CN110058406B - 一种自动更换棱镜的转镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动更换棱镜的转镜系统，包括转镜装置、装卸装置和转镜库装置，装卸装置置于转镜组件和转镜库之间，并且通过第一直线电机滑动安装于工作台面上；沿装卸装置的运动方向，装卸装置运动轨迹的两侧布置若干个转镜组件和若干个转镜库；装卸装置包括固装于第一直线电机动子座上的移动柱体、固装于移动柱体顶端的顶板，固装于顶板上的第二直线电机，以及固装于第二直线电机动子座的镜体夹取组件；镜体夹取组件夹取镜体组件，并通过第二直线电机移动至转镜装置或转镜库装置中的镜体组件放置位置。与现有技术相比，本发明具有镜片更换方便，自动化程度高、扫描精度高、无扫描盲区以及镜体安装无挤压等优点。

Description

一种自动更换棱镜的转镜系统

技术领域

本发明明属于光学传递系统领域，尤其是涉及一种自动更换棱镜的转镜系统。

背景技术

随着空间光学系统在成像和侦查方面的不断发展，对旋转棱镜扫描机构工作性能和功能要求越来越高。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。在不同工作要求和工作环境下需实现自主组合和更换镜片功能。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”)，均对双棱镜进行控制和应用，但不具备多镜片自动组合和更换功能。同时镜子的转动均采用轴承支撑，转动过程中的振动无法吸收，将影响装置的工作性能。

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，由于镜体是光学敏感器件，挤压将使镜体表面变形，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

本发明的目的是解决当前多棱镜旋转装置无法实现镜片自动组合和更换，且无法吸收转动过程中产生振动的问题，提供了一种可自动更换镜片和自动组合镜片的转镜装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自动更换棱镜的转镜系统，包括转镜装置、装卸装置和转镜库装置，所述装卸装置置于转镜装置和转镜库装置之间，并且通过第一直线电机滑动安装于工作台面上；沿所述装卸装置的运动方向，所述装卸装置运动轨迹的两侧布置若干个转镜装置和若干个转镜库装置；

所述装卸装置包括固装于所述第一直线电机动子座上的移动柱体、固装于所述移动柱体顶端的顶板，固装于所述顶板上的第二直线电机，以及固装于所述第二直线电机动子座的镜体夹取组件；

所述镜体夹取组件夹取镜体组件，并通过第二直线电机移动至所述转镜装置或转镜库装置中的镜体组件放置位置。

所述镜体组件包括镜框和镜体，所述镜框中部设置有通孔，所述镜体通过胶水固装在通孔中部。

所述转镜装置包括机架、从动带轮、压紧轮、同步带、第一步进电机、主动带轮、下支撑座、主动轮和主轴；

所述下支撑座固装于所述机架的底部，所述主动轮转动连接于所述下支撑座的上部，并且所述主动轮的转轴与所述从动带轮固定连接；所述镜体组件架设于所述主动轮上，并由所述主动轮带动进行旋转；

所述第一步进电机的输出轴与主轴连接，所述主动带轮固装在主轴上，并且与所述从动带轮通过同步带连接；

所述压紧轮的下部压紧所述镜体组件，上部通过升降组件与所述机架的顶部连接。

所述升降组件包括螺母、丝杠、第二步进电机、减速器上支撑座；

所述螺母固装在机架顶部，并且该螺母和丝杠螺旋连接，所述丝杠与减速器的输出轴连接，所述第二步进电机的输出轴与减速器的输入轴连接，所述减速器固装在上支撑座的上部，所述压紧轮转动安装于所述上支撑座的下部。

所述压紧轮包括滚筒和固装在滚筒外圆周表面的第一接触层，该第一接触层表面设有第一凹槽；

所述镜体组件还包括固装在所述镜框外圆周表面两端的第二接触层，该第二接触层表面设有第二凹槽。

所述第一接触层与第二接触层的材质均为铸铁。

所述装卸装置中的镜体夹取组件包括装卸臂、第一电缸和装卸头，所述镜体组件置于两个装卸臂之间；

所述装卸臂与第二直线电机动子座固定连接，所述第一电缸固装在装卸臂内侧，所述装卸头固装在第一电缸的主轴上；

所述装卸头部分伸入所述通孔内，并且所述装卸头的侧壁与所述通孔的端部卡接。

所述装卸臂包括与所述第二直线电机动子座固定连接的竖直装卸臂、以及与所述第一电缸固定连接的水平装卸臂；该水平装卸臂朝向所述转镜装置。

所述转镜库装置包括镜座、摆动板和第二电缸；

所述镜座置于所述工作台面上，所述摆动板底部与镜座顶部铰接，所述第二电缸的主轴与摆动板顶部铰接，所述第二电缸的尾部与所述工作台面铰接，所述镜体组件置于摆动板与镜座铰接形成的凹槽内。

所述镜座中部设有内腔，顶部为弧形坡面。

镜体是光楔、平面镜或其他类型光学镜子中任一种；优选的，镜体为不同楔角的棱镜。

本发明的工作原理为：

以装卸装置在转镜库装置上夹取镜体组件并将其安装到转镜装置的过程为例说明本发明中镜体组件位置切换工作过程，镜体组件置于摆动板与镜座铰接形成的凹槽内，第一直线电机带动装卸装置移动至对应的转镜库装置处，并且通过第二直线电机带动镜体夹具组件移动至夹取位置，第一电缸带动装卸头部分伸入镜框的通孔内，由于装卸头为圆台形结构，则装卸头的侧壁与镜框通孔端部卡接，从而实现夹持镜体组件；转镜库装置中的第二电缸往回缩，带动摆动板上端向下运动，则摆动板与镜座铰接形成的凹槽的侧边形成开口，使镜体组件能够从该开口水平运动移出转镜库装置；通过第二直线电机带动镜体组件移出转镜库装置，第一直线电机带动装卸装置移动至待安装镜体组件的转镜装置对应位置，第二直线电机在带动镜体组件向转镜装置方向继续移动，此时转镜装置的升降组件带动压紧轮处于上部位置，装卸装置带动镜体组件位于两侧主动轮的上方，第一电缸带动装卸头缩回，将转镜装置置于主动轮上，转镜装置的升降组件带动压紧轮压紧镜体组件，实现将镜体组件的安装。

转镜装置的转动原理为：通过第一步进电机带动主动带轮转动，主动带轮带动从动带轮转动，从而带动主动轮转动，主动轮带动镜体组件转动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)采用装卸装置装卸转镜装置中的镜体组件，可实现镜片的自动更换。

(2)采用装卸装置将转镜库装置上的不同类型镜体组件更换到不同转镜装置中，实现不同类型镜片的组合。

(3)采用装卸装置将转镜库装置上的不同楔角镜体组件更换到不同转镜装置中，实现相同类型镜片不同楔角镜片的组合。

(4)采用多棱镜全圆周大范围旋转，可实现大范围高精度扫描和跟踪，且无扫描盲区。

(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)镜框与压紧轮和主动轮接触处的材料采用铸铁，可提高镜框的耐磨性提高使用寿命，并可吸收转动过程中产生的振动，提高装置工作精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中镜体组件的侧视结构示意图；

图3为本发明中镜体组件的主视结构示意图；

图4为图1的A-A向视图；

图5为本发明中压紧轮的主视结构示意图；

图6为图1的B-B向视图；

图7为本发明中镜座的结构示意图；

图8为本发明中摆动板的结构示意图；

图中，1为转镜装置、2为装卸装置、3为转镜库装置、4为第一直线电机、11为机架、12为螺母、13为丝杠、14为第二步进电机、15为减速器、16为上支撑座、17为压紧轮、18为镜体组件、19为从动带轮、110为同步带、111为第一步进电机、112为主动带轮、113为下支撑座、114为主动轮、115为主轴、21顶板、22为第二直线电机、23为装卸臂、24为第一电缸、25为装卸头、26为移动柱体、31为镜座、32为摆动板、33为第二电缸、171为滚筒、172为第一接触层、173为第一凹槽、181为镜框、182为第二接触层、183为镜体、184为通孔、185为第二凹槽、311为内腔、312为第一弧形坡面、321为第二弧形坡面。

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

一种自动更换棱镜的转镜系统，包括转镜装置1、装卸装置2和转镜库装置3，如图1所示，装卸装置2置于转镜装置1和转镜库装置3之间，并且通过第一直线电机4滑动安装于工作台面上；沿装卸装置2的运动方向，装卸装置2运动轨迹的两侧布置若干个转镜装置1和若干个转镜库装置3，转镜装置1和转镜库装置3均在装卸装置2的操作范围内。

镜体组件18包括镜框181和镜体183，如图2和图3所示，镜框181中部设置有通孔184，镜体183通过胶水固装在通孔184中部。

转镜装置1包括机架11、从动带轮19、压紧轮17、同步带110、第一步进电机111、主动带轮112、下支撑座113、主动轮114和主轴115，如图4所示；下支撑座113固装于机架11的底部，主动轮114转动连接于下支撑座113的上部，并且主动轮114的转轴与从动带轮19固定连接；镜体组件18架设于主动轮114上，并由主动轮114带动进行旋转；第一步进电机111的输出轴与主轴115连接，主动带轮112固装在主轴115上，并且与从动带轮19通过同步带110连接；压紧轮17的下部压紧镜体组件18，上部通过升降组件与机架11的顶部连接；本实施例中，主动轮114一共设有四个，成矩形形状排布，主轴115沿镜体组件18的轴向方向设置，并且设于主动轮114之间，主轴115旋转带动主动带轮112旋转，进而带动从动带轮19旋转，进而带动主动轮114旋转，进而带动镜体组件18旋转。其中，优选的升降组件包括螺母12、丝杠13、第二步进电机14、减速器15和上支撑座16；螺母12固装在机架11顶部，并且该螺母12和丝杠13螺旋连接，丝杠13与减速器15的输出轴连接，第二步进电机14的输出轴与减速器15的输入轴连接，减速器15固装在上支撑座16的上部，压紧轮17转动安装于上支撑座16的下部，如图4所示。

压紧轮17包括滚筒171和固装在滚筒171外圆周表面的第一接触层172，该第一接触层172表面设有第一凹槽173，如图5所示；配套地，镜体组件18还包括固装在镜框181外圆周表面两端的第二接触层182，该第二接触层182表面设有第二凹槽185，如图2和图3所示。第一接触层172与第二接触层182的材质均为铸铁。

如图6所示，装卸装置包括固装于第一直线电机4动子座上的移动柱体26、固装于移动柱体26顶端的顶板21，固装于顶板21上的第二直线电机22，以及固装于第二直线电机22动子座的镜体夹取组件；镜体夹取组件夹取镜体组件18，并通过第二直线电机22移动至转镜装置1或转镜库装置3中的镜体组件18放置位置。其中，装卸装置2中的镜体夹取组件包括装卸臂23、第一电缸24和装卸头25，镜体组件18置于两个装卸臂23之间；装卸臂23与第二直线电机22动子座固定连接，第一电缸24固装在装卸臂23内侧，装卸头25固装在第一电缸24的主轴上；装卸头25部分伸入通孔184内，并且装卸头25的侧壁与通孔184的端部卡接；其中，装卸臂23包括与第二直线电机22动子座固定连接的竖直装卸臂、以及与第一电缸24固定连接的水平装卸臂；该水平装卸臂朝向转镜装置1，如图1所示。

转镜库装置3包括镜座31、摆动板32和第二电缸33，如图6所示；镜座31置于工作台面上，摆动板32底部与镜座31顶部铰接，第二电缸33的主轴与摆动板32顶部铰接，第二电缸33的尾部与工作台面铰接，镜体组件18置于摆动板32与镜座31铰接形成的凹槽内；其中，镜座31中部设有内腔311，顶部为第一弧形坡面312，如图7所示，配套地，摆动板32上表面为第二弧形坡面321，如图8所示。

本实施例采用装卸装置装卸转镜装置中的镜体组件，可实现镜片的自动更换；采用装卸装置将转镜库装置上的不同类型镜体组件更换到不同转镜装置中，实现不同类型镜片的组合；采用装卸装置将转镜库装置上的不同楔角镜体组件更换到不同转镜装置中，实现相同类型镜片不同楔角镜片的组合；采用多棱镜全圆周大范围旋转，可实现大范围高精度扫描和跟踪，且无扫描盲区；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；镜框与压紧轮和主动轮接触处的材料采用铸铁，可提高镜框的耐磨性提高使用寿命，并可吸收转动过程中产生的振动，提高装置工作精度。

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 (8)

1.一种自动更换棱镜的转镜系统，其特征在于，包括转镜装置（1）、装卸装置（2）和转镜库装置（3），所述装卸装置（2）置于转镜装置（1）和转镜库装置（3）之间，并且通过第一直线电机（4）滑动安装于工作台面上；沿所述装卸装置（2）的运动方向，所述装卸装置（2）运动轨迹的两侧布置若干个转镜装置（1）和若干个转镜库装置（3）；

所述装卸装置包括固装于所述第一直线电机（4）动子座上的移动柱体（26）、固装于所述移动柱体（26）顶端的顶板（21），固装于所述顶板（21）上的第二直线电机（22），以及固装于所述第二直线电机（22）动子座上的镜体夹取组件；

所述镜体夹取组件夹取镜体组件（18），并通过第二直线电机（22）移动至所述转镜装置（1）或转镜库装置（3）中的镜体组件（18）放置位置；

所述镜体组件（18）包括镜框（181）和镜体（183），所述镜框（181）中部设置有通孔（184），所述镜体（183）通过胶水固装在通孔（184）中部；

所述装卸装置（2）中的镜体夹取组件包括装卸臂（23）、第一电缸（24）和装卸头（25），所述镜体组件（18）置于两个装卸臂（23）之间；

所述装卸臂（23）与第二直线电机（22）的动子座固定连接，所述第一电缸（24）固装在装卸臂（23）内侧，所述装卸头（25）固装在第一电缸（24）的主轴上；

所述装卸头（25）部分伸入所述通孔（184）内，并且所述装卸头（25）的侧壁与所述通孔（184）的端部卡接。

2.根据权利要求1所述的一种自动更换棱镜的转镜系统，其特征在于，所述转镜装置（1）包括机架（11）、从动带轮（19）、压紧轮（17）、同步带（110）、第一步进电机（111）、主动带轮（112）、下支撑座（113）、主动轮（114）和主轴（115）；

所述下支撑座（113）固装于所述机架（11）的底部，所述主动轮（114）转动连接于所述下支撑座（113）的上部，并且所述主动轮（114）的转轴与所述从动带轮（19）固定连接；所述镜体组件（18）架设于所述主动轮（114）上，并由所述主动轮（114）带动进行旋转；

所述第一步进电机（111）的输出轴与主轴（115）连接，所述主动带轮（112）固装在主轴（115）上，并且与所述从动带轮（19）通过同步带（110）连接；

所述压紧轮（17）的下部压紧所述镜体组件（18），上部通过升降组件与所述机架（11）的顶部连接。

3.根据权利要求2所述的一种自动更换棱镜的转镜系统，其特征在于，所述升降组件包括螺母（12）、丝杠（13）、第二步进电机（14）、减速器（15）和上支撑座（16）；

所述螺母（12）固装在机架（11）顶部，并且该螺母（12）和丝杠（13）螺旋连接，所述丝杠（13）与减速器（15）的输出轴连接，所述第二步进电机（14）的输出轴与减速器（15）的输入轴连接，所述减速器（15）固装在上支撑座（16）的上部，所述压紧轮（17）转动安装于所述上支撑座（16）的下部。

4.根据权利要求2所述的一种自动更换棱镜的转镜系统，其特征在于，

所述压紧轮（17）包括滚筒（171）和固装在滚筒（171）外圆周表面的第一接触层（172），该第一接触层（172）表面设有第一凹槽（173）；

所述镜体组件（18）还包括固装在所述镜框（181）外圆周表面两端的第二接触层（182），该第二接触层（182）表面设有第二凹槽（185）。

5.根据权利要求4所述的一种自动更换棱镜的转镜系统，其特征在于，所述第一接触层（172）与第二接触层（182）的材质均为铸铁。

6.根据权利要求1所述的一种自动更换棱镜的转镜系统，其特征在于，所述装卸臂（23）包括与所述第二直线电机（22）动子座固定连接的竖直装卸臂、以及与所述第一电缸（24）固定连接的水平装卸臂；该水平装卸臂朝向所述转镜装置（1）。

7.根据权利要求1所述的一种自动更换棱镜的转镜系统，其特征在于，所述转镜库装置（3）包括镜座（31）、摆动板（32）和第二电缸（33）；

所述镜座（31）置于所述工作台面上，所述摆动板（32）底部与镜座（31）顶部铰接，所述第二电缸（33）的主轴与摆动板（32）顶部铰接，所述第二电缸（33）的尾部与所述工作台面铰接，所述镜体组件（18）置于摆动板（32）与镜座（31）铰接形成的凹槽内。

8.根据权利要求7所述的一种自动更换棱镜的转镜系统，其特征在于，所述镜座（31）中部设有内腔（311），顶部为弧形坡面。

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