内方位元素测试仪内框变形对瞄准精度的影响

　　引言

　　内方位元素测试仪是测量航测相机External主距、主点、畸变的专用测量仪器。该fr，测试仪的核心部分是测量系统，如图所示。测量系统由支架、外框、内框和瞄准望远镜组成。被测相机通过支架固定在内外框的中心处，测量时，内外框绕被测相机的入瞳转动，测量出相机分划板上十字丝对应的角度，通过计算得到相机的主距、主点和畸变。

　　在测量系统中，外框和内框的轴头上，分别安装编码器、直流力矩电机和测速机组，控制内外框转动和测量转角。测量系统的外框是封闭的对称结构，具有较好的结构刚度。与外框不同，由于被测相机安装在内外框的中心处，为了躲开被测相机，内框不得不做成U形结构，这样内框的刚度受到很大影响。然而，为了满足测量功能要求，并使整个测量系统结构紧凑，瞄准相机分划板上十字丝的望远镜需要安装在内框的内壁上，随内框一起转动。测量时，内框处于不同角度时，由于重力的作用，内框不可避免地产生变形，这样就会导致瞄准望远镜光轴变化，直接影响测量精度。因此，需要分析内框的变形以及这种变形对瞄准精度的影响。

　　1测量系统概述

　　航测相机的内方位元素测量，实际是角度测量，即测量相机分划板上十字丝所对应的视场角。测量时瞄准望远镜需要绕相机的入瞳转动，以瞄准十字丝，如图2所示，这样内框需要进行两个方向的转动。我们把内框绕内轴转动的角度，使内框与重力方向产生的夹角定义为内框转角，如图3所示。内框随着外框一起绕外轴转动的角度，使内框与重力方向产生的夹角定义为外框转角，如图4所示。内框和瞄准望远镜在上述两个方向转角的大小由被测相机分划板的十字丝和相机镜头焦距确定。计算时，我们只考虑内框工作在极限位置的情况，即瞄准望远镜瞄准分划板边缘上的十字丝。

　　分划板长边十字丝对应的角度

　　aretg(230/300)=37.48^。

　　分划板长边十字丝对应的角度

　　aretg(115/300)=21.97^。

　　内框的有限元分析，主要计算内框处于不同状态下的变形情况，并根据节点的位移计算内框固定光学元件处法线的指向变化，这一变化将引起瞄准望远镜视轴的改变。

　　2结构变形引起光轴变化的计算

　　由于瞄准望远镜的口径较小，光学系统中，口径最大的仅有70mm。在分析内框变形时，可以认为，光学系统中的各光学元件和镜头的变形可以忽略不计，瞄准望远镜的光轴变化只受内框变形影响。在固定瞄准望远镜镜头的局部平面内，由于该平面较小，平面尺寸与厚度比小于5:1，因此具有足够的结构刚度，在固定镜头的小平面内的变形很小，可以认为该局部是刚体。镜头光轴的改变近似为固定镜头处小平面法线变化量，这样，瞄准望远镜的光轴变化可以转化为计算小平面法线变化。