CN104656224A - 应用于空间光学遥感器的高精度调焦机构 - Google Patents
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Abstract
应用于空间光学遥感器的高精度调焦机构，属于空间遥感技术领域，为了解决现有调焦机构采用连杆机构作为连接部分，机构复杂，调焦量非线性，增加调焦控制及装配难度问题，驱动部分包括：电机、第一联轴器和蜗杆；执行机构包括：编码器、第二联轴器、轴承座、轴承、蜗轮、霍尔元件、磁钢、丝杠、异形螺母、螺钉、直线轴承座、直线轴承、滑轴、转接座、调焦镜组件、直线导轨副和调焦底座；所述的高精度调焦机构采用蜗轮蜗杆副和丝杠螺母副实现传动关系，由螺母直接带动调焦镜组件水平移动，具有调焦精度高，能够线性的控制调焦量。
Description
技术领域
本发明涉及应用于空间光学遥感器的高精度调焦机构，属于空间遥感技术领域。
背景技术
空间光学遥感器在随火箭发射过程中会经受冲击、振动和过载等复杂的力学环境和空间温度的变化，由于环境的变化，会使相机的焦平面产生不同程度偏移，为保证空间遥感器在复杂环境条件下的成像质量，需要对空间遥感器像面的变化加以校正，调节反射镜的位置刚好可以解决此问题。
与本发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所贾学志等人在公开号CN102436055A所公开的一种应用于空间光学遥感器的高精度轻小型调焦机构，如图1、图2和图3所示，该调焦机构由驱动部分、连接部分和执行部分组成。其中驱动部分包括步进电机1、蜗轮副2、丝杠轴3、丝母4、编码器8、轴承座21、第二直线轴承20、直线轴承滑轨19、联轴器17和角接触球轴承22；连接部分包括第一销轴5、连杆6和第二销轴7；执行部分包括磁铜9、霍尔元件10、调焦基座11、调焦镜滑座12、柔性部件13、调焦镜14、第一直线轴承15和滑杆16。在驱动部分中，步进电机1输出轴通过联轴节17与蜗轮副2中的蜗杆连接，通过蜗轮副中蜗轮与蜗杆的啮合带动与蜗轮同轴的丝杠轴3转动；丝杠轴3的两端通过一对角接触球轴承22安装在调焦基座11上，丝杠轴3与丝母4通过螺纹配合，丝杠轴3转动时通过螺纹传动带动丝母4沿丝杠轴3的轴向平动，丝母4底部留有螺纹孔，轴承座21通过螺纹孔用螺钉安装在丝母4的底部，第二直线轴承20依靠自身的法兰固定在轴承座21上，滑杆19穿过第二直线轴承20中心的圆孔，两端与调焦基座11通过螺钉固定。编码器8固定于调焦基座11的左端，编码器8的输入轴与丝杠轴3的左端同轴连接；在执行部分中，调焦镜14中部的芯轴通过光学环氧胶粘接到柔性部件13中心的圆孔内，柔性部件13通过螺钉固定在调焦镜滑座12的中部，调焦镜滑座12两端各留有一个圆孔，每个圆孔内部装配有一个第一直线轴承15，两个第一直线轴承15分别通过自身的法兰固定到调焦镜滑座12上，两个滑杆16通过过盈配合分别装配到两个第一直线轴承15上，通过滑杆16的限位使调焦镜滑座12在滑杆16的轴向自由滑动，两个滑杆16前端带有法兰盘，通过螺钉固定在调焦基座11的前端；磁铜9安装在调焦镜滑座12的右端，两个霍尔元件10对称分布在磁铜9两边并且固定在调焦基座11上，三者共同起到电限位的作用，防止调焦镜滑座12与调焦基座11碰撞使机构卡死。在连接部分中，第一销轴5通过螺钉固定在丝母4的前端，第二销轴7也通过螺钉固定在调焦镜滑座12的背部，第一销轴5和第二销轴7分别与连杆6的两个预留孔通过间隙配合连接，间隙量优于0.003mm。连杆6与第一销轴5和第二销轴7之间采用过盈配合装配，既减小了连杆6与第一销轴5和第二销轴7之间的空回问题，又防止了在空间真空低温环境中连杆6与第一销轴5和第二销轴7的冷焊问题。驱动部分通过丝母4前端的预留孔与连接部分中的第一销轴5通过过盈配合连接，并通过螺钉固定；连接部分中的第二销轴7也通过过盈配合固定在执行部分中的调焦镜滑座12背部的预留孔内，也通过螺钉固定，这样，驱动部分和执行部分通过连接部分形成了一个整体结构。该调焦机构提出连杆-双滑块机构，步进电机通过蜗轮副带动丝杠轴，使连接在丝杠丝母上的连杆摆动，进而带动调焦反射镜组件沿直线导轨轴向往复运动，从而达到调焦的目的。
该高精度轻小型调焦机构的缺点是：该调焦机构采用连杆机构作为连接部分，机构复杂，调焦量非线性，增加了调焦控制及装配难度。
发明内容
本发明为解决调焦机构复杂，调焦量非线性，降低调焦控制及装配难度，提供了一种应用于空间光学遥感器的高精度调焦机构。
本发明的技术方案是：
应用于空间光学遥感器的高精度调焦机构，其包括：驱动部分和执行部分；其中，驱动部分包括：电机、第一联轴器、第一轴承和蜗杆；执行机构包括：编码器、第二联轴器、轴承座、第二轴承、第三轴承、蜗轮、霍尔元件、磁钢、丝杠、异形螺母、螺钉、直线轴承座、直线轴承、滑轴、转接座、调焦镜组件、直线导轨副和调焦底座；
电机的输出轴与蜗杆的输入轴通过第一联轴器固定连接，蜗杆两端通过第一轴承固定连接在调焦底座上，蜗杆与蜗杆轴采用一体式结构，电机带动蜗杆轴转动，通过蜗轮蜗杆副实现将驱动部分的运动传递到执行部分；
执行部分中蜗轮与丝杠之间固定连接，丝杠两端通过第二轴承、丝杠中间且位于蜗轮左端通过第三轴承与调焦底座固定连接，异形螺母与丝杠组成丝杠异形螺母副，异形螺母与转接座固定连接，转接座与调焦镜组件固定连接，蜗轮的转动带动丝杠轴的转动，丝杠异形螺母副将丝杠的转动转化为异形螺母的水平移动，带动调焦镜组件实现水平移动；
编码器的输入轴与丝杠的右端通过第二联轴器固定连接，对丝杠轴的转动进行测试和反馈；
异形螺母与直线轴承座固定连接，通过直线轴承在滑轨上的移动提高异形螺母在水平移动的直线度，进而提高调焦镜组件水平移动的直线度，转接座与直线导轨副的滑块固定连接，通过滑块在直线导轨上的水平移动提高调焦镜组件水平移动的直线度，异形螺母上固定有两个霍尔元件，磁钢固定在调焦底座上，霍尔元件与磁钢共同作用实现电限位。
异形螺母包括异形螺母间隙槽、异形螺母凸耳及异形螺母底面，异形螺母间隙槽通过螺钉压紧调整间隙槽的间隙，消除丝杠与异形螺母之间的间隙和空回；异形螺母凸耳与转接座固定连接；异形螺母底面与直线轴承座固定连接。
本发明的积极效果：所述的高精度调焦机构采用蜗轮蜗杆副和丝杠螺母副实现传动关系，由螺母直接带动调焦镜组件水平移动，具有调焦精度高，能够线性的控制调焦量，能自锁，无空回，结构简单，体积小，重量轻，易加工装配的优点，解决了以往的调焦机构调焦精度高与调焦机构复杂之间的矛盾。
附图说明
图1是已有技术空间遥感器高精度轻小型调焦机构总体结构主视示意图。
图2是图1的右向剖视示意图。
图3是本发明应用于空间光学遥感器的高精度调焦机构的示意图。
图4是图3中A-A剖视示意图。
图5是图3中B-B剖视示意图。
图6是本发明中所述异形螺母的结构示意图。
图7是图6中C-C剖视示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图3-5所示，应用于空间光学遥感器的高精度调焦机构，其包括：驱动部分和执行部分；其中，驱动部分包括：电机23、第一联轴器24、第一轴承36-1和蜗杆37；执行机构包括：编码器25、第二联轴器26、轴承座27、第二轴承36-2、第三轴承36-3、蜗轮28、霍尔元件29、磁钢30、丝杠35、异形螺母34、螺钉33、直线轴承座40、直线轴承39、滑轴38、转接座41、调焦镜组件32、直线导轨副31和调焦底座42。
电机23的输出轴与蜗杆37的输入轴通过第一联轴器24固定连接，蜗杆37两端通过第一轴承36-1固定连接在调焦底座42上，蜗杆37与蜗杆轴采用一体式结构，电机23带动蜗杆轴转动，通过蜗轮蜗杆副实现将驱动部分的运动传递到执行部分。
执行部分中蜗轮28与丝杠35之间固定连接，丝杠35两端通过第二轴承36-2、丝杠35中间且位于蜗轮28左端通过第三轴承36-3与调焦底座42固定连接，异形螺母34与丝杠35组成丝杠异形螺母副，异形螺母34与转接座41固定连接，转接座41与调焦镜组件32固定连接，蜗轮28的转动带动丝杠轴的转动，丝杠异形螺母副将丝杠35的转动转化为异形螺母34的水平移动，带动调焦镜组件32实现水平移动。
编码器25的输入轴与丝杠35的右端通过第二联轴器26固定连接，对丝杠轴的转动进行测试和反馈。
异形螺母34与直线轴承座40固定连接，通过直线轴承39在滑轨38上的移动提高异形螺母34在水平移动的直线度，进而提高调焦镜组件32水平移动的直线度，转接座41与直线导轨副31的滑块固定连接，通过滑块在直线导轨上的水平移动提高调焦镜组件32水平移动的直线度，异形螺母34上固定有两个霍尔元件29，磁钢30固定在调焦底座42上，霍尔元件29与磁钢30共同作用实现电限位。
如图6-7所示，异形螺母34包括异形螺母间隙槽34-1、异形螺母凸耳34-2及异形螺母底面34-3，异形螺母间隙槽34-1通过螺钉33压紧调整异形螺母间隙槽34-1的间隙，消除丝杠35与异形螺母34之间的间隙和空回，提高传动的精度；异形螺母凸耳34-2与转接座41固定连接；异形螺母底面34-3与直线轴承座40固定连接。
所述电机23为步进角0.9°的步进电机。
所述第一联轴器24为具有柔性的沟槽式联轴器。
所述蜗杆37为单头蜗杆。
所述蜗杆37与蜗轮28速比为1:38且能够自锁的蜗轮蜗杆副。
所述轴承36为角接触球轴承。
所述直线轴承39和直线导轨副31为高精度航天级产品。
所述霍尔元件29为航天级霍尔天线限位传感器。
所述编码器25为16位编码器。
所述丝杠35与异形螺母34螺距均为1.5mm。
步进电机走10步，调焦镜组件32水平约移动0.001mm。
Claims (2)
1.应用于空间光学遥感器的高精度调焦机构，其包括：驱动部分和执行部分；其中，驱动部分包括：电机(23)、第一联轴器(24)、第一轴承(36-1)和蜗杆(37)；执行机构包括：编码器(25)、第二联轴器(26)、轴承座(27)、第二轴承(36-2)、第三轴承(36-3)、蜗轮(28)、霍尔元件(29)、磁钢(30)、丝杠(35)、异形螺母(34)、螺钉(33)、直线轴承座(40)、直线轴承(39)、滑轴(38)、转接座(41)、调焦镜组件(32)、直线导轨副(31)和调焦底座(42)；
其特征是：电机(23)的输出轴与蜗杆(37)的输入轴通过第一联轴器(24)固定连接，蜗杆(37)两端通过第一轴承(36-1)固定连接在调焦底座(42)上，蜗杆(37)与蜗杆轴采用一体式结构，电机(23)带动蜗杆轴转动，通过蜗轮蜗杆副实现将驱动部分的运动传递到执行部分；
执行部分中蜗轮(28)与丝杠(35)轴之间固定连接，丝杠(35)两端通过第二轴承(36-2)、丝杠(35)中间且位于蜗轮(28)左端通过第三轴承(36-3)与调焦底座(42)固定连接，异形螺母(34)与丝杠(35)组成丝杠异形螺母副，异形螺母(34)与转接座(41)固定连接，转接座(41)与调焦镜组件(32)固定连接，蜗轮(28)的转动带动丝杠轴的转动，丝杠异形螺母副将丝杠(35)的转动转化为异形螺母(34)的水平移动，带动调焦镜组件(32)实现水平移动；
编码器(25)的输入轴与丝杠(35)的右端通过第二联轴器(26)固定连接，对丝杠轴的转动进行测试和反馈；
异形螺母(34)与直线轴承座(40)固定连接，通过直线轴承(39)在滑轨(38)上的移动提高异形螺母(34)在水平移动的直线度，进而提高调焦镜组件(32)水平移动的直线度，转接座(41)与直线导轨副(31)的滑块固定连接，通过滑块在直线导轨上的水平移动提高调焦镜组件(32)水平移动的直线度，异形螺母(34)上固定有两个霍尔元件(29)，磁钢(30)固定在调焦底座(42)上，霍尔元件(29)与磁钢(30)共同作用实现电限位。
2.根据权利要求1所述的应用于空间光学遥感器的高精度调焦机构，其特征在于，异形螺母(34)包括异形螺母间隙槽(34-1)、异形螺母凸耳(34-2)及异形螺母底面(34-3)，异形螺母间隙槽(34-1)通过螺钉(33)压紧调整异形螺母间隙槽(34-1)的间隙，消除丝杠(35)与异形螺母(34)之间的间隙和空回；异形螺母凸耳(34-2)与转接座(41)固定连接；异形螺母底面(34-3)与直线轴承座(40)固定连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161130 Termination date: 20210212 |