CN111474663B - 一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，包括柔性主基座，所述柔性主基座具有上部刚性安装基板、下部刚性安装基板、柔性组件；电机组件的电机输出轴连接有丝杠轴；所述上部刚性安装基板固连有螺母；所述丝杠轴与所述螺母螺纹连接；所述电机组件驱动所述丝杠轴转动、并通过与其螺纹连接的螺母以及所述柔性组件的柔性变形调节所述上部刚性安装基板和下部刚性安装基板的相对距离以实现光学元件沿所述柔性主基座轴向的调焦。本发明的立式调焦机构采用柔性铰链带体传统的转动副，简化了结构，消除了运动间隙，因此，该调焦机构具有结构紧凑、体积小、运动精度高的优点。

Description

一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构

技术领域

本发明涉及空间载荷技术领域，尤其涉及一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构。

背景技术

由于空间光学系统的应用环境非常恶劣，且环境对光学系统的影响因素复杂，比如环境温度的变化、大气压力的变化、系统振动、外界冲击的影响等因素，均会使光学系统的焦面产生一定程度的轴向偏移，从而对光学系统的成像质量造成不利影响。为了保证光学系统的成像质量，需要对光学系统中相应光学组件的轴向位置进行调整，从而对光学系统焦面离焦量进行反向修正，此时就需要用到调焦机构。

对于微小卫星，总体对其重量要求非常严格，这限制了大体量、高刚度调焦机构的应用，而小体量的调焦机构，结构刚度又无法满足使用需求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中小卫星对调焦机构体积、刚度、重量和集成度的矛盾冲突问题，提供一种体积小、重量轻、刚度高的调焦机构。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，该调焦机构包括：

柔性主基座，所述柔性主基座上端用以安装光学元件，所述柔性主基座的下部用以安装调焦组件；

所述柔性主基座具有位于上端的上部刚性安装基板、位于下端的下部刚性安装基板、以及沿所述柔性主基座周向布置的柔性组件；

所述柔性主基座的下部刚性安装基板安装有电机转接座；

所述电机转接座内嵌装有电机组件；

所述电机组件的电机输出轴朝向所述上部刚性安装基板延伸，且所述电机输出轴连接有丝杠轴；

所述上部刚性安装基板固连有螺母；

所述丝杠轴远离所述电机输出轴一端延伸至所述螺母、并与所述螺母螺纹连接；

所述电机组件驱动所述丝杠轴转动、并通过与其螺纹连接的螺母以及所述柔性组件的柔性变形调节所述上部刚性安装基板和下部刚性安装基板的相对距离以实现光学元件沿所述柔性主基座轴向的调焦。

进一步的，所述电机转接座穿过所述下部刚性安装基板并朝向所述柔性主基座的内部延伸，所述电机转接座通过形成于其下端的电机转接座法兰与所述下部刚性安装基板固连；

所述电机组件嵌入所述电机转接座内、并与所述电机转接座内部盲孔装配固定。

进一步的，所述丝杠轴与所述电机组件的电机输出轴固连一端固连有锁紧螺母；

所述电机转接座上端固连有轴承盖；

所述轴承盖内部形成为轴承嵌装腔，该轴承嵌装腔内安装有与所述丝杠轴转动连接的轴承。

进一步的，所述螺母的上部嵌于所述上部刚性安装基板内、且所述螺母的下部形成为与所述上部刚性安装基板下端面固连的螺母法兰体。

进一步的，所述柔性组件包括：

一端与所述上部刚性安装基板侧部固连、另一端朝向远离所述上部刚性安装基板一侧延伸的第一柔性铰链；

与所述第一柔性铰链固连的第一钢臂；以及

一端与所述下部刚性安装基板侧部固连、另一端朝向远离所述下部刚性安装基板一侧延伸的第三柔性铰链；

与所述第三柔性铰链固连的第二钢臂；

所述第一钢臂和第二钢臂相对一侧通过第二柔性铰链连接。

进一步的，所述第一柔性铰链、第二柔性铰链、第三柔性铰链的刚度小于所述上部刚性安装基板、下部刚性安装基板、第一钢臂和第二钢臂的刚度。

进一步的，所述柔性主基座具有至少两组所述柔性组件。

进一步的，所述柔性主基座具有两组所述柔性组件时，两组所述柔性组件沿所述柔性主基座的周向呈90°～180°角布置。

进一步的，所述柔性主基座具有三组或三组以上所述柔性组件时，三组或三组以上的所述柔性组件沿所述柔性主基座的周向呈轴对称分布布置。

在上述技术方案中，本发明提供的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，具有以下有益效果：

本发明的立式调焦机构采用柔性铰链带体传统的转动副，简化了结构，消除了运动间隙，因此，该调焦机构具有结构紧凑、体积小、运动精度高的优点。

本发明的柔性主基座侧面的柔性组件独立工作，因此对零部件的加工和装配精度要求不高，通过沿轴对称分布的多组柔性组件提高了结构刚度，因此该调焦机构刚度大、一阶模态高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构的剖视图；

图3为本发明实施例提供的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构的主视图。

附图标记说明：

101、上部刚性安装基板；102、下部刚性安装基板；

2、柔性组件；

3、电机组件；4、轴承盖；5、螺母；6、丝杠轴；7、电机转接座；8、锁紧螺母；

201、第一柔性铰链；202、第二柔性铰链；203、第三柔性铰链；204、第一钢臂；205、第二钢臂；

401、轴承；

501、螺母法兰体；

701、电机转接座法兰。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1～图3所示；

本发明的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，该调焦机构包括：

柔性主基座，柔性主基座上端用以安装光学元件，柔性主基座的下部用以安装调焦组件；

柔性主基座具有位于上端的上部刚性安装基板101、位于下端的下部刚性安装基板102、以及沿柔性主基座周向布置的柔性组件2；

柔性主基座的下部刚性安装基板102安装有电机转接座7；

电机转接座7内嵌装有电机组件3；

电机组件3的电机输出轴朝向上部刚性安装基板101延伸，且电机输出轴连接有丝杠轴6；

上部刚性安装基板101固连有螺母5；

丝杠轴6远离电机输出轴一端延伸至螺母5、并与螺母5螺纹连接；

电机组件3驱动丝杠轴6转动、并通过与其螺纹连接的螺母5以及柔性组件2的柔性变形调节上部刚性安装基板101和下部刚性安装基板102的相对距离以实现光学元件沿柔性主基座轴向的调焦。

具体的，本实施例公开了一种新型调焦机构，其通过柔性主基座上端的上部刚性安装基板101与外部光学元件装配，而柔性主基座下端的下部刚性安装基板102用以安装内部的调焦组件。同时，本实施例的柔性主基座以沿周向布置的多组柔性组件2的柔性变形、通过内部的电机组件3提供转动动力，利用丝杠轴6与螺母5的螺纹连接，将转动力转化为上下两端的刚性安装基板的直线运动，以此完成光学元件的竖直方向的调焦。

优选的，本实施例中电机转接座7穿过下部刚性安装基板102并朝向柔性主基座的内部延伸，电机转接座7通过形成于其下端的电机转接座法兰701与下部刚性安装基板102固连；

电机组件3嵌入电机转接座7内、并与电机转接座7内部盲孔装配固定。

其中，上述的丝杠轴6与电机组件3的电机输出轴固连一端固连有锁紧螺母8；

电机转接座7上端固连有轴承盖4；

轴承盖4内部形成为轴承嵌装腔，该轴承嵌装腔内安装有与丝杠轴6转动连接的轴承401。

螺母5的上部嵌于上部刚性安装基板101内、且螺母5的下部形成为与上部刚性安装基板101下端面固连的螺母法兰体501。

本实施例的调焦组件主要以电机组件3、丝杠轴6等作为动力输出结构，电机组件3为转动动力源，其带动丝杠轴6转动，而丝杠轴6的转动连接通过上述轴承实现，随着丝杠轴6的转动，与其螺纹连接并与上部刚性安装基板101固连的螺母5就通过与丝杠轴6对应端的螺纹调节伸入、伸出的长度变化，以此将转动运动转化为直线运动，在通过上述柔性组件2的柔性变形实现光学元件的调焦。

作为本申请更为具体的技术方案：

本实施例中柔性组件2包括：

一端与上部刚性安装基板101侧部固连、另一端朝向远离上部刚性安装基板101一侧延伸的第一柔性铰链201；

与第一柔性铰链201固连的第一钢臂204；以及

一端与下部刚性安装基板102侧部固连、另一端朝向远离下部刚性安装基板102一侧延伸的第三柔性铰链203；

与第三柔性铰链203固连的第二钢臂205；

第一钢臂204和第二钢臂205相对一侧通过第二柔性铰链202连接。

其中，上述的第一柔性铰链201、第二柔性铰链202、第三柔性铰链203的刚度小于上部刚性安装基板101、下部刚性安装基板102、第一钢臂204和第二钢臂205的刚度。

柔性组件2主要通过上述多根柔性铰链和多个钢臂以此间隔布置形成，一旦上下两端的刚性安装基板产生了轴向的移动，柔性组件2就会通过柔性铰链产生形变，以此来辅助调焦，最终完成调焦的目的。

其中，本实施例的柔性主基座具有至少两组柔性组件2。

实施例一：

柔性主基座具有两组柔性组件2时，两组柔性组件2沿柔性主基座的周向呈90°～180°角布置。

需要说明的是：一组柔性组件2配上丝杠螺母导向，都可以实现调焦运动，但是这样刚度不好，要依赖丝杠螺母既做滑动副(承担径向力)，又做驱动机构(承担轴向力)；从运动理论来说没有问题；

从实际应用角度来说，至少要三组柔性组件2呈轴对称分布，才能达到最好的结构布置效果，这时丝杠螺母只承受周向力，刚度由3个轴对称的柔性组件2实现；

两组柔性组件2在理论上也成立，而且当其90°布置时，结构刚度也最好，但是，此时丝杠受力不对称，是偏载受力；呈180°布置时，一个方向刚度很高，一个方向刚度很低；

实施例二：

柔性主基座具有三组或三组以上柔性组件2时，三组或三组以上的柔性组件2沿柔性主基座的周向呈轴对称分布布置。

在上述技术方案中，本发明提供的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，具有以下有益效果：

本发明的立式调焦机构采用柔性铰链带体传统的转动副，简化了结构，消除了运动间隙，因此，该调焦机构具有结构紧凑、体积小、运动精度高的优点。

本发明的柔性主基座侧面的柔性组件2独立工作，因此对零部件的加工和装配精度要求不高，通过沿轴对称分布的多组柔性组件2提高了结构刚度，因此该调焦机构刚度大、一阶模态高。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，其特征在于，该调焦机构包括：

柔性主基座，所述柔性主基座上端用以安装光学元件，所述柔性主基座的下部用以安装调焦组件；

所述柔性主基座具有位于上端的上部刚性安装基板(101)、位于下端的下部刚性安装基板(102)、以及沿所述柔性主基座周向布置的柔性组件(2)；

所述柔性主基座的下部刚性安装基板(102)安装有电机转接座(7)；

所述电机转接座(7)内嵌装有电机组件(3)；

所述电机组件(3)的电机输出轴朝向所述上部刚性安装基板(101)延伸，且所述电机输出轴连接有丝杠轴(6)；

所述上部刚性安装基板(101)固连有螺母(5)；

所述丝杠轴(6)远离所述电机输出轴一端延伸至所述螺母(5)、并与所述螺母(5)螺纹连接；

所述电机组件(3)驱动所述丝杠轴(6)转动、并通过与其螺纹连接的螺母(5)以及所述柔性组件(2)的柔性变形调节所述上部刚性安装基板(101)和下部刚性安装基板(102)的相对距离以实现光学元件沿所述柔性主基座轴向的调焦；

所述柔性组件(2)包括：

一端与所述上部刚性安装基板(101)侧部固连、另一端朝向远离所述上部刚性安装基板(101)一侧延伸的第一柔性铰链(201)；

与所述第一柔性铰链(201)固连的第一钢臂(204)；以及

一端与所述下部刚性安装基板(102)侧部固连、另一端朝向远离所述下部刚性安装基板(102)一侧延伸的第三柔性铰链(203)；

与所述第三柔性铰链(203)固连的第二钢臂(205)；

所述第一钢臂(204)和第二钢臂(205)相对一侧通过第二柔性铰链(202)连接；

所述第一柔性铰链(201)、第二柔性铰链(202)、第三柔性铰链(203)的刚度小于所述上部刚性安装基板(101)、下部刚性安装基板(102)、第一钢臂(204)和第二钢臂(205)的刚度。

2.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，其特征在于，所述电机转接座(7)穿过所述下部刚性安装基板(102)并朝向所述柔性主基座的内部延伸，所述电机转接座(7)通过形成于其下端的电机转接座法兰(701)与所述下部刚性安装基板(102)固连；

所述电机组件(3)嵌入所述电机转接座(7)内、并与所述电机转接座(7)内部盲孔装配固定。

3.根据权利要求2所述的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，其特征在于，所述丝杠轴(6)与所述电机组件(3)的电机输出轴固连一端固连有锁紧螺母(8)；

所述电机转接座(7)上端固连有轴承盖(4)；

所述轴承盖(4)内部形成为轴承嵌装腔，该轴承嵌装腔内安装有与所述丝杠轴(6)转动连接的轴承(401)。

4.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，其特征在于，所述螺母(5)的上部嵌于所述上部刚性安装基板(101)内、且所述螺母(5)的下部形成为与所述上部刚性安装基板(101)下端面固连的螺母法兰体(501)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，其特征在于，所述柔性主基座具有至少两组所述柔性组件(2)。

6.根据权利要求5所述的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，其特征在于，所述柔性主基座具有两组所述柔性组件(2)时，两组所述柔性组件(2)沿所述柔性主基座的周向呈90°～180°角布置。

7.根据权利要求5所述的一种结构紧凑的高刚度立式调焦机构，其特征在于，所述柔性主基座具有三组或三组以上所述柔性组件(2)时，三组或三组以上的所述柔性组件(2)沿所述柔性主基座的周向呈轴对称分布布置。

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