专利名称：一种应用于空间光学遥感器的高精度轻小型调焦机构的制作方法
技术领域：
本发明属于空间光学遥感器技术领域中涉及的一种高精度轻小型调焦机构。
背景技术：
空间光学遥感器高精度轻小型调焦机构的主要作用是在遥感器对目标区域进行拍摄时，通过调焦镜的微量移动，将目标区域准确地成像在CXD的感光面上，且精度高，体积小，重量轻。与本发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所贾学志等人发表于《光学精密工程》期刊上的轻型空间相机调焦机构优化设计与精度试验，该调焦机构应用于轻型空间相机工程项目。如图1，图2和图3所示，该机构由驱动部分、连接部分和执行部分组成。其中驱动部分包括步进电机1、步进电机支架2、第一联轴器3、丝杠轴4、丝母5、第二联轴器8、编码器支架9、编码器10和角接触球轴承17 ；连接部分包括第一连杆轴6、连杆7和第二连杆轴14 ；执行部分包括左滑杆11、调焦镜12、调焦基座13、右滑杆15和调焦镜滑座16。在驱动部分中，步进电机1安装在步进电机支架2上，步进电机 1的输出轴通过联轴器3与丝杠轴4的右端连接，丝杠轴4带有螺纹，通过螺纹传动带动丝母5在丝杠轴4上平移。丝杠轴4通过一对角接触球轴承17安装在调焦基座13的后部，丝杠轴4的左端通过第二联轴器8与编码器10的输入轴连接，编码器10安装在编码器支架 9上，步进电机支架2和编码器支架9均通过螺钉固定在调焦基座13上；在执行部分中，调焦镜12通过光学环氧胶粘接到调焦镜滑座16的中部，调焦镜滑座16的左端开有U形槽， 右端加工圆孔，左端U形槽和右端圆孔分别与左滑杆11和右滑杆15通过微小间隙配合，间隙量优于0. 003mm，左滑杆11和右滑杆15又分别通过螺钉固定在调焦基座13左右两边， 通过左滑杆11和右滑杆15的限位作用使调焦镜12和调焦镜滑座16只能沿左滑杆11的轴向运动；在连接部分中，第一连杆轴6通过内六角螺钉固定在丝母5前端，第二连杆轴14 也通过内六角螺钉固定在调焦镜滑座16的背部，第一连杆轴6和第二连杆轴14分别与连杆7的两个预留孔通过间隙配合连接，间隙量优于0. 003mm。驱动部分通过丝母5与连接部分中的第一连杆轴6通过螺钉连接，连接部分中的第二连杆轴14也通过螺钉固定在执行部分中的调焦镜滑座16的背部，这样，驱动部分和执行部分通过连接部分形成了一个整体结构。该调焦机构的缺点是该机构无自锁能力，定位精度低，调焦镜晃动量大，加工装配困难，高低温性能不稳定，易卡死。
发明内容
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于解决空间光学遥感器调焦机构的高精度、小型化，低重量的问题，促进轻型光学遥感器的发展，为实现航天产品向轻型化方向发展提供技术支持。本发明要解决的技术问题是提供一种应用于空间光学遥感器的高精度轻小型调
3焦机构。解决技术问题的技术方案如图4和图5所示。该调焦机构分为三部分，即驱动部分，连接部分和执行部分。驱动部分包括步进电机18、蜗轮副19、丝杠轴20、丝母21、编码器25、轴承座34、第二直线轴承35、直线轴承滑轨36、联轴器37和角接触球轴承38 ；连接部分包括第一销轴22、连杆23和第二销轴M ；执行部分包括磁钢26、霍尔元件27、调焦基座观、调焦镜滑座四、柔性部件30、调焦镜31、第一直线轴承32和滑杆33。在驱动部分中，步进电机18输出轴通过联轴节37与蜗轮副19中的蜗杆连接，通过蜗轮副中蜗轮与蜗杆的啮合带动与蜗轮同轴的丝杠轴20转动；丝杠轴20的两端通过一对角接触球轴承38安装在调焦基座观上，丝杠轴20与丝母21通过螺纹配合，丝杠轴20转动时通过螺纹传动带动丝母 21沿丝杠轴20的轴向平动，丝母21底部留有螺纹孔，轴承座34通过螺纹孔用螺钉安装在丝母21的底部，第二直线轴承35依靠自身的法兰固定在轴承座34上，滑杆33穿过第二直线轴承35中心圆孔，两端与调焦基座28通过螺钉固定。编码器25固定于调焦基座28的左端，编码器25的输入轴与丝杠轴20的左端同轴连接；在执行部分中，调焦镜31中部的芯轴通过光学环氧胶粘接到柔性部件30中心的圆孔内，柔性部件30通过螺钉固定在调焦镜滑座四的中部，调焦镜滑座四两端各留有一个圆孔，每个圆孔内都装配有一个第一直线轴承32，两个第一直线轴承32分别通过自身的法兰固定到调焦镜滑座四上，两个滑杆33通过过盈配合分别装配到两个第一直线轴承32上，通过滑杆33的限位使调焦镜滑座四在滑杆33的轴向自由滑动，两个滑杆33前端带有法兰盘，通过螺钉固定在调焦基座观的前端； 磁钢沈安装在调焦镜滑座四的右端，两个霍尔元件27对称分布在磁钢沈两边并且固定在调焦基座观上，三者共同起到电限位的作用，防止调焦镜滑座四与调焦基座观碰撞使机构卡死。在连接部分中，第一销轴22通过螺钉固定在丝母21的前端，第二销轴M也通过螺钉固定在调焦镜滑座四的背部，第一销轴22和第二销轴M分别与连杆23的两个预留孔通过间隙配合连接，间隙量优于0. 003mm。连杆23与第一销轴14和第二销轴M之间采用过盈配合装配，既减小了连杆23与第一销轴14和第二销轴M之间的空回问题，又防止了在空间真空低温环境中连杆23与第一销轴14和第二销轴M的冷焊问题。驱动部分通过丝母21前端的预留孔与连接部分中的第一销轴22通过过盈配合连接，并通过螺钉固定； 连接部分中的第二销轴M也通过过盈配合固定在执行部分中的调焦镜滑座四背部的预留孔内，也通过螺钉固定，这样，驱动部分和执行部分通过连接部分形成了一个整体结构。工作原理说明常用的调焦方式主要有镜组移动式、焦面反射镜移动式和焦平面移动式几种，根据光学遥感器的结构特点，本发明选择焦面反射镜移动的方式，即在焦面前增加一块反射镜改变光路方向，通过移动反射镜改变焦面位置来达到调焦的目的。本发明提出连杆-双滑块机构，如图6所示。步进电机通过蜗轮副带动丝杠轴，使连接在丝杠丝母上的连杆摆动，进而带动调焦反射镜组件沿直线导轨轴向往复运动，从而达到调焦的目的。采用蜗轮蜗杆-丝杠轴-直线轴承配合使用的方案，使调焦精度大大提高，整个系统的调焦方向的尺寸得以减小，为空间遥感器向轻型化方向发展提供了方便。由于采用蜗轮副带动丝杠轴转动，故该结构不但具有自锁功能，而且又将步进电机作进一步细分，可以忽略步进电机少量丢步对机构精度的影响；丝杠轴与直线轴承配合使用，提高了调焦机构的稳定性，降低了调焦镜的晃动量，并且解决了在高低温环境下结构的卡死问题。 在该结构中选用了高精度的直线轴承和丝杠轴，具有较高的直线度和平行度，安装之后对该机构进行一定时间的反复跑合试验，对相应的传动机构进行磨合，从而保证了使用中机
4构运动的顺畅性和稳定性。本发明的积极效果该空间光学遥感器高精度轻小型调焦机构与之前的技术相比，解决了以往的调焦机构不能自锁，调焦精度较低，高低温环境稳定性差、易卡死的问题， 且能够把直线调焦的误差缩小将近一个数量级，为获得高质量的图像提供了技术保障。
图1是已有技术的调焦机构的结构示意图；图2是图1的驱动部分连接关系的俯视图；图3是图1的调焦镜滑座与滑杆的连接关系的仰视图；图4是本发明调焦机构结构示意图；图5是图4驱动部分连接关系的仰视图；图6是本发明调焦机构原理说明示意图。
具体实施例方式本发明按图4所示的技术方案实施。其中，步进电机18采用亚美柯宝马公司生产的42BYG020G型号的军品级四相步进电机；蜗轮副19和丝杠轴20、连杆23和调焦基座等结构件委托长春奥普光电技术股份有限公司按照设计图纸加工；编码器25选择中科院长春光机所自行研制的16位编码器；直线轴承32选择THK公司生产的LMH8和LM4型号的高精度航天级直线轴承；选择洛阳轴承公司生产P4级军品级轴承，霍尔元件27选购为南京新捷中旭公司生产的HL-WJV型航天级霍尔天线限位传感器，触发距离为5mm，重复精度优于0. 1mm。整体结构材质采用钛合金材料，重量仅为2. 5Kg,机构外形尺寸规格为 140mmX190mmX 130mm，调焦镜全行程晃动量优于15〃，定位精度优于0. 005mm，分辨力优于0. 003mm,空回优于0. 01mm。
权利要求
1. 一种应用于空间光学遥感器的高精度轻小型调焦机构，包括驱动部分的步进电机 (18)、丝杠轴(20)、丝母(21)、编码器(25)、角接触球轴承(38)；连接部分的连杆(23)；执行部分的调焦基座( )、调焦镜滑座(四)、调焦镜(31)；其特征在于还包括驱动部分的蜗轮副(19)、轴承座(34)、第二直线轴承(35)、直线轴承滑轨(36)、联轴器(37)；连接部分的第一销轴(22)、第二销轴04)；执行部分的磁钢( )、霍尔元件(27)、柔性部件(30)、第一直线轴承(3 和滑杆(3 ；在驱动部分中，步进电机(18)输出轴通过联轴节(37)与蜗轮副(19)中的蜗杆连接，通过蜗轮副中蜗轮与蜗杆的啮合带动与蜗轮同轴的丝杠轴00)转动；丝杠轴OO)的两端通过一对角接触球轴承(38)安装在调焦基座08)上，丝杠轴OO) 与丝母通过螺纹配合，丝杠轴OO)转动时通过螺纹传动带动丝母沿丝杠轴OO) 的轴向平动，丝母底部留有螺纹孔，轴承座(34)通过螺纹孔用螺钉安装在丝母的底部，第二直线轴承(3 依靠自身的法兰固定在轴承座(34)上，滑杆(3 穿过第二直线轴承(3 中心圆孔，两端与调焦基座08)通过螺钉固定；编码器0 固定于调焦基座 (28)的左端，编码器0 的输入轴与丝杠轴OO)的左端同轴连接；在执行部分中，调焦镜 (31)中部的芯轴通过光学环氧胶粘接到柔性部件(30)中心的圆孔内，柔性部件(30)通过螺钉固定在调焦镜滑座09)的中部，调焦镜滑座09)两端各留有一个圆孔，每个圆孔内都装配有一个第一直线轴承(32)，两个第一直线轴承(3 分别通过自身的法兰固定到调焦镜滑座09)上，两个滑杆(3 通过过盈配合分别装配到两个第一直线轴承(3 上，通过滑杆(3 的限位使调焦镜滑座(29)在滑杆(3 的轴向自由滑动，两个滑杆(3 前端带有法兰盘，通过螺钉固定在调焦基座08)的前端；磁钢06)安装在调焦镜滑座09)的右端，两个霍尔元件(XT)对称分布在磁钢06)两边并且固定在调焦基座08)上；在连接部分中，第一销轴02)通过螺钉固定在丝母的前端，第二销轴04)也通过螺钉固定在调焦镜滑座09)的背部，第一销轴0 和第二销轴04)分别与连杆的两个预留孔通过间隙配合连接；连杆与第一销轴(14)和第二销轴04)之间采用过盈配合装配； 驱动部分通过丝母前端的预留孔与连接部分中的第一销轴0 通过过盈配合连接， 并通过螺钉固定；连接部分中的第二销轴04)也通过过盈配合固定在执行部分中的调焦镜滑座09)背部的预留孔内，也通过螺钉固定，这样，驱动部分和执行部分通过连接部分形成了一个整体结构。
全文摘要
一种应用于空间光学遥感器的高精度轻小型调焦机构，属于空间光学遥感器技术领域涉及的一种调焦机构。要解决的技术问题是提供一种空间光学遥感器高精度轻小型调焦机构。解决的技术方案包括驱动部分，连接部分和执行部分。驱动部分通过丝母预留孔与连接部分的第一销轴通过过盈配合连接；连接部分中的第二销轴通过过盈配合固定在执行部分中的调焦镜滑座背部的预留孔内，通过连接部分中的连杆的摆动实现执行部分中调焦镜沿滑杆轴向的直线运动，实现调焦的目的。采用蜗轮副使机构具有自锁功能；高精度的直线轴承解决了高低温环境机构的卡死问题，并使调焦镜运动具有很高的直线性和定位精度，保证了机构运动的顺畅性和稳定性。
文档编号G02B7/198GK102436055SQ20111035036
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者张雷, 王栋, 解鹏, 贾学志, 金光 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所