一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空光學(xué)遙感裝備調(diào)焦技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于航空相機(jī)的小型 化調(diào)焦機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在航空工作環(huán)境下，溫度和壓力會(huì)隨季節(jié)、工作地點(diǎn)、高度、天氣狀況等因素而發(fā) 生大幅度變化，從而引起相機(jī)系統(tǒng)焦距的改變。此外，實(shí)際工作中，相機(jī)的照相距離會(huì)隨載 體的工作高度和載荷的視軸指向改變而快速變化，使得能夠成清晰像的實(shí)際像面位置會(huì)發(fā) 生變化。因而，為克服溫度、壓力和照相距離等復(fù)雜因素變化對系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，高精 度的快速動(dòng)態(tài)調(diào)焦是確保航空相機(jī)高質(zhì)量成像的重要技術(shù)途徑之一。
[0003] 目前，航空相機(jī)的調(diào)焦途徑主要分為兩大類，一種是通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)焦面組件 實(shí)現(xiàn)調(diào)焦;另一種是通過移動(dòng)系統(tǒng)中間的光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。調(diào)焦機(jī)構(gòu)一般由導(dǎo)向部件、減 速系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化部件、自鎖部件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和位置傳感器6個(gè)部分組成。其中導(dǎo)向部件主要 實(shí)現(xiàn)調(diào)焦對象在既定方向上的運(yùn)動(dòng)約束;減速系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化部件、自鎖部件共同構(gòu)成了調(diào) 焦機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)減速、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)向直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)化W及調(diào)焦對象 的位置自鎖;驅(qū)動(dòng)電機(jī)和位置傳感器分別為動(dòng)力源和位置感知測量元件。常用的航空相機(jī) 調(diào)焦機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)配置形式包括：
[0004] 1)齒輪減速系統(tǒng)串聯(lián)蝸輪蝸桿和盤形凸輪的傳動(dòng)系統(tǒng)，導(dǎo)向部件采用直線導(dǎo)軌， 位置測量采用軸角傳感器；
[0005] 2)由齒輪帶動(dòng)刻有凹槽的圓柱凸輪，運(yùn)種配置方式既可將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為 調(diào)焦對象的軸向運(yùn)動(dòng)，又可實(shí)現(xiàn)位置自鎖。通過軸角傳感器測量圓柱凸輪的角位移實(shí)現(xiàn)調(diào) 焦對象的位置測量。直線導(dǎo)向功能由固定筒和軸向移動(dòng)筒之間的圓柱副實(shí)現(xiàn)；
[0006] 3)由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠直接驅(qū)動(dòng)調(diào)焦對象進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向部件采用直線 導(dǎo)軌。位置測量由串聯(lián)于步進(jìn)電機(jī)上的軸角編碼器來實(shí)現(xiàn)。
[0007] 第一種配置形式的調(diào)焦機(jī)構(gòu)既可用于焦面調(diào)焦，也可用于中間光學(xué)元件調(diào)焦。具 有調(diào)焦精度高、適用范圍廣、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、傳動(dòng)效率低。第 二種配置形式多用于中小口徑的透射式變焦距鏡頭，具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)有二：1) 系統(tǒng)自鎖性能受制于調(diào)焦行程和旋轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)角度比值;2)凸輪導(dǎo)銷易磨損。第Ξ種配置 形式優(yōu)點(diǎn)是適用于大的調(diào)焦行程、結(jié)構(gòu)相對簡單，缺點(diǎn)是絲杠長度方向尺寸大，為保證工作 可靠性，絲杠的軸向尺寸不能太小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于提出一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù)存在 的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)構(gòu)軸向尺寸大和系統(tǒng)自鎖性能受制于調(diào)焦行程和旋轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)角度比值W 及凸輪導(dǎo)銷易磨損的問題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)包括：
[0010] 支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)為L型。
[0011] 設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁上的導(dǎo)向部件，調(diào)焦對象一側(cè)通過導(dǎo)向部件相對于支撐結(jié)構(gòu) 在光軸方向滑動(dòng)；
[0012] 與調(diào)焦對象另一側(cè)緊固聯(lián)接的凸輪從動(dòng)件；
[0013]與所述凸輪從動(dòng)件單側(cè)接觸的凸輪，所述凸輪通過兩個(gè)軸承固定在支撐結(jié)構(gòu)上， 所述凸輪從動(dòng)件通過兩個(gè)和凸輪推力共平面的復(fù)位彈黃與支撐結(jié)構(gòu)連接；
[0014] 通過銷接方式連接在凸輪端部的軸角傳感器；
[0015] 和通過過渡支座固定在支撐結(jié)構(gòu)上的電機(jī)，所述電機(jī)輸出端通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)凸 輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0016] 所述支撐結(jié)構(gòu)包括支撐板、彈黃掛鉤A、壓板、軸系支座、彈黃掛鉤B;所述軸系支座 固定在支撐板上，彈黃掛鉤A和彈黃掛鉤B固定在所述軸系支座上，所述凸輪從動(dòng)件通過兩 個(gè)所述復(fù)位彈黃分別與彈黃掛鉤A和彈黃掛鉤B連接，所述凸輪通過軸承固定在軸系支座 上，所述軸角傳感器通過壓板固定在所述軸系支座上。
[0017]所述導(dǎo)向部件包括導(dǎo)軌、滑塊和滑塊調(diào)整墊，所述滑塊和滑塊調(diào)整墊通過螺釘固 定在支撐板側(cè)壁上，所述導(dǎo)軌和調(diào)焦對象通過螺釘緊固聯(lián)接，所述導(dǎo)軌和所述滑塊之間形 成直線導(dǎo)向副，所述導(dǎo)軌和滑塊之間設(shè)有滾珠。
[0018] 所述導(dǎo)軌、滑塊和滑塊調(diào)整墊包括兩組，兩組所述導(dǎo)軌平行設(shè)置。
[0019] 所述凸輪為偏屯、凸輪。
[0020] 所述調(diào)焦對象的直線位置?·(θ)與凸輪轉(zhuǎn)角Θ之間滿足W下正弦關(guān)系：
[0021] f(0)=e·sine(0e[-90° ,+90°])
[0022] 其中：e為凸輪旋轉(zhuǎn)中屯、和幾何中屯、的偏屯、量;θ為凸輪轉(zhuǎn)角。
[0023]兩個(gè)所述復(fù)位彈黃的力學(xué)性能和位置參數(shù)需要滿足W下關(guān)系：
[0024]
[002引其中：AXI日和ΔΧ2日為凸輪零位時(shí)，即Θ=0°時(shí)，凸輪推力分別與兩根復(fù)位彈黃拉力 在X方向上的間距；
[0026]Δyi和ΔY2為整個(gè)行程范圍內(nèi)凸輪推力分別與兩根復(fù)位彈黃拉力在Y方向上的間 距；
[0027] Fsi和Fs2為兩根復(fù)位彈黃的拉力。
[0028]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)通過齒輪傳 動(dòng)帶動(dòng)偏屯、凸輪驅(qū)動(dòng)調(diào)焦對象，利用串聯(lián)于凸輪軸系上的軸角傳感器進(jìn)行調(diào)焦對象的位置 測量，由于從測角傳感器到調(diào)焦對象處僅有凸輪一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳遞環(huán)節(jié)，因此，運(yùn)種配置方式使 測量模型的累積誤差小。
[0029]本發(fā)明提出的調(diào)焦機(jī)構(gòu)采用了凸輪單側(cè)接觸工作方式，利用復(fù)位彈黃消除凸輪從 動(dòng)件與凸輪之間在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中的間隙。支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為L型，導(dǎo)向部件和傳動(dòng)系統(tǒng)分別 配置于調(diào)焦對象的兩側(cè)并與支撐結(jié)構(gòu)相連。通過運(yùn)種結(jié)構(gòu)配置方式可有效降低調(diào)焦機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)空間占比，為調(diào)焦對象提供了更大的可用設(shè)計(jì)空間。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明的一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0032] 圖3為本發(fā)明的一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)中凸輪轉(zhuǎn)角向調(diào)焦對象直線 運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化原理圖；
[0033] 圖4為本發(fā)明的一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)中外力影響分析示意圖；
[0034] 圖5為本發(fā)明的一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)中雙復(fù)位彈黃布置方案圖；
[0035] 其中：1、支撐結(jié)構(gòu)，1-1、支撐板，1-2、彈黃掛鉤A，1-3、壓板，1-4、軸系支座，1-5、彈 黃掛鉤B，2、導(dǎo)向部件，2-1、導(dǎo)軌，2-2、滑塊，2-3、滑塊調(diào)整墊，3、調(diào)焦對象，4、軸角傳感器， 5、凸輪，6、凸輪從動(dòng)件，7、軸承，8、齒輪傳動(dòng)，9、電機(jī)，10、復(fù)位彈黃。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。
[0037] 參見附圖1，本發(fā)明的一種用于航空相機(jī)的小型化調(diào)焦機(jī)構(gòu)包括：
[0038] 支撐結(jié)構(gòu)1，所述支撐結(jié)構(gòu)1為L型結(jié)構(gòu)；
[0039] 設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)1側(cè)壁上的導(dǎo)向部件2,調(diào)焦對象3-側(cè)通過導(dǎo)向部件2相對支撐結(jié) 構(gòu)1在光軸方向滑動(dòng)；
[0040] 與調(diào)焦對象3另一側(cè)緊固聯(lián)接的凸輪從動(dòng)件6;
[0041] 與所述凸輪從動(dòng)件6單側(cè)接觸的凸輪5,所述凸輪5通過兩個(gè)軸承7固定在支撐結(jié)構(gòu) 1上，所述凸輪從動(dòng)件6通過兩個(gè)和凸輪5的推力共平面的復(fù)位彈黃10與支撐結(jié)構(gòu)1連接；
[0042] 通過銷接方式連接在凸輪5端部的軸角傳感器4;
[0043] 和通過過渡支座固定在支撐結(jié)構(gòu)1上的電機(jī)9,所述電機(jī)9輸出端通過齒輪傳動(dòng)8帶 動(dòng)凸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0044] 所述支撐結(jié)構(gòu)1包括支撐板1-1、彈黃掛鉤A1-2、壓板1-3、軸系支座1-4、彈黃掛鉤 B1-5;所述軸系支座1-4固定在支撐板1-1上，彈黃掛鉤A1-2和彈黃掛鉤B1-5固定在所述軸 系支座1-4上，所述凸輪從動(dòng)件6通過兩個(gè)所述復(fù)位彈黃10分別與彈黃掛鉤A1-2和彈黃掛鉤 B1-5連接，所述凸輪5通過軸承7固定在軸系支座1-4上，所述軸角傳感器4通過壓板1-3固定 在所述軸系支座1-4上。
[0045] 所述導(dǎo)向部件2包括導(dǎo)軌2-1、滑塊2-2和滑塊調(diào)整墊2-3。裝調(diào)過程中，通過研修四 個(gè)滑塊調(diào)整墊2-3來調(diào)整兩根導(dǎo)軌在調(diào)焦運(yùn)動(dòng)方向上的平行度和共面度。調(diào)整完成后，所述 滑塊2-2和滑塊調(diào)整墊2-3通過螺釘固定在支撐板1-1的側(cè)壁上，所述導(dǎo)軌2-1和調(diào)焦對象3 通過螺釘緊固聯(lián)接，所述導(dǎo)軌2-1和所述滑塊2-2之間形成直線導(dǎo)向副，通過設(shè)置在所述導(dǎo) 軌2-1和滑塊2-2之間的滾珠來減小摩擦阻力。
[0046] 所述導(dǎo)軌2-1、滑塊2