專利名稱：同步帶驅動旋轉棱鏡裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學傳遞系統(tǒng)，具體涉及一種同步帶驅動旋轉棱鏡裝置。
背景技術：
旋轉棱鏡掃描機構在動態(tài)光學跟蹤中具有廣泛的用途，可以精確實現(xiàn)光路的對準、被測對象的跟蹤、光束指向誤差的補償修正等。常見的旋轉驅動方式有:
(I)齒輪傳動
在先技術(祖繼鋒等專利，申請?zhí)?3129234.8，申請日2003年6月13日“衛(wèi)星軌跡光學模擬裝置”)提出采用電機組配合齒輪傳動實現(xiàn)旋轉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動方案及控制系統(tǒng)較復雜，存在電機驅動精度相互影響及空間布置困難等問題。在先技術(云茂金等專利，申請?zhí)?00310108487.7，申請日2003年11月7日“精密旋轉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的控制方法，對于傳動的結構并沒有進行細致的設計。(2)電機直接驅動
在先技術(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動軸而實現(xiàn)光學元件的偏擺，從而實現(xiàn)角度調節(jié)。但是對于全圓周旋轉棱鏡來說，采用力矩電機直接驅動雙棱鏡旋轉，存在力矩波動和齒槽效應問題，這將影響直接驅動的精度，而且用于大型棱鏡系統(tǒng)的直接驅動電機，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動角度的反饋信息，難以實時修正雙棱鏡的轉角誤差。在先技術(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，直接驅動雙棱鏡旋轉，實現(xiàn)折射光束的粗掃描；在粗掃描的基礎上，設計了嵌套了牽連式偏擺機構，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)全圓周旋轉和采用牽連式機構實現(xiàn)棱鏡偏擺，在設計棱鏡旋轉和偏擺嵌套的機構時，應該盡可能的減少兩級運動的誤差傳遞，而該系統(tǒng)在旋轉運動的基礎上，采用三個模塊的牽連式偏擺方法，將會產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(李安虎等專利，“實現(xiàn)粗精兩級掃描的棱鏡機械裝置”)中旋轉電機通過蝸輪蝸桿運動機構驅動棱鏡及內外鏡框總成實現(xiàn)全圓周旋轉，具有大傳動比、結構簡單等優(yōu)點，但是存在嚙合間隙，難以消除回程誤差
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種驅動大口徑棱鏡旋轉的同步帶驅動旋轉棱鏡裝置，采用同步帶直接驅動的方式，傳動比準確，無滑差，并結合旋轉編碼器實現(xiàn)反饋調節(jié)，可完成棱鏡旋轉角度的精密控制，而且同步帶傳動平穩(wěn)，能吸震，噪音小，布置靈活，結構緊湊，以克服在先技術的不足之處。本發(fā)明提出的同步帶驅動旋轉棱鏡裝置，包括鏡框及掃描鏡總成、同步帶機構、旋轉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，其平面?zhèn)韧ㄟ^O型墊圈19與鏡框7的軸肩接觸，楔形側通過橡膠墊塊5與楔形擋圈9 一側接觸；可成形擋圈9另一側接觸棱鏡擋圈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調整，通過旋動內六角螺釘23可以調節(jié)小帶輪軸支座11的水平位置，以此調整同步帶16的張緊度；電機支架15的位置根據小帶輪軸支座11的位置確定,需保證電機軸和小帶輪軸的同軸度要求。所述旋轉編碼器總成為兩組，包括編碼器旋轉環(huán)20、第一讀數(shù)頭21和第二讀數(shù)頭22，編碼器旋轉環(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)明的技術優(yōu)點:
1.本發(fā)明中，所述的楔形棱鏡通同步帶驅動實現(xiàn)全圓周大范圍旋轉，滿足動態(tài)光束的掃描要求，傳動精準。2.本發(fā)明中，傳動平穩(wěn)，減少楔形棱鏡在旋轉過程中的振動，可以保證光學系統(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可調，可以方便的調整同步帶的張緊度，保證傳動的可靠性，結構緊湊，布置靈活。4.本發(fā)明中，采用雙讀數(shù)頭的旋轉編碼器實時檢測棱鏡的旋轉角度，通過計算機處理兩個讀數(shù)頭所采集的數(shù)據，可以靈活的使用，既可以形成開環(huán)控制，實時顯示旋轉的角度和速度，也可以實現(xiàn)閉環(huán)控制，通過旋轉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角度及角速度的目的。


圖1為本發(fā)明旋轉棱鏡裝置的總體結構主視圖。圖2為圖1的A-A剖視結構圖。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構圖。圖5為圖4局部視圖。圖6為本裝置中機座的結構圖，Ca)為主視圖，(b)為機座的結構A-A剖視圖。圖7為本裝置中機座鑲塊的結構圖，(b)為主視圖，Ca)為右視全剖視圖。圖8為本裝置中鏡框結構圖。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構圖，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構圖，Ca)為主視圖，(b)為左視圖。圖中標號: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)明采用同步帶驅動運動機構的組成及實現(xiàn)旋轉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)明旋轉棱鏡裝置的總體結構主視圖，圖2為裝置的總體結構的A-A剖視結構圖，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構圖。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，鏡框7的結構如圖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緊力，其局部結構如圖5所示。這樣就可以很方便地在裝配完成后，根據實際需要旋轉螺釘來調整棱鏡的軸向預緊力。本裝置中大帶輪的結構如圖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的一側推入，并用8個內六角螺釘固定，即完成了整個旋轉部件的裝配。參見圖2，將機座I 一側的機座鑲塊2調整好位置，并用內六角螺釘固定,機座I和機座鑲塊2的結構分別如圖6和圖7所示，然后將上述安裝好的旋轉部件放到預定位置，輕輕敲入交叉滾子軸承4，將同步帶16從另一側放置到機座內部，然后安裝這一側的機座鑲塊2和交叉滾子軸承4，最后調整好整個旋轉部件的位置，轉動軸承，保證靈活無卡死，再裝上兩側的交叉滾子軸承擋圈3，在鏡框7的一側裝上與之相配的旋轉編碼器旋轉環(huán)20，在同側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，調整兩個讀數(shù)頭的位置，使之對準編碼器旋轉環(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構如圖3所示，小帶輪軸的結構如圖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上的相應位置，調整好兩側角接觸球軸承，裝上兩個小軸承壓塊12壓緊軸承，并轉動小帶輪軸14，保證軸承靈活無卡死。最后裝上內六角螺釘23，通過旋轉兩個內六角螺釘23，即可調整小帶輪軸支座11的水平位置，以此來調節(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。
權利要求
1.同步帶驅動旋轉棱鏡裝置，包括鏡框及掃描鏡總成、同步帶機構、旋轉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，其平面?zhèn)韧ㄟ^O型墊圈(1(9))與鏡框(7)的軸肩接觸，楔形側通過橡膠墊塊(5)與楔形擋圈(9) 一側接觸；可成形擋圈(9)另一側接觸棱鏡擋圈￠)，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調整，通過旋動內六角螺釘(23)調節(jié)小帶輪軸支座(11)的水平位置，以調整同步帶(16)的張緊度；電機支架(15)的位置根據小帶輪軸支座(11)的位置確定，使電機軸和小帶輪軸的同軸度； 所述旋轉編碼器總成為兩組，包括編碼器旋轉環(huán)(20)、第一讀數(shù)頭(21)和第二讀數(shù)頭(22)，編碼器旋轉環(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.根據權利要求1 所述的裝置，其特征在于所述機座(I)底座面上設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動旋轉棱鏡裝置包括鏡框及掃描鏡總成、同步帶機構、旋轉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，所述旋轉編碼器總成為兩組，包括編碼器旋轉環(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可調，可以方便的調整同步帶的張緊度，保證傳動的可靠性，結構緊湊，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)先權日2013年3月7日
發(fā)明者李安虎, 高心健 申請人:同濟大學