CN110908068A - 一种棱镜消像旋装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棱镜消像旋装置，本发明通过将棱镜直接固定到棱镜消像旋装置的主轴上，并通过调整所述棱镜与所述主轴之间的位置关系，使棱镜的光轴与所述主轴重合，从而实现很好的消除图像旋转的作用。

Description

一种棱镜消像旋装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种棱镜消像旋装置。

背景技术

周视光学系统可以在方位方向进行360°扫描、跟踪成像，在军事领域有广泛应用，可以用作光电雷达，也可用作火控瞄准器。如果周视光学系统比较复杂，整个系统无法随方位和俯仰组件旋转，只有前端部分系统可以随方位和俯仰组件旋转，而后方成像部分需要与转台固连，在这种情况下就会产生像旋。

现有为了消除像旋，通常是在周视光学系统中设置消像旋装置用作间接稳定装置。即，在系统光路中，成像器件之前，沿主光轴方向安装一个消像旋棱镜以消除图像旋转的功能。但是现有消像旋装置难以使棱镜的光轴与消像旋装置的机械旋转轴高度重合，从而降低了消像旋的作用。

发明内容

本发明提供一种棱镜消像旋装置，解决现有棱镜消像旋装置不能很好的实现消像旋的问题。

本发明提供了一种棱镜消像旋装置，包括：轴系组件、棱镜和棱镜座；

所述棱镜固定在所述棱镜座上，通过所述棱镜座将所述棱镜固定在所述轴系组件的主轴上，并使所述棱镜的光轴与所述主轴重合；

通过电机带动所述主轴和所述棱镜转动，以消除图像旋转。

优选地，所述棱镜座包括：第一固定端、第二固定端和连接部；

所述连接部为L型，所述第一固定端和所述第二固定端通过所述连接部进行连接；

所述第一固定端与所述棱镜的第一梯形面连接，所述第二固定端与所述棱镜的第一矩形面连接，所述连接部包围在所述棱镜的第二梯形面和第二矩形面外围，通过所述第一固定端、所述第二固定端和所述连接部对所述棱镜进行固定，并通过所述连接部将所述棱镜座固定到所述主轴上；

其中，所述第一矩形面的面积小于所述第二矩形面的面积。

优选地，所述连接部进一步包括第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂包括第一连接端和第二连接端，所述第二连接臂包括第三连接端和第四连接端；

所述第一连接端与所述第一固定端连接；

所述第二连接端与所述第三连接端相连接，

所述第四连接端与所述第二固定端相连接。

优选地，所述第一固定端与所述第一梯形面通过压紧钉进行固定。

优选地，所述棱镜的第一矩形面上设有连接孔，所述第二固定端上的插件插入所述连接孔以将所述第二固定端与所述棱镜进行固定。

优选地，所述主轴上设有中空结构，所述中空结构用于盛放相连接以后的所述棱镜与所述棱镜座。

优选地，所述中空结构对称设有两对腰孔，所述第一连接臂上设有连接件，通过所述连接件、所述第一固定端、所述第二固定端与所述腰孔配合，将所述棱镜座固定在所述中空结构内。

优选地，所述中空结构对称设有两对腰孔，所述第一连接臂上设有连接件，通过所述连接件与所述腰孔配合，以及，将所述棱镜座固定在所述中空结构内。

优选地，，所述轴系组件进一步包括轴承和外框架，其中所述轴承包括两个；

两个轴承通过所述外框架进行支撑，并且两个轴承背对背设置在所述主轴上。

优选地，该装置还包括：读数头和码盘；

所述读数头和所述码盘均设置在所述轴承上，通过所述码盘采集旋转角度，并通过所述读数头对旋转角度进行反馈。

本发明有益效果如下：

本发明通过将棱镜直接固定到棱镜消像旋装置的主轴上，并通过调整所述棱镜与所述主轴之间的位置关系，使棱镜的光轴与所述主轴重合，从而实现很好的消除图像旋转的作用，并且，本发明的一体化轴系设计可以消除轴承内圈的尺寸加工误差，主轴与轴承配合面的加工误差以及轴承与主轴的装配误差，使得轴系的回转精度至少可以提高一倍，且可以省去主轴的轴肩，轴承的内圈以及内压圈等结构，从而使装置的轴向尺寸减少10mm左右，径向尺寸减少5mm左右，从而大大节省了机载光电设备的体积。

附图说明

图1为本发明实施例的棱镜消像旋装置结构示意图；

图2为本发明实施例的轴系组件结构示意图；

图3为本发明实施例的棱镜组件结构示意图；

图4为本发明实施例的棱镜组件与轴系组件装调接口结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有棱镜消像旋装置不能很好的实现消像旋的问题，本发明提供了一种棱镜消像旋装置，通过将棱镜直接固定到棱镜消像旋装置的主轴上，并通过调整所述棱镜与所述主轴之间的位置关系，使棱镜的光轴与所述主轴重合，从而实现很好的消除图像旋转的作用。以下结合附图以及实施例，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，并不限定本发明。

实施例一

本发明实施例提供了一种棱镜消像旋装置，参见图1，包括：轴系组件、棱镜和棱镜座；

所述棱镜固定在所述棱镜座上，通过所述棱镜座将所述棱镜固定在所述轴系组件的主轴上，并使所述棱镜的光轴与所述主轴重合；

通过电机带动所述主轴和所述棱镜转动，以消除图像旋转。

也就是说，本发明实施例通过将棱镜直接固定到棱镜消像旋装置的主轴上，并通过调整所述棱镜与所述主轴之间的位置关系，使棱镜的光轴与所述主轴重合，从而实现很好的消除图像旋转的作用。

如图2所示，本发明实施例中，所述棱镜座包括：第一固定端、第二固定端和连接部；

所述连接部为L型，所述第一固定端和所述第二固定端通过所述连接部进行连接；

所述第一固定端与所述棱镜的第一梯形面连接，所述第二固定端与所述棱镜的第一矩形面连接，所述连接部包围在所述棱镜的第二梯形面和第二矩形面外围，通过所述第一固定端、所述第二固定端和所述连接部对所述棱镜进行固定，并通过所述连接部将所述棱镜座固定到所述主轴上；

其中，所述第一矩形面的面积小于所述第二矩形面的面积。

即，L型的所述连接部包围在棱镜的底面和一个梯形面上，第一固定端固定在另一个梯形面上，第二固定端与棱镜的顶部端面相连接固定。

所述连接部进一步包括第一连接臂和第二连接臂，第一连接臂和第二连接臂呈L型，两端分别于一固定端、第二固定端相连接。

具体地，所述第一连接臂包括第一连接端和第二连接端，所述第二连接臂包括第三连接端和第四连接端；

所述第一连接端与所述第一固定端连接；

所述第二连接端与所述第三连接端相连接，

所述第四连接端与所述第二固定端相连接。

所述第一固定端与所述第一梯形面通过压紧钉进行固定。

所述棱镜的第一矩形面上设有连接孔，所述第二固定端上的插件插入所述连接孔以将所述第二固定端与所述棱镜进行固定。

根据图1可知，本发明实施例的所述主轴上设有中空结构，所述中空结构用于盛放相连接以后的所述棱镜与所述棱镜座。

本发明实施例的所述中空结构对称设有两对腰孔，所述第一连接臂上设有连接件，通过所述连接件、所述第一固定端、所述第二固定端与所述腰孔配合，将所述棱镜座固定在所述中空结构内。

具体地，所述中空结构对称设有两对腰孔，所述第一连接臂上设有连接件，通过所述连接件与所述腰孔配合，以及，将所述棱镜座固定在所述中空结构内。

总体来说，本发明实施例的棱镜座与主轴的安装接口采用腰型孔加定位销的连接方式，可以方便快捷的实现棱镜的一维调整。

本发明实施例中，所述轴系组件进一步包括轴承和外框架，其中所述轴承包括两个；

两个轴承通过所述外框架进行支撑，并且两个轴承背对背设置在所述主轴上。

本发明实施例通过将主轴和轴承进行一体化设置，可以省去主轴的轴肩，轴承的内圈以及内压圈等结构，从而使装置的轴向尺寸减少10mm左右，径向尺寸减少5mm左右，这对于机载光电设备来说是十分重要的。另外，一体化轴系设置可以消除轴承内圈的尺寸加工误差，主轴与轴承配合面的加工误差以及轴承与主轴的装配误差，使得轴系的回转精度至少可以提高一倍。而且本发明实施例的两列轴承采用背对背布置方式，使轴承既可以承受径向载荷，也可以承受轴向载荷，同时两列轴承的受力点在两列轴承的外侧，从而增强了轴系的稳定性。

本发明实施例中，在所述轴承上，还设有读数头和码盘，通过码盘采集旋转角度，并通过读数头对旋转角度进行反馈。

具体来说，本发明实施例采用无刷直流力矩电机直驱、码盘和读数头反馈控制的方式，可以使棱镜具有较高的旋转角度控制精度和较高的响应速度。

总体来说，本发明实施例采用了背对背、成对、角接触球轴承的轴系布局形式，且轴承内圈与主轴一体化加工，外圈分体。主轴、滚珠、保持架与外圈一体化装配，形成主轴组件；然后装入外框架，轴承外圈与装置外框架过度配合；最后装入压圈，压紧轴承，使主轴组件不会在外框架内轴向窜动，并达到消除轴承游隙的效果。

另外，本发明的消除图像旋转装置的结构紧凑，精度高、易于加且工，便于光机装调，从而大大提升了用户体验。

实施例二

为了消除图像旋转，并使得整个光学系统具有较好的光轴一致性，本发明提供了一种结构紧凑，精度高、易于加工，便于光机装调的消像旋装置。下面将结合图1-图4对本发明实施例所述的装置进行详细解释和说明：

如图1所示，棱镜消像旋装置主要包括：轴系组件A、棱镜组件B、电机外环11、电机内环12、读数头支架13、读数头14、码盘15。电机外环11与外框架5端面的机械接口连接，电机内环12与主轴1端面的机械接口连接。棱镜组件B安装在主轴1的内部，棱镜组件上面的压紧钉10的外圆柱面与主轴1上相应的光机装调接口配合，棱镜组件B上面4个螺纹孔与主轴1上面的4个腰型孔对齐，用4个M2.5的螺钉将两者连接到一起，如图4所示。需要调整棱镜光轴与机械轴夹角时，松开4个螺钉，将一字起子插入到压紧钉10的一字槽内，转动棱镜组件B，调整到位后拧紧4个螺钉。主轴1与码盘15通过另一端面的机械接口连接，读数头14通过读数头支架13与外框架5另一端面的机械接口连接。可以通过读数头支架13螺纹孔的间隙微调读数头14与码盘15之间的相对位置关系，使读数头14能够准确的读取到主轴1的转动角度。

如图2所示，棱镜组件主要包括：棱镜7、镜座8、销钉9、压紧钉10。本实例以道威棱镜加以说明。棱镜7梯形上底面加工有一个盲孔，棱镜7穿入到镜座8的方孔内，要使棱镜7梯形上底面上的盲孔与镜座8上面的销孔对齐，棱镜7与镜座8三面配合，安装压紧钉10的那一面镜座8与棱镜7有0.5mm间隙。压紧钉10端面贴有厚度为2mm的橡胶垫，压紧钉与镜座8通过对应的安装孔连接，压紧钉10端面与棱镜7存在1.5mm间隙，橡胶垫的压缩量就有0.5mm，用来压紧棱镜7。销钉9穿过镜座8的销孔，插入到棱镜7的盲孔内，从而起到限位的作用。棱镜7的四个棱边加工有倒角，与镜座8形成截面为三角形的注胶槽。用注胶机在注胶槽内注入703硅橡胶，静置48小时，使得在机载冲击振动环境下，棱镜7与镜座8不会出现相对运动。

如图3所示，轴系组件主要包括：主轴1、精密滚珠2、轴承保持架3、轴承外圈4、外框架5、轴承压圈6。主轴1内部中空，加工有安装调试棱镜组件的机械接口，两侧外圆柱面加工出截面为圆形的沟道，主轴两个端面分别加工出安装码盘15和无刷直流力矩电机内环12(以下简称电机内环)的机械接口。主轴1的两排沟道内分别安装有34个直径为5mm的精密滚珠2和轴承保持架3，然后再在对应位置分别安装轴承外圈4，构成主轴组件，主轴组件采用的材料为GCr15。外框架5主体是一个单边开口中空的圆柱体，柱面上有减重孔，外侧有与光学系统安装的机械接口。外框架5开口端加工出螺纹，用以安装轴承压圈6，以及安装无刷直流力矩电机外环11(以下简称电机外环)的机械接口。闭口端加工出安装读数头14的机械接口。主轴组件A1安装在外框架5内，轴承外圈4与外框架5的内孔采用过度配合。在轴承压圈6的螺纹上涂抹少量703硅橡胶，轴承压圈6通过螺纹与外框架5连接，用适当的扭矩旋紧轴承压圈6，让它压紧主轴组件，在最大限度消除轴承游隙的同时，保证主轴1旋转时的摩擦力矩不会太大。

本发明采用了背对背、成对、角接触球轴承的轴系布局形式，且轴承内圈与主轴一体化加工，外圈分体。主轴、滚珠、保持架与外圈一体化装配，形成主轴组件；然后装入外框架，轴承外圈与装置外框架过度配合；最后装入压圈，压紧轴承，使主轴组件不会在外框架内轴向窜动，并达到消除轴承游隙的效果。

本发明采用无刷直流力矩电机直驱、码盘和读数头反馈控制的方式，使得棱镜能够具有较高的旋转角度精度和响应速度。

棱镜采用胶接与机械压紧相结合的方式固定在棱镜座内，棱镜座安装到主轴的方孔内，棱镜座与主轴的安装接口采用腰型孔加定位销的方式连接，可以实现棱镜的一维调整。

综上，本发明至少具有以下有益效果：

1、本发明采用一体化轴系设计可以消除轴承内圈的尺寸加工误差，主轴与轴承配合面的加工误差以及轴承与主轴的装配误差，使得轴系的回转精度至少可以提高一倍。

2、本发明采用一体化轴系设计可以省去主轴的轴肩，轴承的内圈以及内压圈等结构，从而使装置的轴向尺寸减少10mm左右，径向尺寸减少5mm左右，这对于机载光电设备来说是十分重要的。

3、本发明的两列轴承采用背对背布置方式，使轴承既可以承受径向载荷，也可以承受轴向载荷，同时两列轴承的受力点在两列轴承的外侧，从而增强了轴系的稳定性。

4、本发明采用无刷直流力矩电机直驱、码盘和读数头反馈控制的方式，可以使棱镜具有较高的旋转角度控制精度和较高的响应速度。

5、棱镜座与主轴的安装接口采用腰型孔加定位销的连接方式，可以方便快捷的实现棱镜的一维调整。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种棱镜消像旋装置，其特征在于，包括：轴系组件、棱镜和棱镜座；

所述棱镜固定在所述棱镜座上，通过所述棱镜座将所述棱镜固定在所述轴系组件的主轴上，并使所述棱镜的光轴与所述主轴重合；

通过电机带动所述主轴和所述棱镜转动，以消除图像旋转；

其中，所述轴系组件的轴承内圈与所述主轴是一体化加工。

2.根据权利要求1所述的棱镜消像旋装置，其特征在于，所述棱镜座包括：第一固定端、第二固定端和连接部；

所述连接部为L型，所述第一固定端和所述第二固定端通过所述连接部进行连接；

所述第一固定端与所述棱镜的第一梯形面连接，所述第二固定端与所述棱镜的第一矩形面连接，所述连接部包围在所述棱镜的第二梯形面和第二矩形面外围，通过所述第一固定端、所述第二固定端和所述连接部对所述棱镜进行固定，并通过所述连接部将所述棱镜座固定到所述主轴上；

其中，所述第一矩形面的面积小于所述第二矩形面的面积。

3.根据权利要求2所述的棱镜消像旋装置，其特征在于，

所述连接部进一步包括第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂包括第一连接端和第二连接端，所述第二连接臂包括第三连接端和第四连接端；

所述第一连接端与所述第一固定端连接；

所述第二连接端与所述第三连接端相连接，

所述第四连接端与所述第二固定端相连接。

4.根据权利要求3所述的棱镜消像旋装置，其特征在于，

所述第一固定端与所述第一梯形面通过压紧钉进行固定。

5.根据权利要求3所述的棱镜消像旋装置，其特征在于，

所述棱镜的第一矩形面上设有连接孔，所述第二固定端上的插件插入所述连接孔以将所述第二固定端与所述棱镜进行固定。

6.根据权利要求3所述的棱镜消像旋装置，其特征在于，

所述主轴上设有中空结构，所述中空结构用于盛放相连接以后的所述棱镜与所述棱镜座。

7.根据权利要求6所述的棱镜消像旋装置，其特征在于，

所述中空结构对称设有两对腰孔，所述第一连接臂上设有连接件，通过所述连接件、所述第一固定端、所述第二固定端与所述腰孔配合，将所述棱镜座固定在所述中空结构内。

8.根据权利要求7所述的棱镜消像旋装置，其特征在于，

所述中空结构对称设有两对腰孔，所述第一连接臂上设有连接件，通过所述连接件与所述腰孔配合，以及，将所述棱镜座固定在所述中空结构内。

9.根据权利要求1所述的棱镜消像旋装置，其特征在于，所述轴系组件进一步包括轴承和外框架，其中所述轴承包括两个；

两个轴承通过所述外框架进行支撑，并且两个轴承背对背设置在所述主轴上。

10.根据权利要求9所述的棱镜消像旋装置，其特征在于，该装置还包括：读数头和码盘；

所述读数头和所述码盘均设置在所述轴承上，通过所述码盘采集旋转角度，并通过所述读数头对旋转角度进行反馈。

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