CN116413887A - 一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电技术领域，涉及一种调焦机构，尤其涉及一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，以解决现有技术中凸轮式调焦机构存在的驱动力矩大、低温时容易卡滞，且材料间易磨损的技术问题。本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，包括箱体、透镜单元、调焦单元以及驱动单元；调焦单元包括至少一个驱动钉，以及由外至内依次套设的斜槽凸轮筒、直槽筒、移动筒；驱动钉依次穿过斜槽凸轮筒侧壁开设的斜槽、直槽筒侧壁开设的直槽后，其内端与移动筒固连；直槽筒内侧壁设置有沿轴向安装且圆周均布的多组导轨，移动筒外侧壁设置有与导轨一一对应的多个滚珠坑，导轨与对应滚珠坑之间设置有滚珠，将移动筒与直槽筒间的滑动摩擦变为滚动摩擦。

Description

一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构

技术领域

本发明属于光电技术领域，涉及一种调焦机构，尤其涉及一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构。

背景技术

随着光机加工技术的日益成熟和变焦光学系统设计水平的不断提高，变焦镜头由于具有大视场搜索和小视场分辨的优势，近些年来，在航空和航天技术中得到了广泛的应用。调焦机构是为了得到清晰图像而调节物镜与被测物体间的距离，以获得本物体清晰成像的调节过程。在航空和航天技术领域中，由于环境温差比较大，结构材料和镜头材料都会发生热胀冷缩的现象，影响成像，所以需要调焦功能来实现冷热收缩补偿。

作为机载设备的调焦机构，从研制到应用要经历地面环境、力学环境和各种平台环境的试验。充分考虑各种环境，包括温度环境、低气压环境、力学环境对调焦机构的影响，增强调焦机构的环境适应性，是进行调焦机构结构设计时必须加以重视的内容，只有这样，才能使得调焦机构的结构设计具有高强度、大刚度和高可靠性。

现有调焦机构的驱动方式有两种，凸轮式驱动方式和步进电机结合丝杠螺母驱动方式。前一种方式对凸轮的加工精度及装配精度提出很高的要求，但采用数控机床进行加工能够很好的保证凸轮的加工精度；后一种驱动方式需要将两个孤立的运动进行耦合，耦合运动精度较难保证。随着航空设备对重量和尺寸的要求越来越严格，使得应用凸轮式驱动方式的优势更加明显。

但现有的凸轮式驱动方式，移动筒与直槽筒之间的摩擦力、凸轮筒与直槽筒之间的摩擦力、驱动钉与直槽之间的摩擦力以及驱动钉与斜槽之间的摩擦力都会形成滑动摩擦力，所以需要的驱动力矩较大，在低温时容易出现卡滞，而且这些摩擦容易增加材料之间的磨损程度，降低产品的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有现有技术中凸轮式调焦机构存在的驱动力矩大、低温时容易卡滞，而且材料间易磨损的技术问题，而提供一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术解决方案是：

一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，包括箱体、设置在箱体中的透镜单元、调焦单元以及驱动单元；

所述透镜单元包括出光镜和调焦镜；

所述调焦单元包括至少一个驱动钉，以及由外至内依次套设的斜槽凸轮筒、直槽筒、移动筒；

所述斜槽凸轮筒侧壁上开设有斜槽，其外侧壁设置有限位挡片；

所述直槽筒固定在箱体上，其侧壁上开设有一个直槽，其外侧壁设置有左限位开关和右限位开关，所述限位挡片位于左限位开关和右限位开关之间，实现限位配合，所述直槽筒靠近调焦镜的外侧套设有端部挡圈；

所述驱动钉依次穿过斜槽和直槽后，其内端与移动筒固连；

所述出光镜设置在直槽筒轴向延伸出箱体外部的一端；

所述调焦镜设置在移动筒上远离出光镜的一端；

所述驱动单元包括固定在箱体上的电机、设置在电机轴上的小齿轮、设置在斜槽凸轮筒上且与小齿轮啮合的大齿圈；

其特殊之处在于：

所述直槽筒内侧壁设置有沿轴向安装且圆周均布的多组导轨，所述移动筒外侧壁设置有与多组导轨一一对应的多个滚珠坑，所述导轨与相对应滚珠坑之间设置有滚珠，从而将移动筒与直槽筒之间的滑动摩擦变成滚动摩擦。

进一步地，所述直槽筒的侧壁上开设有圆周均布的多个导轨安装槽；多组导轨分别通过螺钉及第一修切垫沿轴向固定在相应的导轨安装槽内，导轨的外端设置有安装板，第一修切垫位于导轨的安装板内侧面与直槽筒之间，通过第一修切垫来调整导轨与直槽筒回转中心的同轴度。

进一步地，所述调焦单元还包括套设在所述驱动钉上的第一轴承和第二轴承；所述第一轴承与斜槽接触，所述第二轴承与直槽接触，从而将驱动钉与斜槽和直槽之间的滑动摩擦都变成滚动摩擦。

进一步地，所述调焦单元还包括设置在所述第一轴承和第二轴承之间的第一调节隔圈以及设置在第二轴承外端的第二调节隔圈，用以压紧轴承内圈。

进一步地，所述调焦单元还包括所述在斜槽凸轮筒内侧壁两端沿周向分别设置的两组轴承滚珠，以及两组沿周向设置在所述斜槽凸轮筒前、后两端外侧的第一隔圈和第二隔圈，所述两组轴承滚珠分别位于斜槽凸轮筒、直槽筒、第一隔圈之间以及斜槽凸轮筒、直槽筒、第二隔圈之间；两组轴承滚珠将斜槽凸轮筒与直槽筒之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，并同时用以定位斜槽凸轮筒，第一隔圈和第二隔圈用以轴向限位两组轴承滚珠。

进一步地，所述第一隔圈和第二隔圈可拆卸，并与直槽筒间隙配合，使第一隔圈和第二隔圈可以跟随滚珠转动。

进一步地，所述第一隔圈和第二隔圈均采用铜隔圈，可以降低隔圈因滚珠转动摩擦产生的磨损。

进一步地，所述驱动单元还包括固定在所述箱体上的电机支架和第二修切垫，所述电机通过电机支架和第二修切垫固定在所述箱体上，通过第二修切垫来调整小齿轮和大齿圈啮合的中心距离。

进一步地，所述大齿圈与斜槽凸轮筒设置为一体结构，防止斜槽凸轮筒上斜槽变形。

本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

1、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，在移动筒和直槽筒之间设置多组导轨和多组滚珠，使移动筒与直槽筒之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，调焦机构所需要的驱动力矩变小，减少了在低温启动和切换时的产品低温卡滞问题。

2、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，在移动筒和直槽筒之间设置多组导轨和多组滚珠，多组导轨和多组滚珠的配合使移动筒与直槽筒之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，提高了移动筒和直槽筒的配合精度，保证了调焦机构的视轴稳定性，提高了产品可靠性。

3、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，在驱动钉与直槽和斜槽接触的地方分别增加两个小轴承，使驱动钉与直槽、驱动钉与斜槽间的滑动摩擦都变为滚动摩擦，进一步降低了驱动力，减小了磨损，保证了系统的稳定性。

4、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，在第一轴承和第二轴承之间设置了第一调节隔圈，第二轴承外端设置了第二调节隔圈，用以压紧轴承内圈，保证轴承外圈与斜槽、直槽的转动配合更顺滑。

5、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，在斜槽凸轮筒和直槽筒之间设置两组轴承滚珠，使斜槽凸轮筒与直槽筒之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，整体调焦机构所需的驱动力有了大幅度降低，减小了电机选型的难度，利于变焦镜头轻量化，提高了产品可靠性。

6、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，斜槽凸轮筒的两端设置了与直槽筒间隙配合的第一隔圈和第二隔圈，使第一隔圈和第二隔圈可以跟随滚珠转动，就不会单一的磨损一个地方；第一隔圈和第二隔圈可拆卸，相比于传统将隔圈与直槽筒设置为一体，只需要更换两个隔圈，避免了磨损后对直槽筒的更换，降低了后期使用成本。

7、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，多组导轨分别通过螺钉下的第一修切垫固定在多组导轨安装槽上，通过第一修切垫来调整导轨与直槽筒回转中心的同轴度，保证移动镜筒在直槽筒的顺滑。

8、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，电机支架和箱体之间安装有第二修切垫，通过第二修切垫来调整小齿轮和大齿圈啮合的中心距离，保证啮合精度。

9、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，斜槽凸轮筒通过两组轴承滚珠定位，保证斜槽凸轮筒旋转起来与直槽筒同轴且顺滑。

10、本发明提供的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，大齿圈与斜槽凸轮筒设置为一体结构，加强了结构自身强度，避免因零件装配引起斜槽凸轮筒上斜槽宽度的变化，保证了斜槽凸轮筒圆柱度、精度和斜槽等宽性精度的要求。

附图说明

图1为本发明一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构实施例的立体结构图(轴向剖视，未显示箱体上盖)；

图2为本发明一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构实施例的轴向剖视图(未显示箱体)；

图3为本发明一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构实施例的立体结构图(未显示箱体上盖)；

图4为图2中区域A的局部放大图；

图5为本发明一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构实施例中直槽筒的结构示意图；

图6为本发明一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构实施例中斜槽凸轮筒和直槽筒之间的配合连接结构图(未显示限位挡片)；

图7为本发明一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构实施例沿轴承滚珠位置的径向剖面图(未显示箱体)；

图8为本发明一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构实施例中驱动钉的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-出光镜；2-调焦镜；

3-斜槽凸轮筒，31-斜槽，32限位挡片；

4-直槽筒，41-直槽，42-左限位开关，43-右限位开关，44-导轨安装槽，45-第一隔圈，46-第二隔圈，47-端部挡圈；

5-移动筒；6-箱体；

7-驱动钉，71-第一轴承，72-第二轴承，73-第一调节隔圈，74-第二调节隔圈；

8-导轨；9-电机；10-小齿轮；11-大齿圈；12-滚珠；13-轴承滚珠；14-第一修切垫；15-电机支架；16-第二修切垫。

具体实施方式

为使本发明的优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-图3所示，一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，包括箱体6、设置在箱体6中的透镜单元、调焦单元以及驱动单元。

透镜单元包括出光镜1和调焦镜2。

调焦单元包括上下对称设置的两个驱动钉7、分别套设在两个驱动钉7上的两组第一轴承71和第二轴承72，以及由外至内依次套设的斜槽凸轮筒3、直槽筒4、移动筒5，第一轴承71与斜槽31接触，第二轴承72与直槽41接触，使两组驱动钉7分别与对应的斜槽31和直槽41间的滑动摩擦都变为滚动摩擦，第一轴承71和第二轴承72之间设置有第一调节隔圈73，第二轴承72外端设置有第二调节隔圈74，用以压紧轴承内圈，保证轴承外圈与斜槽、直槽的转动配合更顺滑。斜槽凸轮筒3侧壁上开设有斜槽31，其外侧壁设置有限位挡片32，斜槽凸轮筒3的内侧壁两端沿周向分别设置有两组轴承滚珠13，两组轴承滚珠13对斜槽凸轮筒3定位，保证斜槽凸轮筒旋转起来与直槽筒同轴且顺滑，同时将斜槽凸轮筒与直槽筒之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，两组轴承滚珠13的外侧沿轴向分别设置有第一铜隔圈45和第二铜隔圈46，第一铜隔圈45和第二铜隔圈46与直槽筒间隙配合，使其跟随两组轴承滚珠13转动，也降低了隔圈因滚珠转动摩擦产生的磨损，并且第一隔圈和第二隔圈可拆卸，相比于传统将隔圈与直槽筒设置为一体，本发明只需要更换两个隔圈，避免了磨损后对直槽筒的更换，降低了后期使用成本。直槽筒4固定在箱体6上，其侧壁上开设有一个直槽41，其外侧壁设置有左限位开关42和右限位开关43，限位挡片32位于左限位开关42和右限位开关43之间，实现限位配合，直槽筒4靠近调焦镜2的外侧套设有端部挡圈47，直槽筒4的侧壁上开设有圆周均布的三个导轨安装槽44，三个导轨8分别通过螺钉及第一修切垫14沿轴向固定在相应的导轨安装槽44内，导轨8的外端设置有安装板，第一修切垫14位于导轨8的安装板内侧面与直槽筒4之间，通过第一修切垫14来调整三个导轨8与直槽筒4回转中心的同轴度，保证移动镜筒在直槽筒的顺滑；移动筒5外侧壁设置有与三个导轨8一一对应的三个滚珠坑，导轨8与相对应滚珠坑之间设置有滚珠12，三个导轨8和三组滚珠12的配合使移动筒5与直槽筒4之间的滑动摩擦变成滚动摩擦；驱动钉7依次穿过斜槽31和直槽41后，其内端与移动筒(5)螺纹连接；出光镜1设置在直槽筒4轴向延伸出箱体6外部的一端，调焦镜2设置在移动筒5上远离出光镜1的一端。

驱动单元包括固定在箱体6上的电机支架15、安装在电机支架15和箱体6之间的第二修切垫16、安装在电机支架15上的电机9、设置在电机9轴上的小齿轮10、以及设置在斜槽凸轮筒3上且与小齿轮啮合的大齿圈11，通过第二修切垫来调整小齿轮和大齿圈啮合的中心距离，保证啮合精度，大齿圈与斜槽凸轮筒设置为一体结构，加强了结构自身强度，避免因零件装配引起斜槽凸轮筒上斜槽宽度的变化，保证了斜槽凸轮筒圆柱度、精度和斜槽等宽性精度的要求。

当电机9通电时，电机9带动小齿轮10旋转，小齿轮10与斜槽凸轮筒3外圈上的大齿圈11啮合，从而带动斜槽凸轮筒3旋转；当斜槽凸轮筒3旋转时，会使两组驱动钉7通过相应的斜槽31和相应的直槽41带动与驱动钉内端固连的移动筒5沿轴向移动，实现焦距的增加或减小，这时移动筒5和直槽筒4之间会产生较大的滑动摩擦，所以本发明在直槽筒4内侧壁设置沿轴向安装且圆周均布的三组导轨8，移动筒5外侧壁设置与三组导轨8一一对应的三个滚珠坑，导轨8与相对应滚珠坑之间设置滚珠12，当移动筒5在直槽筒4内沿轴向移动时，导轨8和滚珠12的滚动配合使移动筒5与直槽筒4之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而使调焦机构所需要的驱动力矩变小，减少了在低温启动和切换时的产品低温卡滞问题，同时也提高了移动筒和直槽筒的配合精度，保证了调焦机构的视轴稳定性，提高了产品可靠性。

另外，当两组驱动钉7通过相应的斜槽31和相应的直槽41带动移动筒5沿轴向移动时，驱动钉7与相应的斜槽31和相应的直槽41也会产生滑动摩擦，本发明在驱动钉7钉上套设第一轴承71与相应的斜槽31接触，套设第二轴承72与相应的直槽41接触，使两组驱动钉7与相应的斜槽31和相应的直槽41之间的滑动摩擦都变为滚动摩擦，进一步降低了驱动力，减小了磨损，保证了系统的稳定性。

同时，当斜槽凸轮筒3旋转时，会绕直槽筒4转动，这样斜槽凸轮筒3与直槽筒4之间也会产生滑动摩擦，本发明在斜槽凸轮筒3内侧壁两端沿周向分别设置两组轴承滚珠13，当斜槽凸轮筒3绕直槽筒4转动时，使斜槽凸轮筒3与直槽筒4之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而使整体调焦机构所需的驱动力有了大幅度降低，减小了电机选型的难度，利于变焦镜头轻量化，提高了产品可靠性。

以上，仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对上述实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，包括箱体(6)、设置在箱体(6)中的透镜单元、调焦单元以及驱动单元；

所述透镜单元包括出光镜(1)和调焦镜(2)；

所述调焦单元包括至少一个驱动钉(7)，以及由外至内依次套设的斜槽凸轮筒(3)、直槽筒(4)、移动筒(5)；

所述斜槽凸轮筒(3)侧壁上开设有斜槽(31)，其外侧壁设置有限位挡片(32)；

所述直槽筒(4)固定在箱体(6)上，其侧壁上开设有一个直槽(41)，其外侧壁设置有左限位开关(42)和右限位开关(43)，所述限位挡片(32)位于左限位开关(42)和右限位开关(43)之间，实现限位配合，所述直槽筒(4)靠近调焦镜(2)的外侧套设有端部挡圈(47)；

所述驱动钉(7)依次穿过斜槽(31)和直槽(41)后，其内端与移动筒(5)固连；

所述出光镜(1)设置在直槽筒(4)轴向延伸出箱体(6)外部的一端；

所述调焦镜(2)设置在移动筒(5)上远离出光镜(1)的一端；

所述驱动单元包括固定在箱体(6)上的电机(9)、设置在电机轴上的小齿轮(10)、设置在斜槽凸轮筒(3)上且与小齿轮啮合的大齿圈(11)；

其特征在于：

所述直槽筒(4)内侧壁设置有沿轴向安装且圆周均布的多组导轨(8)；

所述移动筒(5)外侧壁设置有与多组导轨(8)一一对应的多个滚珠坑；

所述导轨(8)与相对应滚珠坑之间设置有滚珠(12)。

2.根据权利要求1所述的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，其特征在于：所述直槽筒(4)的侧壁上开设有圆周均布的多个导轨安装槽(44)；多组导轨(8)分别通过螺钉及第一修切垫(14)沿轴向固定在相应的导轨安装槽(44)内，导轨(8)的外端设置有安装板，第一修切垫(14)位于导轨(8)的安装板内侧面与直槽筒(4)之间。

3.根据权利要求1所述的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，其特征在于：所述调焦单元还包括套设在所述驱动钉(7)上的第一轴承(71)和第二轴承(72)；所述第一轴承(71)与斜槽(31)接触，所述第二轴承(72)与直槽(41)接触。

4.根据权利要求3所述的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，其特征在于：所述调焦单元还包括设置在所述第一轴承(71)和第二轴承(72)之间的第一调节隔圈(73)以及设置在第二轴承(72)外端的第二调节隔圈(74)。

5.根据权利要求1至4之任一所述的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，其特征在于：所述调焦单元还包括在所述斜槽凸轮筒(3)内侧壁两端沿周向分别设置的两组轴承滚珠(13)，以及两组沿周向设置在所述斜槽凸轮筒(3)前、后两端外侧的第一隔圈(45)和第二隔圈(46)，所述两组轴承滚珠(13)分别位于斜槽凸轮筒(3)、直槽筒(4)、第一隔圈(45)之间以及斜槽凸轮筒(3)、直槽筒(4)、第二隔圈(46)之间。

6.根据权利要求5所述的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，其特征在于：所述第一隔圈(45)和第二隔圈(46)可拆卸，并与直槽筒(4)间隙配合。

7.根据权利要求6所述的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，其特征在于：所述第一隔圈(45)和第二隔圈(46)均采用铜隔圈。

8.根据权利要求7所述的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，其特征在于：所述驱动单元还包括固定在所述箱体(6)上的电机支架(15)和第二修切垫(16)，所述电机(9)通过电机支架(15)和第二修切垫(16)固定在所述箱体上。

9.根据权利要求8所述的一种小扭矩驱动的凸轮式调焦机构，其特征在于：所述大齿圈(11)与斜槽凸轮筒(3)设置为一体结构。

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