一种用于分体积木反射式风洞纹影仪的光路快速找准方法

摘要

本发明公开了一种用于分体积木反射式纹影仪的光路快速找准方法，涉及风洞纹影仪技术领域；一种用于分体积木反射式风洞纹影仪的光路快速找准方法，包括以下步骤：步骤一、在风洞的观察段内部设置投线仪；步骤二、分别使第一主镜、第二主镜的中心轴线分别与各侧窗口的中心轴线重合；步骤三、调节第一主镜、第二主镜的偏离角；步骤四、反向调节光源狭缝聚光系统；步骤五、反向调节刀口成像系统；步骤六、将纹影光源切换为连续激光器，并通过连续激光器辅助调节光源狭缝聚光系统，使所述第一主镜投射准直光；步骤七、将连续激光器切换为纹影光源，验证成像效果。本发明具有准确性高、可靠性强、调整效率高的有益效果。

权利要求

1.一种用于分体积木反射式风洞纹影仪的光路快速找准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在风洞的观察段内部设置投线仪，利用所述投线仪向两侧投射双向同轴的十字激光，以指示所述观察段两侧窗口的中心轴线；

步骤二、分别调整第一主镜和第二主镜，使所述第一主镜、第二主镜的中心轴线分别与各侧所述窗口的中心轴线重合；

步骤三、分别通过十字激光器辅助观察，调节锁定所述第一主镜、第二主镜的偏离角；

步骤四、利用所述十字激光反向调节光源狭缝聚光系统，使所述光源狭缝聚光系统的中心轴线与所述第一主镜的反射光线重合；

步骤五、利用所述十字激光反向调节刀口成像系统，使所述刀口成像系统的中心轴线与所述第二主镜的反射光线重合；

步骤六、将纹影光源切换为连续激光器，并通过所述连续激光器辅助调节所述光源狭缝聚光系统，使所述第一主镜投射准直光；

步骤七、将所述连续激光器切换为纹影光源，验证成像效果；

所述十字激光器设置的方法为：各侧所述窗口的外侧边缘均做有十字标记，在所述第一主镜、第二主镜初次安装调节对准光路后，分别在所述第一主镜、第二主镜的镜框上通过二维调整架安装所述十字激光器，并调整各所述二维调整架，使各所述十字激光器的十字光线与对应的所述十字标记重合或等距，调整到位后锁定各所述二维调整架；

调节所述第一主镜、第二主镜偏离角的方法为：通过分别调整所述第一主镜、第二主镜的上下偏转，使各所述十字光线的竖直线与各所述十字标记的竖直线重合或等距，以此调节所述第一主镜、第二主镜仰俯方向的偏离角；通过调整所述第一主镜、第二主镜的左右偏转，使各所述十字光线的水平线与各所述十字标记的水平线重合或等距，以此调节所述第一主镜、第二主镜偏航方向的偏离角；

通过所述连续激光器辅助调节所述光源狭缝聚光系统的方法为：开启所述连续激光器，所述连续激光器的光斑将完全覆盖所述第一主镜的镜面，所述光斑经所述第一主镜反射后在所述第二主镜的镜面上投射出一个边缘清晰的圆形光斑，整体调节所述光源狭缝聚光系统的前后平移，使所述圆形光斑的直径等于所述第二主镜的镜面有效口径；

反向调节所述光源狭缝聚光系统的方法为：一侧所述十字激光照射到所述第一主镜上后，向所述光源狭缝聚光系统方向反射并聚光，在所述光源狭缝聚光系统的狭缝附近可以观察到聚光后的一侧所述十字激光，通过整体调整所述光源狭缝聚光系统的各个自由度，使一侧所述十字激光的中心与所述狭缝的中心轴线重合；

反向调节所述刀口成像系统的方法为：另一侧所述十字激光照射到所述第二主镜上后，向所述刀口成像系统方向反射并聚光，通过整体调整所述刀口成像系统的各个自由度，使另一侧所述十字激光进入所述刀口。

2.根据权利要求1所述一种用于分体积木反射式风洞纹影仪的光路快速找准方法，其特征在于，利用十字激光指示所述观察段两侧窗口中心轴线的方法为：各所述窗口的窗框内侧分别呈十字设置有四个第一标记，所述投线仪通过可调三角支撑架架设在所述观察段内，通过所述三角支撑架调节所述投线仪的空间位置，使所述投线仪向两侧投射双向同轴的十字激光与各侧所述窗口的四个第一标记重合。

3.根据权利要求1所述一种用于分体积木反射式风洞纹影仪的光路快速找准方法，其特征在于，使所述第一主镜、第二主镜的中心轴线与各侧所述窗口的中心轴线重合的方法为：所述第一主镜、第二主镜的镜框上分别呈十字设置有四个第二标记，分别调整所述第一主镜、第二主镜，使各侧所述十字激光分别与所述第一主镜、第二主镜的四个第二标记重合或等距。

4.根据权利要求1所述一种用于分体积木反射式风洞纹影仪的光路快速找准方法，其特征在于，所述连续激光器采用光纤耦合光源，可与纹影光源共用耦合光纤，并且所述连续激光器能够在所述耦合光纤的末端产生清晰可见的锥形激光。

说明书

一种用于分体积木反射式风洞纹影仪的光路快速找准方法

技术领域

[0001] 本发明涉及风洞纹影仪技术领域，更具体的说，本发明涉及一种用于分体积木反射式纹影仪的光路快速找准方法。

背景技术

[0002] 分体积木式风洞纹影仪通常包括四个相对独立的分系统：光源狭缝聚光系统、准直主反射镜系统、纹影主反射镜系统、刀口成像系统。四个分系统安装在四个移动操作台上，分别布置在风洞测试段两侧，一侧为接收端，另一侧为发射端。

[0003] 在进行风洞试验时，纹影仪测量工位需要在多组观测窗口之间切换，每变换一次测量工位，四个分系统都需要进行一次移动和位姿调整，光路需要重新定位找准，以保证成像系统得到清晰的纹影图像。采用传统的调节方法来进行光路定位找准，存在调整工作繁重复杂、所需时间过长、对操作人员专业知识和经验要求较高等问题，将占用操作人员大量调试时间，且难以调节到最佳状态，严重影响纹影观测质量和工作效率。

[0004] 分析分体积木式纹影仪光路调试的传统方法，光路找准过程的难点主要有以下两点：一是纹影仪的光学部件众多，调节自由度较高，且关联紧密，一旦某个部件的位置发生改变，其后所有部件都需随之重新调节对准；二是主镜对准时，肉眼观察光斑覆盖的边缘比较吃力，特别是在强光覆盖的场所，没有辅助的情况下无法快速准确判断光斑覆盖情况。

发明内容

[0005] 本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

[0006] 为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于分体积木反射式纹影仪的光路快速找准方法，包括以下步骤：

[0007] 步骤一、在风洞的观察段内部设置投线仪，利用所述投线仪向两侧投射双向同轴的十字激光，以指示所述观察段两侧窗口的中心轴线；

[0008] 步骤二、分别调整第一主镜和第二主镜，使所述第一主镜和第二主镜的中心轴线分别与各侧所述窗口的中心轴线重合；

[0009] 步骤三、分别通过十字激光器辅助观察，调节锁定所述第一主镜和第二主镜的偏离角；

[0010] 步骤四、利用所述十字激光反向调节光源狭缝聚光系统，使所述光源狭缝聚光系统的中心轴线与所述第一主镜的反射光线重合；

[0011] 步骤五、利用所述十字激光反向调节刀口成像系统，使所述刀口成像系统的中心轴线与所述第二主镜的反射光线重合；

[0012] 步骤六、将纹影光源切换为连续激光器，并通过所述连续激光器辅助调节所述光源狭缝聚光系统，使所述第一主镜投射准直光；

[0013] 步骤七、将所述连续激光器切换为纹影光源，验证成像效果。

[0014] 优选的是，其中，利用十字激光指示所述观察段两侧窗口中心轴线的方法为：各所述窗口的窗框内侧分别呈十字设置有四个第一标记，所述投线仪通过可调三角支撑架架设在所述观察段内，通过所述三角支撑架调节所述投线仪的空间位置，使所述投线仪向两侧投射双向同轴的十字激光与各侧所述窗口的四个第一标记重合。

[0015] 优选的是，其中，使所述第一主镜和第二主镜的中心轴线与各侧所述窗口的中心轴线重合的方法为：所述第一主镜和第二主镜的镜框上分别呈十字设置有四个第二标记，分别调整所述第一主镜和第二主镜，使各侧所述十字激光分别与所述第一主镜和第二主镜的四个第二标记重合或等距。

[0016] 优选的是，其中，所述十字激光器设置的方法为：各侧所述窗口的外侧边缘均做有十字标记，在所述第一主镜和第二主镜初次安装调节对准光路后，分别在所述第一主镜和第二主镜的镜框上通过二维调整架安装所述十字激光器，并调整各所述二维调整架，使各所述十字激光器的十字光线与对应的所述十字标记重合或等距，调整到位后锁定各所述二维调整架。

[0017] 优选的是，其中，调节所述第一主镜和第二主镜偏离角的方法为：通过分别调整所述第一主镜和第二主镜的上下偏转，使各所述十字光线的竖直线与各所述十字标记的竖直线重合或等距，以此调节所述第一主镜和第二主镜仰俯方向的偏离角；通过调整所述第一主镜和第二主镜的左右偏转，使各所述十字光线的水平线与各所述十字标记的水平线重合或等距，以此调节所述第一主镜和第二主镜偏航方向的偏离角。

[0018] 优选的是，其中，所述连续激光器采用光纤耦合光源，可与纹影光源共用耦合光纤，并且所述连续激光器能够在所述耦合光纤的末端产生清晰可见的锥形激光。

[0019] 优选的是，其中，通过所述连续激光器辅助调节所述光源狭缝聚光系统的方法为：开启所述连续激光器，所述连续激光器的光斑将完全覆盖所述第一主镜的镜面，所述光斑经所述第一主镜反射后在所述第二主镜的镜面上投射出一个边缘清晰的圆形光斑，整体调节所述光源狭缝聚光系统的前后平移，使所述圆形光斑的直径等于所述第二主镜的镜面有效口径。

[0020] 优选的是，其中，反向调节所述光源狭缝聚光系统的方法为：

[0021] 一侧所述十字激光照射到所述第一主镜上后，向所述光源狭缝聚光系统方向反射并聚光，在所述光源狭缝聚光系统的狭缝附近可以观察到聚光后的一侧所述十字激光，通过整体调整所述光源狭缝聚光系统的各个自由度，使一侧所述十字激光的中心与所述狭缝的中心轴线重合。

[0022] 优选的是，其中，反向调节所述刀口成像系统的方法为：

[0023] 另一侧所述十字激光照射到所述第二主镜上后，向所述刀口成像系统方向反射并聚光，通过整体调整所述刀口成像系统的各个自由度，使另一侧所述十字激光进入所述刀口。

[0024] 本发明至少包括以下有益效果：

[0025] 其一、在本发明中，为了使第一主镜和第二主镜之间的平行光能完全通过风洞两侧的观察窗口而不被观察窗口遮挡，通过投线仪、第一标记以及第二标记，分别将第一主镜和第二主镜中心调节到观察窗口中心轴线上，使第一主镜和第二主镜的平行光光轴分别与观察窗口中心轴线重合，具有准确性高、可靠性强、调整效率高的有利之处。

[0026] 其二、在本发明中，投线仪辅助定位后，通过调整十字光线与十字标记重合，来重复定位主镜在水平方向和竖直方向的偏离角，保障主镜平行光光轴能够与观察窗口中心轴线完全重合，具有准确性高、可靠性强、调整效率高的有利之处。

[0027] 其三、在本发明中，通过整体调节光源狭缝聚光系统的前后位置，以使经第一主镜反射后产生的光为平行光，具有准确性高、可靠性强、调整效率高的有利之处。

[0028] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

[0029] 图1为本发明的流程图。

[0030] 图2为本发明的分体积木反射式风洞纹影仪常规布局示意图。

[0031] 图3为本发明的投线仪安装示意图。

[0032] 图4为本发明的四个第一标记示意图。

[0033] 图5为本发明的十字标记示意图。

[0034] 图6为本发明的四个第二标记示意图。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0036] 实施例：

[0037] 如图1所示，一种用于分体积木反射式纹影仪的光路快速找准方法，包括以下步骤：

[0038] 步骤一、如图3所示，在风洞1的观察段内部设置投线仪2，利用所述投线仪2向两侧投射双向同轴的十字激光21，以指示所述观察段两侧窗口11的中心轴线；

[0039] 步骤二、分别调整第一主镜31和第二主镜32，使所述第一主镜31、第二主镜32的中心轴线分别与各侧所述窗口11的中心轴线重合；

[0040] 步骤三、分别通过十字激光器辅助观察，调节锁定所述第一主镜31、第二主镜32的偏离角；

[0041] 步骤四、利用所述十字激光21反向调节光源狭缝聚光系统4，使所述光源狭缝聚光系统4的中心轴线与所述第一主镜31的反射光线重合；

[0042] 步骤五、利用所述十字激光21反向调节刀口成像系统5，使所述刀口成像系统5的中心轴线与所述第二主镜32的反射光线重合；

[0043] 步骤六、将纹影光源切换为连续激光器，并通过所述连续激光器辅助调节所述光源狭缝聚光系统4，使所述第一主镜31投射准直光；

[0044] 步骤七、将所述连续激光器切换为纹影光源，验证成像效果。

[0045] 纹影系统由于现场工况条件限制，结构形式为分体积木反射式，采用“Z”字型光路布局（如图2所示），分成了光源狭缝聚光系统4、第一主镜系统31、第二主镜系统32、刀口及成像系统5四个独立部分，四个分系统安装在四个移动操作台上，分别布置在风洞测试段两侧，大厅一侧为接收端，另一侧为发射端。同时，现场有高窗口A、低窗口B两组观察窗口，两窗口圆心水平间距约为1370mm，垂直高差约153mm，进行的试验不同选择观测的窗口11不同，本纹影系统需兼顾两者，可在两个窗口11位置进行自由切换。

[0046] 如上述实施例中，利用十字激光21指示所述观察段两侧窗口11中心轴线的方法为：各所述窗口11的窗框内侧分别呈十字设置有四个第一标记12（如图4所示），所述投线仪2通过可调三角支撑架架设在所述观察段内，通过所述三角支撑架调节所述投线仪2的空间位置，使所述投线仪2向两侧投射双向同轴的十字激光21与各侧所述窗口11的四个第一标记12重合。

[0047] 如上述实施例中，使所述第一主镜31、第二主镜32的中心轴线与各侧所述窗口11的中心轴线重合的方法为：所述第一主镜31、第二主镜32的镜框上分别呈十字设置有四个第二标记33（如图6所示），分别调整所述第一主镜31、第二主镜32，使各侧所述十字激光21分别与所述第一主镜31、第二主镜32的四个第二标记33重合或等距。

[0048] 所述投线仪2用于辅助主镜3调节，使第一主镜31、第二主镜32的中心轴线分别与各侧窗口11中心轴线重合。在风洞内侧各窗口11边缘的水平方向和竖直方向分别作四个第一标记12。在第一主镜31、第二主镜32的镜框边缘水平方向和竖直方向分别作四个第二标记33。通过投线仪和第一标记12、第二标记33，进行窗口11的中心定位和第一主镜31、第二主镜32的中心定位。投线仪2使用时放置在风洞1内部两侧窗口11之间。投线仪2发出的双向十字激光21同轴，十字激光21与第一标记12均重合可以确定窗口11中心轴线，再调节第一主镜31、第二主镜32，分别使得第一主镜31、第二主镜32的镜框上的第二标记31与十字激光21重合或等距，可以认为第一主镜31、第二主镜32的中心轴线分别与各侧窗口11中心轴线重合。

[0049] 如上述实施例中，所述十字激光器设置的方法为：各侧所述窗口11的外侧边缘均做有十字标记13（如图5所示），在所述第一主镜31、第二主镜32初次安装调节对准光路后，分别在所述第一主镜31、第二主镜32的镜框上通过二维调整架安装所述十字激光器，并调整各所述二维调整架，使各所述十字激光器的十字光线与对应的所述十字标记13重合或等距，调整到位后锁定各所述二维调整架。

[0050] 如上述实施例中，调节所述第一主镜31、第二主镜32偏离角的方法为：通过分别调整所述第一主镜31、第二主镜32的上下偏转，使各所述十字光线的竖直线与各所述十字标记13的竖直线重合或等距，以此调节所述第一主镜31、第二主镜32仰俯方向的偏离角；通过调整所述第一主镜31、第二主镜32的左右偏转，使各所述十字光线的水平线与各所述十字标记13的水平线重合或等距，以此调节所述第一主镜31、第二主镜32偏航方向的偏离角。

[0051] 十字激光器用于辅助调整第一主镜31、第二主镜3因滚转产生的偏离角，投线仪2辅助定位后，第一主镜31、第二主镜32的高低和左右都会有一个相对精确的固定位置，但还要考虑间隙等产生的上下左右滚转产生的偏离角，主要考虑俯仰方向和偏航方向，滚转角影响较小不考虑。通过在所述第一主镜31、第二主镜32的镜框上分别安装的十字激光器，投射十字光线与各侧窗口外侧的十字标记13重合，来重复定位第一主镜31、第二主镜32在水平方向和竖直方向的偏离角。

[0052] 如上述实施例中，所述连续激光器采用光纤耦合光源，可与纹影光源共用耦合光纤，并且所述连续激光器能够在所述耦合光纤的末端产生清晰可见的锥形激光。

[0053] 如上述实施例中，通过所述连续激光器辅助调节所述光源狭缝聚光系统4的方法为：开启所述连续激光器，所述连续激光器的光斑将完全覆盖所述第一主镜31的镜面，所述光斑经所述第一主镜31反射后在所述第二主镜32的镜面上投射出一个边缘清晰的圆形光斑，整体调节所述光源狭缝聚光系统4的前后平移，使所述圆形光斑的直径等于所述第二主镜32的镜面有效口径。

[0054] 连续激光器用于判断第一主镜31和第二主镜32之间的光柱是否为平行光以及投射光斑大小。根据纹影仪光路，狭缝面的光源焦点位置在第一主镜31的径向焦平面上时，第一主镜31才能在投射后产生平行光，否则光柱会收束或者阔束。而平行光光柱任意位置直径相等，可以通过测量第一主镜31和第二主镜32之间的任意切面的光斑直径来判断光柱是否为平行光。连续激光器为可视程度较好的绿色锥形激光光源，此光源安装完成后，其光轴与纹影光源的轴线重合。通过观察测量激光光源在第二主镜32投射的光斑直径，来调节光源狭缝聚光系统4的前后位置，使经第一主镜31投射后产生的光为平行光。

[0055] 如上述实施例中，反向调节所述光源狭缝聚光系统4的方法为：

[0056] 一侧所述十字激光21照射到所述第一主镜31上后，向所述光源狭缝聚光系统4方向反射并聚光，在所述光源狭缝聚光系统4的狭缝附近可以观察到聚光后的一侧所述十字激光21，通过整体调整所述光源狭缝聚光系统4的各个自由度，使一侧所述十字激光21的中心与所述狭缝的中心轴线重合。

[0057] 如上述实施例中，反向调节所述刀口成像系统5的方法为：

[0058] 另一侧所述十字激光照射到所述第二主镜32上后，向所述刀口成像系统5方向反射并聚光，通过整体调整所述刀口成像系统5的各个自由度，使另一侧所述十字激光21进入所述刀口。

[0059] 所述光源狭缝聚光系统4、刀口成像系统5的移动调整分别通过多自由度调节台，各所述多自由度调节台的参数为：

[0060] 移动范围X方向各移动0～250mm，移动精度：0.001mm；

[0061] 移动范围Y向调节范围0～250mm，移动精度：0.01mm；

[0062] 移动范围Z方向各移动0～200mm，移动精度：0.005mm；

[0063] 偏航角度范围±5°，蜗杆涡轮速比130:1，调节精度0.0038°，调节分辨率0.5°时，对准误差0.5mm；

[0064] 滚转/俯仰角度范围±5°，调节手轮分辨率0.5°时，调节精度0.0018°。

[0065] 各所述主镜3的调整参数为：

[0066] X方向移动是通过第一伺服电机驱动第一减速机，所述第一减速机带动丝杆啮合丝母完成的；移动范围0～1577mm，移动精度：0.015mm；调节误差0.3mm；

[0067] Z方向移动是通过第二伺服电机驱动第二减速机，所述第二减速机带动螺母升降完成的；移动范围0～203mm,移动精度：0.01mm；调节误差0.3mm；

[0068] 上下偏转调整通过俯仰调节手轮带动第一蜗杆涡轮完成，所述俯仰调节手轮旋转精度为0.5°，所述第一蜗杆涡轮速比260:1，角度精度为0.00192°，对准误差0.99mm；

[0069] 左右偏转调整通过偏航调节手轮带动第二蜗杆涡轮完成，所述偏航调节手轮旋转精度为0.5°，所述第二蜗杆涡轮速比600:1，角度精度为0.00083°，对准误差0.43mm。

[0070] 各所述主镜的有效口径为Φ800mm，各所述观察窗口有效口径为Φ810mm。

[0071] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。