一种匀速扇形扫描装置及方法与流程

本发明涉及一种扫描装置，尤其涉及一种匀速扇形扫描装置及方法，属于探测设备技术领域。

背景技术：

扫描是利用各种波探测捕捉信息的基本方式，在医用设备、雷达探测仪、激光扫描仪等技术领域中都具有极其广泛的应用。现有的扫描设备主要分为机械扫描和电扫描两大类扫描方式。其中，机械扫描是依靠机械传动和转动扫描头实现扫射线偏转的方式，主要应用于多面转镜扫描器、振镜扫描器(检流计式)、微电机系统(MEMS)、曲柄摇杆机构中；而电扫描是通过电磁效应实现射线偏转的方式，主要基于音圈电机和压电陶瓷、电磁偏转等。这两种扫描设备中，前者可实现的扫描范围较小且不适合实现高速匀速扫描；后者在扫描时电机始终处于正反转交替工作状态，存在故障率高、使用寿命较低的缺陷。而后续开发的阵相雷达由于造价高昂，目前只限制于军用，在民用科技领域仍无法普及应用。

技术实现要素：

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种匀速扇形扫描装置及方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种匀速扇形扫描装置及方法，包括壳体，壳体的内部设置有第一双联齿轮、第二双联齿轮、第三双联齿轮；第一双联齿轮由一号齿轮和二号齿轮组成，一号齿轮设置于二号齿轮的下方；一号齿轮的下端通过一二双联齿轮轴与设置于壳体外侧的控制电机相连接；

第二双联齿轮、第三双联齿轮分别设置于第一双联齿轮的左侧、右侧；第二双联齿轮包括三号齿轮、蓄能器、六号齿轮；三号齿轮和六号齿轮通过三六双联齿轮轴固定连接，蓄能器套置于三号齿轮和六号齿轮之间的三六双联齿轮轴上；六号齿轮设置于三号齿轮的上方；六号齿轮的上端通过三六双联齿轮轴与设置于壳体外侧的扫描器相连接；

第三双联齿轮由四号齿轮和五号齿轮组成，四号齿轮设置于五号齿轮的下方；四号齿轮、三号齿轮分别与二号齿轮、一号齿轮啮合相接；五号齿轮与六号齿轮啮合相接；一号齿轮、三号齿轮、五号齿轮、六号齿轮均为不完全齿轮。

蓄能器为双扭矩圆柱型弹簧。

一号齿轮和二号齿轮的节圆相同；三号齿轮和四号齿轮的节圆相同；五号齿轮和六号齿轮的节圆相同。

一种匀速扇形扫描装置的扫描方法，具体过程如下：

打开工作电源，控制电机启动，并带动一号齿轮和二号齿轮顺时针旋转；此时，一号齿轮与三号齿轮相啮合，五号齿轮和六号齿轮不啮合；

一号齿轮和二号齿轮向顺时针方向旋转时，三号齿轮和四号齿轮向啮合的反方向即逆时针方向旋转，并分别带动它们上端同轴的六号齿轮与五号齿轮向逆时针方向旋转；

当六号齿轮旋转α角度时，随即实现了扫描器在α范围的逆时针扫描；将此刻一号齿轮相对应的旋转角度标记为β；

当一号齿轮在控制电机的带动下继续顺时针转动进入γ角度范围时，一号齿轮与三号齿轮不啮合，而五号齿轮和六号齿轮相啮合；

随着一号齿轮的顺时针转动，四号齿轮在二号齿轮的啮合作用下逆时针旋转，同时带动五号齿轮逆时针旋转，并使六号齿轮在五号齿轮的啮合作用下顺时针旋转，实现扫描器在α范围的顺时针回程扫描；

当一号齿轮继续顺时针旋转行驶至下一个β角度时，又会带动扫描器在α范围进行逆时针扫描，如此周而复始，不断循环，实现扫描器的不间断扇形扫描；

六号齿轮和三号齿轮在顺、逆同轴旋转过程中，通过蓄能器进行能量的吸收和释放，使装置得到有效的缓冲，降低对主动轮和从动轮的运动冲击；而蓄能器在能量释放的过程中，又由于一号齿轮和五号齿轮的限制作用无法进行快速反转，从而保证了扫描器的匀速扫描。

本发明能够实现扫描器的匀速扇形扫描，可以有效解决传统扇形扫描装置扫描速度不均匀、对电机冲击损伤较大等缺陷，从而保证装置的工作稳定性以及使用寿命；此外，本发明还具有结构简单、生产成本较低的优点，适合于大规模的推广应用，对消费者而言具有极高的使用价值。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为双联齿轮的啮合状态示意图。

图3为双联齿轮的工作原理示意图。

图中：1、一号齿轮；2、二号齿轮；3、三号齿轮；4、四号齿轮；5、五号齿轮；6、六号齿轮；7、一二双联齿轮轴；8、三六双联齿轮轴；9、蓄能器；10、扫描器；11、壳体；12、控制电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～3所示，本发明包括壳体11，壳体11的内部设置有第一双联齿轮、第二双联齿轮、第三双联齿轮；第一双联齿轮由一号齿轮1和二号齿轮2组成，一号齿轮1设置于二号齿轮2的下方；一号齿轮1的下端通过一二双联齿轮轴7与设置于壳体11外侧的控制电机12相连接，一号齿轮1、二号齿轮2可在控制电机12的带动下向同一方向旋转；

第二双联齿轮、第三双联齿轮分别设置于第一双联齿轮的左侧、右侧；第二双联齿轮包括三号齿轮3、蓄能器9、六号齿轮6；三号齿轮3和六号齿轮6通过三六双联齿轮轴8固定连接，蓄能器9套置于三号齿轮3和六号齿轮6之间的三六双联齿轮轴8上；六号齿轮6设置于三号齿轮3的上方；六号齿轮6的上端通过三六双联齿轮轴8与设置于壳体11外侧的扫描器10相连接；六号齿轮6旋转时会带动扫描器10沿三六双联齿轮轴8旋转，从而实现对物方的扇形扫描；

第三双联齿轮由四号齿轮4和五号齿轮5组成，四号齿轮4设置于五号齿轮5的下方；四号齿轮4、三号齿轮3分别与二号齿轮2、一号齿轮1啮合相接；五号齿轮5与六号齿轮6啮合相接。

一号齿轮1、三号齿轮3、五号齿轮5、六号齿轮6均为不完全齿轮，且一号齿轮1与三号齿轮3之间、五号齿轮5和六号齿轮6之间不同时啮合；若控制电机12带动一号齿轮1顺时针旋转：当一号齿轮1与三号齿轮3相啮合时，六号齿轮6与三号齿轮3同步逆时针转动；当五号齿轮5与六号齿轮6相啮合时，六号齿轮6顺时针转动；当上述两种状态间隔出现时，即可实现三六双联齿轮轴8在一定角度内的来回旋转，从而实现扫描器10的扇形扫描。

蓄能器9为双扭矩圆柱型弹簧，它的两端分别固定在三号齿轮3和六号齿轮6上，另一端则固定设置于壳体11上。蓄能器9可在六号齿轮6顺、逆向转动时吸收或释放动能，有效降低齿轮在转向时的冲击，延长装置的使用寿命。

一号齿轮1和二号齿轮2的节圆相同；三号齿轮3和四号齿轮4的节圆相同；五号齿轮5和六号齿轮6的节圆相同。

一种匀速扇形扫描装置的扫描方法，具体过程如下：

打开工作电源，控制电机12启动，并带动一号齿轮1和二号齿轮2顺时针旋转；此时，一号齿轮1与三号齿轮3相啮合，五号齿轮5和六号齿轮6不啮合；

一号齿轮1和二号齿轮2向顺时针方向旋转时，三号齿轮3和四号齿轮4向啮合的反方向即逆时针方向旋转，并分别带动它们上端同轴的六号齿轮6与五号齿轮5向逆时针方向旋转；

当六号齿轮6旋转α角度时，随即实现了扫描器10在α范围的逆时针扫描；将此刻一号齿轮1相对应的旋转角度标记为β；

当一号齿轮1在控制电机12的带动下继续顺时针转动进入γ角度范围时，一号齿轮1与三号齿轮3不啮合，而五号齿轮5和六号齿轮6相啮合；

随着一号齿轮1的顺时针转动，四号齿轮4在二号齿轮2的啮合作用下逆时针旋转，同时带动五号齿轮5逆时针旋转，并使六号齿轮6在五号齿轮5的啮合作用下顺时针旋转，实现扫描器10在α范围的顺时针回程扫描；

当一号齿轮1继续顺时针旋转行驶至下一个β角度时，又会带动扫描器10在α范围进行逆时针扫描，如此周而复始，不断循环，实现扫描器10的不间断扇形扫描；

六号齿轮6和三号齿轮3在顺、逆同轴旋转过程中，通过蓄能器9进行能量的吸收和释放，使装置得到有效的缓冲，降低对主动轮和从动轮的运动冲击；而蓄能器9在能量释放的过程中，又由于一号齿轮1和五号齿轮5的限制作用无法进行快速反转，从而保证了扫描器10的匀速扫描。

本发明中三组双联齿轮也可用棘轮、槽轮、凸轮(包括电子凸轮)、曲柄摇杆机构等间歇运动机构替代，但均难以实现输出轴的匀速转动；蓄能器为双扭矩圆柱弹簧，也可用单扭矩圆柱弹簧、板簧、重锤、电磁蓄能器等各种可以蓄能的元器件或装置替代，但本发明装置的结构更简单、工作更可靠、成本更低廉。

本发明与传统技术相比，具有以下优势：

(1)、三组双联齿轮分别啮合的传动机构，充分利用了齿轮传动匀速、平稳、啮合齿轮间的反向转动以及双联齿轮同轴同转向同转速的特点，使本发明具有传速平稳、扫描均匀的优点。

(2)、利用不完整齿轮的间歇运动特点，结合三组双联齿轮分别啮合的传动机构，实现了输入轴(电机)转向固定、输出轴匀速不间断正反转运动。

(3)、利用双扭力弹簧作为蓄能器，吸收和释放系统正反转的扭力势能，有效降低系统转动换向时的冲击，使系统运动更平稳，传动系统相关部件、电机、扫描器免受震动冲击，延长装置的使用寿命。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。