定其余转动轴保持不动，开启与被测转动轴对应的光轴检测装置4中的激光器9发射激光，激光经过自准直光学天线5形成平行光发射，调整四维转台7和反射镜2，使得成像相机11上可观测到反射镜2的十字丝，光轴检测相机13上可以接收并判读出经反射镜2反射后进入自准直光学天线5的激光光轴偏转角度。反复转动被测转轴并继续调整反射镜2和四维调整台7保证被测转台1的被测转动轴转动时其对应反射镜2的十字丝中心始终与成像相机11的十字线中心重合，光轴检测相机13判读出的光轴偏角为零，此时被测转动轴轴线与对应光轴检测装置4中的自准值天线5的光轴同轴，记录当前四维调整台7输出的位置与角度信息，根据之前标定的该四维调整台7的光轴原点位置角度信息即可获知被测转动轴的轴线空间位置和角度。重复以上方法，采用对应的光轴位置检测装置4分别检测被测转台1的其余转动轴轴线空间位置。获知被测转台1所有轴系的空间位置信息后，即可通过两空间直线间的角度和最短距离经典计算公式计算得到各转动轴的正交度和相交度。

实现步骤：

步骤1、将被测转台1安装在调整台3上，根据目视调整被测转台1和调整台3，保证被测转台1各转动轴与对应光轴检测装置4中的自准值光管5光轴初步对准，对准误差小于四维调整台7的调整范围的一半。

步骤2、在被测转台1各转动轴轴线上安装反射镜2，通过目视调整反射镜2位置和角度，保证反射镜2反射面与对应转动轴轴线垂直，反射镜2十字丝与转动轴轴线重合，对准误差小于四维调整台7的调整范围的一半。

步骤3、选取被测转台1的某一转动轴为被测转动轴，保证其可自由转动，锁定其余转动轴。

步骤4、打开被测转动轴对应光轴检测装置4中的激光器9，确认经自准直光学天线5发射的激光照射到对应反射镜2上。

步骤5、调整对应的反射镜2和四维转台7的位置和角度，保证成像相机11上可观测到反射镜2的十字丝，光轴检测相机13上可以接收并判读出经反射镜2反射后进入自准直光学天线5的激光光轴偏转角度。

步骤6、反复转动被测转动轴并调整反射镜2和四维调整台7，保证被测转动轴转动时成像相机11上观测到的反射镜2十字丝中心始终与成像相机11十字线中心重合的同时光轴检测相机13检测的光轴偏角始终为零。

步骤7、记录四维调整台7的位置与角度信息，减去该四维调整台7的光轴原点位置与角度即可获得转台1当前被测转动轴的轴线的空间位置。

步骤8、锁定被测转台1当前被测转轴，并保证位置不动。解锁另一待测转轴并重复步骤4到步骤7，测试该转轴轴线信息。然后锁定该转轴，并保证位置不动，并解锁另一待测转动轴。

步骤9、依次重复步骤4到步骤8直至所有转动轴测试完毕，根据获知的转动轴轴线信息计算被测转台1各转动轴的正交度和相交度。

本发明提出了一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法：采用自准直平行光管、反射镜并结合可见光和光轴检测相机检测转台各转动轴轴线空间位置信息后，通过简单数学计算获知转台转动轴的正交度和相交度信息。该方法步骤设备简单，可直接获知轴线信息，避免传统方法间接测量和复杂的数据处理引起的人为测试误差，保证了测试精度和效率，简单的增加测试设备数量即可测试多轴转台。

附图说明

图1为一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法的设备组成图，其中：所需设备1为被测转台、2为反射镜、3为调整台、4为轴系检测装置。

图2为轴系检测装置4组成图，5为自准直光管、6为子光路、7为四维调整台、8为支架。

图3为子光路6组成图，9为激光器、10为半反半透分光片、11为成像相机、12为45度分光片、13为光轴检测相机

图1也是说明书摘要附图。

具体实施方式

以三轴转台为例，一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法组成和实现步骤如下：

所需设备由被测转台1、反射镜2、调整台3、光轴检测装置4组成，其中光轴检测装置4由自准直光学天线5、子光路6、四维调整台7、支架8组成，其中子光路6由激光器9、半反半透分光片10，成像相机11、45度分光片12和光轴检测相机13组成。***共有3套光轴检测装置4。

步骤1、将被测转台1安装在调整台3上，调整被测转台1和调整台3，保证被测转台1三个转动轴与对应光轴检测装置4中的自准值光管5光轴初步对准，对准误差小于四维调整台7的调整范围的一半。

步骤2、在被测转台1三个转动轴上安装反射镜2，通过目视调整反射镜2位置和角度，保证反射镜2反射面与对应轴线垂直，反射镜2十字丝与转动轴重合，对准误差小于四维调整台7的调整范围的一半。

步骤3、选取被测转台1的横滚轴为被测转动轴，保证其可自由转动，锁定方位和俯仰转动轴。

步骤4、打开被测转台1横滚轴对应光轴检测装置4中的激光器9，确认经自准直光学天线5发射的激光照射到横滚轴的反射镜2上。

步骤5、调整对应的反射镜2和四维转台7的位置和角度，保证成像相机11上可观测到横滚轴上反射镜2的十字丝，光轴检测相机13上可以接收并判读出经横滚轴上反射镜2反射后进入自准直光学天线5的激光光轴偏转角度。

步骤6、反复转动横滚轴并调整横滚轴上反射镜2和对应的四维调整台7，保证转台1横滚轴转动时成像相机11上观测到的横滚轴反射镜2十字丝中心始终与对应成像相机11十字线中心重合的同时光轴检测相机13检测的光轴偏角始终为零。

步骤7、记录横滚轴对应四维调整台7的位置与角度信息，减去该四维调整台7的光轴原点即可获得转台1横滚轴的轴线空间位置。

步骤8、锁定被测转台1横滚轴，并保证位置不动。解锁俯仰轴并重复步骤4到步骤7，测试俯仰轴轴线信息。然后锁定俯仰轴，并保证位置不动，并解锁方位转动轴。

步骤9、依次重复步骤4到步骤8直至所有转动轴测试完毕，根据获知的转动轴轴线信息后计算被测转台1各转动轴的正交度和相交度。

Claims (4)

1.一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法，其特征在于：所需设备由被测转台1、反射镜2、调整台3、光轴检测装置4组成，其中光轴检测装置4由自准直光学天线5、子光路6、四维调整台7、支架8组成，其中子光路6由激光器9、半反半透分光片10，成像相机11、45度分光片12和光轴检测相机13组成。

2.根据权利要求1所述的一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法，其特征在于：反射镜2带有可标识反射面中心的十字丝，子光路6同时安装有成像相机11和光轴检测相机13，成像相机11输出的图像叠加有标识相机相面中心的十字线可观测轴线位置，光轴检测相机13可检测并输出轴线偏差角度。

3.根据权利要求1所述的一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法，其特征在于：通过反射镜2、四维调整台7、成像相机11和光轴检测相机13可直接检测被测转台1转动轴轴线的空间位置。

4.根据权利要求1所述的一种多轴转台正交度与相交度综合测试装置与方法，其特征在于：本装置和方法可通过一次测试同时测量转台的正交度和相交度。