一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构的制作方法

本发明属于精密机械、光电仪器，特别是涉及一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构。

背景技术：

1、直线运动机构在光电仪器领域有着广阔的应用场景，平行光管中的靶标调节机构正是典型应用场景之一。平行光管是光学实验室常用的精密光电仪器，通过光源照射靶标可以模拟无穷远目标，是光学系统装调、测试必需的设备。

2、靶标是带有刻线或图案的基片，根据测试项目不同，基片上刻线或图案也不同，常见的靶标包括十字分划板、星孔板、鉴别率板和玻罗板等。因此平行光管在使用过程中需经常更换靶标，每更换靶标后，为了使靶标在无穷远处成像，均需借助运动机构将靶标调整至平行光管光学系统焦面上。目前有关于靶标调节机构的研究较少，已有的靶标调节机构通常为手动调节，结构过于简单，在使用时无法精确地将靶标调整至光学系统焦面处，且操作十分麻烦。因此，本发明目的是提出一种可实现平行光管靶标自动调整，并具有运动精度高、自动化程度高特点的直线运动机构。

技术实现思路

1、本发明目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构。所述机构具体为一种可用于平行光管中实现靶标位置沿光轴方向调整的运动机构，其具有较高的直线运动精度、晃动精度和分辨率，并且各项精度的温度稳定性良好，其搭配上位机使用可方便快捷的进行靶标位置的高精度调节，同时还具有成本低、易装配、大行程、负载能力强、结构紧凑和应用场景丰富等特点。

2、本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构，所述机构包括驱动组件、反馈组件、行星齿轮减速器传动组件、同步带传动组件、滚珠丝杠传动组件、导向组件、壳体、端盖和滑板结构件；

3、所述驱动组件为刹车步进电机，其尾部自带的刹车器可以实现断电自锁；

4、所述反馈组件包括位置反馈传感器和限位开关；所述位置反馈传感器将滑板位置信息实时反馈给控制系统，进而实现步进电机的闭环控制；所述限位开关分布在滑板的正负极限位置，可以实现机构的电气限位保护；

5、所述行星齿轮减速器传动组件包括行星齿轮减速器和减速器支架；所述行星齿轮减速器直接与步进电机连接，然后通过减速器支架固定在壳体上；所述减速器支架上行星齿轮减速器的安装接口为腰孔；

6、所述同步带传动组件包括主动、从动同步带轮和同步带；所述主动、从动同步带轮分别利用自带的紧定螺钉固定安装在行星齿轮减速器输出轴和滚珠丝杠输入轴上；

7、所述滚珠丝杠传动组件包括滚珠丝杠及其螺母、固定侧支承单元和支撑侧支承单元；所述固定侧支承单元和支撑侧支承单元为滚珠丝杠配套组件，内部分别装有两个角接触球轴承和一个深沟球轴承，分别利用螺钉固定在壳体和端盖上的对应孔位中；滚珠丝杠两端安装在支承单元内，滚珠丝杠螺母则由螺钉固定在滑板上，以此将步进电机的回转运动转化为滑板的直线运动；

8、所述导向组件由三组相同的直线轴承组件组成，三组直线轴承组件相互平行，且在圆周上均匀分布；所述直线轴承组件由两个直线轴承和一根光轴组成；所述两个直线轴承分别安装在端盖和壳体的对应孔中，并利用轴用卡簧进行轴向限位；所述光轴同时穿入对应的两个直线轴承，并利用胀紧联结套与所述滑板固连。

9、进一步地，所述机构由尾部集成刹车器的刹车步进电机驱动，刹车步进电机的回转运动经过行星齿轮减速器和同步带传递给滚珠丝杠，然后滚珠丝杠将回转运动转化为直线运动传递给滑板，滑板运动时由三组平行布置的直线轴承组件进行导向。

10、进一步地，所述滑板为机构中的运动部件，其上留有多组螺纹孔作为安装载体的机械接口。

11、进一步地，所述壳体和端盖由螺钉进行固连，并利用两根内螺纹圆锥销进行定位，共同组成机构的外壳；在壳体和端盖上留有直线轴承、滚珠丝杠的固定侧支承单元和支撑侧支承单元的安装孔，以及减速器支架、读数头转接座和限位开关安装螺纹孔，同时预留了机械接口用于与其余组件连接。

12、进一步地，所述滑板上留有螺纹孔用于安装靶标组件；滑板的位置由光栅尺配合读数头进行实时反馈，并对刹车步进电机进行闭环控制；光栅尺为钢带光栅尺，通过自带的背胶粘贴在光栅尺座上，光栅尺座利用螺钉固定在滑板上；读数头通过读数头转接座固定在壳体上。

13、进一步地，在所述滑板正负极限位置处各有一个限位开关，配合安装在滑板上的限位挡板可以实现机构的电气限位保护。

14、进一步地，所述刹车步进电机由螺钉固定在行星齿轮减速器上，其输出轴与行星齿轮减速器的输入轴通过行星齿轮减速器自带的紧固螺钉拧紧；行星齿轮减速器由螺钉固定在减速器支架上，然后减速器支架由螺钉固定在壳体上；所述减速器支架上行星齿轮减速器的安装接口为腰孔，以便于调整行星齿轮减速器输出轴和滚珠丝杠的轴间距，进而实现同步带的安装与张紧；减速器支架和壳体通过“一面两销”的方式进行定位。

15、进一步地，所述滚珠丝杠两端安装在配套的固定侧支承单元和支撑侧支承单元内，滚珠丝杠螺母则由螺钉与滑板固连，固定侧支承单元和支撑侧支承单元由螺钉分别固定在壳体和端盖的端面上。

16、进一步地，所选用胀紧联结套为自带螺帽型，使用时仅需紧固螺帽即可牢固的固定光轴和滑板。

17、进一步地，所述壳体与端盖由螺钉进行连接，其上对应的直线轴承安装孔和滚珠丝杠支承单元安装孔采用组合加工的方式，具体为：

18、(1)在组合加工前，所述壳体和端盖利用两根圆锥销进行定位，以保证拆卸后再装配时两者之间相对位置不变；

19、(2)利用圆锥销进行定位后，使用镗床同时加工对应安装孔。

20、本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

21、1.本发明提供的一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构所使用的“两个直线轴承搭配一根光轴”的结构形式在提高机构晃动精度的同时，能有效地消除传统的“一个直线轴承搭配一根光轴”结构形式中零件热膨胀系数不同带来的不利影响，进而提高了机构运动精度的温度稳定性。

22、2.本发明提供的一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构使用步进电机进行驱动，并利用位置反馈元件进行闭环控制，使得机构拥有直线运动精度和分辨率高的优点。

23、3.本发明提供的一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构具备自动化程度高的特点，作为驱动组件的步进电机可由单片机进行控制，同时还具备位置实时显示、电气限位保护等功能，操作使用十分便利。

24、4.本发明提供的一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构具有易装配的特点，为了简化装配流程，采取了以下措施：(1)壳体和端盖采用组合加工的方式保证对应孔位的同轴度；(2)机构中选用滚珠丝杠支承单元、胀紧联结套等商业货架产品；(3)多处设计有定位措施，如定位销、定位挡边等。

技术特征：

1.一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构，其特征在于，所述机构包括驱动组件、反馈组件、行星齿轮减速器传动组件、同步带传动组件、滚珠丝杠传动组件、导向组件、壳体、端盖和滑板结构件；

2.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述机构由尾部集成刹车器的刹车步进电机驱动，刹车步进电机的回转运动经过行星齿轮减速器和同步带传递给滚珠丝杠，然后滚珠丝杠将回转运动转化为直线运动传递给滑板，滑板运动时由三组平行布置的直线轴承组件进行导向。

3.根据权利要求2所述的机构，其特征在于，所述滑板为机构中的运动部件，其上留有多组螺纹孔作为安装载体的机械接口。

4.根据权利要求3所述的机构，其特征在于，所述壳体和端盖由螺钉进行固连，并利用两根内螺纹圆锥销进行定位，共同组成机构的外壳；在壳体和端盖上留有直线轴承、滚珠丝杠的固定侧支承单元和支撑侧支承单元的安装孔，以及减速器支架、读数头转接座和限位开关安装螺纹孔，同时预留了机械接口用于与其余组件连接。

5.根据权利要求4所述的机构，其特征在于，所述滑板上留有螺纹孔用于安装靶标组件；滑板的位置由光栅尺配合读数头进行实时反馈，并对刹车步进电机进行闭环控制；光栅尺为钢带光栅尺，通过自带的背胶粘贴在光栅尺座上，光栅尺座利用螺钉固定在滑板上；读数头通过读数头转接座固定在壳体上。

6.根据权利要求5所述的机构，其特征在于，在所述滑板正负极限位置处各有一个限位开关，配合安装在滑板上的限位挡板可以实现机构的电气限位保护。

7.根据权利要求6所述的机构，其特征在于，所述刹车步进电机由螺钉固定在行星齿轮减速器上，其输出轴与行星齿轮减速器的输入轴通过行星齿轮减速器自带的紧固螺钉拧紧；行星齿轮减速器由螺钉固定在减速器支架上，然后减速器支架由螺钉固定在壳体上；所述减速器支架上行星齿轮减速器的安装接口为腰孔，以便于调整行星齿轮减速器输出轴和滚珠丝杠的轴间距，进而实现同步带的安装与张紧；减速器支架和壳体通过“一面两销”的方式进行定位。

8.根据权利要求7所述的机构，其特征在于，所述滚珠丝杠两端安装在配套的固定侧支承单元和支撑侧支承单元内，滚珠丝杠螺母则由螺钉与滑板固连，固定侧支承单元和支撑侧支承单元由螺钉分别固定在壳体和端盖的端面上。

9.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所选用胀紧联结套为自带螺帽型，使用时仅需紧固螺帽即可牢固的固定光轴和滑板。

10.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述壳体与端盖由螺钉进行连接，其上对应的直线轴承安装孔和滚珠丝杠支承单元安装孔采用组合加工的方式，具体为：

技术总结
本发明提出一种应用于精密光电仪器的高精度直线运动机构。所述机构包括驱动组件、反馈组件、行星齿轮减速器传动组件、同步带传动组件、滚珠丝杠传动组件、导向组件、壳体、端盖和滑板结构件。所述机构具体为一种可用于平行光管中实现靶标位置沿光轴方向调整的运动机构，其具有较高的直线运动精度、晃动精度和分辨率，并且各项精度的温度稳定性良好，其搭配上位机使用可方便快捷的进行靶标位置的高精度调节，同时还具有成本低、易装配、大行程、负载能力强、结构紧凑和应用场景丰富等特点。

技术研发人员：何一鸣,袁健,李小涛,裴思宇,谭陆洋
受保护的技术使用者：长光卫星技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15