CN109407100A - 一种紧凑型红外扫描跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种紧凑型红外扫描跟踪系统。本发明实施例提供的紧凑型红外扫描跟踪系统包括光学镜头及红外探测器组件、球罩及壳体组件、水平双轴轴系组件、垂直轴系组件、伺服控制组件五个部分。为了实现紧凑的光机结构，本发明实施例提供的紧凑型红外扫描跟踪系统的外壳和保护球罩通过胶接方式连接成一体；本发明实施例提供的紧凑型红外扫描跟踪系统摒弃常用的三直角坐标系统，采用俯仰‑旋转扫描方式实现扫描跟踪功能。

Description

一种紧凑型红外扫描跟踪系统

技术领域

本发明涉及光机电结构的技术领域，具体涉及一种紧凑型的红外扫描跟踪系统。

背景技术

红外扫描跟踪系统接收目标和背景的红外辐射，通过高速信息图像处理实现目标的实时检测和识别，进而提取目标的信息和航迹。红外扫描系跟踪系统具有高灵敏度、高空间分辨率、大动态范围等优点，非常适合探测和跟踪微弱的目标信号和多目标需求。

目前，红外扫描跟踪系统的发展趋势是向着紧凑型、微小型的方向发展。目前，现有技术通过改进红外扫描跟踪系统的控制系统技术来实现系统的紧凑性和微小化。由于红外扫描跟踪系统的控制系统技术已经成熟并完备，为了实现更精凑和更微小的要求，需要再其他方面寻找突破口。

因此，针对现有紧凑型红外扫描跟踪系统的进一步实现紧凑性和微小化的要求，本发明实施例提出一种从光机结构方面进行改进的紧凑型红外扫描跟踪系统。

发明内容

针对现有紧凑型红外扫描跟踪系统的进一步实现紧凑性和微小化的要求，本发明实施例提出一种从光机结构方面进行改进的紧凑型红外扫描跟踪系统。本发明实施例提出的紧凑型红外扫描跟踪系统包括光学镜头及红外探测器组件，球罩及壳体组件，水平双轴轴系组件，垂直轴系组件，伺服控制系统五个部分。通过合理的安排光机结构和控制组件，实现整个红外扫描跟踪系统的外径及长度的微小化。

本发明实施例中提供的一种紧凑型红外扫描跟踪系统的具体方案如下：一种紧凑型红外扫描跟踪系统，包括：光学镜头及红外探测器组件，用于获取跟踪目标的图像信息，所述光学镜头通过镜筒与所述红外探测器相连接；球罩及壳体组件，用于框定所述紧凑型红外扫描跟踪系统，所述球罩通过胶接方式与所述壳体相连接；水平双轴轴系组件，包括第一旋转水平轴和第二旋转水平轴，所述第一旋转水平轴的一端与所述镜筒的固定块连接，另一端通过第一轴承架构在旋转平台上；所述第二旋转水平轴的一端与所述镜筒的固定块连接，另一端通过第二轴承架构在旋转平台上；垂直轴系组件，包括垂直轴和基座，所述垂直轴的一端与所述旋转平台的底部连接，另一端通过第三轴承架构在所述基座上；伺服控制组件，用于控制系统中的电控组件。

优选地，所述紧凑型红外扫描跟踪系统还包括设置在所述镜头固定块上的陀螺仪，所述陀螺仪用于稳定所述紧凑型红外扫描跟踪系统。

优选地，所述第一旋转水平轴和所述第二旋转水平轴相对所述光学镜头及红外探测器组件左右对称设置。

优选地，所述紧凑型红外扫描跟踪系统还包括设置在所述壳体底部的不同的接口，用于将所述紧凑型红外扫描跟踪系统搭载到具有相应接口的设备上。

优选地，所述球罩为采用硫化锌材料制成的半球罩。

优选地，所述半球罩与所述外壳之间通过环氧树脂胶进行胶接，胶接的部位为所述半球罩的底部和外侧面。

优选地，所述胶接的注胶间隙小于等于0.25毫米，胶接完成后的所述半球罩的光轴与所述外壳的中心轴的同轴度小于等于0.01毫米。

优选地，所述第一旋转水平轴上固定一与所述旋转平台相连接的第一电机，所述第一电机用于作为旋转动力源；所述第二旋转水平轴上搭载第一编码器，所述第一编码器用于对所述第一旋转水平轴和第二旋转水平轴的位置进行检测与反馈。

优选地，所述垂直轴系组件还包括固定在所述垂直轴上的第二编码器，所述第二编码器用于对所述垂直轴的位置进行检测和反馈；所述垂直轴系组件还包括第二电机，所述第二电机用于作为旋转动力源。

优选地，所述电控组件包括水平双轴轴系组件中的第一电机、水平双轴轴系组件中的第一编码器、垂直轴系组件中的第二电机、垂直轴系组件中的第二编码器、紧凑型红外扫描跟踪系统中的陀螺仪。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中提供一种紧凑型红外扫描跟踪系统。该紧凑型红外扫描跟踪系统通过有限元分析软件得到最小安全厚度的硫化锌半球罩尺寸，并通过胶接的方式将硫化锌半球罩与壳体相连接，解决了现有技术中采用铆接和外部压圈固定等连接方式占空间和外观不能形成一体流线等缺点，从而使得系统的整体结构紧凑，为内部核心部件腾出了更多空间。进一步地，该紧凑型红外扫描跟踪系统通过水平轴系和垂直轴系两部分轴系系统实现光学镜头和红外探测器组件的俯仰-旋转运动，通过俯仰角度的设定和360°的旋转运动，可以实现半球罩可及空间视野的全覆盖实现系统在工作空间的目标的全方位跟踪。进一步地，该紧凑型红外扫描跟踪系统通过轴系的优化设计使得应用最少组件和最紧凑的结构实现功能，达到了整个系统结构尺寸口径和长度微小化的目的。进一步地，该紧凑型红外扫描跟踪系统通过对伺服电机，编码器和陀螺仪等的伺服控制可以实现对目标位置的实时反馈和跟踪。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种紧凑型红外扫描跟踪系统的结构示意图；

图2为图1所示实施例中球罩及壳体组件的结构示意图；

图3为图1所示实施例中光学镜头及红外探测器组件的立体结构示意图；

图4为图3所示实施例中光学镜头及红外探测器组件的主视图；

图5为图3所示实施例中光学镜头及红外探测器组件的剖视图；

图6为图1所示实施例中水平双轴轴系组件的结构示意图；

图7为图1所示实施例中垂直轴系组件的结构示意图；

图8为图1所示实施例中陀螺仪固定结构的主视图；

图9为图8所示实施例中陀螺仪固定结构的左视图。

附图中标注说明：

100、紧凑型红外扫描跟踪系统 10、球罩及壳体组件

12、半球罩 14、壳体 11、大压圈

20、光学镜头及红外探测器组件 21、镜筒 23、镜筒固定块

25、红外探测器 22、第一镜片 24、第二镜片

26、第三镜片 30、水平双轴轴系组件 31、第一旋转水平轴

33、第一轴承 35、第一电机 32、第二旋转水平轴

34、第二轴承 36、第一编码器 37、旋转平台

40、垂直轴系组件 41、垂直轴 42、第二电机

43、第二编码器 44、第三轴承 45、基座

50、伺服控制组件 60、陀螺仪及固定结构 61、陀螺仪

62、固定板

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种紧凑型红外扫描跟踪系统的结构示意图。紧凑型红外扫描跟踪系统100包括：用于获取跟踪目标的图像信息的光学镜头及红外探测器组件10，光学镜头通过镜筒与红外探测器相连接；用于框定所述紧凑型红外扫描跟踪系统的球罩及壳体组件20，球罩通过胶接方式与壳体相连接；包括第一旋转水平轴31和第二旋转水平轴32的水平双轴轴系组件30，第一旋转水平轴31的一端与镜筒固定块23连接，另一端通过第一轴承33架构在旋转平台37上；第二旋转水平轴32的一端与镜筒固定块23连接，另一端通过第二轴承34架构在旋转平台37上；包括垂直轴41和基座45的垂直轴系组件40，垂直轴41的一端与旋转平台37的底部连接，另一端通过第三轴承44架构在基座45上；用于控制系统中的电控组件的伺服控制组件50。

如图2所示，本发明实施例中球罩及壳体组件的结构示意图。球罩及壳体组件20包括球罩和机械壳体(简称壳体)。球罩为采用硫化锌材料制成的半球罩12。硫化锌材料不仅具有很好的机械强度，还具有很好的光学性能。半球罩12设置在整个红外扫描跟踪系统100的最前端，为整个系统提供一个清晰的视界和安全的屏障。外壳14采用硬铝合金车削加工制成。外壳14和半球罩12之间通过环氧树脂胶进行胶接，胶接部位为半球罩的底部和外侧面。如图2所示，注胶间隙r为0.25mm。胶接完毕后，半球罩12的光轴和外壳14的中心轴的同轴度m小于0.01mm。注胶完毕后，通过大压圈11旋入壳体14，底部拖顶住半球罩12，侧面径向紧固半球罩12。

如图3至图5所示，本发明实施例中光学镜头及红外探测器组件的不同方位的结构示意图。光学镜头及红外探测器组件20包括光学镜头和红外探测器25两部分。在该实施例中，光学镜头由三片非球面镜片构成的定焦镜头。如图5所示，三片非球面镜片分别为第一镜片22、第二镜片24和第三镜片26。第一镜片22、第二镜片24和第三镜片26分别通过两端装配的方式通过压圈固定在镜筒21中。光学镜头通过轴孔配合和径向螺钉孔与镜头固定块23相连接。镜头固定块23的尾端通过法连连接方式与红外探测器25相连接。在该实施例中，为了有效地减小红外扫描跟踪系统100的体积，红外探测器25采用微小型红外探测器。为了精准对焦，在镜头固定块23和红外探测器25之间放有压圈，通过修磨压圈的厚度来调整光学镜头的成像面和红外探测器面重合。

如图6所示，本发明实施例中水平双轴轴系组件30的结构示意图。水平双轴轴系组件30包括第一旋转水平轴31和第二旋转水平轴32的水平双轴轴系组件30，第一旋转水平轴31的一端与镜筒固定块23连接，另一端通过第一轴承33架构在旋转平台37上。第一旋转水平轴31和所述第二旋转水平轴32相对光学镜头及红外探测器组件20左右对称设置。第一旋转水平轴31上固定一与旋转平台37相连接的第一电机35。第一电机35用于作为旋转的动力源。在该实施例中，第一电机35采用盘型电机。第二旋转水平轴32上搭载第一编码器36。第一编码器36用于对所述第一旋转水平轴31和/或第二旋转水平轴32的位置进行检测与反馈。光学镜头及红外探测器组件20可以相对于旋转平台37以水平轴为旋转做旋转运动，在本文中，定义该运动为整个红外扫描追踪系统100的俯仰运动。根据对扫描追踪指标的不同可以设置机械定位和电子定位，从而指定光学镜头及红外探测器组件20的俯仰角度。

如图7所示，本发明实施例中垂直轴系组件40的结构示意图。垂直轴系组件40包括垂直轴41、基座45、固定在垂直轴41上的第二编码器43、实现动力输出的第二电机42。在该实施例中，第二电机42采用步进电机。垂直轴41的一端通过法兰孔与旋转平台37的底部相连接，另一端通过第三轴承44架构在基座45上。固定在基座45上的步进电机42的输出端与垂直轴41相连接，从而为垂直轴系组件40提供动力输出。固定在垂直轴41上的第二编码器43可以实时监测和反馈垂直轴41的位置。旋转平台37可以在步进电机42的驱动下，以垂直轴41为旋转轴做旋转运动，从而带动搭载在旋转平台37上的光学镜头及红外探测器组件20做360°旋转运动。在本文中，定义该运动为真个红外扫描追踪系统的旋转运动。根据对扫描跟踪指标的不同，可以设置机械定位和电子定位，从而指定旋转运动的角度。基座45通过轴孔配合和法兰连接方式与壳体14相连接，将整个运动部件固定在壳体14上，使得壳体14成为整个运动的固定基准。

通过上述的俯仰运动和旋转运动两个运动的叠加，红外扫描追踪系统100可以实现该工作空间内目标的全覆盖。

在一优选实施例中，所述紧凑型红外扫描跟踪系统还包括设置在所述镜头固定块上的陀螺仪，所述陀螺仪用于稳定所述紧凑型红外扫描跟踪系统。如图8和图9所示，本发明实施例中陀螺仪固定结构的主视图和左视图。陀螺仪固定结构60包括陀螺仪61和用于固定陀螺仪61的固定板62。陀螺仪61的作用是稳定红外扫描跟踪系统100的震动作用，使得红外扫描跟踪系统100平稳运行。

伺服控制系统50包括对上述组件中提到的电控组件的控制。电控组件具体包括作为俯仰运动动力输出源的水平双轴轴系组件中的第一电机、用于俯仰运动的实时监控和位置反馈的水平双轴轴系组件中的第一编码器、垂作为旋转运动的动力输出源的直轴系组件中的第二电机、用于旋转运动的实时监控和位置反馈的垂直轴系组件中的第二编码器、紧凑型红外扫描跟踪系统中的陀螺仪。

紧凑型红外扫描跟踪系统100还包括设置在所述壳体底部的不同的接口，用于将所述紧凑型红外扫描跟踪系统搭载到具有相应接口的设备上。

为了实现紧凑的光机结构，本发明实施例提供的紧凑型红外扫描跟踪系统100的外壳14和保护球罩12通过胶接方式连接成一体；本发明实施例提供的紧凑型红外扫描跟踪系统100摒弃常用的三直角坐标系统，采用俯仰-旋转扫描方式实现扫描跟踪功能；本发明实施例提供的紧凑型红外扫描跟踪系统100分为光学镜头及红外探测器组件、球罩及壳体组件、水平双轴轴系组件、垂直轴系组件、伺服控制系统五个部分。通过合理的安排光机结构和控制组件，最终实现整个红外扫描跟踪系统100的外径小于70mm，长度小于200mm。

本发明实施例提供的紧凑型红外扫描跟踪系统100通过对伺服电机，编码器和陀螺仪等的伺服控制可以实现对目标位置的实时反馈和跟踪。

本发明实施例中提供的紧凑型红外扫描跟踪系统通过有限元分析软件得到最小安全厚度的硫化锌半球罩尺寸，并通过胶接的方式将硫化锌半球罩与壳体相连接，解决了现有技术中采用铆接和外部压圈固定等连接方式占空间和外观不能形成一体流线等缺点，从而使得系统的整体结构紧凑，为内部核心部件腾出了更多空间。

本发明实施例中提供的紧凑型红外扫描跟踪系统通过水平轴系和垂直轴系两部分轴系系统实现光学镜头和红外探测器组件的俯仰-旋转运动，通过俯仰角度的设定和360°的旋转运动，可以实现半球罩可及空间视野的全覆盖实现系统在工作空间的目标的全方位跟踪。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述紧凑型红外扫描跟踪系统包括：

光学镜头及红外探测器组件，用于获取跟踪目标的图像信息，所述光学镜头通过镜筒与所述红外探测器相连接；

球罩及壳体组件，用于框定所述紧凑型红外扫描跟踪系统，所述球罩通过胶接方式与所述壳体相连接；

水平双轴轴系组件，包括第一旋转水平轴和第二旋转水平轴，所述第一旋转水平轴的一端与所述镜筒的固定块连接，另一端通过第一轴承架构在旋转平台上；所述第二旋转水平轴的一端与所述镜筒的固定块连接，另一端通过第二轴承架构在旋转平台上；

垂直轴系组件，包括垂直轴和基座，所述垂直轴的一端与所述旋转平台的底部连接，另一端通过第三轴承架构在所述基座上；

伺服控制组件，用于控制系统中的电控组件。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述紧凑型红外扫描跟踪系统还包括设置在所述镜头固定块上的陀螺仪，所述陀螺仪用于稳定所述紧凑型红外扫描跟踪系统。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述第一旋转水平轴和所述第二旋转水平轴相对所述光学镜头及红外探测器组件左右对称设置。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述紧凑型红外扫描跟踪系统还包括设置在所述壳体底部的不同的接口，用于将所述紧凑型红外扫描跟踪系统搭载到具有相应接口的设备上。

5.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述球罩为采用硫化锌材料制成的半球罩。

6.根据权利要求5所述的一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述半球罩与所述外壳之间通过环氧树脂胶进行胶接，胶接的部位为所述半球罩的底部和外侧面。

7.根据权利要求6所述的一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述胶接的注胶间隙小于等于0.25毫米，胶接完成后的所述半球罩的光轴与所述外壳的中心轴的同轴度小于等于0.01毫米。

8.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述第一旋转水平轴上固定一与所述旋转平台相连接的第一电机，所述第一电机用于作为旋转动力源；所述第二旋转水平轴上搭载第一编码器，所述第一编码器用于对所述第一旋转水平轴和第二旋转水平轴的位置进行检测与反馈。

9.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述垂直轴系组件还包括固定在所述垂直轴上的第二编码器，所述第二编码器用于对所述垂直轴的位置进行检测和反馈；所述垂直轴系组件还包括第二电机，所述第二电机用于作为旋转动力源。

10.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外扫描跟踪系统，其特征在于，所述电控组件包括水平双轴轴系组件中的第一电机、水平双轴轴系组件中的第一编码器、垂直轴系组件中的第二电机、垂直轴系组件中的第二编码器、紧凑型红外扫描跟踪系统中的陀螺仪。