申请/专利权人：中国科学院西安光学精密机械研究所

申请日：2019-07-19

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110375677B

主分类号：G01B11/26

分类号：G01B11/26;G01M11/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.11.19#实质审查的生效;2019.10.25#公开

摘要：本发明公开了一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置及方法，包括：测试组件和数据处理组件；所述测试组件包括待测相机探测器感光面和焦面组件安装面朝上放置于所述测试平台上，所述Y轴轨道位于所述测试平台的一侧端面；所述移动杆能够通过所述X轴轨道与所述Z轴轨道在XZ平面上移动；所述显微测量单元能够对待测相机探测器感光面和焦面组件安装面进行清晰成像；该装置对待测相机探测器感光面和焦面组件安装面进行采点、拟合，即可求出两者的夹角值以及夹角方向，反应了焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴之间的夹角，将测试光学指标的过程转换为机械尺寸测试；该装置结构简单、易于操作，检测结果精度高、误差小，适应性好。

主权项：1.一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置，其特征在于，包括：测试组件和数据处理组件；所述测试组件包括气浮平台7、测试平台11、龙门支架12、移动杆5、显微测量单元6、X轴轨道3、Y轴轨道4以及Z轴轨道；所述数据处理组件包括控制器9以及处理软件10；其中，X轴轨道3、Y轴轨道4以及Z轴轨道呈三维坐标轴方向分布；待测相机探测器1感光面和焦面组件安装面2朝上放置于所述测试平台11上，所述测试平台11与所述Y轴轨道4均设于所述气浮平台7上，且所述Y轴轨道4位于所述测试平台11的一侧端面；所述龙门支架12架设在所述气浮平台7上，所述X轴轨道3设于所述龙门支架12的横梁上，所述Z轴轨道设于所述移动杆5上，所述移动杆5能够通过所述X轴轨道3与所述Z轴轨道在XZ平面上移动；所述显微测量单元6设于所述移动杆5的下端面上，且能够对待测相机探测器1感光面和焦面组件安装面2进行清晰成像；所述控制器9通过传输线与所述测试组件连接，用于电源的控制和所述测试组件的运行；所述处理软件10用于处理待测相机探测器1和焦面组件安装面2上采集点的信息，并进行拟合、运算。

全文数据：相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置及方法技术领域本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置及方法。背景技术通常相机由焦面组件和光学系统组成，焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴不同轴会使相机各视场产生离焦，成像质量下降，在相机装调检测过程中，焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴同轴性是一项关键指标。相机焦面组件和光学系统通过安装面和隔热垫连接，焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴之间的夹角即可通过相机探测器指向和焦面组件安装面夹角反应出来。同时，通过安装在安装面之间的隔热垫厚度和形状调整焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴重合度，因此确定隔热垫的参数就可以解决焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴不同轴的问题。现有技术中，测试焦面组件中探测器指向和光学系统光轴夹角的方法是：测试相机不同视场的光学指标光学传递函数、弥散斑、点扩散函数等的大小，分析得到焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴的夹角和最佳焦面，通过修切隔热垫的厚度和形状来保证焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴同轴。但是此方法的缺点在于测试结果受环境影响大，测试结果不准确，因此会导致重复测试、重复加工隔热垫，费时费力。因此，在相机装调检测阶段，建立一套精确测量焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴夹角，即精确测量相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的装置与方法是非常有必要的。发明内容本发明的目的在于提供一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置及方法，以解决现有技术对相机探测器指向和焦面组件安装面夹角测量结果不准确且操作复杂的问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置，包括：测试组件和数据处理组件；所述测试组件包括气浮平台、测试平台、龙门支架、移动杆、显微测量单元、X轴轨道、Y轴轨道以及Z轴轨道；所述数据处理组件包括控制器以及处理软件；其中，X轴轨道、Y轴轨道以及Z轴轨道呈三维坐标轴方向分布；待测相机探测器感光面和焦面组件安装面朝上放置于所述测试平台上，所述测试平台与所述Y轴轨道均设于所述气浮平台上，且所述Y轴轨道位于所述测试平台的一侧端面；所述龙门支架架设在所述气浮平台上，所述X轴轨道设于所述龙门支架的横梁上，所述Z轴轨道设于所述移动杆上，所述移动杆能够通过所述X轴轨道与所述Z轴轨道在XZ平面上移动；所述显微测量单元设于所述移动杆的下端面上，且能够对待测相机探测器感光面和焦面组件安装面进行清晰成像；所述控制器通过传输线与所述测试组件连接，用于电源的控制和所述测试组件的运行；所述处理软件用于处理待测相机探测器和焦面组件安装面上采集点的信息，并进行拟合、运算。进一步地，在所述相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置中，其特征在于，所述测试组件还包括光源，所述光源围绕所述显微测量单元设置于所述移动杆的下端面上。进一步地，在所述相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置中，其特征在于，所述采集点的信息精度小于0.8μm。本发明还提供一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法，采用如上所述的检测装置，执行以下步骤实现对相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测：S1：将待测相机探测器感光面及焦面组件安装面朝上放置于所述测试平台上；S2：运行所述控制器；S3：所述控制器控制所述显微测量单元沿X轴轨道和Z轴轨道移动，以及控制所述测试平台沿Y轴轨道移动，以使所述显微测量单元能够对待检测相机探测器感光面清晰成像；S4：在待检测相机探测器感光面均匀采集n个点，将采集的点坐标发送至通过数据处理组件，并通过数据处理组件中的处理软件拟合成平面P1，并得到平面P1的法向量为S5：重复步骤S3，以使所述显微测量单元能够对待检测焦面组件安装面清晰成像；S6：在待检测焦面组件安装面均匀采集m个点，将采集的点坐标发送至通过数据处理组件，并通过数据处理组件中的处理软件拟合成平面P2，并得到平面P2的法向量为S7：计算得出平面P1和平面P2的夹角θ。进一步地，在所述相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法中，步骤S4包括：S41：在待检测相机探测器1感光面均匀采集n个点，并将采集点的坐标记为xi，yi，zi；S42：设平面方程为ax+by+cz+d＝0，即MX＝0，矩阵M为矩阵X为求解矩阵MTM；S43：得到矩阵MTM最小特征值对应的特征向量为MX＝0的解，则平面P1的法向量为同理得到平面P2的法向量为进一步地，在所述相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法中，步骤S7：根据公式计算得出平面P1和平面P2的夹角θ。进一步地，在所述相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法中，步骤S4：在待检测相机探测器感光面均匀采集n个点，其中n≥8。进一步地，在所述相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法中，步骤S7：在待检测焦面组件安装面均匀采集m个点，其中m＝8。进一步地，在所述相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法中，步骤S2还包括：打开光源，以使所述光源围绕所述显微测量单元进行光照。本发明所述相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置及方法的优点如下：该装置对待测相机探测器感光面和焦面组件安装面进行采点、拟合，即可求出两者的夹角值以及夹角方向，反应了焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴之间的夹角，将测试光学指标的过程转换为机械尺寸测试，受温度、气流和震动的影响极小；该装置结构简单、易于操作，检测结果精度高、误差小；同时，该装置适应性好，可应用于各种相机焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴之间的夹角测量。附图说明图1是本发明提供的一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置的结构示意图；图2是本发明提供的显微测量单元及待测相机探测器和焦面组件的示意图；其中，1-相机探测器；2-焦面组件安装面；3-X轴轨道；4-Y轴轨道；5-移动杆；6-显微测量单元；7-气浮平台；8-光源；9-控制器；10-处理软件；11-测试平台；12-龙门支架。具体实施方式为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分；再次，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。请参阅图1及图2，本实施例提供一种相机探测器1指向和焦面组件安装面2夹角的检测装置，其特征在于，包括：测试组件和数据处理组件；所述测试组件包括气浮平台7、测试平台11、龙门支架12、移动杆5、显微测量单元6、X轴轨道3、Y轴轨道4以及Z轴轨道图中未示出；所述数据处理组件包括控制器9以及处理软件10；其中，X轴轨道3、Y轴轨道4以及Z轴轨道呈三维坐标轴方向分布；待测相机探测器1感光面和焦面组件安装面2朝上放置于所述测试平台11上，所述测试平台11与所述Y轴轨道4均设于所述气浮平台7上，且所述Y轴轨道4位于所述测试平台11的一侧端面；所述龙门支架12架设在所述气浮平台7上，所述X轴轨道3设于所述龙门支架12的横梁上，所述Z轴轨道设于所述移动杆5上，所述移动杆5能够通过所述X轴轨道3与所述Z轴轨道在XZ平面上移动；所述显微测量单元6设于所述移动杆5的下端面上，且能够对待测相机探测器1感光面和焦面组件安装面2进行清晰成像；所述控制器9通过传输线与所述测试组件连接，用于电源的控制和所述测试组件的运行；所述处理软件11用于处理待测相机探测器1和焦面组件安装面2上采集点的信息，并进行拟合、运算。优选的，所述处理软件用于处理待测相机探测器和焦面组件安装面上采集点的信息精度小于0.8μm。由此，所述气浮平台7位于测试组件底部，用于隔离振动对测试过程的影响，所述测试平台11用于承载被测设备；所述控制器9控制所述测试平台11沿Y轴方向移动，所述移动杆5带动所述显微测量单元6在XZ平面上移动；所述处理软件10记录所述显微测量单元6至最佳观测位置坐标。具体的，所述测试平台11沿Y轴方向、所述移动杆5带动所述显微测量单元6在XZ平面上移动至相应的位置，都是通过光栅尺进行读数计数，以此精确地实现所述显微测量单元6对待测相机探测器1感光面和焦面组件安装面2进行采点。该装置对待测相机探测器1感光面和焦面组件安装面2进行采点、拟合，即可求出两者的夹角值以及夹角方向，反应了焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴之间的夹角，将测试光学指标的过程转换为机械尺寸测试，受温度、气流和震动的影响极小；该装置结构简单、易于操作，检测结果精度高、误差小；同时，该装置适应性好，可应用于各种相机焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴之间的夹角测量。优选的，所述测试组件还包括光源8，所述光源8围绕所述显微测量单元6设置于所述移动杆5的下端面上。由此，所述光源8保证在测试过程中充足的光照，提高采集时背景和目标的对比度，进而提高成像精度和采集精度。本实施例还提供一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法，采用如上所述的检测装置，执行以下步骤实现对相机探测器1指向和焦面组件安装面2夹角的检测：步骤S1：将待测相机探测器1感光面及焦面组件安装面2朝上放置于所述测试平台11上；步骤S2：运行所述控制器9，打开光源，以使所述光源围绕所述显微测量单元进行光照；步骤S3：所述控制器9控制所述显微测量单元6沿X轴轨道3和Z轴轨道移动，以及控制所述测试平台11沿Y轴轨道4移动，以使所述显微测量单元6能够对待检测相机探测器1感光面清晰成像；步骤S4：在待检测相机探测器1感光面均匀采集n个点，将采集的点坐标发送至通过数据处理组件，并通过数据处理组件中的处理软件10拟合成平面P1，并得到平面P1的法向量为步骤S5：重复步骤S3，以使所述显微测量单元6能够对待检测焦面组件安装面2清晰成像；步骤S6：在待检测焦面组件安装面2均匀采集m个点，将采集的点坐标发送至通过数据处理组件，并通过数据处理组件中的处理软件10拟合成平面P2，并得到平面P2的法向量为步骤S7：计算得出平面P1和平面P2的夹角θ。由此，所述显微测量单元6在最佳位置时所观测到清晰的成像，所述处理软件10根据其成像在待检测相机探测器感光面及焦面组件安装面上采集点的坐标，可分别得到待检测相机探测器感光面、焦面组件安装面的法向量，通过求得两者法向量的夹角即为两者平面的夹角，将测试光学指标的过程转换为机械尺寸测试，降低温度、气流和震动对测量结果的影响，提高检测结果的精度、降低误差；同时，可应用于各种相机焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴之间的夹角测量，使后续通过修切隔热垫的厚度和形状来保证焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴同轴的工作易于进行。优选的，步骤S4：在待检测相机探测器感光面均匀采集n个点，其中n≥8；步骤S7：在待检测焦面组件安装面均匀采集m个点，其中m＝8。所述显微测量单元6每测一个采集点均移动一次显微镜头，记录不同的XYZ坐标。由此，在计算待检测相机探测器1感光面与焦面组件安装面2的平面法向量的时候，能够在保证其平面法向量精确的条件下，减少工作量，快速简便的计算出气平面法向量，保证后续检测结果的精确性。具体的，步骤S4包括：S41：在待检测相机探测器1感光面均匀采集n个点，并将采集点的坐标记为xi，yi，zi；S42：设平面方程为ax+by+cz+d＝0，即MX＝0，矩阵M为矩阵X为求解矩阵MTM；S43：得到矩阵MTM最小特征值对应的特征向量为MX＝0的解，则平面P1的法向量为同理得到平面P2的法向量为优选的，步骤S7：已知与根据公式计算得出平面P1和平面P2的夹角θ。综上所述，在本发明提供的相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置及方法中，具有如下优点：该装置对待测相机探测器感光面和焦面组件安装面进行采点、拟合，即可求出两者的夹角值以及夹角方向，反应了焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴之间的夹角，将测试光学指标的过程转换为机械尺寸测试，受温度、气流和震动的影响极小；该装置结构简单、易于操作，检测结果精度高、误差小。进一步地，该装置适应性好，可应用于各种相机焦面组件中的探测器指向和光学系统光轴之间的夹角测量。最后所应说明的是，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

权利要求：1.一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置，其特征在于，包括：测试组件和数据处理组件；所述测试组件包括气浮平台7、测试平台11、龙门支架12、移动杆5、显微测量单元6、X轴轨道3、Y轴轨道4以及Z轴轨道；所述数据处理组件包括控制器9以及处理软件10；其中，X轴轨道3、Y轴轨道4以及Z轴轨道呈三维坐标轴方向分布；待测相机探测器1感光面和焦面组件安装面2朝上放置于所述测试平台11上，所述测试平台11与所述Y轴轨道4均设于所述气浮平台7上，且所述Y轴轨道4位于所述测试平台11的一侧端面；所述龙门支架12架设在所述气浮平台7上，所述X轴轨道3设于所述龙门支架12的横梁上，所述Z轴轨道设于所述移动杆5上，所述移动杆5能够通过所述X轴轨道3与所述Z轴轨道在XZ平面上移动；所述显微测量单元6设于所述移动杆5的下端面上，且能够对待测相机探测器1感光面和焦面组件安装面2进行清晰成像；所述控制器9通过传输线与所述测试组件连接，用于电源的控制和所述测试组件的运行；所述处理软件10用于处理待测相机探测器1和焦面组件安装面2上采集点的信息，并进行拟合、运算。2.如权利要求1所述的相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置，其特征在于，所述测试组件还包括光源8，所述光源8围绕所述显微测量单元6设置于所述移动杆5的下端面上。3.如权利要求1所述的相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测装置，其特征在于，所述采集点的信息精度小于0.8μm。4.一种相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-3中任一所述的检测装置，执行以下步骤实现对相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测：S1：将待测相机探测器1感光面及焦面组件安装面2朝上放置于所述测试平台11上；S2：运行所述控制器9；S3：所述控制器9控制所述显微测量单元6沿X轴轨道3和Z轴轨道移动，以及控制所述测试平台11沿Y轴轨道4移动，以使所述显微测量单元6能够对待检测相机探测器1感光面清晰成像；S4：在待检测相机探测器1感光面均匀采集n个点，将采集的点坐标发送至通过数据处理组件，并通过数据处理组件中的处理软件10拟合成平面P1，并得到平面P1的法向量为S5：重复步骤S3，以使所述显微测量单元6能够对待检测焦面组件安装面2清晰成像；S6：在待检测焦面组件安装面2均匀采集m个点，将采集的点坐标发送至通过数据处理组件，并通过数据处理组件中的处理软件10拟合成平面P2，并得到平面P2的法向量为S7：计算得出平面P1和平面P2的夹角θ。5.如权利要求4所述的相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法，其特征在于，步骤S4包括：S41：在待检测相机探测器1感光面均匀采集n个点，并将采集点的坐标记为xi，yi，zi；S42：设平面方程为ax+by+cz+d＝0，即MX＝0，矩阵M为矩阵X为求解矩阵MTM；S43：得到矩阵MTM最小特征值对应的特征向量为MX＝0的解，则平面P1的法向量为同理得到平面P2的法向量为6.如权利要求4所述的相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法，其特征在于，步骤S7：根据公式计算得出平面P1和平面P2的夹角θ。7.如权利要求4所述的相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法，其特征在于，步骤S4：在待检测相机探测器1感光面均匀采集n个点，其中n≥8。8.如权利要求4所述的相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法，其特征在于，步骤S7：在待检测焦面组件安装面2均匀采集m个点，其中m＝8。9.如权利要求4所述的相机探测器指向和焦面组件安装面夹角的检测方法，其特征在于，步骤S2还包括：打开光源8，以使所述光源8围绕所述显微测量单元6进行光照。

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