CN115629460A - 一种三角棱镜消像旋机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种三角棱镜消像旋机构，包括：回转轴系组件，棱镜组件，光电编码器组件；回转轴系组件包括：旋转轴，电机；棱镜组件包括：第一镜座，第二镜座，棱镜，第一调整钉；光电编码器组件包括：绝对式圆光栅。其中，第一镜座与旋转轴的内安装面贴合，第一调整钉的外圆与安装面上的一光孔止口配合，以使得旋转第一调整钉时，带动棱镜组件旋转。棱镜组件旋转至棱镜的光轴与旋转轴的机械回转中心重合时，旋转轴响应于电机的驱动力，带动棱镜组件以及绝对式圆光栅同步旋转。本发明具备较高的可装调性，且结构简单、制造成本低，能够保证良好的光轴一致性和成像精度，提高搜索跟踪过程中的可靠性。

Description

一种三角棱镜消像旋机构

技术领域

本发明涉及光学、精密机械技术领域，尤其涉及一种三角棱镜消像旋机构。

背景技术

机载光电成像搜索跟踪设备在对目标进行观测时会因为物空间的旋转引起像旋，即探测器上所成图像将随之绕光轴旋转，因此，需要采用消像旋技术对其进行改进。目前，常用的消像旋技术有光学消像旋、物理消像旋、电子消像旋、数字消像旋等。光学消像旋和物理消像旋是在像旋产生的同时对其直接抵消，其中光学消像旋是沿光轴方向提前安装消旋棱镜，而物理消像旋是使成像器件自身直接绕轴旋转。电子消像旋和数字消像旋则分别利用硬件和软件的算法处理将数字图像旋转，二者均存在时间延迟、图像精度降低等缺陷。由于此设备承担了对目标进行搜索跟踪的重要任务，为了获得全方位、大视场且稳定无旋转的成像，采用光学消像旋的方案。

常用的消旋棱镜有K镜、道威棱镜、别汉棱镜等。K镜和别汉棱镜均由多片镜组合而成，加工装调难度较大；道威棱镜装调工艺相对简单但体积大也重，对电机负载能力要求较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，当前的相关技术中，类似的消像旋机构结构复杂、制造成本高，或是装调难度大、难以保证良好的成像精度与稳定性。有鉴于此，本发明提供一种三角棱镜消像旋机构。

本发明采用的技术方案是，所述三角棱镜消像旋机构，包括：回转轴系组件，棱镜组件，光电编码器组件；

所述回转轴系组件包括：旋转轴、电机，所述电机用于驱动所述旋转轴旋转；

所述棱镜组件安装于所述旋转轴上，所述棱镜组件包括：第一镜座，第二镜座，棱镜，第一调整钉，所述第一镜座与所述第二镜座相连接，所述棱镜设置在所述第一镜座内，所述第一调整钉设置在所述第一镜座远离所述棱镜的一侧；

所述光电编码器组件安装于所述回旋轴系组件上，所述光电编码器组件包括：绝对式圆光栅；

其中，所述第一镜座与所述旋转轴的内安装面贴合，所述第一调整钉的外圆与所述安装面上的一光孔止口配合，以使得旋转所述第一调整钉时，带动所述棱镜组件旋转，所述棱镜组件旋转至所述棱镜的光轴与所述旋转轴的机械回转中心重合时，所述旋转轴响应于所述电机的驱动力，带动所述棱镜组件以及所述绝对式圆光栅同步旋转。

在一个实施方式中，所述棱镜组件还包括：橡胶垫，压板；

其中，所述第二镜座通过所述橡胶垫将所述棱镜压靠在所述第一镜座内；

所述压板与所述棱镜接触，用于在水平方向上对所述棱镜限位；

并且，所述第一镜座内部设有三角环形胶槽，所述三角环形胶槽内注有硅橡胶。

在一个实施方式中，所述棱镜组件还包括：第一配重块，第二配重块；

所述第一配重块为对称结构，分别设置在所述第一镜座以及所述第二镜座的外部；

所述第二配重块为对称结构，分别设置在所述第一镜座以及所述第二镜座的内部。

在一个实施方式中，所述棱镜组件还包括：第二调整钉；所述第二调整钉设置在所述第二镜座，远离所述棱镜的一侧。

在一个实施方式中，所述回转轴系组件还包括：外框架，深沟球轴承，第一角接触球轴承，第二角接触球轴承，第一压圈，第二压圈，轴承压盖；

其中，所述外框架与所述旋转轴同轴安装，并沿轴向依次设置有位于轴向的一侧的所述深沟球轴承，以及位于轴向另一侧的所述第一角接触球轴承和第二角接触球轴承；

所述第一压圈将所述第一角接触球轴承以及第二角接触球轴承的内圈压在所述旋转轴一侧的轴肩处；

所述第二压圈将所述深沟球轴承的内圈压在所述旋转轴另一侧的轴肩处；

并且，所述外框架的轴肩压在所述深沟球轴承的外圈上；

所述轴承压盖与所述外框架固连并压在所述第二角接触球轴承的外圈上。

在一个实施方式中，所述电机包括无刷直流力矩电机，设置于所述深沟球轴承的同侧，所述无刷直流力矩电机的转子安装在所述旋转轴上，所述无刷直流力矩电机的定子安装在所述外框架上。

在一个实施方式中，所述光电编码器组件还包括：读数头，光栅转接板，以及读数头支架；

所述绝对式圆光栅固定安装在所述光栅转接板上；

所述读数头固定安装在所述读数头支架上；

所述光栅转接板固连在所述旋转轴上；

所述读数头支架固连在所述外框架上。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

1)本发明所提供的棱镜结构简单、体积小、重量轻，棱镜的旋转速度为图像旋转速度1/2时，能够保证图像稳定无旋转，起到消像旋作用。棱镜组件直接安装在轴系回转组件内，通过调整钉转动棱镜组件，即可快速高效地实现棱镜的光轴与机械回转中心的重合，装调过程简单、方便，显著提高了装配效率。

2)本发明中的电机采用无刷直流力矩电机直驱，光电编码器实时测角进行位置反馈的方式，可实现较高的旋转定位精度和响应速度，进而有效减小消像旋误差。

3)本发明中的轴系采用双边轴承设计，以深沟球轴承辅助成对角接触轴承的方式大大缩短了轴向空间尺寸，在保证轴系精度的同时又提高了消像旋的稳定性。

4)本发明所提供的消像旋机构整体结构简单、制造成本低、成像精度高。

附图说明

图1为根据本发明实施例的三角棱镜消像旋机构示意图；

图2为根据本发明实施例的棱镜组件的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的棱镜组件与回转轴系组件的组合结构示意图。

附图说明

棱镜组件1，第一镜座101，第二镜座102，棱镜103，橡胶垫104，压板105，第一配重块106，第二配重块107，第一调整钉108，第二调整钉109；

回转轴系组件2，旋转轴201、外框架202、电机203、深沟球轴承204、第一角接触球轴承205、第二角接触球轴承206、第一压圈207、第二压圈208、轴承压盖209；

光电编码器组件3，绝对式圆光栅301、读数头302、光栅转接板303和读数头支架304。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明第一实施例，一种三角棱镜消像旋机构，如图1至图3所示，包括：棱镜组件1，回转轴系组件2，光电编码器组件3；

本实施例中，棱镜组件1包括：第一镜座101，第二镜座102，棱镜103，第一调整钉108，第一镜座101与第二镜座102相连接，棱镜103设置在第一镜座101内，第一调整钉108设置在第一镜座101远离棱镜103的一侧；回转轴系组件2包括：旋转轴201、电机203，电机203用于驱动旋转轴201旋转。棱镜组件1安装于旋转轴201上，光电编码器组件3安装于回旋轴系组件上，光电编码器组件3包括：绝对式圆光栅301。

其中，第一镜座101与旋转轴201的内安装面贴合，第一调整钉108的外圆与安装面上的一光孔止口配合，以使得旋转第一调整钉108时，带动棱镜组件1旋转，棱镜组件1旋转至棱镜103的光轴与旋转轴201的机械回转中心重合时，旋转轴201响应于电机203的驱动力，带动棱镜组件1以及绝对式圆光栅301同步旋转。

在一些实施方式中，棱镜组件1还包括：橡胶垫104，压板105；其中，第二镜座102通过橡胶垫104将棱镜103压靠在第一镜座101内；压板105与棱镜103接触，用于在水平方向上对棱镜103限位；并且，第一镜座101内部设有三角环形胶槽，三角环形胶槽内注有硅橡胶。

在一些实施方式中，棱镜组件1还包括：第一配重块106，第二配重块107；第一配重块106为对称结构，分别设置在第一镜座101以及第二镜座102的外部；第二配重块107为对称结构，分别设置在第一镜座101以及第二镜座102的内部。

在一些实施方式中，棱镜组件1还包括：第二调整钉109；第二调整钉109设置在第二镜座102，远离棱镜103的一侧。

在一些实施方式中，回转轴系组件2还包括：外框架202，深沟球轴承204，第一角接触球轴承205，第二角接触球轴承206，第一压圈207，第二压圈208，轴承压盖209；其中，外框架202与旋转轴201同轴安装，并沿轴向设置有位于旋转轴201一侧的深沟球轴承204，以及位于旋转轴201另一侧的第一角接触球轴承205和第二角接触球轴承206；第一压圈207将第一角接触球轴承205以及第二角接触球轴承206的内圈压在旋转轴201两侧的轴肩处，第二压圈208将深沟球轴承204的内圈压在旋转轴201两侧的轴肩处；并且，外框架202的轴肩压在深沟球轴承204的外圈上；轴承压盖209与外框架202固连并压在第二角接触球轴承206的外圈上。

在一些实施方式中，电机203包括无刷直流力矩电机203，设置于深沟球轴承204的同侧，无刷直流力矩电机203的转子安装在旋转轴201上，无刷直流力矩电机203的定子安装在外框架202上。

在一些实施方式中，光电编码器组件3还包括：读数头302，光栅转接板303，以及读数头支架304；绝对式圆光栅301固定安装在光栅转接板303上；读数头302固定安装在读数头支架304上；光栅转接板303固连在旋转轴201上；读数头支架304固连在外框架202上。

本实施例所提供的三角棱镜消像旋机构可以应用于机载光电设备，但并非仅限于此。可以理解的是，凡是与本发明基于相同技术目的的任何应用场景，都可以采取本实施例所提供的三角棱镜消像旋机构，以达到相应的技术效果，以上仅作为一个示例说明，并不对本实施例的范围构成限定。

本发明第二实施例，本实施例是在上述实施例的基础上，结合图1至图3介绍一个本发明的应用实例。

参考图1，本发明三角棱镜消像旋机构包括棱镜组件1，回转轴系组件2和光电编码器组件3。棱镜组件1和光电编码器组件3分别通过螺钉固连在回转轴系组件2上，采用无刷直流力矩电机203驱动可使棱镜103旋转，从而实现消除像质旋转的功能。

参考图2和图3，棱镜组件1包括：第一镜座101，第二镜座102，棱镜103，橡胶垫104，压板105，第一配重块106，第二配重块107，第一调整钉108，第二调整钉109。第一镜座101和第二镜座102通过螺钉紧固连接。第二镜座102通过橡胶垫104将棱镜103压靠在第一镜座101内。同时，通过顶丝压紧压板105使棱镜103沿水平方向无松动。第一镜座101内部设有三角环形胶槽，将硅橡胶注入胶槽内，亦可提供辅助约束。此种棱镜安装方式既不会遮挡光学表面通光口径，又能使棱镜在冲击和振动下保持正确位置且不产生变形。根据质心位置对应设置第一配重块106和第二配重块107来确保轴系在旋转过程中保持动平衡。第一调整钉108和第二调整钉109分别固定安装在第一镜座101和第二镜座102上，两两之间止口配合。

参考图3，回转轴系组件2包括：旋转轴201、外框架202、无刷直流力矩电机203、深沟球轴承204、第一角接触球轴承205、第二角接触球轴承206、第一压圈207、第二压圈208、轴承压盖209。旋转轴201和外框架202同轴安装，并沿轴向设有两组轴承，分别为单个深沟球轴承204、背对背成对安装的第一角接触球轴承205和第二角接触球轴承206，分置于轴系两端，这样既能保证回转精度又提高了旋转稳定性。第一压圈207、第二压圈208分别将两组轴承内圈压在旋转轴201两侧的轴肩处，外框架202的轴肩压在深沟球轴承204的外圈上，轴承压盖209通过螺钉与外框架202固连并压在角接触球轴承206外圈上，通过调整预紧力大小可调整外框架202与旋转轴201之间的轴向间隙与轴承端跳，进而提高整个轴系精度。无刷直流力矩电机203位于深沟球轴承204的同侧，其转子和定子分别通过螺钉固定安装在旋转轴201和外框架202上。

参考图1和图3，光电编码器组件3包括：绝对式圆光栅301、读数头302、光栅转接板303和读数头支架304。光电编码器组件3位于第二角接触球轴承206同侧。绝对式圆光栅301和读数头302分别通过螺钉固定安装在光栅转接板303和读数头支架304上。光栅转接板303和读数头支架304又分别固连在旋转轴201和外框架202上。光电编码器组件3可在旋转过程中对角度进行实时的测量与反馈，从而提高棱镜103的响应速度和定位精度，有助于减小消像旋误差。

具体过程：棱镜组件1安装在旋转轴201内，镜座101与旋转轴201的内安装面贴合，同时第一调整钉108外圆与安装面上一光孔止口配合，连接处采用腰形孔配合螺钉来锁紧。通过旋转第一调整钉108带动整个棱镜组件1旋转，即可快速、高效地调节棱镜103的光轴，使之与旋转轴201的机械回转中心重合。此时，第二调整钉109作为辅助导向元件，可避免棱镜103在悬臂情况下产生变形。旋转轴201经无刷直流力矩电机203直驱转动的同时将带动棱镜组件1和绝对式圆光栅301同步旋转，配合读数头302对旋转角度进行读取与反馈，由此可实现消像旋功能。

综上，相较于现有技术，本发明至少具有以下优点：

1)本发明所提供的棱镜结构简单、体积小、重量轻，棱镜的旋转速度为图像旋转速度1/2时,能够保证图像稳定无旋转,起到消像旋作用。棱镜组件直接安装在轴系回转组件内，通过调整钉转动棱镜组件，即可快速高效地实现棱镜的光轴与机械回转中心的重合，装调过程简单、方便，显著提高了装配效率。

2)本发明中的电机采用无刷直流力矩电机直驱，光电编码器实时测角进行位置反馈的方式，可实现较高的旋转定位精度和响应速度，进而有效减小消像旋误差。

3)本发明中的轴系采用双边轴承设计，以深沟球轴承辅助成对角接触轴承的方式大大缩短了轴向空间尺寸，在保证轴系精度的同时又提高了消像旋的稳定性。

4)本发明所提供的消像旋机构整体结构简单、制造成本低、成像精度高。

需要说明的是，本发明的具体实施方式仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，因此，尽管本说明书参照该优选实例对本发明进行了详细的阐述，但是本领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或等同替换；一切不脱离发明精神与范围的技术方案及其改进，均应涵盖本发明的权利范围之中。

Claims (7)

1.一种三角棱镜消像旋机构，其特征在于，包括：回转轴系组件，棱镜组件，光电编码器组件；

所述回转轴系组件包括：旋转轴、电机，所述电机用于驱动所述旋转轴旋转；

所述棱镜组件安装于所述旋转轴上，所述棱镜组件包括：第一镜座，第二镜座，棱镜，第一调整钉，所述第一镜座与所述第二镜座相连接，所述棱镜设置在所述第一镜座内，所述第一调整钉设置在所述第一镜座远离所述棱镜的一侧；

所述光电编码器组件安装于所述回旋轴系组件上，所述光电编码器组件包括：绝对式圆光栅；

其中，所述第一镜座与所述旋转轴的内安装面贴合，所述第一调整钉的外圆与所述安装面上的一光孔止口配合，以使得旋转所述第一调整钉时，带动所述棱镜组件旋转，所述棱镜组件旋转至所述棱镜的光轴与所述旋转轴的机械回转中心重合时，所述旋转轴响应于所述电机的驱动力，带动所述棱镜组件以及所述绝对式圆光栅同步旋转。

2.根据权利要求1所述的三角棱镜消像旋机构，其特征在于，所述棱镜组件还包括：橡胶垫，压板；

其中，所述第二镜座通过所述橡胶垫将所述棱镜压靠在所述第一镜座内；

所述压板与所述棱镜接触，用于在水平方向上对所述棱镜限位；

并且，所述第一镜座内部设有三角环形胶槽，所述三角环形胶槽内注有硅橡胶。

3.根据权利要求1所述的三角棱镜消像旋机构，其特征在于，所述棱镜组件还包括：第一配重块，第二配重块；

所述第一配重块为对称结构，分别设置在所述第一镜座以及所述第二镜座的外部；

所述第二配重块为对称结构，分别设置在所述第一镜座以及所述第二镜座的内部。

4.根据权利要求1所述的三角棱镜消像旋机构，其特征在于，所述棱镜组件还包括：第二调整钉；所述第二调整钉设置在所述第二镜座，远离所述棱镜的一侧。

5.根据权利要求1所述的三角棱镜消像旋机构，其特征在于，所述回转轴系组件还包括：外框架，深沟球轴承，第一角接触球轴承，第二角接触球轴承，第一压圈，第二压圈，轴承压盖；

其中，所述外框架与所述旋转轴同轴安装，并沿轴向依次设置有位于轴向的一侧的所述深沟球轴承，以及位于轴向另一侧的所述第一角接触球轴承和第二角接触球轴承；

所述第一压圈将所述第一角接触球轴承以及第二角接触球轴承的内圈压在所述旋转轴一侧的轴肩处；

所述第二压圈将所述深沟球轴承的内圈压在所述旋转轴另一侧的轴肩处；

并且，所述外框架的轴肩压在所述深沟球轴承的外圈上；

所述轴承压盖与所述外框架固连并压在所述第二角接触球轴承的外圈上。

6.根据权利要求5所述的三角棱镜消像旋机构，其特征在于，所述电机包括无刷直流力矩电机，设置于所述深沟球轴承的同侧，所述无刷直流力矩电机的转子安装在所述旋转轴上，所述无刷直流力矩电机的定子安装在所述外框架上。

7.根据权利要求5所述的三角棱镜消像旋机构，其特征在于，所述光电编码器组件还包括：读数头，光栅转接板，以及读数头支架；

所述绝对式圆光栅固定安装在所述光栅转接板上；

所述读数头固定安装在所述读数头支架上；

所述光栅转接板固连在所述旋转轴上；

所述读数头支架固连在所述外框架上。

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