專利名稱：同步帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)棱鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)傳遞系統(tǒng)，具體涉及一種同步帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)棱鏡裝置。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)棱鏡掃描機構(gòu)在動態(tài)光學(xué)跟蹤中具有廣泛的用途，可以精確實現(xiàn)光路的對準(zhǔn)、被測對象的跟蹤、光束指向誤差的補償修正等。常見的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方式有:
(I)齒輪傳動
在先技術(shù)(祖繼鋒等專利，申請?zhí)?3129234.8，申請日2003年6月13日“衛(wèi)星軌跡光學(xué)模擬裝置”)提出采用電機組配合齒輪傳動實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)雙棱鏡的不同運動組合，實現(xiàn)模擬衛(wèi)星相對運動的要求。但是給出的電機組合驅(qū)動方案及控制系統(tǒng)較復(fù)雜，存在電機驅(qū)動精度相互影響及空間布置困難等問題。在先技術(shù)(云茂金等專利，申請?zhí)?00310108487.7，申請日2003年11月7日“精密旋轉(zhuǎn)雙棱鏡光束掃描器及其控制方法”)提到了齒輪傳動的方案，但只是著重介紹了旋轉(zhuǎn)的控制方法，對于傳動的結(jié)構(gòu)并沒有進行細致的設(shè)計。(2)電機直接驅(qū)動
在先技術(shù)(孫建鋒等專利，申請?zhí)?200410024986.2，申請日2004年10月“星間激光通信終端高精度動靜態(tài)測量裝置”)中采用力矩電機直接耦合轉(zhuǎn)動軸而實現(xiàn)光學(xué)元件的偏擺，從而實現(xiàn)角度調(diào)節(jié)。但是對于全圓周旋轉(zhuǎn)棱鏡來說，采用力矩電機直接驅(qū)動雙棱鏡旋轉(zhuǎn)，存在力矩波動和齒槽效應(yīng)問題，這將影響直接驅(qū)動的精度，而且用于大型棱鏡系統(tǒng)的直接驅(qū)動電機，一般需要特殊定制，研制成本也比較高。同時，該機械系統(tǒng)沒有給出偏擺雙棱鏡的轉(zhuǎn)動角度的反饋信息，難以實時修正雙棱鏡的轉(zhuǎn)角誤差。在先技術(shù)(AnhuLi, etc., “Laser Coarse-fine Coupling Scanning Method bySteering Double Prisms”，Applied Optics, 2012, 51 (3):356-364)提出米用兩個力矩電機分別耦合到雙棱鏡鏡筒上，直接驅(qū)動雙棱鏡旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)折射光束的粗掃描；在粗掃描的基礎(chǔ)上，設(shè)計了嵌套了牽連式偏擺機構(gòu)，實現(xiàn)了雙棱鏡正交偏擺運動，可以實現(xiàn)精掃描。采用力矩電機耦合棱鏡實現(xiàn)全圓周旋轉(zhuǎn)和采用牽連式機構(gòu)實現(xiàn)棱鏡偏擺，在設(shè)計棱鏡旋轉(zhuǎn)和偏擺嵌套的機構(gòu)時，應(yīng)該盡可能的減少兩級運動的誤差傳遞，而該系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)運動的基礎(chǔ)上，采用三個模塊的牽連式偏擺方法，將會產(chǎn)生更多的機械誤差累積，從而影響到棱鏡掃描的精度。(3)蝸輪蝸桿傳動
在先技術(shù)(李安虎等專利，“實現(xiàn)粗精兩級掃描的棱鏡機械裝置”)中旋轉(zhuǎn)電機通過蝸輪蝸桿運動機構(gòu)驅(qū)動棱鏡及內(nèi)外鏡框總成實現(xiàn)全圓周旋轉(zhuǎn)，具有大傳動比、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但是存在嚙合間隙，難以消除回程誤差
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種驅(qū)動大口徑棱鏡旋轉(zhuǎn)的同步帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)棱鏡裝置，采用同步帶直接驅(qū)動的方式，傳動比準(zhǔn)確，無滑差，并結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)，可完成棱鏡旋轉(zhuǎn)角度的精密控制，而且同步帶傳動平穩(wěn)，能吸震，噪音小，布置靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，以克服在先技術(shù)的不足之處。本發(fā)明提出的同步帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)棱鏡裝置，包括鏡框及掃描鏡總成、同步帶機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)編碼器總成和機座組件，其中:
所述機座組件包括機座I和兩個機座鑲塊2，機座I和兩個機座鑲塊2通過內(nèi)六角螺釘固定，所述機座組件通過交叉滾子軸承擋圈3和交叉滾子軸承4固定于鏡框7外；
所述鏡框及掃描鏡總成包括橡膠墊塊5、棱鏡擋圈6、鏡框7、大帶輪8、楔形擋圈9和楔形棱鏡10，楔形棱鏡10安放在鏡框7內(nèi)，其平面?zhèn)韧ㄟ^O型墊圈19與鏡框7的軸肩接觸，楔形側(cè)通過橡膠墊塊5與楔形擋圈9 一側(cè)接觸；可成形擋圈9另一側(cè)接觸棱鏡擋圈6,棱鏡擋圈6通過螺紋與鏡框7配合；大帶輪8通過螺釘與鏡框7的外部軸肩進行定位連接；所述同步帶機構(gòu)包括小帶輪軸支座11、小軸承壓塊12、小帶輪軸14、電機支架15、同步帶16、聯(lián)軸器17和伺服電機18，小帶輪軸支座11固定在機座I上，小帶輪軸14兩端通過角接觸球軸承支撐在小帶輪軸支座11上，位于兩端的角接觸球軸承通過兩個小軸承壓塊12壓緊軸承；同步帶16 —端套在小帶輪軸14上的小帶輪上，另一端通過機座I的鏤空部分套在大帶輪8上；電機支架15固定在機座I上，伺服電機18固定在電機支架15上，伺服電機18通過聯(lián)軸器17與小帶輪軸14連接；小帶輪軸支座11和電機支架15可以在機座I的水平方向上小范圍內(nèi)調(diào)整，通過旋動內(nèi)六角螺釘23可以調(diào)節(jié)小帶輪軸支座11的水平位置，以此調(diào)整同步帶16的張緊度；電機支架15的位置根據(jù)小帶輪軸支座11的位置確定,需保證電機軸和小帶輪軸的同軸度要求。所述旋轉(zhuǎn)編碼器總成為兩組，包括編碼器旋轉(zhuǎn)環(huán)20、第一讀數(shù)頭21和第二讀數(shù)頭22，編碼器旋轉(zhuǎn)環(huán)20固定在鏡框7外，第一讀數(shù)頭21和第二讀數(shù)頭22均固定在交叉滾子軸承擋圈3上。本發(fā)明中，為了便于裝置的搬運，在機座I底座面上加工兩個對稱的螺紋孔，用于安裝吊耳13。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點:
1.本發(fā)明中，所述的楔形棱鏡通同步帶驅(qū)動實現(xiàn)全圓周大范圍旋轉(zhuǎn)，滿足動態(tài)光束的掃描要求，傳動精準(zhǔn)。2.本發(fā)明中，傳動平穩(wěn)，減少楔形棱鏡在旋轉(zhuǎn)過程中的振動，可以保證光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的要求。3.本發(fā)明中，兩個同步帶輪的中心距在一定范圍內(nèi)可調(diào)，可以方便的調(diào)整同步帶的張緊度，保證傳動的可靠性，結(jié)構(gòu)緊湊，布置靈活。4.本發(fā)明中，采用雙讀數(shù)頭的旋轉(zhuǎn)編碼器實時檢測棱鏡的旋轉(zhuǎn)角度，通過計算機處理兩個讀數(shù)頭所采集的數(shù)據(jù)，可以靈活的使用，既可以形成開環(huán)控制，實時顯示旋轉(zhuǎn)的角度和速度，也可以實現(xiàn)閉環(huán)控制，通過旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測信息的反饋控制伺服電機的角速度，能夠達到精確控制棱鏡旋轉(zhuǎn)角度及角速度的目的。


圖1為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)棱鏡裝置的總體結(jié)構(gòu)主視圖。圖2為圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)圖。圖3為圖1的K向局部視圖。圖4為本發(fā)明鏡框及掃描鏡總成結(jié)構(gòu)圖。圖5為圖4局部視圖。圖6為本裝置中機座的結(jié)構(gòu)圖，Ca)為主視圖，(b)為機座的結(jié)構(gòu)A-A剖視圖。圖7為本裝置中機座鑲塊的結(jié)構(gòu)圖，(b)為主視圖，Ca)為右視全剖視圖。圖8為本裝置中鏡框結(jié)構(gòu)圖。圖9為本裝置中所使用的楔形棱鏡外形圖，Ca)為主視圖，(b)為左視圖。圖10為本裝置中大帶輪的結(jié)構(gòu)圖，Ca)為主視圖，(b)為左視全剖視圖。圖11為本裝置中小帶輪軸的結(jié)構(gòu)圖，Ca)為主視圖，(b)為左視圖。圖中標(biāo)號:I機座、2機座鑲塊、3交叉滾子軸承擋圈、4交叉滾子軸承、5橡膠墊塊、6棱鏡擋圈、7鏡框、8大帶輪、9楔形擋圈、10楔形棱鏡、11小帶輪軸支座、12小軸承壓塊、13吊耳、14小帶輪軸、15電機支架、16同步帶、17聯(lián)軸器、18伺服電機、19 O型墊圈、20編碼器旋轉(zhuǎn)環(huán)、21第一讀數(shù)頭、22第二讀數(shù)頭。
具體實施例方式下面通過各附圖對本發(fā)明采用同步帶驅(qū)動運動機構(gòu)的組成及實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)掃描的過程作進一步的詳述，但是本發(fā)明專利保護范圍不限于此。實施例1:
請參閱圖1-圖4所示，圖1為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)棱鏡裝置的總體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2為裝置的總體結(jié)構(gòu)的A-A剖視結(jié)構(gòu)圖，圖3為圖1的K向局部視圖，圖4為本發(fā)明鏡框及掃描鏡總成結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，先將O型墊圈19安放在鏡框7的軸肩上的圓形槽內(nèi)，鏡框7的結(jié)構(gòu)如圖8所示，然后放入楔形棱鏡10，楔形棱鏡10的外形如圖9所示，楔形棱鏡10的垂直面與鏡框7的軸肩并不直接接觸，而是通過橡膠材質(zhì)的O型圈壓緊，可以保證楔形棱鏡10不被碰傷或者磨損。楔形棱鏡10的另一面即楔形面通過同樣楔角的楔形擋圈9軸向壓緊，楔形擋圈9上加工了 8個一定深度的圓柱孔,用于安放橡膠墊塊5,通過橡膠墊塊5與楔形棱鏡10接觸，同樣起到了保護棱鏡的作用。棱鏡擋圈6與鏡框7之間采用一段螺紋配合，棱鏡擋圈6 —端通過橡膠墊塊5與楔形棱鏡10接觸，同時每個橡膠墊塊5都通過一個螺釘施加預(yù)緊力，其局部結(jié)構(gòu)如圖5所示。這樣就可以很方便地在裝配完成后，根據(jù)實際需要旋轉(zhuǎn)螺釘來調(diào)整棱鏡的軸向預(yù)緊力。本裝置中大帶輪的結(jié)構(gòu)如圖10所示，在安裝好機框及掃描鏡總成之后，再將大帶輪8從鏡框7的一側(cè)推入，并用8個內(nèi)六角螺釘固定，即完成了整個旋轉(zhuǎn)部件的裝配。參見圖2，將機座I 一側(cè)的機座鑲塊2調(diào)整好位置，并用內(nèi)六角螺釘固定,機座I和機座鑲塊2的結(jié)構(gòu)分別如圖6和圖7所示，然后將上述安裝好的旋轉(zhuǎn)部件放到預(yù)定位置，輕輕敲入交叉滾子軸承4，將同步帶16從另一側(cè)放置到機座內(nèi)部，然后安裝這一側(cè)的機座鑲塊2和交叉滾子軸承4，最后調(diào)整好整個旋轉(zhuǎn)部件的位置，轉(zhuǎn)動軸承，保證靈活無卡死，再裝上兩側(cè)的交叉滾子軸承擋圈3，在鏡框7的一側(cè)裝上與之相配的旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)環(huán)20，在同側(cè)的交叉滾子軸承擋圈3的豎直方向的上下兩個位置分別裝上第一讀數(shù)頭21和第二讀數(shù)頭22，調(diào)整兩個讀數(shù)頭的位置，使之對準(zhǔn)編碼器旋轉(zhuǎn)環(huán)20圓周上的刻度線，并通過測試讀數(shù)正常，即完成大帶輪部分的裝配。小帶輪部件的局部結(jié)構(gòu)如圖3所示，小帶輪軸的結(jié)構(gòu)如圖11所示。先將小帶輪軸支座11裝在機座1，然后將小帶輪軸14套在同步帶16中，裝上小帶輪軸14兩端的角接觸球軸承，再將其放置在小帶輪軸支座11上的相應(yīng)位置，調(diào)整好兩側(cè)角接觸球軸承，裝上兩個小軸承壓塊12壓緊軸承，并轉(zhuǎn)動小帶輪軸14，保證軸承靈活無卡死。最后裝上內(nèi)六角螺釘23，通過旋轉(zhuǎn)兩個內(nèi)六角螺釘23，即可調(diào)整小帶輪軸支座11的水平位置，以此來調(diào)節(jié)同步帶16的張緊程度。最后裝上電機支架15、聯(lián)軸器17和伺服電機18，即完成整個裝置的裝配。
權(quán)利要求
1.同步帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)棱鏡裝置，包括鏡框及掃描鏡總成、同步帶機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)編碼器總成和機座組件，其特征在于: 所述機座組件包括機座(I)和兩個機座鑲塊(2)，機座(I)和兩個機座鑲塊(2)通過內(nèi)六角螺釘固定，所述機座組件通過交叉滾子軸承擋圈(3)和交叉滾子軸承(4)固定于鏡框(7)外； 所述鏡框及掃描鏡總成包括橡膠墊塊(5)、棱鏡擋圈(6)、鏡框(7)、大帶輪(8)、楔形擋圈(9)和楔形棱鏡(10)，楔形棱鏡(10)安放在鏡框(7)內(nèi)，其平面?zhèn)韧ㄟ^O型墊圈(1(9))與鏡框(7)的軸肩接觸，楔形側(cè)通過橡膠墊塊(5)與楔形擋圈(9) 一側(cè)接觸；可成形擋圈(9)另一側(cè)接觸棱鏡擋圈￠)，棱鏡擋圈(6)通過螺紋與鏡框(7)配合；大帶輪(8)通過螺釘與鏡框(7)的外部軸肩進行定位連接；所述同步帶機構(gòu)包括小帶輪軸支座(11)、小軸承壓塊(12)、小帶輪軸(14)、電機支架(15)、同步帶(16)、聯(lián)軸器(17)和伺服電機(18)，小帶輪軸支座(11)固定在機座(I)上，小帶輪軸(14)兩端通過角接觸球軸承支撐在小帶輪軸支座(11)上，位于兩端的角接觸球軸承通過兩個小軸承壓塊(12)壓緊軸承；同步帶(16) —端套在小帶輪軸(14)上的小帶輪上，另一端通過機座(I)的鏤空部分套在大帶輪(8)上；電機支架(15)固定在機座(I)上，伺服電機(18)固定在電機支架(15)上，伺服電機(18)通過聯(lián)軸器(17)與小帶輪軸(14)連接；小帶輪軸支座(11)和電機支架(15)可在機座(I)的水平方向上小范圍內(nèi)調(diào)整，通過旋動內(nèi)六角螺釘(23)調(diào)節(jié)小帶輪軸支座(11)的水平位置，以調(diào)整同步帶(16)的張緊度；電機支架(15)的位置根據(jù)小帶輪軸支座(11)的位置確定，使電機軸和小帶輪軸的同軸度； 所述旋轉(zhuǎn)編碼器總成為兩組，包括編碼器旋轉(zhuǎn)環(huán)(20)、第一讀數(shù)頭(21)和第二讀數(shù)頭(22)，編碼器旋轉(zhuǎn)環(huán)(20)固定在鏡框(7)外，第一讀數(shù)頭(21)和第二讀數(shù)頭(22)均固定在交叉滾子軸承擋圈(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的裝置，其特征在于所述機座(I)底座面上設(shè)有兩個對稱的螺紋孔，用于安裝吊耳(13)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同步帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)棱鏡裝置包括鏡框及掃描鏡總成、同步帶機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)編碼器總成和機座組件，所述機座組件包括機座和兩個機座鑲塊，所述鏡框及掃描鏡總成包括橡膠墊塊、棱鏡擋圈、鏡框、大帶輪、楔形擋圈和楔形棱鏡，所述同步帶機構(gòu)包括小帶輪軸支座、小軸承壓塊、小帶輪軸、電機支架、同步帶、聯(lián)軸器和伺服電機，所述旋轉(zhuǎn)編碼器總成為兩組，包括編碼器旋轉(zhuǎn)環(huán)、第一讀數(shù)頭和第二讀數(shù)頭。本發(fā)明中，兩個同步帶輪的中心距在一定范圍內(nèi)可調(diào)，可以方便的調(diào)整同步帶的張緊度，保證傳動的可靠性，結(jié)構(gòu)緊湊，布置靈活。
文檔編號G02B26/10GK103149686SQ20131007242
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者李安虎, 高心健 申請人:同濟大學(xué)