用于红外光路的可变温定标黑体组件快速切换机构的制作方法

本发明涉及红外技术领域，具体涉及一种用于红外光路的可变温定标黑体组件快速切换机构。

背景技术：

某型红外大视场高分辨率对地观测扫描仪的机上实时定标的过程定在对地正扫与反扫之间的时间空隙，时间空隙为0.5s，其中200ms内将可变温定标黑体组件切入光路，停留100ms完成定标的图像采集，图像采集过程中可变温定标黑体组件不能动，然后，再200ms内将可变温定标黑体组件切出光路。这种位置及时间的苛刻要求给切换机构带来了不小的挑战。

目前，实时定标切换机构多采用将黑体装在转盘上，通过控制指令在定标时将黑体切入、切出光路。如专利CN104075814A及CN104133201A。这种切换方式使得切换时间和位置精度成为一对矛盾，切换时间短，则位置精度及稳定性难以保证。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种将可变温定标黑体组件快速、准确、稳定地切入、切出红外光路的切换机构。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种一种用于红外光路的可变温定标黑体组件快速切换机构，该机构包括：可变温定标黑体组件01、直线导轨对02、滑块04、连杆06、曲柄07、直流伺服电机08、触点板05和触条板03；

所述曲柄07为U型结构，曲柄07的U型结构左上端与直流伺服电机08的输出轴固连于U型结构左上端端点O，该U型结构左上端端点O为曲柄07回转轴心；所述曲柄07的U型结构左下端与连杆06的一端通过轴承铰连于U型结构左下端端点B，连杆06的另一端与滑块04中部通过轴承铰连，从而曲柄07在绕型结构左上端端点O回转时，经过U型结构左下端端点B带动连杆06、进而带动滑块04沿导轨方向平动；而滑块04被直线导轨对02所限制，只能沿导轨方向平动；

由U型结构左上端端点O起始，沿导轨的运动方向，背离导轨的一侧做射线，定义为OA方向，射线OA、直流伺服电机08的定子、触点板05及直线导轨对02的固定条为切换机构的固定不动部分；

由U型结构左上端端点O起始，经过U型结构左下端端点B做射线，定义为OB方向，射线OB与曲柄07相对固定；

射线OB由与射线OA重合位置起，顺时针扫过的角度定义为θ；

因曲柄07通过两个机械限位限制，使得其顺时针扫过的角度θ的角度范围为0°～180°；

当角度θ为0°时，可变温定标黑体组件01处于切出光路状态，当角度θ为180°时，可变温定标黑体组件01处于切入光路状态；

角度θ为0°或180°时，曲柄07有微小转动时，曲柄07的U型结构左下端端点B的运动方向与射线OA垂直，滑块04的平动为曲柄07的U型结构左下端端点B运动的高阶无穷小，这有效保证了可变温定标黑体组件01切换到位的精度及稳定性。

其中，所述触条板03与可变温定标黑体组件01均固连于滑块04，可变温定标黑体组件01的供电电缆与触条板03的触条导通，触点板05的触点与外部电缆导通，切出光路状态时，触条板03的触条与触点板05的触点弹性连接，可变温定标黑体组件01处于供电状态，切入光路状态时，触条板03的触条与触点板05的触点断开，可变温定标黑体组件01处于断电状态。

其中，当可变温定标黑体组件01处于切出光路状态时，所述角度θ为0°，接到切入指令，曲柄07有微小转动时，曲柄07的U型结构左下端端点B的运动方向与射线OA垂直，滑块04的平动为曲柄07的B点运动的高阶无穷小，直流伺服电机08启动时，需要克服的惯量仅为转子自身的转动惯量和曲柄07对回转轴心U型结构左上端端点O的转动惯量，而滑块04及可变温定标黑体组件01的质量对直流伺服电机08启动没有影响，直流伺服电机08转子的转动惯量不大，曲柄07材料采用铝合金，转动惯量也不大，这种机构有效提高了直流伺服电机08的启动速度，缩短了切换时间。

其中，当可变温定标黑体组件01处于切入光路状态时，所述角度θ为180°，曲柄07有微小转动时，曲柄07的U型结构左下端端点B的运动方向与射线OA垂直，滑块04的平动为曲柄07的U型结构左下端端点B运动的高阶无穷小，这有效保证了可变温定标黑体组件01切换到位的精度及稳定性。

其中，可变温定标黑体组件01的供电是由触条板03的触条13与触点板05的触点14弹性连接实现的；

所述触条13一端用螺钉固连于触条板上，触条13另一端为带圆弧的接触块，触条13的中间部分为薄而长的弹片结构；

所述触点14为带圆弧的接触块结构；所述触条13与可变温定标黑体组件01的供电端导通，所述触点14与外部电缆导通；

可变温定标黑体组件01处于切出光路状态时，触条13的带圆弧的接触块部分位于触点14上方，此时触条的中间弹片部分一定的弹性形变量，所述弹性形变量能使得触条13与触点14之间有一定预压力，进而使得外部电缆与可变温定标黑体组件01的供电端可靠导通，实现供电功能，这避免了可变温定标黑体组件01的供电电缆连接，避免了电缆对切换速度的影响，提高了切换速度。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明曲柄滑块的驱动方式，降低了电机的启动压力；通过采用直流伺服电机，降低了电机的转动惯量；通过触点接触的方式为可变温定标黑体组件供电，消除了导线对切换速度的干扰，最终实现了0.5s的快速切换功能，同时曲柄滑块机构原理有效保证了可变温定标黑体组件切换到位后的位置精度及稳定性。

本发明采用了曲柄滑块机构原理，在曲柄与切换方向夹角是0°时，黑体处于切出光路状态；在曲柄与切换方向夹角是180°时，黑体处于切入光路状态。曲柄所处的特殊角度并结合机械限位可以有效保证切入及切出光路两个状态的位置精度及稳定性，同时相比转盘结构，曲柄滑块机构有效降低了电机的启动压力，提高了切换速度。同时，通过触点接触的方式为可变温定标黑体组件供电，避免了导线连接，消除了导线对切换速度的干扰。

附图说明

图1为用于红外光路的可变温定标黑体组件快速切换机构原理图；

图2为触条板与触点板弹性接触原理图；

图3为用于红外光路的可变温定标黑体组件快速切换机构实施例图；

图4为定标机构座的结构图。

其中，01、可变温定标黑体组件；02、直线导轨对；03、触条板；04、滑块；05、触点板；06、连杆、07、曲柄；08、直流伺服电机；09、光电开关；10、弹簧；11、定标机构座；12、弹簧预紧力调节环；13、触条；14、触点；15、切出状态定位块；16、切入状态定位块。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于红外光路的可变温定标黑体组件快速切换机构，如图1-图4所示，该机构包括：可变温定标黑体组件01、直线导轨对02、滑块04、连杆06、曲柄07、直流伺服电机08、触点板05和触条板03；

所述曲柄07为U型结构，曲柄07的U型结构左上端与直流伺服电机08的输出轴固连于U型结构左上端端点O，该U型结构左上端端点O为曲柄07回转轴心；所述曲柄07的U型结构左下端与连杆06的一端通过轴承铰连于U型结构左下端端点B，连杆06的另一端与滑块04中部通过轴承铰连，从而曲柄07在绕型结构左上端端点O回转时，经过U型结构左下端端点B带动连杆06、进而带动滑块04沿导轨方向平动；而滑块04被直线导轨对02所限制，只能沿导轨方向平动；

由U型结构左上端端点O起始，沿导轨的运动方向，背离导轨的一侧做射线，定义为OA方向，射线OA、直流伺服电机08的定子、触点板05及直线导轨对02的固定条为切换机构的固定不动部分；

由U型结构左上端端点O起始，经过U型结构左下端端点B做射线，定义为OB方向，射线OB与曲柄07相对固定；

射线OB由与射线OA重合位置起，顺时针扫过的角度定义为θ；

因曲柄07通过两个机械限位限制，使得其顺时针扫过的角度θ的角度范围为0°～180°；

当角度θ为0°时，可变温定标黑体组件01处于切出光路状态，当角度θ为180°时，可变温定标黑体组件01处于切入光路状态；

角度θ为0°或180°时，曲柄07有微小转动时，曲柄07的U型结构左下端端点B的运动方向与射线OA垂直，滑块04的平动为曲柄07的U型结构左下端端点B运动的高阶无穷小，这有效保证了可变温定标黑体组件01切换到位的精度及稳定性。

其中，所述触条板03与可变温定标黑体组件01均固连于滑块04，可变温定标黑体组件01的供电电缆与触条板03的触条导通，触点板05的触点与外部电缆导通，切出光路状态时，触条板03的触条与触点板05的触点弹性连接，可变温定标黑体组件01处于供电状态，切入光路状态时，触条板03的触条与触点板05的触点断开，可变温定标黑体组件01处于断电状态。

其中，当可变温定标黑体组件01处于切出光路状态时，所述角度θ为0°，接到切入指令，曲柄07有微小转动时，曲柄07的U型结构左下端端点B的运动方向与射线OA垂直，滑块04的平动为曲柄07的B点运动的高阶无穷小，直流伺服电机08启动时，需要克服的惯量仅为转子自身的转动惯量和曲柄07对回转轴心U型结构左上端端点O的转动惯量，而滑块04及可变温定标黑体组件01的质量对直流伺服电机08启动没有影响，直流伺服电机08转子的转动惯量不大，曲柄07材料采用铝合金，转动惯量也不大，这种机构有效提高了直流伺服电机08的启动速度，缩短了切换时间。

其中，当可变温定标黑体组件01处于切入光路状态时，所述角度θ为180°，曲柄07有微小转动时，曲柄07的U型结构左下端端点B的运动方向与射线OA垂直，滑块04的平动为曲柄07的U型结构左下端端点B运动的高阶无穷小，这有效保证了可变温定标黑体组件01切换到位的精度及稳定性。

其中，可变温定标黑体组件01的供电是由触条板03的触条13与触点板05的触点14弹性连接实现的；

所述触条13一端用螺钉固连于触条板上，触条13另一端为带圆弧的接触块，触条13的中间部分为薄而长的弹片结构；

所述触点14为带圆弧的接触块结构；所述触条13与可变温定标黑体组件01的供电端导通，所述触点14与外部电缆导通；

可变温定标黑体组件01处于切出光路状态时，触条13的带圆弧的接触块部分位于触点14上方，此时触条的中间弹片部分一定的弹性形变量，所述弹性形变量能使得触条13与触点14之间有一定预压力，进而使得外部电缆与可变温定标黑体组件01的供电端可靠导通，实现供电功能，这避免了可变温定标黑体组件01的供电电缆连接，避免了电缆对切换速度的影响，提高了切换速度。

下面结合具体实施例来详细描述本发明。

实施例

本实施例提供一种用于红外光路的可变温定标黑体组件快速切换机构，包括：可变温定标黑体组件01，直线导轨对02，触条板03，滑块04，触点板05，连杆06，曲柄07，直流伺服电机08，光电开关09，弹簧10，定标机构座11，弹簧预紧力调节环12，触条13，触点14，切出状态定位块15，切入状态定位块16。

所述定标机构座11为矩形框架结构，前端有U形开口，供可变温定标黑体组件01切入切出通过，中间边框用于固定所述直线导轨对02的固定轨，后端法兰面用于固定直流伺服电机08的外壳上端面，所述光电开关09及触点板05均固连于定标机构座11矩形框架的后下部，弹簧预紧力调节环12与直流伺服电机08的外壳的下部固连，固连以前弹簧预紧力调节环12相对于直流伺服电机08的外壳可做角度调整，上述零件构成了定标机构的固定部分。所述曲柄07为U型结构，曲柄07的U型结构左上端与直流伺服电机08的输出轴固连于O点，由O点起始，沿导轨的运动方向，背离导轨的一侧做射线，定义为OA向，曲柄07只能与直流伺服电机08的输出轴一起做回转运动，所述曲柄07的U型结构左下端与连杆06的一端通过轴承铰连于B点，由O点起始，经过B点做射线，定义为OB向，射线OB与曲柄07固定，射线OB由与OA重合位置起，顺时针扫过的角度定义为θ；曲柄07被切出状态定位块15，切入状态定位块16限制，其回转角度范围为0°～180°，连杆06的另一端与滑块04中部通过轴承铰连，所述滑块04的两边分别连接直线导轨对02的滑动轨，这样，滑块04被直线导轨对02所限制，只能相对定标机构座11做平移运动，触条板03与可变温定标黑体组件01均固连于滑块04，上述零件构成了定标机构的运动部分。所述弹簧10为扭簧，弹簧10上端与所述曲柄07的U形结构右上角部分固连，弹簧10下端与弹簧预紧力调节环12固连，前述弹簧预紧力调节环12相对于直流伺服电机08的外壳的角度调整可以调整弹簧10的预紧力。

曲柄07旋转角度θ为0°时，可变温定标黑体组件01处于切出光路状态，曲柄07旋转角度θ为180°时，可变温定标黑体组件01处于切入光路状态；可变温定标黑体组件01的供电端与触条板03的触条导通，切出光路状态时，触条板03的触条与触点板05的触点弹性连接，可变温定标黑体组件01处于供电状态，切入光路状态时，触条板03的触条与触点板05的触点断开，可变温定标黑体组件01处于断电状态。

所述直流伺服电机08处于断电状态时，由于弹簧10提供给曲柄07的预紧力作用，曲柄07旋转角度θ为0°位置，可变温定标黑体组件01处于切出光路状态，触条板03的触条与触点板05的触点弹性连接，可变温定标黑体组件01处于供电状态，以控制可变温定标黑体组件01的温度；当直流伺服电机08加电时，电机输出轴带动曲柄07克服弹簧10提供的预紧力而做功，曲柄07的旋转角度θ开始增加，一直旋转到180°，到达机械限位，停止旋转，此时，可变温定标黑体组件01处于切入光路状态，同时光电开关09受到触发，给出一个切换到位的信号，系统开始定标采图；定标采图完成后，直流伺服电机08断电，曲柄07在弹簧10预紧力的作用下开始反转，旋转角度快速回复到0°，可变温定标黑体组件01又处于切出光路状态。

本实施例，最终实现了0.5s的快速切换功能，同时有效保证了可变温定标黑体组件切换到位后的位置精度及稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。