CN105093521B - 一种曲柄滑块驱动的摆镜机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种曲柄滑块驱动的摆镜机构，包括摆镜与镜框总成、摆镜主截面调节机构、旋转编码器、电机及传动机构、机架，所述摆镜与镜框总成包括摆镜、尼龙垫块、楔形压块、螺纹挡圈、内镜框、外镜框、外镜框端盖、外镜框上盖板、转动半轴、第一轴承端盖、第二轴承端盖及机架滚动轴承，所述摆镜主截面调节机构包括内镜框调节块、第一调节螺杆和第二调节螺杆，所述电机及传动机构包括电机、电机支架、同步带、小带轮、大带轮、水平滑块、水平导轨、铰接杆、L形连接块、连杆、曲轴支承、连杆盖、曲轴、曲轴轴承端盖及曲轴滚动轴承，本发明中，所述的曲柄滑块偏摆机构可将较小角度的摆镜偏摆运动转化为较长距离的滑块直线运动，较低精度的滑块直线运动可实现较高精度的摆镜偏摆运动，降低控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种曲柄滑块驱动的摆镜机构，可用于精密工程领域的高精度角度扫描和位移跟踪。
背景技术
摆镜机构在精密光电跟踪领域中具有广泛的用途。可以实现高精度的光学跟踪、扫描、对准以及动态误差的测量、补偿等。
在先技术（孙建锋等专利，申请号：200410024986.2，申请日2004年10月“星间激光通信终端高精度动静态测量装置”）中采用力矩电机直接耦合转动轴而实现光学元件的偏摆，从而实现角度调节，但是该机械系统对力矩电机的转动精度和动力性能要求较高，机械误差较大。
在先技术（李安虎等专利，申请号：200510026553.5，申请日2005年6月“双光楔光束偏转机械装置”）中，提出了直线电机直接顶进驱动的方式,运动中属于变负载系统，不仅控制精度难以保证，而且难以克服回位弹簧和顶杆等在运动中产生的摩擦和影响。
在先技术（李安虎等专利，申请号：201010588924.X，申请日2010年12月“偏摆光楔扫描装置”）中通过三个机械模块的运动耦合实现了光楔的偏摆运动，但由于第一模块和第三模块都采用了滑动导轨方案，都是通过滑块在其导轨上的滑动实现的，因此两级滑动导轨产生的误差累积影响了偏摆角度调节的精度，同时第二模块采用关节轴承也存在运动间隙，影响系统使用精度。
在先技术（李安虎等专利，申请号：201210375722.6，申请日2013年10月“采用凸轮驱动的摆镜机构”）中通过凸轮驱动实现摆镜的偏摆运动，但对于不同的扫描或跟踪轨迹凸轮外形轮廓需要分别设计，十分繁琐。对于大口径摆镜，该发明中的凸轮偏摆机构产生的摩擦、热和磨损较大。同时该装置不能调整摆镜主截面位置，会使得安装误差无法减小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曲柄滑块驱动的摆镜机构，实现不同轨迹的跟踪或扫描。同时，采用摆镜主截面调节机构装置可以方便的调整摆镜主截面，以克服在先技术的不足之处。
本发明提出的曲柄滑块驱动的摆镜机构，包括摆镜与镜框总成、摆镜主截面调节机构、旋转编码器、电机及传动机构、机架，其中：
所述摆镜与镜框总成包括摆镜14、尼龙垫块13、楔形压块12、螺纹挡圈9、内镜框11、外镜框4、外镜框端盖10、外镜框上盖板5、转动半轴2、第一轴承端盖3、第二轴承端盖6及机架滚动轴承8，摆镜14位于内镜框11内，其一侧面通过尼龙垫块13与内镜框11内壁接触，另一侧面通过尼龙垫块13与楔形压块12接触，螺纹挡圈9旋入内镜框11并压紧楔形压块12，以保证摆镜14固定于内镜框11内，且无轴向和周向移动；外镜框4顶部内壁上开有槽，所述摆镜主截面调节机构安装于所述外镜框开槽部分，所述摆镜主截面调节机构位于外镜框4和内镜框11之间；外镜框端盖10和外镜框上盖板5分别通过螺钉固定于外镜框4的一侧和顶部；转动半轴2分为左右段，分别通过螺钉刚接于外镜框4两侧上，左右段转动半轴2分别通过机架滚动轴承8安装在机架1上，机架滚动轴承8内圈由轴肩定位，外圈由第一轴承端盖3或第二轴承端盖6固定；第一轴承端盖3或第二轴承端盖6通过螺钉固定于机架1两侧面；所述转动半轴2的右端通过紧定螺钉连接有旋转编码器7；
所述摆镜主截面调节机构包括内镜框调节块16、第一调节螺杆15和第二调节螺杆17，内镜框调节块16通过螺纹旋入内镜框11，第一调节螺杆15和第二调节螺杆17对称位于外镜框4上部两侧，分别通过外镜框4上开有的螺纹孔旋入，并且使第一调节螺杆15和第二调节螺杆17一端分别与内镜框调节块16两侧面相切，另一端伸出外镜框4外，方便调节；
所述电机及传动机构包括电机18、电机支架19、同步带20、小带轮21、大带轮30、水平滑块22、水平导轨23、铰接杆24、L形连接块25、连杆26、曲轴支承27、连杆盖28、曲轴29、曲轴轴承端盖31及曲轴滚动轴承32，其中：电机支架19、水平导轨23、曲轴支承27分别通过螺栓固定在机架1上；电机18固定于电机支架19上，小带轮21固定在电机18的电机轴上，大带轮30固定在曲轴29上，小带轮21和大带轮通过同步带20连接，以完成电机18到曲轴29的传动；曲轴29两端分别通过曲轴滚动轴承32安装在左右两个曲轴支承27上，曲轴滚动轴承32内圈通过轴肩定位，外圈通过曲轴轴承端盖31固定，曲轴轴承端盖31通过螺钉固定于曲轴支承27侧面沉孔中；连杆26安装于曲轴29的曲轴臂上，所述连杆26与连杆盖28通过螺栓刚接,并可绕曲轴29的曲轴臂旋转，水平滑块22一端放置于水平导轨23上，水平滑块22能在水平导轨23上来回滑动，以进行导向；水平滑块22中部与连杆26通过铰接杆24连接，铰接杆24为水平滑块22与连杆26的旋转中心，L形连接块25上设有槽，水平滑块22另一端上的凸缘可在L形连接块25上的槽内滑行，形成摆动导杆滑块机构，L形连接块25一端与外镜框4通过螺钉刚接，以实现L形连接块25与外镜框4的偏摆。
本发明中，为方便螺纹挡圈9的旋入，在螺纹挡圈9上均匀的开有四个孔。
本发明中，所述摆镜14可以是光楔、平面镜或其他类型光学镜子等中任一种。
本发明中，所述的摆镜机构可以采用两套摆镜机构组成正交布置的方式，构成正交偏摆的方案，两套摆镜分别实现偏转光束在水平方向和垂直方向的精密偏转，从而实现平面范围内的跟踪、扫描或对准等要求。所述的曲柄滑块驱动的摆镜机构的应用并不局限于双摆镜正交布置形式，可有多种不同布置形式。
本发明的技术优点：
1.本发明中，所述的曲柄滑块偏摆机构可将较小角度的摆镜偏摆运动转化为较长距离的滑块直线运动，较低精度的滑块直线运动可实现较高精度的摆镜偏摆运动，降低控制精度。
2.本发明中，所述的曲柄滑块驱动的摆镜机构可实现不同轨迹的的扫描而不必重新设计偏摆机构；同时，所述的曲柄滑块偏摆机构可将直线运动转化为曲轴的旋转运动，控制较为方便。
3. 本发明中，所述的曲柄滑块偏摆机构中采用导轨滑块来进行精确导向，确保传动的精确性。
4. 本发明中，所述的传动部分采用的是同步带传动，较蜗杆传动或齿轮传动，具有噪音小、结构简单、传动平稳、价格低廉及缓冲吸振等优点。
5. 本发明中，所述的摆镜主截面调节机构能实现摆镜主截面位置的调节，使摆镜主截面垂直于转动轴，具有很大的灵活性与调整精度，确保光路的正确性。
6. 本发明中，所述摆镜14可以是光楔、平面镜或其他类型光学镜子等中任一种。并且可以通过增加内镜框的镜筒长度来实现多个摆镜的组合使用。
7. 本发明中，采用旋转编码器可以实时的检测摆镜的偏摆角度，并且通过计算机控制可以实现摆镜偏摆角度的开环或者闭环控制，既可以简单的记录、观察摆镜偏摆角度，又可以通过将旋转编码器检测到的信息反馈控制电机的旋转角度、旋转角速度，实现对于电机转速和转角的精确控制。
8.本发明可以采用两套摆镜机构组成正交布置的方式，构成正交偏摆的方案，两套摆镜分别实现偏转光束在水平方向和垂直方向的精密偏转，从而实现平面范围内的跟踪、扫描或对准等要求。
附图说明
图1为本发明曲柄滑块驱动的摆镜机构的总体结构图。
图2为本发明摆镜与镜框总成结构图。
图3为本发明摆镜主截面调节机构结构图。
图4为本发明电机与传动机构结构图。
图5为本发明电机与传动机构曲轴支承部分结构的局部放大图。
图6为本发明电机与传动机构摆动导杆滑块部分。
图中标号：1为机架，2为转动半轴，3为第一轴承端盖，4为外镜框，5为外镜框上盖板，6为第二轴承端盖，7为旋转编码器，8为机架滚动轴承，9为螺纹挡圈，10为外镜框端盖，11为内镜框，12为楔形压块，13为尼龙垫块，14为摆镜，15为第一调节螺杆，16为内镜框调节块，17为第二调节螺杆，18为电机，19为电机支架，20为同步带，21为小带轮，22为水平滑块，23为水平导轨，24为铰接杆，25为L形连接块，26为连杆，27为曲轴支承，28为连杆盖，29为曲轴，30为大带轮，31为曲轴轴承端盖，32为曲轴滚动轴承。
具体实施方式
下面通过各附图对本发明曲柄滑块驱动的摆镜机构作进一步的详述，但是本发明专利保护范围不限于此。
实施例1：
请参阅图1-图6所示，图1为本发明曲柄滑块驱动的摆镜机构的总体结构图，图2为本发明摆镜与镜框总成结构图，图3为本发明摆镜主截面调节机构结构图，图4为本发明电机与传动机构结构图，图5为本发明电机与传动机构曲轴支承结构的局部放大图，图6为本发明电机与传动机构摆动导杆滑块部分。
参见图2，先将尼龙垫块13的小径端放入内镜框11轴肩及楔形压块12的孔中，摆镜14通过尼龙垫块13分别与内镜框11、楔形压块12接触，然后将螺纹挡圈9旋入内镜框11并压紧楔形压块12，以保证摆镜14固定于内镜框11内，且无轴向和周向移动，为方便螺纹挡圈9的旋入，在螺纹挡圈9上均匀的开有四个孔；摆镜主截面调节机构安装于内镜框11上，并且随着内镜框11放入外镜框4时摆镜主截面调节机构沿外镜框4上开槽放入，外镜框端盖10和外镜框上盖板5分别通过螺钉固定在外镜框4上。
参见图1，转动半轴2左右段通过螺钉刚接于外镜框4上，分别通过机架滚动轴承8安装在机架1上，机架滚动轴承8内圈由轴肩定位，外圈由第一轴承端盖3或第二轴承端盖6固定；第一轴承端盖3和第二轴承端盖6通过螺钉固定于机架1两侧面；所述转动半轴2的右端通过紧定螺钉连接有旋转编码器7。
参见图3，内镜框调节块16通过螺纹旋入内镜框11，第一调节螺杆15和第二调节螺杆17通过外镜框4上的螺纹孔旋入并且使一端分别与内镜框调节块16两侧面相切，另一端在外镜框4外，方便调节。当需要调节时，如逆时针旋转摆镜14的主截面，先拧松第一调节螺杆15，再拧紧第二调节螺杆17，推动内镜框调节块16旋转带动内镜框11旋转直至达到目标位置，最后拧紧第一调节螺杆15，保证内镜框调节块16被固定而无法移动。
参见图4，电机支架19、水平导轨23、曲轴支承27分别通过螺栓固定在机架1上；小带轮21固定在电机18轴上，大带轮30固定在曲轴29上，两带轮通过同步带20连接来完成电机18到曲轴29的传动；曲轴29两端通过曲轴滚动轴承32安装在左右两个曲轴支承27上，曲轴滚动轴承32内圈通过轴肩定位，外圈通过曲轴轴承端盖31固定，曲轴轴承端盖31通过螺钉固定于曲轴支承27侧面沉孔中，曲轴支承部分结构局部放大如图5所示；连杆26安装于曲轴29曲轴臂上，与连杆盖28通过螺栓刚接并可绕曲轴29的曲轴臂旋转，水平滑块22与连杆26通过铰接杆24连接，铰接杆24为水平滑块22与连杆26的旋转中心，水平滑块22的导向部分在水平导轨23的导轨内滑动来进行导向，L形连接块25与外镜框4通过螺钉刚接，水平滑块22另一端上的凸缘可在L形连接块25上的槽内滑行来实现L形连接块25与外镜框4的偏摆，如图6。
所述的机架1为上述机构的固定载体。
结合图1-图6，本实施例的摆镜机构的具体偏摆过程为：电机18通过同步带20将运动传递到曲轴上；曲轴29、连杆26，连杆盖28，水平滑块22、水平导轨23组成曲柄滑块机构；水平滑块22和L形连接块25组成摆动导杆滑块机构；曲轴29旋转，通过曲柄滑块机构驱动水平滑块22在水平导轨23内往返运动，同时往返运动的水平滑块22通过摆动导轨滑块机构驱动L形连接块25摆动，带动与L形连接块25刚性连接的摆镜与镜框总成绕转动半轴2精确偏摆。
所述的曲柄滑块驱动的摆镜机构可以采用两套正交布置的形式，第一套曲柄滑块驱动的摆镜机构垂直布置，其中的摆镜14绕水平偏摆轴偏摆。第二套曲柄滑块驱动的摆镜机构水平布置，其中的摆镜14绕垂直偏摆轴偏摆。前后两套摆镜机构中摆镜14的偏摆，使光束通过两套摆镜机构产生水平方向和垂直方向的精密偏转，实现平面范围内的跟踪、扫描或对准等要求。两套摆镜机构之间距离可调，实现光束跟踪、扫描或对准区域位置与大小的调整。
Claims (4)
1.曲柄滑块驱动的摆镜机构，包括摆镜与镜框总成、摆镜主截面调节机构、旋转编码器、电机及传动机构、机架，其特征在于：
所述摆镜与镜框总成包括摆镜(14)、尼龙垫块(13)、楔形压块(12)、螺纹挡圈(9)、内镜框(11)、外镜框(4)、外镜框端盖(10)、外镜框上盖板(5)、转动半轴(2)、第一轴承端盖(3)、第二轴承端盖(6)及机架滚动轴承(8)，摆镜(14)位于内镜框(11)内，其一侧面通过尼龙垫块(13)与内镜框(11)内壁接触，另一侧面通过尼龙垫块(13)与楔形压块(12)接触，螺纹挡圈(9)旋入内镜框(11)并压紧楔形压块(12)，以保证摆镜(14)固定于内镜框(11)内，且无轴向和周向移动；外镜框(4)顶部内壁上开有槽，所述摆镜主截面调节机构安装于所述外镜框开槽部分，所述摆镜主截面调节机构位于外镜框(4)和内镜框(11)之间；外镜框端盖(10)和外镜框上盖板(5)分别通过螺钉固定于外镜框(4)的一侧和顶部；转动半轴(2)分为左右段，分别通过螺钉刚接于外镜框(4)两侧上，左右段转动半轴(2)分别通过机架滚动轴承(8)安装在机架(1)上，机架滚动轴承(8)内圈由轴肩定位，外圈由第一轴承端盖(3)或第二轴承端盖(6)固定；第一轴承端盖(3)或第二轴承端盖(6)通过螺钉固定于机架(1)两侧面；所述转动半轴(2)的右端通过紧定螺钉连接有旋转编码器(7)；
所述摆镜主截面调节机构包括内镜框调节块(16)、第一调节螺杆(15)和第二调节螺杆(17)，内镜框调节块(16)通过螺纹旋入内镜框(11)，第一调节螺杆(15)和第二调节螺杆(17)对称位于外镜框(4)上部两侧，分别通过外镜框(4)上开有的螺纹孔旋入，并且使第一调节螺杆(15)和第二调节螺杆(17)一端分别与内镜框调节块(16)两侧面相切，另一端伸出外镜框(4)外，方便调节；
所述电机及传动机构包括电机(18)、电机支架(19)、同步带(20)、小带轮(21)、大带轮(30)、水平滑块(22)、水平导轨(23)、铰接杆(24)、L形连接块(25)、连杆(26)、曲轴支承(27)、连杆盖(28)、曲轴(29)、曲轴轴承端盖(31)及曲轴滚动轴承(32)，其中：电机支架(19)、水平导轨(23)、曲轴支承(27)分别通过螺栓固定在机架(1)上；电机(18)固定于电机支架(19)上，小带轮(21)固定在电机(18)的电机轴上，大带轮(30)固定在曲轴(29)上，小带轮(21)和大带轮通过同步带(20)连接，以完成电机(18)到曲轴(29)的传动；曲轴(29)两端分别通过曲轴滚动轴承(32)安装在左右两个曲轴支承(27)上，曲轴滚动轴承(32)内圈通过轴肩定位，外圈通过曲轴轴承端盖(31)固定，曲轴轴承端盖(31)通过螺钉固定于曲轴支承(27)侧面沉孔中；连杆(26)安装于曲轴(29)的曲轴臂上，所述连杆(26)与连杆盖(28)通过螺栓刚接,并可绕曲轴(29)的曲轴臂旋转，水平滑块(22)一端放置于水平导轨(23)上，水平滑块(22)能在水平导轨(23)上来回滑动，以进行导向；水平滑块(22)中部与连杆(26)通过铰接杆(24)连接，铰接杆(24)为水平滑块(22)与连杆(26)的旋转中心，L形连接块(25)上设有槽，水平滑块(22)另一端上的凸缘可在L形连接块(25)上的槽内滑行，形成摆动导杆滑块机构，L形连接块(25)一端与外镜框(4)通过螺钉刚接，以实现L形连接块(25)与外镜框(4)的偏摆。
2.根据权利要求１所述的曲柄滑块驱动的摆镜机构，其特征在于为螺纹挡圈(9)上均匀的开有四个孔，以方便螺纹挡圈(9)的旋入内镜框(11)。
3.根据权利要求１所述的曲柄滑块驱动的摆镜机构，其特征在于所述摆镜(14)是光楔或平面镜中任一种。
4.根据权利要求１所述的曲柄滑块驱动的摆镜机构，其特征在于所述的摆镜机构可以采用两套摆镜机构组成正交布置的方式，构成正交偏摆的方案，两套摆镜分别实现偏转光束在水平方向和垂直方向的精密偏转，从而实现平面范围内的跟踪、扫描或对准要求。
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