CN109188645B - 双电机全闭环控制的二组联动自动变倍镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双电机全闭环控制的二组联动自动变倍镜头，包括前、后固定组元以及前、后固定组元间的变倍组元和补偿组元，变倍组元和补偿组元设于可使二者沿轴向按设定轨迹移动的变倍机构上，变倍机构包括滑动机构和移动机构，移动机构包括轴向布置在滑动机构的左、右直线导轨中间的前、后丝杆，变倍电机驱动前丝杆而移动变倍组元，补偿电机驱动后丝杆而移动补偿组元；变倍组元上设有前永磁体和前磁栅，驱动控制电路板上对应设有前霍尔开关传感器和前磁栅位移传感器，补偿组元上设有后永磁体和后磁栅，驱动控制电路板上对应设有后霍尔开关传感器和后磁栅位移传感器。本发明中变倍组元和补偿组元可协调联动，从而实现了像面的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及光学仪器部件结构，具体为一种双电机全闭环控制的二组联动自动变倍镜头。
背景技术
变倍镜头一般由前固定组元、变倍组元、补偿组元和后固定组元组成。
镜头变倍时，变倍组元和补偿组元按特定的轨迹沿光轴移动，从而实现变倍并保持像面位置稳定。
自动变倍镜头是由计算机控制变倍电机转动，镜头上的精密机构将电机的旋转运动转换为变倍组元和补偿组元按特定轨迹沿光轴方向直线运动，从而实现自动变倍。
如本申请人单位申请并已获专利授权的《全闭环自动变倍镜头》(申请号为2017212027540)，在实际运行中发现存在如下技术缺陷：
1、变倍组元和补偿组元两个运动组元中，只能实时反馈某一组元的位移，另一组元由变倍螺旋轴带动完成联动运动。
由于变倍螺旋轴加工过程中微量的变形会导致变倍螺旋槽大小不均匀，导致螺旋槽和销钉的配合间隙大；且变倍螺旋槽和销钉之间存在滑动摩擦，长时间变倍亦使得变倍螺旋槽受到到磨损，进而导致非实时反馈位移的组元运动轨迹偏离实际光学设计要求的轨迹，影响成像质量和倍率重复性。
2、由于自身机构限制，且为了减少螺旋槽和销钉的摩擦，该《全闭环自动变倍镜头》在运行时，自动变倍镜头的变倍速度较慢。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种快速运行且实现像面稳定的双电机全闭环控制的二组联动自动变倍镜头。
能够解决上述技术问题的双电机全闭环控制的二组联动自动变倍镜头，其技术方案包括同轴(光轴方向)的前、后固定组元以及同轴设于前、后固定组元之间的变倍组元和补偿组元，所述变倍组元和补偿组元设于可使二者沿轴向按设定轨迹移动的变倍机构上，所述变倍机构包括滑动机构和移动机构，所述滑动机构包括平行于轴向设置的左、右直线导轨，左直线导轨上配合有左直线导轨前滑座和左直线导轨后滑座，右直线导轨上配合有右直线导轨前滑座和右直线导轨后滑座，所述变倍组元安装于左直线导轨前滑座和右直线导轨前滑座上，所述补偿组元安装于左直线导轨后滑座和右直线导轨后滑座上，变倍组元和补偿组元上方设有驱动控制电路板，所不同的是：
所述移动机构包括轴向布置在左、右直线导轨中间的前、后丝杆，所述前丝杆与变倍组元内部设置的前螺母旋合连接，前丝杆的两端分别安装于变倍电机的输出轴和前轴承上，所述后丝杆与补偿组元内部设置的后螺母旋合连接，后丝杆的两端分别安装于补偿电机的输出轴和后轴承上。
所述变倍组元上设有前永磁体和前磁栅，所述驱动控制电路板上设有分别感应前永磁体和前磁栅的前霍尔开关传感器和前磁栅位移传感器；所述补偿组元上设有后永磁体和后磁栅，所述驱动控制电路板上设有分别感应后永磁体和后磁栅的后霍尔开关传感器和后磁栅位移传感器。
为使结构合理布局，所述前丝杆的前端连接变倍电机的输出轴，前丝杆的后端安装于前轴承上，所述后丝杆的前端安装于后轴承上，后丝杆的后端连接补偿电机的输出轴。
常规上，所述前轴承和后轴承于轴承座内安装就位。
本发明的有益效果：
1、本发明双电机全闭环控制的二组联动自动变倍镜头中的变倍组元和补偿组元可协调联动，从而实现了像面的稳定。
2、本发明变倍速度快，精度高，变倍重复性好，机构运行平稳，寿命长。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的俯视图。
图2为图1中的A—A剖视图。
图3为图1中的B—B剖视图。
图4为图1中的C—C剖视图。
图5为图1实施方式中变倍组元和补偿组元在任一倍率下的运动速率关系式。
图号标识：1、前固定组元；2、后固定组元；3、变倍组元；4、补偿组元；5、左直线导轨；6、右直线导轨；7、左直线导轨前滑座；8、左直线导轨后滑座；9、前丝杆；10、后丝杆；11、前轴承；12、变倍电机；13、补偿电机；14、驱动控制电路板；15、前永磁体；16、前磁栅；17、前霍尔开关传感器；18、前磁栅位移传感器；19、后永磁体；20、后磁栅；21、后霍尔开关传感器；22、后磁栅位移传感器；23、后轴承；24、镜头基座；25、右直线导轨前滑座；26、右直线导轨后滑座；27、轴承座。
具体实施方式
下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明双电机全闭环控制的二组联动自动变倍镜头，其技术方案包括基于镜头基座24而同轴(同光轴)设置的前固定组元1、后固定组元2、变倍组元3和补偿组元4。
所述前固定组元1固装于镜头基座24前端，所述后固定组元2固装于镜头基座24后端，所述变倍组元3和补偿组元4前、后设于前、后固定组元1、2之间并安装于镜头基座24内部的倍率调节装置上，所述倍率调节装置包括滑动机构和移动机构，控制移动机构的驱动控制电路板14于变倍组元3和补偿组元4上方设于镜头基座24内，如图1、图2所示。
所述滑动机构包括左、右直线导轨5、6，左直线导轨5上滑动安装有左直线导轨前滑座7和左直线导轨后滑座8，右直线导轨6上配合安装有右直线导轨前滑座25和右直线导轨后滑座26，所述变倍组元3安装于左直线导轨前滑座7和右直线导轨前滑座25上，所述补偿组元4安装于左直线导轨后滑座8和右直线导轨后滑座26上，所述变倍组元3顶部前端设有前永磁体15，变倍组元3顶端后部设有轴向的前磁栅16，对应的于驱动控制电路板14底部设有感应前永磁体15的前霍尔开关传感器17和感应前磁栅16的前磁栅位移传感器18；所述补偿组元4顶部后端设有后永磁体19，补偿组元4顶端前部设有轴向的后磁栅20，对应的于驱动控制电路板14底部设有感应后永磁体19的后霍尔开关传感器21和感应后磁栅20的后磁栅位移传感器22，如图3、图4所示。
所述移动机构包括前丝杆9和后丝杆10，所述前丝杆9和后丝杆10于左、右直线导轨5、6中央偏下方轴向设置。前丝杆9旋合于变倍组元3内部的前螺母中，前丝杆9的前端连接变倍电机12(设于镜头基座24内部前端的电机座)的输出轴，前丝杆9的后端安装于前轴承11；后丝杆10旋合于补偿组元4内部的后螺母中，后丝杆10的后端连接补偿电机13(设于镜头基座24内部后端的电机座)的输出轴，后丝杆10的前端安装于后轴承23，前轴承11和后轴承23于镜头基座24底部中间的轴承座27上固定安装，如图2所示。
所述驱动控制电路板14的进线端分别连接电源和PC机串口，出线端连接变倍电机12和补偿电机13，变倍电机12和补偿电机13协调联动，变倍组元3和补偿组元4在任一倍率下的运动速率满足如下关系从而实现像面稳定
其中；
v补偿(β)为补偿组在某一倍率下的运动速率。
v变倍(β)为补偿组在某一倍率下的运动速率。
f'变倍(β)为变倍方程f变倍(β)的导函数，如图5所示。
f'补偿(β)为补偿方程f补偿(β)的导函数，如图5所示。
本发明的工作方式为：
变倍时，PC机通过串口发送变倍指令，驱动控制电路板14驱动变倍电机12和补偿电机13转动，通过对应丝杆的传动，变倍组元3和补偿组元4按特定的速率沿轴向运动，驱动控制电路板14上的前磁栅位移传感器18、后磁栅位移传感器22分别通过探测变倍组元、补偿组元3、4上的前磁栅16、后磁栅20而获取相应组元位移量，驱动控制电路板14上的前、后霍尔开关传感器17、21分别通过探测变倍组元3、补偿组元4上的前、后永磁体15、19来获取系统“零位”(初始位置)。
变倍组元3和补偿组元4相对于系统“零位”的位移量与放大倍率有唯一的对应关系，驱动控制电路板14通过控制变倍组元3和补偿组元4的位移而实现全闭环自动变倍。
所述变倍组元3和补偿组元4的运动速率由驱动控制电路板14实时闭环控制，从而实现变倍过程像面稳定。
Claims (3)
1.双电机全闭环控制的二组联动自动变倍方法，其特征在于采用了双电机全闭环控制的二组联动自动变倍镜头，所述双电机全闭环控制的二组联动自动变倍镜头包括同轴的前、后固定组元(1、2)以及同轴设于前、后固定组元(1、2)之间的变倍组元和补偿组元(3、4)，所述变倍组元(3)和补偿组元(4)设于可使二者沿轴向按设定轨迹移动的变倍机构上，所述变倍机构包括滑动机构和移动机构，所述滑动机构包括平行于轴向设置的左、右直线导轨(5、6)，左直线导轨(5)上配合有左直线导轨前滑座(7)和左直线导轨后滑座(8)，右直线导轨(6)上配合有右直线导轨前滑座(25)和右直线导轨后滑座(26)，所述变倍组元(3)安装于左直线导轨前滑座(7)和右直线导轨前滑座(25)上，所述补偿组元(4)安装于左直线导轨后滑座(8)和右直线导轨后滑座(26)上，变倍组元(3)和补偿组元(4)上方设有驱动控制电路板(14)，所述移动机构包括轴向布置在左、右直线导轨(5、6)中间的前、后丝杆(9、10)，所述前丝杆(9)与变倍组元(3)内部设置的前螺母旋合连接，前丝杆(9)的两端分别安装于变倍电机(12)的输出轴和前轴承(11)，所述后丝杆(10)与补偿组元(4)内部设置的后螺母旋合连接，后丝杆(10)的两端安装于补偿电机(13)的输出轴和后轴承(23)，所述变倍组元(3)上设有前永磁体(15)和前磁栅(16)，所述驱动控制电路板(14)上设有分别感应前永磁体(15)和前磁栅(16)的前霍尔开关传感器(17)和前磁栅位移传感器(18)，所述补偿组元(4)上设有后永磁体(19)和后磁栅(20)，所述驱动控制电路板(14)上设有分别感应后永磁体(19)和后磁栅(20)的后霍尔开关传感器(21)和后磁栅位移传感器(22)，所述驱动控制电路板(14)的进线端分别连接电源和PC机串口，出线端连接变倍电机(12)和补偿电机(13)，其工作方式为：
①、变倍时，PC机通过串口发送变倍指令，驱动控制电路板(14)驱动变倍电机(12)和补偿电机(13)转动，通过对应丝杆的传动，变倍组元(3)和补偿组元(4)按特定的速率沿轴向运动，驱动控制电路板(14)上的前、后磁栅位移传感器(18、22)分别通过探测变倍组元(3)、补偿组元(4)上的前、后磁栅(16、20)而获取相应组元位移量，驱动控制电路板(14)上的前、后霍尔开关传感器(17、21)分别通过探测变倍组元(3)、补偿组元(4)上的前、后永磁体(15、19)来获取系统“零位”；
②、变倍组元(3)和补偿组元(4)相对于系统“零位”的位移量与放大倍率有唯一的对应关系，驱动控制电路板(14)通过控制变倍组元(3)和补偿组元(4)的位移而实现全闭环自动变倍；
③、所述变倍组元(3)和补偿组元(4)的运动速率由驱动控制电路板(14)实时闭环控制，从而实现变倍过程像面稳定；
④、变倍电机(12)和补偿电机(13)协调联动，变倍组元(3)和补偿组元(4)在任一倍率下的运动速率满足从而实现像面稳定，其中：
v补偿(β)为补偿组在某一倍率下的运动速率，
v变倍(β)为补偿组在某一倍率下的运动速率，
f'变倍(β)为变倍方程f变倍(β)的导函数，
f'补偿(β)为补偿方程f补偿(β)的导函数。
2.根据权利要求1所述的双电机全闭环控制的二组联动自动变倍方法，其特征在于：所述前丝杆(9)的前端连接变倍电机(12)的输出轴，前丝杆(9)的后端安装于前轴承(11)，所述后丝杆(10)的前端安装于后轴承(23)，后丝杆(10)的后端连接补偿电机(13)的输出轴。
3.根据权利要求2所述的双电机全闭环控制的二组联动自动变倍方法，其特征在于：所述前轴承(11)和后轴承(23)于轴承座(27)内安装就位。
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