CN111965145A - 一种空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学窗口精密检测技术领域，具体公开了一种空间异面光学窗口多自由度高精度透射分辨率测试的装置和方法，该装置主要由支撑基体、二维平移升降机构、球头底座、球头压圈、球头旋杆、过渡支撑板、压圈锁紧扳手组成。该装置通过将球头底座、球头压圈和球头旋杆构成球头万向结构，实现大行程空间异面角度的快速调整及调整到位后的锁紧和固定；通过镂空结构的过渡支撑板，避免了透射分辨率测量过程中光线的遮拦，实现了高精度的透射分辨率测量。本发明解决了大型光窗组件透射分辨率测量时的大角度快速调整问题、高精度稳定测量问题，具有结构简单，无光线遮挡，角度调整行程大，操作快速便捷等特点。
Description
技术领域
本发明属于光学窗口精密检测技术领域，涉及一种空间异面光学窗口组件的定位安装、多角度位姿调整及稳定固定、光学高精度透射分辨率测试的装置。
背景技术
空间异面光学窗口组件是实现光电载荷多角度观察的必要条件，为了满足观察姿态及角度的要求，光学窗口组件在设计时采用了异面空间结构。光学窗口的透射分辨率能否满足要求直接影响光电载荷的图像质量及侦察距离，对于高精度分辨率的检测不仅要求光学窗口组件的各异面光学窗口相对测量光束定位准确，而且位姿状态调整后需要固定可靠，从而保证分辨率检测的精度及准确性。该光学窗口组件采用空间异面的结构，将多个光学窗口集成到一个组件上，各光学窗口之间存在多种的空间角度，光学窗口组件装配完成后的固定和测量是该光学窗口组件透射分辨率检测的瓶颈问题。因此需要寻求一种适用于空间异面光学窗口组件高精度分辨率测试的装置，保证光学窗口组件的空间角度快速调整、稳定固定及透射分辨率的测量精度。
针对空间异面光学窗口组件高精度透射分辨率测试装置，我国发明专利“申请号CN201210269413.0，适用于组合光窗测试的安装调整装置”，公布了一种组合光窗的安装及分辨率测量的装置，该装置采用连杆、滑块及螺母机构实现组合光窗的固定及分辨率测量，但该工装结构复杂，且对于空间大二面角度(最大为136°)的调整操作繁琐，需同时调整三个连杆的位置和角度，难以快速进行调整，难以保证空间异面光学窗口的位置和姿态精度；由于在分辨率测量时需要对光学窗口多个位置的透射分辨率进行测量，该装置的转盘及支杆容易对测试光路造成影响，难以保证高精度的分辨率检测，并且在测量同一光学窗口不同位置的透射分辨率时，该装置需要上下左右移动，移动过程中容易造成组合光窗组件的角度变化和磕碰，造成产品损伤。
综上，为了实现空间异面光学窗口组件多自由度高精度分辨率检测，本专利发明了一种新型装置，该装置结构轻巧、简便，位姿状态调整速度快、固定可靠，且不影响分辨率测量光路。该装置可以实现光学窗口组件的多自由度调节、位姿快速调整、高精度分辨率检测，并且可以避免测量过程中光学窗口组件的损伤。
发明内容
(一)发明目的
针对空间异面光学窗口组件在透射分辨率测试过程中，产品架设过程复杂、安装固定难度大、空间异面角度的光学窗口对准困难、透射分辨率测量光路遮挡等问题，本发明提出一种空间异面光学窗口组件多自由度高精度透射分辨率测试装置，该装置结构轻巧、空间异面角度调整快速、简便，透射分辨率测量过程中无遮拦，可实现大角度空间异面调整和高精度透射分辨率测量。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，其包括：支撑基体1、二维平移升降机构2、球头底座3、球头压圈4、球头旋杆5、过渡支撑板6、压圈锁紧扳手7；所述二维平移升降机构2固定在支撑基体1上，具有升降、水平平移和锁紧功能；所述球头底座3底部连接二维平移升降机构2，上端设置凹半球形结构；球头旋杆5下端设置球头结构，球头结构布置在球头底座3的凹半球形结构中，球头旋杆5上部穿过球头压圈4后连接过渡支撑板6，球头压圈4下部连接球头底座3，用于紧固球头旋杆5，球头旋杆5的球头结构与球头底座3、球头压圈4组成万向球头结构；过渡支撑板6上设置有孔位，通过孔位连接过渡支撑板6和光学窗口组件8，球头旋杆5转动带动过渡支撑板6转动，进一步带动光学窗口组件8的空间角度调整。
其中，所述支撑基体1为正方形厚平板，中心设有八个圆周均布的螺钉过孔，螺钉过孔与二维平移升降机构2底部的螺纹孔对应，用于连接、固定二维平移升降机构2。
其中，所述二维平移升降机构2底部和上部分别开设有安装螺纹孔，用于连接支撑基体1和球头底座3。
其中，所述球头底座3底部设有八个圆周均布的螺钉过孔，螺钉过孔与二维平移升降机构2上部的螺纹孔相对应；球头底座3上端具有外螺纹，外螺纹为多头螺纹，用于连接球头压圈4上；球头底座3底部八个圆周均布螺钉过孔与所述二维平移升降机构2连接。
其中，所述球头压圈4设有内螺纹和球环结构，内螺纹为多头螺纹，与球头底座3的外螺纹配合用；球环结构的球径与球头旋杆5的球径相同，用于增加锁紧过程中与球头旋杆5的接触面积。
其中，所述球头旋杆5设有六个圆周均布安装的过孔，与过渡支撑板6连接。
其中，所述过渡支撑板6为镂空结构，设有六个圆周均布螺纹孔，过渡支撑板6通过六个螺纹孔与球头旋杆5连接。
其中，测试装置还包括：压圈锁紧扳手7，球头压圈4上部具有螺纹孔，与压圈锁紧扳手7的螺纹对应，用于安装压圈锁紧扳手7，压圈锁紧扳手7用于锁紧球头压圈4、球头旋杆5和球头底座3。
本发明还提供一种空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试方法，所述测试方法采用上述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置对光学窗口组件的透射分辨率进行测量。
其中，所述测试方法包括以下步骤：
第一步：安装
将空间异面光学窗口多自由度高精度透射分辨率测试装置置于平行光管前，并通过支撑基体1固定可靠；将过渡支撑板6置于水平状态，锁紧球头压圈4、球头旋杆5和球头底座3，将光学窗口组件8安装至过渡支撑板6上；
第二步：调整
松开锁紧球头压圈4，通过球头旋杆5在球头底座3内的旋转，将光学窗口组件8上的光学窗口9置于与平行光管轴线垂直的状态，此时锁紧球头压圈4、球头旋杆5和球头底座3；
第三步：测量
通过二维平移升降机构2对光学窗口组件8进行不同位置透射分辨率的测量；
第四步：其他光学窗口测量
重复第二步、第三步完成光学窗口组件多个异面光学窗口的透射分辨率测量。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，有益效果体现在以下几个方面。
(一)本发明提供了一种空间异面光学窗口多自由度高精度透射分辨率测试装置和方法，其优点是采用球头旋杆、球头底座和球头压圈组成万向球头结构，通过万向球头结构实现光学窗口组件各空间异面的大角度光学窗口透射分辨率测量。
(二)本发明采用的球头压圈和球头底座具有多头螺纹结构，可以实现万向球头结构的快速锁紧和松开，使光学窗口组件快速旋转至测量状态，操作简单快捷。
(三)本发明采用的球头压圈具有球环结构，增加了锁紧过程中与球头旋杆的接触面积，提高了摩擦力和万向球头锁紧后的稳定性。
(四)本发明采用镂空结构的过渡支撑板，避免了透射分辨率测量过程中光线的遮拦，提高了透射分辨率测试精度。
(五)本发明采用二维平移升降机构，通过升降和平移可以快速测量同一光学窗口不同位置的透射分辨率，保证透射分辨率的测量精度。
附图说明
图1为空间异面光学窗口多自由度高精度透射分辨率测试装置与光学窗口组件安装示意图；
其中，1-支撑基体，2-二维平移升降机构，3-球头底座，4-球头压圈，5-球头旋杆，6-过渡支撑板，7-压圈锁紧扳手，8-光学窗口组件，9-光学窗口。
图2为万向球头结构；
图3为适用于某光学窗口组件透射分辨率测量的过渡支撑板；
图4为空间异面光学窗口高精度透射分辨率测量示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1至图4所示，本发明空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置包括：支撑基体1、二维平移升降机构2、球头底座3、球头压圈4、球头旋杆5、过渡支撑板6、压圈锁紧扳手7。
所述支撑基体1为正方形厚平板，中心设有八个圆周均布的螺钉过孔，螺钉过孔与二维平移升降机构2底部的螺纹孔对应，用于连接、固定二维平移升降机构2，保证在透射分辨率测量过程中整个装置及光学窗口组件稳定可靠，降低发生倾覆的风险。
所述二维平移升降机构具有升降功能、水平平移功能和锁紧功能。所述二维平移升降机构具有安装螺纹孔，用于连接支撑基体和球头底座，保证光学窗口组件透射分辨率测量过程中，可以快速移动到同一光学窗口的不同测量位置，且保证移动过程中，光学窗口相对于测量设备的角度不发生变化，到达透射分辨率测量位置后可通过自身锁紧功能锁定。
所述球头底座3底部设有八个圆周均布的螺钉过孔，螺钉过孔与二维平移升降机构2上部的螺纹孔相对应。球头底座3上端具有凹半球形结构和外螺纹，凹半球形结构球径与球头旋杆5的球径相同，通过球头旋杆5在球头底座3内的旋转，保证大行程空间异面角度的调整；外螺纹为多头螺纹，并与球头压圈4上的内螺纹配合，球头旋杆5旋转至透射分辨率测量所需空间角度时，通过球头压圈4快速锁紧球头旋杆5和球头底座3；底部八个圆周均布螺钉过孔与所述二维平移升降机构2连接，保证空间角度调整过程中光学窗口组件8稳定可靠。
所述球头压圈4设有内螺纹和球环结构，内螺纹为多头螺纹，与球头底座3的外螺纹配对使用，保证球头旋杆5和球头底座3的快速锁紧和松开；球环结构的球径与球头旋杆5的球径相同，用于增加锁紧过程中与球头旋杆5的接触面积，提高摩擦力。球头压圈4上部具有螺纹孔，与压圈锁紧扳手7的螺纹对应，用于安装压圈锁紧扳手7。
所述球头旋杆5设有球头结构和六个圆周均布安装的过孔。球头旋杆5由下至上穿过球头压圈4，球头旋杆5下部的球径与球头底座3上端的凹半球球径一致，球头旋杆5装入球头底座3的凹半球结构中，用球头压圈4紧固，球头压圈4内部具有多头螺纹结构与球头底座3上端的外螺纹对应，使得球头旋杆5的球头结构与球头底座3、球头压圈4组成万向球头结构，共同实现大行程空间角度的调整和锁紧；六个圆周均布过孔与过渡支撑板6连接，保证连接可靠，稳定固定。
所述过渡支撑板6为镂空结构，设有六个圆周均布螺纹孔和与光学窗口组件8连接的孔位，通过与光学窗口组件8连接的孔位实现过渡支撑板6和光学窗口组件8的连接；过渡支撑板6通过六个螺纹孔与球头旋杆5连接，通过球头旋杆5的转动带动过渡支撑板6的转动，进一步带动光学窗口组件8的空间角度调整；过渡支撑板6的镂空结构保证透射分辨率测量过程中无光线遮拦，同时须保证测量过程中光学窗口组件8不会出现因过渡支撑板6刚性不好导致的姿态变化，从而实现透射分辨率的高精度测量。
所述压圈锁紧扳手7与球头压圈4连接，用于锁紧球头压圈4、球头旋杆5和球头底座3。
上述装置中，支撑基体1用于保证在透射分辨率测量过程中整个装置及光学窗口组件稳定可靠，降低发生倾覆的风险；二维平移升降机构2用于光学窗口调整到测量姿态后，实现快速移动到同一光学窗口的不同测量位置；球头底座3、球头压圈4和球头旋杆5组成的万向球头结构，保证大行程空间异面角度的调整及锁紧；过渡支撑板6用于与光学窗口组件连接，在透射分辨率测量过程中，保证无光线遮挡，进一步保证透射分辨率的高精度测量。
本实施例过渡支撑板6的设计过程包括以下步骤：
第一步：将过渡支撑板与光学窗口组件在软件中进行建模，此时过渡支撑板为一实心平板，仅设有与光学窗口组件连接的孔位。在过渡支撑板与光学窗口组件的连接孔位上添加接触约束和同心约束，保证光学窗口组件在转动过程中，过渡支撑板保持同步转动；
第二步：建立光学窗口组件与基准坐标系的约束：选取光学窗口组件中的一个空间异面光学窗口，建立该光学窗口与基准坐标系的平行约束；
第三步：设计不同口径的测量光束，分别将测量光束置于同一光学窗口的不同位置，在软件中对测量光束与过渡支撑板模型进行布尔求差运算，得到符合该光学窗口透射分辨率测量的过渡支撑板模型；
第四步：分别建立光学窗口组件中其他异面光学窗口与基准坐标系的平行性约束，设计不同口径的测量光束，分别将测量光束置于光学窗口的不同位置，在软件中对测量光束与过渡支撑板模型进行布尔求差运算，得到符合各个光学窗口透射分辨率测量要求的过渡支撑板模型，保证各光学窗口透射分辨率测量过程中无遮挡；
第五步：对所述第四步的过渡板支撑模型进行结构优化：分别从模态分析、加工方法、装配过程对过渡支撑板进行结构优化，在保证测量通光口径无遮挡的前提下，保证过渡支撑板的刚度。
基于上述空间异面光学窗口多自由度透射分辨率测试装置，本实施例空间异面光学窗口多自由度透射分辨率测试方法包括以下步骤：
第一步：安装
将空间异面光学窗口多自由度高精度透射分辨率测试装置置于平行光管前，并通过支撑基体1固定可靠。将过渡支撑板6置于水平状态，用压圈锁紧扳手7锁紧球头压圈4、球头旋杆5和球头底座3，将光学窗口组件8安装至过渡支撑板6上；
第二步：调整
松开锁紧球头压圈4，通过球头旋杆5在球头底座3内的旋转，将光学窗口9置于与平行光管轴线垂直的状态，此时通过压圈锁紧扳手7锁紧球头压圈4、球头旋杆5和球头底座3；
第三步：测量
通过二维平移升降机构2对光学窗口组件8进行不同位置透射分辨率的高精度测量；
第四步：其他光学窗口测量
重复第二步、第三步完成光学窗口组件多个异面光学窗口的透射分辨率测量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，其特征在于，包括：支撑基体(1)、二维平移升降机构(2)、球头底座(3)、球头压圈(4)、球头旋杆(5)、过渡支撑板(6)、压圈锁紧扳手(7)；所述二维平移升降机构(2)固定在支撑基体(1)上，具有升降、水平平移和锁紧功能；所述球头底座(3)底部连接二维平移升降机构(2)，上端设置凹半球形结构；球头旋杆(5)下端设置球头结构，球头结构布置在球头底座(3)的凹半球形结构中，球头旋杆(5)上部穿过球头压圈(4)后连接过渡支撑板(6)，球头压圈(4)下部连接球头底座(3)，用于紧固球头旋杆(5)，球头旋杆(5)的球头结构与球头底座(3)、球头压圈(4)组成万向球头结构；过渡支撑板(6)上设置有孔位，通过孔位连接过渡支撑板(6)和光学窗口组件(8)，球头旋杆(5)转动带动过渡支撑板(6)转动，进一步带动光学窗口组件(8)的空间角度调整。
2.如权利要求1所述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，其特征在于，所述支撑基体(1)为正方形厚平板，中心设有八个圆周均布的螺钉过孔，螺钉过孔与二维平移升降机构(2)底部的螺纹孔对应，用于连接、固定二维平移升降机构(2)。
3.如权利要求2所述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，其特征在于，所述二维平移升降机构(2)底部和上部分别开设有安装螺纹孔，用于连接支撑基体(1)和球头底座(3)。
4.如权利要求3所述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，其特征在于，所述球头底座(3)底部设有八个圆周均布的螺钉过孔，螺钉过孔与二维平移升降机构(2)上部的螺纹孔相对应；球头底座(3)上端具有外螺纹，外螺纹为多头螺纹，用于连接球头压圈(4)上；球头底座(3)底部八个圆周均布螺钉过孔与所述二维平移升降机构(2)连接。
5.如权利要求4所述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，其特征在于，所述球头压圈(4)设有内螺纹和球环结构，内螺纹为多头螺纹，与球头底座(3)的外螺纹配合用；球环结构的球径与球头旋杆(5)的球径相同，用于增加锁紧过程中与球头旋杆(5)的接触面积。
6.如权利要求5所述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，其特征在于，所述球头旋杆(5)设有六个圆周均布安装的过孔，与过渡支撑板(6)连接。
7.如权利要求6所述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，其特征在于，所述过渡支撑板(6)为镂空结构，设有六个圆周均布螺纹孔，过渡支撑板(6)通过六个螺纹孔与球头旋杆(5)连接。
8.如权利要求7所述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置，其特征在于，还包括：压圈锁紧扳手(7)，球头压圈(4)上部具有螺纹孔，与压圈锁紧扳手(7)的螺纹对应，用于安装压圈锁紧扳手(7)，压圈锁紧扳手(7)用于锁紧球头压圈(4)、球头旋杆(5)和球头底座(3)。
9.一种空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试方法，其特征在于，所述测试方法采用权利要求1-8中任一项所述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试装置对光学窗口组件的透射分辨率进行测量。
10.如权利要求9所述的空间异面光学窗口组件多自由度透射分辨率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：安装
将空间异面光学窗口多自由度高精度透射分辨率测试装置置于平行光管前，并通过支撑基体(1)固定可靠；将过渡支撑板(6)置于水平状态，锁紧球头压圈(4)、球头旋杆(5)和球头底座(3)，将光学窗口组件(8)安装至过渡支撑板(6)上；
第二步：调整
松开锁紧球头压圈(4)，通过球头旋杆(5)在球头底座(3)内的旋转，将光学窗口组件(8)上的光学窗口(9)置于与平行光管轴线垂直的状态，此时锁紧球头压圈(4)、球头旋杆(5)和球头底座(3)；
第三步：测量
通过二维平移升降机构(2)对光学窗口组件(8)进行不同位置透射分辨率的测量；
第四步：其他光学窗口测量
重复第二步、第三步完成光学窗口组件多个异面光学窗口的透射分辨率测量。
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