CN111880281A - 一种光轴调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光轴调整装置，包括套筒一、滑套、套筒二、棱镜组件、轴承二、套筒三、探测器、反射组件、电机、编码器；套筒一外侧的一端与滑套滑动连接，滑套的外侧通过轴承一与套筒二连接，套筒一的内侧通过轴承三与套筒三连接；套筒二套有从动齿轮一，电机通过主动齿轮一与从动齿轮一啮合；棱镜组件设置在套筒三的空腔内，并可摆动或转动；探测器固装在套筒一上并伸入套筒一内，反射组件设置在套筒一内，且两端与套筒一固连。与现有技术相比，本发明可实现光轴的三级精度调整，视轴调整更加灵活、高效和精准，棱镜的偏摆和旋转运动以及反射镜的横向和纵向摆动由单动力源实现，使装置结构更加紧凑，成本更低，控制更容易。

Description

一种光轴调整装置

技术领域

本发明涉及光电跟踪技术领域，尤其是涉及一种光轴调整装置。

背景技术

随着人工智能时代的到来，光电跟踪技术在安防监控、交通管治、地面搜救、军事侦察等领域得到广泛应用。高效、精准的光轴调整技术一直是光电跟踪领域的研究热点，但在传统的光电跟踪系统中，高动态、高精度及高稳定的光轴调整是相互抵触的指标，制约着光电跟踪系统的进一步发展。

现有技术中有采用旋转运动机构和偏摆运动机构嵌套组合，实现了粗精扫描功能的集成，但其结构复杂，系统繁冗，需采用两套驱动装置分别驱动两套棱镜实现旋转和偏摆。

现有技术中还有采用云台带动探测器或相机运动实现光轴的大范围调整，但该方法容易引起成像模糊，光轴指向不稳定且精度低等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光轴调整装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光轴调整装置，包括套筒一、滑套、套筒二、棱镜组件、轴承二、套筒三、探测器、反射组件、电机、编码器；

所述套筒一外侧的一端与滑套滑动连接，所述滑套的外侧通过轴承一与套筒二连接，所述套筒一的内侧通过轴承三与套筒三连接；所述套筒二套有从动齿轮一，所述电机通过主动齿轮一与从动齿轮一啮合，所述编码器通过编码器齿轮与从动齿轮一啮合；

所述棱镜组件设置在套筒三的空腔内，并可摆动或转动；

所述探测器固装在套筒一上并伸入套筒一内，所述反射组件设置在套筒一内，且两端与套筒一固连；

通过反射组件的反射光轴调整、棱镜组件的旋转折射调整以及棱镜组件的偏摆折射调整相互配合实现光轴的三级精度调整。

优选的，所述反射组件包括反射镜框和可转动的设置在反射镜框中的反射镜，所述反射镜框的一侧边设有从该侧边一端伸出的转轴二，且该侧边中通过轴承八接有垂直于该侧边的转轴四，所述转轴四在靠近反射镜框的一端设有电磁制动器；

所述反射镜的中部设有转轴一，所述转轴一的两端分别通过轴承四与反射镜框连接并伸出反射镜框；所述转轴一的其中一端设有同步带轮一，并通过同步带一与同步带轮二连接；

所述同步带轮二与锥齿轮一同轴固连，所述锥齿轮一内通过轴承五与所述转轴二连接，所述锥齿轮一与锥齿轮二啮合，所述锥齿轮二内通过轴承六与垂直于转轴二的转轴三连接；

所述锥齿轮二与同步带轮三同轴固连，所述同步带轮三通过同步带二与同步带轮四连接，同步带轮四通过轴承七与转轴四同轴连接；

所述转轴四在同步带轮四的前侧依次设有同轴的齿圈四、齿圈七、滑桶、齿圈六、齿圈五；所述齿圈四与所述同步带轮四的侧面固连，所述滑桶可滑动和转动的套在转轴四上，其两端分别与齿圈七和齿圈六固连；所述滑桶与力矩电机的转子固连，所述力矩电机的定子与拨叉二固连，所述拨叉二一端插入滑桶，另一端与直线电机二固连，所述直线电机二固装在反射镜框上。

优选的，所述直线电机二通过拨叉二带动滑桶在转轴四上滑动，实现齿圈四与齿圈七啮合或齿圈五与齿圈六啮合，同时力矩电机带动滑桶旋转为齿圈四或齿圈五提供动力，实现反射镜横向摆动或纵向摆动。

优选的，所述棱镜组件包括棱镜、折射镜框和转轴五，所述棱镜与折射镜框固连，所述转轴五与折射镜框固连。

优选的，所述棱镜组件的转轴五的两端分别通过轴承二与套筒三连接，所述套筒一上设有直线电机一，所述直线电机一接有插入滑套的拨叉一，所述转轴五伸出套筒三的一端固装有从动齿轮二；

所述套筒三伸出套筒一的一端位于套筒二的空腔中，所述套筒三在朝向套筒二空腔的一端固装齿圈三，所述套筒二空腔的顶部和底部分别设有可与从动齿轮二啮合的齿圈一和可与齿圈三啮合的齿圈二。

优选的，所述直线电机一通过拨叉一带动滑套移动，从而选择齿圈一与从动齿轮二啮合或齿圈二与齿圈三啮合，实现棱镜组件的摆动或转动。

优选的，所述棱镜的截面为楔形。

优选的，所述电机和编码器均安装在滑套上。

优选的，所述轴承一位于所述拨叉一与齿圈一之间。

优选的，所述探测器为相机、探照灯、激光器中的任意一种。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、可实现光轴的三级精度调整，视轴调整更加灵活、高效和精准。

2、单动力源实现棱镜的偏摆和旋转运动，以及单动力源实现反射镜的横向摆动和纵向摆动，使装置结构更加紧凑，成本更加低廉，控制更加容易。

3、该光轴调整装置无需移动探测器的位置实现光轴调整，具有克服遮挡、结构紧凑、动态特性好、对干扰不敏感等优势。

附图说明

图1为本发明的主剖视图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明的俯视角度剖视图；

图4为反射组件主视图；

图5为棱镜组件轴侧图；

图6为棱镜的主剖视图；

图中标注：1为套筒一，2为直线电机一，3为拨叉一，4为滑套，5为从动齿轮一，6为轴承一，7为齿圈一，8为从动齿轮二，9为套筒二，10为齿圈二，11为齿圈三，12为棱镜组件，13为轴承二，14为套筒三，15为轴承三，16为探测器，17为反射组件，18为电机，19为主动齿轮一，20为编码器，21为编码器齿轮，22为导向键，12-1为棱镜，12-2为折射镜框，12-3为转轴五，17-1为反射镜，17-2为反射镜框，17-3为轴承四，17-4为同步带一，17-5为转轴一，17-6为同步带轮一，17-7为同步带轮二，17-8为转轴二，17-9为锥齿轮一，17-10为轴承五，17-11为锥齿轮二，17-12为同步带轮三，17-13为轴承六，17-14为转轴三，17-15为同步带二，17-16为齿圈四，17-17为力矩电机，17-18为转轴四，17-19为齿圈五，17-20为齿圈六，17-21为滑桶，17-22为齿圈七，17-23为拨叉二，17-24为直线电机二，17-25为同步带轮四，17-26为轴承七，17-27为轴承八，17-28为电磁制动器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1～3所示，本申请提出一种光轴调整装置，包括套筒一1、滑套4、套筒二9、棱镜组件12、轴承二13、套筒三14、探测器16、反射组件17、电机18、编码器20。

套筒一1外侧的一端通过导向键22与滑套4滑动连接，滑套4的外侧通过轴承一6与套筒二9连接，套筒一1的内侧通过轴承三15与套筒三14连接。套筒二9套有从动齿轮一5，电机18通过主动齿轮一19与从动齿轮一5啮合，编码器20通过编码器齿轮21与从动齿轮一5啮合。棱镜组件12设置在套筒三14的空腔内，并可摆动或转动。探测器16固装在套筒一1上并伸入套筒一1内，反射组件17设置在套筒一1内，且两端与套筒一1固连。电机18和编码器20均安装在滑套4上。探测器16为相机、探照灯、激光器中的任意一种。

如图4所示，反射组件17包括反射镜17-1、反射镜框17-2、轴承四17-3、同步带一17-4、转轴一17-5、同步带轮一17-6、同步带轮二17-7、转轴二17-8、锥齿轮一17-9、轴承五17-10、锥齿轮二17-11、同步带轮三17-12、轴承六17-13、转轴三17-14、同步带二17-15、齿圈四17-16、力矩电机17-17、转轴四17-18、齿圈五17-19、齿圈六17-20、滑桶17-21、齿圈七17-22、拨叉二17-23、直线电机二17-24、同步带轮四17-25、轴承七17-26、轴承八17-27、电磁制动器17-28。

反射镜17-1可转动的设置在反射镜框17-2中。反射镜框17-2的一侧边设有从该侧边一端伸出的转轴二17-8，且该侧边中通过轴承八17-27接有垂直于该侧边的转轴四17-18。转轴四17-18在靠近反射镜框17-2的一端设有电磁制动器17-28，电磁制动器17-28与反射镜框17-2固连。

反射镜17-1的中部设有转轴一17-5，反射镜17-1与转轴一17-5注胶固连，转轴一17-5的两端分别通过轴承四17-3与反射镜框17-2连接并伸出反射镜框17-2。转轴一17-5的其中一端设有同步带轮一17-6，并通过同步带一17-4与同步带轮二17-7连接。同步带轮二17-7与锥齿轮一17-9同轴固连，锥齿轮一17-9内通过轴承五17-10与转轴二17-8连接，锥齿轮一17-9与锥齿轮二17-11啮合，锥齿轮二17-11内通过轴承六17-13与垂直于转轴二17-8的转轴三17-14连接。锥齿轮二17-11与同步带轮三17-12同轴固连，同步带轮三17-12通过同步带二17-15与同步带轮四17-25连接，同步带轮四17-25通过轴承七17-26与转轴四17-18同轴连接。

转轴四17-18在同步带轮四17-25的前侧依次设有同轴的齿圈四17-16、齿圈七17-22、滑桶17-21、齿圈六17-20、齿圈五17-19。齿圈四17-16与同步带轮四17-25的侧面固连，滑桶17-21可滑动和转动的套在转轴四17-18上，其两端分别与齿圈七17-22和齿圈六17-20固连。滑桶17-21与力矩电机17-17的转子固连，力矩电机17-17的定子与拨叉二17-23固连，拨叉二17-23一端插入滑桶17-21，另一端与直线电机二17-24固连，直线电机二17-24固装在反射镜框17-2上。

直线电机二17-24通过拨叉二17-23带动滑桶17-21在转轴四17-18上滑动，实现齿圈四17-16与齿圈七17-22啮合或齿圈五17-19与齿圈六17-20啮合，同时力矩电机17-17带动滑桶17-21旋转为齿圈四17-16或齿圈五17-19提供动力，实现反射镜17-1横向摆动或纵向摆动。

如图5所示，棱镜组件12包括棱镜12-1、折射镜框12-2和转轴五12-3，棱镜12-1与折射镜框12-2注胶固连，转轴五12-3与折射镜框12-2固连。

如图1所示，棱镜组件12的转轴五12-3的两端分别通过轴承二13与套筒三14连接。套筒一1上设有直线电机一2，直线电机一2接有插入滑套4的拨叉一3，转轴五12-3伸出套筒三14的一端固装有从动齿轮二8。

套筒三14伸出套筒一1的一端位于套筒二9的空腔中，套筒三14在朝向套筒二9空腔的一端固装齿圈三11，套筒二9空腔的顶部和底部分别设有可与从动齿轮二8啮合的齿圈一7和可与齿圈三11啮合的齿圈二10。轴承一6位于拨叉一3与齿圈一7之间。

直线电机一2通过拨叉一3带动滑套4移动，从而选择齿圈一7与从动齿轮二8啮合或齿圈二10与齿圈三11啮合，实现棱镜组件12的摆动或转动。

如图6所示，棱镜12-1的截面为楔形。

本装置中反射组件17是通过反射原理实现光轴调整，调整范围大但是调整精度低，棱镜组件12具有旋转模式和偏摆模式，旋转模式下棱镜组件12折射光轴调整可实现亚弧度级调整，偏摆模式下棱镜组件12可实现亚微弧度级调整。三级精度调整主要通过反射组件17的反射光轴调整、棱镜组件12的旋转折射调整以及棱镜组件12的偏摆折射调整相互配合实现。

本装置的光轴调整方法包括：

S1.首先反射组件17中反射镜17-1做一定角度的横向摆动或纵向摆动，以反射形式调整光轴，在每一次反射镜17-1横向摆动或纵向摆动的同时，将棱镜组件12设置为旋转模式，棱镜组件12转动运动扫描调整探测器16光轴；

S2.重复S1，实现大范围光轴粗调整；

S3.保持反射镜17-1不动，将棱镜组件12设置为旋转模式，微调整棱镜组件12的转动角度，以转动棱镜12-1折射形式调整光轴，进一步实现探测器16光轴的亚弧度级精调整；

S4.保持反射镜17-1不动，将棱镜组件12设置为偏摆模式，微调整棱镜组件12的摆动角度，以摆动棱镜12-1折射形式调整光轴，进一步实现探测器16光轴的亚微弧度级精调整。

Claims (10)

1.一种光轴调整装置，其特征在于，包括套筒一(1)、滑套(4)、套筒二(9)、棱镜组件(12)、轴承二(13)、套筒三(14)、探测器(16)、反射组件(17)、电机(18)、编码器(20)；

所述套筒一(1)外侧的一端与滑套(4)滑动连接，所述滑套(4)的外侧通过轴承一(6)与套筒二(9)连接，所述套筒一(1)的内侧通过轴承三(15)与套筒三(14)连接；所述套筒二(9)套有从动齿轮一(5)，所述电机(18)通过主动齿轮一(19)与从动齿轮一(5)啮合，所述编码器(20)通过编码器齿轮(21)与从动齿轮一(5)啮合；

所述棱镜组件(12)设置在套筒三(14)的空腔内，并可摆动或转动；

所述探测器(16)固装在套筒一(1)上并伸入套筒一(1)内，所述反射组件(17)设置在套筒一(1)内，且两端与套筒一(1)固连；

通过反射组件(17)的反射光轴调整、棱镜组件(12)的旋转折射调整以及棱镜组件(12)的偏摆折射调整相互配合实现光轴的三级精度调整。

2.根据权利要求1所述的一种光轴调整装置，其特征在于，所述反射组件(17)包括反射镜框(17-2)和可转动的设置在反射镜框(17-2)中的反射镜(17-1)，所述反射镜框(17-2)的一侧边设有从该侧边一端伸出的转轴二(17-8)，且该侧边中通过轴承八(17-27)接有垂直于该侧边的转轴四(17-18)，所述转轴四(17-18)在靠近反射镜框(17-2)的一端设有电磁制动器(17-28)；

所述反射镜(17-1)的中部设有转轴一(17-5)，所述转轴一(17-5)的两端分别通过轴承四(17-3)与反射镜框(17-2)连接并伸出反射镜框(17-2)；所述转轴一(17-5)的其中一端设有同步带轮一(17-6)，并通过同步带一(17-4)与同步带轮二(17-7)连接；

所述同步带轮二(17-7)与锥齿轮一(17-9)同轴固连，所述锥齿轮一(17-9)内通过轴承五(17-10)与所述转轴二(17-8)连接，所述锥齿轮一(17-9)与锥齿轮二(17-11)啮合，所述锥齿轮二(17-11)内通过轴承六(17-13)与垂直于转轴二(17-8)的转轴三(17-14)连接；

所述锥齿轮二(17-11)与同步带轮三(17-12)同轴固连，所述同步带轮三(17-12)通过同步带二(17-15)与同步带轮四(17-25)连接，同步带轮四(17-25)通过轴承七(17-26)与转轴四(17-18)同轴连接；

所述转轴四(17-18)在同步带轮四(17-25)的前侧依次设有同轴的齿圈四(17-16)、齿圈七(17-22)、滑桶(17-21)、齿圈六(17-20)、齿圈五(17-19)；所述齿圈四(17-16)与所述同步带轮四(17-25)的侧面固连，所述滑桶(17-21)可滑动和转动的套在转轴四(17-18)上，其两端分别与齿圈七(17-22)和齿圈六(17-20)固连；所述滑桶(17-21)与力矩电机(17-17)的转子固连，所述力矩电机(17-17)的定子与拨叉二(17-23)固连，所述拨叉二(17-23)一端插入滑桶(17-21)，另一端与直线电机二(17-24)固连，所述直线电机二(17-24)固装在反射镜框(17-2)上。

3.根据权利要求2所述的一种光轴调整装置，其特征在于，所述直线电机二(17-24)通过拨叉二(17-23)带动滑桶(17-21)在转轴四(17-18)上滑动，实现齿圈四(17-16)与齿圈七(17-22)啮合或齿圈五(17-19)与齿圈六(17-20)啮合，同时力矩电机(17-17)带动滑桶(17-21)旋转为齿圈四(17-16)或齿圈五(17-19)提供动力，实现反射镜(17-1)横向摆动或纵向摆动。

4.根据权利要求1所述的一种光轴调整装置，其特征在于，所述棱镜组件(12)包括棱镜(12-1)、折射镜框(12-2)和转轴五(12-3)，所述棱镜(12-1)与折射镜框(12-2)固连，所述转轴五(12-3)与折射镜框(12-2)固连。

5.根据权利要求4所述的一种光轴调整装置，其特征在于，所述棱镜组件(12)的转轴五(12-3)的两端分别通过轴承二(13)与套筒三(14)连接，所述套筒一(1)上设有直线电机一(2)，所述直线电机一(2)接有插入滑套(4)的拨叉一(3)，所述转轴五(12-3)伸出套筒三(14)的一端固装有从动齿轮二(8)；

所述套筒三(14)伸出套筒一(1)的一端位于套筒二(9)的空腔中，所述套筒三(14)在朝向套筒二(9)空腔的一端固装齿圈三(11)，所述套筒二(9)空腔的顶部和底部分别设有可与从动齿轮二(8)啮合的齿圈一(7)和可与齿圈三(11)啮合的齿圈二(10)。

6.根据权利要求5所述的一种光轴调整装置，其特征在于，所述直线电机一(2)通过拨叉一(3)带动滑套(4)移动，从而选择齿圈一(7)与从动齿轮二(8)啮合或齿圈二(10)与齿圈三(11)啮合，实现棱镜组件(12)的摆动或转动。

7.根据权利要求4所述的一种光轴调整装置，其特征在于，所述棱镜(12-1)的截面为楔形。

8.根据权利要求1所述的一种光轴调整装置，其特征在于，所述电机(18)和编码器(20)均安装在滑套(4)上。

9.根据权利要求5所述的一种光轴调整装置，其特征在于，所述轴承一(6)位于所述拨叉一(3)与齿圈一(7)之间。

10.根据权利要求1所述的一种光轴调整装置，其特征在于，所述探测器(16)为相机、探照灯、激光器中的任意一种。

Images