CN108303833B - 一种环形布局的高精密空间调焦机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学工程技术领域，涉及一种环形布局的高精密空间调焦机构。本发明解决了现有的调焦机构易产生变形、力学适应性差，造成空间相机可靠性低、成像质量存在缺陷的问题。本发明包括固定座、探测器和调焦运动机构，还包括焦面电路安装结构；焦面电路安装结构包括焦面支撑架和焦面组件安装架；调焦运动机构包括电机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨滑块副和联轴器；固定座为圆筒状结构，固定座内部的上、左、右部或端面的上、左、右部设有导轨安装座；导轨滑块副的导轨安装在导轨安装座上，多组导轨滑块副平行设置；焦面组件安装架与导轨滑块副的滑块固定，焦面支撑架固定在焦面组件安装架的后端，探测器固定在焦面支撑架上。

Description

一种环形布局的高精密空间调焦机构

技术领域

本发明属于光学工程技术领域，涉及一种环形布局的高精密空间调焦机构。

背景技术

随着空间技术的发展,空间光学相机在民用领域得到了广泛应用。为获得高清晰度的图像，高性能空间相机或空间望远镜需要通过调整次镜、校正镜或者探测器位置，以补偿由于相机各部件尺寸失调造成的成像质量下降，获得最佳成像质量。

调焦机构需要依据调焦范围、调焦精度、调焦时间等进行针对性和适应性设计，同时应具备良好的空间环境适应性及高可靠性。当前空间光学相机主要采用的是机械式调焦机构,其原理为依靠电机和传动机构实现位移，从而实现相机系统调焦。

这类调焦机构由两条导轨作为导向运动部件，待调整部件的探测器感光面或者光学零件透光面均垂直于导轨滑块机构的移动方向，无论是在力学试验时承受的振动或大惯性力系载荷，还是运动时的启动或停车，都会产生惯性力矩，这些惯性力矩会直接施加于导轨滑块与滚珠丝杠部位，所以在垂直于导轨运动方向上，滚珠丝杠会因振动或大负载惯性力产生弯矩，造成丝杠副及导轨滑块内部滚珠的表面润滑膜层受损甚至丝杠本身产生形变，导致运动精度下降或卡滞，严重影响调焦机构的正常工作，降低系统的可靠性。

除此之外，由于几乎所有光学组件均垂直于两个导轨，这就要求光学组件和导轨要有非常高的垂直度，这对某些零件的加工工艺和装配工艺提出了非常高的精度要求，并不利于调焦机构在复杂严格的环境下工作。另外，传统结构的调焦机构很容易使感光元件在光轴方向上偏离像面，并且其偏移量随垂直方向而改变，导致CCD感光元件不能完全平行于像面，部分像元会偏离像面，这不利于空间相机高精度成像。

发明内容

本发明的目的在于提出一种环形布局的高精密空间调焦机构，该空间调焦机构采用环形分布的三个导轨滑块来代替传统的双导轨滑块，约束了更多的自由度，使待调整部件的运动更平稳，无论是在力学测试还是发射、飞行期间，该部件受更多自由度约束得到更高的稳定性，消除了传统调焦机构中像面组件的摆动和大幅度震动趋势，使其不会对导轨滑块和滚珠丝杠产生力矩，且易于加工、装配，成像质量稳定。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种环形布局的高精密空间调焦机构，包括固定座、探测器和调焦运动机构，其特殊之处在于，

还包括焦面电路安装结构；焦面电路安装结构包括焦面支撑架和焦面组件安装架；

所述调焦运动机构包括电机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨滑块副和联轴器；所述导轨滑块副的数量至少为三组；

所述固定座为圆筒状结构，固定座内部的上、左、右部或端面的上、左、右部设有导轨安装座，导轨安装座与导轨滑块副一一对应；

导轨滑块副的导轨安装在导轨安装座上，所有导轨滑块副平行设置；焦面组件安装架与导轨滑块副的滑块固定，焦面支撑架固定在焦面组件安装架的后端，探测器固定在焦面支撑架上，焦面组件安装架与探测器感光面的法线方向垂直，所有导轨滑块副均与探测器感光面的法线方向平行；

调焦运动机构的电机、减速箱设置在固定座上，滚珠丝杠副的螺母与焦面组件安装架固定；

电机通过联轴器与减速箱连接，减速箱驱动滚珠丝杠副的滚珠丝杠转动，螺母带动焦面组件安装架移动，从而带动探测器移动，实现调焦。

以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还做出以下优化改进：

进一步地，还包括探测器消杂光罩，探测器消杂光罩安装在焦面组件安装架的前端。

进一步地，上述导轨滑块副的数量为三组。

进一步地，三组导轨滑块副与一组滚珠丝杠副在固定座上圆周均匀分布。

进一步地，上述导轨安装座设置在固定座的端面。

进一步地，上述每个导轨安装座的两侧均有斜拉筋，用来提高刚度要求。

进一步地，为减少斜拉筋的应力集中，上述斜拉筋一端与导轨安装座连接，另一端与固定座的端面连接。

进一步地，上述固定座上设有多个减重孔。

进一步地，为了实现最大化减重并且保证还要固定座强度，上述减重孔为三角形减重孔。

进一步地，上述固定座的外缘设有法兰。

本发明的优点：

1、稳定性好。本发明采用环形分布的三个导轨滑块来代替传统的双导轨滑块，约束了更多的自由度，使光学组件运动更平稳，无论是在力学测试还是发射、飞行期间，探测器受更多自由度约束得到更高的稳定性，使其不会对导轨滑块和滚珠丝杠产生力矩，导轨及丝杠对称设置，提高了滑块及丝杠螺母的抗扭转刚度，消除了传统调焦机构中像面组件出现的摆动和大幅度震动，为调焦机构的正常工作提供更高的稳定性。

2、导向性好。本发明采用了三个呈90度均匀分布的导轨滑块副对焦面进行导向的设计方案，三个导轨滑块副平行设置，使其在较低装配与调配的成本上实现高导向性的需求。

3、装配精度高。本发明固定座固定了多个零件，焦面电路安装结构和调焦运动机构均装配于结构固定座上，大大减少了装配误差的存在，实现了一个零件统一诸多零件的装配基准目的。

4、可消杂光。传统的机械调焦机构像面大多时间暴露在外，光学元件直接在开放环境中获取图像，这样大大增大了杂光对成像系统的干扰，本发明采用探测器消杂光罩设计，使成像避免受到调焦机构外杂光的干扰。

5、重量轻。本发明对固定座进行轻量化设计，大部分结构均采用型腔和减重孔的方案，大大降低了零件重量，并且固定座一个零件结合了诸多零件的功能，一定程度上减少了零件数目，节省了发射成本。

6、可靠性高。本发明采用机械结构式的调焦机构，具有低成本和故障可预见性的优点，具有更高的可靠性。

附图说明

图1为本发明环形布局的高精密空间调焦机构主视图；

图2为本发明环形布局的高精密空间调焦机构右视图。

其中，1-固定座；2-探测器；3-焦面支撑架；4-焦面组件安装架；5-电机；6-联轴器；7-减速箱；8-滚珠丝杠副；801-螺母；802-滚珠丝杠；9-导轨滑块副；10-导轨安装座；11-探测器消杂光罩；12-斜拉筋；13-减重孔；14、法兰。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-图2，一种环形布局的高精密空间调焦机构，包括固定座1、探测器2、调焦运动机构、焦面电路安装结构和探测器消杂光罩11；焦面电路安装结构包括焦面支撑架3和焦面组件安装架4。

所述调焦运动机构包括电机5、联轴器6、减速箱7、滚珠丝杠副8和导轨滑块副9；所述导轨滑块副9的数量至少为三组，在保证可靠性且减少成本的要求下，优选三组。

所述固定座1为圆筒状结构，固定座1内部的上、左、右部或端面的上、左、右部设有导轨安装座10；本实施例的导轨安装座10设置在固定座1的端面，每个导轨安装座10的两侧均有斜拉筋12，所述斜拉筋一端与导轨安装座10连接，另一端与固定座1的端面连接，导轨安装座10与导轨滑块副9一一对应。

三组导轨滑块副9平行设置，导轨滑块副9的导轨安装在导轨安装座10上；焦面组件安装架4与导轨滑块副9的滑块固定，焦面支撑架3固定在焦面组件安装架4的后端，探测器消杂光罩11安装在焦面组件安装架4的前端。探测器2固定在焦面支撑架3上，焦面组件安装架4与探测器2的感光面法线方向垂直，三组导轨滑块副9均与探测器2的感光面法线方向平行。

调焦运动机构的电机5、减速箱7设置在固定座1的下部，滚珠丝杠副8的螺母801与焦面组件安装架4的下部固定。三组导轨滑块副9与一组滚珠丝杠副8在固定座1上圆周均匀分布，即三组导轨滑块副9分别分布在环形的固定座1的九点钟方向、十二点钟方向和三点钟方向，滚珠丝杠副8设置在固定座1的六点钟方向，其中一组导轨滑块副9与滚珠丝杠副8对称设置，另外两组导轨滑块副9对称设置，提高了导轨滑块副9及滚珠丝杠副8的抗扭转刚度，消除了传统调焦机构中像面组件出现的摆动和大幅度震动，为调焦机构的正常工作提供更高的稳定性。

为了实现最大化减重并且保证还要固定座1强度，固定座1上设有多个三角形的减重孔13，本发明通过计算机辅助分析技术对本发明中最大的固定座1进行轻量化设计，大部分结构均采用型腔和减重孔的方案，大大降低了零件重量，且三角形具有稳定作用。

固定座1的外缘设有法兰14，便于固定和安装其他部件。

本发明的工作原理为：电机5通过联轴器6与减速箱7连接，减速箱7驱动滚珠丝杠副8的滚珠丝杠802转动，螺母801带动焦面组件安装架4移动，实现焦面组件安装架4上安装的所有部件移动，从而带动探测器2移动，实现调焦。

Claims (7)

1.一种环形布局的高精密空间调焦机构，包括固定座(1)、探测器(2)和调焦运动机构，其特征在于：

还包括焦面电路安装结构；焦面电路安装结构包括焦面支撑架(3)和焦面组件安装架(4)；

所述调焦运动机构包括电机(5)、联轴器(6)、减速箱(7)、滚珠丝杠副(8)和导轨滑块副(9)；所述导轨滑块副(9)的数量为三组；三组导轨滑块副(9)与一组滚珠丝杠副(8)在固定座(1)上圆周均匀分布；

所述固定座(1)为圆筒状结构，固定座(1)内部的上部、左部、右部或端面的上部、左部、右部设有导轨安装座(10)，导轨安装座(10)与导轨滑块副(9)一一对应；

导轨滑块副(9)的导轨安装在导轨安装座(10)上，所有导轨滑块副(9)平行设置；焦面组件安装架(4)与导轨滑块副(9)的滑块固定，焦面支撑架(3)固定在焦面组件安装架(4)的后端，探测器(2)固定在焦面支撑架(3)上，焦面组件安装架(4)与探测器(2)的感光面法线方向垂直，所有导轨滑块副(9)均与探测器(2)的感光面法线方向平行；

调焦运动机构的电机(5)、减速箱(7)设置在固定座(1)的下部，滚珠丝杠副(8)的螺母(801)与焦面组件安装架(4)固定；

电机(5)通过联轴器(6)与减速箱(7)连接，减速箱(7)驱动滚珠丝杠副(8)的滚珠丝杠(802)转动，螺母(801)带动焦面组件安装架(4)移动，从而带动探测器(2)移动调焦；

还包括探测器消杂光罩(11)，探测器消杂光罩(11)安装在焦面组件安装架(4)的前端。

2.根据权利要求1所述的一种环形布局的高精密空间调焦机构，其特征在于：所述导轨安装座(10)设置在固定座(1)的端面。

3.根据权利要求2所述的一种环形布局的高精密空间调焦机构，其特征在于：每个导轨安装座(10)的两侧均有斜拉筋(12)。

4.根据权利要求3所述的一种环形布局的高精密空间调焦机构，其特征在于：所述斜拉筋(12)一端与导轨安装座(10)连接，另一端与固定座(1)的端面连接。

5.根据权利要求4所述的一种环形布局的高精密空间调焦机构，其特征在于：所述固定座(1)上设有多个减重孔(13)。

6.根据权利要求5所述的一种环形布局的高精密空间调焦机构，其特征在于：所述减重孔(13)为三角形减重孔。

7.根据权利要求6所述的一种环形布局的高精密空间调焦机构，其特征在于：所述固定座(1)的外缘设有法兰(14)。