CN101922539A - 一种微型光学器件平移机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学器件调整技术领域，具体涉及一种微型光学器件平移机构，包括电机组件、导轨组件、光学组件、摇臂和连杆，所述导轨组件固定在电机组件上，所述摇臂一端与所述电机组件的输出轴相连接，另一端与所述连杆的一端相连接，所述连杆将所述摇臂与所述导轨组件连接，所述光学组件固定在所述导轨组件上。本发明体积小巧，运动链简洁，控制方式简单，可实现对微小型光学器件的多工位平移功能，可应用于光学检测设备中的平面镜、分光镜等光学器件的多工位平移。

Description

一种微型光学器件平移机构

技术领域

本发明涉及光学器件调整技术领域，具体涉及一种微型光学器件平移机构。

背景技术

在各种光学检测设备、仪器仪表中，往往需要移动某个光学器件，这类需求对平移机构的体积要求往往也是非常苛刻的。所以微型的平移机构是这类产品的最好选择。

常用的直线驱动器有以下技术方案：

第一，采用一个电机驱动螺轩，螺杆上装有一个螺帽。螺帽与一个套简组件连接。套筒从一个外壳伸出，此外壳防止套筒随螺帽一起转动，但允许套筒从套筒伸出或退回。螺杆的旋转对螺帽产生一作用力，该力的作用方向与螺轩轴线平行，以迫使螺帽沿螺杆直线运动，由此伸出或退回套筒。这类直线驱动器的一个例子可见于美国专利4392390。这类设计，沿螺杆轴线方向的尺寸往往较大，结构较复杂，需要用到微型丝杆与螺母，微型套筒，控制时采用闭环控制，成本较高。

第二，采用音圈电机直接驱动实现直线位移，这种方式精度较高，体积也可以做到很小，但是这种设计需要昂贵的直线编码器和复杂的控制系统，装配复杂，成本往往很高。

第三，采用微型电磁铁实现，这种设计方式结构简单，但是其中的微型电磁铁往往需要用户定制，所以在设计时不是很方便，同时这种方式只能有一个固定位移的输出，而其动作时冲击很大。

另外，中国专利申请号为92101069.9中公开了一种小型直线驱动器，采用了类似于上述方案二的设计思路，结构复杂，体积大。中国专利申请号为02130363.0公开了一种光机装置光学元件的移动机构，包括至少一个环绕光学元件的圆对称可弯曲件及使光学元件沿与可弯曲件垂直且通过所述至少一个可弯曲件中心的轴线发生移动的装置。一叠层可有许多可由件，彼此用隔离件隔开，光学元件装在管状构件内，管状构件由二个隔开的叠层支承。这种设计结构复杂，体积较大，直线位移很小。

微型伺服电机，俗称舵机，主要用于小型飞行器或航模中控制副翼和尾舵，在机器人领域也有广泛的应用。这是一款比较成熟的产品，体积小，可以精确控制角度输出。若将此电机应用于光学器件平移装置，那光学器件平移装置的体积就会减小，还会增强可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、可靠性强的微型光学器件平移机构。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种微型光学器件平移机构，包括电机组件、导轨组件、光学组件、摇臂和连杆，所述导轨组件固定在电机组件上，所述摇臂一端与所述电机组件的输出轴相连接，另一端与所述连杆的一端相连接，所述连杆将所述摇臂与所述导轨组件连接，所述光学组件固定在所述导轨组件上。

上述方案中，所述电机组件包括微型电机、底板和固定板，所述底板和固定板将微型电机固定。

上述方案中，所述导轨组件包括导轨、盖板和移动轴，所述盖板与所述导轨固定连接，使所述移动轴在导轨内轴向移动；所述导轨固定在电机组件的底板上。

上述方案中，所述光学组件包括支架和紧固片，所述紧固片将光学器件固定在支架上；所述支架固定在导轨组件的移动轴上。

上述方案中，所述连杆与导轨组件中的移动轴相连接。

上述方案中，所述微型电机的输出轴为花键轴，所述摇臂与所述微型电机输出轴连接的一端设有花键孔，并与所述花键轴相配合。

上述方案中，所述花键轴的端面设有螺纹孔，所述摇臂通过螺钉固定在微型电机的输出轴上。

上述方案中，所述连杆一端与设置在所述移动轴上的轴孔连接，并在所述轴孔中转动；所述连杆另一端与设置在摇臂上的摇臂孔连接，并在所述摇臂孔内转动。

上述方案中，所述紧固片与光学器件之间设有垫片。

与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果如下：

本发明体积小巧，运动链简洁，控制方式简单，可实现对微小型光学器件的多工位平移功能，可应用于光学检测设备中的平面镜、分光镜等光学器件的多工位平移。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种微型光学器件平移机构的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种微型光学器件平移机构的立体结构爆炸示意图；

图3为本发明实施例中电机组件的立体结构示意图；

图4为本发明实施例中导轨组件的立体结构示意图；

图5为本发明实施例中导轨组件的侧视图；

图6为本发明实施例中光学组件的立体结构示意图；

图7为本发明实施例中摇臂的结构示意图；

图8为本发明实施例中连杆的结构示意图；

图9-图11为本发明实施例处于不同位形时的示意图；

图12为本发明实施例应用于视觉系统的结构示意图。

附图标记：

1、微型电机，2、底板，3、固定板，4、盖板，5、导轨，6、移动轴，7、连杆，8、摇臂，9、支架，10、平面镜，11、垫片，12、紧固片，13、视觉系统，14、固定架，15、连结板，1-1、花键轴，2-1、安装孔，2-2、导轨安装孔，6-1、轴孔，6-2、器件安装孔，8-1、摇臂孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细描述。

如图1、图2所示，本发明实施例提供一种微型光学器件平移机构，由电机组件、导轨组件、光学组件、摇臂8和连杆7组成。

如图2、图3所示，电机组件由微型电机1、底板2、固定板3组成。微型电机1是一种微型伺服电机，其内部包含电机、齿轮减速箱、电位计和控制电路，微型电机1的输出端是一个花键轴1-1。花键轴1-1的外圆周面是一系列花键齿，用于传递扭矩。花键轴1-1的端面有一个螺纹孔，用于固定摇臂8。所述微型电机1的控制信号是周期为20ms的脉宽调制(PWM)信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，对应花键轴1-1的位置为0-180度，呈线性变化，即提供一定的脉宽，花键轴1-1便会保持在一个相应的角度上，并能保持一定的力矩输出，直到给花键轴1-1提供另一个宽度的脉冲信号，花键轴1-1才会改变到新的位置。底板2为U形零件，其上有安装孔2-1和导轨安装孔2-2，安装孔2-1用于将电机组件安装于其它装置或设备中。导轨安装孔2-2用于安装导轨组件。固定板3为长条形零件，两端有孔，通过螺钉将微型电机1固定于底板2的U形口中。

如图2、图4、图5所示，导轨组件为一种简易型滑动副，由盖板4、导轨5、移动轴6组成；导轨5为类U形结构，盖板4为倒L形结构，移动轴6是一个具有凸楞的方形长条形结构。导轨5与盖板4构成移动轴6的滑动轨道，移动轴6可在轨道中自由滑动，行程约20mm。移动轴6上表面有轴孔6-1和器件安装孔6-2，轴孔6-1用于安装连杆7，器件安装孔6-2用于安装光学组件。

如图2、图6所示，光学组件是一个微型平面镜支架，由支架9、平面镜10、垫片11、紧固片12组成；平面镜10置于支架9的阶梯面上，垫片11置于平面镜10上，紧固片12置于垫片11上方，通过螺钉可以将平面镜10夹紧并固定于支架9上。支架9上开有安装孔，用于将光学组件于移动轴6连接。光学组件不只是可装载平面镜，还可以装载分光镜或其它器件。

如图7所示，摇臂8是一个杆状零件，其一端是与微型电机1的花键轴1-1配合连接的8-2花键孔，另一端是摇臂孔8-1。

如图8所示，连杆7是用钢丝折弯而成的零件，其两端分别与移动轴6和摇臂8连接。在实际操作时，可以先不折弯连杆7的末端，当其穿过摇臂孔8-1后再将连杆7的末端折弯，以防止连杆7从摇臂孔8-1脱离。

导轨组件通过螺钉安装于电机组件的底板2上；光学组件通过螺钉安装于导轨组件的移动轴6上，并可以连同移动轴6同步自由滑动；摇臂8的花键孔8-2与微型电机1的花键轴1-1配合，并通过螺钉从顶面与花键轴1-1固连，摇臂8可随花键轴1-1同步转动；连杆7一端插入移动轴6的轴孔6-1中，并可以在轴孔6-1中自由转动，另一端穿过摇臂8的摇臂孔8-1，并可以在摇臂孔8-1自由转动。

本发明实施例中的摇臂8、连杆7和移动轴6便构成了一个曲柄滑块机构，微型电机1驱动摇臂8，摇臂8带动连杆7，连杆7又带动移动轴6和光学组件移动。如图9-图11所示，给出了摇臂8处于不同角度时，平面镜10处于不同位置的示意图。

如图12所示，给出了本发明实施例在一视觉系统中的应用实例，视觉系统13固定于固定架14上。本发明实施例通过连接板15固定安装于固定架14上，此时平面镜10与视觉系统13的轴线呈45度布置。使用时，用户根据不同的应用需求和功能需要，通过程序控制微型电机1，可以轻易将平面镜10移进视场、移出视场或移动到视场中的某个具体的位置。

本发明体积小巧，运动链简洁，控制方式简单，可实现对微小型光学器件的多工位平移功能，可应用于光学检测设备中的平面镜、分光镜等光学器件的多工位平移。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微型光学器件平移机构，其特征在于：包括电机组件、导轨组件、光学组件、摇臂和连杆，所述导轨组件固定在电机组件上，所述摇臂一端与所述电机组件的输出轴相连接，另一端与所述连杆的一端相连接，所述连杆将所述摇臂与所述导轨组件连接，所述光学组件固定在所述导轨组件上。

2.如权利要求1所述的微型光学器件平移机构，其特征在于：所述电机组件包括微型电机、底板和固定板，所述底板和固定板将微型电机固定。

3.如权利要求2所述的微型光学器件平移机构，其特征在于：所述微型电机的输出轴为花键轴，所述摇臂与所述微型电机输出轴连接的一端设有花键孔，并与所述花键轴相配合。

4.如权利要求3所述的微型光学器件平移机构，其特征在于：所述花键轴的端面设有螺纹孔，所述摇臂通过螺钉固定在微型电机的输出轴上。

5.如权利要求1所述的微型光学器件平移机构，其特征在于：所述导轨组件包括导轨、盖板和移动轴，所述盖板与所述导轨固定连接，使所述移动轴在导轨内轴向移动；所述导轨固定在电机组件的底板上。

6.如权利要求5所述的微型光学器件平移机构，其特征在于：所述连杆与导轨组件中的移动轴相连接。

7.如权利要求5所述的微型光学器件平移机构，其特征在于：所述连杆一端与设置在所述移动轴上的轴孔连接，并在所述轴孔中转动；所述连杆另一端与设置在摇臂上的摇臂孔连接，并在所述摇臂孔内转动。

8.如权利要求1所述的微型光学器件平移机构，其特征在于：所述光学组件包括支架和紧固片，所述紧固片将光学器件固定在支架上；所述支架固定在导轨组件的移动轴上。

9.如权利要求8所述的微型光学器件平移机构，其特征在于：所述紧固片与光学器件之间设有垫片。

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