多軸一致性標(biāo)校儀技術(shù)研究

劉明攀　蘇高峰

摘? 要：針對傳統(tǒng)的指向一致性的標(biāo)校采用瞄北極星法受天氣、環(huán)境因素影響較大，無法實(shí)現(xiàn)及時檢測與標(biāo)校，且存在誤差大，精度較低的問題，設(shè)計(jì)一套不受天氣和環(huán)境條件的影響，且具有操作簡單方便、檢測精度高和實(shí)時標(biāo)校等特點(diǎn)的便攜式多軸一致性標(biāo)校儀，這種多軸一致性標(biāo)校儀對保證武器系統(tǒng)的精度和作戰(zhàn)效能是非常有意義的。

關(guān)鍵詞：瞄準(zhǔn)精度;三軸一致性;瞄星法;標(biāo)校儀

中圖分類號：TH741? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）29-0150-03

Abstract： Aiming at the problem that the traditional method of pointing consistency calibration is greatly influenced by weather and environmental factors， it can not realize timely detection and calibration， and has large error and low accuracy. Thus a set of calibration method is designed， which is not affected by weather and environmental conditions， and has the advantages of simple operation， high detection accuracy and real-time calibration. The portable multi-axis consistency calibrator with characteristics is very meaningful to ensure the accuracy and operational efficiency of weapon system.

Keywords： alignment accuracy; three-axis consistent; alignment; calibrator

1 多軸一致性標(biāo)校儀研究基礎(chǔ)[1-2]

現(xiàn)有小口徑反導(dǎo)火炮武器系統(tǒng)通常采用跟蹤雷達(dá)、光電跟蹤儀寄生在火炮上的兩位一體的綜合體結(jié)構(gòu)形式，其中跟蹤雷達(dá)、光電跟蹤儀分別安裝在火炮的兩個托架上。為了提高小口徑反導(dǎo)火炮武器系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)精度，需對火炮的炮管軸線、雷達(dá)的瞄準(zhǔn)軸線和光電跟蹤儀瞄準(zhǔn)軸線三者之間的指向一致性進(jìn)行校準(zhǔn)。傳統(tǒng)的指向一致性的標(biāo)校采用瞄北極星法，其具體檢測、標(biāo)校方法如下：

利用無限遠(yuǎn)處相交的兩條直線視為平行線的原理，檢查、標(biāo)校多軸的一致性。具體方法為，選擇晴朗、能見度好的夜晚，將照射器經(jīng)緯儀架設(shè)在火炮的首尾線上，首先將照射器經(jīng)緯儀的方位、俯仰零位與火炮的方位、俯仰零位調(diào)整一致，然后采用艦炮與照射器經(jīng)緯儀同時瞄準(zhǔn)變化緩慢的北極星，通過對幾組有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲取炮管軸線與照射器經(jīng)緯儀的誤差。當(dāng)誤差超標(biāo)時，對艦炮的方位、俯仰零位進(jìn)行調(diào)整，隨后重復(fù)上述動作，直到誤差滿足要求為止。雷達(dá)和照射器軸線指向一致性的檢測、標(biāo)校采用同樣方法。根據(jù)三者軸線與照射器經(jīng)緯儀之間的誤差最終確定炮管軸線與雷達(dá)和照射器軸線的指向誤差。

但該法對環(huán)境要求高，必須在晴朗且能見度好的環(huán)境進(jìn)行、操作復(fù)雜、精度低、瞄準(zhǔn)角度固定。該法受天氣、環(huán)境因素影響較大，無法實(shí)現(xiàn)及時檢測與標(biāo)校，且誤差大，精度較低。

為了解決指向一致性標(biāo)校不受天氣、環(huán)境等因素影響的問題，需要研制一種不受天氣和環(huán)境條件的影響，且具有操作簡單方便、檢測精度高和實(shí)時標(biāo)校等特點(diǎn)的標(biāo)校系統(tǒng)，為此，開發(fā)設(shè)計(jì)了一種便攜式多軸一致性標(biāo)校儀，對保證武器系統(tǒng)的精度和作戰(zhàn)效能是非常有意義的。

2 多軸一致性標(biāo)校儀結(jié)構(gòu)組成及其原理

2.1 多軸一致性標(biāo)校儀結(jié)構(gòu)組成[3-4]

多軸一致性標(biāo)校儀主要由光電系統(tǒng)、反向器支架、橫移器支架組成。各個組成部分的組成示意圖如圖1、2、3所示。

2.2 多軸一致性標(biāo)校儀采用的關(guān)鍵技術(shù)

（1）全方位貼合結(jié)構(gòu)激光發(fā)射技術(shù)

激光束代表芯軸軸線，采用全方位貼合結(jié)構(gòu)確保激光芯軸與火炮身管的高度貼合技術(shù)，使激光芯軸發(fā)出的光線與火炮軸線高度重合;為了保證激光束指向的穩(wěn)定性，采用半導(dǎo)體激光諧振腔產(chǎn)生激光束。

（2）光學(xué)系統(tǒng)不失調(diào)技術(shù)

如何使光軸反向器、光軸橫移器的入射角與出射角保持平行，是保證標(biāo)校設(shè)備滿足精度要求的核心技術(shù)。比如普通的棱鏡反射，入射光與出射光的夾角是兩反射鏡夾角的二倍，設(shè)兩反射鏡水平夾角為90°，入射光在水平面上改變?nèi)肷浣菚r，與出射光的夾角始終保持180°不變，但入射光與水平面有一定夾角時，入射光與出射光將不在一個平面內(nèi)，其夾角不等于180°，也就是說無法保證光線的平行移動，因此采用普通的棱鏡反射無法滿足要求。為解決這一問題，通過向量分析法設(shè)計(jì)了復(fù)雜的不失調(diào)光學(xué)組件，做到光線指向無誤差正向或反向橫移，同時采用光程補(bǔ)償及分段傳遞，減少零件制造中的誤差，解決高精度零件加工工藝問題，確保該設(shè)備標(biāo)校精度，且在全壽命周期內(nèi)保持穩(wěn)定。

3 多軸一致性標(biāo)校儀精度檢校方法

為了檢校多軸一致性標(biāo)校儀精度，開展了多軸一致性標(biāo)校儀精度檢校方法研究。

3.1 激光芯軸檢校方法

激光芯軸檢校：將激光芯軸插入定位管中，對準(zhǔn)光軸檢測儀的光軸，打開電池組電源開關(guān)，并把亮度調(diào)到最暗，將光軸檢測儀接上電源，打開電源開關(guān)并接收激光光斑。旋轉(zhuǎn)激光芯軸一周，可觀察到激光光點(diǎn)畫一圓圈，調(diào)整光軸檢測儀的位置，將顯示器上的激光光點(diǎn)圓圈中心移動到顯示器上的分劃中心位置，再旋轉(zhuǎn)激光芯軸一周，讀出激光光點(diǎn)離中心點(diǎn)最遠(yuǎn)的角度值，此角度值應(yīng)小于某一數(shù)值。如果超出此值，調(diào)節(jié)激光芯軸準(zhǔn)直物鏡前端的光楔，使激光光點(diǎn)與顯示器上的分劃中心重合，再旋轉(zhuǎn)激光芯軸一周，讀出激光光點(diǎn)離分劃中心點(diǎn)最遠(yuǎn)的角度值，此值小于某一數(shù)值則激光芯軸精度合格。

3.2 反向器組的調(diào)校方法

反向器檢校見圖4、圖5所示。經(jīng)緯儀放置于光學(xué)平臺上，其鏡管與光學(xué)平臺長邊對齊，將經(jīng)緯儀調(diào)整為水平并鎖緊不變，點(diǎn)亮經(jīng)緯儀的照明燈。將兩根自準(zhǔn)直平行光管水平平行放置在光學(xué)平臺上，兩根自準(zhǔn)直平行光管光軸距離為某一距離，自準(zhǔn)直平行光管光軸與經(jīng)緯儀光軸成90°直角擺放，且經(jīng)緯儀的光軸高度與自準(zhǔn)直平行光管的光軸高度一致。五角棱鏡放置在棱鏡調(diào)平工裝上后，一同放置在光學(xué)平臺上，且五角棱鏡的中心應(yīng)在經(jīng)緯儀光軸與被校自準(zhǔn)直平行光管光軸的交叉點(diǎn)上。將合像水準(zhǔn)儀放置于五角棱鏡上，調(diào)節(jié)棱鏡調(diào)平的調(diào)節(jié)螺釘，使五角棱鏡為水平（如圖4所示）。通過被校平行光管的目鏡觀察經(jīng)五角棱鏡反射后的經(jīng)緯儀分劃板的像，調(diào)校自準(zhǔn)直平行光管的調(diào)整螺釘，使自準(zhǔn)直平行光管的分劃板中心與經(jīng)緯儀分劃板的像中心重合，用同樣的調(diào)校方法調(diào)校好另一根自準(zhǔn)直平行光管。將反向器固定在固定座上，將固定座固定在光學(xué)平臺上，使其反向器一側(cè)的光軸與其中一根自準(zhǔn)直平行光管1的光軸重合。

通過另一端的自準(zhǔn)直平行光管2觀察通過反向器反射的自準(zhǔn)直平行光管1的分劃十字線，二者應(yīng)基本重合。如果不重合，則調(diào)節(jié)調(diào)整光楔（圖5序號3和6），直到平行光管1和2的分劃十字線重合。這樣保證從反向器一端入射的光線能180°返回。

3.3 橫移器的檢校方法

橫移器實(shí)現(xiàn)從反向器中出射的激光束橫向平移，以適應(yīng)光電與火炮身管的橫向距離。現(xiàn)以橫移器1為例介紹橫移器組的調(diào)校。將橫移器1固定在固定座1和固定座2上，將固定座1和固定座2固定在光學(xué)平臺上。按反向器調(diào)試中的方法將兩根自準(zhǔn)直平行光管調(diào)試平行，間距保證某一距離。使橫移器組1一側(cè)的光軸對準(zhǔn)自準(zhǔn)直平行光管1，通過另一端的自準(zhǔn)直平行光管2觀察通過橫移器1反射的自準(zhǔn)直平行光管1的分劃十字線，二者應(yīng)基本重合。如果不重合，則調(diào)節(jié)調(diào)整光楔（圖6序號3和7），直到平行光管1和2的分劃十字線重合。這樣保證從橫移器1一端入射的光線能180°返回。橫移器2的調(diào)校方法與橫移器1相同。

3.4 多軸一致性標(biāo)校儀檢校

多軸一致性標(biāo)校儀檢校包括反向器、橫移器1、橫移器2組成的系統(tǒng)進(jìn)行最后的系統(tǒng)平行度補(bǔ)償調(diào)試，以彌補(bǔ)各分段調(diào)試中存在的誤差。多軸一致性標(biāo)校儀檢校總調(diào)見圖7所示。按反向器調(diào)試中的方法將兩根自準(zhǔn)直平行光管調(diào)試平行，間距保證某一距離。將反向器、橫移器1和橫移器2用相應(yīng)工裝固定成光路通道，反向器一端入口與平行光管1對準(zhǔn)，橫移器2最后出口與平行光管對準(zhǔn)。打開自準(zhǔn)直平行光管電源，從自準(zhǔn)直平行光管2觀察通過整個反射的自準(zhǔn)直平行光管1的分劃十字線像，二者應(yīng)基本重合，若不重合，則微量調(diào)節(jié)光楔（序號4）使平行光管1的分劃十字線像與平行光管2十字線重合。

4 結(jié)束語

使用多軸一致性標(biāo)校儀對多型設(shè)備進(jìn)行了標(biāo)?；蛐ｒ?yàn)試驗(yàn)，并與傳統(tǒng)的瞄星法進(jìn)行了對比，結(jié)論體如下：

（1）相比瞄星法，使用多軸一致性標(biāo)校儀標(biāo)校設(shè)備瞄準(zhǔn)軸線指向一致性且具有操作簡單方便、檢測精度高和實(shí)時標(biāo)校等特點(diǎn)，并且不受天氣影響的標(biāo)校系統(tǒng)。

（2）多軸一致性標(biāo)校儀可以校驗(yàn)“傳統(tǒng)的瞄星法的結(jié)果”。

（3）多軸一致性標(biāo)校儀可檢測設(shè)備不同位置的指向一致性誤差（由于瞄準(zhǔn)軸存在正交性誤差，導(dǎo)致高低、方位位置發(fā)生變化時，瞄準(zhǔn)軸指向發(fā)生一定的偏差）。這是傳統(tǒng)的瞄星法所不具備的（由于傳統(tǒng)的瞄星法只能在特定的角度下進(jìn)行指向一致性的標(biāo)校）。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢宇.激光瞄具瞄準(zhǔn)軸與發(fā)射軸平行性檢測系統(tǒng)研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2010.

[2]金偉其，王霞，張其揚(yáng)，等.多光軸一致性檢測技術(shù)進(jìn)展及其分析[J].紅外與激光工程，2010，3（3）：526-531.

[3]徐海燕，蘇世彬，張敏，等.多光軸一致性檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J]. 火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)，2013（04）：78-81.