CN108562990B - 一种适用于大跨度、大负载的调焦机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种适用于大跨度、大负载的调焦机构，该机构采用双路电机同时驱动，包括两套调焦组件，基座，第一导轨及第三导轨。每套调焦机构包括调焦基座，滑动平台，第二导轨，齿轮组，电机，滚珠丝杠，编码器，轴承。通过滑动平台把电机水平直线运动转化为基座的垂直直线运动，通过过约束的第三导轨保证机构的力学性能，通过闭环控制保证两个电机驱动同步性，避免结构因不同步而卡死，进而保证基座的平稳移动。

Description

一种适用于大跨度、大负载的调焦机构
技术领域
本发明涉及空间光学遥感器技术领域，涉及一种调焦机构。
背景技术
目前，研制高分辨率大宽幅光学遥感器系统成为一种迫切需求。在商业及民用领域，高分辨率大宽幅的光学遥感图像数据可以完成对目标的精确定位，为我国国防和军队信息化建设、国民经济发展提供稳定、及时、可靠的基础地理信息。
传统的调焦机构通常由丝杠丝母或凸轮机构将电机的回转运动转换为直线运动，然后再通过一系列的减速机构实现精确调焦。凸轮机构的结构比较简单，抗冲击能力强，适宜用作重载机构的运动方向转换，但凸轮曲线的加工要求较高，且凸轮机构和其减速机构的空间要求也较大。丝杠螺母机构的结构简单，运动灵活，但是其驱动力矩不足，抗冲击能力差。
相比传统的短线阵焦面，随着线阵的增加，焦面重量和体积会增加1～2倍，同时调焦可利用的空间相比原来减少很多，而其自身空间占用大，优化比较困难。因此传统的调焦系统在驱动力和空间方面都无法满足现有的长跨度、大负载调焦机构设计需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于大跨度、大负载的调焦机构，驱动力大，调焦精度高，而且占用空间和结构重量大幅减小。
本发明的技术解决方案是：一种适用于大跨度、大负载的调焦机构，包括：两套调焦组件，基座，第一导轨及第三导轨；两套调焦组件分别通过斜置的第一导轨与基座连接，竖直安装的第三导轨安装在调焦组件与基座之间；基座通过调焦组件的驱动，沿第一导轨、第三导轨实现上下运动。
每套调焦组件包括调焦基座，滑动平台，第二导轨，齿轮组，电机，滚珠丝杠，编码器，轴承；第二导轨对称安装在调焦基座两侧，滑动平台安装在第二导轨上，滑动平台通过底面两侧的第二导轨做直线运动，第一导轨安装在滑动平台上；电机安装在调焦基座的内腔，滚珠丝杠两端通过安装在调焦基座上的轴承安装在调焦基座内腔，滚珠丝杠的耳片与滑动平台相连；齿轮组安装在电机伸出轴及滚珠丝杠一端，电机通过齿轮组驱动滚珠丝杠转动，带动滑动平台；编码器通过编码器上的抱死装置安装在滚珠丝杠的另一端。
所述的滑动平台为一体结构，包括底部平台、楔形支撑块，楔形支撑块位于底部平台两侧，楔形支撑块的倾斜角度为°，第一导轨分别安装在楔形支撑块上，将基座的水平运动转化为垂直运动。
所述的齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮，第一齿轮安装在电机伸出轴端部，与安装在调焦基座上的第二齿轮啮合；第三齿轮安装在滚珠丝杠端部，与第二齿轮啮合。
所述的电机为步进电机。
所述第三导轨竖直安装在基座和调焦基座之间，基座沿第三导轨上下运动。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明调焦机构采用了两组调焦组件，克服了传统调焦机构驱动力不足的问题，驱动能力大，能在地面装调阶段推动大跨度，重焦面、保证发射段可靠的锁紧力矩。
(2)本发明调焦机构采用了两组滑动平台的结构形式，滑动平台采用一定角度的楔形结构，通过计算公式推导得出，楔形角度越大，需要的驱动力矩越大，楔形角度越小，丝杠需要的行程越长，因此居中取楔形角度为30度。通过两侧的楔形结构可以实现电机的回转转化为基座的垂直直线运动，克服了传动调焦机构占用空间大的问题；
(3)本发明调焦机构采用了的过约束导轨(第三导轨)安装方式，不仅保证了基座运动的直线性，而且提高了整体结构的刚度，对整个调焦机构的力学性能起到了加强作用；
(4)本发明调焦机构采用了双电机驱动，采用闭环控制系统，通过高精度的编码器，保证双电机的同时驱动，避免了基座锁死的问题，保证基座的平稳移动。
附图说明
图1本发明的调焦机构组件示意图。
图2本发明的单套调焦组件示意图。
图3本发明的双电机驱动示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明白，以下结合具体实施方式，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种适用于大跨度、大负载的调焦机构包括：两套调焦组件1，基座2，第一导轨3及第三导轨4。两套调焦组件1通过第一导轨3与基座2连接，过约束第三导轨4通过螺钉安装在调焦组件与基座之间。其中每套调焦组件包括调焦基座11，滑动平台12，第二导轨13，齿轮组14，电机15，滚珠丝杠16，编码器17，轴承18；调焦基座11通过第二导轨13与滑动平台12连接，电机15通过螺钉安装在调焦基座11的内腔，滚珠丝杠16通过安装在调焦基座11上的轴承18安装在调焦基座11上，滚珠丝杠16的耳片通过螺钉与滑动平台12相连，齿轮组14通过顶丝安装在电机15伸出轴及滚珠丝杠16轴端，编码器17通过编码器上的抱死装置安装在滚珠丝杠16的另一端。当电机15同时相对或者背对驱动时，通过齿轮传动带动滚珠丝杠16的回转运动，滚珠丝杠16回转运动转化为滑动平台12的直线运动，通过两端滑动平台上楔形支撑块的同时相对或者背对直线运动，以及楔形支撑块的30°(楔形支撑块的第一导轨3安装面与底部平台之间的夹角为30°)结构，转化为基座2的垂直直线运动。
滑动平台12为一体结构，包括底部平台、楔形支撑块，楔形支撑块位于底部平台两侧，楔形角度是30°，第一导轨3分别安装在楔形支撑块上，将基座2的水平运动转化为垂直运动。
如图2所示，齿轮组1包括第一齿轮141、第二齿轮142、第三齿轮143，第一齿轮141安装在电机15伸出轴端部，与安装在调焦基座11上的第二齿轮142啮合；第三齿轮143安装在滚珠丝杠16端部，与第二齿轮142啮合。
调焦组件1与基座2之间通过过约束高精度的第三导轨4连接，不仅保证了基座2运动的直线性，而且提高了整体结构的刚度，对整个调焦机构的力学性能起到了加强作用；双路电机15驱动，即采用双路步进电机通过同步驱动滑动平台12转化成基座2的垂直方向移动，在基座2的两侧各安装一步进电机，通过驱动滑动平台12使滑动平台12水平方向的移动转化为基座2竖直方向的移动，以达到调焦目的；第一导轨3、第二导轨13和第三导轨4均采用TK公司SRS紧凑型精密级导轨，行走平行度为0.002mm，既能保证好的行走精度以及较高的刚度又节省了空间；编码器17为分辨率12位的绝对值旋转编码器，编码器为轴的每一个位置提供一个独一无二的编码数值，通过监测步进电机轴的旋转数值，换算成轴向的直线距离，可以实现基座位置的精确测量，保证双电机调焦机构的同步性精度。
工作过程：
如图3所示，两个电机15同时收到驱动指令时，电机15带动齿轮转动，通过齿轮组1的传动，带动滚珠丝杠16转动，滚珠丝杠16转动带动滑动平台12的平移直线运动；通过滑动平台12上的楔形支撑块以及滑动平台12的面对面或者背对背运动，可以转化为基座2的垂直上下运动。
双电机控制采用闭环控制，避免两套调焦组件1不同步的卡死现象。一方面，调焦电路单元接收“相机调焦设置”遥控指令，包括调焦方向代码和调焦步距的串行数据码，向两套调焦组件1输出两组调焦驱动功率脉冲信号，驱动电机15按指定的方向及步数转动，完成对基座2位置的调整。另一方面，调焦电路单元实时读取两套绝对值旋转编码器17的遥测信号来确定基座2两端的实际位置，同时通过遥测结果来比较两电机15的同步性，并修正驱动脉冲满足基座2两端位置同步，实现基座2位置同步的闭环控制，通过闭环控制系统可以保证基座2两端位置较高的同步精度，避免基座2锁死。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种适用于大跨度、大负载的调焦机构，其特征在于包括：两套调焦组件(1)，基座(2)，第一导轨(3)及第三导轨(4)；两套调焦组件(1)分别通过斜置的第一导轨(3)与基座(2)连接，竖直安装的第三导轨(4)安装在调焦组件(1)与基座(2)之间；基座(2)通过调焦组件(1)的驱动，沿第一导轨(3)、第三导轨(4)实现上下运动；
每套调焦组件(1)包括调焦基座(11)，滑动平台(12)，第二导轨(13)，齿轮组(14)，电机(15)，滚珠丝杠(16)，编码器(17)，轴承(18)；第二导轨(13)对称安装在调焦基座(11)两侧，滑动平台(12)安装在第二导轨(13)上，滑动平台(12)通过底面两侧的第二导轨(13)做直线运动，第一导轨(3)安装在滑动平台(12)上；电机(15)安装在调焦基座(11)的内腔，滚珠丝杠(16)两端通过安装在调焦基座(11)上的轴承(18)安装在调焦基座(11)内腔，滚珠丝杠(16)的耳片与滑动平台(12)相连；齿轮组(14)安装在电机(15)伸出轴及滚珠丝杠(16)一端，电机(15)通过齿轮组(14)驱动滚珠丝杠(16)转动，带动滑动平台(12)；编码器(17)通过编码器上的抱死装置安装在滚珠丝杠(16)的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种适用于大跨度、大负载的调焦机构，其特征在于：所述的滑动平台(12)为一体结构，包括底部平台、楔形支撑块，楔形支撑块位于底部平台两侧，楔形支撑块的倾斜角度为30°，第一导轨(3)分别安装在楔形支撑块上，将基座(2)的水平运动转化为垂直运动。
3.根据权利要求2所述的一种适用于大跨度、大负载的调焦机构，其特征在于：所述的齿轮组(14)包括第一齿轮(141)、第二齿轮(142)、第三齿轮(143)，第一齿轮(141)安装在电机(15)伸出轴端部，与安装在调焦基座(11)上的第二齿轮(142)啮合；第三齿轮(143)安装在滚珠丝杠(16)端部，与第二齿轮(142)啮合。
4.根据权利要求3所述的一种适用于大跨度、大负载的调焦机构，其特征在于：所述的电机(15)为步进电机。
5.根据权利要求4所述的一种适用于大跨度、大负载的调焦机构，其特征在于：所述第三导轨(4)竖直安装在基座(2)和调焦基座(11)之间，基座(2)沿第三导轨(4)上下运动。
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