CN110031949A - 一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，包括旋转棱镜装置、步进电机、联轴器、轴承座、底板和花键轴；旋转棱镜装置包括棱镜总成和驱动总成；步进电机控制一个或者多个旋转棱镜装置中的棱镜旋转，步进电机通过花键轴带动移动半带轮和固定半带轮旋转，移动半带轮和固定半带轮通过皮带带动从动带轮旋转，进而带动镜桶以及镜桶内的棱镜旋转；采用电缸驱动移动半带轮，调节移动半带轮与固定半带轮间距，进而挤压皮带，使皮带位于移动半带轮和固定半带轮不同的旋转半径处，实现镜体旋转的无极调速，并且通过位移传感器实时反馈位移量。与现有技术相比，本发明具有可同步精确控制多棱镜旋转、降低装置振动以及降低制造成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及属于光学传递系统领域，尤其是涉及一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统。
背景技术
旋转棱镜具有视场大，结构紧凑、转动惯量小等特点，旋转棱镜扫描机构在动态光学跟踪、扫描、捕获、通信、测距等领域具有广泛的应用，双棱镜在扫描、跟踪等工作状态下，存在扫描盲区且扫描域较小，需采用多棱镜同时作业消除盲区，扩大扫描范围。在先技术(李安虎等专利，申请号201711381976.8，申请日2017年12月20日，专利名称“同步带驱动的旋转双棱镜集成机构”；祖继锋等专利，申请号03129234.8，申请日2003年6月13日，专利名称“卫星轨迹光学模拟装置；李安虎等专利，申请号201510152371.6，申请日2015年4月2日，专利名称“一种级联粗精藕合光学扫描装置”；及李安虎等专利，申请号201210439061.9，申请日2012年11月7日，专利名称“实现粗精两级扫描的转动棱镜装置”)，均采用多动力源驱动多棱镜转动，多动力源的驱动在多棱镜旋转动态作业时，无法实现同步精确控制，将极大影响旋转棱镜装置的扫描和跟踪精度，且多动力源的引入将增强装置作业时的振动，由于该转镜系统为光学敏感性器件，振动将极大影响其作业性能。与此同时，多动力源的引入也将大大提升装置的制造成本。
在先技术(李安虎等专利，申请号201711381976.8，申请日2017年12月20日，专利名称“同步带驱动的旋转双棱镜集成机构”；李安虎等专利，申请号201210375722.6，申请日2012年10月8日，专利名称“采用凸轮驱动的摆镜机构”及李安虎等专利，申请号201510560372.4，申请日2015年9月7日，专利名称“一种曲柄滑块驱动的摆镜机构”)均采用挠性件挤压镜体实现镜体的安装，由于镜子是光学敏感器件，挤压将使镜子表面变形，降低镜子面型精度，将直接影响装置的跟踪及扫描精度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服当前多棱镜旋转装置无法实现同步精确控制，多动力源驱动加剧装置振动，且制造成本高的缺陷，提供一种可同步精确控制，降低装置振动，减少制造成本的单动力源驱动多棱镜的转镜系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，包括旋转棱镜装置、步进电机、联轴器、轴承座、底板和花键轴；所述旋转棱镜装置包括棱镜总成和驱动总成；所述棱镜总成包括安装座、贯穿设置在安装座上部的镜桶、固装于镜桶一端的棱镜组件，固定安装于所述镜桶另一端的从动带轮；
所述步进电机和轴承座固装在所述底板上，所述花键轴架设于所述轴承座上，所述步进电机通过联轴器与花键轴连接，所述旋转棱镜装置固装在花键轴上且置于两个轴承座之间，并且所述花键轴上固装一个或若干个旋转棱镜装置；
所述驱动总成包括位移传感器、电缸、第一拨叉、第一卡簧、移动半带轮、第二卡簧、固定半带轮、第一轴承、拨叉套和第二拨叉；
所述位移传感器和电缸固装在安装座的下部空腔内，所述第一拨叉和第二拔叉分别固装在位移传感器和电缸的主轴上；所述移动半带轮套设于所述花键轴上，并且与所述花键轴滑动连接；所述拔叉套外侧面与所述第一拨叉和第二拔叉卡接，内侧面通过第一轴承与所述移动半带轮连接；所述移动半带轮和所述拔叉套的内侧面设有位置匹配第一卡簧凹槽和位置匹配的凸起，所述第一卡簧匹配安装于该第一卡簧凹槽内；所述第一轴承的两端分别与所述第一卡簧和第一凸起接触连接；所述固定半带轮通过第二卡簧固装在花键轴上；所述移动半带轮和固定半带轮之间设有皮带，并通过该皮带带动所述从动带轮转动；所述移动半带轮和/或固定半带轮与所述皮带接触的面为斜面。
本发明的工作原理为：采用单动力源(步进电机)控制一个或者多个旋转棱镜装置中的棱镜旋转，步进电机通过花键轴带动移动半带轮和固定半带轮旋转，移动半带轮和固定半带轮通过皮带带动从动带轮旋转，进而带动镜桶以及镜桶内的棱镜旋转；为了能够实现多棱镜动态作业的同步实时控制，采用电缸驱动移动半带轮，调节移动半带轮与固定半带轮间距，进而挤压皮带，使皮带位于移动半带轮和固定半带轮不同的旋转半径处，实现镜体旋转的无极调速，并且通过位移传感器实时反馈位移量，实现闭环控制，提升该装置的工作精度。
所述移动半带轮上设有与所述花键轴匹配的通孔，并且与所述皮带接触的面为第一斜面；所述固定半带轮上设有与所述花键轴匹配通孔，并且与所述皮带接触的面为第二斜面。
所述第一斜面与所述花键轴之间的夹角为40～60°。
所述第二斜面与所述花键轴之间的夹角为40～60°。
所述第一拨叉下部设有与所述电缸连接的第一安装孔，上部设有与所述拔叉套匹配的第一半圆形凹槽；所述第二拨叉下部设有与所述位移传感器连接的第二安装孔，上部设有与所述拔叉套匹配的第二半圆形凹槽。
所述拨叉套外部设置有U形槽，所述第一半圆形凹槽和第二半圆形凹槽匹配安装于所述U形槽中。
所述U形槽底部均布多个凹坑。
所述棱镜总成还包括压盖、第二轴承和压圈；
所述镜桶和安装座的侧面设有容纳所述第二轴承的凹槽，所述第二轴承的侧面通过压盖压紧固定于所述凹槽内；
所述棱镜组件通过压圈压紧固定于所述镜桶内。
所述棱镜组件包括通过胶水固定连接的镜框和棱体；所述镜框；外表面为第三斜面；沿所述棱镜组件的安装方向，所述第三斜面向所述棱镜组件中轴线倾斜；所述镜桶中部设有通孔，该通孔的一端与所述第三斜面匹配接触连接。
所述棱体是选自光楔、平面镜、凹面镜或凸面镜。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)采用单动力源驱动多棱镜，通过电缸精确控制移动半带轮，可实现多棱镜动态作业的同步实时控制，并通过位移传感器实时反馈位移量，实现闭环控制，提升该装置的工作精度。
(2)采用单动力源驱动多棱镜，相比多动力源可极大降低该装置的振动强度，提升该装置的工作精度和使用寿命。
(3)采用电缸驱动移动半带轮，调节移动半带轮与固定半带轮间距，进而挤压皮带，实现镜体旋转的无极调速。
(4)采用单动力源驱动多棱镜，可大大降低装置的制造成本。
(5)镜体与镜框采用胶水连接，通过压紧镜框间接实现镜体固定，可避免镜体因安装挤压产生镜面变形，可提高装置的工作精度。
(6)镜框与镜桶的安装面加工为斜面，可实现自动调心，可避免装配误差，可提高装置的工作精度。
附图说明
图1为本发明的主视方向剖视图；
图2为本发明中镜桶的主视方向剖视图；
图3为本发明中棱镜组件的主视方向剖视图；
图4为图1的局部放大图；
图5为本发明中第一拨叉的轴侧图；
图6为本发明中第二拨叉的轴侧图；
图7为本发明中拨叉套的主视方向剖视图；
图8为本发明中移动半带轮的主视方向剖视图；
图9为本发明中固定半带轮的主视方向剖视图；
图中，1为旋转棱镜装置、2为步进电机、3为联轴器、4为轴承座、5为底板、6为花键轴、11为安装座、12为压盖、13为第二轴承、14为镜桶、15为压圈、16为棱镜组件、17为驱动总成、18为皮带、19为从动带轮、171为位移传感器、172为电缸、173为第一拨叉、174为第一卡簧、175为移动半带轮、176为第二卡簧、177为固定半带轮、178为第一轴承、179为拨叉套、1710为第二拨叉、161为镜框、162为棱体、163为第三斜面、141为第四斜面、142为第四通孔、1751为第一通孔、1752为第一斜面、1771为第二斜面、1772为第二通孔、1731为第一半圆形凹槽、1732为第一安装孔、17101为第二半圆形凹槽、17102为第二安装孔、1791为U形槽、1792为第三通孔、1793为凹坑。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，包括旋转棱镜装置1、步进电机2、联轴器3、轴承座4、底板5和花键轴6，如图1所示，步进电机2和轴承座4固装在底板5上，花键轴6架设于轴承座4上，步进电机2通过联轴器3与花键轴6连接，旋转棱镜装置1固装在花键轴6上且置于两个轴承座4之间，并且花键轴6上固装一个或若干个旋转棱镜装置1。
旋转棱镜装置1包括棱镜总成和驱动总成17；棱镜总成包括安装座11、贯穿设置在安装座11上部的镜桶14、固装于镜桶14一端的棱镜组件16、固定安装于镜桶14另一端的从动带轮19、压盖12、第二轴承13和压圈15，如图1所示；镜桶14和安装座11的侧面设有容纳第二轴承13的凹槽，第二轴承13的侧面通过压盖12压紧固定于凹槽内；棱镜组件16通过压圈15压紧固定于镜桶14内。
在旋转棱镜装置1中，棱镜组件16包括通过胶水固定连接的镜框161和棱体162，如图3所示；镜框161外表面为第三斜面163，沿棱镜组件16的安装方向，第三斜面163向棱镜组件16中轴线倾斜；镜桶14中部设有第四通孔142，该第四通孔142的一端设有与第三斜面163匹配接触连接的第四斜面141，如图2所示；本实施例中，棱体162为光楔。
驱动总成17包括位移传感器171、电缸172、第一拨叉173、第一卡簧174、移动半带轮175、第二卡簧176、固定半带轮177、第一轴承178、拨叉套179和第二拨叉1710，如图4所示，驱动总成17通过皮带18带动从动带轮19转动；位移传感器171和电缸172固装在安装座11的下部空腔内，第一拨叉173和第二拔叉1710分别固装在位移传感器171和电缸172的主轴上；移动半带轮175套设于花键轴6上，并且与花键轴6滑动连接；拔叉套179外侧面与第一拨叉173和第二拔叉1710卡接，内侧面通过第一轴承178与移动半带轮175连接，电缸192带动第一拔叉173移动，第一拨叉173带动拨叉套179移动，拨叉套179带动第二拨叉1710移动，将位移情况传递给位移传感器17；移动半带轮175和拔叉套179的内侧面设有位置匹配第一卡簧凹槽和位置匹配的凸起，第一卡簧174匹配安装于该第一卡簧凹槽内；第一轴承178的两端分别与第一卡簧174和第一凸起接触连接；固定半带轮177通过第二卡簧176固装在花键轴6上；移动半带轮175和固定半带轮177之间设有皮带18，并通过该皮带18带动从动带轮19转动；移动半带轮175和固定半带轮177上与皮带18接触的面均为斜面。
本实施例中，拔叉的结构如图5和图6所示，第一拨叉173下部设有与电缸172连接的第一安装孔1732，上部设有与拔叉套179匹配的第一半圆形凹槽1731；第二拨叉1710下部设有与位移传感器171连接的第二安装孔17102，上部设有与拔叉套179匹配的第二半圆形凹槽17101。
拨叉套179外部设置有U形槽1791，如图7所示，第一拨叉173的第一半圆形凹槽1731和第二拨叉1710的第二半圆形凹槽17101匹配安装于U形槽1791中，并且U形槽1791底部均布多个凹坑1793；拨叉套179的中部设有安装第一轴承178以及移动半带轮175的安装部件的第三通孔1792。
移动半带轮175上设有于花键轴6匹配的第一通孔1751，并且与皮带18接触的面为第一斜面1752，如图8所示，该第一斜面1752与花键轴6之间的夹角为40°；固定半带轮177上设有于花键轴6匹配第二通孔1772，并且与皮带18接触的面为第二斜面1771，如图9所示，第二斜面1771与花键轴6之间的夹角为40°。
本实施例的系统采用单动力源驱动多棱镜，通过电缸精确控制移动半带轮，可实现多棱镜动态作业的同步实时控制，并通过位移传感器实时反馈位移量，实现闭环控制，提升该装置的工作精度；采用单动力源驱动多棱镜，相比多动力源可极大降低该装置的振动强度，提升该装置的工作精度和使用寿命；采用电缸驱动移动半带轮，调节移动半带轮与固定半带轮间距，进而挤压皮带，实现镜体旋转的无极调速；采用单动力源驱动多棱镜，可大大降低装置的制造成本；镜体与镜框采用胶水连接，通过压紧镜框间接实现镜体固定，可避免镜体因安装挤压产生镜面变形，可提高装置的工作精度；镜框与镜桶的安装面加工为斜面，可实现自动调心，可避免装配误差，可提高装置的工作精度。
实施例2
一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，包括旋转棱镜装置1、步进电机2、联轴器3、轴承座4、底板5和花键轴6，如图1所示，步进电机2和轴承座4固装在底板5上，花键轴6架设于轴承座4上，步进电机2通过联轴器3与花键轴6连接，旋转棱镜装置1固装在花键轴6上且置于两个轴承座4之间，并且花键轴6上固装一个或若干个旋转棱镜装置1。
旋转棱镜装置1包括棱镜总成和驱动总成17；棱镜总成包括安装座11、贯穿设置在安装座11上部的镜桶14、固装于镜桶14一端的棱镜组件、固定安装于镜桶14另一端的从动带轮19、压盖12、第二轴承13和压圈15，如图1所示；镜桶14和安装座11的侧面设有容纳第二轴承13的凹槽，第二轴承13的侧面通过压盖12压紧固定于凹槽内；棱镜组件16通过压圈15压紧固定于镜桶14内。
在旋转棱镜装置1中，棱镜组件16包括通过胶水固定连接的镜框161和棱体162，如图3所示；镜框161外表面为第三斜面163，沿棱镜组件16的安装方向，第三斜面163向棱镜组件16中轴线倾斜；镜桶14中部设有第四通孔142，该第四通孔142的一端设有与第三斜面163匹配接触连接的第四斜面141，如图2所示；本实施例中，棱体162是为平面镜。
驱动总成17包括位移传感器171、电缸172、第一拨叉173、第一卡簧174、移动半带轮175、第二卡簧176、固定半带轮177、第一轴承178、拨叉套179和第二拨叉1710，如图4所示，驱动总成17通过皮带18带动从动带轮19转动；位移传感器171和电缸172固装在安装座11的下部空腔内，第一拨叉173和第二拔叉1710分别固装在位移传感器171和电缸172的主轴上；移动半带轮175套设于花键轴6上，并且与花键轴6滑动连接；拔叉套179外侧面与第一拨叉173和第二拔叉1710卡接，内侧面通过第一轴承178与移动半带轮175连接，电缸192带动第一拔叉173移动，第一拨叉173带动拨叉套179移动，拨叉套179带动第二拨叉1710移动，将位移情况传递给位移传感器17；移动半带轮175和拔叉套179的内侧面设有位置匹配第一卡簧凹槽和位置匹配的凸起，第一卡簧174匹配安装于该第一卡簧凹槽内；第一轴承178的两端分别与第一卡簧174和第一凸起接触连接；固定半带轮177通过第二卡簧176固装在花键轴6上；移动半带轮175和固定半带轮177之间设有皮带18，并通过该皮带18带动从动带轮19转动；移动半带轮175和固定半带轮177上与皮带18接触的面均为斜面。
本实施例中，拔叉的结构如图5和图6所示，第一拨叉173下部设有与电缸172连接的第一安装孔1732，上部设有与拔叉套179匹配的第一半圆形凹槽1731；第二拨叉1710下部设有与位移传感器171连接的第二安装孔17102，上部设有与拔叉套179匹配的第二半圆形凹槽17101。
拨叉套179外部设置有U形槽1791，如图7所示，第一拨叉173的第一半圆形凹槽1731和第二拨叉1710的第二半圆形凹槽17101匹配安装于U形槽1791中，并且U形槽1791底部均布多个凹坑1793；拨叉套179的中部设有安装第一轴承178以及移动半带轮175的安装部件的第三通孔1792。
移动半带轮175上设有于花键轴6匹配的第一通孔1751，并且与皮带18接触的面为第一斜面1752，如图8所示，该第一斜面1752与花键轴6之间的夹角为60°；固定半带轮177上设有于花键轴6匹配第二通孔1772，并且与皮带18接触的面为第二斜面1771，如图9所示，第二斜面1771与花键轴6之间的夹角为60°。
实施例3
本实施例的主体结构与实施例1中的结构相同，不同之处在于本实施例中的棱体162为凹面镜。
实施例4
本实施例的主体结构与实施例1中的结构相同，不同之处在于本实施例中的棱体162为凸面镜。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，包括旋转棱镜装置(1)、步进电机(2)、联轴器(3)、轴承座(4)、底板(5)和花键轴(6)；所述旋转棱镜装置(1)包括棱镜总成和驱动总成(17)；所述棱镜总成包括安装座(11)、贯穿设置在安装座(11)上部的镜桶(14)、固装于镜桶(14)一端的棱镜组件(16)，固定安装于所述镜桶(14)另一端的从动带轮(19)；
其特征在于，
所述步进电机(2)和轴承座(4)固装在所述底板(5)上，所述花键轴(6)架设于所述轴承座(4)上，所述步进电机(2)通过联轴器(3)与花键轴(6)连接，所述旋转棱镜装置(1)固装在花键轴(6)上且置于两个轴承座(4)之间，并且所述花键轴(6)上固装一个或若干个旋转棱镜装置(1)；
所述驱动总成(17)包括位移传感器(171)、电缸(172)、第一拨叉(173)、第一卡簧(174)、移动半带轮(175)、第二卡簧(176)、固定半带轮(177)、第一轴承(178)、拨叉套(179)和第二拨叉(1710)；
所述位移传感器(171)和电缸(172)固装在安装座(11)的下部空腔内，所述第一拨叉(173)和第二拔叉(1710)分别固装在位移传感器(171)和电缸(172)的主轴上；所述移动半带轮(175)套设于所述花键轴(6)上，并且与所述花键轴(6)滑动连接；所述拔叉套(179)外侧面与所述第一拨叉(173)和第二拔叉(1710)卡接，内侧面通过第一轴承(178)与所述移动半带轮(175)连接；所述移动半带轮(175)和所述拔叉套(179)的内侧面设有位置匹配第一卡簧凹槽和位置匹配的凸起，所述第一卡簧(174)匹配安装于该第一卡簧凹槽内；所述第一轴承(178)的两端分别与所述第一卡簧(174)和第一凸起接触连接；所述固定半带轮(177)通过第二卡簧(176)固装在花键轴(6)上；所述移动半带轮(175)和固定半带轮(177)之间设有皮带(18)，并通过该皮带(18)带动所述从动带轮(19)转动；所述移动半带轮(175)和/或固定半带轮(177)与所述皮带(18)接触的面为斜面。
2.根据权利要求1所述的一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，其特征在于，所述移动半带轮(175)上设有与所述花键轴(6)匹配的通孔，并且与所述皮带(18)接触的面为第一斜面(1752)；所述固定半带轮(177)上设有与所述花键轴(6)匹配的通孔，并且与所述皮带(18)接触的面为第二斜面(1771)。
3.根据权利要求2所述的一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，其特征在于，所述第一斜面(1752)与所述花键轴(6)之间的夹角为40～60°。
4.根据权利要求2所述的一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，其特征在于，所述第二斜面(1771)与所述花键轴(6)之间的夹角为40～60°。
5.根据权利要求1所述的一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，其特征在于，所述第一拨叉(173)下部设有与所述电缸(172)连接的第一安装孔(1732)，上部设有与所述拔叉套(179)匹配的第一半圆形凹槽(1731)；所述第二拨叉(1710)下部设有与所述位移传感器(171)连接的第二安装孔(17102)，上部设有与所述拔叉套(179)匹配的第二半圆形凹槽(17101)。
6.根据权利要求5所述的一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，其特征在于，所述拨叉套(179)外部设置有U形槽(1791)，所述第一半圆形凹槽(1731)和第二半圆形凹槽(17101)匹配安装于所述U形槽(1791)中。
7.根据权利要求6所述的一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，其特征在于，所述U形槽(1791)底部均布多个凹坑(1793)。
8.根据权利要求1所述的一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，其特征在于，所述棱镜总成还包括压盖(12)、第二轴承(13)和压圈(15)；
所述镜桶(14)和安装座(11)的侧面设有容纳所述第二轴承(13)的凹槽，所述第二轴承(13)的侧面通过压盖(12)压紧固定于所述凹槽内；
所述棱镜组件(16)通过压圈(15)压紧固定于所述镜桶(14)内。
9.根据权利要求8所述的一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，其特征在于，所述棱镜组件(16)包括通过胶水固定连接的镜框(161)和棱体(162)；所述镜框(161)外表面为第三斜面(163)，沿所述棱镜组件(16)的安装方向，所述第三斜面(163)向所述棱镜组件(16)中轴线倾斜；所述镜桶(14)中部设有通孔，该通孔的一端与所述第三斜面(163)匹配接触连接。
10.根据权利要求9所述的一种单动力源驱动多棱镜的转镜系统，其特征在于，所述棱体(162)是选自光楔、平面镜、凹面镜或凸面镜。
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