专利名称：一种高精度测绘相机的调焦机构的制作方法
技术领域：
本发明属于空间光学遥感技术领域，具体涉及ー种高精度测绘相机的调焦机构。
背景技术：
传输型立体测绘卫星是获取全球范围地理空间信息的有效手段，用于快速获取全球范围的三维立体影像，通过地面测绘处理，实施打击目标的精确三维定位，生成全球框架基础地理信息。为我军全球应急作战和现代信息化战争条件下的联合作战提供快速、精确的地理信息保障。高精度测绘相机是立体测绘卫星关键的光学有效载荷，由独立的三个高精度测绘相机组成，三个相机之间保持一定的位置关系，对地面推扫形成三幅具有一定视角且相互重叠的航带图像。由于测绘相机光学系统焦距较长，卫星发射过程的振动、冲击以及复杂多变的在轨温度、压カ等环境的影响，相机的CCD靶面将不同程度的偏离相机的焦面，导致成像分辨率下降，而相机的主点位置精度以及主距的变化量直接影响地面目标定位精度。为了满足测绘相机地面像元分辨率和地面目标的定位精度，相机需设计有调焦环节用以补偿CCD靶面的离焦量，而且相机的调焦机构还需确保主点的位置精度。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了ー种高精度测绘相机的调焦机构，该调焦机构可以减小调焦机构的传动误差、轴向误差和径向误差，实现高精度调焦。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下ー种高精度测绘相机的调焦机构，该调焦机构包括调焦电机组件、凸轮组件、像面镜筒、编码器组件、相机后镜筒、保持器和保持器止推部件；调焦电机组件包括第一齿轮、第二齿轮、第一轴承、蜗杆、減速箱体、第三齿轮、电机、蜗轮轴和蜗轮；第一齿轮与电机连接；第一齿轮带动第二齿轮，两者啮合运动；第ニ齿轮与蜗杆固定连接，蜗杆分别由第一轴承和第二轴承支撑，第一轴承和第二轴承固定在减速箱体上；蜗杆通过蜗轮和蜗轮轴带动第二齿轮转动，第二齿轮固定在蜗轮轴上；电机固定在减速箱体上；凸轮组件包括凸轮、齿圈、小轴、小轴轴承、过渡轴和过渡轴座，齿圈与第三齿轮啮合，凸轮和齿圈固定连接；过渡轴座固定在像面镜筒上，凸轮上端通过固定在第一过渡轴上的小轴和小轴轴承与过渡轴座连接，凸轮下端通过固定在第二过渡轴上的小轴和小轴轴 承与过渡轴座连接；编码器组件包括编码器、第一消间隙齿轮和第二消间隙齿轮；第二消间隙齿轮固定在编码器上；编码器固定在后镜筒上，第一消间隙齿轮和第二消间隙齿轮与齿圈啮合；第一消间隙齿轮和第二消间隙齿轮相对运动。保持器包括第一保持器、第二保持器、第三保持器和第四保持器；第一保持器和第二保持器保持凸轮组件的位置；第三保持器和第四保持器保持像面镜筒的位置；第一保持器、第二保持器、第三保持器和第四保持器安装在相机后镜筒中；保持器止推部件包括止推板和修研垫，止推板和修研垫止推第二保持器。本发明工作原理外部主控系统控制调焦电机组件工作，调焦电机组件输出的转矩传递给凸轮组件，将回转运动转换为像面镜筒沿光轴的直线运动，移动像面镜筒，使景物像清晰的成在相机的焦平面上；编码器组件通过凸轮组件检测像面镜筒的移动量，将信息传递给外部主控系统。本发明的有益效果是本发明满足立体测绘卫星测绘精度的要求，是高精度立体测绘不可缺少的关键技术，对我国第一台传输型立体测绘卫星的发射成功是重要的技术保障，对立体测绘领域乃至光学技术领域都有重要价值。
图I本发明ー种高精度测绘相机的调焦机构的主视结构图。图2本发明图I的A-A剖视图。图3本发明调焦电机组件的俯视剖视图。图4本发明图2的E-E首I]视图。图5本发明图I的D-D剖视图。图6本发明图4的F-F首I]视图。图7是凸轮组件的结构设计图。图8是编码器组件的结构设计图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进ー步详细说明。如图I和图2所示，ー种高精度测绘相机的调焦机构，该调焦机构包括调焦电机组件、凸轮组件、像面镜筒41、编码器组件和相机后镜筒32、保持器和保持器止推部件。如图I和图3所示，调焦电机组件包括第一齿轮4、第二齿轮7、蜗杆9、減速箱体
10、第三齿轮20、电机67、蜗轮轴69和蜗轮76 ;本实施中调焦电机组件箱体通过螺钉I把调焦电机组件固定在相机后镜筒32上，销2保证调焦电机组件的复位精度，螺钉3将电机67固定在减速箱体10上，电机67带动第一齿轮4旋转，由销6和挡圈5将第一齿轮4固定，第一齿轮4带动第二齿轮7，两者啮合运动；第ニ齿轮7与蜗杆9固定连接，蜗杆9分别由第一轴承8和第二轴承12支撑，第二轴承12通过轴承压盖11固定在減速箱体10上，压盖11由螺钉13固定；蜗杆9通过蜗轮76和蜗轮轴69带动第三齿轮20转动，第三齿轮20通过销22和挡圈21固定在蜗轮轴69上，蜗轮轴69分别由第三轴承68和第四轴承74支撑，蜗轮轴69通过销70和挡圈71固定在蜗轮76上；エ艺盖15通过螺钉14固定在减速箱体10上，箱盖72通过螺钉73固定在减速箱体10上，第四轴承74通过轴承压盖75和螺钉80固定在减速箱体10上，蜗轮76通过蜗轮修切套77保证与蜗杆9的良好啮合。本实施例中，如图2、图4、图5、图6和图7所示，凸轮组件包括凸轮18、齿圈19、小轴23、26、52、55、小轴轴承25、28、51、57、过渡轴27,66和过渡轴座37、64，齿圈19与第三齿轮20啮合。如图7所示，凸轮18和齿圈19通过特殊螺钉42固定连接，凸轮18具有双凸轮曲线；钢珠16、31、33、40和保持架17、29、34、39组成保持器，第ー保持器16、17和第ニ保持器31、29保持凸轮18绕光轴转动；第三保持器33、34和第四保持器40、39保持像面镜筒41沿光轴前后移动，第一保持器16、17和第二保持器31、29通过止推板30和修研垫36止推，止推板30通过螺钉35固定在后镜筒32上，第三保持器33、34通过特殊螺钉49固定，第一保持器、第二保持器、第三保持器33、34和第四保持器40、39安装在相机后镜筒32中；过渡轴27、66通过大头螺钉38、65固定在过渡轴座37、64上，过渡轴座37、64通过螺钉59和销60固定在像面镜筒41上，凸轮18上端通过固定在第一过渡轴27上的四个小轴23、26、52、55和四个小轴轴承25、28、51、57与过渡轴座37连接，凸轮下端通过固定在第二过渡轴66上的四个小轴63和四个小轴轴承62与过渡轴座64连接，凸轮17通过小轴和小轴轴承，在旋转的过程中起到了消空回的作用；小轴通过挡圈24、53、54、56、61保持与轴承内圈的紧密连接，顶丝50、58防止小轴转动。本实施例中，如图I、图2和图8所示，编码器组件与齿圈19啮合，在齿圈19两侧各有ー组，其中一组编码器组件为备用；编码器组件包括编码器48、第一消间隙齿轮43、第二消间隙齿轮44和拉簧78 ;第二消间隙齿轮44通过销46和挡圈45固定在编码器48 上；第一消间隙齿轮43和第二消间隙齿轮44通过螺钉轴47和拉簧78连接；编码器48通过螺钉79固定在后镜筒32上，第一消间隙齿轮43和第二消间隙齿轮44与齿圈19啮合连接；第一消间隙齿轮43和第二消间隙齿轮44相对运动，拉簧78保持第一消间隙齿轮43和第二消间隙齿轮44的齿相互错开。相机后镜筒32材料为ZTC4，精加工后圆柱度O. 002mm，表面离子氮化处理后硬度> 38HRC。相机后镜筒32上安装调焦电机组件的平面与相机后镜筒32轴线的垂直度为O. 005mm ;相机后镜筒32上安装编码器组件的安装面与相机后镜筒32轴线的垂直度为
O.005mm。减速箱体10材料为7A09，蜗轮76安装孔、蜗杆9安装孔都是组合加工，与安装面的平行度为O. Olmm,蜗轮76安装孔轴线与蜗杆9安装孔轴线垂直度为O. Olmm,严格保证蜗轮76与蜗杆9的中心距。蜗轮76加工精度为5gGB10227-88，蜗杆9的加工精度为5gGB10227-88,中心距为11. 5±0. 008。第一齿轮4、第二齿轮7和第三齿轮20的加工精度均为5-6-5DEGB10095-88。第一齿轮4、第二齿轮7、第三齿轮20、蜗轮76和蜗杆9安装在减速箱体10上，保证啮合良好，进行跑合，跑合完后清洗，镀防冷焊膜，重新装调，继续跑合，然后清洗，安装。按图7所示的结构实施。齿圈19加工精度为4-5-4DE GB10095-88，齿圈19的内孔与凸轮18的外径研配，间隙为O. 008 一 O. 012mm。凸轮18凸轮槽的加工要严格保证，采取特殊エ艺保证凸轮槽不变形。按图8所示的结构实施。螺钉轴47、第一消间隙齿轮43、第二消间隙齿轮44和拉簧78组成消间隙齿轮组。第一消间隙齿轮43和第二消间隙齿轮44的加工精度均为5-6-5DE GB10095-88。为了满足立体测绘的精度，对测绘相机的调焦机构提出的技术要求是I、调焦机构的传动误差〈±8 μ m(3 σ )；2、在调焦行程内，CXD靶面绕光轴旋转< 5"3、主点位置精度即在调焦行程内，CXD靶面的直线性精度为X方向60"，Y方向60"；
4、调焦行程土 1mm。对设计的该调焦机构进行传动误差分析及直线性精度检测得出I、该调焦机构的传动误差± I. 71 μ m ;2、CCD靶面绕光轴的旋转4· 7";3、CCD靶面的直线性精度X方向11. 2"，Y方向11.8"；4、调焦行程± 2mm。
权利要求
1.ー种高精度测绘相机的调焦机构，其特征在于，该调焦机构包括调焦电机组件、凸轮组件、像面镜筒(41)、编码器组件、相机后镜筒(32)、保持器和保持器止推部件； 所述调焦电机组件包括第一齿轮(4)、第二齿轮(7)、蜗杆(9)、減速箱体(10)、第三齿轮(20 )、电机(67 )、蜗轮轴(69 )和蜗轮(76 );所述第一齿轮(4)与电机(67 )连接；第ー齿轮(4)带动第二齿轮(7)，两者啮合运动；第二齿轮(7)与蜗杆(9)固定连接；蜗杆(9)通过蜗轮(76 )和蜗轮轴(69 )带动第三齿轮(20 )转动，第三齿轮(20 )固定在蜗轮轴(69 )上；电机(67)固定在减速箱体(10)上； 所述凸轮组件包括凸轮(18)、齿圈(19)、小轴、小轴轴承、第一过渡轴(27)、第一过渡轴座(37)、第二过渡轴(66)和第二过渡轴座(64)，所述齿圈(19)与第三齿轮(20)啮合，凸轮(18)和齿圈(19)固定连接；第一过渡轴座(37)和第二过渡轴座(64)固定在像面镜筒(41)上，凸轮(18)上端通过固定在第一过渡轴(27)上的小轴和小轴轴承与第一过渡轴座(37)连接，凸轮(18)下端通过固定在第二过渡轴(66)上的小轴和小轴轴承与第二过渡轴座(64)连接； 所述编码器组件包括编码器(79)、第一消间隙齿轮(43)和第二消间隙齿轮(44);第ニ消间隙齿轮(44)固定在编码器(79)上；编码器(79)固定在后镜筒(32)上，第一消间隙齿轮(43)和第二消间隙齿轮(44)与齿圈(19)啮合连接；第一消间隙齿轮(43)和第二消间隙齿轮(44)相对运动； 所述保持器包括第一保持器、第二保持器、第三保持器和第四保持器；所述第一保持器和第二保持器保持凸轮组件的位置；第三保持器和第四保持器保持像面镜筒(41)的位置；第一保持器、第二保持器、第三保持器和第四保持器安装在相机后镜筒(31)中； 所述保持器止推部件包括止推板(30 )和修研垫(36 )，止推板(30 )和修研垫(36 )止推第二保持器。
2.如权利要求I所述的ー种高精度测绘相机的调焦机构，其特征在于，所述凸轮(18)具有双凸轮曲线。
3.如权利要求I所述的ー种高精度测绘相机的调焦机构，其特征在于，所述保持器由保持架和钢球组成。
4.如权利要求I所述的ー种高精度测绘相机的调焦机构，其特征在于，所述调焦电机组件还包括轴承压盖，轴承通过所述轴承压盖固定在減速箱体(10)上。
5.如权利要求I所述的ー种高精度测绘相机的调焦机构，其特征在于，所述调焦电机组件还包括蜗轮修切套(71)，所述蜗轮(76)通过蜗轮修切套(71)与蜗杆(9)连接。
6.如权利要求I所述的ー种高精度测绘相机的调焦机构，其特征在于，所述编码器组件还包括拉簧(78)，拉簧(78)保持第一消间隙齿轮(43)和第二消间隙齿轮(44)的齿相互错开。
7.如权利要求I所述的ー种高精度测绘相机的调焦机构，其特征在于，所述相机后镜筒(32)的材料为铸钛合金，其表面离子氯化处理后的硬度大于等于38HRC。
全文摘要
一种高精度测绘相机的调焦机构属于空间光学遥感技术领域，该调焦机构可以减小调焦机构的传动误差、轴向误差和径向误差，实现高精度调焦。该调焦机构包括调焦电机组件、凸轮组件、像面镜筒、编码器组件、相机后镜筒、保持器和保持器止推部件；本发明满足立体测绘卫星测绘精度的要求，是高精度立体测绘不可缺少的关键技术，对我国第一台传输型立体测绘卫星的发射成功是重要的技术保障，对立体测绘领域乃至光学技术领域都有重要价值。
文档编号G03B13/32GK102707544SQ20121017681
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者朱延江, 李朝辉, 王智 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所