CN111880282B - 一种大范围光轴粗精调整装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大范围光轴粗精调整装置，包括依次设置的探测器组件、第一反射组件、套筒二、折反射组件；探测器组件与第一反射组件连接并且位置可调节，探测器组件可实现相机、激光器和光源的更换及位置调整；折反射组件中设有摆镜组件，摆镜组件通过由电机三控制的偏摆机构实现转动；探测器组件产生的光轴通过第一反射组件的反射调整、套筒二的反射调整以及折反射组件的偏摆折射调整相互配合实现光轴的二级精度调整。与现有技术相比，本发明的光轴通过反射组件反射调整以及棱镜偏摆折射调整，可实现光轴的二级粗精调整，同时实现了360°大范围光轴调整及亚微弧度精准光轴指向，具有结构简单、成本低廉、操作便捷的优点。

Description

一种大范围光轴粗精调整装置
技术领域
本发明涉及光电跟踪技术领域，尤其是涉及一种大范围光轴粗精调整装置。
背景技术
随着人工智能时代的到来，场景监测技术作为关键技术之一，已受到国内外专家学者、科研院所、高端科技公司的广泛关注。大范围光轴调整和高精光轴指向一直是监测技术所追求的美好愿景，但在传统的光电跟踪监测系统中，光轴大范围调整和高精度指向是一对相互抵触的指标，制约着监测技术的进一步发展。
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大范围光轴调整与精准光轴调整难以兼顾的缺陷而提供一种大范围光轴粗精调整装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种大范围光轴粗精调整装置，包括依次设置的探测器组件、第一反射组件、套筒二、折反射组件，所述套筒二的两端分别通过轴承一、轴承二与第一反射组件、折反射组件倾斜连接，所述第一反射组件与套筒二的连接处设有由电机一驱动的第一齿轮传动组件，所述折反射组件与套筒二的连接处设有由电机二驱动的第二齿轮传动组件；
所述探测器组件与第一反射组件连接并且位置可调节，所述探测器组件设有相机、激光器和光源，所述探测器组件可实现相机、激光器、光源的更换及位置调整；所述折反射组件中设有摆镜组件，所述摆镜组件通过由电机三控制的偏摆机构实现转动；所述探测器组件产生的光轴通过第一反射组件的反射调整、套筒二的反射调整以及折反射组件的偏摆折射调整相互配合实现光轴的二级精度调整。
优选的，所述第一反射组件包括套筒一，所述套筒一内部为空腔并铺满反射层一，所述套筒一与套筒二连接的一端为斜面，另一端呈锥状，并在锥状的顶部设有通光孔；
所述套筒二包括桶体一，所述桶体一的两端设置为斜面，并分别与第一反射组件和折反射组件连接，所述桶体一内部设置为空腔，并铺满反射层二；
所述折反射组件包括套筒三，所述套筒三包括桶体二，所述桶体二内部设置为空腔，并铺满反射层三，所述桶体二与桶体一连接的一端为斜面，另一端为喇叭状，所述摆镜组件可转动的设置在喇叭状的底部。
优选的，所述摆镜组件的两端设有轴三，轴三通过轴承六与套筒三转动连接，其中一端的轴三通过联轴器与编码器三的主轴连接，另一端的轴三通过摆杆二与轴四连接；所述轴四通过轴承三可滑动的设置在连杆一端的长槽口一中，所述电机三固装在套筒三外侧的安装板上，电机三的主轴通过摆杆一与轴一连接，所述轴一通过轴承四可滑动的设置在连杆中部的长槽口二中，所述连杆在与长槽口一相对的另一端通过轴承五与轴二的一端连接，所述轴二的另一端固装在安装板上。
优选的，所述摆镜组件包括棱镜和镜框，所述棱镜固连在镜框内，所述轴三与镜框固连。
优选的，所述探测器组件包括安装支架和导轨板，所述导轨板的底面设有轨道，所述安装支架的一端通过直线电机与安装在轨道中的滑块连接，另一端与第一反射组件连接；
所述滑块上设有电机四，所述电机四通过齿条传动组件控制滑块在轨道上移动；
所述导轨板顶面的一端设有电机五，所述电机五的主轴固连主动同步带轮，所述主动同步带轮通过同步带与设在导轨板顶面另一端的两个从动同步带轮传动连接，所述从动同步带轮通过轴承七套在固定在导轨板顶面的轴五；
所述相机、激光器、光源均安装在同步带上，当相机、激光器、光源调整至工作位置时，其光线穿过套筒一的通光孔进入第一反射组件。
优选的，所述齿条传动组件包括套在电机四主轴上的主动齿轮三，以及设置在轨道上的齿条，所述主动齿轮三与齿条啮合。
优选的，所述反射层一、反射层二、反射层三为镜面不锈钢、镜面铝板、化学镀镍层、化学镀银层或真空镀铝层。
优选的，所述相机为红外相机。
优选的，所述光源为探照灯。
优选的，所述棱镜的截面为楔形。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本装置的光轴通过反射组件反射调整以及棱镜偏摆折射调整，可实现光轴的二级粗精调整，同时实现了360°大范围光轴调整及亚微弧度精准光轴指向，具有结构简单、成本低廉、操作便捷的优点，易于在实际生产中推广。
(2)本装置中设置有可更换和位置调整的相机、激光器和光源，可同时实现对监控对象的成像、跟踪和照明。
(3)本装置无需移动相机、激光器和光源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，可实现对监控对象更清晰的成像，更精确的跟踪，以及更优质的照明。
附图说明
图1为本发明的轴侧图；
图2为本发明的俯剖视图；
图3为本发明任意工作状态下的轴侧图；
图4为本发明任意工作状态下的光路图；
图5为套筒一的轴侧图；
图6为套筒一的主剖视图；
图7为套筒二的轴侧图；
图8为套筒二的主剖视图；
图9为折反射组件的轴侧图；
图10为折反射组件的左剖视图；
图11为套筒三的轴侧图；
图12为套筒三的主剖视图；
图13为连杆的主视图；
图14为连杆的俯剖视图；
图15为摆镜组件的轴侧图；
图16为棱镜的主剖视图；
图17为探测器组件的轴侧图；
图18为探测器组件的后视图；
图中标注：1为第一反射组件，2为从动齿轮一，3为套筒二，4为探测器组件，5为主动齿轮一，6为电机一，7为编码齿轮一，8为编码器一，9为编码齿轮二，10为编码器二，11为主动齿轮二，12为电机二，13为折反射组件，14为从动齿轮二，15为轴承一，16为轴承二，17为光轴，1-1为套筒一，1-2为法兰，1-3为反射层一，3-1为桶体一，3-2为安装面，3-3为反射层二，13-1为轴承三，13-2为连杆，13-3为套筒三，13-4为轴承四，13-5为卡簧一，13-6为轴一，13-7为摆杆一，13-8为电机三，13-9为轴二，13-10为卡簧二，13-11为轴承五，13-12为摆镜组件，13-13为轴承六，13-14为联轴器，13-15为编码器三，13-16为编码器安装座，13-2-1为长槽口一，13-2-2为长槽口二，13-2-3为安装孔，13-3-1为桶体二，13-3-2为安装板，13-3-3为反射层三，13-12-1为棱镜，13-12-2为镜框，13-12-3为轴三，13-12-4为摆杆二，13-12-5为轴四，4-1为安装支架，4-2为直线电机，4-3为电机四，4-4为滑块，4-5为齿条，4-6为导轨板，4-7为同步带，4-8为主动同步带轮，4-9为电机五，4-10为主动齿轮三，4-11为轴五，4-12为相机，4-13为激光器，4-14为光源，4-15为轴承七，4-16为从动同步带轮。
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1～4所示，本申请提出一种大范围光轴粗精调整装置，包括依次设置的探测器组件4、第一反射组件1、套筒二3、折反射组件13，套筒二3的两端分别通过轴承一15、轴承二16与第一反射组件1、折反射组件13倾斜连接。第一反射组件1与套筒二3的连接处设有由电机一6驱动的第一齿轮传动组件，折反射组件13与套筒二3的连接处设有由电机二12驱动的第二齿轮传动组件。探测器组件4与第一反射组件1连接并且位置可调节，探测器组件4设有相机4-12、激光器4-13和光源4-14，探测器组件可实现相机4-12、激光器4-13、光源4-14的更换及位置调整。折反射组件13中设有摆镜组件13-12，摆镜组件13-12通过由电机三13-8控制的偏摆机构实现转动。探测器组件4的光轴17可入射到第一反射组件1的空腔内，通过第一反射组件1反射入套筒二3的空腔内，再通过套筒二3反射入折反射组件13的空腔内，最终通过折反射组件13反射和折射射出装置。探测器组件4产生的光轴17通过第一反射组件1的反射调整、套筒二3的反射调整以及折反射组件13的偏摆折射调整相互配合实现光轴17的二级精度调整。
第一齿轮传动组件包括从动齿轮一2和主动齿轮一5，从动齿轮一2倾斜安装在第一反射组件1上。电机一6和编码器一8安装在套筒二3与第一反射组件1连接的一端。电机一6、编码器一8分别通过主动齿轮一5、编码齿轮一7与从动齿轮一2啮合。第二齿轮传动组件包括主动齿轮二11和从动齿轮二14，从动齿轮二14倾斜安装在折反射组件13的一端。电机二12和编码器二10安装在套筒二3与折反射组件13连接的一端。电机二12、编码器二10分别通过主动齿轮二11、编码齿轮二9与从动齿轮二14啮合。
如图5～6所示，第一反射组件1包括套筒一1-1，套筒一1-1内部为空腔并铺满反射层一1-3，套筒一1-1与套筒二3连接的一端为斜面，另一端呈锥状，并在锥状的顶部设有通光孔。法兰1-2固装在套筒一1-1上。
如图7～8所示，套筒二3包括桶体一3-1，桶体一3-1的两端设置为斜面，并分别与第一反射组件1和折反射组件13连接，桶体一3-1内部设置为空腔，并铺满反射层二3-3。桶体一3-1两端分别设置两个垂直于斜面的安装面3-2，用于安装电机一6、编码器一8、编码器二10及电机二12。
如图9～10所示，折反射组件13包括套筒三13-3。如图11～12所示，套筒三13-3包括桶体二13-3-1，桶体二13-3-1内部设置为空腔，并铺满反射层三13-3-3，桶体二13-3-1与桶体一3-1连接的一端为斜面，另一端为喇叭状，摆镜组件13-12可转动的设置在喇叭状的底部。桶体二13-3-1的侧面设置有安装板13-3-2，用于安装电机三13-8和轴二13-9。
反射层一1-3、反射层二3-3、反射层三13-3-3为镜面不锈钢、镜面铝板、化学镀镍层、化学镀银层或真空镀铝层。
如图13～14所示，连杆13-2的一端和中部分别设置有长槽口一13-2-1和长槽口二13-2-2，另一端设置有安装孔13-2-3。
摆镜组件13-12的两端设有轴三13-12-3，轴三13-12-3通过轴承六13-13与套筒三13-3转动连接，其中一端的轴三13-12-3通过联轴器13-14与编码器三13-15的主轴连接，另一端的轴三13-12-3通过摆杆二13-12-4与轴四13-12-5连接。编码器三13-15通过编码器安装座13-16安装在套筒三13-3上。轴四13-12-5通过轴承三13-1可滑动的设置在连杆13-2一端的长槽口一13-2-1中。电机三13-8固装在套筒三13-3外侧的安装板13-3-2上，电机三13-8的主轴通过摆杆一13-7与轴一13-6连接，轴一13-6通过轴承四13-4可滑动的设置在连杆13-2中部的长槽口二13-2-2中，轴承四13-4通过卡簧一13-5固定在轴一13-6上。连杆13-2的安装孔13-2-3通过轴承五13-11与轴二13-9的一端连接，轴二13-9的另一端固装在安装板13-3-2上，轴承五13-11通过卡簧二13-10固定在轴二13-9上。
如图15～16所示，摆镜组件13-12包括棱镜13-12-1和镜框13-12-2，棱镜13-12-1与镜框13-12-2注胶固连，轴三13-12-3与镜框13-12-2固连。本实施例中，棱镜13-12-1的截面为楔形。
如图17～18所示，探测器组件4包括安装支架4-1和导轨板4-6，导轨板4-6的底面设有轨道，安装支架4-1的一端通过直线电机4-2与安装在轨道中的滑块4-4连接，另一端与第一反射组件1连接。
滑块4-4上设有电机四4-3，电机四4-3通过齿条传动组件控制滑块4-4在轨道上移动。齿条传动组件包括套在电机四4-3主轴上的主动齿轮三4-10，以及设置在轨道上的齿条4-5，主动齿轮三4-10与齿条4-5啮合。
导轨板4-6顶面的一端设有电机五4-9，电机五4-9的主轴固连主动同步带轮4-8，主动同步带轮4-8通过同步带4-7与设在导轨板4-6顶面另一端的两个从动同步带轮4-16传动连接，从动同步带轮4-16通过轴承七4-15套在固定在导轨板4-6顶面的轴五4-11。两个轴五4-11上下竖直对齐固装在导轨板4-6上，同步带4-7缠绕主动同步带轮4-8和两个从动同步带轮4-16，
相机4-12、激光器4-13、光源4-14均安装在同步带4-7上，当相机4-12、激光器4-13、光源4-14调整至工作位置时，其光线穿过套筒一1-1的通光孔进入第一反射组件1。
本装置中，相机4-12具体可采用红外相机，光源4-14可采用探照灯。
本装置的工作原理：
探测器组件4通过电机五4-9带动同步带4-7运动，实现相机4-12、激光器4-13、光源4-14的更换以及X向位移调整；电机四4-3通过齿条传动组件控制导轨板4-6相对滑块4-4移动，实现相机4-12、激光器4-13、光源4-14的Y向位移调整；安装支架4-1的一端通过直线电机4-2与滑块4-4连接，直线电机4-2的伸缩带动滑块4-4和导轨板4-6的Z向移动，实现相机4-12、激光器4-13、光源4-14的Z向位移调整。
相机4-12、激光器4-13、光源4-14调整至工作位置时，其光轴17入射到第一反射组件1的空腔内，并通过第一反射组件1反射入套筒二3的空腔内，再通过套筒二3反射入折反射组件13的空腔内，并通过折反射组件13反射出装置。第一反射组件1、套筒二3与折反射组件13之间斜面连接，电机一6与电机二12可分别驱动套筒二3和折反射组件13旋转，改变第一反射组件1轴线与套筒二3轴线的相对夹角以及套筒二3轴线与折反射组件13轴线的相对夹角，即改变反射层一1-3轴线与反射层二3-3轴线的夹角以及反射层二3-3轴线与反射层三13-3-3轴线的夹角，编码器一8和编码器二10可实时反馈套筒二3和折反射组件13转动角度，控制反射层一1-3、反射层二3-3以及反射层三13-3-3相互配合组合反射光轴17，实现光轴17的360°大范围调整，即第一级调整。
电机三13-8带动连杆13-2绕轴二13-9摆动，连杆13-2带动摆镜组件13-12摆动，可实现棱镜13-12-1摆动，同时编码器三13-15反馈棱镜13-12-1摆动角度，微调整摆镜组件13-12的摆动角度，以摆动棱镜13-12-1折射形式调整光轴17，进一步实现光轴17的亚微弧度级精调整，即第二级调整。

Claims (10)

1.一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，包括依次设置的探测器组件(4)、第一反射组件(1)、套筒二(3)、折反射组件(13)，所述套筒二(3)的两端分别通过轴承一(15)、轴承二(16)与第一反射组件(1)、折反射组件(13)倾斜连接，所述第一反射组件(1)与套筒二(3)的连接处设有由电机一(6)驱动的第一齿轮传动组件，所述折反射组件(13)与套筒二(3)的连接处设有由电机二(12)驱动的第二齿轮传动组件；
所述探测器组件(4)与第一反射组件(1)连接并且位置可调节，所述探测器组件(4)设有相机(4-12)、激光器(4-13)和光源(4-14)，所述探测器组件(4)可实现相机(4-12)、激光器(4-13)、光源(4-14)的更换及位置调整；所述折反射组件(13)中设有摆镜组件(13-12)，所述摆镜组件(13-12)通过由电机三(13-8)控制的偏摆机构实现转动；所述探测器组件(4)产生的光轴(17)通过第一反射组件(1)的反射调整、套筒二(3)的反射调整以及折反射组件(13)的偏摆折射调整相互配合实现光轴(17)的二级精度调整。
2.根据权利要求1所述的一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，所述第一反射组件(1)包括套筒一(1-1)，所述套筒一(1-1)内部为空腔并铺满反射层一(1-3)，所述套筒一(1-1)与套筒二(3)连接的一端为斜面，另一端呈锥状，并在锥状的顶部设有通光孔；
所述套筒二(3)包括桶体一(3-1)，所述桶体一(3-1)的两端设置为斜面，并分别与第一反射组件(1)和折反射组件(13)连接，所述桶体一(3-1)内部设置为空腔，并铺满反射层二(3-3)；
所述折反射组件(13)包括套筒三(13-3)，所述套筒三(13-3)包括桶体二(13-3-1)，所述桶体二(13-3-1)内部设置为空腔，并铺满反射层三(13-3-3)，所述桶体二(13-3-1)与桶体一(3-1)连接的一端为斜面，另一端为喇叭状，所述摆镜组件(13-12)可转动的设置在喇叭状的底部。
3.根据权利要求2所述的一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，所述摆镜组件(13-12)的两端设有轴三(13-12-3)，轴三(13-12-3)通过轴承六(13-13)与套筒三(13-3)转动连接，其中一端的轴三(13-12-3)通过联轴器(13-14)与编码器三(13-15)的主轴连接，另一端的轴三(13-12-3)通过摆杆二(13-12-4)与轴四(13-12-5)连接；所述轴四(13-12-5)通过轴承三(13-1)可滑动的设置在连杆(13-2)一端的长槽口一(13-2-1)中，所述电机三(13-8)固装在套筒三(13-3)外侧的安装板(13-3-2)上，电机三(13-8)的主轴通过摆杆一(13-7)与轴一(13-6)连接，所述轴一(13-6)通过轴承四(13-4)可滑动的设置在连杆(13-2)中部的长槽口二(13-2-2)中，所述连杆(13-2)在与长槽口一(13-2-1)相对的另一端通过轴承五(13-11)与轴二(13-9)的一端连接，所述轴二(13-9)的另一端固装在安装板(13-3-2)上。
4.根据权利要求3所述的一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，所述摆镜组件(13-12)包括棱镜(13-12-1)和镜框(13-12-2)，所述棱镜(13-12-1)固连在镜框(13-12-2)内，所述轴三(13-12-3)与镜框(13-12-2)固连。
5.根据权利要求1所述的一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，所述探测器组件(4)包括安装支架(4-1)和导轨板(4-6)，所述导轨板(4-6)的底面设有轨道，所述安装支架(4-1)的一端通过直线电机(4-2)与安装在轨道中的滑块(4-4)连接，另一端与第一反射组件(1)连接；
所述滑块(4-4)上设有电机四(4-3)，所述电机四(4-3)通过齿条传动组件控制滑块(4-4)在轨道上移动；
所述导轨板(4-6)顶面的一端设有电机五(4-9)，所述电机五(4-9)的主轴固连主动同步带轮(4-8)，所述主动同步带轮(4-8)通过同步带(4-7)与设在导轨板(4-6)顶面另一端的两个从动同步带轮(4-16)传动连接，所述从动同步带轮(4-16)通过轴承七(4-15)套在固定在导轨板(4-6)顶面的轴五(4-11)；
所述相机(4-12)、激光器(4-13)、光源(4-14)均安装在同步带(4-7)上，当相机(4-12)、激光器(4-13)、光源(4-14)调整至工作位置时，光线穿过套筒一(1-1)的通光孔进入第一反射组件(1)。
6.根据权利要求5所述的一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，所述齿条传动组件包括套在电机四(4-3)主轴上的主动齿轮三(4-10)，以及设置在轨道上的齿条(4-5)，所述主动齿轮三(4-10)与齿条(4-5)啮合。
7.根据权利要求2所述的一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，所述反射层一(1-3)、反射层二(3-3)、反射层三(13-3-3)为镜面不锈钢、镜面铝板、化学镀镍层、化学镀银层或真空镀铝层。
8.根据权利要求1所述的一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，所述相机(4-12)为红外相机。
9.根据权利要求1所述的一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，所述光源(4-14)为探照灯。
10.根据权利要求4所述的一种大范围光轴粗精调整装置，其特征在于，所述棱镜(13-12-1)的截面为楔形。
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