高速二維掃描機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種高速二維掃描機(jī)構(gòu)，包括掃描鏡、支撐架、第一電機(jī)軸、第一電機(jī)、方形框架、第二電機(jī)軸、第二電機(jī)、U形架、第三電機(jī)軸、第三電機(jī)，其中，掃描鏡通過支撐架和第一電機(jī)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，支撐架和第一電機(jī)軸固定，掃描鏡在第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞掃描鏡的法線方向旋轉(zhuǎn)；第一電機(jī)固定在方形框架上，方形框架通過第二電機(jī)軸同U形架形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，第二電機(jī)軸和第一電機(jī)軸相互垂直且在同一面上，第二電機(jī)固定在U形架上，方形框架和掃描鏡在第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞第二電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；U形架通過第三電機(jī)軸和第三電機(jī)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，U形架和第三電機(jī)軸固定。本發(fā)明容易實(shí)現(xiàn)掃描機(jī)構(gòu)的高速掃描，有助于太赫茲成像探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)成像和對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的成像探測(cè)。
【專利說明】高速二維掃描機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太赫茲成像探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及探測(cè)成像中增加掃描速度的問題，具體指的是一種高速二維掃描機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]在太赫茲成像探測(cè)領(lǐng)域，由于光學(xué)系統(tǒng)本身視場(chǎng)的局限以及大面陣的太赫茲探測(cè)器現(xiàn)階段在關(guān)鍵工藝上尚未突破，因此需要借助機(jī)械驅(qū)動(dòng)的二維掃描機(jī)構(gòu)來擴(kuò)展系統(tǒng)的視場(chǎng)，以完成對(duì)目標(biāo)的快速掃描成像。傳統(tǒng)的二維掃描機(jī)構(gòu)采用方位軸系和俯仰軸系的往復(fù)擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)二維掃描，往復(fù)的擺動(dòng)需要電機(jī)頻繁的啟停和加減速，很難做到高速掃描，成像時(shí)間較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的成像探測(cè)，限制了其在很多場(chǎng)合的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高速二維掃描機(jī)構(gòu)，采用兩個(gè)軸線成一定角度布置的電機(jī)以相同轉(zhuǎn)速反向高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)掃描機(jī)構(gòu)一個(gè)維度的高速掃描，以另一電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)高速掃描，避免了電機(jī)頻繁的啟停，可大幅提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)減小了傳動(dòng)鏈誤差，在縮短了成像時(shí)間的同時(shí)保證了掃描的精度。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種高速二維掃描機(jī)構(gòu)，包括掃描鏡、支撐架、第一電機(jī)軸、第一電機(jī)、方形框架、第二電機(jī)軸、第二電機(jī)、U形架、第三電機(jī)軸、第三電機(jī),其中，掃描鏡通過支撐架和第一電機(jī)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，支撐架和第一電機(jī)軸固定，第一電機(jī)軸和掃描鏡面垂直且和鏡面中心在同一直線上，掃描鏡在第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞掃描鏡的法線方向旋轉(zhuǎn)；第一電機(jī)固定在方形框架上，方形框架通過第二電機(jī)軸同U形架形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，第二電機(jī)軸和第一電機(jī)軸相互垂直且在同一面上，第二電機(jī)軸和掃描鏡面平行，且其在掃描鏡上的垂直投影經(jīng)過掃描鏡中心，第二電機(jī)固定在U形架上，方形框架和掃描鏡在第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞第二電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；U形架通過第三電機(jī)軸和第三電機(jī)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，U形架和第三電機(jī)軸固定。
[0006]還包括角度傳感器，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)分別通過角度傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電機(jī)的實(shí)時(shí)反饋和控制。
[0007]所述角度傳感器內(nèi)置于電機(jī)內(nèi)部或安裝在相應(yīng)的電機(jī)軸上。
[0008]所述第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)選用能提高電機(jī)軸和電機(jī)之間同軸度的中空軸結(jié)構(gòu)的電機(jī)，以滿足掃描機(jī)構(gòu)高精度要求。
[0009]所述第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)選用能增大電機(jī)輸出力矩的帶減速機(jī)式電機(jī)，以滿足掃描鏡大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求。
[0010]根據(jù)所帶負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的依次增大，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)選擇正常工作時(shí)所輸出的力矩依次增大的相應(yīng)結(jié)構(gòu)與型號(hào)的電機(jī)。
[0011]所述方形框架和第二電機(jī)軸之間以軸肩和擋圈限制軸向移動(dòng)，以過盈配合的平鍵或緊定螺釘來限制第二電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]所述第一電機(jī)軸和第三電機(jī)軸之間在初始位置時(shí)有一個(gè)固定的角度，以保證掃描鏡將光線反射到后光路中的光學(xué)系統(tǒng)中。
[0013]所述固定角為45°或60°。
[0014]所述第三電機(jī)帶動(dòng)U形架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)方形框架和掃描鏡繞第三電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)第一電機(jī)帶動(dòng)掃描鏡繞第一電機(jī)軸以同樣的速度反向轉(zhuǎn)動(dòng)，這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是掃描鏡將在一個(gè)維度上實(shí)現(xiàn)近線性的掃描；在第一和第三電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)半周時(shí)，第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)方形框架帶動(dòng)掃描鏡繞第二電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)第二個(gè)維度的步進(jìn)；第一電機(jī)和第三電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，掃描機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩行或兩列的掃描。
[0015]所述掃描鏡為泡沫夾心結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)平面鏡、碳纖維輕質(zhì)平面鏡或經(jīng)機(jī)械加工減重處理的金屬平面鏡等質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的掃描鏡。
[0016]所述支撐架同掃描鏡之間通過粘結(jié)或焊接結(jié)合，支撐架在保證粘結(jié)強(qiáng)度的情況下應(yīng)選擇鎂合金、鋁合金等輕質(zhì)金屬材料，并進(jìn)行對(duì)稱設(shè)計(jì)和減重處理，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0017]本發(fā)明所提供的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，掃描機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)電機(jī)以相同轉(zhuǎn)速反向連續(xù)高速旋轉(zhuǎn)的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)維度的連續(xù)高速掃描，以電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)另一維的步進(jìn)擺動(dòng)，電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)避免了來回?cái)[動(dòng)時(shí)電機(jī)需要頻繁啟停和加減速的問題，可大幅提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，很容易實(shí)現(xiàn)掃描機(jī)構(gòu)的高速掃描。電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)減小了傳動(dòng)鏈誤差，在縮短了成像時(shí)間的同時(shí)保證了掃描的精度，從而有助于太赫茲成像探測(cè)系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的成像探測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明高速二維掃描機(jī)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例以及附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作詳細(xì)說明:
[0020]如圖1所示，掃描鏡I通過支撐架2和第一電機(jī)4形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，支撐架2和第一電機(jī)軸3通過螺釘固定,第一電機(jī)軸3和掃描鏡I垂直且和鏡面中心在同一直線上,掃描鏡I可在第一電機(jī)4的驅(qū)動(dòng)下繞掃描鏡I的法線方向旋轉(zhuǎn)。第一電機(jī)4通過螺釘固定在方形框架5上，方向框架5通過第二電機(jī)軸6同U形架9形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，第二電機(jī)軸6和第一電機(jī)軸3相互垂直且在同一面上,第二電機(jī)軸6和掃描鏡面平行,且其在掃描鏡I上的垂直投影經(jīng)過掃描鏡中心，第二電機(jī)7通過電機(jī)固定架8固定在U形架9上，方形框架5和掃描鏡I可在第二電機(jī)7的驅(qū)動(dòng)下繞第二電機(jī)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)。U形架9通過第三電機(jī)軸10和第三電機(jī)11形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，U形架9和第三電機(jī)軸10之間通過螺釘固定，第三電機(jī)軸10垂直于U形架9底部平面且和第二電機(jī)軸6垂直,第三電機(jī)11通過軸承座12固定于掃描機(jī)構(gòu)底座13上。第一電機(jī)4、第二電機(jī)7和第三電機(jī)11分別利用角度傳感器以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電機(jī)的實(shí)時(shí)反饋和控制。
[0021]掃描鏡I在本實(shí)施例中優(yōu)先選擇質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的泡沫夾心結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)平面鏡。本實(shí)施例中掃描鏡支架2同掃描鏡I之間優(yōu)先選擇通過粘結(jié)結(jié)合，掃描鏡支架2在保證粘結(jié)強(qiáng)度的情況下選擇鋁合金材料，并進(jìn)行對(duì)稱設(shè)計(jì)和減重處理，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0022]本實(shí)施例中第一電機(jī)4、第二電機(jī)7和第三電機(jī)11優(yōu)先選擇中空軸結(jié)構(gòu)的電機(jī)以提高電機(jī)軸和電機(jī)之間的同軸度，根據(jù)所帶負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的依次增大，第一電機(jī)4、第二電機(jī)7和第三電機(jī)11在正常工作時(shí)所輸出的力矩依次增大。
[0023]本實(shí)施例中方形框架5和第二電機(jī)軸6之間以軸肩和擋圈限制軸向移動(dòng)，以過盈配合的平鍵和緊定螺釘結(jié)合的方式來限制第二電機(jī)軸6的轉(zhuǎn)動(dòng)。第一電機(jī)軸3和第三電機(jī)軸10之間在初始位置時(shí)相互間夾角為45°，以保證掃描鏡將光線反射到后光路中的光學(xué)系統(tǒng)中。
[0024]本實(shí)施例中第一電機(jī)4選用內(nèi)置光柵進(jìn)行角度測(cè)量的電機(jī)，第二電機(jī)7選用轉(zhuǎn)子同第二電機(jī)軸6固定，定子同U形架9固定的角度傳感器14b，第三電機(jī)11選用轉(zhuǎn)子同第三電機(jī)軸10固定，定子同軸承座12固定的角度傳感器14a來反饋和控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角。
[0025]本實(shí)施例中高速二維掃描機(jī)構(gòu)利用第三電機(jī)11帶動(dòng)U形架9轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)方形框架5和掃描鏡I繞第三電機(jī)軸10高速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)第一電機(jī)4帶動(dòng)掃描鏡I繞第一電機(jī)軸3以同樣的速度反向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣復(fù)合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是掃描鏡I將在一個(gè)維度上實(shí)現(xiàn)近線性的掃描；在第一電機(jī)4和第三電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)半周時(shí)，第二電機(jī)7驅(qū)動(dòng)方形框架5帶動(dòng)掃描鏡I繞第二電機(jī)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)第二個(gè)維度的步進(jìn)；第一電機(jī)4和第三電機(jī)11每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈掃描機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)兩行或兩列的掃描，因此當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)4和第三電機(jī)11高速旋轉(zhuǎn)時(shí)掃描鏡I就能實(shí)現(xiàn)高速的二維掃描。
[0026]本發(fā)明中未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域內(nèi)的公知技術(shù)。以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制在具體的實(shí)施范圍內(nèi)，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神范圍之內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明的構(gòu)思創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括掃描鏡、支撐架、第一電機(jī)軸、第一電機(jī)、方形框架、第二電機(jī)軸、第二電機(jī)、U形架、第三電機(jī)軸、第三電機(jī)，其中，掃描鏡通過支撐架和第一電機(jī)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接,支撐架和第一電機(jī)軸固定，第一電機(jī)軸和掃描鏡面垂直且和鏡面中心在同一直線上，掃描鏡在第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞掃描鏡的法線方向旋轉(zhuǎn)；第一電機(jī)固定在方形框架上，方形框架通過第二電機(jī)軸同U形架形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，第二電機(jī)軸和第一電機(jī)軸相互垂直且在同一面上，第二電機(jī)軸和掃描鏡面平行，且其在掃描鏡上的垂直投影經(jīng)過掃描鏡中心，第二電機(jī)固定在U形架上，方形框架和掃描鏡在第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞第二電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng);u形架通過第三電機(jī)軸和第三電機(jī)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，U形架和第三電機(jī)軸固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括角度傳感器，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)分別通過角度傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電機(jī)的實(shí)時(shí)反饋和控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述角度傳感器內(nèi)置于電機(jī)內(nèi)部或安裝在相應(yīng)的電機(jī)軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)選用能提高電機(jī)軸和電機(jī)之間同軸度的中空軸結(jié)構(gòu)的電機(jī)，以滿足掃描機(jī)構(gòu)高精度要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)選用能增大電機(jī)輸出力矩的帶減速機(jī)式電機(jī)，以滿足掃描鏡大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，根據(jù)所帶負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的依次增大，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)選擇正常工作時(shí)所輸出的力矩依次增大的相應(yīng)結(jié)構(gòu)與型號(hào)的電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述方形框架和第二電機(jī)軸之間以軸肩和擋圈限制軸向移動(dòng)，以過盈配合的平鍵或緊定螺釘來限制第二電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一電機(jī)軸和第三電機(jī)軸之間在初始位置時(shí)有一個(gè)固定的角度，以保證掃描鏡將光線反射到后光路中的光學(xué)系統(tǒng)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述固定角為45°或60°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速二維掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第三電機(jī)帶動(dòng)U形架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)方形框架和掃描鏡繞第三電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)第一電機(jī)帶動(dòng)掃描鏡繞第一電機(jī)軸以同樣的速度反向轉(zhuǎn)動(dòng)，這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是掃描鏡將在一個(gè)維度上實(shí)現(xiàn)近線性的掃描；在第一和第三電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)半周時(shí)，第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)方形框架帶動(dòng)掃描鏡繞第二電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)第二個(gè)維度的步進(jìn)；第一電機(jī)和第三電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，掃描機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩行或兩列的掃描。
【文檔編號(hào)】G02B26/10GK104345447SQ201410550308
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】關(guān)冉, 謝巍, 侯麗偉, 曹德華, 周德亮, 王兵兵, 劉素芳, 臧元章, 鄒鍶, 俞旭輝, 王曉東, 魯斌, 汪瑞 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十研究所