一種用于航空相機的小型化調焦機構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于航空光學遙感裝備調焦技術領域，具體設及一種用于航空相機的小型 化調焦機構。
【背景技術】
[0002] 在航空工作環境下，溫度和壓力會隨季節、工作地點、高度、天氣狀況等因素而發 生大幅度變化，從而引起相機系統焦距的改變。此外，實際工作中，相機的照相距離會隨載 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際像面位置會發 生變化。因而，為克服溫度、壓力和照相距離等復雜因素變化對系統成像質量的影響，高精 度的快速動態調焦是確保航空相機高質量成像的重要技術途徑之一。
[0003] 目前，航空相機的調焦途徑主要分為兩大類，一種是通過驅動機構移動焦面組件 實現調焦;另一種是通過移動系統中間的光學元件實現調焦。調焦機構一般由導向部件、減 速系統、運動轉化部件、自鎖部件、驅動電機和位置傳感器6個部分組成。其中導向部件主要 實現調焦對象在既定方向上的運動約束;減速系統、運動轉化部件、自鎖部件共同構成了調 焦機構的傳動系統，實現了系統減速、旋轉運動向直線運動的運動方式轉化W及調焦對象 的位置自鎖;驅動電機和位置傳感器分別為動力源和位置感知測量元件。常用的航空相機 調焦機構結構配置形式包括：
[0004] 1)齒輪減速系統串聯蝸輪蝸桿和盤形凸輪的傳動系統，導向部件采用直線導軌， 位置測量采用軸角傳感器；
[0005] 2)由齒輪帶動刻有凹槽的圓柱凸輪，運種配置方式既可將電機的旋轉運動轉化為 調焦對象的軸向運動，又可實現位置自鎖。通過軸角傳感器測量圓柱凸輪的角位移實現調 焦對象的位置測量。直線導向功能由固定筒和軸向移動筒之間的圓柱副實現；
[0006] 3)由步進電機帶動滾珠絲杠直接驅動調焦對象進行直線運動，導向部件采用直線 導軌。位置測量由串聯于步進電機上的軸角編碼器來實現。
[0007] 第一種配置形式的調焦機構既可用于焦面調焦，也可用于中間光學元件調焦。具 有調焦精度高、適用范圍廣、工作可靠等優點，其缺點是結構復雜、體積大、傳動效率低。第 二種配置形式多用于中小口徑的透射式變焦距鏡頭，具有結構緊湊的優點，其缺點有二：1) 系統自鎖性能受制于調焦行程和旋轉筒的旋轉角度比值;2)凸輪導銷易磨損。第Ξ種配置 形式優點是適用于大的調焦行程、結構相對簡單，缺點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。

【發明內容】

[000引本發明的目的在于提出一種用于航空相機的小型化調焦機構，解決現有技術存在 的結構復雜、機構軸向尺寸大和系統自鎖性能受制于調焦行程和旋轉筒的旋轉角度比值W 及凸輪導銷易磨損的問題。
[0009]為實現上述目的，本發明的一種用于航空相機的小型化調焦機構包括：
[0010] 支撐結構，所述支撐結構為L型。
[0011] 設置在支撐結構側壁上的導向部件，調焦對象一側通過導向部件相對于支撐結構 在光軸方向滑動；
[0012] 與調焦對象另一側緊固聯接的凸輪從動件；
[0013]與所述凸輪從動件單側接觸的凸輪，所述凸輪通過兩個軸承固定在支撐結構上， 所述凸輪從動件通過兩個和凸輪推力共平面的復位彈黃與支撐結構連接；
[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構上的電機，所述電機輸出端通過齒輪傳動帶動凸 輪轉動。
[0016] 所述支撐結構包括支撐板、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，所述凸輪從動件通過兩 個所述復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]所述導向部件包括導軌、滑塊和滑塊調整墊，所述滑塊和滑塊調整墊通過螺釘固 定在支撐板側壁上，所述導軌和調焦對象通過螺釘緊固聯接，所述導軌和所述滑塊之間形 成直線導向副，所述導軌和滑塊之間設有滾珠。
[0018] 所述導軌、滑塊和滑塊調整墊包括兩組，兩組所述導軌平行設置。
[0019] 所述凸輪為偏屯、凸輪。
[0020] 所述調焦對象的直線位置?·(θ)與凸輪轉角Θ之間滿足W下正弦關系：
[0021] f(0)=e·sine(0e[-90° ,+90°])
[0022] 其中：e為凸輪旋轉中屯、和幾何中屯、的偏屯、量;θ為凸輪轉角。
[0023]兩個所述復位彈黃的力學性能和位置參數需要滿足W下關系：
[0024]
[002引其中：AXI日和ΔΧ2日為凸輪零位時，即Θ=0°時，凸輪推力分別與兩根復位彈黃拉力 在X方向上的間距；
[0026]Δyi和ΔY2為整個行程范圍內凸輪推力分別與兩根復位彈黃拉力在Y方向上的間 距；
[0027] Fsi和Fs2為兩根復位彈黃的拉力。
[0028]本發明的有益效果為:本發明的一種用于航空相機的小型化調焦機構通過齒輪傳 動帶動偏屯、凸輪驅動調焦對象，利用串聯于凸輪軸系上的軸角傳感器進行調焦對象的位置 測量，由于從測角傳感器到調焦對象處僅有凸輪一個運動傳遞環節，因此，運種配置方式使 測量模型的累積誤差小。
[0029]本發明提出的調焦機構采用了凸輪單側接觸工作方式，利用復位彈黃消除凸輪從 動件與凸輪之間在往復運動過程中的間隙。支撐結構設計為L型，導向部件和傳動系統分別 配置于調焦對象的兩側并與支撐結構相連。通過運種結構配置方式可有效降低調焦機構的 設計空間占比，為調焦對象提供了更大的可用設計空間。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發明的一種用于航空相機的小型化調焦機構的整體結構示意圖；
[0031] 圖2為本發明的一種用于航空相機的小型化調焦機構的結構原理圖；
[0032] 圖3為本發明的一種用于航空相機的小型化調焦機構中凸輪轉角向調焦對象直線 運動轉化原理圖；
[0033] 圖4為本發明的一種用于航空相機的小型化調焦機構中外力影響分析示意圖；
[0034] 圖5為本發明的一種用于航空相機的小型化調焦機構中雙復位彈黃布置方案圖；
[0035] 其中：1、支撐結構，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、導向部件，2-1、導軌，2-2、滑塊，2-3、滑塊調整墊，3、調焦對象，4、軸角傳感器， 5、凸輪，6、凸輪從動件，7、軸承，8、齒輪傳動，9、電機，10、復位彈黃。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明。
[0037] 參見附圖1，本發明的一種用于航空相機的小型化調焦機構包括：
[0038] 支撐結構1，所述支撐結構1為L型結構；
[0039] 設置在支撐結構1側壁上的導向部件2,調焦對象3-側通過導向部件2相對支撐結 構1在光軸方向滑動；
[0040] 與調焦對象3另一側緊固聯接的凸輪從動件6;
[0041] 與所述凸輪從動件6單側接觸的凸輪5,所述凸輪5通過兩個軸承7固定在支撐結構 1上，所述凸輪從動件6通過兩個和凸輪5的推力共平面的復位彈黃10與支撐結構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構1上的電機9,所述電機9輸出端通過齒輪傳動8帶 動凸輪5轉動。
[0044] 所述支撐結構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，所述凸輪從動件6通過兩個所述復位彈黃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] 所述導向部件2包括導軌2-1、滑塊2-2和滑塊調整墊2-3。裝調過程中，通過研修四 個滑塊調整墊2-3來調整兩根導軌在調焦運動方向上的平行度和共面度。調整完成后，所述 滑塊2-2和滑塊調整墊2-3通過螺釘固定在支撐板1-1的側壁上，所述導軌2-1和調焦對象3 通過螺釘緊固聯接，所述導軌2-1和所述滑塊2-2之間形成直線導向副，通過設置在所述導 軌2-1和滑塊2-2之間的滾珠來減小摩擦阻力。
[0046] 所述導軌2-1、滑塊2