CN111638597B - 基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩 - Google Patents

基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩 Download PDF

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Abstract

基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩，涉及光电仪器技术领域，解决现有大口径望远镜防尘罩存在各分瓣闭合状态时各分瓣间的间隙过大，且开合工作缓慢且不稳定等问题，包括同轴安装的上盖、旋转盘、防尘叶片以及安装座；还包括异形弹簧和SMA记忆合金的制动/锁紧模块；上盖上对称设置有圆弧状通孔，圆弧状通孔内设置有与旋转盘固定的销钉，销钉与异形弹簧连接；旋转盘下表面设置有径向滑道，每组防尘叶片的滑动端设有滑动柱，固定端设有固定柱；转动柱镶嵌在旋转盘的径向滑道内部，固定柱固定在安装座内；记忆合金的制动/锁紧模块对称安装在旋转盘的凸起处，上盖与安装座连接；最终将安装座焊接在望远镜框架上。本发明体积小。

Description

基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩
技术领域
本发明涉及光电仪器技术领域，具体涉及一种基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩。
背景技术
目前市场上现有的镜头防尘盖的口径都很小，且均为手动，无法应用于地基大口径光电望远镜的使用要求。国内各天文台或者观测站目前使用的地基光电望远镜主镜的遮光罩均为特殊定制的，但是，这些主镜遮光罩均有一下不足：
1)手动产品居多，要么就是人工在光电望远镜上来回拆卸大尺寸镜头盖，即繁琐，又极易容易在操作过程中对高成本高质量的主镜镜面造成划痕或者损伤。
2)某些自动主镜防尘罩采用步进电机带动钢丝通过滑轮带动防尘罩完成折叠或展开防尘罩功能，但是这种机构钢丝在收缩过程中极易出现缠绕或者卡滞的情况，极其不稳定，且无法实现中心有遮拦的反射镜防尘功能。
3)某些大口径望远镜防尘罩采用分瓣式防尘罩实现中心有遮拦的反射镜防尘效果，但是这类型的防尘罩存在各分瓣闭合状态时各分瓣间的间隙过大，防尘效果不佳，且开合工作缓慢且不稳定。
综上所述，目前急需要一种闭合效果良好、可反复使用、快速、可靠地提供闭合动作的电动远距离控制的大口径光电望远镜主反射镜防尘罩机构。
发明内容
本发明为解决现有大口径望远镜防尘罩存在各分瓣闭合状态时各分瓣间的间隙过大，导致防尘效果差，且开合工作缓慢且不稳定等问题，提供一种基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩。
基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩，包括同轴安装的上盖、旋转盘、防尘叶片以及安装座；还包括异形弹簧和SMA记忆合金的制动/锁紧模块；
所述上盖为阶梯状圆环，下阶梯圆环面上对称设置有圆弧状通孔，每个圆弧状通孔内设置有与旋转盘上表面的固定孔固定的销钉，每个销钉与异形弹簧连接，异形弹簧的另一端连接固定销钉；
所述旋转盘下表面设置有径向滑道，每组防尘叶片的滑动端上表面设有滑动柱，固定端的下表面设有固定柱；所述滑动柱镶嵌在旋转盘的径向滑道内部，固定柱固定在安装座内；
所述记忆合金的制动/锁紧模块对称安装在旋转盘的凸起处；所述安装座为阶梯状圆环，下阶梯面上设置有与固定柱连接的安装孔；上阶梯圆环壁上对称设置有圆弧状凹槽，使旋转盘的凸起处绕着中心轴在圆弧状凹槽内转动，所述上阶梯上端面设置有螺纹孔，使上盖通过安装螺钉与安装座连接，最终将安装座焊接在望远镜框架上。
所述SMA记忆合金的制动/锁紧模块包括扭簧、制动模块外壳、第一SMA记忆合金固定销轴、第二SMA记忆合金固定销轴、卡扣板固定销轴、卡扣板、记忆合金丝、底板、记忆合金夹紧套、记忆合金丝夹紧块、接线端子以及记忆合金丝解锁拉板；
卡扣板通过卡扣板固定销轴与制动模块外壳连接，卡扣板绕着卡扣板固定销轴旋转，所述卡扣板固定销轴上缠绕两个扭簧，所述卡扣板的底部安装有记忆合金丝解锁拉板，所述记忆合金丝解锁拉板上加工有两个平行的凹槽，所述记忆合金丝穿过凹槽的通孔拉紧记忆合金丝解锁拉板紧密贴合卡扣板；
所述第一SMA记忆合金固定销轴和第二SMA记忆合金固定销轴通过孔轴过盈配合与制动模块外壳连接，每个SMA记忆合金丝固定销轴上加工有四个环形槽口，用于缠绕记忆合金丝；
所述记忆合金丝夹紧块通过螺钉与底板连接，SMA记忆合金丝夹紧块的一侧设置有阶梯通孔，另一侧设置有螺钉孔，螺钉通过阶梯通孔拧入螺钉孔直至抱紧记忆合金夹紧套以及内部的记忆合金丝；
夹紧的记忆合金丝的开放端通过线端子内部的紧定螺钉连接到接线端子的接线端口处，开关电源的电源线接入接线端子的另一侧接线端，使所述开关电源与记忆合金丝分别在接线端子的四处接线端连通。
本发明的有益效果：本发明所述的防尘罩，采用两个异形弹簧差动恢复力提供驱动力，采用SMA记忆合金弹簧提供制动锁紧功能，并且电控加热SMA记忆合金丝实现解锁，由异形弹簧带动多组防尘叶片相互叠加与转动实现防尘罩通光孔的开合实现防尘，并且满足中心有遮拦的主反射镜的防尘功能。
本发明所述的防尘罩，利用记忆合金的记忆效应自身的弹性变形来实现对转动体的锁紧，可靠性高；电加热记忆合金丝输出回复应力实现解锁，电加热记忆合金丝过程便是完全自动的，且可以实现远距离控制。
本发明所述的防尘罩，体积小，多组防尘叶片叠加旋转防尘效果良好，并且能够提供全电动控制远距离实现可反复使用、快速、可靠地闭合动作的大口径光电望远镜主反射镜的防尘。
附图说明
图1为本发明所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩的总体结构示意图；
图2为本发明所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩的爆炸图；
图3为本发明所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩中旋转盘的结构示意图；
图4为本发明所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩中一组旋转防尘叶片的结构示意图；
图5为本发明所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩中为基于SMA记忆合金丝的制动/解锁模块；
图6为基于SMA记忆合金丝的制动/解锁模块的底部示意图；
图7为本发明所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩中异形弹簧的结构示意图；
图8为本发明所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩闭合状态的示意图；
图9为本发明所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩打开状态的示意图。
图中：1、上盖，1-1、圆弧状通孔，1-2、销钉，2、旋转盘，2-1、径向滑道，2-2、凸起处，3、防尘叶片，3-1、滑动柱，3-2、固定柱，4、安装座，4-1、圆弧状凹槽，4-2、固定安装孔，5、异形弹簧，6、SMA记忆合金的制动/锁紧模块，6-1、扭簧，6-2、制动模块外壳，6-3、第一SMA记忆合金固定销轴，6-4、第二卡SMA记忆合金固定销轴，6-5、卡扣板固定销轴，6-6、卡扣板，6-7、记忆合金丝，6-8、底板，6-9、记忆合金夹紧套，6-10、记忆合金丝夹紧块，6-11、接线端子，6-12、记忆合金丝解锁拉板，6-13、安装孔，7、固定销钉，8、螺钉，D、第一异形弹簧，E、第二异形弹簧，F、第一SMA记忆合金的制动/锁紧模块，H、第二SMA记忆合金的制动/锁紧模块。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图9说明本实施方式，基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩，包括同轴安装的上盖1、旋转盘2、防尘叶片3以及安装座4；还包括异形弹簧5和SMA记忆合金的制动/锁紧模块6；
如图1和图2所示，所述上盖1为阶梯状圆环，下阶梯圆环面上对称设置有圆弧状通孔1-1，每个圆弧状通孔1-1内设置有与旋转盘2上表面的固定孔固定的销钉1-2，每个销钉1-2与异形弹簧5连接；一个异形弹簧5的大端与销钉1-2连接，小端连接固定销钉7，另一个对称设置的异形弹簧5的小端与销钉1-2连接，大端连接固定销钉7。所述固定销钉7连接在望远镜的外框上。
所述上盖1的上阶梯圆环面的周向上设置螺纹孔，通过安装螺钉8与安装座4固定。
如图3和图4所示，所述旋转盘2下表面设置有径向滑道2-1，每组防尘叶片3的滑动端上表面设有滑动柱3-1，固定端的下表面设有固定柱3-2；所述滑动柱3-1镶嵌在旋转盘2的径向滑道2-1内部，固定柱3-2固定在安装座4内；
所述记忆合金的制动/锁紧模块对称安装在旋转盘2的凸起处2-2，所述上盖1通过安装螺钉与安装座4连接；
所述安装座4为阶梯状圆环，下阶梯面上设置有与固定柱3-2连接的固定安装孔4-2；上阶梯圆环壁上对称设置有圆弧状凹槽4-1，使旋转盘2的凸起处2-2绕着中心轴在圆弧状凹槽4-1内转动，所述上阶梯上端面设置有螺纹孔，使上盖1通过安装螺钉与安装座4连接，最终将安装座4焊接在望远镜框架上。
结合图5和图6所示，所述SMA记忆合金的制动/锁紧模块6包括扭簧6-1、制动模块外壳6-2、第一SMA记忆合金固定销轴6-3、第二SMA记忆合金固定销轴6-4、卡扣板固定销轴6-5、卡扣板6-6、记忆合金丝6-7、底板6-8、记忆合金夹紧套6-9、记忆合金丝夹紧块6-10、接线端子6-11以及记忆合金丝解锁拉板6-12；
卡扣板6-6通过卡扣板固定销轴6-5与制动模块外壳6-2连接，卡扣板6-6绕着卡扣板固定销轴6-5旋转，所述卡扣板固定销轴6-5上缠绕两个扭簧6-1，所述卡扣板6-6的底部安装有记忆合金丝解锁拉板6-12，所述记忆合金丝解锁拉板上加工有两个平行的凹槽，所述记忆合金丝6-7穿过凹槽的通孔拉紧记忆合金丝解锁拉板6-12紧密贴合卡扣板6-6；所述制动模块外壳6-2上设置有安装孔6-13，用于将其安装到望远镜框架上。
所述第一SMA记忆合金固定销轴6-3和第二SMA记忆合金固定销轴6-4通过孔轴过盈配合与制动模块外壳6-2连接，每个SMA记忆合金丝固定销轴上加工有四个环形槽口，用于缠绕记忆合金丝6-7。
所述记忆合金丝夹紧块6-10通过螺钉与底板6-8连接，SMA记忆合金丝夹紧块6-10的一侧设置有阶梯通孔，另一侧设置有螺钉孔，螺钉通过阶梯通孔拧入螺钉孔直至抱紧记忆合金夹紧套6-9以及内部的记忆合金丝6-7；记忆合金夹紧套6-9采用具有弹性的尼龙塑料作为材料，以免夹断记忆合金丝，底板6-8在确定记忆合金丝6-7已经夹紧的情况下和制动模块外壳6-2焊接在一起。夹紧的记忆合金丝6-7的开放端通过线端子内部的紧定螺钉连接到接线端子6-11的接线端口处，开关电源的电源线再接入接线端子的另一侧接线端，使得开关电源与记忆合金丝6-7分别在接线端子6-11的四处接线端连通。
本实施方式中，所述防尘叶片3为14组，每组防尘叶片均为圆弧形环状叶片，所述滑动柱3-1沿径向滑道2-1做径向及周向运动。
结合图7说明本实施方式，异形弹簧处于无应力自然状态时可划分为三个段，其中A段可分为上下两段相对于虚线位置镜像分布的A1段与A2段，其中A1段的内径呈递增趋势，且递增量为簧丝直径，递增至虚线位置，然后呈现递减趋势，递减量同样为簧丝直径，A1段的簧丝间隔为簧丝直径的1/10递增至1/5直至虚线位置，A1段的簧丝间隔为簧丝直径的1/5递增至整个簧丝直径至虚线位置；B段簧丝内径与A1段最开始的簧丝内径一致，簧丝间距均匀分布，间距为簧丝直径；C段的簧丝直径与B段簧丝直径相等，但簧丝间距从簧丝直径递减至0。
结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式所述的防尘罩的应用原理为：首先防尘罩处于闭合状态，第一异形弹簧D处于拉伸紧张状态，第一SMA记忆合金的制动/锁紧模块F处于解锁状态，而第二SMA记忆合金的制动/锁紧模块H处于制动锁紧状态，而第二异形弹簧E处于相对松弛的状态。而此时第一SMA记忆合金的制动/锁紧模块F的状态如图5所示：
第一SMA记忆合金的制动/锁紧模块F中扭簧6-1的张力大于记忆合金丝6-7的拉力，卡扣板6-6紧紧的扣住旋转盘2的凸起处2-2，且此时记忆合金丝并6-7未通电，即无拉力。而第二SMA记忆合金的制动/锁紧模块H中的记忆合金丝通电，记忆合金丝6-7处于拉紧状态，大于内部扭簧6-1的弹力，卡扣板6-6与旋转盘2的对侧凸起处2-2处于脱扣状态。
当接到打开防尘罩的指令后，第一SMA记忆合金的制动/锁紧模块F接收到通电信号，记忆合金丝6-7通电，记忆合金丝拉力骤然增大，使得其拉力大于扭簧6-1的张力，使卡扣板6-6脱钩，在第一异形弹簧D的拉力的作用下，旋转盘2绕其中心轴旋转，由于其内部有径向滑道2-1，且旋转盘2绕其中心轴旋转，如图3所示；14组旋转防尘叶片的一端的滑动柱3-1镶嵌在旋转盘2的径向滑道2-1内部，而另一端固定柱3-2固定在防尘罩安装座内，由于旋转盘的旋转，带动每一组防尘叶片的滑动柱3-1沿着径向滑道2-1既做径向运动又做周向运动，两种运动的结合使得14组转防尘叶片相互角度层叠内部展开，成中心开口型，即防尘罩打开9，此时第一异形弹簧D处于相对松弛状态，第一SMA记忆合金的制动/锁紧模块F处于制动锁紧状态，第二SMA记忆合金的制动/锁紧模块H处于锁状态，第二异形弹簧E处于紧张拉伸的状态，即完成一次完整的闭合到展开的过程。
本实施方式所述的异形弹簧提供驱动力来实现对14组防尘叶片的相互叠加与转动，闭合动作十分快速，可靠性高；利用两个异形弹簧可实现即使两个弹簧在同等拉伸长度的情况下，依然具有不同拉力，即保持差动，该特性是由异形弹簧前后内径的不同，簧丝的疏密不一致所导致的。
本实施方式中，利用记忆合金的记忆效应和锁紧体材料自身的弹性变形来实现对转动体的锁紧和释放，可靠性高。

Claims (6)

1.基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩，包括同轴安装的上盖(1)、旋转盘(2)、防尘叶片(3)以及安装座(4)；其特征是：还包括异形弹簧(5)和SMA记忆合金的制动/锁紧模块(6)；
所述上盖(1)为阶梯状圆环，下阶梯圆环面上对称设置有圆弧状通孔(1-1)，每个圆弧状通孔(1-1)内设置有与旋转盘(2)上表面的固定孔固定的销钉(1-2)，每个销钉(1-2)与异形弹簧(5)连接，异形弹簧(5)的另一端连接固定销钉(7)；
所述旋转盘(2)下表面设置有径向滑道(2-1)，每组防尘叶片(3)的滑动端上表面设有滑动柱(3-1)，固定端的下表面设有固定柱(3-2)；所述滑动柱(3-1)镶嵌在旋转盘(2)的径向滑道(2-1)内部，固定柱(3-2)固定在安装座(4)内；
所述记忆合金的制动/锁紧模块对称安装在旋转盘(2)的凸起处(2-2)；
所述安装座(4)为阶梯状圆环，下阶梯面上设置有与固定柱(3-2)连接的安装孔(4-2)；上阶梯圆环壁上对称设置有圆弧状凹槽(4-1)，使旋转盘(2)的凸起处(2-2)绕着中心轴在圆弧状凹槽(4-1)内转动，所述上阶梯上端面设置有螺纹孔，使上盖(1)通过安装螺钉与安装座(4)连接，最终将安装座(4)焊接在望远镜框架上；
所述SMA记忆合金的制动/锁紧模块(6)包括扭簧(6-1)、制动模块外壳(6-2)、第一SMA记忆合金固定销轴(6-3)、第二SMA记忆合金固定销轴(6-4)、卡扣板固定销轴(6-5)、卡扣板(6-6)、记忆合金丝(6-7)、底板(6-8)、记忆合金夹紧套(6-9)、记忆合金丝夹紧块(6-10)、接线端子(6-11)以及记忆合金丝解锁拉板(6-12)；
卡扣板(6-6)通过卡扣板固定销轴(6-5)与制动模块外壳(6-2)连接，卡扣板(6-6)绕着卡扣板固定销轴(6-5)旋转，所述卡扣板固定销轴(6-5)上缠绕两个扭簧(6-1)，所述卡扣板(6-6)的底部安装有记忆合金丝解锁拉板(6-12)，所述记忆合金丝解锁拉板上加工有两个平行的凹槽，所述记忆合金丝(6-7)穿过凹槽的通孔拉紧记忆合金丝解锁拉板(6-12)紧密贴合卡扣板(6-6)；
所述第一SMA记忆合金固定销轴(6-3)和第二SMA记忆合金固定销轴(6-4)通过孔轴过盈配合与制动模块外壳(6-2)连接，每个SMA记忆合金丝固定销轴上加工有四个环形槽口，用于缠绕记忆合金丝(6-7)；
所述记忆合金丝夹紧块(6-10)通过螺钉与底板(6-8)连接，SMA记忆合金丝夹紧块(6-10)的一侧设置有阶梯通孔，另一侧设置有螺钉孔，螺钉通过阶梯通孔拧入螺钉孔直至抱紧记忆合金夹紧套(6-9)以及内部的记忆合金丝(6-7)；
夹紧的记忆合金丝(6-7)的开放端通过线端子内部的紧定螺钉连接到接线端子(6-11)的接线端口处，开关电源的电源线接入接线端子(6-11)的另一侧接线端，使所述开关电源与记忆合金丝(6-7)分别在接线端子(6-11)的四处接线端连通。
2.根据权利要求1所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩，其特征在于：
所述上盖(1)的上阶梯圆环面的周向上设置螺纹孔，通过安装螺钉(8)与安装座(4)固定。
3.根据权利要求1所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩，其特征在于：所述防尘叶片(3)为多组，每组防尘叶片均为圆弧形环状叶片，所述滑动柱(3-1)沿径向滑道(2-1)做径向及周向运动。
4.根据权利要求1所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩，其特征在于：两个异形弹簧(5)与销钉的连接方式为：一个异形弹簧(5)的大端与销钉(1-2)连接，另一个对称设置的异形弹簧(5)的小端与销钉(1-2)连接。
5.根据权利要求1所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩，其特征在于：每个异形弹簧(5)处于无应力自然状态时分为三段，分别为依次连接的A段、B段和C段；所述A段分为两段位置镜像分布的A1段与A2段，其中A1段的弹簧内径呈递增趋势，且递增量为簧丝直径，递增至A1段与A2段的中心位置；然后呈现递减趋势，递减量为簧丝直径；
B段簧丝内径与A1段初始弹簧内径一致，C段的簧丝直径与B段簧丝直径相等，但簧丝间距从簧丝直径递减至0。
6.根据权利要求5所述的基于异形弹簧驱动与记忆合金丝制动的光电望远镜防尘罩，其特征在于：
A1段的簧丝间隔为簧丝直径的1/10递增至簧丝直径1/5直至虚线位置，A2段的簧丝间隔为簧丝直径的1/5递增至整个簧丝直径至虚线位置；
B段弹簧内径与A1段初始弹簧内径一致，簧丝间距均匀分布，间距为簧丝直径。
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