CN109814320A - 一种基于盘形凸轮的调焦机构 - Google Patents

Abstract

一种基于盘形凸轮的调焦机构,包括电机部组件、齿凸轮轴系、滑动预紧部组件和支架；齿凸轮轴系、滑动预紧部组件、电机部组件均安装在支架上，电机部组件与齿凸轮轴系之间为一对齿轮副啮合传动，齿凸轮轴系与滑动预紧部组件之间为盘形凸轮机构传动，滑动预紧部组件运动时实现调焦功能并消除盘形凸轮机构的传动间隙。本发明解决了空间光学相机离焦补偿机构的轻量化、小型化设计问题。

Description

一种基于盘形凸轮的调焦机构

技术领域

本发明涉及一种基于盘形凸轮的调焦机构，属于空间光学相机离焦补偿技术领域。

背景技术

目前，在轨应用的空间光学相机离焦补偿方式主要有透镜移动补偿、反射镜移动补偿和像面移动补偿三种方式。目前在轨应用的调焦机构核心结构主要为滚珠丝杠机构、滚珠丝杠与蜗轮蜗杆的复合机构以及圆柱凸轮或筒状凸轮机构。其中滚珠丝杠机构应用较为广泛，但在一些有安装空间限制的场合难以适用。圆柱凸轮或筒状凸轮机构有利于在有空间限制的场合下使用，特别是适用于被调节件为尺寸偏小的圆柱形透镜组或尺寸适宜的焦面组件。但是通常情况下，筒状凸轮机构的内径要大于被调节件外形尺寸，普通单反镜头的调焦环即属于此类，对于尺寸稍大些的被调节件来说，该方案略显笨拙，若被调节部件周侧的空间布局较为紧凑，也不适合应用此方案；而且一般情况下，凸轮方案驱动电机的驱动轴、筒状凸轮的中心轴及被调节件的运动方向三者平行同向，当由于被调节件尺寸稍大而将筒状凸轮机构布局在被调节件前端、后端或一侧时，若在此调节方向上尺寸有严格限制，则不宜使用此方案。总之，在布局较为紧凑的情况下，圆柱凸轮或筒状凸轮机构也不适用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于盘形凸轮的调焦机构，解决了空间光学相机离焦补偿机构的轻量化、小型化设计问题。

本发明的技术解决方案是：一种基于盘形凸轮的调焦机构，包括电机部组件、齿凸轮轴系、滑动预紧部组件和支架；齿凸轮轴系、滑动预紧部组件、电机部组件均安装在支架上，电机部组件与齿凸轮轴系之间为一对齿轮副啮合传动，齿凸轮轴系与滑动预紧部组件之间为盘形凸轮机构传动，滑动预紧部组件运动时实现调焦功能并消除盘形凸轮机构的传动间隙。

所述电机部组件包括电机和主动轮；电机通过螺钉安装在支架上，主动轮安装在电机的轴上。

所述齿凸轮轴系包括检测元件、连轴套、凸轮轴、轴承盖、轴承、上轴套、齿凸轮、下轴套、轴承；检测元件通过螺钉安装在支架上，并通过连轴套实现检测元件的轴与凸轮轴的连接；轴承安装在支架上，凸轮轴插入轴承的内圈；凸轮轴上依次安装下轴套、齿凸轮、上轴套、轴承、轴承盖；轴承盖通过螺钉安装在支架上，主动轮与齿凸轮通过设计电机的轴和凸轮轴间的中心距，实现啮合关系实现啮合关系。

在所述齿凸轮的端面上设计有凸轮槽，凸轮槽的凸轮线为螺旋线，螺旋线的中心在凸轮轴的轴线上。

所述滑动预紧部组件包括滑块、连接件、导轨、弹簧套杆、弹簧、弹簧导杆、弹簧座；滑块的一端嵌入在齿凸轮的凸轮槽内，另一端通过螺钉与连接件连接，连接件通过螺钉连接在导轨上，导轨通过螺钉与支架连接；弹簧套杆安装在连接件上，弹簧座安装在支架上，弹簧导杆安装在弹簧座上，弹簧套杆与弹簧导杆为间隙配合，弹簧安装在弹簧导杆及弹簧套杆或连接件之间，通过弹簧实现滑块与齿凸轮上凸轮槽一侧螺旋面的无隙配合。

所述齿凸轮采用盘形凸轮形式，且与齿轮副的从动轮为一体化设计，即盘形凸轮设计在从动轮的端面上；所述齿轮副为齿凸轮和主动轮啮合形成。

所述齿凸轮的凸轮线为螺旋线，使得转角量与位移量的关系为线性关系。

所述齿凸轮采用聚醚醚酮材料。

所述电机轴与齿凸轮轴系的中心距为31.5mm。

所述齿轮副的传动比为4:1。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明将传动副与调焦功能进行一体化设计，避免了滚珠丝杠机构以及滚珠丝杠与蜗轮蜗杆的复合机构将传动副与调焦功能分离的缺点，实现了调焦机构的紧凑设计；将圆柱凸轮或筒状凸轮机构优化为盘形凸轮机构，使得传动副与凸轮调焦机构可以进行一体化设计，并且使得驱动轴可以不再与被调节对象的运动方向平行，从而提高了调焦结构设计布局的灵活性。

本发明采用盘形凸轮作为核心传动部件，可以实现盘形凸轮与传动齿轮副的从动轮的一体化设计，达到减少传动零件数目和结构紧凑设计的目的。且本发明中盘形凸轮的凸轮线为螺旋线，使得转角量与位移量是线性关系，有利于调焦控制装置的设计实现。

本发明中机构的驱动轴和盘形凸轮的中心轴与离焦补偿运动方向是垂直的，有利于灵活布局使结构更加紧凑。以从电机到滑块的传动部分的布局为例，本发明方案中的传动部分，可以根据具体情况将调焦机构的传动部分布局在被调节件的端部、底面或者一侧；且本发明中的电机或检测元件可以根据需要布局在调焦机构的底部，使得本发明具有更多的变化和更广泛的适用性。。

附图说明

图1为电机部组件；

图2为齿凸轮轴系；

图3为滑动预紧部组件；

图4为支撑部组件；

图5为本发明正放时的俯视图；

图6为沿图1中“电机剖切线”的剖视图；

图7为沿图1中“中心剖切线”的剖视图；

图8为沿图1中“导轨剖切线”的剖视图；

图9为其他可能的布局方案之电机布局在底部；

图10为其他可能的布局方案之检测元件布局在底部；

图11为检测元件与焦面位置之间的实际对应关系拟合曲线。

具体实施方式

本发明提出一种新的调焦机构方案，本调焦机构基于盘形凸轮实现调焦，使得调焦机构的布局更加紧凑。该调焦机构由电机部组件、齿凸轮轴系、滑动预紧部组件、支撑部组件组成。如图1所示，电机部组件包括电机11、主动轮12；如图2所示，齿凸轮轴系包括检测元件1、连轴套2、凸轮轴3、轴承盖4、轴承5、上轴套6、齿凸轮7、下轴套9、轴承10；如图3所示，滑动预紧部组件包括滑块13、连接件14、导轨19、弹簧套杆15、弹簧16、弹簧导杆17、弹簧座18；如图4所示，支撑部组件包括支架8。如图5所示，为本发明正放时的俯视图，显示了图6～图8的剖切位置。齿凸轮轴系、滑动预紧部组件、电机部组件安装在支撑部组件上，电机部组件与齿凸轮轴系之间为一对齿轮副啮合传动，图6即显示了这种啮合关系，并且表达了齿凸轮轴系的具体装配关系；齿凸轮轴系与滑动预紧部组件之间为盘形凸轮机构传动，图7即显示了这种凸轮传动关系，并且表达了滑动预紧部组件的具体装配关系，滑动预紧部组件运动时可实现调焦功能并可消除盘形凸轮机构的传动间隙。连接件14连接被调节件。本发明中的齿凸轮7采用盘形凸轮形式，且与齿轮副的从动轮是一体化设计，即盘形凸轮设计在从动轮的端面上。本发明中齿凸轮7的凸轮线为螺旋线，使得转角量与位移量的关系为线性关系。

本发明中机构的电机11轴和齿凸轮7的中心轴与离焦补偿运动方向是垂直的，有利于灵活布局使结构更加紧凑，具有结构简单、布局紧凑、体积小、质量轻等优点。该盘形凸轮式调焦机构可以根据被调节件周围空间位置的实际情况，调整凸轮机构与导轨及连接板的相对位置关系，以达到调焦机构与被调节件的优化布局效果。

以从电机到滑块的传动部分的布局为例，本发明方案中的传动部分，可以根据具体情况将调焦机构的传动部分布局在被调节件的端部、底面或者一侧；且本发明中的电机或检测元件可以根据需要布局在调焦机构的底部，使得本发明具有更多的变化和更广泛的适用性。如图9所示，显示了电机布局在本发明底部的情况，而图10显示了检测元件布局在本发明底部的情况。

本发明由电机部组件、齿凸轮轴系、滑动预紧部组件、支撑部组件组成。电机部组件包括电机11、主动轮12；齿凸轮轴系包括检测元件1、连轴套2、凸轮轴3、轴承盖4、轴承5、上轴套6、齿凸轮7、下轴套9、轴承10；滑动预紧部组件包括滑块13、连接件14、导轨19、弹簧套杆15、弹簧16、弹簧导杆17、弹簧座18；支撑部组件包括支架8。

电机11通过螺钉安装在支架8上，主动轮12安装在电机11的轴上；轴承10安装在支架8上，凸轮轴3插入轴承10的内圈；

凸轮轴3依次安装有下轴套9、齿凸轮7、上轴套6、轴承5、轴承盖4，轴承盖4通过螺钉安装在支架8上，主动轮12与齿凸轮7通过设计电机11的轴和凸轮轴3间的中心距，实现啮合关系实现啮合关系。

在齿凸轮7的端面上设计有凸轮槽，凸轮槽的凸轮线为螺旋线，螺旋线的中心在凸轮轴3的轴线上。

滑块13的一端嵌入在齿凸轮7的凸轮槽内，另一端通过螺钉与连接件14连接，连接件14通过螺钉连接在导轨19上，导轨19通过螺钉与支架8连接。

检测元件1通过螺钉安装在支架8上，并通过连轴套2实现检测元件1的轴与凸轮轴3的连接。

弹簧套杆15安装在连接件14上，弹簧座18安装在支架8上，弹簧导杆17安装在弹簧座18上，弹簧套杆15与弹簧导杆17为间隙配合，弹簧16安装在弹簧导杆17及弹簧套杆15或连接件14之间，通过弹簧16实现滑块13与齿凸轮7上凸轮槽一侧螺旋面的无隙配合。

本发明中调焦机构的工作原理为：控制器控制电机11带动主动轮12转动，主动轮12通过齿轮副的啮合带动齿凸轮7转动，从而凸轮槽也发生转动，也即凸轮机构开始工作，则滑块13带动连接件14运动，由于导轨19的导向作用，滑块13与连接件14沿导轨运动方向做直线运动，则连接在连接件14上的被调节件也随之做直线运动，实现调焦功能。齿凸轮7转动时带动凸轮轴3及与之连接的检测元件1转动，从而实现转角测量。连接件14沿导轨19做直线运动时，弹簧16发生伸缩，通过弹性势能使滑块13实现与齿凸轮7上凸轮槽一侧螺旋面的无隙配合。

如图11所示，为本发明试验的实测曲线，其中横坐标代表了检测元件的转角量，纵坐标则为被调节件的位移量，它们的拟合曲线近似直线，说明了本发明的转角量与位移量的关系为线性关系。

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 (10)

1.一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：包括电机部组件、齿凸轮轴系、滑动预紧部组件和支架(8)；齿凸轮轴系、滑动预紧部组件、电机部组件均安装在支架(8)上，电机部组件与齿凸轮轴系之间为一对齿轮副啮合传动，齿凸轮轴系与滑动预紧部组件之间为盘形凸轮机构传动，滑动预紧部组件运动时实现调焦功能并消除盘形凸轮机构的传动间隙。

2.根据权利要求1所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：所述电机部组件包括电机(11)和主动轮(12)；电机(11)通过螺钉安装在支架(8)上，主动轮(12)安装在电机(11)的轴上。

3.根据权利要求2所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：所述齿凸轮轴系包括检测元件(1)、连轴套(2)、凸轮轴(3)、轴承盖(4)、轴承(5)、上轴套(6)、齿凸轮(7)、下轴套(9)、轴承(10)；检测元件(1)通过螺钉安装在支架(8)上，并通过连轴套(2)实现检测元件(1)的轴与凸轮轴(3)的连接；轴承(10)安装在支架(8)上，凸轮轴(3)插入轴承(10)的内圈；凸轮轴(3)上依次安装下轴套(9)、齿凸轮(7)、上轴套(6)、轴承(5)、轴承盖(4)；轴承盖(4)通过螺钉安装在支架(8)上，主动轮(12)与齿凸轮(7)通过设计电机(11)的轴和凸轮轴(3)间的中心距，实现啮合关系。

4.根据权利要求3所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：在所述齿凸轮(7)的端面上设计有凸轮槽，凸轮槽的凸轮线为螺旋线，螺旋线的中心在凸轮轴(3)的轴线上。

5.根据权利要求4所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：所述滑动预紧部组件包括滑块(13)、连接件(14)、导轨(19)、弹簧套杆(15)、弹簧(16)、弹簧导杆(17)、弹簧座(18)；滑块(13)的一端嵌入在齿凸轮(7)的凸轮槽内，另一端通过螺钉与连接件(14)连接，连接件(14)通过螺钉连接在导轨(19)上，导轨(19)通过螺钉与支架(8)连接；弹簧套杆(15)安装在连接件(14)上，弹簧座(18)安装在支架(8)上，弹簧导杆(17)安装在弹簧座(18)上，弹簧套杆(15)与弹簧导杆(17)为间隙配合，弹簧(16)安装在弹簧导杆(17)及弹簧套杆(15)或连接件(14)之间，通过弹簧(16)实现滑块(13)与齿凸轮(7)上凸轮槽一侧螺旋面的无隙配合。

6.根据权利要求5所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：所述齿凸轮(7)采用盘形凸轮形式，且与齿轮副的从动轮为一体化设计，即盘形凸轮设计在从动轮的端面上；所述齿轮副为齿凸轮(7)和主动轮(12)啮合形成。

7.根据权利要求5所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：所述齿凸轮(7)的凸轮线为螺旋线，使得转角量与位移量的关系为线性关系。

8.根据权利要求5所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：所述齿凸轮(7)采用聚醚醚酮材料。

9.根据权利要求6所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：所述电机(11)轴与齿凸轮(7)轴系的中心距为31.5mm。

10.根据权利要求6所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：所述齿轮副的传动比为4:1。