浅谈装备多轴线一致性检测方法

周铭 马春庭

摘  要：该文针对当前武器装备多轴线一致性检测方法精度不高、效率低的问题，提出了一种装备多轴线一致性检测方案，并设计了一种检测装置。首先，从光轴转换技术来阐述多轴线一致性检测方法，分析了上转换法、热靶法和室内多波段光轴检测法。其次，论证了折射式方案和反射式方案的优缺点，并从视场角的大小、系统的相对长度等方面综合考量，选定了离轴式牛顿望远反射式系统来设计检测装置的平行光管部分。最后，对提出的装备多轴线一致性检测方案的现实可行性进行了分析说明。

关键词：多轴线检测;光轴转换技术;折射式方案;反射式方案

中图分类号：TN214                  文献标志码：A

0 引言

现役武器装备具有火力轴、瞄准轴和激光光轴等多个轴线。为了保证打击精度，各轴线在初始状态下空间指向应当保持一致。武器装备的多轴线一致性检测主要包括火力轴（单火炮身管轴线、多火炮身管轴线等）、瞄准轴（光学瞄准系统轴线、稳定跟踪系统基准光轴等）、激光光轴（激光测距机）、电视光轴及电轴（电视摄像机、视频成像仪等）、红外光轴及电轴（红外成像仪）以及雷达的电轴在方位和高低2个方向的误差。

1 光波段转换技术

1.1 激光波段转换为可见光波段—上转换板法

上转换板所采用的器件是红外探测转换器件，该器件完成了激光到可见光的转换，以便让CCD能探测到光斑。上转换板通过十字分划对准CCD产生的电十字分划，着落于平行光管的后焦面上。但此方法在光波段转换时量子效率很低，且在CCD上成像时间延长效果并不明显，其次上转换板法对红外热像系统的光轴无法检测。

1.2 室内多波段光轴检测法

该方法的原理是把被测试的设备放到平行光管前，将可见光设备作为瞄准的基准，对准瞄准焦面上的十字目标，通过调整可见设备来让设备的十字丝中心和焦面中的十字目标像重合起来。但要求焦面上的十字目标需要放到平行光管前的平面反射镜和多光谱分光镜中，并成像到CCD上，形成红外设备的瞄准基准，最后通过和激光光斑进行比对就能获得激光设备和红外设备间的光轴偏差量，原理图如图1所示。

2 方案论证

2.1 折射式方案

在普通的光轴检校之中，一般使用一个大口径的折射式平行光管，其结构如图2所示：由1个光学透镜与1个分划板组成。如在检查激光测距机的光轴一致性时，使用1个大口径的折射式平行光管，并在透镜的焦点上放置一片像纸，根据激光在像纸上所打点的位置即可检测出激光测距机光轴的偏差量。

实际工作中为了消除在红外系统中由色差引起的成像点位置不同的问题，采用正负透镜做成双胶合透镜来消除色差，如图3所示。

图4中大透镜是锗透镜，可透过红外光，将大透镜中间截去，加一金属框架，在金属框架内放置普通玻璃的小透镜，用以透过可见光和激光，根据光路平行性要求，小透镜的位置需要根据大透镜的位置进行前后左右的调节。此方案相对于采用双波段透镜的优势在于可以避免在光轴检测过程中的人工调整，相对减小了检测误差。

但无论是利用双波段玻璃透镜调节分划还是利用组合透镜调节小透镜来实现光轴检测，均存在3点问题。1）价格昂贵。双波段玻璃制造工艺复杂，锗透镜本就价格高昂，系统的成本大大提高。2）系统的装调比较麻烦。前者需要根据被检测系统不同波段的光轴来相应调节分划的位置，后者则需要调节组合透镜中小白光透镜的位置。3）系统的检测精度不高。在调整过程中，如何确定确切的调整量，如何调整位置使之处于最佳状态，往往是通过个人的经验来完成的，导致系统的检测精度不高。

2.2 反射式方案

2.2.1 牛顿式望远系统

牛顿式系统起源于对天文望远镜的研究，来自天体目标的光接收在第一凹面镜上，在此镜焦平面上形成物的一个实像。其放大率等于物镜焦距与目镜焦距之比，其结构如图5所示。

牛顿式望远系统的主要结构类型有2种：共轴式牛顿系统利用共轴式抛物面反射镜的原理。共轴式牛顿系统里只有1个非球面光学元件。但是也存在不足的地方是，中心遮挡还不够完善，需要通过调整结构来解决，结构如图6所示。离轴式牛顿望远系统的反射镜使用离轴式抛物面，能让分划板射出的光束通过抛物面反射后变为平行光束，是由一个抛物面主反射镜组成，结构如图7所示。

3 总体方案设计

通用多轴线一致性检测系统采用大口径自准直光平行光管方式组成的光铰链，完成对火力轴线模拟器、电视摄像机、激光测距机、光学观瞄镜、红外热像仪的瞄准轴线一致性检测，检测装置如图8所示。1）检测装置中平行光管的设计主要采用了上述所说的反射式方案中的离轴式牛顿望远系统，主要由分划板和离轴式抛物面反射镜组成，经过组装调节可以由此平行光管出射平行光线。2）CCD组件的使用是为了测试激光测距机的轴线与基准轴线的一致性，首先将激光强度调整到CCD可以正常接收的范围内，接下来将被测设备置于平行光管前侧，由被测设备出射激光，激光经过准直系统调整后汇聚成为光斑，从而被CCD的光敏器件接收，通过与检测设备的十字分划中心进行误差比对，即可完成被检测设备激光光轴与基准光轴的一致性检测。3）扩展棱镜组的设计主要是考虑到各个被检测设备之间的间距较宽，完全由平行光管进行检测，不仅平行光管的制作成本高，而且体积比较大，操作体验比较差，为了解决这个难题，因此提出了新型的扩展棱镜组的设计方案，从而不仅缩小了系统体积，减轻了系统重量，还扩大了测量范围。

4 结语

该文对光轴转换技术进行多轴线一致性检测的原理及常用的几种方法进行了介绍，通过论证折射式方案和反射式方案的优缺点，找到了最适宜的平行光管设计方案，进而提出适合装备多轴线一致性检测的方案，并陈述了该方案的现实可行性。

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