申请/专利权人：中国科学院西安光学精密机械研究所

申请日：2019-05-17

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN110187491B

主分类号：G02B23/00

分类号：G02B23/00;G02B23/16;G02B7/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.09.24#实质审查的生效;2019.08.30#公开

摘要：本发明属于空间光学观测技术领域，具体涉及一种精度调节机构及用于空间光学望远镜的调焦装置。解决了现有调焦装置中执行机构占用空间大、调节精度不足的问题。包括杠杆中心体，其一端固定连接第一柔性连接件，另一端固定连接第二柔性连接件，第一柔性连接件和第二柔性连接件同向弯折；第一柔性连接件连接滚珠丝杠的螺母，第二柔性连接件安装于固定座；杠杆中心体上与柔性连接件弯折开口相反的方向设有杠杆输出端，杠杆输出端一端设于杠杆中心体上，另一端通过杠杆芯轴连接待调节件；该精度调节机构还设置有限制待调节件径向移动的限位结构。并将这种精度调节机构配合相应的传动机构应用于空间光学望远镜的调焦装置中，有效提高调焦精度。

主权项：1.一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特征在于：包括传动机构、精度调节机构、镜片8、镜框10以及设置于杠杆芯轴2和镜框10之间的凸台18；所述精度调节机构包括杠杆中心体1，其一端固定连接第一柔性连接件4，另一端固定连接第二柔性连接件5，第一柔性连接件4和第二柔性连接件5同向弯折；第一柔性连接件4连接滚珠丝杠9的螺母，第二柔性连接件5安装于固定座3；杠杆中心体1上与柔性连接件弯折开口相反的方向设有杠杆输出端6，杠杆输出端6一端设于杠杆中心体1上，另一端通过杠杆芯轴2连接待调节件；该精度调节机构还设置有限制待调节件径向移动的限位结构；所述传动机构包括与驱动器7输出端连接的蜗杆，蜗杆驱动蜗轮转动，蜗轮中心有蜗轮轴垂直穿过并与其固定，蜗轮轴一端连接有电位器11，另一端连接第一齿轮12，第一齿轮12同时啮合有第二齿轮13，第二齿轮13中心与其垂直固定有滚珠丝杠9，滚珠丝杠9的螺母与第一柔性连接件4通过连接环15相连；所述镜片8固定放置于镜框10内，镜框10连接杠杆芯轴2；所述第一柔性连接件4与连接环15相切连接；所述杠杆芯轴2与凸台18的连接处、凸台18以及镜框10均放置于腔体19内，杠杆芯轴2穿过腔体19上表面且与腔体19留有间隙，凸台18外侧连接有至少一组导向片20，当杠杆芯轴2通过凸台18带动镜框10沿轴向移动时，对镜框10导向并限位。

全文数据：一种精度调节机构及用于空间光学望远镜的调焦装置技术领域本发明属于空间光学观测技术领域，具体涉及一种精度调节机构及用于空间光学望远镜的调焦装置。背景技术在空间望远镜执行任务期间，根据拍摄目标的需求，需要对空间光学望远镜进行焦距的调节，以获得分辨率高的图像。因此，空间光学望远镜调焦机构的设计至关重要。目前，调焦机构的方案主要有两种不同的执行机构，一种是采用凸轮机构，但这种形式往往需要占用很大空间，且调节精度较低；另一种是丝杠机构，但其抗冷焊效果差，适用环境有限。因此，多数次镜调焦机构注重于周密性和紧凑型，而忽视了调焦的精度和适用性。对于工作要求高的空间光学望远镜来说，光学指标是核心内容，因此，如何实现高精度的调焦对于传统次镜调焦机构仍是不小的挑战。发明内容本发明的主要目的是在于提供一种精度调节机构及用于空间光学望远镜的调焦装置，有效提高调焦精度。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精度调节机构，其特殊之处在于，包括杠杆中心体，其一端固定连接第一柔性连接件，另一端固定连接第二柔性连接件，第一柔性连接件和第二柔性连接件同向弯折；第一柔性连接件连接滚珠丝杠的螺母，第二柔性连接件安装于固定座；杠杆中心体上与柔性连接件弯折开口相反的方向设有杠杆输出端，杠杆输出端一端设于杠杆中心体上，另一端通过杠杆芯轴连接待调节件；该精度调节机构还设置有限制待调节件径向移动的限位结构。一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特殊之处在于，包括传动机构、如上所述的精度调节机构、镜片和镜框；传动机构一端连接有驱动器，另一端连接精度调节机构的滚珠丝杠；镜片固定放置于镜框内，镜框连接精度调节机构的杠杆芯轴。优选地，所述传动机构包括与驱动器输出端连接的蜗杆，蜗杆驱动蜗轮转动，蜗轮中心有蜗轮轴垂直穿过并与其固定，蜗轮轴一端连接有电位器，另一端连接第一齿轮，第一齿轮同时啮合有第二齿轮，第二齿轮中心与其垂直固定有滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母与第一柔性连接件通过连接环相连。优选地，还包括固定支座，所述滚珠丝杠的丝杠两端分别套设有轴承，轴承均固定连接于固定支座。优选地，所述第一柔性连接件与连接环相切连接。优选地，还包括设置于杠杆芯轴和镜框之间的凸台，杠杆芯轴与凸台的连接处、凸台以及镜框均放置于腔体内，杠杆芯轴穿过腔体上表面且与腔体留有间隙，凸台外侧连接有至少一组导向片，当杠杆芯轴通过凸台带动镜框沿轴向移动时，对镜框导向并限位。优选地，包括至少两组导向片，其中一组一端连接凸台，另一端连接于腔体的内壁，作为限位结构。优选地，所述第二柔性连接件与固定座之间还设有修切垫。优选地，所述第二柔性连接件的弯折角度为22°。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明一种精度调节机构，滚珠丝杠运动副带动杠杆一端在直线方向产生位移，同时杠杆另一端安装于固定座并不产生位移作为杠杆支点，由于第二柔性连接件为柔性杆，在杠杆被施加直线方向的力时，第二柔性连接件的弯折角度会随之发生相应的变化，从而带动杠杆直线位移的同时，由于一端被固定而减小位移量，因此达到精度调节的目的。整体设计巧妙，有效提高了调节的精度。2.本发明一种用于空间光学望远镜的调焦装置，利用前述的精度调节机构，配合镜框和镜片达到调焦的目的，搭载适当的传动机构满足调焦装置整体需求，有效提高调焦精度。在卫星入轨后能够可靠运转、满足空间相机焦距调节需要，做到结构紧凑且可高精度进行焦距调节。同时具有较高的刚度和可靠性，满足了仪器设计的多项功能要求。3.通过涡轮蜗杆机构、齿轮传动和滚珠丝杠的合理配合，更加完整的实现了调焦装置的传动，为杠杆提供了更加精确的直线位移驱动，结构紧凑且容易实现。4.通过轴承的设置将滚珠丝杠固定连接于固定支座，加强了整个装置的牢靠性和稳定性。5.第一柔性连接件与连接环相切连接，更有利于第一柔性连接件相对滚珠丝杠螺母的滑动，其在微小滑动中阻力更小。6.通过设置腔体，对镜框和镜片进行封装，另外通过在凸台两侧设置导向片，再配合腔体对直线位移的调节量进行了限制和导向，避免调节量过大。7.设置某一组导向片连接于凸台和腔体内壁之间，作为限位结构的一种形式，限制了杠杆芯轴的径向移动，减小精度调节受到的干扰，提高精度。8.通过设置修切垫，提高了装配精度。附图说明图1为本发明实施例中精度调节机构的示意图；图2为本发明实施例中调焦装置的整体结构示意图；图3为本发明实施例中调焦装置的剖面图；图4为本发明实施例中杠杆输入端与输出端位移对应关系图。其中，1-杠杆中心体；2-杠杆芯轴；3-固定座；4-第一柔性连接件；5-第二柔性连接件；6-杠杆输出端；7-驱动器；8-镜片；9-滚珠丝杠；10-镜框；11-电位器；12-第一齿轮；13-第二齿轮；14-销柱；15-连接环；16-固定支座；17-轴承；18-凸台；19-腔体；20-导向片。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。如图1，本发明一种精度调节机构，包括杠杆中心体1，其一端固定连接第一柔性连接件4，另一端固定连接第二柔性连接件5，共同构成一个完整的杠杆，第一柔性连接件4和第二柔性连接件5均为同向弯折结构，且均为柔性杆；第一柔性连接件4连接滚珠丝杠的螺母，带动杠杆直线移动，第二柔性连接件5安装于固定座3，不产生位移；杠杆中心体1上与柔性连接件弯折开口相反的方向设有杠杆输出端6，杠杆输出端6一端设于杠杆中心体1上，另一端通过杠杆芯轴2连接待调节件；杠杆芯轴2上还设有限制其径向移动的限位结构。此处的限位结构，主要是限制杠杆芯轴2的径向移动，可以通过挡杆或挡板一端固定于杠杆芯轴2另一端固定于其他固定部位来实现，也可以通过连接在待调节件上来实现，当然此处也不仅仅限于挡杆或挡板，其他能够达到径向限位目的的结构都应属于本方案范围。第二柔性连接件5与固定座3的连接处为杠杆支点，第一柔性连接件与直线移动部件的连接处到支点位置为杠杆动力臂，杠杆输出端6与杠杆中心体1的连接处到支点为阻力臂。第一柔性连接件和第二柔性连接件粗细的设置需要既满足固定连接又不能因为弹性形变而发生折断，具体的粗细度根据使用需要以及与其他部件的配合可以有所变化。该精度调节机构的工作原理为：杠杆一端由滚珠丝杠运动副带动杠杆产生轴向的力，但由于另一端安装于固定座3而无法产生位移，第一柔性连接件4与第二柔性连接件5均为柔性杆，因此在杠杆受到轴向力时，其弯折角度能够发生相应变化，从而使得杠杆在轴向上能够产生微小的轴向位移量，另外限位结构限制了杠杆芯轴2的径向位移，从而达到高精度调节的目的。基于上述原理，柔性连接件的弯折设计是很有必要的，本实施例给出一种优选的弯折角度为22度，根据装置的布置、使用需要和精度调节要求等，该弯折角度可以通过计算及相关的模拟得到相应的优选值。本发明一种用于空间光学望远镜的调焦装置，利用上述精度调节机构作为调焦核心组件，包括传动机构、如上所述的精度调节机构、镜片8和镜框10；传动机构一端连接驱动器7，另一端连接精度调节机构的滚珠丝杠；镜片8固定放置于镜框10内，镜框10连接精度调节机构的杠杆芯轴2。杠杆输出端的厚度可以根据调节需求进行调整，既要满足连接的目的也能够微小形变的需求，本实施例给出一种针对空间光学望远镜较为合适的厚度即1mm。参照图2和图3，提供了一种具体的传动执行机构，传动机构包括与驱动器7输出端连接的蜗杆，蜗杆驱动蜗轮转动，蜗轮中心有蜗轮轴垂直穿过并与其固定，蜗轮轴一端连接有电位器11，另一端连接第一齿轮12，第一齿轮12同时啮合有第二齿轮13，第二齿轮13中心与其垂直固定有滚珠丝杠9，第二齿轮带动滚珠丝杠9的丝杠同步转动，相应的滚珠丝杠的螺母沿丝杠轴向移动，滚珠丝杠9的螺母与第一柔性连接件4相连。本实施例中的驱动器为步进电机，其步距角为18°±8％，涡轮蜗杆的传动比为50：1，第一齿轮和第二齿轮的齿数比为1：1。装置还包括设置于杠杆芯轴2和镜框10之间的凸台18，杠杆芯轴2与凸台18的连接处、凸台18以及镜框10均放置于腔体19内，杠杆芯轴2穿过腔体19上表面且与腔体19留有间隙，凸台18外侧连接有至少一组导向片20，当杠杆芯轴2通过凸台18带动镜框10沿轴向移动时，对镜框10导向并限位。杠杆芯轴2可以是一个整体，也可以是多段相连的，具体根据装置内布置及杠杆距镜框的位置可以进行调整。导向片与凸台通过螺栓连接，其可以是单层的也可以是多层的，其沿光轴方向刚度较低，可以微量形变，具体形式可以结合腔体内部有所变化。作为一种设计方式，包括至少两组导向片20，其中一组一端连接凸台18，另一端连接于腔体19的内壁，作为限位结构。杠杆动力臂与阻力臂的比值为4.2：1，该比值会影响整个杠杆的调节精度，同样滚珠丝杠与杠杆的配合、杠杆动力臂和阻力臂比值都有可能会对精度的调节有影响，本实施例只是给出了一种优选的比值，具有降低载荷的优势，同时能保证高精度的位移，使位移量达到微米级别。另外为了保证装配精度，第二柔性连接件5与固定座3之间还设有修切垫。为了整个装置更加稳定牢靠，所述滚珠丝杠9的丝杠两端分别套设有轴承17，轴承17均固定连接于固定支座16。另外驱动器、电机和电位器根据需求也可设置相应的固定架，用于对其固定支撑，具体设置方法根据空闲限制、布置方式和布局设计而定。应用ANSYS，间隔5μm，给杠杆第一柔性连接件一端一次位移，杠杆连接滚珠丝杠的一端为杠杆输入端，分别仿真求得杠杆输出端位移值，得到如下表的对应结果：表1杠杆输入端与输出端对应位移表输入端位移μm输出端位移μm51.180102.359153.539204.718255.898307.077358.257409.436再通过Matlab对以上8组数据拟合，得到如图4所示杠杆输出端位移y关于杠杆输入端位移x的函数图像。针对上述8组数据求和方差SSE＝2.244*10-13，和方差越接近0，说明拟合效果越好，确定系数R-square＝0.9958，确定系数越接近1，x和y的解释能力越强，拟合效果越好。图4所述函数图像斜率接近4.2，即输入端与输出端位移呈4.2：1的关系变化，证明设计合理，达到预期杠杆动力臂与阻力臂的比值为4.2：1的设计目的。结合本发明图3中杠杆的布置方式，装置的调节原理如下：调节驱动器，当驱动器接收到一个脉冲信号，其内部电机按设定方向转动一定角度，同时其输出端带动蜗杆旋转一定角度，蜗杆根据传动比驱动蜗轮旋转，蜗轮内设置的蜗轮轴与其同步转动，并带动第一齿轮同步转动，与第一齿轮按齿数1：1啮合的第二齿轮亦同步转动，进而带动滚珠丝杠中的螺杆旋转，其螺母沿螺杆轴向移动带动杠杆同步位移，但由于杠杆另一端固定于固定座不产生位移，杠杆受到轴向力后第二柔性连接件的弯折角度发生变化，张开一定角度后使杠杆整体移动，但由于一端固定也大幅减小其轴向位移量，与此同时第一柔性连接件也能够发生弯折角度的变化，或者连接环相对销柱微小滑动，杠杆输出端由于厚度设计得当，既能够连接镜框和镜片，又能够产生微小形变而不发生折断，此时由于杠杆的整体移动，通过杠杆芯轴2带动镜框和镜片轴向运动，从而达到高精度调焦的目的。本发明中用到了多种连接结构，蜗轮蜗杆、齿轮传动和滚珠丝杠，设计巧妙、结构紧凑，有效的提高了调焦精度。该调焦装置能够应用于空间光学望远镜中的各种镜片调焦，包括但不限于主镜和次镜的调焦。以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

权利要求：1.一种精度调节机构，其特征在于：包括杠杆中心体1，其一端固定连接第一柔性连接件4，另一端固定连接第二柔性连接件5，第一柔性连接件4和第二柔性连接件5同向弯折；第一柔性连接件4连接滚珠丝杠9的螺母，第二柔性连接件5安装于固定座3；杠杆中心体1上与柔性连接件弯折开口相反的方向设有杠杆输出端6，杠杆输出端6一端设于杠杆中心体1上，另一端通过杠杆芯轴2连接待调节件；该精度调节机构还设置有限制待调节件径向移动的限位结构。2.一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特征在于：包括传动机构、如权利要求1所述的精度调节机构、镜片8和镜框10；传动机构一端连接有驱动器7，另一端连接精度调节机构的滚珠丝杠9；镜片8固定放置于镜框10内，镜框10连接精度调节机构的杠杆芯轴2。3.如权利要求2所述一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特征在于：所述传动机构包括与驱动器7输出端连接的蜗杆，蜗杆驱动蜗轮转动，蜗轮中心有蜗轮轴垂直穿过并与其固定，蜗轮轴一端连接有电位器11，另一端连接第一齿轮12，第一齿轮12同时啮合有第二齿轮13，第二齿轮13中心与其垂直固定有滚珠丝杠9，滚珠丝杠9的螺母与第一柔性连接件4通过连接环15相连。4.如权利要求3所述一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特征在于：还包括固定支座16，所述滚珠丝杠9的丝杠两端分别套设有轴承17，轴承17均固定连接于固定支座16。5.如权利要求3所述一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特征在于：所述第一柔性连接件4与连接环15相切连接。6.如权利要求3所述的一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特征在于：还包括设置于杠杆芯轴2和镜框10之间的凸台18，杠杆芯轴2与凸台18的连接处、凸台18以及镜框10均放置于腔体19内，杠杆芯轴2穿过腔体19上表面且与腔体19留有间隙，凸台18外侧连接有至少一组导向片20，当杠杆芯轴2通过凸台18带动镜框10沿轴向移动时，对镜框10导向并限位。7.如权利要求6所述一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特征在于：包括至少两组导向片20，其中一组一端连接凸台18，另一端连接于腔体19的内壁，作为限位结构。8.如权利要求3所述的一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特征在于：所述第二柔性连接件5与固定座3之间还设有修切垫。9.如权利要求3所述一种用于空间光学望远镜的调焦装置，其特征在于：所述第二柔性连接件5的弯折角度为22°。

百度查询： 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种精度调节机构及用于空间光学望远镜的调焦装置

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD