CN111198440A - 一种基于直线运动机构的滤光片切换装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于直线运动机构的滤光片切换装置及控制方法。滤光片组件与高直线度直线导轨连接，直线步进电机固定安装在基座左侧，直线步进电机的丝杆轴穿过基座的电机定位孔，直线步进电机的法兰安装螺母固定安装在电机轴套套块的螺母安装孔内。在滤光片组件移动过程中光电开关挡片可以使得光电开关产生电信号。本发明采用直线步进电机作为驱动并使用单个高直线度直线导轨使得结构简单，可以实现复杂振动环境下的机构自锁，成像质量高。使用多个光电开关进行反馈使得滤光片切换控制简单，控制方法简易可行。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种滤光片切换装置，具体涉及一种基于直线运动机构的滤光片切换装置及控制方法。
背景技术
滤光片是安装在光电探测器前，在光电探测器成像时用来选取所需辐射波段的光学器件。在使用滤光片成像时通常安装多个滤光片，通过滤光片切换装置进行不同辐射波段的光学成像，滤光片切换装置是现代光机系统中的一个重要部件。目前所研制的滤光片切换装置一般采用齿轮、丝杆等机构进行机械传动，使得装置结构繁琐、体积大，且切换装置位置反馈困难，使得控制复杂，成本高。而随着技术的进步，直线运动机构形式不断发展，直线电机、直线导轨、光电开关等直线运动及反馈部件已经被成熟制造及使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑、控制简单、成本低的基于直线运动机构的滤光片切换装置及控制方法，加工简单、结构复杂度低、滤光片切换方便，适用于各种需要滤光片切换的光机成像系统，更加适合成熟市场化使用及科研使用，实现高质量成像的需求。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于直线运动机构的滤光片切换装置，包括基座1，高直线度直线导轨2，滤光片组件3，直线步进电机4，电机轴轴承5，光电开关一6，光电开关二7，光电开关三8，光电开关四9；其特征在于：
所述的基座1为U形架结构，左侧支架上有电机定位孔1-1，右侧支架上有轴承安装孔1-2，底部前侧为前侧安装凸台1-3，底部后侧为后侧安装凸台1-4，前侧安装凸台1-3及后侧安装凸台1-4上都有安装通孔，前侧安装凸台1-3上端面为光电开关安装面1-5。
所述的滤光片组件3包括电机轴套套块3-1，滤光片安装架3-2，滤光片一 3-3，滤光片二3-4，滤光片三3-5，滤光片四3-6，滤光片压块3-7，光电开关挡片3-8；其结构为：所述的电机轴套套块3-1中心有螺母安装孔，所述的滤光片安装架3-2上部有滤光片安装孔，滤光片安装架3-2下表面通过螺钉与电机轴套套块3-1上表面固定连接；所述的滤光片一3-3、所述的滤光片二3-4、所述的滤光片三3-5、所述的滤光片四3-6从右至左依次安装在滤光片安装架3-2上部的滤光片安装孔内，所述的滤光片压块3-7通过螺钉固定安装在滤光片安装架3-2前端面上，同时滤光片压块3-7将滤光片一3-3、滤光片二3-4、滤光片三 3-5及滤光片四3-6压紧固定；所述的光电开关挡片3-8通过螺钉固定安装在电机轴套套块3-1前端面上。
所述的高直线度直线导轨2通过螺钉固定安装在所述的基座1的U形槽内，所述的滤光片组件3的电机轴套套块3-1下端面通过螺钉与高直线度直线导轨2 的滑块固定连接；所述的直线步进电机4通过所述的基座1的电机定位孔1-1径向定位，并通过螺钉固定安装在基座1左侧，直线步进电机4的丝杆轴穿过基座 1的电机定位孔1-1，直线步进电机4的丝杆轴上套装有法兰安装螺母，直线步进电机4的法兰安装螺母通过螺钉固定安装在滤光片组件3的电机轴套套块3-1 的螺母安装孔内；所述的电机轴轴承5轴向固定套装在所述的基座1的轴承安装孔1-2孔内，直线步进电机4的丝杆轴末端滑套安装在电机轴轴承5内孔内；所述的光电开关一6、所述的光电开关二7、所述的光电开关三8、所述的光电开关四9从左至右依次通过螺钉固定安装在所述的基座1的光电开关安装面1-5上；所述的滤光片一3-3与所述的滤光片二3-4的安装距离、滤光片二3-4与所述的滤光片三3-5的安装距离、滤光片三3-5与所述的滤光片四3-6的安装距离、光电开关一6与光电开关二7的安装距离、光电开关二7与光电开关三8的安装距离、光电开关三8与光电开关四9的安装距离相等，直线步进电机4可以驱动所述的滤光片组件3及高直线度直线导轨2的滑块左右移动，在滤光片组件3移动过程中所述的滤光片组件3的光电开关挡片3-8可以穿过光电开关一6、光电开关二7、光电开关三8、光电开关四9的检测凹槽，使得光电开关一6、光电开关二7、光电开关三8、光电开关四9分别产生电信号。
本发明还提供了一种基于直线运动机构的滤光片切换装置的控制滤光片切换方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，启动所述的直线步进电机4，驱动所述的滤光片组件3及所述的高直线度直线导轨2的滑块左右移动，当所述的滤光片组件3的光电开关挡片3-8 进入所述的光电开关一6的检测凹槽中将光电开关一6的检测光完全遮挡时，光电开关一6产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置；
步骤2，将基于直线运动机构的滤光片切换装置通过螺钉固定安装在需要通过滤光片选择波段成像的光电探测器前，使得所述的滤光片组件3的滤光片一3-3在成像光路滤光片安装位置；
步骤3，当光电探测器需要通过所述的滤光片组件3的滤光片一3-3选择波段成像时，直接启动光电探测器成像即可；当光电探测器需要通过所述的滤光片组件3的滤光片二3-4选择波段成像时，启动所述的直线步进电机4，驱动所述的滤光片组件3向右运动，当所述的滤光片组件3的光电开关挡片3-8进入所述的光电开关二7的检测凹槽中将光电开关二7的检测光完全遮挡时，光电开关二7产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置，启动光电探测器成像；当光电探测器需要通过所述的滤光片组件3的滤光片三3-5选择波段成像时，启动直线步进电机4，驱动滤光片组件3向右运动，当滤光片组件3的光电开关挡片3-8进入所述的光电开关三8的检测凹槽中将光电开关三8的检测光完全遮挡时，光电开关三8产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置，启动光电探测器成像；当光电探测器需要通过所述的滤光片组件3的滤光片四3-6选择波段成像时，启动直线步进电机4，驱动滤光片组件3向右运动，当滤光片组件3 的光电开关挡片3-8进入所述的光电开关四9的检测凹槽中将光电开关四9的检测光完全遮挡时，光电开关四9产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置，启动光电探测器成像；
步骤4，如果步骤3中光电探测器是通过所述的滤光片一3-3选择波段成像，成像完成后则保持所述的滤光片组件3位置不变；如果步骤3中光电探测器是通过所述的滤光片二3-4、所述的滤光片三3-5及所述的滤光片四3-6中的滤光片选择波段成像，成像完成后启动所述的直线步进电机4，驱动滤光片组件3向左运动，当所述的滤光片组件3的光电开关挡片3-8进入所述的光电开关一6的检测凹槽中将光电开关一6的检测光完全遮挡时，光电开关一6产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置；
步骤5，重复执行步骤3和步骤4即可实现滤光片切换装置的滤光片切换功能，光电探测器选取所需波段进行成像。
本发明具有如下优点：本发明可以通过增加滤光片安装孔位及进行反馈的光电开关,安装更多滤光片，使得可以进行更多不同波段的滤光片切换，具有广泛适用性。本发明结构合理、紧凑，可靠性高，制造容易，安装简便，相较于传统的滤光片切换装置，采用直线步进电机作为驱动并使用单个高直线度直线导轨使得结构简单，并极大的降低了成本、简化了结构装调工艺过程，且由于采用具有滚珠丝杆机构的直线步进电机作为驱动可以实现复杂振动环境下的机构自锁，成像质量高。使用多个光电开关进行反馈使得滤光片切换控制简单，控制方法简易可行，避免了复杂繁琐的位置反馈控制。
附图说明
图1是本发明的一个实施例滤光片一3-3成像状态下的总体结构示意图。
图2是本发明的一个实施例的基座1的结构示意图。
图3是本发明的一个实施例的滤光片组件3的总体结构示意图。
图4是本发明的一个实施例滤光片二3-4成像状态下的总体结构示意图。
图5是本发明的一个实施例滤光片三3-5成像状态下的总体结构示意图。
图6是本发明的一个实施例滤光片四3-6成像状态下的总体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明一个较好实施例，主要作进一步详细说明本发明的特点，而非用来限定本发明的范围：
参见图1，本基于直线运动机构的滤光片切换装置，包括基座1，高直线度直线导轨2，滤光片组件3，直线步进电机4，电机轴轴承5，光电开关一6，光电开关二7，光电开关三8，光电开关四9；其特征在于：
参见图2，基座1为U形架结构，左侧支架上有电机定位孔1-1，右侧支架上有轴承安装孔1-2，底部前侧为前侧安装凸台1-3，底部后侧为后侧安装凸台1-4，前侧安装凸台1-3及后侧安装凸台1-4上都有安装通孔，前侧安装凸台1-3上端面为光电开关安装面1-5。
参见图3，滤光片组件3包括电机轴套套块3-1，滤光片安装架3-2，滤光片一3-3，滤光片二3-4，滤光片三3-5，滤光片四3-6，滤光片压块3-7，光电开关挡片3-8；其结构为：电机轴套套块3-1中心有螺母安装孔，滤光片安装架3-2 上部有滤光片安装孔，滤光片安装架3-2下表面通过螺钉与电机轴套套块3-1上表面固定连接；滤光片一3-3、滤光片二3-4、滤光片三3-5、滤光片四3-6从右至左依次安装在滤光片安装架3-2上部的滤光片安装孔内，滤光片压块3-7通过螺钉固定安装在滤光片安装架3-2前端面上，同时滤光片压块3-7将滤光片一3-3、滤光片二3-4、滤光片三3-5及滤光片四3-6压紧固定；光电开关挡片3-8 通过螺钉固定安装在电机轴套套块3-1前端面上。
高直线度直线导轨2采用日本MISUMI公司的SSEBWZ14G-190，高直线度直线导轨2通过螺钉固定安装在基座1的U形槽内，滤光片组件3的电机轴套套块3-1 下端面通过螺钉与高直线度直线导轨2的滑块固定连接；直线步进电机4采用海顿直线电机(常州)有限公司的28H49-05-A55，直线步进电机4通过基座1的电机定位孔1-1径向定位，并通过螺钉固定安装在基座1左侧，直线步进电机4的丝杆轴穿过基座1的电机定位孔1-1，直线步进电机4的丝杆轴上套装有法兰安装螺母，直线步进电机4的法兰安装螺母通过螺钉固定安装在滤光片组件3的电机轴套套块3-1的螺母安装孔内；电机轴轴承5轴向固定套装在基座1的轴承安装孔1-2孔内，直线步进电机4的丝杆轴末端滑套安装在电机轴轴承5内孔内；光电开关一6、光电开关二7、光电开关三8、光电开关四9都采用中国台湾亿光公司的GK152，光电开关一6、光电开关二7、光电开关三8、光电开关四9从左至右依次通过螺钉固定安装在基座1的光电开关安装面1-5上；滤光片一3-3与滤光片二3-4的安装距离、滤光片二3-4与滤光片三3-5的安装距离、滤光片三 3-5与滤光片四3-6的安装距离、光电开关一6与光电开关二7的安装距离、光电开关二7与光电开关三8的安装距离、光电开关三8与光电开关四9的安装距离相等，距离都为34mm，直线步进电机4可以驱动滤光片组件3及高直线度直线导轨 2的滑块左右移动，在滤光片组件3移动过程中滤光片组件3的光电开关挡片3-8 可以穿过光电开关一6、光电开关二7、光电开关三8、光电开关四9的检测凹槽，使得光电开关一6、光电开关二7、光电开关三8、光电开关四9分别产生电信号。
本发明还提供了一种基于直线运动机构的滤光片切换装置的控制滤光片切换方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，启动直线步进电机4，驱动滤光片组件3及高直线度直线导轨2的滑块左右移动，如图1所示，当滤光片组件3的光电开关挡片3-8进入光电开关一6 的检测凹槽中将光电开关一6的检测光完全遮挡时，光电开关一6产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置；
步骤2，将基于直线运动机构的滤光片切换装置通过螺钉固定安装在需要通过滤光片选择波段成像的光电探测器前，使得滤光片组件3的滤光片一3-3在成像光路滤光片安装位置；
步骤3，当光电探测器需要通过滤光片组件3的滤光片一3-3选择波段成像时，直接启动光电探测器成像即可；当光电探测器需要通过滤光片组件3的滤光片二3-4选择波段成像时，启动直线步进电机4，驱动滤光片组件3向右运动，如图4所示，当滤光片组件3的光电开关挡片3-8进入光电开关二7的检测凹槽中将光电开关二7的检测光完全遮挡时，光电开关二7产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置，启动光电探测器成像；当光电探测器需要通过滤光片组件3的滤光片三3-5选择波段成像时，启动直线步进电机4，驱动滤光片组件3 向右运动，如图5所示，当滤光片组件3的光电开关挡片3-8进入光电开关三8的检测凹槽中将光电开关三8的检测光完全遮挡时，光电开关三8产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置，启动光电探测器成像；当光电探测器需要通过滤光片组件3的滤光片四3-6选择波段成像时，启动直线步进电机4，驱动滤光片组件3向右运动，如图6所示，当滤光片组件3的光电开关挡片3-8进入光电开关四9的检测凹槽中将光电开关四9的检测光完全遮挡时，光电开关四9产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置，启动光电探测器成像；
步骤4，如果步骤3中光电探测器是通过滤光片一3-3选择波段成像，成像完成后则保持滤光片组件3位置不变；如果步骤3中光电探测器是通过滤光片二 3-4、滤光片三3-5及滤光片四3-6中的滤光片选择波段成像，成像完成后启动直线步进电机4，驱动滤光片组件3向左运动，如图1所示，当滤光片组件3的光电开关挡片3-8进入光电开关一6的检测凹槽中将光电开关一6的检测光完全遮挡时，光电开关一6产生电信号，此时停止直线步进电机4驱动，滤光片组件3 运动停止，由于直线步进电机4的自锁功能滤光片组件3固定在此位置；
步骤5，重复执行步骤3和步骤4即可实现滤光片切换装置的滤光片切换功能，光电探测器选取所需波段进行成像。
Claims (2)
1.一种基于直线运动机构的滤光片切换装置，包括基座(1)，高直线度直线导轨(2)，滤光片组件(3)，直线步进电机(4)，电机轴轴承(5)，光电开关一(6)，光电开关二(7)，光电开关三(8)，光电开关四(9)；其特征在于：
所述的基座(1)为U形架结构，左侧支架上有电机定位孔(1-1)，右侧支架上有轴承安装孔(1-2)，底部前侧为前侧安装凸台(1-3)，底部后侧为后侧安装凸台(1-4)，前侧安装凸台(1-3)及后侧安装凸台(1-4)上都有安装通孔，前侧安装凸台(1-3)上端面为光电开关安装面(1-5)；
所述的滤光片组件(3)包括电机轴套套块(3-1)，滤光片安装架(3-2)，滤光片一(3-3)，滤光片二(3-4)，滤光片三(3-5)，滤光片四(3-6)，滤光片压块(3-7)，光电开关挡片(3-8)；其结构为：所述的电机轴套套块(3-1)中心有螺母安装孔，所述的滤光片安装架(3-2)上部有滤光片安装孔，滤光片安装架(3-2)下表面通过螺钉与电机轴套套块(3-1)上表面固定连接；所述的滤光片一(3-3)、所述的滤光片二(3-4)、所述的滤光片三(3-5)、所述的滤光片四(3-6)从右至左依次安装在滤光片安装架(3-2)上部的滤光片安装孔内，所述的滤光片压块(3-7)通过螺钉固定安装在滤光片安装架(3-2)前端面上，同时滤光片压块(3-7)将滤光片一(3-3)、滤光片二(3-4)、滤光片三(3-5)及滤光片四(3-6)压紧固定；所述的光电开关挡片(3-8)通过螺钉固定安装在电机轴套套块(3-1)前端面上；
所述的高直线度直线导轨(2)通过螺钉固定安装在所述的基座(1)的U形槽内，所述的滤光片组件(3)的电机轴套套块(3-1)下端面通过螺钉与高直线度直线导轨(2)的滑块固定连接；所述的直线步进电机(4)通过所述的基座(1)的电机定位孔(1-1)径向定位，并通过螺钉固定安装在基座(1)左侧，直线步进电机(4)的丝杆轴穿过基座(1)的电机定位孔(1-1)，直线步进电机(4)的丝杆轴上套装有法兰安装螺母，直线步进电机(4)的法兰安装螺母通过螺钉固定安装在滤光片组件(3)的电机轴套套块(3-1)的螺母安装孔内；所述的电机轴轴承(5)轴向固定套装在所述的基座(1)的轴承安装孔(1-2)孔内，直线步进电机(4)的丝杆轴末端滑套安装在电机轴轴承(5)内孔内；所述的光电开关一(6)、所述的光电开关二(7)、所述的光电开关三(8)、所述的光电开关四(9)从左至右依次通过螺钉固定安装在所述的基座(1)的光电开关安装面(1-5)上；所述的滤光片一(3-3)与所述的滤光片二(3-4)的安装距离、滤光片二(3-4)与所述的滤光片三(3-5)的安装距离、滤光片三(3-5)与所述的滤光片四(3-6)的安装距离、光电开关一(6)与光电开关二(7)的安装距离、光电开关二(7)与光电开关三(8)的安装距离、光电开关三(8)与光电开关四(9)的安装距离相等，直线步进电机(4)可以驱动所述的滤光片组件(3)及高直线度直线导轨(2)的滑块左右移动，在滤光片组件(3)移动过程中所述的滤光片组件(3)的光电开关挡片(3-8)可以穿过光电开关一(6)、光电开关二(7)、光电开关三(8)、光电开关四(9)的检测凹槽，使得光电开关一(6)、光电开关二(7)、光电开关三(8)、光电开关四(9)分别产生电信号。
2.一种基于权利要求1所述的基于直线运动机构的滤光片切换装置的控制滤光片切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，启动所述的直线步进电机(4)，驱动所述的滤光片组件(3)及所述的高直线度直线导轨(2)的滑块左右移动，当所述的滤光片组件(3)的光电开关挡片(3-8)进入所述的光电开关一(6)的检测凹槽中将光电开关一(6)的检测光完全遮挡时，光电开关一(6)产生电信号，此时停止直线步进电机(4)驱动，滤光片组件(3)运动停止，由于直线步进电机(4)的自锁功能滤光片组件(3)固定在此位置；
步骤2，将基于直线运动机构的滤光片切换装置通过螺钉固定安装在需要通过滤光片选择波段成像的光电探测器前，使得所述的滤光片组件(3)的滤光片一(3-3)在成像光路滤光片安装位置；
步骤3，当光电探测器需要通过所述的滤光片组件(3)的滤光片一(3-3)选择波段成像时，直接启动光电探测器成像即可；当光电探测器需要通过所述的滤光片组件(3)的滤光片二(3-4)选择波段成像时，启动所述的直线步进电机(4)，驱动所述的滤光片组件(3)向右运动，当所述的滤光片组件(3)的光电开关挡片(3-8)进入所述的光电开关二(7)的检测凹槽中将光电开关二(7)的检测光完全遮挡时，光电开关二(7)产生电信号，此时停止直线步进电机(4)驱动，滤光片组件(3)运动停止，由于直线步进电机(4)的自锁功能滤光片组件(3)固定在此位置，启动光电探测器成像；当光电探测器需要通过所述的滤光片组件(3)的滤光片三(3-5)选择波段成像时，启动直线步进电机(4)，驱动滤光片组件(3)向右运动，当滤光片组件(3)的光电开关挡片(3-8)进入所述的光电开关三(8)的检测凹槽中将光电开关三(8)的检测光完全遮挡时，光电开关三(8)产生电信号，此时停止直线步进电机(4)驱动，滤光片组件(3)运动停止，由于直线步进电机(4)的自锁功能滤光片组件(3)固定在此位置，启动光电探测器成像；当光电探测器需要通过所述的滤光片组件(3)的滤光片四(3-6)选择波段成像时，启动直线步进电机(4)，驱动滤光片组件(3)向右运动，当滤光片组件(3)的光电开关挡片(3-8)进入所述的光电开关四(9)的检测凹槽中将光电开关四(9)的检测光完全遮挡时，光电开关四(9)产生电信号，此时停止直线步进电机(4)驱动，滤光片组件(3)运动停止，由于直线步进电机(4)的自锁功能滤光片组件(3)固定在此位置，启动光电探测器成像；
步骤4，如果步骤3中光电探测器是通过所述的滤光片一(3-3)选择波段成像，成像完成后则保持所述的滤光片组件(3)位置不变；如果步骤3中光电探测器是通过所述的滤光片二(3-4)、所述的滤光片三(3-5)及所述的滤光片四(3-6)中的滤光片选择波段成像，成像完成后启动所述的直线步进电机(4)，驱动滤光片组件(3)向左运动，当所述的滤光片组件(3)的光电开关挡片(3-8)进入所述的光电开关一(6)的检测凹槽中将光电开关一(6)的检测光完全遮挡时，光电开关一(6)产生电信号，此时停止直线步进电机(4)驱动，滤光片组件(3)运动停止，由于直线步进电机(4)的自锁功能滤光片组件(3)固定在此位置；
步骤5，重复执行步骤3和步骤4即可实现滤光片切换装置的滤光片切换功能，光电探测器选取所需波段进行成像。
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