CN113985685B - 一种紧凑型滤光片切换组件、装配方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种紧凑型滤光片切换组件、装配方法和应用。该滤光片切换组件包括导向板、滑块、连接柱、齿轮、驱动电机、小径深沟球轴承、滤光片。所述导向板开设有弧形导向轨及通光孔，所述滑块开设有滤光片安装沉孔，所述滑块内圆弧面有渐开线齿，滑块通过连接柱及小径深沟球轴承固定在导向板上，滑块通过小径深沟球轴承在导向板导轨内运动可实现滤光片的位置切换。本发明结构简单可靠，易于安装，尤其适用于空间紧凑受限的滤光片切换场合。

Description

一种紧凑型滤光片切换组件、装配方法和应用
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种紧凑型滤光片切换机构，特别适用于空间布局受限的滤光片切换场合。
背景技术
滤光片切换机构是安装在镜头及探测器间的一组滤镜，当镜头的入射光线进入探测器成像后，系统根据成像需求切换使用不同的滤光片，使成像质量达到最优，因此不论是在何种环境下使用，都能达到最佳成像效果。
目前国内常用滤光片切换结构多采用电磁铁驱动换向，无法实现高精度定位且切换速率不易控制，常伴随有明显的切换声响，久用后易失效；当滤光片数较多时，常用方案则为在圆盘上周向均布滤光片，圆盘与驱动电机直连实现切换，此结构简单实用性高，但仅有中心处与电机连接，刚性不足，无法保证在运动或有振动工况下光学系统的精度需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种紧凑型滤光片切换组件、装配方法和应用，解决现有滤光片切换方案中精度低、可靠性低、刚性差等问题。
本发明解决技术问题的方案是：一种紧凑型滤光片切换组件，该组件包括驱动电机、齿轮、导向板、滑块、第一连接柱、第二连接柱、第一深沟球轴承、第二深沟球轴承；
导向板，作为安装基础，用于与光学成像系统连接固定，导向板上设有两处弧形导轨，记为第一弧形导轨和第二弧形导轨；
第一连接柱一端固定安装在滑块上，另一端穿过第一弧形导轨，第一深沟球轴承内圈通过过盈配合方式固定安装至第一连接块上，外圈嵌入在第一弧形导轨内，端面通过固定在第二连接柱上的薄头螺钉限位；
第二连接柱一端固定安装在滑块上，另一端穿过第二弧形导轨，第一深沟球轴承内圈通过过盈配合方式固定安装至第二连接块上，外圈嵌入在第二弧形导轨内，端面通过固定在第二连接柱上的薄头螺钉限位；
齿轮固定连接在驱动电机的输出轴上，滑块为弧形板，中间内嵌滤光片，边缘侧面设有齿轮，该齿轮与齿轮啮合，在电机的驱动下，齿轮带动滑块在第一连接柱和第二连接柱的导向作用下旋转，实现滤光片切换。
优选地，所述第一弧形导轨所确定的第一连接柱的运动轨迹与由第二弧形导轨所确定的第二连接柱运动轨迹分别为同一个圆周其中的两段弧线。
优选地，所述导向板上设置有N个滤光片，N个滤光片的中心位于第一连接柱的运动轨迹与由第二弧形导轨所确定的第二连接柱运动轨迹所在的圆周上，N大于等于2。
优选地，所述导向板和滑块采用金属材料制成。
本发明的另一个技术方案是：一种紧凑型滤光片切换组件的装配方法，该方法包括如下步骤：
S1、将第一连接柱和第二连接柱通过小过盈配合安装在滑块上；
S2、将安装在滑块上的第一连接柱，穿过导向板上的第一弧形导轨；将安装在滑块上的第二连接柱，穿过导向板上的第二弧形导轨；
S3、将第一深沟球轴承安装在第一连接柱上，将第二深沟球轴承安装在第二连接柱上，并用薄头螺钉紧固；
S4、将滤光片粘接在滑块上；
S5、将齿轮安装在驱动电机上并用螺钉紧固。
本发明的又一个技术方案是：一种光学系统包括上述紧凑型滤光片切换组件，所述紧凑型滤光片切换组件通过导向板固定安装在光学系统结构支架上第一连接柱的运动轨迹与由第二弧形导轨所确定的第二连接柱运动轨迹所在的圆周过光学系统镜头的轴线，使得滤光片旋转到位时，滤光片的中心点正好位于镜头中心。
优选地，所述导向板与光学系统的镜头平面的安装平行度不低于0.005m。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明紧凑型滤光片切换组件通过电机驱动齿轮组，轴承在导轨内作限位导向运动实现滤光片位置切换，滤光片通过滑块等有效固定在导向板上，刚性好。
(2)、本发明通过电机驱动，齿轮传动，可实现高精度位置切换。
(3)、本发明采用对称的两个连接柱实现，组件连接可靠，无悬臂结构，刚性好，可用于运动及振动工况下的光学成像系统。
(4)、本发明导向板和滑块为面接触，稳定性好；
(5)、本发明解决了在空间布局小、集成度要求高等场合的滤光片切换难以实现的问题，而且组成零件数量少，易于安装，体积小，可靠性高，通过电机齿轮传动可实现高精度位置切换，过程可控；
(6)、本发明可应用与空间布局受限，系统集成度要求高的机载、运动、振动工况下的光学成像系统中。
附图说明
图1为本发明实施例紧凑型滤光片切换组件图。
图2(a)为本发明实施例导向板正视图；
图2(b)为本发明实施例安装第一连接柱和第二连接柱之后的剖视图；
图3为本发明实施例导向板和滑块连接之后示意图；
图4为本发明实施例为深沟球轴承限位之后的示意图；
图5为本发明实施例为图4的背面图；
图6为本发明实施例齿轮与驱动电机连接图；
图7为本发明实施例装配有紧凑型滤光片切换组件的光学成像系统结构图。
图中，1为导向板、2为滑块、3-1为第一连接柱、3-2为第二连接柱、4为齿轮、5为驱动电机、6-1为第一深沟球轴承、6-2为第二深沟球轴承、7为滤光片、8为光学镜头、9为光学系统结构支架。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
如图1所示，本发明提供的一种紧凑型滤光片切换组件包括驱动电机、齿轮4、导向板1、滑块2、第一连接柱3-1、第二连接柱3-2、第一深沟球轴承6-1、第二深沟球轴承6-2；
导向板1，作为安装基础，用于与光学成像系统连接固定，导向板1上设有两处弧形导轨，记为第一弧形导轨和第二弧形导轨；
第一连接柱3-1一端固定安装在滑块2上，另一端穿过第一弧形导轨，第一深沟球轴承6-1内圈通过过盈配合方式固定安装至第一连接块3-1上，外圈嵌入在第一弧形导轨内，端面通过固定在第二连接柱3-2上的薄头螺钉限位；
第二连接柱3-2一端固定安装在滑块2上，另一端穿过第二弧形导轨，第一深沟球轴承6-1内圈通过过盈配合方式固定安装至第二连接块3-2上，外圈嵌入在第二弧形导轨内，端面通过固定在第二连接柱3-2上的薄头螺钉限位；
齿轮4固定连接在驱动电机的输出轴上，滑块2为弧形板，中间内嵌滤光片，边缘侧面设有齿轮，该齿轮与齿轮4啮合，在电机的驱动下，齿轮4带动滑块2在第一连接柱3-1和第二连接柱3-2的导向作用下旋转，实现滤光片切换。
所述第一弧形导轨所确定的第一连接柱3-1的运动轨迹与由第二弧形导轨所确定的第二连接柱3-2运动轨迹分别为同一个圆周其中的两段弧线。
所述导向板1上设置有N个滤光片，N个滤光片的中心位于第一连接柱3-1的运动轨迹与由第二弧形导轨所确定的第二连接柱3-2运动轨迹所在的圆周上，N大于等于2。
所述导向板1和滑块2采用金属材料制成。例如，铝、铜等。
本发明结合导向板、滑块、连接柱、齿轮、驱动电机、小径深沟球轴承、滤光片等构建滤光片切换机构。导向板作为安装基础并起导向作用，连接柱通过小过盈配合安装在滑块上；将连接柱分别穿过导向板的两处弧形导轨；将小径深沟球轴承通过小过盈配合安装至连接柱上，通过薄头螺钉固定，限制轴承轴向运动；再将滤光片通过胶水粘接在滑块上；最后将装有驱动电机的齿轮与滑块上的轮齿正确啮合，电机通电调试后即可完成切换动作，实现滤光片切换功能。
上述紧凑型滤光片切换组件的装配方法如下：
(1)、将第一连接柱3-1和第二连接柱3-2通过小过盈配合安装在滑块2上，如图2(a)和图2(b)所示；
(2)、将安装在滑块2上的第一连接柱3-1连接柱，穿过导向板1上的第一弧形导轨；将安装在滑块2上的第二连接柱3-2连接柱，穿过导向板1上的第二弧形导轨；如图3所示；
(3)、将第一深沟球轴承6-1安装在第一连接柱3-1上，将第二深沟球轴承6-2安装在第二连接柱3-2上，并用薄头螺钉紧固，如图4所示；
(4)将滤光片7粘接在滑块2上，如图5所示；
(5)将齿轮4安装在驱动电机5上并用螺钉紧固，如图6所示；
(6)将步骤(4)、(5)完成的分组件固定在光学系统结构支架9上，调试完成后即可实现滤光片切换功能运用。
如图7所示，本发明还提供了一种光学系统，该系统包括上述紧凑型滤光片切换组件，所述紧凑型滤光片切换组件通过导向板1固定安装在光学系统的机架上第一连接柱3-1的运动轨迹与由第二弧形导轨所确定的第二连接柱3-2运动轨迹所在的圆周过光学系统镜头的轴线，使得滤光片旋转到位时，滤光片的中心点正好位于镜头中心。
所述导向板1与光学系统的镜头平面的安装平行度不低于0.005m。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种紧凑型滤光片切换组件，其特征在于包括驱动电机、第一齿轮(4)、导向板(1)、滑块(2)、第一连接柱(3-1)、第二连接柱(3-2)、第一深沟球轴承(6-1)、第二深沟球轴承(6-2)；
导向板(1)，作为安装基础，用于与光学成像系统连接固定，导向板(1)上设有两处弧形导轨，记为第一弧形导轨和第二弧形导轨；
第一连接柱(3-1)一端固定安装在滑块(2)上，另一端穿过第一弧形导轨，第一深沟球轴承(6-1)内圈通过过盈配合方式固定安装至第一连接柱(3-1)上，外圈嵌入在第一弧形导轨内，端面通过固定在第二连接柱(3-2)上的薄头螺钉限位；
第二连接柱(3-2)一端固定安装在滑块(2)上，另一端穿过第二弧形导轨，第一深沟球轴承(6-1)内圈通过过盈配合方式固定安装至第二连接柱(3-2)上，外圈嵌入在第二弧形导轨内，端面通过固定在第二连接柱(3-2)上的薄头螺钉限位；
第一齿轮(4)固定连接在驱动电机的输出轴上，滑块(2)为弧形板，中间内嵌滤光片，边缘侧面设有第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮(4)啮合，在电机的驱动下，第一齿轮(4)带动滑块(2)在第一连接柱(3-1)和第二连接柱(3-2)的导向作用下旋转，实现滤光片切换。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型滤光片切换组件，其特征在于所述第一弧形导轨所确定的第一连接柱(3-1)的运动轨迹与由第二弧形导轨所确定的第二连接柱(3-2)运动轨迹分别为同一个圆周其中的两段弧线。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型滤光片切换组件，其特征在于所述导向板(1)上设置有N个滤光片，N个滤光片的中心位于第一连接柱(3-1)的运动轨迹与由第二弧形导轨所确定的第二连接柱(3-2)运动轨迹所在的圆周上，N大于等于2。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型滤光片切换组件，其特征在于所述导向板(1)和滑块(2)采用金属材料制成。
5.权利要求1所述的一种紧凑型滤光片切换组件的装配方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、将第一连接柱(3-1)和第二连接柱(3-2)通过过盈配合安装在滑块(2)上；
S2、将安装在滑块(2)上的第一连接柱(3-1)连接柱，穿过导向板1上的第一弧形导轨；将安装在滑块(2)上的第二连接柱(3-2)连接柱，穿过导向板1上的第二弧形导轨；
S3、将第一深沟球轴承(6-1)安装在第一连接柱(3-1)上，将第二深沟球轴承(6-2安装在第二连接柱(3-2)上，并用薄头螺钉紧固；
S4、将滤光片(7)粘接在滑块(2)上；
S5、将第一齿轮(4)安装在驱动电机(5)上并用螺钉紧固。
6.一种光学系统，其特征在于包括所述权利要求1所述的紧凑型滤光片切换组件，所述紧凑型滤光片切换组件通过导向板(1)固定安装在光学系统结构支架(9)上第一连接柱(3-1)的运动轨迹与由第二弧形导轨所确定的第二连接柱(3-2)运动轨迹所在的圆周过光学系统镜头(8)的轴线，使得滤光片旋转到位时，滤光片的中心点正好位于镜头中心。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于所述导向板(1)与光学系统的镜头平面的安装平行度低于0.005m。
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