摘要:介绍了内框在内方位元素测试仪中的作用及其工作时的受力状态。采用有限元分析方法对内框不同工作状态的变形进行分析，计算出内框变形对瞄准望远镜视轴的影响，给出了分析计算结果.
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。
3内框有限元分析
3.1有限元分析的约束条件
有限元分析时，边界约束条件直接影响有限元分析的结果，因此要尽可能与实际情况一致。内框的支撑，一端是径向止推轴承，另一端为径向轴承。径向止推轴承一端的约束应满足无轴向和径向窜动，同时又要允许内框转动。在径向轴承的端头，安装有驱动内框转动的蜗轮蜗杆，可以自锁，因此内框的转动应受到限制，而轴向是可以伸缩的，不应当约束。根据以上分析，内框的约束情况如图5所示，有限元分析结果如图6所示。
不同状态下的变形和角度变化分析首先，分析①状态，内框外框都处于0。时，铸铝内框受lg重力加速度作用下的变形。然后，分别对内框转角②状态，内框21。外框少;③状态，内框0。外框转角37。和④状态，内框转角21。外框转角37。三种状态进行分析。分别用②③④状态节点的位移减去①状态下的节点位移，我们就得到了三种状态下的节点变形量。根据瞄准望远镜的结构安排，在内框上取三个小平面，如图7所示，采用上节的计算方法，分别计算出三个小平面的法线变化，计算结果见表1、表2和表3。
3.3平面相对位移引起的视轴变化
除了固定镜头处小平面的法线变化引起瞄准望远镜的视轴变化外，由于平面1与平面2和平面2与平面3之间有相对位移，引起各组透镜光轴相对移动，同样也会导致瞄准望远镜视轴变化。
4结论
内方位元素测量时，瞄准望远镜对网格板上所有的十字丝进行瞄准，测量十字丝的夹角。测量系统的内框的受力状态，随测量角度而改变，内框的变形也随之发生变化，这一变化对瞄准望远镜视轴有直接影响，导致瞄准精度下降。对于瞄准精度小于0.3”要求的测量系统，只靠增加结构刚度消除重力作用引起的结构变形是不可能实现的。这样的测量系统需要对瞄准望远镜的视轴误差进行校正。
参考文献:
[l]MollbergBH.PerformanceCharaeteristiesfortheorbiterPayloadSystemsLargeFormatCamera[JI·SPIE，1981，278:66一72
作者简介:马文礼((1962- )，男(汉族)。吉林四平人，副研究员，学士，主要从事光学设备的研制.
