一种用于航空相机的小型化调焦机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空光学遥感装备调焦技术领域，具体设及一种用于航空相机的小型 化调焦机构。
【背景技术】
[0002] 在航空工作环境下，溫度和压力会随季节、工作地点、高度、天气状况等因素而发 生大幅度变化，从而引起相机系统焦距的改变。此外，实际工作中，相机的照相距离会随载 体的工作高度和载荷的视轴指向改变而快速变化，使得能够成清晰像的实际像面位置会发 生变化。因而，为克服溫度、压力和照相距离等复杂因素变化对系统成像质量的影响，高精 度的快速动态调焦是确保航空相机高质量成像的重要技术途径之一。
[0003] 目前，航空相机的调焦途径主要分为两大类，一种是通过驱动机构移动焦面组件 实现调焦;另一种是通过移动系统中间的光学元件实现调焦。调焦机构一般由导向部件、减 速系统、运动转化部件、自锁部件、驱动电机和位置传感器6个部分组成。其中导向部件主要 实现调焦对象在既定方向上的运动约束;减速系统、运动转化部件、自锁部件共同构成了调 焦机构的传动系统，实现了系统减速、旋转运动向直线运动的运动方式转化W及调焦对象 的位置自锁;驱动电机和位置传感器分别为动力源和位置感知测量元件。常用的航空相机 调焦机构结构配置形式包括：
[0004] 1)齿轮减速系统串联蜗轮蜗杆和盘形凸轮的传动系统，导向部件采用直线导轨， 位置测量采用轴角传感器；
[0005] 2)由齿轮带动刻有凹槽的圆柱凸轮，运种配置方式既可将电机的旋转运动转化为 调焦对象的轴向运动，又可实现位置自锁。通过轴角传感器测量圆柱凸轮的角位移实现调 焦对象的位置测量。直线导向功能由固定筒和轴向移动筒之间的圆柱副实现；
[0006] 3)由步进电机带动滚珠丝杠直接驱动调焦对象进行直线运动，导向部件采用直线 导轨。位置测量由串联于步进电机上的轴角编码器来实现。
[0007] 第一种配置形式的调焦机构既可用于焦面调焦，也可用于中间光学元件调焦。具 有调焦精度高、适用范围广、工作可靠等优点，其缺点是结构复杂、体积大、传动效率低。第 二种配置形式多用于中小口径的透射式变焦距镜头，具有结构紧凑的优点，其缺点有二：1) 系统自锁性能受制于调焦行程和旋转筒的旋转角度比值;2)凸轮导销易磨损。第Ξ种配置 形式优点是适用于大的调焦行程、结构相对简单，缺点是丝杠长度方向尺寸大，为保证工作 可靠性，丝杠的轴向尺寸不能太小。
【发明内容】
[000引本发明的目的在于提出一种用于航空相机的小型化调焦机构，解决现有技术存在 的结构复杂、机构轴向尺寸大和系统自锁性能受制于调焦行程和旋转筒的旋转角度比值W 及凸轮导销易磨损的问题。
[0009]为实现上述目的，本发明的一种用于航空相机的小型化调焦机构包括：
[0010] 支撑结构，所述支撑结构为L型。
[0011] 设置在支撑结构侧壁上的导向部件，调焦对象一侧通过导向部件相对于支撑结构 在光轴方向滑动；
[0012] 与调焦对象另一侧紧固联接的凸轮从动件；
[0013]与所述凸轮从动件单侧接触的凸轮，所述凸轮通过两个轴承固定在支撑结构上， 所述凸轮从动件通过两个和凸轮推力共平面的复位弹黃与支撑结构连接；
[0014] 通过销接方式连接在凸轮端部的轴角传感器；
[0015] 和通过过渡支座固定在支撑结构上的电机，所述电机输出端通过齿轮传动带动凸 轮转动。
[0016] 所述支撑结构包括支撑板、弹黃挂钩A、压板、轴系支座、弹黃挂钩B;所述轴系支座 固定在支撑板上，弹黃挂钩A和弹黃挂钩B固定在所述轴系支座上，所述凸轮从动件通过两 个所述复位弹黃分别与弹黃挂钩A和弹黃挂钩B连接，所述凸轮通过轴承固定在轴系支座 上，所述轴角传感器通过压板固定在所述轴系支座上。
[0017]所述导向部件包括导轨、滑块和滑块调整垫，所述滑块和滑块调整垫通过螺钉固 定在支撑板侧壁上，所述导轨和调焦对象通过螺钉紧固联接，所述导轨和所述滑块之间形 成直线导向副，所述导轨和滑块之间设有滚珠。
[0018] 所述导轨、滑块和滑块调整垫包括两组，两组所述导轨平行设置。
[0019] 所述凸轮为偏屯、凸轮。
[0020] 所述调焦对象的直线位置?·(θ)与凸轮转角Θ之间满足W下正弦关系：
[0021] f(0)=e·sine(0e[-90° ,+90°])
[0022] 其中：e为凸轮旋转中屯、和几何中屯、的偏屯、量;θ为凸轮转角。
[0023]两个所述复位弹黃的力学性能和位置参数需要满足W下关系：
[0024]
[002引其中：AXI日和ΔΧ2日为凸轮零位时，即Θ=0°时，凸轮推力分别与两根复位弹黃拉力 在X方向上的间距；
[0026]Δyi和ΔY2为整个行程范围内凸轮推力分别与两根复位弹黃拉力在Y方向上的间 距；
[0027] Fsi和Fs2为两根复位弹黃的拉力。
[0028]本发明的有益效果为:本发明的一种用于航空相机的小型化调焦机构通过齿轮传 动带动偏屯、凸轮驱动调焦对象，利用串联于凸轮轴系上的轴角传感器进行调焦对象的位置 测量，由于从测角传感器到调焦对象处仅有凸轮一个运动传递环节，因此，运种配置方式使 测量模型的累积误差小。
[0029]本发明提出的调焦机构采用了凸轮单侧接触工作方式，利用复位弹黃消除凸轮从 动件与凸轮之间在往复运动过程中的间隙。支撑结构设计为L型，导向部件和传动系统分别 配置于调焦对象的两侧并与支撑结构相连。通过运种结构配置方式可有效降低调焦机构的 设计空间占比，为调焦对象提供了更大的可用设计空间。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明的一种用于航空相机的小型化调焦机构的整体结构示意图；
[0031] 图2为本发明的一种用于航空相机的小型化调焦机构的结构原理图；
[0032] 图3为本发明的一种用于航空相机的小型化调焦机构中凸轮转角向调焦对象直线 运动转化原理图；
[0033] 图4为本发明的一种用于航空相机的小型化调焦机构中外力影响分析示意图；
[0034] 图5为本发明的一种用于航空相机的小型化调焦机构中双复位弹黃布置方案图；
[0035] 其中：1、支撑结构，1-1、支撑板，1-2、弹黃挂钩A，1-3、压板，1-4、轴系支座，1-5、弹 黃挂钩B，2、导向部件，2-1、导轨，2-2、滑块，2-3、滑块调整垫，3、调焦对象，4、轴角传感器， 5、凸轮，6、凸轮从动件，7、轴承，8、齿轮传动，9、电机，10、复位弹黃。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0037] 参见附图1，本发明的一种用于航空相机的小型化调焦机构包括：
[0038] 支撑结构1，所述支撑结构1为L型结构；
[0039] 设置在支撑结构1侧壁上的导向部件2,调焦对象3-侧通过导向部件2相对支撑结 构1在光轴方向滑动；
[0040] 与调焦对象3另一侧紧固联接的凸轮从动件6;
[0041] 与所述凸轮从动件6单侧接触的凸轮5,所述凸轮5通过两个轴承7固定在支撑结构 1上，所述凸轮从动件6通过两个和凸轮5的推力共平面的复位弹黃10与支撑结构1连接；
[0042] 通过销接方式连接在凸轮5端部的轴角传感器4;
[0043] 和通过过渡支座固定在支撑结构1上的电机9,所述电机9输出端通过齿轮传动8带 动凸轮5转动。
[0044] 所述支撑结构1包括支撑板1-1、弹黃挂钩A1-2、压板1-3、轴系支座1-4、弹黃挂钩 B1-5;所述轴系支座1-4固定在支撑板1-1上，弹黃挂钩A1-2和弹黃挂钩B1-5固定在所述轴 系支座1-4上，所述凸轮从动件6通过两个所述复位弹黃10分别与弹黃挂钩A1-2和弹黃挂钩 B1-5连接，所述凸轮5通过轴承7固定在轴系支座1-4上，所述轴角传感器4通过压板1-3固定 在所述轴系支座1-4上。
[0045] 所述导向部件2包括导轨2-1、滑块2-2和滑块调整垫2-3。装调过程中，通过研修四 个滑块调整垫2-3来调整两根导轨在调焦运动方向上的平行度和共面度。调整完成后，所述 滑块2-2和滑块调整垫2-3通过螺钉固定在支撑板1-1的侧壁上，所述导轨2-1和调焦对象3 通过螺钉紧固联接，所述导轨2-1和所述滑块2-2之间形成直线导向副，通过设置在所述导 轨2-1和滑块2-2之间的滚珠来减小摩擦阻力。
[0046] 所述导轨2-1、滑块2