扫描反射镜的大传动比高精度扫描运动装置的制作方法

本发明属于精密仪器技术领域，具体涉及一种实现近红外光栅光谱仪中扫描反射镜进行低速小角度高精度扫描运动的装置。

背景技术：

在近红外光栅光谱仪中，需要通过反射镜的扫描运动来采集获取视场内一定范围的图像数据。

通常的红外光谱仪反射镜的扫描运动中，一般采用直流微电机驱动齿轮或者蜗轮蜗杆的方式来进行减速传动，某些情况下也可以使用力矩电机通过键连接进行传动。

齿轮传动的传动比一般在2—6范围内，减速比有限不能起到很好的减速效果，而且在扫描过程中不可避免的产生回程误差，影响了扫描精度；蜗轮蜗杆的传动比可达10—200，具有比较高的减速比，能达到理想的减速效果，但由于在传动过程中存在配合间隙，同样存在回程误差，另外蜗轮蜗杆还具有加工难度大，加工成本高等缺点；力矩电机的动子组直接通过键与扫描运动的旋转轴进行连接，这种方式误差小精度高，但由于缺少减速机构，扫描运动的速度受到限制，不适用于低速情况下的扫描运动。

在近红外光栅光谱仪中，需要反射镜以与水平面45°夹角位置为起始零点，在其±1.5°范围内进行扫描，来采集图像信息，同样由于探测器分辨能力的要求，扫描速度需要严格控制，保证在1.2°/s以内，且整个扫描过程速度平缓稳定，无跳动和空回。而适用的直流微电机额定转速一般为8000—16000n/min，配合电机减速箱（最高减速比约为5000：1），输出转速最低为1.5—4n/min≈7.5°—30°/s。

显然，上述三种传动方式都很难满足要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于螺杆曲柄机构的大传动比高精度扫描运动装置，适用于红外光谱仪中反射镜的低速高精度的扫描运动，结构简单，降低了加工难度，确保了结构的稳定性与精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：扫描反射镜的大传动比高精度扫描运动装置，包括底座以及设置在底座上的支架、导向传动组和驱动组，所述的支架上设有扫描框架，扫描框架内设置有扫描镜组，所述的扫描镜组通过曲柄组与导向传动组连接；所述的扫描镜组由反射镜框和扫描反射镜组成，反射镜框通过两端的一对角接触球轴承安装在扫描框架上，反射镜框两侧分别连接有固定旋转轴和曲柄连接旋转轴；所述的曲柄组由曲柄连杆和连接在曲柄连杆末端的推杆螺柱组成，所述推杆螺柱的圆柱体上嵌套有滑套；所述的导向传动组由传动螺杆、固定在传动螺杆两端的轴承座以及与传动螺杆连接的传动螺母组成，两轴承座之间设有导向固定座，所述的传动螺母两端分别通过拉簧连接轴承座，所述的传动螺母底端通过燕尾槽与导向固定座配合安装；所述的曲柄连杆与曲柄连接旋转轴连接，所述的滑套安装在传动螺母顶端的直线驱动槽内；所述的驱动组由安装在电机固定座上的直流微电机组和依次连接在电机输出轴上的电机轴芯套与联轴器组成；所述的联轴器连接所述的传动螺杆。

所述的扫描反射镜的大传动比高精度扫描运动装置，其扫描反射镜通过压块固定在反射镜框上，所述的压块通过螺钉与反射镜框连接固定。

所述的扫描反射镜的大传动比高精度扫描运动装置，其轴承座内设有与传动螺杆连接的深沟球轴承。

所述的扫描反射镜的大传动比高精度扫描运动装置，其传动螺母左右两端分别设有挂钩，所述的导向固定座通过挂钩与拉簧连接。

所述的扫描反射镜的大传动比高精度扫描运动装置，其电机轴芯套通过轴芯套固定销与电机输出轴连接；所述的联轴器通过联轴器固定销与电机轴芯套连接。

所述的扫描反射镜的大传动比高精度扫描运动装置，其轴承座内设有深沟球轴承，所述的传动螺杆两端分别连接深沟球轴承。

本发明的有益效果是：当驱动组通过传动螺杆带动传动螺母在燕尾槽导向固定座上直线往复运动时，传动螺母推动曲柄组绕扫描框架两侧耳的中心轴做旋转运动，同时带动曲柄连接旋转轴做相同的旋转运动，反射镜做扫描运动，从而将直流微电机输出的旋转运动通过传动螺杆转化为传动螺母沿燕尾槽的直线运动，起到一级减速作用，而传动螺母通过其上端的直线驱动槽和曲柄组的滑套，将其直线运动转化为曲柄组绕近轴端的扫描轴的旋转运动，起到二级减速作用，经过两次运动的转换，机构整体减速比高达500—1000，减速效果十分显著。同时，采用拉簧消除了螺杆和螺母传动过程中的回程误差，很好的提高了传动精度，实现了扫描反射镜低速高精度的旋转扫描运动。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明扫描镜组的三维视图；

图3为图2的剖视图；

图4为本发明曲柄组的三维视图；

图5为图4的剖视图；

图6为本发明导向传动组的三维视图；

图7为本发明驱动组的三维视图；

图8为图7的剖视图。

各附图标记为：1—扫描镜组，1.1—扫描框架，1.2—反射镜，1.3—反射镜框，1.4—压块，1.5—固定旋转轴，1.6—角接触球轴承，1.7—曲柄连接旋转轴，2—曲柄组，2.1—曲柄连杆，2.2—滑套，2.3—推杆螺柱，3—导向传动组，3.1—传动螺杆，3.2—拉簧，3.3—挂钩，3.4—传动螺母，3.5—导向固定座，3.6—深沟球轴承，3.7—轴承座，4—驱动组，4.1—联轴器，4.2—电机轴芯套，4.3—电机固定座，4.4—直流微电机组，4.5—联轴器固定销，4.6—轴芯套固定销，5—底座，6—支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1至图8所示，本发明公开了一种基于螺杆曲柄机构的大传动比高精度扫描运动装置，包括底座5以及设置在底座5上的支架6、导向传动组3和驱动组4，支架6通过螺钉固定在底座5上，所述的驱动组4上连接有导向传动组3，所述的支架6上设有扫描框架1.1，扫描框架1.1内设置有扫描镜组1，所述的扫描镜组1通过曲柄组2与导向传动组3连接，导向传动组3通过直线驱动槽与曲柄组2配合传动。

如图2和图3所示，所述的扫描镜组1由反射镜框1.3和扫描反射镜1.2组成，扫描反射镜1.2通过压块1.4固定在反射镜框1.3上，所述的压块1.4通过螺钉与反射镜框1.3连接固定，反射镜框1.3通过两侧耳上的一对角接触球轴承1.6安装在扫描框架1.1上，反射镜框1.3两侧耳上的安装端面通过螺钉分别连接有固定旋转轴1.5和曲柄连接旋转轴1.7，两旋转轴与安装在扫描框架1.1两侧耳轴承槽内的角接触球轴承1.6进行配合安装，使反射镜1.2能够实现旋转扫描运动。

如图4和图5所示，所述的曲柄组2为z型杆状，由曲柄连杆2.1和通过螺纹连接在曲柄连杆2.1末端的推杆螺柱2.3组成，所述推杆螺柱2.3的圆柱体上嵌套有滑套2.2，两者间隙配合，滑套2.2的端面与曲柄连杆2.1远轴端端面贴合，从而实现滑套2.2的自由滚动。

如图6所示，所述的导向传动组3由传动螺杆3.1、固定在传动螺杆3.1两端的轴承座3.7以及与传动螺杆3.1连接的传动螺母3.4组成，两轴承座3.7之间设有导向固定座3.5，导向传动组3通过导向固定座3.5上的螺钉孔与底座5进行固定，所述的传动螺母3.4两端分别通过拉簧3.2连接轴承座3.7，所述的传动螺母3.4底端通过燕尾槽与导向固定座3.5配合安装，传动螺杆3.1两端分别与深沟球轴承3.6配合连接，深沟球轴承3.6安装在轴承座3.7的轴承槽内，传动螺母3.4的螺纹孔部分与传动螺杆3.1的螺柱部分进行配合传动，传动螺母3.4左右两端分别设有挂钩3.3，挂钩3.3分别安装在传动螺母3.4和轴承座3.7上的挂钩螺纹孔内，导向固定座3.5通过挂钩3.3与拉簧3.2连接，拉簧3.2与挂钩3.3相连并始终保持拉伸状态。

所述曲柄组2的近轴端通过螺钉与扫描镜组1的曲柄连接旋转轴1.7进行连接固定，所述的曲柄组2的远轴端通过滑套2.2安装在传动螺母3.4顶端的直线驱动槽内，且能在直线驱动槽内做往复滚动。

如图7和图8所示，所述的驱动组4通过轴承座3.7上的螺钉孔与底座5进行固定，由安装在电机固定座4.3上的直流微电机组4.4和依次连接在电机输出轴上的电机轴芯套4.2与联轴器4.1组成，直流微电机组4.4通过螺钉连接固定在电机固定座4.3上，电机轴芯套4.2通过轴芯套固定销4.6与电机输出轴配合连接，联轴器4.1通过联轴器固定销4.5与电机轴芯套4.2配合连接，所述的联轴器4.1连接传动螺杆3.1。

当驱动组4通过传动螺杆3.1带动传动螺母3.4在燕尾槽导向固定座3.5上直线往复运动时，传动螺母3.4推动曲柄组2绕扫描框架1.1两侧耳的中心轴做旋转运动，同时带动曲柄连接旋转轴1.7做相同的旋转运动，反射镜1.2做扫描运动。

本实例中的这种安装方式能使反射镜以扫描框架两侧耳中心轴为选择轴进行自由旋转，实现扫描运动；采用的螺杆曲柄机构传动比大，减速效果显著，减速过程平缓均衡，工作稳定，实现了反射镜的低速稳定的运动要求，该机构还具备自锁功能。

采用拉簧使螺杆与螺母在传动配合过程中始终产生单向预紧力，很好的消除了螺纹传动中的回程误差，保证了扫描反射镜的高精度要求。

同时该机构还具备加工简单，制造成本低等优点。

本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。