CN113820752A - 一种直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及扫描机构旋转摆动反射板领域，公开了一种直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，所述摆动机构包括反射板、柜体框架，所述反射板的框板一侧设置旋转主轴，另一侧设置旋转轴；所述旋转主轴通过第一轴承安装在由内、外端盖组成的第一轴承座组内；所述旋转主轴外设置电机驱动组件，所述电机驱动组件包括直驱电机、胀紧套；所述胀紧套套在所述旋转主轴外，所述直驱电机的转子套在胀紧套外；所述旋转轴外套有第二轴承，所述第二轴承外设置第二轴承套；所述旋转轴上设置码盘。本发明解决了现有技术中机械传动装置带动扫描机构旋转摆动时会产生背隙、机械损耗和噪音等因素使机器性能不同程度有所降低，且增加机器尺寸和重量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及扫描机构旋转摆动反射板领域，更具体地涉及一种直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构。
背景技术
随着对被动毫米波成像这种新型无源探测技术的深入研究，因其所具有的无辐射、可实现高帧频等优点，利用该技术的各种微波安检系统设备相继推出，已开始用于机场安检系统、远程监视和缉毒等领域。这些安检设备中采用反射镜(板)机械扫描实现对垂直视场的覆盖，是一种采集信号方式，该方式微波扫描反射机构是微波安检设备的一个核心部件之一。往复旋转摆动的反射板实现对目标、背景的毫米波线性机械扫描功能，反射板往复旋转摆动是扫描部件典型的运动方式。
被动毫米波安检系统反射板往复旋转摆动扫描机构可供选择的传统传动方式有齿轮传动、同步齿带传动、凸轮摆杆滚子传动三种，各传动方式的特点如下：
(1)、齿轮传动特点：
工作可靠，寿命长，传动比准确为常数，通用性强，效率高达96％～99％，功率和速度适用范围广等，对中心距误差的敏感度小，制造和安装精确高，加工成本高。
(2)、同步齿形带传动特点：
同步齿形带传动，是一种结合了带、齿传动优点的传动形式。
同步齿形带传动时无滑动，传动比准确；传动效率高，节能效果好；传动平稳，动态特性良好；传动比范围大，结构紧凑；维护保养方便，适应恶劣环境条件下工作。但是其安装要求较高，两带轮轴心线平行度要求高，中心距要求严格。
(3)、凸轮摆杆滚子传动方式的特点：
凸轮摆杆滚子机构的的优点是可实现高速化，平稳性好，运动特性良好，机构结构紧凑，周期控制简单，可靠性高，寿命长，可维护性好。
采用凸轮摆动滚子机构，不需驱动电机换向反转就可完成反射板的来回旋转摆动，有利于驱动电机的使用寿命延长。凸轮摆杆滚子机构是能使反射板按照给定的运动规律运动的高副机构，可以实现给定的位移、速度、加速度等运动规律。
根据反射板的往复旋转摆动运动规划要求，凸轮转动应使旋转摆动的反射板实现：加速—匀速—减速—反向加速—匀速—反向减速—停止，完成这样的往复运动，这就要求凸轮的轮廓曲线形状必须精确。
传统的机械传动装置，如齿轮减速机构、同步齿形带传动、凸轮摆杆滚子机构等，会产生背隙、机械损耗和噪音，这些因素使机器性能不同程度有所降低，且增加机器尺寸和重量。
发明内容
为解决现有技术中机械传动装置带动扫描机构旋转摆动时会产生背隙、机械损耗和噪音等因素使机器性能不同程度有所降低，且增加机器尺寸和重量的问题，本发明提供一种直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构。
本发明采用的具体方案为：一种直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，所述摆动机构包括反射板、柜体框架，所述反射板的框板一侧设置旋转主轴，另一侧设置旋转轴；所述旋转主轴通过第一轴承安装在由内、外端盖组成的第一轴承座组内；所述旋转主轴外设置电机驱动组件，所述电机驱动组件包括直驱电机、胀紧套；所述胀紧套套在所述旋转主轴外，所述直驱电机的转子套在胀紧套外；所述旋转轴外套有第二轴承，所述第二轴承外设置第二轴承套；所述旋转轴上设置码盘。
所述直驱电机的外壳固定在第一轴座上。
所述第一轴承座的端盖与直驱电机外壳连接。
所述胀紧套包括胀紧套内环、胀紧套外环、胀紧套螺栓，所述胀紧套内环与外环的径向均设有相互匹配的胀紧开口槽，所述胀紧套内环与外环匹配后采用螺栓固定。
所述第二轴承外设置的第二轴承套与第二轴座连接，所述第二轴座安装于柜体框架的安装座上。
所述直驱电机的定子采用胶粘的方式固定在直驱电机外壳内。
所述码盘安装于旋转轴外端。
所述组成第一轴承座组的内端盖、外端盖固定在直驱电机外壳的端部。
所述旋转主轴、旋转轴与反射板骨架两侧框板采用法兰式连接，采用销钉和螺钉定位与固定。
所述旋转主轴、旋转轴相对设置在反射板两侧框板的中心位置。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
1.本发明通过直驱伺服电机驱动反射板旋转摆动中心轴的驱动方式带动所述反射板摆动，不再需要机械传动，直驱机构为硬性连接，采用无框直驱电机避免了机械传动系统的柔性连接带来的振动。本发明解决了现有技术中机械传动装置带动扫描机构旋转摆动时会产生背隙、机械损耗和噪音等因素使机器性能不同程度有所降低，且增加机器尺寸和重量的问题，有效保证反射板的旋转摆动扫描精度的要求，调整旋转轴转动参数方便，可控性更强，更灵活。另一方面本发明避免了中间传动件的加工及装配的误差以及启停所需的趋稳时间，避免了传动件工作时产生的噪声。
2.本发明通过过直驱电机转子与反射板摆动旋转轴用胀紧套联接的安装方式，胀紧套的使用便于电机转子与旋转轴的安装、调整和拆卸，联接强度高，稳定可靠。本发明中摆动旋转中心轴的轴心线设置在与反射板的反射面共面的位置上，如此设计能使反射光路稳定，保证扫描反射微波信号平稳性好。
3.本发明将摆动旋转轴以法兰的方式与反射板左右两侧骨架连接方式；反射板旋转摆动机构的分体立式轴座安装结构，反射板旋转摆动扫描机构的分体式轴座安装结构，方便装配和维护，易于加工，并减小了整机的重量。
附图说明
图1为本发明反射板旋转摆动扫描机构示意图；
图2为本发明反射板旋转摆动扫描机构与机柜框架安装组合示意图；
图3为本发明机构直驱电机及旋转主轴安装结构示意图；
图4为本发明机构直驱电机转子与旋转主轴的胀紧套固定结构示意图；
图5为本发明机构旋转轴端安装结构示意图；
图6为本发明反射板示意图；
图7为本发明中反射板旋转摆动扫描机构系统流程框图；
图8为本发明中反射板旋转轴角速度—时间图。
其中，附图标记分别为：
1-定子；2-转子；3-直驱电机外壳；4-胀紧套；4-1-胀紧套内环；4-2-胀紧套外环；4-3-螺栓；5-第一轴承；6-旋转主轴；7-外端盖；8-内端盖；；10-限位轴套；11-反射板；12-旋转轴；13-第二轴承；14-第二轴承套；15-码盘；16-第一轴座；17-第二轴座；18-柜体框架；19-安装座；20-直驱电机；21-电机驱动组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明提供一种直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，所述摆动机构包括反射板11、柜体框架18，所述反射板11设置在柜体框架18内，所述反射板11的框板一侧设置旋转主轴6，另一侧设置旋转轴12；所述旋转主轴通过第一轴承5安装在由内、外端盖8、7组成的第一轴承座组内；所述旋转主轴6外设置电机驱动组件，所述电机驱动组件包括直驱电机20、胀紧套4；所述胀紧套4套在所述旋转主轴6外，所述直驱电机20的转子2套在胀紧套4外；所述旋转轴12外套有第二轴承13，所述第二轴承13外设置第二轴承套14；所述旋转轴12上设置码盘15。
所述直驱电机20的外壳固定在第一轴座16上。
所述第一轴承座9的端盖与直驱电机外壳3连接。
所述胀紧套4包括胀紧套内环4-1、胀紧套外环4-2、螺栓4-3，所述胀紧套内环与外环的径向均设有相互匹配的胀紧开口槽，所述胀紧套内环与外环匹配后采用螺栓固定。
所述第二轴承13外设置的第二轴承套14与第二轴座17连接，所述第二轴座17安装于柜体框架18的安装座19上。
所述直驱电机20的定子1采用胶粘的方式固定在直驱电机外壳3内。
所述码盘15安装于旋转轴12外端。
所述组成第一轴承座组的内端盖8、外端盖7固定在直驱电机外壳3的端部。
所述旋转主轴6、旋转轴12与反射板11骨架两侧框板采用法兰式连接，采用销钉和螺钉定位与固定。
所述旋转主轴6、旋转轴12相对设置在反射板11两侧框板的中心位置。
本发明所述的直驱电机由定子、转子、直驱电机外壳组成，所述直驱电机外壳用于安装定子、转子及驱动旋转主轴；胀紧套组合4由胀紧套内环4-1、胀紧套外环4-2、螺栓组成，所述螺栓为内六角高强螺栓。所述的反射板为微波扫描反射板，该反射板由骨架蒙皮焊接式反射板11，所述的包括铝合金铸造骨架11-1、薄板铝蒙皮11-2。所述反射板11的框板一侧设置旋转主轴6，另一侧设置旋转轴12。所述旋转轴一侧设置码盘，所述码盘用于测试旋转轴的测速以及用于反馈编码器的信号。反射板旋转摆动扫描机构安装于柜体框架18的安装座19上。
反射板宽度约1000mm，两端旋转轴支座跨度大，采用分体立式板焊结构的轴座(第一轴座16、第二轴座17)作为机构机架，易加工，易装配调试，节省材料，减轻整机重量。
所述直驱电机的定子1用3M胶固定在电机外壳3内。直驱电机的转子2与旋转主轴6通过胀紧套4连接在一起，更好地保证轴与转子的同轴要求，所述限位轴套10套在旋转主轴上，并设置在所述胀紧套末端，对胀紧套起到轴向限位的作用。胀紧套的使用便于电机转子与轴的安装、调整和拆卸，强度高，联接稳定可靠。旋转主轴6上安装有第一轴承9，此转子轴组件同轴安装于电机定子内。轴承座内端盖8、外端盖7固定在电机外壳3端部，这样组成整个的电机驱动组件21，安装于一侧的立式轴座16上。
使用时将胀紧套内、外环及螺栓预装在旋转主轴上，并用限位轴套对其轴向限位，在电机转子顺利套在胀紧套外环上，并调整好轴向外置后，用螺栓胀紧内、外环，将转子固定安装在主轴6上。
所述的反射板另一侧的摆动旋转轴12及轴上的第二轴承13安装于立式轴座17上的第二轴承套14内，码盘15安装于旋转轴12外端，并用螺钉固定在立式轴座17上。
所述反射板采用铝合金铸造骨架11-1与薄板铝蒙皮11-2激光焊接制成，采取斜筋格板使铸造骨架整体刚性好，重量轻，转动惯量小，机加工量少。铝蒙皮板面激光焊接变形小，平面度易保证。
摆动旋转主轴6、旋转轴12与反射板11骨架两侧框板采用法兰式连接，用销钉和螺钉定位与固定。反射板11两侧框板中心的轴安装孔同心，保证反射板两端旋转轴的轴心线同心且与反射板蒙皮反射面共面，如此设计能使扫描反射光路稳定，保证微波扫描反射信号平稳。
在一种实施方式中，旋转机构选用无框直驱伺服电机做为反射板旋转摆动动力源，配置原厂驱动器控制电机运转，外加码盘反馈旋转轴实际角位移或角速度脉冲数字信号。码盘作为检测元件用于测定旋转轴的实际角位移或角速度，并输出脉冲数字信号反馈给驱动器，驱动器按照设定的摆动旋转运动参数实时调整电机的转速，有效地校准反射板旋转摆动状态，实现精密位置控制，更好地实现机构扫描功能。
反射板工作时的旋转摆动整个循环过程为：驱动器发出指令，电机开始正向加速启动，按照启动加速、匀速正向旋转、减速、反向加速、匀速反向旋转、减速的循环程序做往复旋转摆动。
本发明采用直驱机构为硬性连接，采用无框直驱电机避免了机械传动系统的柔性连接带来的振动；直驱伺服电机没有换向部件，不需惯量匹配，过载能力强，体积小，适宜于高速、高精度、频繁地启停和快速定位的反射板往复旋转摆动功能要求；选用直驱伺服电机驱动，可有效保证反射板的旋转摆动扫描精度的要求，调整旋转轴转动参数方便，可控性更强，更灵活；避免了中间传动件的加工及装配的误差以及启停所需的趋稳时间，避免了传动件工作时产生的噪声；本发明胀紧套的使用便于电机转子与旋转轴的安装、调整和拆卸，联接强度高，稳定可靠；除旋转轴外，无其它传动件的加工和装配，可缩短产品研制周期；铝合金铸造骨架蒙皮焊接式反射板刚性好，重量轻，转动惯量小，所需直驱电机功率小，节能；反射板旋转摆动扫描机构的分体式轴座安装结构，方便装配和维护，易于加工，并减小了整机的重量。
Claims (10)
1.一种直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，所述摆动机构包括反射板、柜体框架，其特征在于，所述反射板(11)的框板一侧设置旋转主轴(6)，另一侧设置旋转轴(12)；所述旋转主轴通过第一轴承(5)安装在第一轴承座(9)内；所述旋转主轴(6)外设置电机驱动组件(21)，所述电机驱动组件(21)包括直驱电机(20)、胀紧套(4)；所述胀紧套(4)套在所述旋转主轴(6)外，所述直驱电机(20)的转子(2)套在胀紧套(4)外；所述旋转轴(12)外套有第二轴承(13)，所述第二轴承(13)外设置第二轴承套(14)；所述旋转轴(12)上设置码盘(15)。
2.根据权利要求1所述的直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，其特征在于，所述直驱电机外壳(3)固定在第一轴座(16)上。
3.根据权利要求1所述的直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，其特征在于，所述第一轴承座(9)的端盖与直驱电机外壳(3)连接。
4.根据权利要求1所述的直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，其特征在于，所述胀紧套(4)包括胀紧套内环(4-1)、胀紧套外环(4-2)、螺栓(4-3)，所述胀紧套内环、外环(4-1、4-2)的径向均设有相互匹配的胀紧开口槽，所述胀紧套内环、外环(4-1、4-2)匹配后采用螺栓(4-3)固定。
5.根据权利要求1所述的直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，其特征在于，所述第二轴承套(14)与第二轴座(17)连接，所述第二轴座(17)安装于柜体框架(18)的安装座(19)上。
6.根据权利要求1所述的直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，其特征在于，所述直驱电机(20)的定子(1)采用胶粘的方式固定在直驱电机外壳(3)内。
7.根据权利要求1所述的直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，其特征在于，所述码盘(15)安装于旋转轴(12)外端。
8.根据权利要求3所述的直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，其特征在于，所述第一轴承座(9)的内端盖(8)、外端盖(7)固定在直驱电机外壳(3)的端部。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，其特征在于，所述旋转主轴(6)、旋转轴(12)与反射板(11)骨架两侧框板采用法兰式连接，采用销钉和螺钉定位与固定。
10.根据权利要求9所述的直驱式微波扫描反射板旋转摆动机构，其特征在于，所述旋转主轴(6)、旋转轴(12)相对设置在反射板(11)两侧框板的中心位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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