CN109581610B - 调焦机构 - Google Patents

Abstract

本发明适用空间遥感技术领域，提供了一种调焦机构，通过在柔性平行四杆机构中支撑连杆两端采用柔性铰链分别连接传动底座和固定端，使得整个柔性平行四杆机构具有弹性形变能力，当焦面组件设置在四杆机构上时，四杆机构的弹性形变既能调整焦平面位置，又不具有一般传动机构因活动部件产生的间隙和机械摩擦，有效的避免遥感相机在高空环境因导轨滑行、凸轮间隙等对调焦机构精度的损失，以及及活动部件在高空或者真空环境下冷焊现象的发生。

Description

调焦机构

技术领域

本发明属于空间遥感技术领域，主要应用于空间光学遥感相机的焦面调整，尤其涉及一种调焦机构。

背景技术

空间光学遥感相机在高空对地观察、太空探测等领域具有重要的科学和军事意义。由于遥感相机在运载过程中会受到冲击、振动、过载等影响，在轨运行时受环境条件(如压力、温度、微重力等)变化或成像物距变化等造成相机的焦平面产生不同程度偏移，为了保证遥感相机在高空甚至真空环境的成像质量，须对遥感相机设计一套能够克服高空环境影响的调焦机构，将焦面加以校正。

目前常用的直线导轨导向调焦，其传动部件的间隙容易在高空环境中产生黏连甚至冷焊。而直接采用凸轮导向传动，其硬接触的传动方式在遥感相机运载过程中会受到冲击、振动、过载导致调焦不准确。现有技术存在不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于柔性铰链连接的调焦机构，旨在解决遥感相机高空飞行中自发震动、共振、过载时对相机拍摄精度和焦距调整受干扰的技术问题。

本发明提供一种调焦机构，包括用于安装相机的焦面组件的柔性平行四杆机构和使所述柔性平行四杆机构往复运动的驱动机构；所述柔性平行四杆机构包括：上框架、驱动连杆、支撑连杆、柔性铰链和固定端；所述上框架包括相互垂直且固定连接的竖直框体和传动底板，所述竖直框架用于安装所述焦面组件，所述传动底板靠近所述驱动机构的一端通过所述驱动连杆与所述驱动机构连接；所述传动底板远离所述竖直框架的一面通过所述支撑连杆与所述固定端连接；所述支撑连杆的两端分别通过柔性铰链连接所述传动底板和所述固定端。

优选的，所述支撑连杆的数目为四个；四个所述支撑连杆分别通过柔性铰链连接在所述传动底板的四个端部。

本发明的机载轻型调焦机构，通过在柔性平行四杆机构中支撑连杆两端采用柔性铰链分别连接传动底座和固定端，使得整个柔性平行四杆机构具有弹性变形的能力，当焦面组件设置在四杆机构上时，四杆机构的弹性形变既能调整焦平面又不具有一般传动机构因活动部件产生的间隙和机械摩擦，有效的避免遥感相机在高空环境因导轨爬行、凸轮间隙等对调焦机构精度的损失及活动部件在高空或者真空环境下冷焊现象的发生。

附图说明

图1是本发明的调焦机构的整体结构图；

图2是本发明的调焦机构中柔性平行四杆机构的具体结构图；

图3是本发明的调焦机构中驱动机构的具体结构部分剖视图；

图4是本发明的驱动机构中减速器与凸轮机构的连接结构图；

图5是本发明的调焦机构按照在遥感相机上的结构图。

图中的附图标记表示为：

1、上框架；11、竖直框体；12、传动底板；2、驱动连杆；3、支撑连杆；4、柔性铰链；5、固定端；6、连接板；7、步进电机；8、减速器；81、涡轮部；82、蜗杆部；9、凸轮机构；10、遥感相机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合附图1-5和具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

如附图1、2、5所示，本发明的一种调焦机构，包括用于安装遥感相机10的焦面组件的柔性平行四杆机构和使柔性平行四杆机构往复运动的驱动机构；柔性平行四杆机构包括：上框架1、驱动连杆2、支撑连杆3、柔性铰链4和固定端5；上框架1包括相互垂直且固定连接的竖直框体11和传动底板12，竖直框架用于安装焦面组件，传动底板12靠近驱动机构的一端通过驱动连杆2与驱动机构连接；传动底板12远离竖直框架的一面通过支撑连杆3与固定端5连接；支撑连杆3的两端分别通过柔性铰链4连接传动底板12和固定端5。由于该四杆机构利用柔性平行四杆的弹性变形进行导向，有效避免了采用导轨滑行调焦和凸轮传动调焦的间隙等对调焦机构的精度损失及活动部件在空间冷焊现象的发生。

优选的，支撑连杆3的数目为四个；四个支撑连杆3分别通过柔性铰链4连接在传动底板12的四个端部。

如附图1、3、5所示，驱动机构包括：与相机固定的连接板6、固定在连接板6上的步进电机7、与步进电机7输出轴连接的减速器8以及连接减速器8与驱动连杆2的凸轮机构9。当步进电机7转动时，将驱动涡轮蜗杆减速器8转动，然后由涡轮带动涡轮轴两端的凸轮机构9转动，最后凸轮机构9通过驱动连杆2带动柔性平行四杆机构使柔性平行四杆机构上框架1(用来安装遥感相机10的焦面组件)实现前后往复运动，从而实现遥感相机10焦面的调整。

优选的，减速器8为中间输入两端输出的涡轮蜗杆，其蜗杆部82套设在步进电机7的输出轴上并驱动涡轮部81转动；涡轮蜗杆的两输出端分别连接有凸轮机构9并驱动凸轮机构9转动；驱动连杆2的端部设置为环状并套设在凸轮机构9上，随转动的凸轮机构9的外轮毂进行往复运动。

具体的，如附图3、4所示凸轮机构9通过在涡轮蜗杆(图示出的减速器8的涡轮部81的传动杆部分)的两端分别偏心安装一个型号为619的深沟球轴承来实现，其轴承由一个M5型号的螺母固定即可构成凸轮机构9。

如附图1、5所示，两个驱动连杆2分别与竖直框架长度方向上的端部对应的传动底板12连接。

如附图1所示，固定端5固定在连接板6上，以确保柔性平行四杆机构和驱动机构之间有一个相对固定的位置范围，以确保调焦的基准稳定。

优选的，涡轮蜗杆具有自锁功能。通过该涡轮蜗杆的自锁功能可实现焦面位置的锁定。

如附图1、2所示，柔性铰链4设置为直梁型，柔性铰链4的截面尺寸根据相机在发射过程中冲击、过载和振动的影响来设置。能够有效避免上述过程对相机焦面的影响。在其他实施例中，柔性铰链也可以采用圆弧形。

如附图2所示，柔性平行四杆机构采用一体化结构。具体的，驱动连杆2、上框架1、平行设置的四个支撑连杆3以及相应的柔性铰链4在一块材料上整体加工出来，可以有效降低装配难度并提高整个传动机构的结构稳定性。

在优选的实施例中，柔性平行四杆机构的材质为钛合金。

本发明提出的调焦机构采用柔性铰链4进行传动的柔性平行四杆机构作为遥感相机10的焦面组件的导向机构，以步进电机7、蜗杆涡轮减速器8、凸轮机构9为驱动机构。与现有技术中的直线导轨和凸轮传动机构相比，柔性平行四杆导向机构结构简单、紧凑，降低了加工和装配难度，提高了经济性；且采用柔性铰链4的弹性形变进行传动，避免了活动部件在高空的低温真空环境中发生黏连和冷焊现象，提高了系统的可靠度，也避免了导轨爬行、凸轮间隙等对调焦机构精度的损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种调焦机构，其特征在于，包括用于安装相机的焦面组件的柔性平行四杆机构和使所述柔性平行四杆机构往复运动的驱动机构；所述柔性平行四杆机构包括：上框架、驱动连杆、支撑连杆、柔性铰链和固定端；所述上框架包括相互垂直且固定连接的竖直框架和传动底板，所述竖直框架用于安装所述焦面组件，所述传动底板靠近所述驱动机构的一端通过所述驱动连杆与所述驱动机构连接；所述传动底板远离所述竖直框架的一面通过所述支撑连杆与所述固定端连接；所述支撑连杆的两端分别通过柔性铰链连接所述传动底板和所述固定端；

所述支撑连杆的数目为四个；四个所述支撑连杆分别通过柔性铰链连接在所述传动底板的四个端部；

所述驱动机构包括：与所述相机固定的连接板、固定在所述连接板上的步进电机、与所述步进电机输出轴连接的减速器以及连接所述减速器与所述驱动连杆的凸轮机构；

所述减速器为中间输入两端输出的涡轮蜗杆，其蜗杆部套设在所述步进电机的输出轴上并驱动涡轮部转动；所述涡轮蜗杆的两输出端分别连接有凸轮机构并驱动凸轮机构转动；所述驱动连杆的端部设置为环状并套设在所述凸轮机构上，随转动的凸轮机构的外轮毂进行往复运动；

所述柔性铰链设置为直梁型，柔性铰链的截面尺寸根据所述相机在发射过程中冲击、过载和振动的影响来设置。

2.如权利要求1所述的调焦机构，其特征在于，两个所述驱动连杆分别与所述竖直框架长度方向上的端部对应的所述传动底板连接。

3.如权利要求1所述的调焦机构，其特征在于，所述固定端固定在所述连接板上。

4.如权利要求1所述的调焦机构，其特征在于，所述涡轮蜗杆具有自锁功能。

5.如权利要求1所述的调焦机构，其特征在于，所述柔性平行四杆机构采用一体化结构。

6.如权利要求5所述的调焦机构，其特征在于，所述柔性平行四杆机构的材质为钛合金。

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