CN219811089U - 一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及双棱镜扫描装置技术领域，尤其涉及一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，包括：两个棱镜系统，一个所述棱镜系统上设有棱镜温度变化感知结构；所述棱镜系统包括外壳定子、旋转镜筒、配对式轴承、线圈模组、永磁体模组、楔形棱镜、编码器、码盘；所述外壳定子的内侧设有旋转镜筒，外壳定子与旋转镜筒之间设有配对式轴承。通过棱镜系统中外壳定子与线圈模组的一体化设计，及与永磁体模组之间组合形成无刷电机结构，并结合配对式轴承，一方面可通过其零径向游隙使得旋转镜筒的轴线无自由偏摆的空间，另一方面可通过其较强的力矩负载刚度抵抗电机结构转静子之间的电磁力沿周向不均匀因素对旋转镜筒旋转偏心的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及双棱镜扫描装置技术领域，尤其涉及一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置。
背景技术
随着光电技术在航空航天领域应用的发展，传统的光电指向装置因受其结构特征的限制(如万向转架存在动态性能差等问题，快速反射镜存在光束偏转角小等问题)越来越不能满足日趋增长的高精度、大偏转范围的光束指向需求，而双棱镜扫描装置由于具有结构紧凑、动态性能好、指向精度高、偏转角度大等优点，具有极大的发展潜力。
现有技术CN114791666A，公开了一种紧凑型双棱镜扫描装置，包括第一楔形棱镜系统和第二楔形棱镜系统，其中，第一楔形棱镜系统包括第一外壳、第一轴承、第一镜筒、第一楔形棱镜、第一压圈和第一驱动电机；所述第二楔形棱镜系统包括第二外壳、第二镜筒、第二楔形棱镜、第二驱动电机、第二轴承和第二压圈；其中轴承采用交叉滚子轴承。但在航空航天或其他宽温域环境的应用场景中，双棱镜扫描装置所处的环境温度具有较大的变化范围，在这种工作环境下，楔形棱镜的折射率将发生较大的变化，基于地面常温状态标定指向精度模型的双棱镜扫描装置，将无法可靠运行于环境温度宽广的航空航天应用场景；另一方面旋转机构中所采用的轴承通常为单个轴承，上述类型的轴承因存在径向游隙，在力矩电机转静子之间的电磁力沿周向不均匀因素的影响下，旋转镜筒旋转时实际旋转轴线无法与双棱镜扫描装置的期待光轴保持重合，从而使得安装在旋转镜筒上的楔形棱镜的光轴无法与双棱镜扫描装置的期待光轴保持重合，进而导致双棱镜扫描装置的高指向精度无法得到可靠保障。
发明内容
本实用新型的目的是针对背景技术中存在的问题，提出的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，使其便于提高双棱镜扫描装置的高指向精度。
本实用新型的技术方案：一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，包括：两个棱镜系统，一个所述棱镜系统上设有棱镜温度变化感知结构，所述棱镜温度变化感知结构为红外温度探测器，所述棱镜系统包括外壳定子、旋转镜筒、配对式轴承、线圈模组、永磁体模组、楔形棱镜、编码器、码盘；所述外壳定子的内侧设有旋转镜筒，旋转镜筒的内侧设有楔形棱镜，外壳定子与旋转镜筒之间设有配对式轴承；外壳定子的一侧设有红外温度探测器；外壳定子的内壁嵌设线圈模组，旋转镜筒的外缘套设永磁体模组，所述线圈模组与永磁体模组之间组合形成无刷电机结构；所述线圈模组的一侧设有编码器，旋转镜筒上设有码盘，所述编码器的结构与码盘的结构相配合；两个棱镜系统之间组成结构相同，两个棱镜系统之间组合形成连接结构，一个所述棱镜系统上设有棱镜温度变化感知结构。
优选地，所述红外温度探测器可替换为测温组件，所述测温组件包括滑环引电器静子、滑环引电器转子、温度传感器，所述外壳定子的一端设有滑环引电器静子，所述旋转镜筒的一端设有滑环引电器转子，所述滑环引电器静子与滑环引电器转子的结构相配合，所述楔形棱镜的外缘设有若干温度传感器，所述温度传感器与滑环引电器转子电连接。
优选地，所述红外温度探测器可替换为接触式温度传感器，所述外壳定子的外缘设有若干接触式温度传感器。
优选地，所述外壳定子的外缘均布设有若干调整螺钉，若干所述调整螺钉对准线圈模组。
优选地，若干所述调整螺钉的相对位置呈周向均匀开设有若干注胶孔，若干所述注胶孔对准线圈模组。
优选地，所述外壳定子与线圈模组之间通过填充固定胶呈一体化结构。
优选地，所述配对式轴承为配对式角接触球轴承，所述码盘的位数为26位。
优选地，所述连接结构为胶接结构、螺栓连接结构、榫卯连接结构中的一种或其组合。
优选地，所述无刷电机结构的极对数为16，所述无刷电机结构的力矩系数不小于0.4N·m/A。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益的技术效果：通过棱镜系统中外壳定子与线圈模组的一体化设计，及与永磁体模组之间组合形成无刷电机结构，有效的缩减了扫描装置的内部结构，使整体结构紧凑，并结合配对式轴承，一方面可通过其零径向游隙使得旋转镜筒的轴线无自由偏摆的空间，另一方面可通过其较强的力矩负载刚度抵抗电机结构转静子之间的电磁力沿周向不均匀因素对旋转镜筒旋转偏心的影响，进而保证了双棱镜扫描装置的高指向精度。同时，结合楔形棱镜在不同选定波长和温度下的热光系数图，可对双棱镜扫描装置的指向模型进行修正，以提高双棱镜扫描装置在航空航天宽温域环境条件下保证高指向精度的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置的剖面结构示意图；
图2为本实用新型一个棱镜系统剖切结构示意图；
图3为本实用新型另一个棱镜系统剖切结构示意图；
图4为本实用新型扫描装置棱镜温度变化感知结构方案一示意图；
图5为本实用新型扫描装置棱镜温度变化感知结构方案二示意图；
图6为本实用新型扫描装置棱镜温度变化感知结构方案三示意图；
图7为本实用新型楔形棱镜在不同选定波长和温度下的热光系数示意图。
附图标记：1、棱镜系统；2、外壳定子；3、旋转镜筒；4、配对式轴承；5、线圈模组；6、永磁体模组；7、楔形棱镜；8、编码器；9、码盘；10、红外温度探测器；11、滑环引电器静子；12、滑环引电器转子；13、温度传感器；14、接触式温度传感器；15、调整螺钉；16、注胶孔。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。
如图1-6所示，为本实用新型提出的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，包括：两个棱镜系统1，一个所述棱镜系统1上设有棱镜温度变化感知结构，所述棱镜温度变化感知结构为红外温度探测器10，所述棱镜系统1包括外壳定子2、旋转镜筒3、配对式轴承4、线圈模组5、永磁体模组6、楔形棱镜7、编码器8、码盘9；
所述外壳定子2的内侧设有旋转镜筒3，旋转镜筒3的内侧设有楔形棱镜7，外壳定子2与旋转镜筒3之间设有配对式轴承4；所述配对式轴承4为配对式角接触球轴承。
配对式角接触球轴承相对于单个深沟球轴承或单个四点接触式轴承而言，一方面可通过其零径向游隙使得旋转镜筒3的轴线无自由偏摆的空间，另一方面可通过其较强的力矩负载刚度抵抗无刷电机结构转静子之间的电磁力沿周向不均匀因素对旋转镜筒旋转偏心的影响；两方面共同作用使得旋转镜筒3旋转时实际旋转轴线与双棱镜扫描装置的期待光轴较可靠的保持重合，进而保证了双棱镜扫描装置的高指向精度；
外壳定子2的内壁嵌设线圈模组5，旋转镜筒3的外缘套设永磁体模组6，所述线圈模组5与永磁体模组6之间组合形成无刷电机结构；所述外壳定子2的外缘均布设有若干调整螺钉15，若干所述调整螺钉15对准线圈模组5；若干所述调整螺钉15的相对位置呈周向均匀开设有若干注胶孔16，若干所述注胶孔16对准线圈模组5。所述外壳定子2与线圈模组5之间通过填充固定胶呈一体化结构，使扫描装置的内部结构紧凑、稳固，有效的保障高指向精度的可靠性。
所述棱镜温度变化感知结构可采用直接获取楔形棱镜实时温度的结构方案；
如附图4所示，为棱镜温度变化感知结构方案一示意图，其结构为红外温度探测器10，所述外壳定子2的一端设有红外温度探测器10，楔形棱镜7在红外温度探测器10的测温范围内，通过红外温度探测器10获得的楔形棱镜7的实时温度，结合楔形棱镜折射率随环境温度变化的曲线，可对双棱镜扫描装置的指向模型进行修正，以提高双棱镜扫描装置在航空航天宽温域环境条件下保证高指向精度的可靠性；
如附图5所示，为棱镜温度变化感知结构方案二示意图，所述红外温度探测器10可替换为测温组件，所述测温组件可由滑环引电器静子11、滑环引电器转子12、温度传感器13结构配合，所述外壳定子2的一端设有滑环引电器静子11，所述旋转镜筒3的一端设有滑环引电器转子12，所述滑环引电器静子11与滑环引电器转子12的结构相配合，所述楔形棱镜7的外缘设有若干温度传感器13，所述温度传感器13与滑环引电器转子12电连接。
将温度传感器13与滑环引电器转子12电连接，然后滑环引电器静子11利用电刷微压力与滑环引电器转子12可靠接触，滑环引电器转子12将转动中温度传感器13的信号传递到滑环引电器静子11的静态电刷组件，完成传感器信号从转动到静止转换传输，数采系统采集到信号进行数据分析和存储，对双棱镜扫描装置的指向模型进行修正，以提高双棱镜扫描装置在航空航天宽温域环境条件下保证高指向精度的可靠性。
所述楔形棱镜温度变化感知结构亦可采用间接获取楔形棱镜实时温度的结构方案；如附图6所示，为棱镜温度变化感知结构方案三示意图，所述棱镜温度变化感知结构为接触式温度传感器14，所述外壳定子2的上端设有接触式温度传感器14。在双棱镜扫描装置旋转结构的外壳上安装接触式温度传感器14，通过试验实测或数值模拟得到的楔形棱镜7与外壳定子2上接触式温度传感器14位置的温度变化关系，间接获得楔形棱镜7的实时温度；如图7所示，为楔形棱镜在不同选定波长和温度下的热光系数(dn/dT)。结合该图，可对双棱镜扫描装置的指向模型进行修正，以提高双棱镜扫描装置在航空航天及其他宽温域环境条件下保证高指向精度的可靠性；
该无刷电机结构采用一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置的电机结构径向间隙调整方法来进行电机结构径向间隙的周向一致性调整固定；
具体包括以下步骤；
步骤一：首先对初步装配的线圈模组5与永磁体模组6的径向间隙进行测量；
步骤二：通过调整螺钉15对线圈模组的位置进行微调，以线圈模组5与永磁体模组6的径向间隙的周向差异小于0.05mm为调整目标；调整螺钉15调整后可进行拆除，以保持结构的紧凑性；
步骤三：通过注胶孔16在线圈模组5与外壳定子2之间注胶的方式或安装固定垫片的方式完成线圈模组5与永磁体模组6相对径向位置调整后的定位。
无刷电机结构转静子径向间隙的周向一致性调整可进一步减小由线圈模组5与永磁体模组6组合形成的无刷电机结构中电磁力沿周向不均匀因素对旋转镜筒3旋转偏心的影响，从而使得旋转镜筒3旋转时实际旋转轴线与双棱镜扫描装置的期待光轴较可靠的保持重合，进而保证了双棱镜扫描装置的高指向精度；
电机结构径向间隙调整方法通过调整线圈模组5与永磁体模组6径向间隙以改善无刷电机结构转静子之间的电磁力周向均匀性，从而有效降低了无刷电机结构转静子之间的电磁力周向不均匀对旋转镜筒的实际旋转轴线的影响，进一步提升了双棱镜扫描装置实现高指向精度的可靠性。
所述无刷电机结构的极对数为16，所述无刷电机结构的力矩系数不小于0.4N·m/A。无刷电机结构的原理利用的是直流无刷电机结构原理。
所述线圈模组5的一侧设有编码器8，旋转镜筒3上设有码盘9，所述编码器8的结构与码盘9的结构相配合；所述码盘9的位数为26位。也可采用更高精度的码盘9，高精度的码盘9有助于棱镜系统1对旋转镜筒3进行更精确的调整。
两个棱镜系统1之间组成结构相同，其区别点在于，为便于两个楔形棱镜7结构的相互配合，两个外壳定子2和两个旋转镜筒3分别进行了结构上的调整配合。
两个棱镜系统1之间组合形成连接结构。所述连接结构为胶接结构、螺栓连接结构、榫卯连接结构中的一种或其组合。
实施例一
一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，包括：两个棱镜系统1，一个所述棱镜系统1上设有棱镜温度变化感知结构，所述棱镜温度变化感知结构为红外温度探测器10，所述棱镜系统1包括外壳定子2、旋转镜筒3、配对式轴承4、线圈模组5、永磁体模组6、楔形棱镜7、编码器8、码盘9；所述外壳定子2的内侧设有旋转镜筒3，旋转镜筒3的内侧设有楔形棱镜7，外壳定子2与旋转镜筒3之间设有配对式轴承4；外壳定子2的一侧设有红外温度探测器10；外壳定子2的内壁嵌设线圈模组5，旋转镜筒3的外缘套设永磁体模组6，所述线圈模组5与永磁体模组6之间组合形成无刷电机结构；所述线圈模组5的一侧设有编码器8，旋转镜筒3上设有码盘9，所述编码器8的结构与码盘9的结构相配合；两个棱镜系统1之间组成结构相同，两个棱镜系统1之间组合形成连接结构。
如图4所示，所述棱镜温度变化感知结构为红外温度探测器10，所述外壳定子2的一端设有红外温度探测器10。
所述外壳定子2的外缘均布设有若干调整螺钉15，若干所述调整螺钉15对准线圈模组5。若干所述调整螺钉15的相对位置呈周向均匀开设有若干注胶孔16，若干所述注胶孔16对准线圈模组5。所述外壳定子2与线圈模组5之间通过填充固定胶呈一体化结构。
所述码盘9的位数为26位。
所述配对式轴承4为配对式角接触球轴承。
所述连接结构为胶接结构。
所述无刷电机结构的极对数为16，所述无刷电机结构的力矩系数为0.5N·m/A。
线圈模组5与永磁体模组6的径向间隙的周向差异小于0.05mm。
如图1-3所示，所述线圈模组5、配对式轴承4、编码器8依次排布呈紧凑型内部结构。
实施例二
一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，包括：两个棱镜系统1，一个所述棱镜系统1上设有棱镜温度变化感知结构，所述棱镜温度变化感知结构为红外温度探测器10，所述棱镜系统1包括外壳定子2、旋转镜筒3、配对式轴承4、线圈模组5、永磁体模组6、楔形棱镜7、编码器8、码盘9；所述外壳定子2的内侧设有旋转镜筒3，旋转镜筒3的内侧设有楔形棱镜7，外壳定子2与旋转镜筒3之间设有配对式轴承4；外壳定子2的一侧设有红外温度探测器10；外壳定子2的内壁嵌设线圈模组5，旋转镜筒3的外缘套设永磁体模组6，所述线圈模组5与永磁体模组6之间组合形成无刷电机结构；所述线圈模组5的一侧设有编码器8，旋转镜筒3上设有码盘9，所述编码器8的结构与码盘9的结构相配合；两个棱镜系统1之间组成结构相同，两个棱镜系统1之间组合形成连接结构。
如图5所示，所述棱镜温度变化感知结构为测温组件，所述测温组件包括滑环引电器静子11、滑环引电器转子12、温度传感器13，所述外壳定子2的一端设有滑环引电器静子11，所述旋转镜筒3的一端设有滑环引电器转子12，所述滑环引电器静子11与滑环引电器转子12的结构相配合，所述楔形棱镜7的外缘设有若干温度传感器13，所述温度传感器13与滑环引电器转子12电连接。
所述外壳定子2的外缘均布设有若干调整螺钉15，若干所述调整螺钉15对准线圈模组5。若干所述调整螺钉15的相对位置呈周向均匀开设有若干注胶孔16，若干所述注胶孔16对准线圈模组5。所述外壳定子2与线圈模组5之间通过填充固定胶呈一体化结构。
所述码盘9的位数为26位。所述配对式轴承4为配对式角接触球轴承。
所述连接结构为胶接结构。
所述无刷电机结构的极对数为16，所述无刷电机结构的力矩系数为0.5N·m/A。
线圈模组5与永磁体模组6的径向间隙的周向差异小于0.05mm。
如图1-3所示，所述线圈模组5、配对式轴承4、编码器8依次排布呈紧凑型内部结构。
实施例三
一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，包括：两个棱镜系统1，一个所述棱镜系统1上设有棱镜温度变化感知结构，所述棱镜温度变化感知结构为红外温度探测器10，所述棱镜系统1包括外壳定子2、旋转镜筒3、配对式轴承4、线圈模组5、永磁体模组6、楔形棱镜7、编码器8、码盘9；所述外壳定子2的内侧设有旋转镜筒3，旋转镜筒3的内侧设有楔形棱镜7，外壳定子2与旋转镜筒3之间设有配对式轴承4；外壳定子2的一侧设有红外温度探测器10；外壳定子2的内壁嵌设线圈模组5，旋转镜筒3的外缘套设永磁体模组6，所述线圈模组5与永磁体模组6之间组合形成无刷电机结构；所述线圈模组5的一侧设有编码器8，旋转镜筒3上设有码盘9，所述编码器8的结构与码盘9的结构相配合；两个棱镜系统1之间组成结构相同，两个棱镜系统1之间组合形成连接结构。
如图6所示，所述棱镜温度变化感知结构为接触式温度传感器14，所述外壳定子2的外缘设有若干接触式温度传感器14。
所述外壳定子2的外缘均布设有若干调整螺钉15，若干所述调整螺钉15对准线圈模组5。若干所述调整螺钉15的相对位置呈周向均匀开设有若干注胶孔16，若干所述注胶孔16对准线圈模组5。所述外壳定子2与线圈模组5之间通过填充固定胶呈一体化结构。
所述码盘9的位数为26位。所述配对式轴承4为配对式角接触球轴承。
所述连接结构为胶接结构。
所述无刷电机结构的极对数为16，所述无刷电机结构的力矩系数为0.5N·m/A。
线圈模组5与永磁体模组6的径向间隙的周向差异小于0.05mm。
如图1-3所示，所述线圈模组5、配对式轴承4、编码器8依次排布呈紧凑型内部结构。
Claims (9)
1.一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，包括：两个棱镜系统(1)，其特征在于：一个所述棱镜系统(1)上设有棱镜温度变化感知结构，所述棱镜温度变化感知结构为红外温度探测器(10)，所述棱镜系统(1)包括外壳定子(2)、旋转镜筒(3)、配对式轴承(4)、线圈模组(5)、永磁体模组(6)、楔形棱镜(7)、编码器(8)、码盘(9)；所述外壳定子(2)的内侧设有旋转镜筒(3)，旋转镜筒(3)的内侧设有楔形棱镜(7)，外壳定子(2)与旋转镜筒(3)之间设有配对式轴承(4)；外壳定子(2)的一侧设有红外温度探测器(10)；外壳定子(2)的内壁嵌设线圈模组(5)，旋转镜筒(3)的外缘套设永磁体模组(6)，所述线圈模组(5)与永磁体模组(6)之间组合形成无刷电机结构；所述线圈模组(5)的一侧设有编码器(8)，旋转镜筒(3)上设有码盘(9)，所述编码器(8)的结构与码盘(9)的结构相配合；两个棱镜系统(1)之间组成结构相同，两个棱镜系统(1)之间组合形成连接结构。
2.根据权利要求1所述的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，其特征在于：所述红外温度探测器(10)可替换为测温组件，所述测温组件包括滑环引电器静子(11)、滑环引电器转子(12)、温度传感器(13)，所述外壳定子(2)的一端设有滑环引电器静子(11)，所述旋转镜筒(3)的一端设有滑环引电器转子(12)，所述滑环引电器静子(11)与滑环引电器转子(12)的结构相配合，所述楔形棱镜(7)的外缘设有若干温度传感器(13)，所述温度传感器(13)与滑环引电器转子(12)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，其特征在于：所述红外温度探测器(10)可替换为接触式温度传感器(14)，所述外壳定子(2)的外缘设有若干接触式温度传感器(14)。
4.根据权利要求1所述的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，其特征在于：所述外壳定子(2)的外缘均布设有若干调整螺钉(15)，若干所述调整螺钉(15)对准线圈模组(5)。
5.根据权利要求4所述的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，其特征在于：若干所述调整螺钉(15)的相对位置呈周向均匀开设有若干注胶孔(16)，若干所述注胶孔(16)对准线圈模组(5)。
6.根据权利要求1所述的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，其特征在于：所述外壳定子(2)与线圈模组(5)之间通过填充固定胶呈一体化结构。
7.根据权利要求1所述的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，其特征在于：所述配对式轴承(4)为配对式角接触球轴承，所述码盘(9)的位数为26位。
8.根据权利要求1所述的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，其特征在于：所述连接结构为胶接结构、螺钉连接结构、榫卯连接结构中的一种或其组合。
9.根据权利要求1所述的一种宽温域高指向精度的双棱镜扫描装置，其特征在于：所述无刷电机结构的极对数为16，所述无刷电机结构的力矩系数不小于0.4N·m/A。
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