CN118011714A - 一种用于空间相机分时成像的切换机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于空间相机分时成像的切换机构，属于空间观测技术领域，解决了现有切换机构存在的切换速度慢、结构占用空间大的问题。其中切换机构包括切换机构支座、电机、切换旋转轮、第一切换小轴、切换连杆、第二切换小轴、折叠镜组件支撑件、导轨、折叠镜组件、第一霍尔传感器组件、第二霍尔传感器组件和磁钢组件，采用电机进行驱动，通过切换旋转轮、第一切换小轴、切换连杆和第二切换小轴进行传动，使电机驱动折叠镜组件支撑件沿平行于导轨的方向做直线运动，带动折叠镜切入或者切出主光学系统，从而实现面阵成像或者光谱成像。本发明减速比更小，应用于空间相机分时成像时切换速度快，而且复位精度高，空间需求较小。
Description
技术领域
本发明涉及空间观测技术领域，特别涉及一种用于空间相机分时成像的切换机构。
背景技术
近年来卫星对地观测技术在全球气候、城市规划等方面的指导作用愈发广泛，空间相机作为卫星的重要载荷，空间相机的成像质量决定着探查任务的成败。空间相机分时成像是指相机实现面阵成像和光谱成像，是相机观测地面的重要需求。空间相机进行分时成像时，通过折叠镜的切入与切出改变相机的光路方向，因此折叠镜的切换机构的快速切换与高精度切换是相机分时成像的保证。
目前来说，对于现有的切换机构，一般是使用凸轮结构或蜗轮蜗杆结构进行传动。然而凸轮结构或蜗轮蜗杆结构传动均存在较大的减速比，且结构占用空间大，无法满足空间有限条件下快速切换的需求，因此，必须设计一种能够应用于空间相机并实现折叠镜快速切换、高复位精度的切换机构。
发明内容
为解决现有的切换机构存在的切换速度慢，结构占用空间大，无法满足在空间相机空间有限条件下快速切换的需求的问题，本发明提出一种用于空间相机分时成像的切换机构。
为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：
一种用于空间相机分时成像的切换机构，分时成像空间相机的主光学系统采用同轴偏视场三反光学系统结构，包括主镜、次镜、反射镜、三镜、折叠镜、分色镜、面阵焦面和光谱焦面；所述切换机构包括切换机构支座、电机、切换旋转轮、第一切换小轴、切换连杆、第二切换小轴、折叠镜组件支撑件、导轨、用于安装所述折叠镜的折叠镜组件、第一霍尔传感器组件、第二霍尔传感器组件和磁钢组件，并且切换连杆和折叠镜组件支撑件上均设有轻量化结构；
切换机构支座固定在空间相机框架结构上，电机固定在切换机构支座上，切换旋转轮通过平端紧定螺钉固定在电机的输出轴上，第一切换小轴的顶端固定在切换旋转轮的轮盘上，且第一切换小轴与切换旋转轮随电机的输出轴一起做旋转运动；
切换连杆的一端与第一切换小轴的底端通过轴承相连，切换连杆的另一端与第二切换小轴的顶端通过轴承相连，折叠镜组件支撑件的一端与第二切换小轴的底端固定连接，折叠镜组件支撑件与导轨上的滑块固定连接，导轨固定在切换机构支座上，折叠镜组件固定在折叠镜组件支撑件的另一端，第一霍尔传感器组件和第二霍尔传感器组件间隔地固定在切换机构支座上，磁钢组件固定在折叠镜组件支撑件的侧边上；
电机驱动折叠镜组件支撑件沿平行于导轨的方向做直线运动，当磁钢组件运动到第一霍尔传感器组件上方时，第一霍尔传感器组件输出遥测信号，折叠镜组件上安装的折叠镜伸出并参与到主光学系统中，光线经主镜反射到次镜，再由次镜反射到反射镜，反射镜改变光路方向到三镜，再由三镜反射到折叠镜，由折叠镜反射到面阵焦面，实现面阵成像；当磁钢组件运动到第二霍尔传感器组件上方时，第二霍尔传感器组件输出遥测信号，折叠镜组件上安装的折叠镜缩回并退出主光学系统，光线经主镜反射到次镜，再由次镜反射到反射镜，反射镜改变光路方向到三镜，再由三镜反射到分色镜，由分色镜反射到光谱焦面，实现光谱成像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种新的用于空间相机分时成像的切换机构，分时成像空间相机的主光学系统采用同轴偏视场三反光学系统结构，并且通过切换机构带动折叠镜的切入与切出，从而改变相机的光路方向，该切换机构采用电机进行驱动，通过切换旋转轮、第一切换小轴、切换连杆和第二切换小轴进行传动，减速比更小，因此切换速度快，而且复位精度高，空间需求较小，可以有效的实现空间相机分时成像的功能。此外，该切换机构结构较为简单，整体质量小，应用在航天领域可以节约一定的发射成本。
附图说明
图1为分时成像空间相机的主光学系统面阵成像时的光路结构示意图；
图2为分时成像空间相机的主光学系统光谱成像时的光路结构示意图；
图3为本发明实施例中切换机构的侧面结构示意图；
图4为图3所示切换机构的仰视图。
附图标记说明：1、切换机构支座；2、电机；3、切换旋转轮；4、第一切换小轴；5、切换连杆；6、第二切换小轴；7、折叠镜组件支撑件；8、导轨；9、折叠镜组件；10、第一霍尔传感器组件；11、第二霍尔传感器组件；12、磁钢组件。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
本发明实施例提供一种用于空间相机分时成像的切换机构，该相机的主光学系统采用同轴偏视场三反光学系统结构，该结构包括主镜、次镜、反射镜、三镜、折叠镜、分色镜、面阵焦面和光谱焦面，其中折叠镜安装在折叠镜组件9，由切换机构带动折叠镜切入与切出主光学系统。
如图3和图4所示，本实施例中的切换机构包括切换机构支座1、电机2、切换旋转轮3、第一切换小轴4、切换连杆5、第二切换小轴6、折叠镜组件支撑件7、导轨8、折叠镜组件9、第一霍尔传感器组件10、第二霍尔传感器组件11和磁钢组件12。
切换机构支座1通过螺钉固定在空间相机框架结构上，电机2通过螺钉固定在切换机构支座1上，电机2作为驱动机构，输出旋转力矩。切换旋转轮3通过平端紧定螺钉固定在电机2的输出轴上，第一切换小轴4通过螺钉固定在切换旋转轮3的轮盘上，轮盘的形状可以为圆形或者六边形等形状，当轮盘的形状为六边形时，在六边形的左右两侧分别设有安装孔和在安装孔四周布置的螺钉固定孔，第一切换小轴4的顶端插入其中一个安装孔，并通过螺钉和螺钉固定孔进行固定。第一切换小轴4与切换旋转轮3固定后，切换旋转轮3与第一切换小轴4随同电机2的输出轴一起做旋转运动。
切换连杆5的一端与第一切换小轴4的底端通过轴承相连，切换连杆5可以绕第一切换小轴4旋转，切换连杆5的另一端与第二切换小轴6的顶端也通过轴承相连，切换连杆5可以绕第二切换小轴6旋转。折叠镜组件支撑件7的一端与第二切换小轴6的底端通过螺钉固定连接，折叠镜组件支撑件7通过螺钉与导轨8上的滑块固定连接，导轨8固定在切换机构支座1上，在电机2的驱动下，折叠镜组件支撑件7可以沿着平行于导轨8的方向做直线运动。折叠镜组件9通过螺钉固定在折叠镜组件支撑件7的另一端，从而随着折叠镜组件支撑件7沿着平行于导轨8的方向做直线运动，参与或者退出空间相机的主光学系统。第一霍尔传感器组件10和第二霍尔传感器组件11间隔地固定在切换机构支座1上，二者之间具有一定的距离，磁钢组件12固定在折叠镜组件支撑件7的侧边上，可以随着折叠镜组件支撑件7沿着平行于导轨8的方向做直线运动，当磁钢组件12运动到第一霍尔传感器组件10和第二霍尔传感器组件11上方时，第一霍尔传感器组件10和第二霍尔传感器组件11将分别输出遥测信号至电机驱动控制系统，使电机驱动控制系统控制电机2停止运动。
电机2驱动折叠镜组件支撑件7沿平行于导轨8的方向做直线运动，当磁钢组件12运动到第一霍尔传感器组件10上方时，第一霍尔传感器组件10输出遥测信号，此时折叠镜组件9上安装的折叠镜伸出并参与到主光学系统中，如图1所示，光线经主镜反射到次镜，再由次镜反射到反射镜，反射镜改变光路方向到三镜，再由三镜反射到折叠镜，由折叠镜反射到面阵焦面，此时空间相机实现面阵成像；当磁钢组件12运动到第二霍尔传感器组件11上方时，第二霍尔传感器组件11输出遥测信号，此时折叠镜组件9上安装的折叠镜缩回并退出主光学系统，如图2所示，光线经主镜反射到次镜，再由次镜反射到反射镜，反射镜改变光路方向到三镜，再由三镜反射到分色镜，由分色镜反射到光谱焦面，此时空间相机实现光谱成像。
进一步地，为降低切换机构的整体质量，本实施例中的切换连杆5和折叠镜组件支撑件7上均设有轻量化结构，该轻量化结构可以采用如图4所示的贯通切换连杆5和折叠镜组件支撑件7的圆角矩形。
本发明提出了一种新的用于空间相机分时成像的切换机构，分时成像空间相机的主光学系统采用同轴偏视场三反光学系统结构，并且通过切换机构带动折叠镜的切入与切出，从而改变相机的光路方向，该切换机构采用电机进行驱动，通过切换旋转轮、第一切换小轴、切换连杆和第二切换小轴进行传动，减速比更小，因此切换速度快，而且复位精度高，空间需求较小，可以有效的实现空间相机分时成像的功能。此外，该切换机构结构较为简单，整体质量小，应用在航天领域可以节约一定的发射成本。经过模拟仿真和地面试验，均表明本发明中的切换机构性能优良，空间相机的分时成像功能良好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种用于空间相机分时成像的切换机构，其特征在于，分时成像空间相机的主光学系统采用同轴偏视场三反光学系统结构，包括主镜、次镜、反射镜、三镜、折叠镜、分色镜、面阵焦面和光谱焦面；所述切换机构包括切换机构支座（1）、电机（2）、切换旋转轮（3）、第一切换小轴（4）、切换连杆（5）、第二切换小轴（6）、折叠镜组件支撑件（7）、导轨（8）、用于安装所述折叠镜的折叠镜组件（9）、第一霍尔传感器组件（10）、第二霍尔传感器组件（11）和磁钢组件（12），并且切换连杆（5）和折叠镜组件支撑件（7）上均设有轻量化结构；
切换机构支座（1）固定在空间相机框架结构上，电机（2）固定在切换机构支座（1）上，切换旋转轮（3）通过平端紧定螺钉固定在电机（2）的输出轴上，第一切换小轴（4）的顶端固定在切换旋转轮（3）的轮盘上，且第一切换小轴（4）与切换旋转轮（3）随电机（2）的输出轴一起做旋转运动；
切换连杆（5）的一端与第一切换小轴（4）的底端通过轴承相连，切换连杆（5）的另一端与第二切换小轴（6）的顶端通过轴承相连，折叠镜组件支撑件（7）的一端与第二切换小轴（6）的底端固定连接，折叠镜组件支撑件（7）与导轨（8）上的滑块固定连接，导轨（8）固定在切换机构支座（1）上，折叠镜组件（9）固定在折叠镜组件支撑件（7）的另一端，第一霍尔传感器组件（10）和第二霍尔传感器组件（11）间隔地固定在切换机构支座（1）上，磁钢组件（12）固定在折叠镜组件支撑件（7）的侧边上；
电机（2）驱动折叠镜组件支撑件（7）沿平行于导轨（8）的方向做直线运动，当磁钢组件（12）运动到第一霍尔传感器组件（10）上方时，第一霍尔传感器组件（10）输出遥测信号，折叠镜组件（9）上安装的折叠镜伸出并参与到主光学系统中，光线经主镜反射到次镜，再由次镜反射到反射镜，反射镜改变光路方向到三镜，再由三镜反射到折叠镜，由折叠镜反射到面阵焦面，实现面阵成像；当磁钢组件（12）运动到第二霍尔传感器组件（11）上方时，第二霍尔传感器组件（11）输出遥测信号，折叠镜组件（9）上安装的折叠镜缩回并退出主光学系统，光线经主镜反射到次镜，再由次镜反射到反射镜，反射镜改变光路方向到三镜，再由三镜反射到分色镜，由分色镜反射到光谱焦面，实现光谱成像。
2.根据权利要求1所述的一种用于空间相机分时成像的切换机构，其特征在于，所述轻量化结构为贯通的圆角矩形。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于空间相机分时成像的切换机构，其特征在于，所述轮盘的形状为六边形，在六边形上设有用于安装第一切换小轴（4）的安装孔和在安装孔四周布置的螺钉固定孔。
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