CN112212825B - 天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置及方法 - Google Patents

天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置及方法。本发明的目的是解决现有大型天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴调整中存在加工精度的要求过高、投入成本高，多个基准来回转换使得整体精度误差较大、定位过程复杂、可靠性差、装调周期较长，导致大型经纬仪整体测量精度受到巨大损失的技术问题，提供一种天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置及方法。本发明以待调整俯仰轴系的一个轴系为基准，通过在另一个轴系的立柱与轴承座之间增设修切环节，利用两个自准直平行光管穿心调校，而后对该另一个轴系进行调整，实现了对大型天文观测用经纬仪俯仰轴系的快速同轴调整。该方法利用该装置进行。

Description

天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置及方法
技术领域
本发明涉及一种经纬仪调整装置及方法，具体涉及一种天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置及方法。
背景技术
经纬仪作为一种测量设备被广泛使用于精密机械工程领域中，通常由俯仰轴系和方位轴系组成。经纬仪的基本结构如图1所示，俯仰轴系02安装于方位轴系01上部，包括U型架021、左轴系022、右轴系023和光学***024，光学***024包括光学***结构件0241和位于其内部的光学元件。U型架021作为俯仰轴系02的关键零件，为左轴系04与右轴系05的承载件，其左臂通过左轴承承载左轴系04，右臂通过右轴承承载右轴系05，左轴系022和右轴系023分别连接光学***结构件0241的左、右两侧。俯仰轴系02的测量精度是影响经纬仪测量精度的重要环节，其中左轴系022和右轴系023的同轴度误差直接决定着俯仰轴系02的精度。
对于小型经纬仪而言，由于其U型架021的总体尺寸较小，故可以设计为整体结构，在加工中心上进行加工，以保证U型架021左、右两臂的轴承安装孔同轴度要求。对于大型经纬仪而言，比如天文系列观测设备，因其体积巨大，如果设计成整体结构，则难于在一台加工设备上完成加工，故需要设计成分体结构，由若干段组合而成。如图2所示，U型架025由U型架底座0251、左立柱0252、右立柱0253、左轴承座0254和右轴承座0255组成，其中U型架底座0251、左立柱0252和右立柱0253组成U型架下端件。
由于大型经纬仪的U型架采用分体式组合结构设计，为了满足分别安装于U型架025左、右两臂的左轴系022、右轴系023的同轴度误差要求，通常的做法是提高各零件的加工精度，并建立多个基准(设计基准、加工基准、安装基准)以便组合。但是，这样就会带来以下三方面的问题：
1、大型零件对加工精度的要求过高，大大增加了投入成本；
2、装调过程中设计基准、加工基准和安装基准需要进行多次转换，多个基准间的传递不可避免地造成整体精度的误差较大，从而降低俯仰轴系02的精度，使得大型经纬仪整体测量精度损失巨大。
3、多个基准间的转换定位过程复杂且可靠性差，装调周期较长。
发明内容
本发明的目的是解决现有大型天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴调整中存在加工精度要求过高、投入成本高，多个基准来回转换使得整体精度误差较大、定位过程复杂、可靠性差、装调周期较长，导致大型经纬仪整体测量精度受到巨大损失的技术问题，提供一种天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：
本发明提供天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置，其特征在于：包括基座、调平支承机构、第一支架、第二支架、第一自准直平行光管、第二自准直平行光管、第一工装反射镜和第二工装反射镜；
所述调平支承机构设置于基座上，用于调平和支承待调整俯仰轴系；
所述第一支架和第二支架均设置于基座上，且分别位于调平支承机构的两侧；
所述第一自准直平行光管设置于第一支架上，所述第二自准直平行光管设置于第二支架上；
所述第一工装反射镜和第二工装反射镜分别通过工装连接件安装于待调整俯仰轴系两个轴系的外侧，二者的反射面可分别反射第一自准直平行光管和第二自准直平行光管的出射光。
进一步地，为了保证调平支承机构稳固可靠地支撑待调整俯仰轴系，所述调平支承机构的中心位置设置于基座上中心位置处，所述第一支架和第二支架对称设置于调平支承机构的两侧。
本发明还提供一种天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整方法，其特殊之处在于，基于上述天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置，包括以下步骤：
1)装置准备
在待调整俯仰轴系靠近第一自准直平行光管一侧的轴系外侧通过工装连接件安装第一工装反射镜，在待调整俯仰轴系靠近第二自准直平行光管一侧的立柱与轴承座之间设置修切平板；
2)利用靠近第一自准直平行光管一侧的轴系建立调试基准
将待调整俯仰轴系靠近第一自准直平行光管一侧的轴系在360°范围内进行旋转，并调整第一工装反射镜和第一自准直平行光管的位置和姿态，直至第一工装反射镜对第一自准直平行光管的反射像处于第一自准直平行光管的光路中心处，将第一自准直平行光管的光路中心标定为调试基准；
3)将第二自准直平行光管与第一自准直平行光管穿心
拆卸第一工装反射镜，利用所述调试基准，调整第二自准直平行光管的位置和姿态，直至第二自准直平行光管的光路中心与第一自准直平行光管的光路中心相重合；
4)调整靠近第二自准直平行光管一侧的轴系的同轴度
在待调整俯仰轴系靠近第二自准直平行光管一侧的轴系外侧通过工装连接件安装第二工装反射镜，将该轴系在360°范围内进行旋转，第二工装反射镜对第二自准直平行光管的反射像距离第二自准直平行光管光路中心的偏差即为该轴系相对于待调整俯仰轴系的另一轴系的同轴度误差，调整第二工装反射镜的位置和姿态，并改变修切平板的厚度，直至第二工装反射镜上第二自准直平行光管的反射像距离第二自准直平行光管光路中心的偏差符合工艺要求，此时第一工装反射镜和第二工装反射镜的反射面分别垂直于待调整俯仰轴系的两个轴系的轴线，待调整俯仰轴系左轴系和右轴系的同轴调整完成。
进一步地，根据调整现场的具体情况，步骤4)中改变修切平板的厚度可以为：若需要增加修切平板的厚度，则替换为更厚的修切平板，或再增设修切平板；若需要减少修切平板的厚度，则替换为更薄的修切平板，或通过加工减少修切平板的厚度；通过研磨方式改变修切平板的角度。
本发明相比现有技术具有的有益效果如下：
本发明提供的天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置及方法，利用带有自准直平行光管的同轴自准直调整装置，以待调整俯仰轴系的一个轴系为基准，通过在另一个轴系的立柱与轴承座之间增设修切环节，利用两个自准直平行光管穿心调校，而后对该另一个轴系进行调整，实现了对大型天文观测用经纬仪俯仰轴系的快速同轴调整，方法简单，易于操作，在大大降低了加工过程中对于U型架底座、立柱、轴系以及轴承座等大型零件的加工精度要求的同时，提高了采用分体式U型架的大型经纬仪俯仰轴系的调装精度，有效缩短了装调周期，大大降低了经纬仪的造价成本。
附图说明
图1为现有小型经纬仪的结构示意图；
图2为现有大型经纬仪U型架的结构示意图；
图3为本发明天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴调整装置结构示意图，图中还示出了待调整俯仰轴系；
附图标记说明：
图1中：
01-方位轴系、02-俯仰轴系、021-U型架、022-左轴系、023-右轴系、024-光学***、0241-光学***结构件；
图2中：
025-U型架、0251-U型架底座、0252-左立柱、0253-右立柱、0254-左轴承座、0255-右轴承座；
图3中：
1-基座、2-调平支承机构、3-第一支架、4-第二支架、5-第一自准直平行光管、6-第二自准直平行光管、7-第一工装反射镜、8-第二工装反射镜、9-待调整俯仰轴系、10-修切平板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
一种天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置，包括基座1、中心位置设置于基座1上中心位置处用于调平和支承待调整俯仰轴系9的调平支承机构2、设置于基座1上且分别对称设置于调平支承机构2左右两侧的第一支架3和第二支架4、设置于第一支架3上的第一自准直平行光管5、设置于第二支架4上的第二自准直平行光管6、以及分别通过工装连接件设置于待调整俯仰轴系9的两个轴系(左轴系、右轴系)外侧的第一工装反射镜7和第二工装反射镜8，二者分别用于反射第一自准直平行光管5和第二自准直平行光管6的出射光，所述工装连接件与轴系和工装反射镜连接的两个端面之间设有弹性调节件。
利用上述调整装置进行天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整方法，包括以下步骤：
1)装置准备
在待调整俯仰轴系9左轴系外侧通过工装连接件安装第一工装反射镜7，在待调整俯仰轴系9右立柱与右轴承座之间设置修切平板10；
2)利用左轴系建立调试基准
将左轴系在360°范围内进行旋转，并调整第一工装反射镜7和第一自准直平行光管5的位置和姿态，直至第一工装反射镜7对第一自准直平行光管5的反射像处于第一自准直平行光管5的光路中心处，将第一自准直平行光管5的光路中心标定为调试基准；
3)将第二自准直平行光管6与第一自准直平行光管5穿心
拆卸第一工装反射镜7，利用所述调试基准，调整第二自准直平行光管6的位置和姿态，直至第二自准直平行光管6的光路中心与第一自准直平行光管5的光路中心相重合；
4)调整右轴系的同轴度
在右轴系外侧通过工装连接件安装第二工装反射镜8，将右轴系在360°范围内进行旋转，第二工装反射镜8上的反射像(对第二自准直平行光管6的反射像)距离第二自准直平行光管6光路中心的偏差即为右轴系相对于左轴系的同轴度误差，调整第二工装反射镜8的位置和姿态，并改变修切平板10的厚度及角度，直至第二自准直平行光管6的反射像距离第二自准直平行光管6光路中心的偏差符合工艺要求，改变厚度时，若需要增加修切平板10的厚度，则替换为更厚的修切平板10，或再增加修切平板10；若需要减少修切平板10的厚度，则替换为更薄的修切平板10，或通过加工减少修切平板10的厚度；通过研磨方式改变修切平板10的角度。当然左支架和右支架的高度需满足：保证其上设置的自准直平行光管的光路中心分别与待调整俯仰轴系9左轴系、右轴系安装后的旋转轴线等高，此时第一工装反射镜7和第二工装反射镜8的反射面分别垂直于待调整俯仰轴系9的两个轴系的轴线，待调整俯仰轴系9左轴系和右轴系的同轴调整完成。
上述调整方法中是以待调整俯仰轴系9的左轴系建立调试基准，当然也可以采用待调整俯仰轴系9的右轴系建立调试基准。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，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所保护技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整方法，其特征在于，基于一种天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整装置；
该装置包括基座(1)、调平支承机构(2)、第一支架(3)、第二支架(4)、第一自准直平行光管(5)、第二自准直平行光管(6)、第一工装反射镜(7)和第二工装反射镜(8)；
所述调平支承机构(2)设置于基座(1)上，用于调平和支承待调整俯仰轴系(9)；
所述第一支架(3)和第二支架(4)均设置于基座(1)上，且分别位于调平支承机构(2)的两侧；
所述第一自准直平行光管(5)设置于第一支架(3)上，所述第二自准直平行光管(6)设置于第二支架(4)上；
所述第一工装反射镜(7)和第二工装反射镜(8)分别通过工装连接件安装于待调整俯仰轴系(9)两个轴系的外侧，二者的反射面可分别反射第一自准直平行光管(5)和第二自准直平行光管(6)的出射光；
所述调平支承机构(2)的中心位置设置于基座(1)上中心位置处，所述第一支架(3)和第二支架(4)对称设置于调平支承机构(2)的两侧；
该方法包括以下步骤：
1)装置准备
在待调整俯仰轴系(9)靠近第一自准直平行光管(5)一侧的轴系外侧通过工装连接件安装第一工装反射镜(7)，在待调整俯仰轴系(9)靠近第二自准直平行光管(6)一侧的立柱与轴承座之间设置修切平板(10)；
2)利用靠近第一自准直平行光管(5)一侧的轴系建立调试基准
将待调整俯仰轴系(9)靠近第一自准直平行光管(5)一侧的轴系在360°范围内进行旋转，并调整第一工装反射镜(7)和第一自准直平行光管(5)的位置和姿态，直至第一工装反射镜(7)对第一自准直平行光管(5)的反射像处于第一自准直平行光管(5)的光路中心处，将第一自准直平行光管(5)的光路中心标定为调试基准；
3)将第二自准直平行光管(6)与第一自准直平行光管(5)穿心
拆卸第一工装反射镜(7)，利用所述调试基准，调整第二自准直平行光管(6)的位置和姿态，直至第二自准直平行光管(6)的光路中心与第一自准直平行光管(5)的光路中心相重合；
4)调整靠近第二自准直平行光管(6)一侧的轴系的同轴度
在待调整俯仰轴系(9)靠近第二自准直平行光管(6)一侧的轴系外侧通过工装连接件安装第二工装反射镜(8)，将该轴系在360°范围内进行旋转，第二工装反射镜(8)对第二自准直平行光管(6)的反射像距离第二自准直平行光管(6)光路中心的偏差，即为该轴系相对于待调整俯仰轴系(9)的另一轴系的同轴度误差，调整第二工装反射镜(8)的位置和姿态，并改变修切平板(10)的厚度及角度，直至第二工装反射镜(8)上第二自准直平行光管(6)的反射像距离第二自准直平行光管(6)光路中心的偏差符合工艺要求，此时第一工装反射镜(7)和第二工装反射镜(8)的反射面分别垂直于待调整俯仰轴系(9)的两个轴系的轴线，待调整俯仰轴系(9)左轴系和右轴系的同轴调整完成。
2.根据权利要求1所述的天文观测用经纬仪俯仰轴系的同轴自准直调整方法，其特征在于，步骤4)中改变修切平板(10)的厚度具体为：若需要增加修切平板(10)的厚度，则替换为更厚的修切平板(10)，或再增设修切平板(10)；若需要减少修切平板(10)的厚度，则替换为更薄的修切平板(10)，或通过加工减少修切平板(10)的厚度；通过研磨方式改变修切平板(10)的角度。
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