阅读说明：本技术 一种地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置及方法 (Shafting perpendicularity detection device and method for horizontal photoelectric tracking system ) 是由 张巳龙 谭逢富 靖旭 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置及方法,以简单的结构检测方位轴系与俯仰轴系、俯仰轴系与视准轴系垂直度误差。轴系垂直度检测装置(200)包括：出射第一准直光(301)的第一准直光光源(201)；出射第二准直光(401)的第二准直光光源(202)；和监视器(204),用于观察第一准直光和第二准直光在地平式光电跟踪系统(100)的视准轴系的成像视场中所成图像,第一准直光光源用于调节地平式光电跟踪系统的视准轴系与俯仰轴系的垂直度,第二准直光光源用于在地平式光电跟踪系统的视准轴系与俯仰轴系的垂直度已调节后,调节俯仰轴系与方位轴系的垂直度。(The invention provides a device and a method for detecting the perpendicularity of a shaft system of a horizontal photoelectric tracking system, which are used for detecting the perpendicularity errors of an azimuth shaft system and a pitching shaft system and between the pitching shaft system and a sighting axis system by a simple structure. The shafting perpendicularity detection device (200) includes: a first collimated light source (201) that emits first collimated light (301); a second collimated light source (202) that emits second collimated light (401); and the monitor (204) is used for observing images formed by the first collimated light and the second collimated light in an imaging view field of a collimation axis of the horizontal photoelectric tracking system (100), the first collimated light source is used for adjusting the verticality between the collimation axis and a pitching axis of the horizontal photoelectric tracking system, and the second collimated light source is used for adjusting the verticality between the pitching axis and the pitching axis of the horizontal photoelectric tracking system after the verticality between the collimation axis and the pitching axis of the horizontal photoelectric tracking system is adjusted.)

一种地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置及方法

技术领域

本发明属于精密轴系检测技术领域，具体涉及一种地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置及方法。

背景技术

随着光机电综合技术的不断发展，光电跟踪系统的综合水平也在不断提高，其中高精度的跟踪能力已成为现阶段发展的必然趋势。为了保证光电跟踪系统能够快速、准确地捕获和跟踪目标，对其传动系统和轴系的精度要求越来越高。

地平式光电跟踪系统作为光电跟踪系统的一种结构形式，因其结构简单、适用性好等特点被广泛使用。地平式光电跟踪系统的结构特点是，由两个转动轴系(方位轴系、俯仰轴系)和一个不动轴系(光学成像系统的视准轴系)组成。图1表示了地平式光电跟踪系统100的例子，如图1所示：方位轴系101一般位于最下方，实现俯仰轴系102与视准轴系103一起绕方位轴旋转；俯仰轴系102一般由左右两个半轴部件通过中框组件连接构成(图1中例如构成为U形结构)，实现视准轴系103绕俯仰轴旋转；视准轴系103安装于俯仰轴系102的两个半轴部件中间的中框内，由光学系统及成像元件组成，一般将其视为一个整体。方位轴系、俯仰轴系、视准轴系两两相交，且要求方位轴系与俯仰轴系垂直、俯仰轴系与视准轴系垂直。

在高精度地平式光电跟踪系统中，对于方位轴系与俯仰轴系之间的垂直度、俯仰轴系与视准轴系之间的垂直度的调节一般都设计有调节机构，但如何检测其垂直度是装调过程中的一个关键环节。现有的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测方法，对于方位轴系与俯仰轴系的垂直度、俯仰轴系与视准轴系的垂直度都使用了两套不同的检测装置分别检测，一对轴系的垂直度检测完毕后需要更换检测工位或者检测仪器，才能进行下一对轴系的垂直度检测，操作流程繁琐。另外，通常检测需要使用带十字分划板的高精度平行光管、自准直仪等精密光学仪器，且检测俯仰轴系与视准轴系的垂直度时，例如专利文献1说明的那样，通常需要在俯仰轴系的两个半轴部件上安装可调反射镜、可调十字丝等辅助元器件，操作过程复杂、对操作过程精度要求高，容易因检测元器件的调节、检测过程的操作等因素造成误差影响检测精度。而且，现有的检测方法只能一次性检测出轴系垂直度的误差量，根据误差量来进行调节，无法实时监测误差量，不能根据实时误差量来进行垂直度调节。

专利文献1：CN 101922923 B

发明内容

本发明目的在于克服背景技术中所述的现有的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置及方法的如下不足：第一对轴系的垂直度检测完成后，需要更换检测工位或检测仪器来进行第二对轴系的垂直度检测，操作流程繁琐；需要使用精密光学仪器、辅助光学元器件，操作过程复杂、易造成误差影响检测精度；无法实时监测误差量，不便于调节。本发明提供了一种结构简单、操作容易、检测精度高、便于调节的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置及方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置，所述地平式光电跟踪系统由作为转动轴系的方位轴系、俯仰轴系和作为不动轴系的视准轴系组成，所述轴系垂直度检测装置包括：出射第一准直光的第一准直光光源；出射第二准直光的第二准直光光源；监视器，其用于观察所述第一准直光和所述第二准直光在所述地平式光电跟踪系统的视准轴系的成像视场中所成图像，所述第一准直光光源用于调节所述地平式光电跟踪系统的视准轴系与俯仰轴系的垂直度，在进行调节时，所述第一准直光光源被配置成使水平出射的所述第一准直光与所述地平式光电跟踪系统的视准轴同轴，所述第二准直光光源用于调节所述地平式光电跟踪系统的俯仰轴系与方位轴系的垂直度，在进行调节时，所述第二准直光光源被配置成向斜下方出射所述第二准直光，并且该第二准直光与经过视准轴系与俯仰轴系的垂直度调节后并调节了方位角和俯仰角的所述地平式光电跟踪系统的视准轴同轴。

此外，本发明提供一种地平式光电跟踪系统的轴系垂直度调节方法，使用上述轴系垂直度检测装置进行轴系垂直度调节，所述地平式光电跟踪系统具有调节视准轴系与俯仰轴系的垂直度的第一调节机构，和调节俯仰轴系与方位轴系的垂直度的第二调节机构，所述轴系垂直度调节方法包括：调节视准轴系与俯仰轴系的垂直度的第一步骤；和在所述第一步骤后调节俯仰轴系与方位轴系的垂直度的第二步骤，在所述第一步骤中，在所述地平式光电跟踪系统的视准轴与所述第一准直光光源的光轴水平、同轴的状态下，对所述地平式光电跟踪系统进行使方位轴系和俯仰轴系各自旋转180°的第一操作，之后调节所述第一调节机构，使所述成像视场中所述第一准直光所成图像在方位方向上位于所述第一操作前、后的所述第一准直光所成图像的位置的中心，在所述第二步骤中，在所述地平式光电跟踪系统的视准轴与所述第二准直光光源的光轴同轴的状态下，对所述地平式光电跟踪系统进行使方位轴系旋转180°，然后俯仰轴系调节至所述第二准直光所成图像在俯仰方向上位于成像视场中心的第二操作，之后调节所述第二调节机构，使所述成像视场中所述第二准直光所成图像在方位方向上位于所述第二操作前、后的所述第二准直光所成图像的位置的中心。

采用本发明的轴系垂直度检测装置及方法，进行检测(调节)前无需对待检测的地平式光电跟踪系统进行调平操作，即地平式光电跟踪系统的方位轴是否竖直、俯仰轴是否水平不会对后续检测结果造成影响。

在本发明的轴系垂直度调节方法中，第一步骤中地平式光电跟踪系统的视准轴与第一准直光光源的光轴均水平、等高且同轴，地平式光电跟踪系统的方位轴系与俯仰轴系的垂直度误差不会对第一操作即倒镜操作的结果造成影响，倒镜结果仅和俯仰轴系与视准轴系的垂直度误差有关。因此根据倒镜结果调节俯仰轴系与视准轴系的垂直度后，即可认为俯仰轴系与视准轴系的垂直度调节完成，两轴相互垂直。

而在第二步骤中，在第二操作后，即地平式光电跟踪系统的方位轴系旋转180°，然后俯仰轴系调节至第二准直光所成图像在俯仰方向上位于成像视场中心后，地平式光电跟踪系统的方位轴系与俯仰轴系垂直度误差、俯仰轴系与视准轴系垂直度误差都会对第二准直光所成图像在成像视场中方位方向的偏移量造成影响。但由于通过第一步骤已将俯仰轴系与视准轴系的垂直度调节完成，两轴已相互垂直，因此认为此时的偏移量仅是由方位轴系与俯仰轴系的垂直度误差造成的，根据此时的位置偏移量调节方位轴系与俯仰轴系的垂直度，即可完成两轴垂直度的调节。

本发明的有益效果是：

本发明的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置，仅由两个准直光光源和一个外接显示设备组成，结构简单。两个准直光光源与待测设备安装固定后即可检测、调节方位轴系与俯仰轴系、俯仰轴系与视准轴系的垂直度误差，中途不需要更换工位或检测设备，操作简便。无精密光学仪器，检测过程也无需辅助光学元器件，不易因操作而产生检测误差。

本发明的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度调节方法，方位轴系与俯仰轴系、俯仰轴系与视准轴系垂直度误差的检测和调节分两个步骤进行，互相没有影响，不会产生干涉误差。可根据外接显示设备上的成像进行可视化调节，检测、调节精度高；调节过程也可实时监测，便于控制调节量。

附图说明

图1为地平式光电跟踪系统的结构示意图。

图2为地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置的布局示意图。

图3为俯仰轴系与视准轴系垂直度检测和调节时的指向示意图。

图4为方位轴系与俯仰轴系垂直度检测和调节时的指向示意图。

图5为视准轴系成像视场中图像及调节示意图。

图6为地平式光电跟踪系统的轴系垂直度调节方法的主流程图。

图7(a)、图7(b)为图6所示的主流程的子流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

以下实施方式中，在提及要素的数字等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明确说明的情况和从原理上明显限定为特定数字的情况之外，并不限定于该特定数字，可为特定数字以上或以下。

另外，在以下的实施方式中，其结构要素(包括步骤要素等)除了特别明确说明的情况和从原理上明显理解为是必须的情况之外，都不一定是必须的，并且也可以包括说明书中未明确提及的要素，这无需明言。

同样地，在以下的实施方式中，在提及结构要素等的形状、位置关系等时，除了特别明确说明的情况和从原理上明显地理解为并不可行的情况之外，包括实质上与其形状等近似或类似的要素。这对于上述数值和范围也同样。

此外，附图中表示的均为示例，其中的各部件的相对大小关系、各部件的组成部分的比例关系不受图中示例限定。

参照图2说明本发明的一个实施方式的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置200。本实施方式的轴系垂直度检测装置200包括：准直光光源201(即第一准直光光源)、准直光光源202(即第二准直光光源)、安装基座203、监视器204。图2表示了该垂直度检测装置200与待检测(待调节)的地平式光电跟踪系统(作为示例表示了图1所示的地平式光电跟踪系统100)的安装布局。在图2中，作为安装基座203给出了固定三脚架(也称固定三脚架203)的示例，作为监视器204表示了外接显示器(也称外接显示器204)。另外，这里将安装基座203作为轴系垂直度检测装置200的组成部分进行说明，但也可以将安装基座203理解为地平式光电跟踪系统100的组成部分，或独立于地平式光电跟踪系统100和轴系垂直度检测装置200这二者之外的独立的部件，本发明对此没有限定。

地平式光电跟踪系统100固定于高低可调的固定三脚架203上，固定三脚架203放置在地面等支承部205上。准直光光源201和准直光光源202能够出射准直的光束，二者出射的光的波长没有限定，可以是可见光也可以是不可见的例如红外光，只要能够在地平式光电跟踪系统100的视准轴系103的成像元件上成像即可，二者可以为相同的光源也可以不同。准直光光源201和准直光光源202使用安装过渡件固定于光源安装面206例如墙面(下称墙面206)上，二者位于同一铅垂面内上下分布。这里，安装过渡件可以使准直光光源201、202的位置相对于墙面206可调节(例如可上下移动等)。准直光光源201位于下方，调节安装角度使光轴O1如图2的点划线所示处于水平状态，用于调节地平式光电跟踪系统100的视准轴系103与俯仰轴系102的垂直度；准直光光源202位于上方，调节安装角度使光轴O2如图2的虚线所示处于斜向下的状态，用于在地平式光电跟踪系统100的视准轴系103与俯仰轴系102的垂直度已调节后，调节俯仰轴系102与方位轴系101的垂直度。准直光光源202安装于墙面206上尽量高的位置，使得与地平式光电跟踪系统100的视准轴103同轴时的光轴O2相对于水平的光轴O1所成的角度(即此时的视准轴的仰角)优选至少为例如45度以上，更加优选60度以上，越接近90度越好。该仰角越接近90度，后述方位轴系与俯仰轴系垂直度的检测和调节越精确。

本实施方式中光源安装面206即墙面是铅垂面，因此准直光光源202位于准直光光源201的铅垂正上方，但准直光光源202的配置不限于此，只要其光轴O2与视准轴同轴时处于斜向下的状态，并且沿铅垂方向投影时，准直光光源202的光轴的投影与准直光光源201的光轴的投影重合即可。即，准直光光源202可以位于图2中虚线所示光轴O2上的任意位置处，不限于准直光光源201的正上方，因此，光源安装面206也不限于铅垂面。

外接显示器204放置在方便观察的位置，与地平式光电跟踪系统100连接(图中省略了连接方式)，用于显示准直光光源201、202发出的准直光经过地平式光电跟踪系统100的视准轴系后在成像元件上所成图像的情况。

本发明的一个实施方式的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置仅需要两个准直光光源201、202和观察准直光所成图像的外接显示器204，就能够方便地、高精度地、实时地检测、调节方位轴系与俯仰轴系、俯仰轴系与视准轴系的垂直度误差。而且，进行检测(调节)前无需对待检测的地平式光电跟踪系统100进行调平操作，即地平式光电跟踪系统100的方位轴是否竖直、俯仰轴是否水平不会对后续检测结果造成影响。

下面对本发明的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置的轴系垂直度调节方法的具体实施方式进行说明。

如上所述，地平式光电跟踪系统100能够调节视准轴系的方位角和俯仰角，具体而言，通过俯仰角传动机构实现视准轴系绕俯仰轴旋转，通过方位角传动机构实现俯仰轴系和视准轴系绕方位轴旋转，该转动可通过手动驱动或电控驱动的方式实现，通常为电控驱动。此外，独立于该俯仰角传动机构、方位角传动机构之外，还具有专用于调节视准轴系与俯仰轴系的垂直度的调节机构和调节俯仰轴系与方位轴系的垂直度的调节机构(即第一、第二调节机构，未图示)。在下述说明中，除明确说明的之外，所说的方位角和俯仰角的“调节”指的均是利用上述方位角传动机构和俯仰角传动机构实现的俯仰轴系和视准轴系绕方位轴旋转和视准轴系绕俯仰轴旋转。例如，下述第一步骤S601的(2)中的使方位轴系和俯仰轴系各自旋转180°的倒镜操作(第一操作)，以及第二步骤S602的(2)中的使方位轴系旋转180°，然后俯仰角调节至准直光401所成图像在视场中位于中心的操作(第二操作)，均是(电动控制)地平式光电跟踪系统100的方位角传动机构和俯仰角传动机构来实现俯仰轴系和视准轴系绕方位轴旋转和视准轴系绕俯仰轴旋转的。

本发明的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度调节方法的主流程表示在图6中，如图6所示，主流程包括第一步骤S601和第二步骤S602。

在S601中，对地平式光电跟踪系统100的俯仰轴系与视准轴系的垂直度进行检测和调节，具体而言，在地平式光电跟踪系统100的视准轴与准直光光源201的光轴O1水平、同轴(也可表述为视准轴与准直光同轴，本说明书对此不特别区分)的状态下，对地平式光电跟踪系统100进行使方位轴系和俯仰轴系各自旋转180°的倒镜操作(第一操作)，之后调节俯仰轴系与视准轴系垂直度的调节机构，使第一准直光301在成像视场中所成图像在方位方向上位于倒镜操作前、后的第一准直光301所成图像的位置的中心。

在S602中，对地平式光电跟踪系统100的方位轴系与俯仰轴系的垂直度进行检测和调节，具体而言，在地平式光电跟踪系统100的视准轴与准直光光源202的光轴O2同轴的状态下，对地平式光电跟踪系统100进行使方位轴系旋转180°，然后俯仰轴系调节至准直光401所成图像在俯仰方向上位于成像视场中心的操作(第二操作)，之后调节方位轴系与俯仰轴系垂直度的调节机构，使第二准直光401在成像视场中所成图像在方位方向上位于上述操作前、后的第二准直光401所成图像的位置的中心。

下面对第一步骤S601进行具体说明。第一步骤对地平式光电跟踪系统100的俯仰轴系与视准轴系的垂直度进行检测和调节，包括的子步骤如下。

(1)如图3所示，将地平式光电跟踪系统100安装在固定三脚架203上，移动固定三脚架203的位置使地平式光电跟踪系统100尽量靠近准直光光源201、202。将地平式光电跟踪系统100的视准轴调节至水平状态，并且调节准直光光源201的安装角度使其光轴O1成水平状态；调节固定三脚架203的高度，使视准轴与准直光光源201的光轴O1等高。另外，由于准直光光源201、202可通过安装过渡件相对于墙面206移动，因此此处也可以不调节固定三脚架的高度而是调节准直光光源201的位置。

这里，虽然通过移动固定三脚架203的位置使地平式光电跟踪系统100尽量靠近准直光光源201、202，但这只是优选方式而不是必须的，只要不影响各准直光光源在视准轴系中成像即可。

并且，通过外接显示器204观察准直光光源201的准直光301所成图像(即光斑)。外接显示器204观察到的视准轴系成像视场例如表示在图5中，图中各光斑可表示准直光301所成图像，水平方向对应于地平式光电跟踪系统100的方位方向，竖直方向对应于俯仰方向。调节地平式光电跟踪系统100的视准轴系的焦距使成像清晰，同时，控制地平式光电跟踪系统100的方位轴系旋转来调节地平式光电跟踪系统100的方位角，使准直光301所成图像位于视准轴系成像视场方位方向的中心位置，即，令该视场的方位方向上的总像素数为2A，则中心位置的方位坐标为A。由于视准轴与准直光光源201的光轴O1已调节至水平且等高，因此，此时准直光301所成图像在俯视方向上也应位于中心位置，可认为已将地平式光电跟踪系统100的视准轴与准直光光源201的光轴O1调节至均水平、等高且同轴。

(2)对地平式光电跟踪系统100进行倒镜操作(即第一操作)，即控制其方位轴系旋转180°，俯仰轴系旋转180°。记录倒镜后地平式光电跟踪系统100的方位角读数FW1。

由于在子步骤(1)中使地平式光电跟踪系统100的视准轴与准直光光源201的光轴O1均水平、等高且同轴，准直光301所成图像在成像视场的俯仰方向上处于视场的中心位置。因此倒镜操作后，准直光301所成图像在成像视场的俯仰方向上的位置在例如图5中应仍处于中心位置。若不处于中心位置，可能是由于地平式光电跟踪系统100的视准轴与准直光光源201的光轴O1不是严格水平、等高状态。但该因素对检测结果不会造成影响，仍仅需根据倒镜前后准直光301所成图像在成像视场的方位方向的位置进行轴系垂直度调节即可。因此，在第一步骤的后续说明中，不再专门说明准直光301所成图像的俯仰方向上的位置。

(3)经过倒镜操作后，如图5所示，准直光301所成图像在成像视场中的方位坐标变成A′。记录此时的方位坐标A′，然后调节地平式光电跟踪系统100的方位角将准直光301所成图像移动至成像视场的方位方向上的中心位置，即方位坐标A处，并记录此时地平式光电跟踪系统100的方位角读数FW2。

(4)调节地平式光电跟踪系统100的方位角，将准直光301所成图像重新移动至坐标A′处，即方位角读数重新回到FW1。

(5)通过外接显示器204观察成像位置情况，同时调节地平式光电跟踪系统100的俯仰轴系与视准轴系垂直度的调节机构(即第一机构)，如图5所示，直至准直光301所成图像在成像视场中的方位方向上的位置位于坐标A与A′的中心，即方位坐标为(A+A′)/2处。对应的，该调节产生的方位角的变化量应为∣(FW1-FW2)/2∣。

由于存在调节精度和操作误差等因素，子步骤(5)后，地平式光电跟踪系统100的俯仰轴系和视准轴系的垂直度可能仍存在一定量的误差。需要进行子步骤(2)的倒镜操作，根据倒镜前后准直光301所成图像在成像视场中的方位方向的位置进行验证。

调节完成的判据为：在子步骤(5)之后进行的子步骤(2)的倒镜操作前后，准直光301所成图像在成像视场中的方位方向的位置几乎不变，即都处于成像视场的方位方向的中心，即A与A′重合，此时认为第一步骤S601调节完成。而若子步骤(5)之后进行的子步骤(2)的倒镜操作前后，准直光301所成图像在成像视场中的方位方向的位置仍存在变化，则认为第一步骤S601仍未调节完成。

这里，优选的是在子步骤(5)之后、返回进行子步骤(2)之前进行子步骤(6)。在子步骤(6)中，调节电平式光电跟踪系统100的俯仰角和方位角，使准直光301所成图像回到成像视场的方位方向和俯仰方向上的中心位置。于是，通过在返回进行子步骤(2)之前进行子步骤(6)，在子步骤(2)后判断为准直光301所成图像在成像视场中的位置因倒镜操作发生了变化，即调节仍未完成的情况下，可直接进行后续子步骤(3)～(5)来进一步调节。

需要注意的是，若俯仰轴系与视准轴系垂直度初始误差较大，在子步骤(2)的倒镜操作后，准直光301所成图像可能位于成像视场之外，这时子步骤(3)中将无法观察到准直光301所成图像，该情况的操作如下。

(3′)假定此时图像的方位坐标为A″(如子步骤(2)所述，方位角读数为FW1)，此时暂无法通过外接显示器204观察准直光301所成图像的位置进行精确调节，只能调节地平式光电跟踪系统100的方位角，寻找准直光301所成图像并将其移动至成像视场的方位方向上的中心位置，即方位坐标A处，记录此时地平式光电跟踪系统100的方位角读数FW2′。

(4′)然后，再调节地平式光电跟踪系统100的方位角，将准直光301所成图像重新移动至坐标A″处，即方位角读数为FW1处(由于坐标A″处在成像视场之外，不可见，此步只能根据地平式光电跟踪系统100的方位角读数进行调节，即方位角读数重新归为FW1即可)。

(5′)接着，通过外接显示器204观察，调节地平式光电跟踪系统100的俯仰轴系与视准轴系垂直度的调节机构，按照方位角变化量∣(FW1-FW2′)/2∣，将所成图像向着坐标A与A″中心的方向调节，即估摸着将准直光301所成图像粗略调节至坐标A与A″的中心。

(6′)然后，调节电平式光电跟踪系统100的俯仰角和方位角，使准直光301所成图像回到成像视场的方位方向和俯仰方向上的中心位置。

再次返回子步骤(2)，如果倒镜操作后准直光301所成图像出现在成像视场内，则接着从子步骤(3)开始进行操作至调节完成。如果倒镜操作后准直光301所成图像仍然没有出现在成像视场内，则继续进行子步骤(3′)～(6′)，然后再次返回子步骤(2)，直至倒镜后准直光所成图像位于成像视场内。

第一步骤完成后，待检测的地平式光电跟踪系统100的俯仰轴系与视准轴系的垂直度完成检测和调节。

在上述子步骤(2)的倒镜操作后，当准直光301所成图像位于成像视场之外的情况下，通过进行上述子步骤(3′)～(5′)，能够对视准轴与俯仰轴的垂直度进行一定程度的调节，但由于子步骤(5′)中的调节是估摸着粗略调节的，精度不能够完全保证。因此，通过在子步骤(6′)返回执行子步骤(2)，并在倒镜操作后的准直光301所成图像出现于成像视场内的情况下执行子步骤(3)～(5)，能够精确地调节视准轴与俯仰轴的垂直度。

在上述第一步骤中，由于使地平式光电跟踪系统100的视准轴与准直光光源201的光轴O1均水平、等高且同轴，因此地平式光电跟踪系统100的方位轴系与俯仰轴系的垂直度误差不会对倒镜结果造成影响，倒镜结果仅和俯仰轴系与视准轴系的垂直度误差有关。因此根据倒镜结果调节俯仰轴系与视准轴系的垂直度后，即可认为俯仰轴系与视准轴系的垂直度调节完成，两轴相互垂直。

可将第一步骤的上述子步骤作为子流程图表示在图7(a)中。

如图7(a)所示，第一步骤S601包括子步骤S601-1～S601-12，其中S601-1～S601-6对应于上述第一步骤的子步骤(1)～(6)，S601-9～S601-12对应于上述第一步骤的子步骤(3′)～(6′)。子步骤S601-7用于判断子步骤S601-2的倒镜操作(即第一操作)后准直光301所成图像是否位于视准轴系成像视场内，根据判断的结果将流程转向去往S601-3或S601-9。子步骤S601-8用于判断调节是否完成，如果子步骤S601-2的倒镜操作没有使准直光301所成图像在成像视场内发生方位方向上的变化，则判断为调节完成，反之则认为调节未完成，继续前往子步骤S601-3。

接着对第二步骤S602进行具体说明。第二步骤对地平式光电跟踪系统100的方位轴系与俯仰轴系的垂直度进行检测和调节，包括的子步骤如下。

(1)如图4所示，调节地平式光电跟踪系统100的方位和俯仰角并调节准直光光源202的安装指向，使地平式光电跟踪系统100的视准轴与准直光光源202的光轴O2同轴。

其中，通过外接显示器204观察准直光光源202的准直光401所成图像，调节视准轴系的焦距使成像清晰。调节地平式光电跟踪系统100的方位角和俯仰角，使准直光401所成图像位于视准轴系成像视场的中心位置。与上述第一步骤的子步骤(1)同样地，沿用图5，令该视场的方位方向上的总像素数为2A，则中心位置的方位坐标为A。同样地，在俯仰方向上也调至中心位置。由此，认为地平式光电跟踪系统100的视准轴已调节至与准直光光源202的光轴O2同轴。

(2)对地平式光电跟踪系统100进行第二操作，即，控制地平式光电跟踪系统100的方位轴系旋转180°，通过外接显示器204观察成像位置情况，同时调节俯仰轴系角度，使准直光401所成图像在俯仰方向上位于成像视场中心。记录此时地平式光电跟踪系统100的方位角读数FW3。

(3)如图5所示，准直光401所成图像在成像视场中的方位坐标变成B′。记录此时的方位坐标B′，然后调节地平式光电跟踪系统100的方位角将准直光401所成图像移动至成像视场的中心位置，即方位坐标A处，并记录此时地平式光电跟踪系统100的方位角读数FW4。

(4)调节地平式光电跟踪系统100的方位角，将准直光401所成图像重新移动至坐标B′处，即方位角读数重新回到FW3。

(5)通过外接显示器204观察成像位置情况，同时调节地平式光电跟踪系统100的方位轴系与俯仰轴系垂直度的调节机构(即第二调节机构)，如图5所示，直至准直光401所成图像在成像视场中的方位方向上的位置位于坐标A与B′的中心，即方位坐标为(A+B′)/2处。对应的，该调节产生的方位角的变化量应为∣(FW3-FW4)/2∣。

由于存在调节精度和操作误差等因素，子步骤(5)后，地平式光电跟踪系统100的方位轴系与俯仰轴系的垂直度可能仍存在一定量的误差。需要进行子步骤(2)的第二操作，根据操作前后准直光401所成图像在成像视场中的方位方向的位置进行验证。

调节完成的判据为：在子步骤(5)之后进行的子步骤(2)的第二操作前后，准直光401所成图像在成像视场中的方位方向的位置几乎不变，即都处于成像视场的方位方向的中心，即A与B′重合，此时认为第二步骤S602调节完成。而若子步骤(5)之后进行的子步骤(2)的第二操作前后，准直光401所成图像在成像视场中的方位方向的位置仍存在变化，则认为第二步骤S602仍未调节完成。

这里，优选的是在子步骤(5)之后、返回进行子步骤(2)之前进行子步骤(6)。在子步骤(6)中，调节电平式光电跟踪系统100的俯仰角和方位角，使准直光401所成图像回到成像视场的方位方向和俯仰方向上的中心位置。于是，通过在返回进行子步骤(2)之前进行子步骤(6)，在子步骤(2)后判断为准直光401所成图像在成像视场中的方位方向上的位置因第二操作发生了变化，即调节仍未完成的情况下，可直接进行后续子步骤(3)～(5)来进一步调节。

同样需要注意的是，若方位轴系与俯仰轴系垂直度初始误差较大，子步骤(2)的操作后，准直光401所成图像可能位于成像视场之外，这时子步骤(3)中将无法观察到准直光401所成图像，该情况的操作如下。

(3′)假定此时图像的方位坐标为B″(如子步骤(2)所述，方位角读数为FW3)，此时暂无法通过外接显示器204观察准直光401所成图像的位置进行精确调节，只能调节地平式光电跟踪系统100的方位角，寻找准直光401所成图像并将其移动至成像视场的方位方向上的中心位置，即方位坐标A处，记录此时地平式光电跟踪系统的方位角读数FW4′。

(4′)然后，再调节地平式光电跟踪系统100的方位角，将准直光401所成图像重新移动至坐标B″处，即方位角读数为FW3处(由于坐标B″处在成像视场之外，不可见，此步只能根据地平式光电跟踪系统100的方位角读数进行调节，即方位角读数重新归为FW3即可)。

(5′)接着，通过外接显示器204观察，调节地平式光电跟踪系统100的方位轴系与俯仰轴系垂直度的调节机构，按照方位角变化量∣(FW3-FW4′)/2∣，将所成图像向着坐标A与B″中心的方向调节，即估摸着将准直光401所成图像粗略调节至坐标A与B″的中心。

(6′)然后，调节电平式光电跟踪系统100的俯仰角和方位角，使准直光401所成图像回到成像视场的方位方向和俯仰方向上的中心位置。

再次返回子步骤(2)，如果第二操作后准直光401所成图像出现在成像视场内，则接着从子步骤(3)开始进行操作至调节完成。如果子步骤(2)的第二操作后准直光401所成图像仍然没有出现在成像视场内，则继续进行子步骤(3′)～(6′)，然后再次返回子步骤(2)，直至第二操作后准直光401所成图像位于成像视场内。

以上步骤完成后，待检测的地平式光电跟踪系统的方位轴系与俯仰轴系的垂直度完成检测和调节。

在上述第二步骤中，在通过子步骤(2)的操作，使地平式光电跟踪系统的方位轴系旋转180°、俯仰轴系调节至准直光401所成图像在俯仰方向上位于成像视场中心后，地平式光电跟踪系统的方位轴系与俯仰轴系垂直度误差、俯仰轴系与视准轴系垂直度误差都会对因该操作导致的准直光401所成图像在成像视场中方位方向的偏移量造成影响。但由于通过第一步骤已将俯仰轴系与视准轴系的垂直度调节完成，两轴已相互垂直，因此可认为此时的偏移量仅是由方位轴系与俯仰轴系的垂直度误差造成的，根据此时的位置偏移量调节方位轴系与俯仰轴系的垂直度，即可完成该垂直度的调节。

可将第二步骤的上述子步骤作为子流程图表示在图7(b)中。

如图7(b)所示，第二步骤S602包括子步骤S602-1～S602-12，其中S602-1～S602-6对应于上述第二步骤的子步骤(1)～(6)，S602-9～S602-12对应于上述第二步骤的子步骤(3′)～(6′)。步骤S602-7用于判断子步骤S602-2的操作(即第二操作)后准直光401所成图像是否位于视准轴系成像视场内，根据判断的结果将流程转向去往S602-3或S602-9。子步骤S602-8用于判断调节是否完成，如果子步骤S602-2的第二操作没有使准直光401所成图像在成像视场内发生方位方向上的变化，则判断为调节完成，反之则认为调节未完成，继续前往子步骤S602-3。

至此，待检测的地平式光电跟踪系统100的轴系垂直度完成检测和调节。

需要说明的是，如本实施方式的地平式光电跟踪系统100那样，有的地平式光电跟踪系统的俯仰轴系与视准轴系垂直度的调节机构(即第一机构)、方位轴系与俯仰轴系的调节机构(即第二机构)的调节并不是无级连续调节的方式，而是需要先根据误差量计算出需要调节的量，再根据调节量进行一次性的定量调节的调节方式。这种情况下，倒镜前后的光斑位置A与A′、A与B′用作轴系垂直度是否调节完成的检测依据，倒镜前后的方位角读数FW1与FW2、FW1与FW2′、FW3与FW4、FW3与FW4′则是起到了定量计算轴系垂直度调节机构需要进行的调节量的作用。本发明的轴系垂直度检测装置及方法，弱化了调节机构的具体调节方式带来的细节操作的不同，因此依旧保留了对于需要提前计算出调节量的情况的操作步骤。对于无级连续调节方式的调节机构，其操作步骤与上述说明没有相矛盾的地方，只是方位角读数的读取在例如第一步骤的子步骤(2)、(3)中变得不再需要。进而，子步骤(3)中为了读取读数FW2而进行的操作以及子步骤(4)也均不再需要。这对于第二步骤也是同样的。

如上所述，本发明的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度检测装置可以仅由两个准直光光源和一个监视器组成，结构简单。两个准直光光源与待测地平式光电跟踪系统安装固定后即可检测、调节方位轴系与俯仰轴系、俯仰轴系与视准轴系的垂直度误差，中途不需要更换工位或检测设备，操作简便。无精密光学仪器，检测过程也无需辅助光学元器件，不易因操作而产生检测误差。

此外，本发明的地平式光电跟踪系统的轴系垂直度调节方法，先进行俯仰轴系与视准轴系垂直度误差的检测和调节，再进行方位轴系与俯仰轴系垂直度误差的检测和调节，分两个步骤进行，互相没有影响，不会产生干涉误差。并且，可根据外接显示器上的成像进行可视化调节，检测、调节精度高；调节过程也可实时监测，便于控制调节量。

另外，本发明的轴系垂直度检测装置及方法的应用对象也不限于地平式光电跟踪系统，只要由作为转动轴系的方位轴系、俯仰轴系和作为不动轴系的视准轴系(可进行成像)组成，就能够应用本发明的轴系垂直度检测装置及方法。