CN111830663A - 一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构。本发明提供的曲面凸轮调焦机构包括：步进电机、齿轮凸轮组件、调焦支架组件、调焦基座、导向组件、焦平面组件；步进电机驱动齿轮凸轮组件旋转，曲面凸轮驱动调焦支架组件沿轴向往复运动；调焦支架组件包括刚性滚轮、柔性滚轮和调焦支架，滚轮随曲面凸轮的转动，带动调焦支架做轴向往复运动；导向组件包括导向支座和导向柔节，导向柔节和调焦支架之间用销钉连接，导向柔节在导向支座的导向凹槽中做轴向运动，限制调焦支架组件的轴向旋转；柔性滚轮和导向柔节的设计可以释放过约束引起的应力。本发明使调焦机构的结构更为紧凑，提高了调焦机构的轻量化、小型化、集成度以及调焦精度。

Description

一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构
技术领域
本发明涉及空间光学遥感技术领域，具体涉及一种轻小型、高精度的曲面凸轮调焦机构。
背景技术
空间光学遥感相机受到发射阶段的振动、冲击以及使用环境温度变化等因素的影响，会造成系统像差和成像质量的下降，通常采用凸轮调焦机构对相机离焦量进行调节。随着小型卫星和微纳卫星成为当前的发展趋势，对光学相机的调焦机构提出了更加苛刻的指标要求，不仅需要紧凑的结构尺寸，还需要更高的调焦精度。圆柱凸轮或筒状凸轮机构通常适用于被调节件外形尺寸偏小的圆柱形透镜组或尺寸适宜的焦点组件，但对于尺寸稍大的被调节件，或被调节件周侧空间布局较为紧凑，或在调节方向上有严格的尺寸限制的情况下，圆柱凸轮或筒状凸轮机构并不适用。
发明内容
针对上述小型卫星和微纳卫星的技术需求，本发明的目的在于提供一种可以实现紧凑结构尺寸和较高调焦精度的轻小型、高精度的曲面凸轮调焦机构。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构，包括步进电机、齿轮凸轮组件、调焦支架组件、调焦基座、导向组件和焦平面组件；所述齿轮凸轮组件包括一对啮合的齿轮和曲面凸轮；
所述步进电机驱动齿轮凸轮组件中的齿轮带动曲面凸轮旋转，曲面凸轮驱动调焦支架组件沿轴向往复运动，并由导向组件限制调焦支架组件轴向旋转，所述焦平面组件安装于调焦基座上；
所述调焦支架组件包括调焦支架、刚性滚轮和柔性滚轮，所述调焦支架和调焦基座通过螺钉连接；所述调焦支架与刚性滚轮和柔性滚轮之间采用螺钉连接，所述刚性滚轮和柔性滚轮分别位于曲面凸轮的上下两侧；所述刚性滚轮和柔性滚轮随曲面凸轮的转动，带动调焦支架7做轴向往复运动；所述导向组件包括导向支座和导向柔节，所述导向柔节和调焦支架之间采用销钉连接，导向柔节在导向支座的导向槽中做轴向运动，限制调焦支架7的轴向旋转。
本发明的有益效果：
1、本发明所述的凸轮调焦机构，调焦支架组件中的柔性滚轮和导向组件中的导向柔节可替代传承直线导轨及涡轮蜗杆传动，大大减小调焦组件的体积及重量，同时导向柔节可以消除调焦机构中的过约束问题，释放调焦机构装调过程中的应力，保证了调焦机构的传动精度。
2、本发明采用步进电机直接驱动曲面凸轮机构作为调焦的执行机构，可实现零延迟反馈，实现调焦系统的快速性及敏捷性；同时曲面凸轮采用正弦曲线加工，保证在调焦过程中无死点传动，确保调焦机构的稳定性。
附图说明
图1为本发明所述的一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构的结构示意图；
图2为本发明所述的一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构中调焦支架组件示意图；
图3为本发明所述的一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构中调焦基座与焦平面组件连接关系剖视图；
图4为本发明所述的一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构中导向组件示意图。
具体实施方式
结合图1至图4说明本实施方式，一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构，使调焦机构的布局更加紧凑，能够达到更高的精度。包括步进电机1、齿轮凸轮组件2、调焦支架组件3、调焦基座4、焦平面组件5以及导向组件6。
所述步进电机1直接驱动曲面凸轮机构作为调焦的执行机构，曲面凸轮采用正弦曲线加工；调焦支架组件2与曲面凸轮连接，调焦基座4安装于调焦支架组件2上，焦平面组件5安装于调焦支架组件3上，导向组件6与调焦支架组件3连接。
如图2所示，所述调焦支架组件3包括调焦支架7、刚性滚轮8以及柔性滚轮9，调焦支架7与刚性滚轮8和柔性滚轮9之间采用螺钉连接。一个刚性滚轮 8和一个柔性滚轮9为一组，共三组，分别位于曲面凸轮的上下两侧，且每组之间呈120°均匀分布。步进电机1驱动齿轮凸轮组件2中的齿轮旋转，通过齿轮啮合驱动凸轮10绕主轴转动，通过凸轮的曲面变化驱动调焦支架组件3沿轴向做往复运动，将步进电机1的旋转转换为调焦支架7的轴向运动，行程调节范围为±1mm，调节精度为0.005mm。柔性滚轮9可以释放因过约束引起的应力。
图3所示为调焦支架7与调焦机座4、焦平面组件5之间的连接关系，本发明中的调焦基座4和调焦支架7之间采用螺钉连接，并通过调整垫片保证安装精度；焦平面组件5和调焦基座4之间采用螺钉连接。
如图4所示，导向组件6中包括导向柔节11、销钉12、导向支座13以及传动件14。导向柔节11可以释放因过约束引起的应力，与调焦支架7之间通过销钉12连接，并通过导向支座13中的凹槽进行限位，限制调焦支架7沿轴向做往复运动，分为三组，且每组之间呈120°均匀分布。导向支座13与曲面凸轮 10之间的传动件14，为防止曲面凸轮10在转动过程中发生冷焊现象，在其表面镀MoS2。
本实施方式中，所述调焦支架组件3中的柔性滚轮9和导向组件中的导向柔节11可替代传统直线导轨及涡轮蜗杆传动，减小调焦组件的体积及重量，同时导向柔节可以消除调焦机构中的过约束问题，释放调焦机构装调过程中的应力。
本发明所述的曲面凸轮调焦机构的工作过程：
步进电机1上电后，步进电机1驱动齿轮凸轮组件2中的齿轮啮合带动曲面凸轮10绕主轴转动，曲面凸轮10驱动调焦支架组件3做轴向移动，导向组件6中的导向柔节11与调焦支架组件3中的调焦支架7通过销钉12连接，导向柔节11在导向支座13的凹槽中做轴向移动，限制调焦支架组件3做轴向转动；调焦支架组件3中的调焦支架7与调焦基座4通过螺钉连接，焦平面组件5 与调焦基座4通过螺钉连接，焦平面组件5随调焦支架7座轴向移动，调节成像焦面的轴向位置。
以上对本发明所提供的一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构进行了详细介绍，对于本发明领域一般技术人员根据上述具体实施方式内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (5)

1.一种轻小型高精度的曲面凸轮调焦机构，包括步进电机(1)、齿轮凸轮组件(2)、调焦支架组件(3)、调焦基座(4)、导向组件(6)和焦平面组件(5)；其特征是：所述齿轮凸轮组件(2)包括一对啮合的齿轮和曲面凸轮(10)；
所述步进电机(1)驱动齿轮凸轮组件(2)中的齿轮带动曲面凸轮(10)旋转，曲面凸轮(10)驱动调焦支架组件(3)沿轴向往复运动，并由导向组件(6)限制调焦支架组件(3)轴向旋转，所述焦平面组件(5)安装于调焦基座(4)上；
所述调焦支架组件(3)包括调焦支架(7)、刚性滚轮(8)和柔性滚轮(9)，所述调焦支架(7)和调焦基座(4)通过螺钉连接；所述调焦支架(7)与刚性滚轮(8)和柔性滚轮(9)之间采用螺钉连接，所述刚性滚轮(8)和柔性滚轮(9)分别位于曲面凸轮(10)的上下两侧；所述刚性滚轮(8)和柔性滚轮(9)随曲面凸轮(10)的转动，带动调焦支架(7)做轴向往复运动；
所述导向组件(3)包括导向支座(13)和导向柔节(11)，所述导向柔节(11)和调焦支架(7)之间采用销钉(12)连接，导向柔节(11)在导向支座(13)的导向槽中做轴向运动，限制调焦支架(7)的轴向旋转。
2.根据权利要求1所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：所述刚性滚轮(8)和柔性滚轮(9)为一组，共三组，且每组之间呈120°分布。
3.根据权利要求1所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：
将步进电机(1)的旋转转换为调焦支架(7)的轴向运动，所述调焦支架(7)的行程调节范围为±1mm，调节精度为0.005mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：导向组件(6)还包括传动件(14)，所述导向支座(13)与曲面凸轮(10)之间安装传动件(14)，所述传动件的表面镀MoS2。
5.根据权利要求1所述的一种基于盘形凸轮的调焦机构，其特征在于：导向柔节(11)为三组，且每组之间呈120°分布。
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