自动安平式水平准线计量标准

　　一、概　述

　　在几何光学计量中,水平线是测量视轴i角及成象系统调焦运行差等空间特性参数的角度坐标基准线,以自然形式复现水平线的光学方法主要有双光管互检法及多分划板准线法,但由于受到光轴定位方式、分划板同心度误差及视准轴漂移的限制,难以达到符合计量学要求的准确度和稳定性。

　　实现高精度水平准线标准的技术难点是视准轴安平和多目标共线。自动安平水平准线标准采用了具有自动补偿功能的光路结构,能使视准轴迅速、自动、可靠地安置在水平面上,水平准线的不确定度σ≤±0.1″。此外,用平面外调焦镜取代传统的调焦透镜,实现了无穷远至3m范围内不同视距照准目标的连续可调,目标的非共线误差在铅垂面内小于±0.05mm。

　　二、水平准线系统设计

　　1.视轴补偿原理

　　视准轴是连接分划板十字中心与物镜中心的几何线,它的方向决定了照准目标的空间方位。如图1所示,当视准轴OS偏离水平面α角时,如果在OS上的某处K引入让光线偏折的补偿元件,使分划板发出的光束成象于水平轴上的S′点,则新的视准轴OS′位于水平位置。由图可以得出α为小角度时实现视轴置平的几何条件为

　　N是光学补偿系数。对于无穷远照准目标,补偿点位于二分之一焦距处,补偿条件为N=-2,负号表示补偿方向与仪器倾斜方向相反。为了对不同方向和大小的倾角均能进行完善补偿,要求补偿元件具有自动补偿功能,保持N为常数。

　　2.光路结构

　　图2是水平准线标准的主光路简图。该光路具有以下特点:1)分划板中心与物镜组成的后主点重合,保证了分划板的稳定性并缩短了仪器的尺寸。2)采用平面外调焦原理,能输出连续可调的照准目标。当补偿器位于二分之一焦距位置时,物镜输出水平平行光束;向分划板方向移动补偿镜时,虚发光点S′随之在水平轴上移动并通过物镜输出不同视距的分划板影像。3)补偿镜与调焦镜合二为一,调焦过程中补偿几何条件不发生变化,提高了照准目标的共线精度。4)采用长焦距(f=1000mm)、大口径(Φ70mm)、分离型物镜结构,提高了鉴别率。

　　3.补偿器

　　补偿器由双面反光镜、支承、空气阻尼器及零位自检机构组成,结构简图见图3。4根等长、等宽、等厚的吊丝组成两组交叉型支承系统,自由悬挂着由补偿平面镜及阻尼器活动件组成的摆体。这种对称型柔性支承具有无摩擦、无空回、温度误差小的性能,能够灵敏地将重力力矩转换为角位移。当仪器存在α倾斜角时,摆体在重力力矩Mg作用下反向摆动,趋于势能最低点。由于吊丝非理想柔性,存在残余弹性恢复力矩Mr。当Mg与Mr平衡时,系统稳定在新的位置。