CN110488485A - 一种基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置 - Google Patents

一种基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置 Download PDF

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Abstract

本发明为了解决现有技术中的摆镜装置容易增加光机系统重量、增大系统结构尺寸并降低系统精度的缺陷，而提出一种基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，包括：正交设置的一维轴系和二维轴系，还包括一维减速电机、二维减速电机、镜片组件、钢带、主动轮以及被动轮；所述一维轴系通过联轴器将一维减速电机的转轴与所述镜片组件固定连接，直接驱动镜片组件的一维转动；所述钢带与主动轮和被动轮均连接，所述被动轮与二维轴系固定连接，所述主动轮通过联轴器与二维减速电机的转轴固定连接；所述二维减速电机的输出力矩通过钢带作用到二维轴系上，驱动镜片组件做二维转动。本发明适用于精密光机系统领域。

Description

一种基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置
技术领域
本发明涉及精密光机系统领域，具体涉及一种基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置。
背景技术
二维耦合光学摆镜装置的关键指标包括体积小、重量轻、高精度、角度连续可调、定位准确、成本低。传统的二维耦合光学摆镜装置多采用电机挂在摆镜装置外部直接驱动，或增加传动装置的方式，比如齿轮传动、凸轮传动等，这种方式无疑增加了整个光机系统的重量、增大系统结构尺寸，并降低了系统精度。
发明内容
本发明的一个目的是解决现有技术中的摆镜装置容易增加光机系统重量、增大系统结构尺寸并降低系统精度的缺陷，而提出一种基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置。
根据本发明的第一方面，提供了一种基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，包括正交设置的一维轴系和二维轴系，还包括一维减速电机、二维减速电机、镜片组件、钢带、主动轮以及被动轮；所述一维轴系通过联轴器将一维减速电机的转轴与所述镜片组件固定连接，直接驱动镜片组件的一维转动；所述钢带与主动轮和被动轮均连接，所述被动轮与二维轴系固定连接，所述主动轮通过联轴器与二维减速电机的转轴固定连接；所述二维减速电机的输出力矩通过钢带作用到二维轴系上，驱动镜片组件做二维转动。
优选地，所述镜片组件包括摆镜镜片、内框摆镜镜座、镜片压板；所述摆镜镜片安装在内框摆镜镜座上，并通过所述镜片压板将摆镜镜片固定在内框摆镜镜座上。
优选地，基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置还包括与所述一维轴系连接的中框，所述一维减速电机垂直穿过所述中框。
优选地，所述一维轴系包括第一半轴、第二半轴、第一轴承、第一轴承盖，所述第一半轴和第二半轴与所述中框固定连接；第一轴承安装在所述中框和所述第一半轴、第二半轴上；所述一维减速电机内置于中框和第一半轴的内部，所述一维减速电机的外壳与所述第二半轴固定连接；所述第一轴承盖与中框固定连接；一维减速电机的转轴通过第一联轴器与第一轴承盖固定连接；所述一维减速电机的输出轴带动第一轴承盖和内框摆镜镜座摆动，实现一维摆动。
优选地，所述二维轴系包括第三半轴、第四半轴、第三轴承、第二轴承盖、第三轴承盖；其中所述第三半轴和所述第四半轴与所述中框固定连接，第三轴承安装在所述第三半轴、所述第四半轴和外框上；第二轴承盖和第三轴承盖分别固定在外框的两侧；所述被动轮与所述第四半轴固定连接。
优选地，基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置还包括钢带张紧座、主动轮轴承座和电机安装座；其中钢带张紧座与外框固定连接，主动轮轴承座与钢带张紧座固定连接，第二轴承安装在主动轮轴承座内，主动轮的转轴穿过第二轴承，并通过轴承轴向锁紧螺母将主动轮相对于第二轴承轴向固定；电机安装座与二维减速电机固定连接；电机安装座与主动轮轴承座固定连接。
优选地，所述钢带绕过被动轮后在所述主动轮上利用钢带压板固定；所述钢带在所述被动轮上利用钢带压板固定。
优选地，基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置还包括第一零位开关挡片和第一零位开关；所述第一零位开关挡片固定在所述内框摆镜镜座上；所述第一零位开关安装在所述外框上；第一零位开关挡片和第一零位开关作为一维轴系的基准零位。
优选地，基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置还包括第二零位开关挡片和第二零位开关，所述第二零位开关挡片固定在所述内框摆镜镜座上；所述第二零位开关安装在所述外框上；所述第二零位开关挡片和所述第二零位开关作为所述二维轴系的基准零位。
本发明的二维耦合光学摆镜装置，一维采用电机内置、直驱方式，二维采用钢带传动方式。摆镜一维结构的电机直接驱动转动轴系，带动摆镜实现一维往复摆动；摆镜二维结构是利用钢带传动，通过钢带传动，将电机的往复运动传递到摆镜结构的二维轴系上，实现摆镜的二维往复运动；
本发明的有益效果是：结构简单，传动精度高、拆装方便。使得整个光机系统结构更加紧凑，大大减少了系统的重量，，节省光机系统所占用的空间，这对于一些特殊应用的场合，比如航空航天领域特别适用。在一个实施例中，镜片二维摆动角度精度不大于20″。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明一个实施例的结构图；
图2是图1沿M-M的剖面结构图；
图3是图2沿N-N的剖面结构图。
附图标记说明：
1-一维减速电机 2-第四轴承盖
3-第一半轴 4-摆镜镜片
5-第二半轴 6-第二零位开关挡片
7-第一轴承 8—第二零位开关
9-第一联轴器 10-第一轴承盖
11-第一零位开关挡片 12-第一零位开关
13-钢带压板 14-被动轮
15-被动轮轴向挡片 16-紧定螺钉
17-第二轴承盖 18-钢带
19-钢带张紧座 20-主动轮
21-耐磨垫片 22-主动轮轴承座
23-第二轴承 24-轴承轴向锁紧螺母
25-第二联轴器 26-电机安装座
27-二维减速电机 28-外框
29-第三轴承盖 30-第三轴承
31-第三半轴 32-中框
33-内框摆镜镜座 34-镜片压板
35-第四半轴
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供一种基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，如图1至图3所示，包括正交设置的一维轴系和二维轴系，还包括一维减速电机、二维减速电机、镜片组件、钢带、主动轮以及被动轮；一维轴系通过联轴器将一维减速电机的转轴与镜片组件固定连接，直接驱动镜片组件的一维转动；钢带与主动轮和被动轮均连接，被动轮与二维轴系固定连接，主动轮通过联轴器与二维减速电机的转轴固定连接；二维减速电机的输出力矩通过钢带作用到二维轴系上，驱动镜片组件做二维转动。
本发明的二维耦合光学摆镜装置，一维采用电机内置、直驱方式，二维采用钢带传动方式。两个维度的转轴轴系在一个平面内十字正交布置。摆镜一维结构的电机直接驱动转动轴系，带动摆镜实现一维往复摆动；摆镜二维结构是利用钢带传动，通过钢带传动，将电机的往复运动传递到摆镜结构的二维轴系上，实现摆镜的二维往复运动。
进一步地，镜片组件可以包括摆镜镜片4、内框摆镜镜座33、镜片压板34；摆镜镜片4安装在内框摆镜镜座33上，并通过镜片压板34将摆镜镜片4固定在内框摆镜镜座33上。
钢带与主动轮、被动轮的连接固定方式可以是：钢带18绕过被动轮14后在主动轮20上利用钢带压板13固定；钢带18在被动轮14上利用钢带压板13固定。在二维减速电机驱动下27，主动轮20转动，通过传动钢带18将主动轮20运动和动力传递到被动轮14上，从而实现二维摆镜的二维摆动。
基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置还可以包括与一维轴系连接的中框32，一维减速电机1垂直穿过所述中框32。
一维轴系可以进一步包括第一半轴3、第二半轴5、第一轴承7、第一轴承盖10，第一半轴3和第二半轴5与中框32固定连接；第一轴承10安装在中框32和第一半轴3、第二半轴5上；一维减速电机1内置于中框32和第一半轴3的内部，一维减速电机1的外壳与第二半轴5固定连接；第一轴承盖10与中框32固定连接；一维减速电机1的转轴通过第一联轴器9与第一轴承盖10固定连接；一维减速电机1的输出轴带动第一轴承盖10和内框摆镜镜座33摆动，实现一维摆动。
二维轴系可以包括第三半轴31、第四半轴35、第三轴承30、第二轴承盖17、第三轴承盖29；其中第三半轴31和第四半轴35与中框32固定连接，第三轴承30安装在第三半轴31、第四半轴35和外框28上；第二轴承盖17和第三轴承盖29分别固定在外框28的两侧；被动轮14与第四半轴35固定连接。
基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置还可以包括钢带张紧座19、主动轮轴承座22和电机安装座26；其中钢带张紧座19与外框28固定连接，主动轮轴承座22与钢带张紧座19固定连接，第二轴承23安装在主动轮轴承座22内，主动轮20的转轴穿过第二轴承23，并通过轴承轴向锁紧螺母24将主动轮20相对于第二轴承23轴向固定；电机安装座26与二维减速电机27固定连接；电机安装座26与主动轮轴承座22固定连接。
基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置还包括第一零位开关挡片11和第一零位开关12；第一零位开关挡片11固定在内框摆镜镜座33上；第一零位开关12安装在外框28上；第一零位开关挡片11和第一零位开关12作为一维轴系的基准零位。
基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置还包括第二零位开关挡片6和第二零位开关8，第二零位开关挡片6固定在所述内框摆镜镜座33上；第二零位开关8安装在外框28上；第二零位开关挡片6和第二零位开关8作为二维轴系的基准零位。
钢带的一种张紧方式是：张紧螺钉一端顶紧耐磨垫片，当拧紧张紧螺钉，将主动轮轴承座22沿钢带张紧座19向上推动，从而张紧传动钢带。
本发明使用的驱动电机为伺服电机、电机前端安装减速机、后端安装编码器。减速机速比为1:1670，编码器为3通道、每圈计数512个。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，其特征在于，包括正交设置的一维轴系和二维轴系，还包括一维减速电机、二维减速电机、镜片组件、钢带、主动轮以及被动轮；所述一维轴系通过联轴器将一维减速电机的转轴与所述镜片组件固定连接，直接驱动镜片组件的一维转动；所述钢带与主动轮和被动轮均连接，所述被动轮与二维轴系固定连接，所述主动轮通过联轴器与二维减速电机的转轴固定连接；所述二维减速电机的输出力矩通过钢带作用到二维轴系上，驱动镜片组件做二维转动。
2.根据权利要求1所述的基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，其特征在于，所述镜片组件包括摆镜镜片(4)、内框摆镜镜座(33)、镜片压板(34)；所述摆镜镜片(4)安装在内框摆镜镜座(33)上，并通过所述镜片压板(34)将摆镜镜片(4)固定在内框摆镜镜座(33)上。
3.根据权利要求2所述的基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，其特征在于，还包括与所述一维轴系连接的中框(32)，所述一维减速电机(1)垂直穿过所述中框(32)。
4.根据权利要求3所述的基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，其特征在于，所述一维轴系包括第一半轴(3)、第二半轴(5)、第一轴承(7)、第一轴承盖(10)，所述第一半轴(3)和第二半轴(5)与所述中框(32)固定连接；第一轴承(10)安装在所述中框(32)和所述第一半轴(3)、第二半轴(5)上；所述一维减速电机(1)内置于中框(32)和第一半轴(3)的内部，所述一维减速电机(1)的外壳与所述第二半轴(5)固定连接；所述第一轴承盖(10)与中框(32)固定连接；一维减速电机(1)的转轴通过第一联轴器(9)与第一轴承盖(10)固定连接；所述一维减速电机(1)的输出轴带动第一轴承盖(10)和内框摆镜镜座(33)摆动，实现一维摆动。
5.根据权利要求3所述的基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，其特征在于，所述二维轴系包括第三半轴(31)、第四半轴(35)、第三轴承(30)、第二轴承盖(17)、第三轴承盖(29)；其中所述第三半轴(31)和所述第四半轴(35)与所述中框(32)固定连接，第三轴承(30)安装在所述第三半轴(31)、所述第四半轴(35)和外框(28)上；第二轴承盖(17)和第三轴承盖(29)分别固定在外框(28)的两侧；所述被动轮(14)与所述第四半轴(35)固定连接。
6.根据权利要求3所述的基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，其特征在于，还包括钢带张紧座(19)、主动轮轴承座(22)和电机安装座(26)；其中钢带张紧座(19)与外框(28)固定连接，主动轮轴承座(22)与钢带张紧座(19)固定连接，第二轴承(23)安装在主动轮轴承座(22)内，主动轮(20)的转轴穿过第二轴承(23)，并通过轴承轴向锁紧螺母(24)将主动轮(20)相对于第二轴承(23)轴向固定；电机安装座(26)与二维减速电机(27)固定连接；电机安装座(26)与主动轮轴承座(22)固定连接。
7.根据权利要求1所述的基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，其特征在于，所述钢带(18)绕过被动轮(14)后在所述主动轮(20)上利用钢带压板(13)固定；所述钢带(18)在所述被动轮(14)上利用钢带压板(13)固定。
8.根据权利要求5所述的基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，其特征在于，还包括第一零位开关挡片(11)和第一零位开关(12)；所述第一零位开关挡片(11)固定在所述内框摆镜镜座(33)上；所述第一零位开关(12)安装在所述外框(28)上；第一零位开关挡片(11)和第一零位开关(12)作为一维轴系的基准零位。
9.根据权利要求5所述的基于钢带传动的二维耦合光学摆镜装置，其特征在于，还包括第二零位开关挡片(6)和第二零位开关(8)，所述第二零位开关挡片(6)固定在所述内框摆镜镜座(33)上；所述第二零位开关(8)安装在所述外框(28)上；所述第二零位开关挡片(6)和所述第二零位开关(8)作为所述二维轴系的基准零位。
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