一种单向驱动往复运动式调焦机构的制作方法
【专利摘要】一种单向驱动往复运动式调焦机构属于空间光学成像领域，目的在于解决现有技术采用丝杠丝母结构调节存在的易产生卡死、抗冲击振动能力差、布局困难及占用较多星上资源的问题。本发明包括调焦基座、直线轴承结构、焦平面组件安装基座、圆柱凸轮机构、蜗轮蜗杆机构和步进电机；圆柱凸轮机构包括滚子安装座、凸轮滚子、圆柱凸轮和凸轮基座；凸轮滚子通过滚子安装座固定安装在焦平面组件安装基座上，圆柱凸轮通过凸轮基座设置在调焦基座上，凸轮滚子与圆柱凸轮配合，圆柱凸轮轴线与光轴平行；焦平面组件安装基座通过直线轴承结构和调焦基座配合，步进电机通过蜗轮蜗杆机构带动圆柱凸轮转动，进而通过凸轮滚子带动焦平面组件安装基座沿光轴方向运动。
【专利说明】
一种单向驱动往复运动式调焦机构
【技术领域】
[0001]本发明属于空间光学成像【技术领域】，具体涉及一种用于空间相机的单向驱动往复运动式调焦机构。
【背景技术】
[0002]在空间光学成像【技术领域】，当空间相机经过了运载环境之后，或在空间热环境发生了较大变化后，又或是轨道高度作了很大调整之后，都可能产生相机成像面沿光轴方向偏移的现象。因此为保证相机清晰成像，空间相机必须具备调焦功能。
[0003]目前空间相机的调焦机构大多采用丝杠丝母结构，该结构由丝杠及丝母二个配套组成，并辅以与丝杠轴向平行的两个导向滑轨。为保障丝杠丝母结构的丝母在有效行程内运动，必须在行程两端的极限位置处配置限位，以避免丝母越程脱离丝杠轴而使丝母脱落，这种结构在两个极限运动位置极易产生卡死现象，抗冲击振动能力较差，而且由于其质量及尺寸较大，导致该种结构在焦距较短的空间相机中布局困难；并且该种结构必须通过电机的正、反转才能实现调焦方向的转换，因此其一般采用闭环控制，在电机的驱动控制方面也会占用较多的星上资源。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种单向驱动往复运动式调焦机构，解决现有技术采用丝杠丝母结构调节存在的易产生卡死、抗冲击振动能力差、布局困难及占用较多星上资源的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明的一种单向驱动往复运动式调焦机构包括调焦基座、直线轴承结构、焦平面组件安装基座、圆柱凸轮机构、蜗轮蜗杆机构和步进电机；
[0006]所述圆柱凸轮机构包括滚子安装座、凸轮滚子、圆柱凸轮和凸轮基座；所述凸轮滚子通过滚子安装座固定安装在所述焦平面组件安装基座上，所述圆柱凸轮通过凸轮基座设置在所述调焦基座上，所述凸轮滚子与所述圆柱凸轮配合，所述圆柱凸轮轴线与光轴平行；
[0007]所述焦平面组件安装基座通过直线轴承结构和所述调焦基座配合，所述步进电机通过蜗轮蜗杆机构带动所述圆柱凸轮转动，进而通过凸轮滚子带动焦平面组件安装基座沿光轴方向往复运动。
[0008]所述直线轴承结构包括外轴承环、滚珠保持架、滚珠和内轴承环；所述内轴承环通过过盈配合镶嵌在所述焦平面组件安装基座上，所述外轴承环通过过盈配合镶嵌在所述调焦基座上，滚珠通过滚珠保持架均匀分布在内轴承环和外轴承环之间，所述滚珠与内轴承环和外轴承环之间过盈配合，所述滚珠保持架端部设置有限位压圈。
[0009]所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮、蜗杆和蜗杆基座；所述蜗杆基座固定在凸轮基座上，蜗杆两端通过一对角接触轴承安装在蜗杆基座上，所述角接触轴承两端设置有轴承压盖，所述蜗轮和所述圆柱凸轮同轴。
[0010]所述步进电机固定安装在蜗杆基座上，所述步进电机的输出轴通过沟槽式联轴器与所述蜗杆相连。
[0011]所述圆柱凸轮通过凸轮基座设置在所述调焦基座上具体为:圆柱凸轮的两端通过一对角接触轴承安装在凸轮基座上，所述凸轮基座固定在所述调焦基座上，所述角接触轴承两端设置有轴承压盖。
[0012]所述调焦机构还包括导向销钉；所述导向销钉设置在调焦基座上，所述焦平面组件安装基座与所述导向销钉相对应位置设置有槽，所述导向销钉在所述槽中相对滑动。
[0013]本发明的有益效果为:本发明的一种单向驱动往复运动式调焦机构将焦平面组件直接安装在调焦机构上，通过直接改变焦平面位置来达到调焦的目的。本发明通过采用“蜗轮蜗杆机构+圆柱凸轮机构+直线轴承结构”实现了焦面调焦功能。步进电机通过蜗轮副带动圆柱凸轮机构转动，使凸轮滚子实现沿直线轴承结构导向的往复运动，进而带动焦平面组件沿光轴方向往复运动，从而达到调焦的目的。
[0014]采用蜗轮蜗杆机构，实现了调焦机构的自锁功能，保证了空间相机成像的稳定性，而且又将步进电机进一步细分，可以忽略步进电机少量丢步对机构精度的影响；采用圆柱凸轮机构，实现了调焦机构的单向驱动往复运动功能，避免了丝杠丝母结构在两极限位置卡死的问题，并且使机构的整体尺寸得以减小，还方便了调焦开环控制的实施，有效节省了星上资源。
[0015]直线轴承结构的使用，实现了调焦机构沿直线轴承结构导向的滚动摩擦运动，有效提高了调焦机构直线运动的稳定性，大大降低了焦平面组件的晃动量，能够将调焦机构的直线运动晃动量控制在角秒的一次方量级，为空间相机的高清成像提供了强有力的技术保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的一种单向驱动往复运动式调焦机构结构示意图；
[0017]图2为本发明的一种单向驱动往复运动式调焦机构结构剖视图；
[0018]其中:1、步进电机，2、沟槽式联轴器，3、蜗杆，4、蜗轮，5、圆柱凸轮，6、轴承压盖，7、凸轮滚子，8、滚子安装座，9、焦平面组件安装基座，10、内轴承环，11、滚珠，12、滚珠保持架，
13、外轴承环，14、调焦基座，15、限位压圈，16、导向销钉，17、凸轮基座，18、蜗杆基座。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0020]参见附图1和附图2，本发明的一种单向驱动往复运动式调焦机构包括调焦基座
14、直线轴承结构、焦平面组件安装基座9、圆柱凸轮机构、蜗轮蜗杆机构和步进电机I;
[0021]所述圆柱凸轮机构包括滚子安装座8、凸轮滚子7、圆柱凸轮5和凸轮基座17 ;所述凸轮滚子7通过滚子安装座8固定安装在所述焦平面组件安装基座9上，凸轮滚子7通过开槽螺钉紧固在滚子安装座8上，所述圆柱凸轮5通过凸轮基座17设置在所述调焦基座14上，所述凸轮滚子7安装在圆柱凸轮5的凸轮曲线槽内，与所述圆柱凸轮5配合，所述圆柱凸轮5轴线与光轴平行；
[0022]所述焦平面组件安装基座9通过直线轴承结构和所述调焦基座14配合，所述步进电机I通过蜗轮蜗杆机构带动所述圆柱凸轮5转动，进而通过凸轮滚子7带动焦平面组件安装基座9沿光轴方向往复运动。
[0023]所述直线轴承结构包括外轴承环13、滚珠保持架12、滚珠11和内轴承环10 ;所述内轴承环10通过过盈配合镶嵌在所述焦平面组件安装基座9上，所述外轴承环13通过过盈配合镶嵌在所述调焦基座14上，滚珠11通过过盈配合安装在内轴承环10和外轴承环13之间，并通过滚珠保持架12保证了其分布的均匀性。所述滚珠保持架12端部设置有限位压圈15，通过限位压圈15对滚珠保持架12进行轴向限位。
[0024]所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮4、蜗杆3和蜗杆基座18 ;所述蜗杆基座18固定在凸轮基座17上，蜗杆3两端通过一对角接触轴承安装在蜗杆基座18上，所述角接触轴承两端通过设置轴承压盖6消除间隙；所述蜗轮4和所述圆柱凸轮5同轴。
[0025]所述步进电机I安装在蜗杆基座18上，所述步进电机I的输出轴通过沟槽式联轴器2与所述蜗杆3相连。
[0026]所述圆柱凸轮5通过凸轮基座17设置在所述调焦基座14上具体为:圆柱凸轮5的两端通过一对角接触轴承安装在凸轮基座17上，所述凸轮基座17通过内六角螺钉固定在所述调焦基座14上，所述角接触轴承两端设置有轴承压盖6。
[0027]所述调焦机构还包括导向销钉16 ;所述导向销钉16设置在调焦基座14上，所述焦平面组件安装基座9与所述导向销钉16相对应位置设置有槽，所述导向销钉16在所述槽中相对滑动。
[0028]通过蜗轮蜗杆机构的传动带动了与蜗轮4同轴的圆柱凸轮5转动，凸轮滚子7即可在圆柱凸轮5的凸轮槽内往复运动，同时带动了焦平面组件安装基座9通过滚珠11及滚珠保持架12沿光轴方向的往复运动，这样就形成了单向驱动往复运动式调焦机构。
[0029]为了保障调焦机构运动的顺畅性及稳定性，在调焦机构安装完毕之后需对该机构进行一定时间的跑合试验，对机构中相应的传动机构进行磨合。
[0030]本发明的步进电机I采用四相步进电机I ;调焦基座14、凸轮基座17、蜗杆基座18选用的材料比刚度越大效果越好，本实施例采用钛合金TC4铣削加工，并研磨凸轮基座17及蜗杆基座18的安装面保证其与调焦基座14的轴向位置关系；圆柱凸轮5采用不锈钢材料，并进行调质处理；滚珠11必须进行筛选，保证其直径差优于±0.0Olmm ;机构中所有活动部件处均需采用航天润滑脂进行润滑处理。该种调焦机构重量仅为1.7kg，调焦行程±5mm,全程晃动量优于30角秒，定位精度优于0.005mm,空回优于0.01mm。
【权利要求】
1.一种单向驱动往复运动式调焦机构，其特征在于，包括调焦基座(14)、直线轴承结构、焦平面组件安装基座(9)、圆柱凸轮机构、蜗轮蜗杆机构和步进电机(I)； 所述圆柱凸轮机构包括滚子安装座(8)、凸轮滚子(7)、圆柱凸轮(5)和凸轮基座(17)；所述凸轮滚子(7)通过滚子安装座(8)固定安装在所述焦平面组件安装基座(9)上，所述圆柱凸轮(5)通过凸轮基座(17)设置在所述调焦基座(14)上，所述凸轮滚子(7)与所述圆柱凸轮(5)配合，所述圆柱凸轮(5)轴线与光轴平行； 所述焦平面组件安装基座(9)通过直线轴承结构和所述调焦基座(14)配合，所述步进电机(I)通过蜗轮蜗杆机构带动所述圆柱凸轮(5)转动，进而通过凸轮滚子(7)带动焦平面组件安装基座(9)沿光轴方向往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种单向驱动往复运动式调焦机构，其特征在于，所述直线轴承结构包括外轴承环(13)、滚珠保持架(12)、滚珠(11)和内轴承环(10);所述内轴承环(10)通过过盈配合镶嵌在所述焦平面组件安装基座(9)上，所述外轴承环(13)通过过盈配合镶嵌在所述调焦基座(14)上，滚珠(11)通过滚珠保持架(12)均匀分布在内轴承环(10)和外轴承环(13)之间，所述滚珠(11)与内轴承环(10)和外轴承环(13)之间过盈配合，所述滚珠保持架(12)端部设置有限位压圈(15)。
3.根据权利要求1所述的一种单向驱动往复运动式调焦机构，其特征在于，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮(4)、蜗杆(3)和蜗杆基座(18);所述蜗杆基座(18)固定在凸轮基座(17)上，蜗杆(3)两端通过一对角接触轴承安装在蜗杆基座(18)上，所述角接触轴承两端设置有轴承压盖(6)，所述蜗轮⑷和所述圆柱凸轮(5)同轴。
4.根据权利要求3所述的一种单向驱动往复运动式调焦机构，其特征在于，步进电机(I)固定安装在所述蜗杆基座(18)上，所述步进电机(I)的输出轴通过沟槽式联轴器(2)与所述蜗杆(3)相连。
5.根据权利要求1所述的一种单向驱动往复运动式调焦机构，其特征在于，所述圆柱凸轮(5)通过凸轮基座(17)设置在所述调焦基座(14)上具体为:圆柱凸轮(5)的两端通过一对角接触轴承安装在凸轮基座(17)上，所述凸轮基座(17)固定在所述调焦基座(14)上，所述角接触轴承两端设置有轴承压盖(6)。
6.根据权利要求1所述的一种单向驱动往复运动式调焦机构，其特征在于，所述调焦机构还包括导向销钉(16);所述导向销钉(16)设置在调焦基座(14)上，所述焦平面组件安装基座(9)与所述导向销钉(16)相对应位置设置有槽，所述导向销钉(16)在所述槽中相对滑动。
【文档编号】G03B13/34GK104238235SQ201410370415
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】解鹏, 金光, 张雷, 邢利娜, 徐振 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所