CN220104461U - 一种红外光学传递函数测量仪靶轮切换定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种红外光学传递函数测量仪靶轮切换定位装置，其中设有嵌套式旋转机构、V形槽弹性定位结构、光电开关和步进电机组合控制的靶轮部件，实现靶标和滤光片精确切换、定位功能；所述切换定位装置应用于红外光学传递函数测量仪目标发生器中靶轮，对其中的靶标、滤光片实现了旋转切换和精确定位，切换定位装置包括支架、转动切换机构、定位机构和控制电路模组，所述支架为一体的结构支承件，其中的转动切换机构和定位机构均装配于支架的定位结构中。本实用新型所述的靶轮切换定位装置中采用光电开光和步进电机控制方式，同时结合嵌套式旋转机构、V形槽弹性定位结构，确保靶标和滤光片在旋转切换过程中结构的高精度电气控制。

Description

一种红外光学传递函数测量仪靶轮切换定位装置

技术领域

本实用新型涉及光电成像装配技术，尤其是指一种红外光学传递函数测量仪靶轮切换定位装置，可实现靶标、滤光片的旋转切换和精确定位功能，适用于同类光电检测设备分划的切换、定位控制。

背景技术

红外光学传递函数测量仪是光学测量通用仪器设备，由于受仪器核心探测器件、系统测量分析软件等国产化水平的制约，该型仪器设备主要依靠进口采购满足国内使用需求，随着近年来我国在相关领域的技术突破和关键仪器设备自主可控战略的逐步实施，该仪器设备的国产化研制已具备基本条件。

靶轮部件为仪器的关重部件，为被测光学系统提供靶标，并需根据被测光学系统工作波段选择对应的滤光片，由于仪器测试精度要求高，靶标形状种类较多(共16种)，对靶标的重复定位精度提出了较高要求，设计一种高可靠性，高精度、装配调校工艺性较好的转动切换及定位靶轮部件是实现仪器功能的必要条件之一。

实用新型内容

为解决对靶标的重复定位精度要求以及需要可靠的技术问题，本实用新型提供一种红外光学传递函数测量仪靶轮切换定位装置，其中设有嵌套式旋转机构、V形槽弹性定位结构、光电开关和步进电机组合控制的靶轮部件，实现靶标和滤光片精确切换、定位功能；所述切换定位装置应用于红外光学传递函数测量仪目标发生器中靶轮，对其中的靶标、滤光片实现了旋转切换和精确定位，切换定位装置包括支架、转动切换机构、定位机构和控制电路模组，所述支架为一体的结构支承件，其中的转动切换机构和定位机构均装配于支架的定位结构中，其中转动切换机构包括轴承座、靶标转轮、大轴承、大齿轮、靶轮步进电机、靶轮电机齿轮、滤光片转轮、小轴承、压圈、扇齿轮、滤光片步进电机、滤光片电机齿轮；其中靶标转轮在表面特征上沿圆周方向均匀地设有十六个安装孔，同时靶标固定在相应安装孔内，靶标转轮的外圆柱端面均匀地设计有十六个V形定位槽；另外的滤光片转轮一侧设计有三个安装孔，且滤光片转轮的外圆柱端面设有三个V形定位槽，其中的滤光片固定于安装孔内；

定位机构对靶标、滤光片实现在指定的位置精确定位，定位机构包括两组顶珠构件、光电开关Ⅰ、开关挡片Ⅰ、光电开关Ⅱ、开关挡片Ⅱ，其中的顶珠构件包括顶柱座、钢球、压簧、调节螺套，顶珠构件以顶柱座为基体，装配于支架上的定位靠面一侧，其中装配完成的钢球、压簧、调节螺套设于顶柱座内的中心线，同时顶柱座内的中心线垂直于滤光片转轮外圆柱端面所在圆的法线，压簧设于钢球、调节螺套之间，而旋动调节螺套可调节压簧压力大小，使钢球有沿中心线上下移动的自由度；

控制电路模组包括单片机、步进电机驱动芯片Ⅰ和步进电机驱动芯片Ⅱ，其中的单片机通过芯片管脚与步进电机驱动芯片Ⅰ和步进电机驱动芯片Ⅱ之间设有使能、方向和脉冲信号的通讯信号连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述轴承座内径两端装配有大轴承，其中靶标转轮中心处设有的轴体穿过大轴承内孔，且通过使用大齿轮进行轴向固定，与轴承座装配形成关于靶标转轮的局部特征，再装配设于支架中心处；且其中的靶轮电机齿轮装配设于靶轮步进电机的输出动力转轴上，调试安装位置，使其与大齿轮形成啮合相连，构成关于靶标的转动切换机构模组。

在本实用新型的一个实施例中，多个小轴承设于靶标转轮内孔，同时滤光片转轮中心处设有的轴体穿过大轴承内孔，通过压圈进行轴向固定；扇齿轮设于在滤光片转轮圆周端面上，同时滤光片电机齿轮装配设于滤光片步进电机的输出动力转轴上，调试安装位置，使其与扇齿轮形成啮合相连，构成关于滤光片的转动切换机构模组。

在本实用新型的一个实施例中，所述的光电开关Ⅰ、光电开关Ⅱ分别设于靶轮步进电机、滤光片步进电机的一侧，同时光电开关Ⅰ、光电开关Ⅱ与单片机的I/O口之间设有信号通讯相连；另外的开关挡片Ⅰ设于在靶标转轮上，开关挡片Ⅱ设于在滤光片转轮上。

在本实用新型的一个实施例中，步进电机驱动芯片Ⅰ和步进电机驱动芯片Ⅱ均采用的是MS35775，是一个两相，管脚ENN为电机驱动使能，当ENN为低电平时打开输出驱动，高电平时关闭输出；管脚DIR为方向控制，高低电平控制电机正向或反向转动，管脚STEP为电机步进输入，每个脉冲控制电机转动一步。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本实用新型所述的靶轮切换定位装置中采用光电开光和步进电机控制方式，同时结合嵌套式旋转机构、V形槽弹性定位结构，确保靶标和滤光片在旋转切换过程中结构的高精度电气控制，其中的各个机构采用组合驱动设计方式，结构紧凑，操作简单便捷，可靠性高

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型红外光学传递函数测量仪靶轮切换定位装置的结构示意图；

图2是本实用新型所述靶轮切换定位装置的剖面示意图；

图3是本实用新型所述控制电路模组的系统原理图；

图4是本实用新型所述单片机的针脚信息传递示意图；

图5是本实用新型所述顶珠构件的结构示意图；

图6是本实用新型所述控制电路模组的程序流程图。

如图所示：1、支架，2、靶标，3、滤光片，4、轴承座，5、靶标转轮，6、大轴承，7、大齿轮，8、靶轮步进电机，9、靶轮电机齿轮，10、滤光片转轮，11、小轴承，12、压圈，13、扇齿轮，14、滤光片步进电机，15、滤光片电机齿轮，16、顶柱座，17、钢球，18、压簧，19、调节螺套，20、光电开关Ⅰ，21、开关挡片Ⅰ，22、光电开关Ⅱ，23、开关挡片Ⅱ，24、单片机，25、步进电机驱动芯片Ⅰ，26、步进电机驱动芯片Ⅱ。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例提供一种红外光学传递函数测量仪靶轮切换定位装置，所述切换定位装置应用于红外光学传递函数测量仪目标发生器中靶轮，对其中的靶标2、滤光片3实现了旋转切换和精确定位，切换定位装置包括支架1、转动切换机构、定位机构和控制电路模组，所述支架1为一体的结构支承件，其中的转动切换机构和定位机构均装配于支架1的定位结构中，其中转动切换机构包括轴承座4、靶标转轮5、大轴承6、大齿轮7、靶轮步进电机8、靶轮电机齿轮9、滤光片转轮10、小轴承11、压圈12、扇齿轮13、滤光片步进电机14、滤光片电机齿轮15；其中靶标转轮5在表面特征上沿圆周方向均匀地设有十六个安装孔，同时靶标2固定在相应安装孔内，靶标转轮5的外圆柱端面均匀地设计有十六个V形定位槽；另外的滤光片转轮10一侧设计有三个安装孔，且滤光片转轮10的外圆柱端面设有三个V形定位槽，其中的滤光片3固定于安装孔内；

具体地，支架1是整个部件的结构支承件，转动切换机构和定位机构均安装固定在该零件中；同时靶标转轮5设有的十六个靶标安装孔，十六个V形定位槽是对应关系，滤光片转轮10有三个滤光片安装孔也对应有三个V形定位槽。

定位机构对靶标2、滤光片3实现在指定的位置精确定位，定位机构包括两组顶珠构件、光电开关Ⅰ20、开关挡片Ⅰ21、光电开关Ⅱ22、开关挡片Ⅱ23，其中的顶珠构件包括顶柱座16、钢球17、压簧18、调节螺套19，顶珠构件以顶柱座16为基体，装配于支架1上的定位靠面一侧，其中装配完成的钢球17、压簧18、调节螺套19设于顶柱座16内的中心线，同时顶柱座16内的中心线垂直于滤光片转轮10外圆柱端面所在圆的法线，压簧18设于钢球17、调节螺套19之间，而旋动调节螺套19可调节压簧18压力大小，使钢球17有沿中心线上下移动的自由度；

而进一步地，如图1和图5所示，定位机构安装固定在支架1上，紧靠在转轮外沿，其中的顶珠构件安装位置设计有定位靠面，确保钢球17定位压力的矢量指向转轴中心，即滤光片转轮10的圆心，提高了结构定位精度，旋动调节螺套19可调节压簧18压力大小，使钢球17进入、脱离V形槽时平稳无卡滞。

如图3所示，控制电路模组包括单片机24、步进电机驱动芯片Ⅰ25和步进电机驱动芯片Ⅱ26，其中的单片机24通过芯片管脚与步进电机驱动芯片Ⅰ25和步进电机驱动芯片Ⅱ26之间设有使能、方向和脉冲信号的通讯信号连接。

所述的光电开关Ⅰ20、光电开关Ⅱ22分别设于靶轮步进电机8、滤光片步进电机14的一侧，同时光电开关Ⅰ20、光电开关Ⅱ22与单片机24的I/O口之间设有信号通讯相连；另外的开关挡片Ⅰ21设于在靶标转轮5上，开关挡片Ⅱ23设于在滤光片转轮10上。

其中的控制电路模组控制步骤如下：

装置上电后单片机24产生使能信号、方向信号和脉冲信号，送入步进电机驱动芯片Ⅰ25驱动靶轮步进电机8按照一方向转动，从而带动靶标靶轮5转动。单片机24在每个脉冲后检测光电开关Ⅰ21输出的信号，当检测到信号被触发后，立即关断步使能信号，停止靶轮步进电机8转动，靶轮归零动作完成。

靶轮归零动作完成后，单片机24控制步进电机驱动芯片Ⅱ26完成滤光片归零动作完成，过程与靶轮归零动作一致。

靶轮归零和滤光片归零后，单片机24可接收靶标和滤光片选择指令。

当单片机24收到靶标或滤光片选择指令后，通过查表计算出当前位置和目标靶标或滤光片位置之间的步进步数(每个靶标/滤光片，包括零位之间的步进步数通过前期的标定得到)，产品使能和脉冲信号，控制靶轮步进电机25(或滤光片步进电机26)转动。单片机24对每个驱动脉冲计数，当脉冲数达到计算的步进步数后，断开使能信号，停止步进电机转动，此时顶珠部件钢球17也同时落入V形槽内进行精确定位。

具体地，光电开关Ⅰ20和开关挡片Ⅰ21用于实现靶标转轮的初始定位；光电开关Ⅱ22和开关挡片Ⅱ22用于实现滤光片转轮的初始定位。光电开关Ⅰ20和光电开关Ⅰ21固定在支架1的不同位置上，它们的输出信号分别连接到单片机24的不同I/O口上。在光电开关未被遮挡时输出信号为1，有遮挡时输出信号为0。开关挡片Ⅰ21固定在靶标转轮上，开关挡片Ⅱ22固定在滤光片转轮上。

所述轴承座4内径两端装配有大轴承6，其中靶标转轮5中心处设有的轴体穿过大轴承6内孔，且通过使用大齿轮7进行轴向固定，与轴承座4装配形成关于靶标转轮5的局部特征，再装配设于支架1中心处；且其中的靶轮电机齿轮9装配设于靶轮步进电机8的输出动力转轴上，调试安装位置，使其与大齿轮7形成啮合相连，构成关于靶标的转动切换机构模组。

多个小轴承11设于靶标转轮5内孔，同时滤光片转轮10中心处设有的轴体穿过大轴承6内孔，通过压圈12进行轴向固定；扇齿轮13设于在滤光片转轮10圆周端面上，同时滤光片电机齿轮15装配设于滤光片步进电机14的输出动力转轴上，调试安装位置，使其与扇齿轮13形成啮合相连，构成关于滤光片的转动切换机构模组。

步进电机驱动芯片Ⅰ25和步进电机驱动芯片Ⅱ26均采用的是MS35775，是一个两相，管脚ENN为电机驱动使能，当ENN为低电平时打开输出驱动，高电平时关闭输出；管脚DIR为方向控制，高低电平控制电机正向或反向转动，管脚STEP为电机步进输入，每个脉冲控制电机转动一步。

进一步地，在红外光学传递函数测量仪系统上电或者收到归零命令后，其中单片机24通过驱动芯片控制靶轮步进电机8往一个固定方向转动，同时单片机检测光电开关Ⅰ20连接的I/O信号。一旦开关挡片Ⅰ21遮挡住光电开关Ⅰ20，光电开关Ⅰ20的输出信号由1变为0，单片机检测到该信号后立即停止靶轮步进电机8转动，并同时将当前位置设置为初始位置VO。同样的方法应用于滤光片的初始归零。

而在产品调试时，测量出靶标转轮和滤光片转轮上每个V型槽相对零位的步进数(如下表)。其中V0表示初始位置，Vn表示从初始位置转动第n个V型槽需要转动的步数。

靶轮每档相对初始位置的步进数:

V型槽	V0	V1	V2	V3	V4	V5	V6	V7	V8
										步数	0	16	182	349	516	683	850	1017	1184
V型槽	V9	V10	V11	V12	V13	V14	V15	V16
										步数	1351	1518	1685	1852	2019	2186	2353	2520

滤光片每档相对初始位置的步进数：

V型槽	V0	V1	V2	V3	V4
						步数	0	8	558	1108	1658

如图4和图6所示，具体地，结合上表，当靶标转轮处于第m档，单片机收到命令转轮需转到第n档时，单片机从数据表中读取Vm和Vn的值。

如果n>m时，单片机将连接DIR1信号的I/O管脚置1，将连接ENN1信号的I/O口置0，在连接STEP1信号的I/O口产生200Hz脉冲信号，驱动芯片驱动步进电机转动；单片机同时对脉冲进行记数，记为Sn；当Sn≥(Vn-Vm)时，单片机将连接ENN1信号的I/O口置1，步进电机停止转动。

如果n<m时，单片机将连接DIR1信号的I/O管脚置0，将连接ENN1信号的I/O口置0，在连接STEP1信号的I/O口产生200Hz脉冲信号，驱动芯片驱动步进电机转动；单片机同时对脉冲进行记数，记为Sn；当Sn≥(Vm-Vn)时，单片机将连接ENN1信号的I/O口置1，步进电机停止转动。

如果n＝m时，则不动作。

滤光器转轮控制与靶标转轮控制一样，只是将控制ENN1、DIR1和STEP1信号改成ENN2、DIR2和STEP2。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种红外光学传递函数测量仪靶轮切换定位装置，所述切换定位装置应用于红外光学传递函数测量仪目标发生器中靶轮，对其中的靶标(2)、滤光片(3)实现了旋转切换和精确定位，其特征在于，切换定位装置包括支架(1)、转动切换机构、定位机构和控制电路模组，所述支架(1)为一体的结构支承件，其中的转动切换机构和定位机构均装配于支架(1)的定位结构中，其中转动切换机构包括轴承座(4)、靶标转轮(5)、大轴承(6)、大齿轮(7)、靶轮步进电机(8)、靶轮电机齿轮(9)、滤光片转轮(10)、小轴承(11)、压圈(12)、扇齿轮(13)、滤光片步进电机(14)、滤光片电机齿轮(15)；其中靶标转轮(5)在表面特征上沿圆周方向均匀地设有十六个安装孔，同时靶标(2)固定在相应安装孔内，靶标转轮(5)的外圆柱端面均匀地设计有十六个V形定位槽；另外的滤光片转轮(10)一侧设计有三个安装孔，且滤光片转轮(10)的外圆柱端面设有三个V形定位槽，其中的滤光片(3)固定于安装孔内；

定位机构对靶标(2)、滤光片(3)实现在指定的位置精确定位，定位机构包括两组顶珠构件、光电开关Ⅰ(20)、开关挡片Ⅰ(21)、光电开关Ⅱ(22)、开关挡片Ⅱ(23)，其中的顶珠构件包括顶柱座(16)、钢球(17)、压簧(18)、调节螺套(19)，顶珠构件以顶柱座(16)为基体，装配于支架(1)上的定位靠面一侧，其中装配完成的钢球(17)、压簧(18)、调节螺套(19)设于顶柱座(16)内的中心线，同时顶柱座(16)内的中心线垂直于滤光片转轮(10)外圆柱端面所在圆的法线，压簧(18)设于钢球(17)、调节螺套(19)之间，而旋动调节螺套(19)可调节压簧(18)压力大小，使钢球(17)有沿中心线上下移动的自由度；

控制电路模组包括单片机(24)、步进电机驱动芯片Ⅰ(25)和步进电机驱动芯片Ⅱ(26)，其中的单片机(24)通过芯片管脚与步进电机驱动芯片Ⅰ(25)和步进电机驱动芯片Ⅱ(26)之间设有使能、方向和脉冲信号的通讯信号连接。

2.根据权利要求1所述的靶轮切换定位装置，其特征在于：所述轴承座(4)内径两端装配有大轴承(6)，其中靶标转轮(5)中心处设有的轴体穿过大轴承(6)内孔，且通过使用大齿轮(7)进行轴向固定，与轴承座(4)装配形成关于靶标转轮(5)的局部特征，再装配设于支架(1)中心处；且其中的靶轮电机齿轮(9)装配设于靶轮步进电机(8)的输出动力转轴上，调试安装位置，使其与大齿轮(7)形成啮合相连，构成关于靶标的转动切换机构模组。

3.根据权利要求1所述的靶轮切换定位装置，其特征在于：多个小轴承(11)设于靶标转轮(5)内孔，同时滤光片转轮(10)中心处设有的轴体穿过大轴承(6)内孔，通过压圈(12)进行轴向固定；扇齿轮(13)设于在滤光片转轮(10)圆周端面上，同时滤光片电机齿轮(15)装配设于滤光片步进电机(14)的输出动力转轴上，调试安装位置，使其与扇齿轮(13)形成啮合相连，构成关于滤光片的转动切换机构模组。

4.根据权利要求1所述的靶轮切换定位装置，其特征在于：所述的光电开关Ⅰ(20)、光电开关Ⅱ(22)分别设于靶轮步进电机(8)、滤光片步进电机(14)的一侧，同时光电开关Ⅰ(20)、光电开关Ⅱ(22)与单片机(24)的I/O口之间设有信号通讯相连；另外的开关挡片Ⅰ(21)设于在靶标转轮(5)上，开关挡片Ⅱ(23)设于在滤光片转轮(10)上。

5.根据权利要求1所述的靶轮切换定位装置，其特征在于：步进电机驱动芯片Ⅰ(25)和步进电机驱动芯片Ⅱ(26)均采用的是MS35775，是一个两相，管脚ENN为电机驱动使能，当ENN为低电平时打开输出驱动，高电平时关闭输出；管脚DIR为方向控制，高低电平控制电机正向或反向转动，管脚STEP为电机步进输入，每个脉冲控制电机转动一步。