CN102788532A

CN102788532A - 高精度组合式光电桅杆组系统

Info

Publication number: CN102788532A
Application number: CN2012102513879A
Authority: CN
Inventors: 陈兆兵; 王兵; 郭劲
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2012-11-21

Abstract

高精度组合式光电桅杆组系统，属于光电对抗领域，特别是涉及一种高精度光电桅杆系统。本发明要解决的技术问题是单杆桅杆方位方向的扭转间隙及俯仰方向的晃动带给工作平台上的高精度光电对抗装备的影响，解决技术问题的技术方案包括单杆桅杆、底座、桅杆固定组件、力矩电机、桅杆组中部固定与吊装组件、光电对抗系统安装平台。通过采用多单杆桅杆组成桅杆组的结构设计巧妙的将单杆桅杆在工作过程中必然存在的轴向扭转间隙消除掉，增强抗风载抗摇摆能力及提高俯仰方向的精度水平。

Description

高精度组合式光电桅杆组系统

技术领域

本发明属于光电对抗领域，特别是涉及到一种高精度光电桅杆系统。

背景技术

光电对抗装备是现代战争中至关重要的一环，该类装备主要包括探测、跟瞄、发射等类别。现有的车载式光电对抗装备的高度受制于运输高度限制往往不超过3米，而用于战场环境下的此类装备受制于光束传输的直线性特点，无论是光束探测还是光束发射都无法直接穿越障碍物，尤其是在地形复杂的环境下该类装备很难有效发挥其作战效能。另一方面光电装备受大气的影响也非常明显，复杂的大气环境往往对光电对抗装备的效能发挥造成巨大障碍。而大气的特点则为越靠近地面其复杂程度越高，因此光电对抗装备距离地面的高度在一定程度上对装备效能的发挥具有重要影响。由于经费、使用条件、使用目的、技术水平等方面的限制因素，目前仍需发展地面车载机动式光电对抗装备。因此在使用中如何提高光电对抗装备距离地面的高度目前正成为该类武器装备的关键技术之一。

目前工程应用中普遍的做法是将光电对抗装备的探测口或出光口置于载车的最高位置处，但载车的高度是一定的无法突破其固有高度的限制。因此在该领域中将可升降式桅杆应用于光电对抗领域已经成为国外军事强国的研究热点之一。利用桅杆的可伸缩性，当进行装备运输时将桅杆回缩至限定高度以下，当处于工作状态时将桅杆升起，使架设于桅杆顶部的光电对抗系统处于较高的高度上，尽可能的避开地形环境及大气环境的影响。但是光电对抗装备在方位方向和俯仰方向要求的精度非常高，引入光电桅杆不可避免的会带来桅杆方位方向的扭转间隙及俯仰方向的晃动，这种小的间隙和晃动会造成光电对抗系统在远距离上较大的光束偏差，对于光电探测系统而言会导致目标逸出视场，对于激光发射系统而言会导致激光无法直接作用到目标上，这对于高精度光电对抗装备的影响是致命的。当前这种分段升降式光电桅杆由于其固有的工作特点其在工作时是无法避免方位方向的间隙和俯仰方向的晃动的。针对该问题当前的解决方式为尽可能提高各段桅杆内部丝杠与外部套筒以及连接块的加工精度、提高装调水平、采用高强度低密度材料等方法。这种方法对于光电桅杆的材料、设计、加工、装调等均提出了非常高的要求。目前发达国家在该领域中主要采用这种方式来达到光电桅杆的高精度、高稳定性、高抗风载能力。对于我国而言由于在材料、加工等方面的限制无法使单根升降式光电桅杆达到光电对抗系统所要求的角秒级精度，因此很有必要采取其他方式解决该问题。如图1所示，为已有单杆桅杆的结构，包括电机减速器1、驱动电机2、手摇升降机构3、中部安装基座4、第一节桅杆5、第二节桅杆6、第三节桅杆7、第四节桅杆8、第五节桅杆9、底部安装基座10。单杆桅杆采用各节同步升降的方式进行工作。具体的工作方式为：每一节桅杆内部分别固定连接一根转动丝杠，该丝杠与该节桅杆间仅存在相对转动而无相对滑动。各节桅杆相互嵌套在一起组成外部的桅杆组，起支撑作用，各节桅杆间仅存在相对滑动。各节丝杠也相互嵌套在一起，每一节丝杠与其相邻的丝杠间存在减速器，起保证各节丝杠间在轴向同步同速运动的作用，在桅杆工作过程中各节丝杠间既存在相对转动又存在相对滑动。桅杆驱动电机驱动桅杆中最内侧的丝杠做旋转运动，则通过上述机构的作用各节桅杆便能够实现同步同速运动。

发明内容

为了克服现有光电桅杆因为桅杆方位方向的扭转间隙及俯仰方向的晃动带给工作平台上的高精度光电对抗装备的影响，本发明提供了一种低成本、高精度、高抗风载能力、高强度专门适用于高精度激光对抗装备的桅杆组系统。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：高精度组合式光电桅杆组系统包括第一单杆桅杆、第二单杆桅杆、第三单杆桅杆，其特征在于，该系统还包括底座、桅杆固定组件、力矩电机、桅杆组中部固定与吊装的组件、光电对抗系统安装平台；第一单杆桅、第二单杆桅杆、第三单杆桅杆分别与桅杆固定组件固连，呈120°圆周均布排列，第一单杆桅杆、第二单杆桅杆和第三单杆桅杆构成单杆桅杆组；桅杆固定组件固定安装在底座上；力矩电机固定安装在桅杆固定组件中间位置，力矩电机伸入桅杆固定组件内部的驱动齿轮直接与第一单杆桅杆伸入桅杆固定组件内部的第一齿轮、第二单杆桅杆伸入桅杆固定组件内部的第二齿轮、第三单杆桅杆伸入桅杆固定组件内部的第三齿轮相互啮合在一起；桅杆组中部固定与吊装的组件固定安装在单杆桅杆组第一节桅杆中部偏上位置；光电对抗系统安装平台为环形结构，安装在单杆桅杆组末节桅杆上端。

本发明的有益效果是：在现有技术条件下，以中等精度单杆桅杆通过合理的组合组成低成本、高精度、高抗风载能力、高强度的桅杆组系统。具有如下优点：

1、采用多单杆桅杆组成桅杆组的结构设计巧妙的将单杆桅杆在工作过程中必然存在的轴向扭转间隙消除掉。三单杆桅杆以等边三角形的方式进行布置，位于安装座上的光电对抗系统的扭转来自于桅杆组整体的扭转，采用这种独立三杆支撑结构能够完全忽略掉单杆桅杆自身存在的轴向扭转间隙，桅杆组整体的扭转不再限制于单杆桅杆的加工间隙，其扭转可以通过一定的试验归为系统误差，能够极大的提高光电对抗系统的精度。

2、采用桅杆组的结构形式能通过自身固有的结构特性直接极大的提高桅杆的抗风载抗摇摆能力，提高光电对抗系统在俯仰方向的精度水平。

3、采用桅杆组的结构形式能够提高光电对抗系统的升起工作高度。由于桅杆组系统的顶部安装面为中空结构，三杆桅杆中间是有一定空间的，而安装于桅杆或桅杆组顶部的光电对抗系统的通光孔下部甚至系统转台下部往往还有很大一部分结构用于放置光电探测CCD或激光器等器件，因此完全可以将这部分结构放置于桅杆组顶部安装面下方的三杆中间位置，这样就在同样的整体高度限制条件下可以降低光电对抗系统的高度而提高桅杆组的高度，由于桅杆组是由多节桅杆嵌套组合而成的，因此桅杆组高度提高一小段则桅杆的每一节都可以提高这么一段，因此整个桅杆升起后就可以提高一大段，从而提高光电对抗系统的升起工作高度。

附图说明

图1为现有的单杆桅杆平面结构图。

图2为本发明高精度组合式光电桅杆组系统的平面结构图。

图3为本发明底部传动组件结构图。

具体实施方式

本发明按图2、图3所示的结构实施，包括第一单杆桅杆14、第二单杆桅杆15、第三单杆桅杆16、底座11、桅杆固定组件12、力矩电机13、桅杆组中部固定与吊装的组件17、光电对抗系统安装平台18;第一单杆桅杆14、第二单杆桅杆15、第三单杆桅杆16分别与桅杆固定组件12固连，呈120°圆周均布排列，第一单杆桅杆14、第二单杆桅杆15和第三单杆桅杆16构成单杆桅杆组；桅杆固定组件12固定安装在底座11上；力矩电机13固定安装在桅杆固定组件12中间位置，力矩电机13伸入桅杆固定组件12内部的驱动齿轮23直接与第一单杆桅杆14伸入桅杆固定组件12内部的第一齿轮20、第二单杆桅杆15伸入桅杆固定组件12内部的第二齿轮21、第三单杆桅杆16伸入桅杆固定组件12内部的第三齿轮22相互啮合在一起；桅杆组中部固定与吊装的组件17固定安装在单杆桅杆组第一节桅杆中部偏上位置；光电对抗系统安装平台18为环形结构，安装在单杆桅杆组末节桅杆上端。

其中第一单杆桅杆14、第二单杆桅杆15、第三单杆桅杆16为同型号单杆桅杆，采用同步升降的方式工作；力矩电机13采用齿轮传动的方式同时将升降力矩同步传递至三根单杆桅杆。三根单杆桅杆下方相同高度面上分别有一个相同规格的第一齿轮20、第二齿轮21、第三齿轮22，这三个同规格齿轮通过与电机下部的齿轮23啮合实现同步运动。

三根单杆桅杆的各节同步升降，且在任意高度能够停止并自锁工作。三根单杆桅杆上均设有独立的定位与限位装置。三根单杆桅杆限位模块采用串联控制方式，当三根单杆桅杆中任一桅杆的限位装置被触发力矩电机13即停止动力输出。限位模块同时采用电限位和机械限位，光电桅杆在运动时首先会碰到电限位，通过电限位将桅杆状态传送至主控系统，主控系统控制力矩电机13停止。当某些特殊情况如桅杆冲击力过大或出现主控故障后电限位无法使光电桅杆的力矩电机13停止时，为保护驱动系统和光电桅杆内部驱动机构设置的机械限位将强制桅杆停止运动。

三根单杆桅杆采用五节或五节以上的内外两层嵌套结构，内部为驱动嵌套组，外部为支撑稳定嵌套组。三根单杆桅杆均可以采用如下三种形式的桅杆：第一种为滚珠丝杠驱动桅杆，第二种为滑动丝杠驱动桅杆，第三种为滚珠丝杠与滑动丝杠组合成的复合驱动桅杆。其中单独的滚珠丝杠和单独的滑动丝杠驱动方式为常见的升降式桅杆驱动方式。滚珠丝杠和滑动丝杠通过相互嵌套方式对桅杆进行驱动的方式为一种新型驱动结构，这种结构的基本原理是将单节的滑动丝杠和多节的滚珠丝杠相互嵌套在一起组成各节同步升降式光电桅杆内部驱动机构，这种结构结合了滚珠丝杠摩擦力矩小和滑动丝杠能够实现自锁的优点。

装调过程中需保证底座11、桅杆组中部固定与吊装的组件17、光电对抗系统安装平台18与单杆桅杆组轴向保持严格垂直关系，且不应存在应力。三根单杆桅杆通过底座11和桅杆组中部固定与吊装的组件17将各根桅杆的第一节连接成刚体结构。桅杆组中部固定与吊装的组件17位于单杆桅杆组中部偏上位置，其上部留有足够的空间供光电对抗系统进行结构及线缆布置。光电对抗系统19安装在光电对抗系统安装平台18上；光电对抗系统安装平台18既具备安装固定光电对抗系统的能力又兼顾将三桅杆的最上段固定连接在一起的能力，可将光电对抗系统方位转台以下的部分安装于该平台下方位置以提高桅杆组升起后的整体的高度。若为车载方舱式结构可在桅杆组第一可动桅杆段上安装防尘防雨组件，当桅杆升起后该组件能够恰好位于载车方舱顶部为桅杆升降而预留的开口位置。

Claims

1.高精度组合式光电桅杆组系统，包括第一单杆桅杆（14）、第二单杆桅杆（15）、第三单杆桅杆（16），其特征在于，该系统还包括底座（11）、桅杆固定组件（12）、力矩电机（13）、桅杆组中部固定与吊装的组件（17）、光电对抗系统安装平台（18）；第一单杆桅杆（14）、第二单杆桅杆（15）、第三单杆桅杆（16）分别与桅杆固定组件（12）固连，呈120°圆周均布排列，第一单杆桅杆（14）、第二单杆桅杆（15）和第三单杆桅杆（16）构成单杆桅杆组；桅杆固定组件（12）固定安装在底座（11）上；力矩电机（13）固定安装在桅杆固定组件（12）中间位置，力矩电机（13）伸入桅杆固定组件（12）内部的驱动齿轮（23）直接与第一单杆桅杆（14）伸入桅杆固定组件（12）内部的第一齿轮（20）、第二单杆桅杆（15）伸入桅杆固定组件（12）内部的第二齿轮（21）、第三单杆桅杆（16）伸入桅杆固定组件（12）内部的第三齿轮（22）相互啮合在一起；桅杆组中部固定与吊装的组件（17）固定安装在单杆桅杆组第一节桅杆中部偏上位置；光电对抗系统安装平台（18）为环形结构，安装在单杆桅杆组末节桅杆上端。

2.根据权利要求1所述的高精度组合式光电桅杆组系统，其特征在于，所述的第一单杆桅杆（14）、第二单杆桅杆（15）、第三单杆桅杆（16）为同一型号的单杆桅杆，三者均采用滚珠丝杠与滑动丝杠组合成的复合驱动桅杆、滚珠丝杠驱动桅杆或滑动丝杠驱动桅杆。

3.根据权利要求1所述的高精度组合式光电桅杆组系统，其特征在于，所述的第一单杆桅杆（14）的限位模块、第二单杆桅杆（15）的限位模块、第三单杆桅杆（16）的限位模块采用串联控制方式。

4.根据权利要求1所述的高精度组合式光电桅杆组系统，其特征在于，所述的底座（11）、桅杆组中部固定与吊装组件（17）、光电对抗系统安装平台（18）均与所述单杆桅杆组轴向垂直。