专利名称：正反螺旋调焦机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及航天调焦领域，特别是一种正反螺旋调焦机构。
背景技术：
目前，空间光学遥感器的调焦机构多数采用丝杠螺母机构，通过丝杠的圆周运动 转化为反射镜的直线运动，从而调节焦距的长度，实现调焦的目的。但是丝杠螺母机构结构 空回量大，机构稳定性差。因此，研究一种新型的空间光学遥感器的调焦机构势在必行。
发明内容
针对上述情况，为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种正反螺旋调焦机构，可以 有效解决结构空回量大、结构稳定性差的问题。本发明解决技术问题采用的技术方案是，正反螺旋调焦机构，包括反射镜、反射镜 背板支撑结构、底板结构、导向杆结构、正反螺旋丝杠结构、两个连杆、步进电机和多圈绝对 式编码器，反射镜装在反射镜背板支撑结构上，反射镜背板支撑结构装在底板结构上，正反 螺旋丝杠结构装在底板结构下部，其一端与步进电机相连，另一端与多圈绝对式编码器相 连，正反螺旋丝杠结构的中部通过连杆与反射镜背板支撑结构相连。本发明由于采用了正反螺旋丝杠、左右旋螺母及双连杆的配合结构代替单方向螺 旋的丝杠螺母结构，提高了整个调焦机构受力均勻性，减小了丝杠螺母机构间的空回量及 沿正反螺旋丝杠轴线方向的镜面晃动量；同时通过四个直线轴承和两个导向杆及两个导轨 的导向作用，增加了调焦机构运动的平稳性，减小了反射镜的晃动；多圈绝对式编码器的使 用增强了调焦的实时性和可控性。
图1是本发明的正反螺旋调焦机构的结构剖视图。图2是本发明的正反螺旋调焦机构的仰视图。图3是本发明的连杆相向运动最近位置的示意图。图4是本发明的连杆相反运动最远位置的示意图。图5是本发明的螺母套结构示意图。图中，1、反射镜，2、反射镜背板，3、导轨，4、导轨滑块，5、支腿，6、步进电机，7、多 圈绝对式编码器，8、连杆，9、电机支座，10、编码器支座，11、底板，12、连接孔，13、正反螺旋 丝杆，14、左旋法兰螺母，15、右旋法兰螺母，16、螺母套，17、联轴器，18、轴承压盖，19、挡圈， 20、轴承，21、导向杆支座，22、导向杆。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。由图1、2所示，正反螺旋调焦机构，其特征在于，包括反射镜1、反射镜背板支撑结构、底板结构、导向杆结构、正反螺旋丝杠结构、两个连杆8、步进电机6和多圈绝对式编码 器7，反射镜1装在反射镜背板支撑结构上，反射镜背板支撑结构装在底板结构上，正反螺 旋丝杠结构装在底板结构下部，其一端与步进电机6相连，另一端与多圈绝对式编码器7相 连，正反螺旋丝杠结构的中部通过连杆8与反射镜背板支撑结构相连。由图1、2所示，所说的反射镜背板支撑结构包括反射镜背板2、导轨3、导轨滑块4 和支腿5，反射镜1固定在反射镜背板2外底面，反射镜背板2的两侧装有导轨3，导轨滑块 4固定在支腿5的侧面上，导轨3和导轨滑块4相连。由图1、2所示，所说的反射镜背板2呈长方槽型，其开口朝向底板11。由图1、2所示，所说的底板结构包括底板11、电机支座9和编码器支座10，底板11 两端部上面与支腿5相连，底板11两端部下面分别与电机支座9和编码器支座10相连，底 板11中间开有连接孔12 ；所说的步进电机6装在电机支座9上，所说的多圈绝对式编码器 7装在编码器支座10上。由图1、2所示，所说的正反螺旋丝杠结构包括正反螺旋丝杠13、左旋法兰螺母14、 右旋法兰螺母15、两个螺母套16、联轴器17和轴承压盖18，正反螺旋丝杆13的一端穿过电 机支座9并通过联轴器17与步进电机6相连，其另一端穿过编码器支座10并通过联轴器 17与多圈绝对式编码器7相连，左旋法兰螺母14装在正反螺旋丝杆13中部靠近步进电机 6的一侧，右旋法兰螺母15装在正反螺旋丝杆13中部靠近多圈绝对式编码器7的一侧，左 旋法兰螺母14和右旋法兰螺母15均固定在螺母套16上。由图1、2所示，所说的正反螺旋丝杆13呈阶梯轴状；所说的两个螺母套16中一个 螺母套16的两端两个圆形孔圆心之间距离与另一个螺母套16的两端两个圆形孔圆心之间 的距离相等。由图1、2所示，所说的正反螺旋丝杆13与电机支座9之间装有轴承压盖18，轴承 压盖18固定在电机支座9上；轴承压盖18内装有轴承；所说的正反螺旋丝杆13与编码器 支座10之间装有挡圈19，挡圈19之间装有轴承20。由图1、2所示，所说的两个连杆8结构相同，且两个连杆8首尾两端中心孔的圆心 之间距离相等；连杆8的一端与反射镜背板2相连，另一端穿过底板11的连接孔12与螺母 套16相连；两个连杆8整体呈倒八字形。由图1、2所示，所说的导向杆结构包括四个导向杆支座21和两个导向杆22，四个 导向杆支座21两个一组对应固定在底板11的两端，两个导向杆22穿过导向杆支座21和 螺母套16并通过弹性挡圈固定在底板11上。由图1、2所示，所说的电机支座9的中心孔圆心、四个导向杆支座21的中心孔圆 心和编码器支座10的中心孔圆心在平行于底板11的平面上；所说的底板11与反射镜背板 2的底面相平行；所说的螺母套16和导向杆22之间装有轴承20，轴承两端装有挡圈19。本发明包括反射镜1、反射镜背板2、导轨3、支腿5、底板11、步进电机6、电机支 座9、联轴器17、锁紧螺母、正反螺旋丝杠13、轴承压盖18、左旋法兰螺母14、右旋法兰螺母 15、多圈绝对式编码器7、小轴、深沟球轴承、连杆8、导向杆支座21、导向杆22、编码器支座 10、螺母套16。如图1、图2所示反射镜1通过内六角螺钉与反射镜背板2紧固；两端的 导轨3的滑轨通过内六角螺钉与反射镜背板2紧固，导轨3的滑块通过内六角螺钉与支腿 5紧固；支腿5通过圆锥销与底板11限位，通过内六角螺钉与底板11紧固；步进电机6通过内六角螺钉与电机支座9紧固；电机支座9通过内六角螺钉与底板11紧固；角接触球轴 承通过锁紧螺母、电机支座9、轴承压盖18和正反螺旋丝杠13限位；丝杠通过联轴器17 — 端与步进电机6联结，一端与多圈绝对式编码器7联结；轴承压盖18通过内六角螺钉与电 机支座9紧固；左旋法兰螺母14通过内六角螺钉与螺母套16紧固；右旋法兰螺母15通过 内六角螺钉与螺母套16紧固；深沟球轴承通过孔用弹性挡圈、轴用弹性挡圈、正反螺旋丝 杠13和编码器支座10限位；多圈绝对式编码器7通过内六角螺钉与编码器支座10紧固； 连杆8通过小轴、深沟球轴承一端与反射镜背板2联结，一端与螺母套16联结；四个导向杆 支座21通过内六角螺钉与底板11紧固；两个导向杆22穿过导向杆支座21，两端通过轴用 弹性挡圈限位；编码器支座10通过内六角螺钉与底板11紧固；四个直线轴承分别穿过螺 母套16两端用轴用弹性挡圈限位；本发明中的四个直线轴承和两套导轨3对整个结构起到导向作用和支撑作用，左 旋法兰螺母14和右旋法兰螺母15同步运动，运动距离大小相等，方向相反。本发明中的反射镜1采用SiC材料制成。反射镜背板2采用高体份硅铝合金材料 制成。支腿5采用ZTC材料制成。底板11采用TC4材料制成。电机支座9采用TC4材料 制成。锁紧螺母采用45#钢材料制成。正反螺旋丝杠13采用GCrl5材料制成。轴承压盖 18采用45#钢材料制成。左旋法兰螺母14和右旋法兰螺母15采用QSn6. 5-0. 1材料制成。 小轴采用40Cr材料制成。连杆8、导向杆支座21采用TC4材料制成。导向杆22采用GCrl5 材料制成。编码器支座10、螺母套16采用TC4材料制成。圆锥销采用ICrlSNiOTi材料制 成。导轨3选用SRS12WM+70L。步进电机6选用BYG020G型号。角接触球轴承选用7000C 型号。深沟球轴承选用61800型号。选用Q235材料的内六角螺钉。选择65Mn材料制成的 轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈和联轴器17。本发明的工作原理当步进电机6输出正向转动力矩，通过联轴器17带动正反螺 旋丝杠13顺时针转动，左旋法兰螺母14和右旋法兰螺母15通过直线轴承和导向杆22的导 向作用，产生远离对方的直线运动，螺母套16通过左旋法兰螺母14和右旋法兰螺母15的 直线运动拉动两个连杆8的近端，使两个连杆8绕各自的远端转动，两个连杆8间的夹角变 大，反射镜1和反射镜背板2伴随着连杆8的夹角增大，经过两端的导轨3的导向作用，产 生沿导轨3方向直线运动，从而完成远离焦面的调焦运动。当步进电机6输出反向转动力 矩，通过联轴器17带动正反螺旋丝杠13逆时针转动，左旋法兰螺母14和右旋法兰螺母15 通过直线轴承和导向杆22的导向作用，产生靠近对方的直线运动，螺母套16通过左旋法兰 螺母14和右旋法兰螺母15的直线运动拉动两个连杆8的近端，使两个连杆8绕各自的远 端转动，两个连杆8间的夹角变小，反射镜1和反射镜背板2伴随着连杆8的夹角较小，经 过两端的导轨3的导向作用，产生沿导轨3方向直线运动，从而完成靠近焦面的调焦运动。本发明由于采用了正反螺旋丝杠、左右旋螺母及双连杆的配给代替单方向螺旋的 丝杠螺母，提高了整个调焦机构受力均勻性，减小了丝杠螺母机构间的空回量及沿正反螺 旋丝杠轴线方向的镜面晃动量；同时通过四个直线轴承和两个导向杆及两个导轨的导向作 用，增加了调焦机构运动的平稳性，减小了反射镜的晃动；多圈绝对式编码器的使用增强了 调焦的实时性和可控性。
权利要求
1.正反螺旋调焦机构，其特征在于，包括反射镜(1)、反射镜背板支撑结构、底板结构、 导向杆结构、正反螺旋丝杠结构、两个连杆(8)、步进电机(6)和多圈绝对式编码器(7)，反 射镜(1)装在反射镜背板支撑结构上，反射镜背板支撑结构装在底板结构上，正反螺旋丝 杠结构装在底板结构下部，其一端与步进电机(6)相连，另一端与多圈绝对式编码器(7)相 连，正反螺旋丝杠(13)结构的中部通过连杆(8)与反射镜背板支撑结构相连。
2.根据权利要求1所述的正反螺旋调焦机构，其特征在于，所说的反射镜背板支撑结 构包括反射镜背板O)、导轨(3)、导轨滑块(4)和支腿(5)，反射镜(1)固定在反射镜背板 (2)外底面，反射镜背板O)的两侧装有导轨(3)，导轨滑块(4)固定在支腿(5)的侧面上， 导轨(3)和导轨滑块(4)相连。
3.根据权利要求1或2所述的正反螺旋调焦机构，其特征在于，所说的反射镜背板(2) 呈长方槽型，其开口朝向底板(11)。
4.根据权利要求1或2所述的正反螺旋调焦机构，其特征在于，所说的底板结构包括 底板(11)、电机支座(9)和编码器支座(10)，底板(11)两端部上面与支腿( 相连，底板(11)两端部下面分别与电机支座(9)和编码器支座(10)相连，底板(11)中间开有连接孔(12)；所说的步进电机(6)装在电机支座(9)上，所说的多圈绝对式编码器(7)装在编码器 支座(10)上。
5.根据权利要求1或2所述的正反螺旋调焦机构，其特征在于，所说的正反螺旋丝杠结 构包括正反螺旋丝杠(1 、左旋法兰螺母(14)、右旋法兰螺母(1 、两个螺母套(16)、联轴 器(17)和轴承压盖(18)，正反螺旋丝杆(13)的一端穿过电机支座(9)并通过联轴器(17) 与步进电机(6)相连，其另一端穿过编码器支座(10)并通过联轴器(17)与多圈绝对式编 码器(7)相连，左旋法兰螺母(14)装在正反螺旋丝杆(1 中部靠近步进电机(6)的一侧， 右旋法兰螺母(1 装在正反螺旋丝杆(1 中部靠近多圈绝对式编码器(7)的一侧，左旋 法兰螺母(14)和右旋法兰螺母(1 均固定在螺母套(16)上。
6.根据权利要求5所述的正反螺旋调焦机构，其特征在于，所说的正反螺旋丝杆(13) 呈阶梯轴状；所说的两个螺母套(16)中一个螺母套(16)的两端两个圆形孔圆心之间距离 与另一个螺母套(16)的两端两个圆形孔圆心之间的距离相等。
7.根据权利要求5所述的正反螺旋调焦机构，其特征在于，所说的正反螺旋丝杆(13) 与电机支座(9)之间装有轴承压盖(18)，轴承压盖(18)固定在电机支座(9)上；轴承压盖(18)内装有轴承；所说的正反螺旋丝杆(13)与编码器支座(10)之间装有挡圈(19)，挡圈(19)之间装有轴承(20)。
8.根据权利要求1或2所述的正反螺旋调焦机构，其特征在于，所说的两个连杆(8)结 构相同，且两个连杆(8)首尾两端中心孔的圆心之间距离相等；连杆(8)的一端与反射镜背 板( 相连，另一端穿过底板(11)的连接孔(1 与螺母套(16)相连；两个连杆(8)整体 呈倒八字形。
9.根据权利要求1所述的正反螺旋调焦机构，其特征在于，所说的导向杆结构包括四 个导向杆支座和两个导向杆0 ，四个导向杆支座两个一组对应固定在底板 (11)的两端，两个导向杆02)穿过导向杆支座和螺母套(16)并通过弹性挡圈固定在 底板(11)上。
10.根据权利要求1或2或9所述的正反螺旋调焦机构，其特征在于，所说的电机支座(9)的中心孔圆心、四个导向杆支座的中心孔圆心和编码器支座(10)的中心孔圆心在 平行于底板(11)的平面上；所说的底板(11)与反射镜背板( 的底面相平行；所说的螺母 套(16)和导向杆(22)之间装有轴承(20)，轴承两端装有挡圈(19)。
全文摘要
本发明涉及航天调焦领域，特别是一种正反螺旋调焦机构。本发明包括反射镜、反射镜背板支撑结构、底板结构、导向杆结构、正反螺旋丝杠结构、两个连杆、步进电机和多圈绝对式编码器，反射镜装在反射镜背板支撑结构上，反射镜背板支撑结构装在底板结构上，正反螺旋丝杠结构装在底板结构下部，其一端与步进电机相连，另一端与多圈绝对式编码器相连，正反螺旋丝杠结构的中部通过连杆与反射镜背板支撑结构相连。本发明提高了整个调焦机构受力均匀性，减小了丝杠螺母机构间的空回量及反射镜的镜面晃动量、增加了调焦机构运动的平稳性，增强了调焦的实时性和可控性。
文档编号G02B7/198GK102073124SQ20101060738
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者张学军, 张银鹤, 杨会生, 柴方茂, 胡海飞 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所