一种光电观瞄系统光轴一致性高精度自适应装调方法与流程

本发明属于机械和光学，具体涉及一种光电观瞄系统光轴一致性高精度自适应装调方法。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，光电观瞄设备已广泛应用在国防、工业等领域。随着国防、工业需求增多，光电观瞄设备发展成含有红外探测器、可见光探测器、激光测距器、激光眩目器等多种光学探测器，可实现全天候作战，多种信息输出，互相弥补各自的不足，具有一定的穿透烟、雾、霾、雪等能力以及识别伪装的能力，不受战场强光、闪光干扰而致盲，可以实现远距离，全天候观察探测目标。

2、多种光学探测器之间的光轴一致性是影响光电观瞄设备探测性能的重要指标。比如有以下多种情况：1)在远距离目标识别时，通过可见光探测器或红外探测器识别到目标，并对目标进行锁定时，后续激光测距器对目标进行测距，返回距离值；但是如果光轴一致性较差时，激光测距器无法探测识别目标，无法输出有效的距离值为供外部系统设备使用。2)在傍晚时分，光线较差的情况下，对远距离目标进行识别与跟踪时，先是通过可见光探测器对目标进行识别与跟踪，此时切换为红外探测器对目标进行识别与跟踪，输出为红外视频。若红外探测器与可见光探测器两者光轴一致性相差较大时，目标在视场的位置会发生改变，甚至目标未出现在红外视场，造成目标丢失。特别是在特殊使用条件下，极易造成严重后果。

3、目前为提高光电观瞄系统光轴的一致性，往往提高机械零件的公差等级，加大了加工难度，提高了加工成本，同时在装调过程中往往需要反复调整，才能保证光电观瞄系统光轴的一致性。

4、因此，如何高精度、简单地完成光电观瞄系统光轴一致性的装调，是现阶段该领域所需深入探索的难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种光电观瞄系统光轴一致性高精度自适应装调方法，能够高精度、简单地完成光电观瞄系统光轴一致性的装调。

2、本发明是通过下述技术方案实现的：

3、一种光电观瞄系统光轴一致性高精度自适应装调方法，具体步骤如下：

4、步骤1，调整变焦可见光探测器的轴向至水平，并旋转变焦红外探测器，使得平行光管的靶标成像的十字丝与变焦红外探测器自身成像的十字丝的纵向像素偏差值小于或等于1后，完成变焦红外探测器的光轴装调，并以变焦红外探测器为基准，开展后续装调；

5、步骤2，根据平行光管的靶标十字丝与变焦可见光探测器自身成像的十字丝的纵向像素偏差值，计算得到变焦可见光探测器的理论调整量δd1，将厚度为δd1的调整垫片垫入变焦可见光探测器的过渡件与前盖之间；

6、步骤3，根据变焦红外探测器的十字丝与激光测距器的激励光斑的纵向像素偏差值，计算得到激光测距器的理论调整量δd2，将厚度为δd2的调整垫片垫入激光测距器的过渡件与前盖之间；

7、步骤4，根据变焦可见光探测器的十字丝与激光眩目器发射的光斑的纵向像素偏差值，计算得到激光眩目器的理论调整量δd3，将厚度为δd3的调整垫片垫入激光眩目器的过渡件与前盖之间。

8、进一步的，在步骤1之前，测量变焦可见光探测器、激光测距器及激光眩目器的安装尺寸：变焦可见光探测器的安装尺寸为d1、激光测距器的安装尺寸为d2、激光眩目器的安装尺寸为d3。

9、进一步的，在步骤1之前，搭建光轴一致性调试系统，所述光轴一致性调试系统包括：变焦可见光探测器、激光测距器、激光眩目器、变焦红外探测器、前盖、调试工装、平行光管和上位机；

10、所述变焦可见光探测器通过变焦可见光探测器过渡板安装在前盖上，激光测距器通过激光测距器过渡板安装在前盖上，激光眩目器通过激光眩目器过渡板安装至前盖上，变焦红外探测器通过法兰安装在前盖上，变焦可见光探测器、激光测距器、激光眩目器、变焦红外探测器及前盖成为前盖组合部件；

11、前盖与l形的调试工装的一个侧板连接，将装配完成的前盖组合部件和调试工装放置到三轴水平调试平台上，其中，调试工装的另一个侧板支撑在三轴水平调试平台上；

12、平行光管与变焦可见光探测器、变焦红外探测器的输入端相对，将所有光学探测器接通电源，并与上位机电性连接；

13、搭建完光轴一致性调试系统后，在后续步骤中直接垫入对应厚度的调整垫片进行变焦可见光探测器、激光测距器、激光眩目器的位置调整，最终完成所有光学探测器的光轴一致性的调整。

14、进一步的，在步骤1中，通过上位机将变焦红外探测器的变焦调至最大焦距处，在上位机显示的变焦红外探测器的输出图像中会得到两个十字丝，分别为平行光管的靶标成像、变焦红外探测器自身成像的十字丝，其中，变焦红外探测器的分辨率为p1横×p1纵，焦距大小为：f1min～f1maxmm，像元大小：x1μm；

15、首先调整三轴水平调试平台，使两个十字丝中心重合，将水平仪放置在前盖组合部件预留的精度安装面，将水平仪调至水平，使得变焦红外探测器的轴向保持水平，通过上位机得到两个十字丝各自对应的平行线之间的纵向像素偏差值n1，若n1大于1，则旋转变焦红外探测器，调整变焦红外探测器，直到上位机输出的两个十字丝各自对应的平行线之间的纵向像素偏差值n1小于或等于1后，对变焦红外探测器的位置进行固定，即完成变焦红外探测器的光轴装调，并以变焦红外探测器为基准，开展后续装调。

16、进一步的，在步骤2中，观察变焦红外探测器的输出图像中，保证变焦红外探测器的十字丝与平行光管的十字丝像重合，将上位机显示的变焦红外探测器的输出图像切换为变焦可见光探测器的视频输出，通过上位机将变焦可见光探测器的变焦调至最大焦距处，视频图像会得到两个十字丝，分别为平行光管的靶标十字丝、变焦可见光探测器自身成像的十字丝像素，其中，变焦可见光探测器的分辨率为p2横×p2纵，焦距大小为：f2min～f2maxmm，像元大小为x2μm；

17、且两个十字丝各自对应的平行线之间的纵向像素偏差值为n2；

18、计算调整偏差角度θ1，θ1＝arctan(n2×x2/f2max)；

19、则理论调整量δd1为：δd1＝d1×tanθ1；

20、将厚度为δd1的调整垫片垫入变焦可见光探测器过渡板与前盖的支撑板之间，并进行光轴验证，验证变焦可见光探测器的光轴与变焦红外探测器的光轴是否重合，若重合则完成变焦可见光探测器的位置调整，反之则重新调整。

21、进一步的，在步骤3中，

22、通过上位机将变焦红外探测器的变焦调至最大焦距处，将激光测距器的开关打开，此时，视频图像中会出现变焦红外探测器的十字丝与激光测距器的激励端激发的亮点，该亮点为激励光斑，上位机输出变焦红外探测器的十字丝与激光测距器的激励光斑的纵向像素偏差值为n3；

23、计算调整偏差角度θ2，θ2＝arctan(n3×x1/f1max)；

24、则理论调整量：δd2＝d2×tanθ2；

25、将厚度为δd2的调整垫片垫入激光测距器过渡板与前盖的支撑板之间，并进行光轴验证，验证变焦红外探测器的光轴与激光测距器的光轴是否重合，若重合则完成激光测距器的位置调整，反之则重新调整。

26、进一步的，在步骤4中，激光眩目器与变焦可见光探测器上电，通过上位机将变焦可见光探测器的变焦调至最大焦距处，将激光眩目器的束散角调至最小角度，视频图像会得到一个十字丝与激光眩目器发射的光斑，进而得到十字丝与光斑中心的纵向像素偏差值为n4；

27、计算调整偏差角度θ3，θ3＝arctan(n4×x2/f1max)

28、则理论调整量δd3为：δd3＝d3×tanθ3；

29、将厚度为δd3的调整垫片垫入激光眩目器过渡板与前盖的支撑板之间，并进行光轴验证，验证变焦可见光探测器的光轴与激光眩目器的光轴是否重合；若重合则完成激光眩目器的位置调整，反之则重新调整。

30、进一步的，在步骤4完成后，对变焦红外探测器、激光眩目器、激光测距器、变焦可见光探测器之间的光轴一致性进行复验，满足要求后完成装调；否则重复步骤2至步骤4；其中，根据光学系统设计要求，四个光学探测器之间的光轴一致性要求为：任意两光轴平行偏差≤0.3mrad。

31、有益效果：

32、(1)针对现有技术中存在的问题：为保证各个光学探测器之间光轴平行性，往往靠提高加工精度来保证，会造成加工难度、加工成本骤增；同时在装调过程中，无法得到准确的调整量，会经历反复装调过程，收敛速度降低，时间成本大，装调效率低；本发明依据光电观瞄系统中光轴设计要求，综合考虑零件加工、装配工艺性，提出了光电观瞄系统光轴一致性高精度自适应的装调方法，实现了光电观瞄系统光轴一致性的高精度自适应装调，可作用于不同的光电观瞄系统，且操作简单方便，避免反复调整流程，加快调试收敛速度。

33、(2)本发明使用螺旋测微器、平行光管、三轴水平调试平台等实验仪器，利用上位机软件获得的纵向像素偏差值，经过理论计算得到偏差角度信息，并根据各个光学探测器的安装方式，进行理论公式推导，得到调整量，依据理论计算结果利用专用调整垫片对各光学探测器进行调整，保证光电观瞄系统光轴一致性设计要求。

34、(3)本发明依据光电观瞄系统各光学探测器安装方式，通过高精度的定量装调方法，将光学系统装调精度与各个光学探测器之间的调整量建立定量化的数学模型，能够简单高效适用于不同类型的光电观瞄系统光轴一致性装调工作，保证了各光学探测器之间光轴平行性，可降低整个系统对机械零件的公差等级要求，减小零件加工难度，降低了零件加工精度，降低加工成本与装调时间成本；同时在装调过程中，避免了反复装调过程，加快装调收敛速度，提高了装调效率，能够简单高效地完成光电观瞄系统光轴一致性装调工作，提高了光电观瞄系统光轴的一致性装调精度，且该方法操作简单。

35、(4)本发明在完成四个光学探测器的光轴调整后，还对变焦红外探测器、激光眩目器、激光测距器、变焦可见光探测器之间的整体光轴一致性进行复验，进一步保证了光轴一致性的精度。