CN106646859B - 单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，包括上轴承装配体、下轴承装配体、末端端盖、齿轮传动组、C型垫圈、带编码器的电机、上光楔高速轴承、下光楔高速轴承、上光楔、下光楔；其中C型垫圈使得两个高速轴承保持固定距离；轴承内圈装配有光楔；电机通过齿轮传动组驱动上、下轴承装配体中的轴承内圈高速转动，从而带动内圈与光楔按照齿轮传动比转动；齿轮传动系统能够将一路电机输入按照固定转动比变换成两路转动方向相反的输出。本发明具有体积小、重量轻、光楔同轴度高、机械强度高、双光楔转动比误差小等优点，可用于激光扫描成像系统。

Description

单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构

技术领域

本发明涉及一种能够用于光学扫描成像的微型执行装置，具体涉及一种单机驱动的双光楔光学扫描执行机构，属于微型光-机-电系统技术领域。

背景技术

在光电扫描设备中，光学扫描机构，是一种利用具有单色性、单色性、相干性和高亮度性的激光、红外等光学距离检测传感器，通过扫描装置实现对一定视场内的搜索和目标分析。传统的扫描装置是由扫描反射镜、双框式或多框式旋转机构组成，双框机构或多框机构中的每一个框都有独立的驱动电机和角度反馈传感器，在电机的驱动下分别实现激光器与反射镜的俯仰、偏转动作，从而实现对指定视场的扫描。但是，这种扫描机构的体积较大、能耗大、加工装配工艺精度要求较高。

双光楔折射技术，是将光束垂直投射到光楔对的表面，该光楔绕同一光轴转动，折射出的激光束在一定时间周期内在一定视场内沿一定图案轨迹扫描的一种技术。扫描图像轨迹形状由由双光楔的转动速比、光楔的折射率、楔角以及间距决定。双光楔光学扫描机构为单向激光发射装置，通过控制双光楔的转动角度能够将垂直入射的光束折射到视场内的指定位置，光楔尺寸略大约激光束尺寸，因此执行机构机械构造十分紧凑。利用双光楔的高速转动，可在激光束尺寸远小于视场尺寸的情况下对一定视场完成扫描作业，减少了激光发生强度与功耗。

目前常用的双光楔激光扫描机构，采用双驱动双光楔，由于驱动电机转速较低，扫描频率低，而且双光楔尺寸不一致，加工成本与工艺复杂度较高。并且机构结构复杂，体积较大。在传统的扫描机构设计中，为保证机构稳定性，多采用刚性结构设计，双光楔支撑结构独立需通过光轴调整机构校正双光楔光轴重合度，且微调精度较差，扫描成像定位精度较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，克服传统扫描机构体积大、能耗高以及装配工艺复杂、成像轨迹误差大等缺点，单电机通过齿轮传动组驱动双光楔按固定转速比转动。本发明具有体积小、质量轻，双光楔转速比控制精度高、无噪声、能耗低、装配工艺简单等优点。

本发明所采用的技术方案是：一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，包括：上轴承装配体、下轴承装配体、末端端盖、齿轮传动组、C型垫圈、电机、上光楔、下光楔、上光楔高速轴承、下光楔高速轴承；上轴承装配体安装在下轴承装配体上，末端端盖安装在下轴承装配体底部；电机安装在连接在一起的上轴承装配体、下轴承装配体和末端端盖内；所述齿轮传动组包括电机输出齿轮、传动齿轮、上光楔轴承驱动齿轮、下光楔轴承驱动齿轮、齿轮轴和齿轮轴输入齿轮；电机输出齿轮安装在电机输出轴上，传动齿轮同时与电机输出齿轮、上光楔轴承驱动齿轮和齿轮轴输入齿轮啮合；上轴承装配体中部开有第一中轴通光孔，与下轴承装配体连接的一端中心处开有与第一中轴通光孔同轴的第一轴承沉孔；上光楔高速轴承安装在第一轴承沉孔内，上光楔轴承驱动齿轮的转轴从上轴承装配体上端面的第一中轴通光孔插入且与上光楔高速轴承内圈配合；下轴承装配体与上轴承装配体连接的一端中部开有同轴的第二中轴通光孔和第二轴承沉孔，第一中轴通光孔、第二中轴通光孔同轴；下光楔高速轴承安装在第二轴承沉孔内，下光楔轴承驱动齿轮的转轴与下光楔高速轴承内圈配合；传动齿轮安装在上轴承装配体上端面，齿轮轴输入齿轮安装在齿轮轴一端；齿轮轴安装在上轴承装配体、下轴承装配体和末端端盖内，齿轮轴中部的齿轮与下光楔轴承驱动齿轮啮合；上光楔同轴固定安装于上光楔高速轴承内圈中，下光楔同轴固定安装于下光楔高速轴承内圈中，上光楔和下光楔的平面相对且光轴重合；C型垫圈安装在上光楔高速轴承、下光楔高速轴承之间；电机通过齿轮传动组驱动上光楔、下光楔，上光楔与下光楔同轴转动，转动方向相反。

所述上轴承装配体、下轴承装配体、末端端盖由上至下，通过螺栓固定连接成一整体；上轴承装配体、下轴承装配体之间通过阶梯型的安装面配合连接。

所述的齿轮轴一端为D型端头，通过键与齿轮轴输入齿轮配合安装，并使用环氧胶固化；齿轮轴两端分别固定于轴承上，两个轴承分别安装在上轴承装配体上端面、下轴承装配体与末端端盖连接面。

所述下轴承装配体与上轴承装配体配合的阶梯型侧壁面处开有容纳齿轮轴齿轮转动的侧壁切口。

所述C型垫圈开口与下轴承装配体的侧壁切口配合，齿轮轴的齿轮在侧壁切口和C型垫圈开口内转动。

所述末端端盖中心处有第三中轴通光孔，与第一中轴通光孔、第二中轴通光孔均同轴。

所述上光楔轴承驱动齿轮或下光楔轴承驱动齿轮中心处开有通孔。

所述上光楔与上光楔高速轴承之间、下光楔与下光楔高速轴承之间通过厌氧胶粘结固化。

所述上轴承装配体上端面设有沉槽，沉槽深度完全容纳装配后的电机输出齿轮、传动齿轮、上光楔轴承驱动齿轮、齿轮轴输入齿轮。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用单电机驱动的双光楔扫描机构，结构简单紧凑，微型电机转速高、扫描频率快，运动过程中双光楔转速比波动较小，且加工与装配工艺简单。

(2)本发明通过单输入多输出的齿轮传动组，单电机同时驱动两个双光楔按固定速比绕相同的转动轴转动，实现激光扫描功能；充分利用轴承内圈空间及齿轮组传动功能，具有功能结构紧凑、重量轻，双光楔转速比误差小等优点，保证了激光扫描轨迹的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明双光楔光学扫描执行机构的立体图。

图2为本发明双光楔光学扫描执行机构的俯视图。

图3为图2中A线的剖面图。

图4为本发明双光楔光学扫描执行机构的仰视图。

图5为本发明上轴承装配体的立体图。

图6为本发明上轴承装配体的俯视图。

图7为本发明上轴承装配体的仰视图。

图8为本发明下轴承装配体的立体图。

图9为本发明下轴承装配体的俯视图。

图10为本发明下轴承装配体的仰视图。

图11为本发明末端端盖的立体图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，一种基于单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，包括：齿轮传动组1、上轴承装配体2、下轴承装配体3、末端端盖5、电机4、C型垫圈18、上光楔高速轴承13、下光楔高速轴承15、上光楔14、下光楔16；

如图1和图3所示，齿轮传动组1，包括电机输出齿轮7、传动齿轮11、上光楔轴承驱动齿轮8、下光楔轴承驱动齿轮17、齿轮轴9和齿轮轴输入齿轮10。齿轮轴9是一个中部加工有齿轮的细长轴，其一端为设置为D型。电机输出齿轮7与传动齿轮11啮合，传动齿轮11与上光楔轴承驱动齿轮8和齿轮轴输入齿轮10啮合；齿轮轴输入齿轮10带动齿轮轴9转动，齿轮轴9中部的齿轮与下光楔轴承驱动齿轮17啮合；上光楔轴承驱动齿轮8与上光楔高速轴承13内圈紧配合；下光楔轴承驱动齿轮17与下光楔高速轴承15内圈紧配合；上光楔轴承驱动齿轮8和下光楔轴承驱动齿轮17中心设有通孔；

电机4为带绝对值编码器的直流无刷电机，该电机4具有力矩大、运动控制精度高等优点。齿轮传动组1为单输入、多输出；电机4的D型电机输出轴通过键配合与电机输出齿轮7装配一体，并利用环氧胶粘结固化；齿轮轴输入齿轮10利用键配合与齿轮轴9一端的D型口配合，并通过环氧胶粘结固化。

如图5、图6、图7所示，上轴承装配体2中心处设有第一中轴通光孔206，临近第一中轴通光孔206处另设有装配第一电机通孔204。顶部临近第一电机通孔204和第一中轴通光孔206的地方设有固定传动齿轮11的轴承沉槽203，并设有第一齿轮轴通孔202及同轴的第一轴承沉孔201。顶部设有沉槽207，沉槽207深度完全容纳装配后的电机输出齿轮7、传动齿轮11、上光楔轴承驱动齿轮8、齿轮轴输入齿轮10；底部设有装配上光楔高速轴承13的第一轴承沉孔208，第一轴承沉孔208与第一中轴通光孔206同轴；如图5所示，上轴承装配体2底部过第一中轴通光孔206轴心设置为阶梯型205与下轴承装配体3配合；上轴承装配体2底部设有两处螺纹孔209、210。

如图8、图9、图10所示，下轴承装配体3中心处设有第二中轴通光孔306，临近通光孔处206设置有装配电机的第二电机通孔303，第二电机通孔303的底部为电机线缆设有电机线切口304；临近第二中轴通光孔306处设有第二齿轮轴通孔301，第二齿轮轴通孔301底部设有第二轴承沉孔310；顶部中心设有装配下光楔高速轴承15的第二轴承沉孔307与第二中轴通光孔306同轴；第二中轴通光孔306两侧设有螺栓通孔302、305。

如图8所示，顶部过第二中轴通光孔306轴心设置为阶梯型，下轴承装配体3阶梯结构凸起部分的侧壁设有容纳齿轮轴9齿轮转动的侧壁切口308；与上轴承装配体2配合。

上轴承装配体2中的第一轴承沉孔201与下轴承装配体3中第二轴承沉孔310中各装配一个微型轴承，用于固定支撑齿轮轴9。

如图3所示，上光楔高速轴承13紧配合于上轴承装配体2的轴承沉孔208内；所述的下光楔高速轴承15紧配合于下轴承装配体3的第二轴承沉孔307内；上光楔14同轴固定安装于上光楔高速轴承13内圈中；下光楔16同轴固定安装于下光楔高速轴承15内圈中；上光楔14、下光楔16装配上光楔高速轴承13、下光楔高速轴承15内圈并通过厌氧胶粘结固化，能够随高速轴承内圈转动；上光楔14与下光楔16的平面相对且光轴重合，与上轴承装配体2的第一中轴通光孔206、下轴承装配体3的第二中轴通光孔306位置对应，形成光学通路；

C型垫圈18装配在叠放的上光楔高速轴承13、下光楔高速轴承15外圈中间；C型垫圈18开口配合下轴承装配体3侧壁切口308，为齿轮轴9齿轮留有足够的运动空间。C型垫圈18为有开口的圆环形垫圈。

如图11所示，末端端盖5中心设有第三中轴通光孔502，第三中轴通光孔502附近设置有装配电机的电机沉孔503，两侧设有装配螺栓的通孔501、504。为了保证装配精度，在末端端盖5为电机4设置沉槽用于装配定位。

两个螺栓6、19将上轴承装配体2、下轴承装配体3以及末端端盖5连接一起，形成相通的中轴通光孔、电机内孔和齿轮轴内孔。

本发明的工作原理是，通电后的电机4通过齿轮传动组1驱动所述的上光楔14与下光楔16转动。本实施例中，电机4通过电机输出齿轮7驱动传动齿轮11，传动齿轮11同时驱动上光楔轴承齿轮8驱动上光楔高速轴承13内圈转动并通过齿轮轴输入齿轮10带动齿轮轴9转动，齿轮轴9同时驱动下光楔轴承齿轮17旋转，从而驱动下光楔高速轴承15内圈转动。轴承内圈与光楔通过厌氧胶粘结固化，能够随着内圈一起转动。上光楔14与下光楔16同轴转动，转动方向相反，从而产生稳定的扫描路径。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，所作出的任何修改、等同替换、变型和改进，均应属于本发明的保护范围。

本发明说明书未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (9)

1.一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，其特征在于，包括：上轴承装配体(2)、下轴承装配体(3)、末端端盖(5)、齿轮传动组(1)、C型垫圈(18)、电机(4)、上光楔(14)、下光楔(16)、上光楔高速轴承(13)、下光楔高速轴承(15)；上轴承装配体(2)安装在下轴承装配体(3)上，末端端盖(5)安装在下轴承装配体(3)底部；电机(4)安装在连接在一起的上轴承装配体(2)、下轴承装配体(3)和末端端盖(5)内；所述齿轮传动组(1)包括电机输出齿轮(7)、传动齿轮(11)、上光楔轴承驱动齿轮(8)、下光楔轴承驱动齿轮(17)、齿轮轴(9)和齿轮轴输入齿轮(10)；电机输出齿轮(7)安装在电机输出轴上，传动齿轮(11)同时与电机输出齿轮(7)、上光楔轴承驱动齿轮(8)和齿轮轴输入齿轮(10)啮合；上轴承装配体(2)中部开有第一中轴通光孔(206)，与下轴承装配体(3)连接的一端中心处开有与第一中轴通光孔(206)同轴的第一轴承沉孔(208)；上光楔高速轴承(13)安装在第一轴承沉孔(208)内，上光楔轴承驱动齿轮(8)的转轴从上轴承装配体(2)上端面的第一中轴通光孔(206)插入且与上光楔高速轴承(13)内圈配合；下轴承装配体(3)与上轴承装配体(2)连接的一端中部开有同轴的第二中轴通光孔(306)和第二轴承沉孔(307)，第一中轴通光孔(206)、第二中轴通光孔(306)同轴；下光楔高速轴承(15)安装在第二轴承沉孔(307)内，下光楔轴承驱动齿轮(17)的转轴与下光楔高速轴承(15)内圈配合；传动齿轮(11)安装在上轴承装配体(2)上端面，齿轮轴输入齿轮(10)安装在齿轮轴(9)一端；齿轮轴(9)安装在上轴承装配体(2)、下轴承装配体(3)和末端端盖(5)内，齿轮轴(9)中部的齿轮与下光楔轴承驱动齿轮(17)啮合；上光楔(14)同轴固定安装于上光楔高速轴承(13)内圈中，下光楔(16)同轴固定安装于下光楔高速轴承(15)内圈中，上光楔(14)和下光楔(16)的平面相对且光轴重合；C型垫圈(18)安装在上光楔高速轴承(13)、下光楔高速轴承(15)之间；电机(4)通过齿轮传动组(1)驱动上光楔(14)、下光楔(16)，上光楔(14)与下光楔(16)同轴转动，转动方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，其特征在于：所述上轴承装配体(2)、下轴承装配体(3)、末端端盖(5)由上至下，通过螺栓(6)固定连接成一整体；上轴承装配体(2)、下轴承装配体(3)之间通过阶梯型的安装面配合连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，其特征在于，所述的齿轮轴(9)一端为D型端头，通过键与齿轮轴输入齿轮(10)配合安装，并使用环氧胶固化；齿轮轴(9)两端分别固定于轴承上，两个轴承分别安装在上轴承装配体(2)上端面、下轴承装配体(3)与末端端盖(5)连接面。

4.根据权利要求1或2所述的一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，其特征在于：所述下轴承装配体(3)与上轴承装配体(2)配合的阶梯型侧壁面处开有容纳齿轮轴(9)齿轮转动的侧壁切口(308)。

5.根据权利要求4所述的一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，其特征在于：所述C型垫圈(18)开口与下轴承装配体(3)的侧壁切口(308)配合，齿轮轴(9)的齿轮在侧壁切口(308)和C型垫圈(18)开口内转动。

6.根据权利要求1或2所述的一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，其特征在于：所述末端端盖(5)中心处有第三中轴通光孔(502)，与第一中轴通光孔(206)、第二中轴通光孔(306)均同轴。

7.根据权利要求1或2所述的一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，其特征在于：所述上光楔轴承驱动齿轮(8)或下光楔轴承驱动齿轮(17)中心处开有通孔。

8.根据权利要求1或2所述的一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，其特征在于：所述上光楔(14)与上光楔高速轴承(13)之间、下光楔(16)与下光楔高速轴承(15)之间通过厌氧胶粘结固化。

9.根据权利要求1或2所述的一种单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构，其特征在于：所述上轴承装配体(2)上端面设有沉槽(207)，沉槽(207)深度完全容纳装配后的电机输出齿轮(7)、传动齿轮(11)、上光楔轴承驱动齿轮(8)、齿轮轴输入齿轮(10)。