CN108073015B - 一种用于空间相机的高精度线性调焦机构 - Google Patents

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Abstract

一种用于空间相机的高精度线性调焦机构，涉及空间光学遥感技术领域，解决现有技术中凸轮型调焦机构加工困难以及连杆型调焦机构调焦量非线性的问题。包括调焦支架、焦平面组件、驱动组件和编码器组件；焦平面组件上固定有四根直线导轨，每根直线导轨上设有两个沿直线导轨自由滑动的滑块，滑块与滑块安装座固定连接，滑块安装座通过滑块修整垫与调焦支架连接；驱动组件一端固定在调焦支架上，另一端固定在焦平面组件上，通过驱动组件实现焦平面组件在导轨滑块上相对滑动，实现焦平面位置的调整，编码器组件固定在调焦支架上，通过编码器对焦面位置进行测试及反馈。本发明具有调焦精度高，加工装配容易，能够线性的控制调焦位移，结构紧凑等优点。

Description

一种用于空间相机的高精度线性调焦机构
技术领域
本发明涉及空间光学遥感技术领域，具体涉及一种空间相机的高精度线性调焦机构。
背景技术
空间光学相机不同于地面光学仪器，它在随火箭发射过程中会经受冲击、振动、过载等苛刻力学环境；此外，空间相机在轨工作阶段还会受到微重力、高真空、温度交变等环境条件影响，空间相机在经受这一系列恶劣环境后，会使得主次镜或者透镜组间隔发生改变，从而导致最佳焦平面位置发生一定程度的偏移，直接影响相机的成像质量。为了保证空间相机在复杂环境条件下的成像质量，需要对空间相机的焦平面位置加以修正，使得相机在拍摄过程中能够将目标区域准确地成像在CMOS的感光面上。
目前国内空间相机的调焦机构多采用凸轮机构或者连杆机构进行调焦，其中凸轮型调焦机构对凸轮曲线的加工要求较高，而连杆型调焦机构结构复杂，调焦量非线性，无形中增加了调焦控制的难度。
发明内容
本发明提供一种空间相机高精度线性调焦机构，解决现有技术中凸轮型调焦机构加工困难以及连杆型调焦机构调焦量非线性的问题。
一种空间相机高精度线性调焦机构，包括调焦支架、焦平面组件、驱动组件和编码器组件；所述焦平面组件上固定有四根直线导轨，每根直线导轨上设有两个沿直线导轨自由滑动的滑块，所述滑块与滑块安装座固定连接，滑块安装座通过滑块修整垫与调焦支架固定连接；所述驱动组件一端固定在调焦支架上，另一端固定在焦平面组件上，通过所述驱动组件实现焦平面组件在导轨滑块上相对滑动，实现焦平面位置的调整，所述编码器组件固定在调焦支架上，通过编码器对焦面位置进行测试及反馈。
本发明的有益效果：所述的空间相机高精度线性调焦机构采用蜗轮蜗杆副及丝杠螺纹副将步进电机输出轴的旋转运动转化为丝杠轴的直线运动，通过丝杠轴直接带动焦平面组件移动，进而实现焦面位置的调整。该调焦机构具有调焦精度高，加工装配容易，能够线性的控制调焦位移，结构紧凑等优点，此外该机构还具有能自锁功能，能够充分保证最佳像质位置不发生改变。
附图说明
图1为本发明所述的一种空间相机高精度线性调焦机构主视图；
图2为本发明所述的一种空间相机高精度线性调焦机构仰视图；
图3为本发明所述的一种空间相机高精度线性调焦机构驱动组件主视图；
图4为本发明所述的一种空间相机高精度线性调焦机构驱动组件A-A向剖视图；
图5为本发明所述的一种空间相机高精度线性调焦机构编码器组件剖视图。
图中：1、调焦支架，2、焦平面组件，3、驱动组件，4、编码器组件，5、直线导轨，6、滑块，7、调整块，8、滑块安装座，9、滑块修整垫，301、步进电机，302、步进电机支架，303、联轴器，304、第一角接触轴承，305、蜗杆箱，306、蜗杆，307、第一齿轮，308、蜗轮轴，309、蜗轮，310、键，311、轴承座，312、第二角接触轴承，313、丝杠轴，401、编码器，402、第二齿轮，403、轴承内圈压盖，404、螺纹压圈，405、第三齿轮，406、第三角接触轴承。407、第四齿轮，408、齿轮固定轴，409、编码器支架。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图5说明本实施方式，一种空间相机高精度线性调焦机构，包括调焦支架1、焦平面组件2、驱动组件3和编码器组件4。
所述焦平面组件2上固定有四根直线导轨5，每根直线导轨上设有两个可以沿直线导轨自由滑动的滑块6，所述滑块与滑块安装座8固定连接，滑块安装座通过滑块修整垫9与调焦支架1固定连接；所述驱动组件3一端固定在调焦支架1上，另一端固定在焦平面组件2上，通过所述驱动组件可以实现焦平面组件在导轨滑块上相对滑动，进而实现焦平面位置的调整，所述编码器组件4通过编码器支架409固定在调焦支架1上，通过编码器401可以对焦面位置进行测试及反馈。
所述驱动组件3包括步进电机301、步进电机支架302、联轴器303、第一角接触轴承304、蜗杆箱305、蜗杆306、第一齿轮307、蜗轮轴308、蜗轮309、键310、轴承座311、第二角接触轴承312和丝杠轴313。所述步进电机301通过步进电机支架302固定在调焦支架1上，步进电机输出轴通过联轴器303与蜗杆306相连，所述蜗杆306蜗轮309啮合，蜗轮与蜗轮轴308通过键310固定连接，蜗轮轴与丝杠轴313通过螺纹连接，第一齿轮307与蜗轮轴通过定位销固定连接。
所述蜗杆306与蜗杆箱305通过第一角接触轴承304连接，所述第一角接触轴承一端通过蜗杆轴肩限位，另一端通过轴承盖压紧；所述蜗杆箱305与轴承座311通过螺钉固连。
所述蜗轮轴308与轴承座311之间通过第二角接触轴承连接，所述第二角接触轴承312一端通过蜗轮轴及蜗轮限位，另一端通过轴承盖压紧。
所述编码器组件包括编码器401、第二齿轮402、轴承内圈压盖403、螺纹压圈404、第三齿轮405、第三角接触轴承406、第四齿轮407、齿轮固定轴408、编码器支架409。所述编码器401通过编码器支架409固定在调焦支架1上，第二齿轮402通过销钉与编码器401固定连接，所述齿轮固定轴408与编码器支架409固定连接，第四齿轮407与齿轮固定轴408通过第三角接触轴承406连接，所述第三角接触轴承一端通过齿轮固定轴及第四齿轮限位，另外一端通过螺纹压圈404及轴承内圈压盖40压紧，第三齿轮405与第四齿轮407之间为过盈配合连接，并采用两个销钉限位，第四齿轮407上装有轴端挡圈，可以防止第三齿轮405轴向移动，所述第二齿轮402与第四齿轮407啮合，第三齿轮与驱动组件中的第一齿轮307啮合。
焦平面组件上设有直线导轨定位靠肩和调整块7，所述定位靠肩位于直线导轨的内侧，调整块7设置于直线导轨的外侧，此外调整块还可以通过限制滑块移动位移对整个调焦机构起到机械限位的作用。
本发明的结构件材料选择在保证机械性能前提下，尽量减轻重量，调焦支架1、滑块安装座8、滑块修整垫9、蜗杆箱305、步进电机支架302、轴承座311以及编码器支架409选用机械性能较好、密度较小的铝合金材料；传动部件蜗杆306和蜗轮轴308选用耐磨性能较好的40Cr材料；蜗轮309选用锡青铜材料。
以上为本发明的具体实施方式，但绝非对本发明的限制，任何在本发明保护范围内做的改进或等效替换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种空间相机高精度线性调焦机构，包括调焦支架(1)、焦平面组件(2)、驱动组件(3)和编码器组件(4)，其特征是：
所述焦平面组件(2)上固定有四根直线导轨(5)，每根直线导轨上设有两个沿直线导轨自由滑动的滑块(6)，所述滑块(6)与滑块安装座(8)固定连接，滑块安装座(8)通过滑块修整垫(9)与调焦支架(1)固定连接；
所述驱动组件(3)一端固定在调焦支架(1)上，另一端固定在焦平面组件(2)上，通过所述驱动组件(3)实现焦平面组件(2)在导轨滑块上相对滑动，实现焦平面位置的调整，所述编码器组件(4)固定在调焦支架(1)上，通过编码器(401)对焦面位置进行测试及反馈；
所述驱动组件(3)包括步进电机(301)、步进电机支架(302)、联轴器(303)、第一角接触轴承(304)、蜗杆箱(305)、蜗杆(306)、第一齿轮(307)、蜗轮轴(308)、蜗轮(309)、键(310)、轴承座(311)、第二角接触轴承(312)和丝杠轴(313)；
所述步进电机(301)通过步进电机支架(302)固定在调焦支架(1)上，步进电机输出轴通过联轴器(303)与蜗杆(306)相连，所述蜗杆(306)蜗轮(309)啮合，蜗轮与蜗轮轴(308)通过键(310)固定连接，蜗轮轴(308)与丝杠轴(313)通过螺纹连接，第一齿轮(307)与蜗轮轴(308)通过定位销固定连接；
所述蜗杆(306)与蜗杆箱(305)通过第一角接触轴承(304)连接，所述第一角接触轴承(304)一端通过蜗杆轴肩限位，另一端通过轴承盖压紧；所述蜗杆箱(305)与轴承座(311)通过螺钉固连；
所述蜗轮轴(308)与轴承座(311)之间通过第二角接触轴承(312)连接，所述第二角接触轴承(312)一端通过蜗轮轴(308)及蜗轮限位，另一端通过轴承盖压紧。
2.根据权利要求1所述的一种空间相机高精度线性调焦机构，其特征在于：所述编码器组件(4)包括编码器(401)、第二齿轮(402)、轴承内圈压盖(403)、螺纹压圈(404)、第三齿轮(405)、第三角接触轴承(406)、第四齿轮(407)、齿轮固定轴(408)和编码器支架(409)；
所述编码器(401)通过编码器支架(409)固定在调焦支架(1)上，第二齿轮(402)通过销钉与编码器(401)固定连接，所述齿轮固定轴(408)与编码器支架(409)固定连接，第四齿轮(407)与齿轮固定轴(408)通过第三角接触轴承(406)连接，所述第三角接触轴承(406)一端通过齿轮固定轴及第四齿轮(407)限位，另外一端通过螺纹压圈(404)及轴承内圈压盖(403)压紧，第三齿轮(405)与第四齿轮(407)之间为过盈配合连接，并采用两个销钉限位，第四齿轮(407)上装有轴端挡圈，所述第二齿轮(402)与第四齿轮(407)啮合，第三齿轮(405)与驱动组件中的第一齿轮(307)啮合。
3.根据权利要求1所述的一种空间相机高精度线性调焦机构，其特征在于：所述焦平面组件(2)上设有直线导轨定位靠肩和调整块(7)，所述定位靠肩位于直线导轨的内侧，调整块(7)设置于直线导轨的外侧，调整块(7)通过限制滑块移动位移对调焦机构起到机械限位的作用。
4.根据权利要求1所述的一种空间相机高精度线性调焦机构，其特征在于：所述调焦支架(1)、滑块安装座(8)和滑块修整垫(9)的材料为铝合金材料。
5.根据权利要求1所述的一种空间相机高精度线性调焦机构，其特征在于：所述蜗杆箱(305)、步进电机支架(302)和轴承座(311)的材料为铝合金材料，蜗杆(301)和蜗轮轴(308)选用40Cr材料；蜗轮(309)选用锡青铜材料。
6.根据权利要求2所述的一种空间相机高精度线性调焦机构，其特征在于：所述编码器支架(409)选用铝合金材料。
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