一种基于弹性预紧的高精度三视场切换装置的制作方法

1.本发明涉及光学仪器技术领域，具体而言，涉及一种基于弹性预紧的高精度三视场切换装置。


背景技术：

2.光束控制与跟瞄装备(简称atp)可完成对目标全天候捕获、跟踪、瞄准以及高能激光光束发射调焦控制，将高能激光束聚焦到远场目标上，实现对目标打击和摧毁。其中对目标捕获、跟踪、瞄准的跟瞄分系统采用了共光路共探测器(中波制冷红外探测器)设计，该三视场切换装置是跟瞄分系统的重要组成部分。由于采用共光路共探测器设计，三视场切换装置有小型化、轻量化、高精度及光学装调方便等要求。
3.当跟瞄分系统捕获跟踪目标后，三视场切换装置根据目标不同的距离快速切换视场，保证目标不丢失。
4.视场切换装置包括活动镜片和固定镜片，活动镜片需要根据目标的位置变化运动到指定位置完成变倍功能，同时要根据不同温度等条件下，镜片运动位置不同，完成调焦功能。
5.现有技术中采用电机自锁的方式，存在无法消除传动丝杆间隙和回差的问题，会造成图像模糊，影响成像质量。


技术实现要素：

6.本发明旨在提供一种基于弹性预紧的高精度三视场切换装置，以解决现有技术中采用电机自锁的方式，存在无法消除传动丝杆间隙和回差的问题，会造成图像模糊，影响成像质量。
7.本发明的实施例是这样实现的：
8.一种基于弹性预紧的高精度三视场切换装置，包括镜筒、固定镜片组件、活动镜片组件、传动机构和预紧机构；
9.所述传动机构用于驱动所述活动镜片组件运动，为其提供精确的运动位置，所述预紧机构设置于所述活动镜片组件之间，用于将所述活动镜片组件预紧，且预紧力可调。
10.本发明通过将所述活动镜片组件内部进行预紧，并且预紧力可调，能够使得所述活动镜片组件内部始终有力的作用，将活动镜片之间撑住，从而消除丝杆传动的间隙和回差，提高成像质量。
11.作为优选的技术方案：
12.所述活动镜片组件包括第三镜片、第四镜片和第五镜片，每个镜片都设计有镜框和镜片压圈，镜片通过镜片压圈固定在镜框内，镜框通过镜框压圈固定在所述镜筒内；
13.所述第三镜片和所述第五镜片的镜框为一体化结构，为第三五镜框，所述第四镜片的镜框为第四镜框；
14.所述预紧机构的一端连接于所述第三五镜框，另一端连接于所述第四镜框，所述
预紧机构将所述第三五镜框和所述第四镜框之间弹性预紧。
15.弹性预紧并非刚性固定的方式，所述第三五镜框和所述第四镜框之间采用弹性预紧的方式，二者之间受到弹力的作用，可以相应地调节二者的位置，便于消除丝杆传动的间隙和回差。
16.作为优选的技术方案：
17.所述预紧机构包括弹簧导杆、预紧弹簧和预紧螺母，所述弹簧导杆紧固在所述第三五镜框上，所述预紧弹簧套设在所述弹簧导杆外部，其一端固定在所述第三五镜框上，所述预紧螺母的一端与所述第四镜框螺纹连接，另一端与所述弹簧导杆上的预紧弹簧相接触，所述预紧弹簧处于压缩状态，通过调整所述预紧螺母的位置能够调整所述预紧弹簧压缩的预紧力。
18.由于所述预紧弹簧处于压缩状态，因此弹簧对其两端的所述第三五镜框、所述第四镜框有弹力的作用，所述预紧弹簧压缩的预紧力可以通过所述预紧螺母来调节，所述预紧螺母可以使得弹簧的压缩程度发生变化，从而改变其弹力。
19.作为优选的技术方案：
20.所述固定镜片组件包括第一镜片、第二镜片、第六镜片、第七镜片、各镜片镜框、各镜片压圈和镜框压圈，镜片通过镜片压圈固定在镜框内，镜框通过镜框压圈固定在所述镜筒内。
21.作为优选的技术方案：
22.所述第一镜片和所述第二镜片为一组，设置于所述镜筒的一端；所述第六镜片和所述第七镜片为一组，设置于所述镜筒的另一端。
23.作为优选的技术方案：
24.所述传动机构分为上下两组，分别安装在所述镜筒的上下两侧，用于分别带动所述第三五镜框、所述第四镜框运动。
25.所述第三镜片、第四镜片、第五镜片通过传动机构带动改变其位置，实现三视场切换装置的变倍和调焦功能。
26.第三镜片和第五镜片采用一体化设计，减少了一组传动机构，节约了成本，降低了控制难度。
27.传动机构布局在镜筒上下两侧，布局合理，方便光学系统装调。
28.作为优选的技术方案：
29.所述传动机构包括导轨、前支撑架、轴承压圈、深沟球轴承、丝杆、传动转接架、后支撑架、角接触轴承、轴承压片、电机、电位计、电位计齿轮、丝杆齿轮、电机齿轮以及紧固件。
30.作为优选的技术方案：
31.每组传动机构包括两根所述导轨，所述丝杆位于两根所述导轨之间，所述丝杆的两端分别连接于所述前支撑架和所述后支撑架上，所述电机通过所述电机齿轮带动所述丝杆齿轮旋转，从而带动所述丝杆旋转，所述丝杆把所述电机的旋转运动转化成直线运动，并通过所述传动转接架带动所述活动镜片组件运动，所述丝杆齿轮又与所述电位计齿轮啮合，通过所述电位计记录所述活动镜片组件的位置。
32.作为优选的技术方案：
33.每组所述传动机构包括两个角接触轴承和一个深沟球轴承，两个所述角接触轴承靠轴承压片和轴承压圈把所述丝杆紧固在所述后支撑架上；
34.所述深沟球轴承设置于所述丝杆与所述前支撑架之间，所述深沟球轴承只靠轴承压圈固定其内圈，其外圈能够沿轴向浮动。
35.当温度变化时，防止丝杆和其他结构件线膨胀系数不同造成卡顿。
36.作为优选的技术方案：
37.所述前支撑架和所述后支撑架固定在所述镜筒同一平面上。
38.能有效地提高安装精度。
39.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
40.1.该发明应用了弹性预紧，并设计了预紧力可调的方式，可以更好的消除丝杆传动的间隙和回差，提高了成像质量。
41.2.第三镜片和第五镜片采用一体化设计，减少了一组传动机构，节约了成本，降低了控制难度。
42.3.传动机构布局在镜筒上下两侧，方便光学系统装调。
43.4.该装置结构紧凑，体积小，重量轻，方便后期共光路共探测器设计的集成。
44.5.该装置精度高，视场切换顺畅，成像质量好。
附图说明
45.图1为本发明所述的三视场切换装置的零件爆炸图。
46.图2为本发明所述的三视场切换装置中各个镜片的剖视图。
47.图3为本发明所述的传动机构的结构示意图。
48.图4为本发明所述的预紧机构的结构示意图。
49.图标：100-镜筒，200-固定镜片组件，300-活动镜片组件，400-传动机构，500-预紧机构，201-第一镜片，202-第二镜片，301-第三镜片，302-第四镜片，303-第五镜片，203-第六镜片，204-第七镜片，304-第三五镜框，305-第四镜框，401-导轨，402-前支撑架，403-轴承压圈，404-深沟球轴承，405-丝杆，406-传动转接架，407-后支撑架，408-角接触轴承，409-轴承压片，410-电机，411-电位计，412-电位计齿轮，413-丝杆齿轮，414-电机齿轮，501-弹簧导杆，502-预紧弹簧，503-预紧螺母。
具体实施方式
50.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.实施例
52.参见图1-图4，本实施例提出一种基于弹性预紧的高精度三视场切换装置，包括镜筒100、固定镜片组件200、活动镜片组件300、传动机构400和预紧机构500。
53.其中：所述镜筒100采用一体化设计，有较好的刚度和精度，为其他组件提供精确的安装支撑。
54.所述传动机构400用于驱动所述活动镜片组件300运动，为其提供精确的运动位置。
55.所述固定镜片组件200包括第一镜片201、第二镜片202、第六镜片203、第七镜片204、各镜片镜框、各镜片压圈和镜框压圈，每个镜片都设计有镜框和镜片压圈，镜片通过镜片压圈固定在镜框内，镜框通过镜框压圈固定在所述镜筒100内，方便装配时采用定心配车工艺，提高装配精度。
56.所述第一镜片201和所述第二镜片202为一组，设置于所述镜筒100的一端；所述第六镜片203和所述第七镜片204为一组，设置于所述镜筒100的另一端。
57.所述活动镜片组件300设置于两组所述固定镜片组件200之间，所述活动镜片组件300包括第三镜片301、第四镜片302和第五镜片303，每个镜片也都设计有镜框和镜片压圈，镜片通过镜片压圈固定在镜框内，镜框通过镜框压圈固定在所述镜筒100内。
58.所述第三镜片301和所述第五镜片303的镜框为一体化结构的第三五镜框304，所述第四镜片302的镜框为第四镜框305；
59.所述传动机构400分为上下两组，分别安装在所述镜筒100的上下两侧，用于分别带动所述第三五镜框304、所述第四镜框305运动，分别为第三五活动镜组和第四活动镜组提供精确的运动位置。由于第三镜片301和第五镜片303采用一体化镜框，既减少了一套传动机构400，又减轻了运动镜片的控制难度，并且提高了两镜片的安装精度，各镜片装配工艺与固定镜片相同。该结构的布局合理，体积小，刚度高，并且方便光学系统的装调。
60.参见图3，每组传动机构400包括两根导轨401，用于为活动镜片组件300提供位置精度和支撑。所述丝杆405位于两根所述导轨401之间，所述丝杆405通过轴承支撑，其两端分别连接于前支撑架402和后支撑架407上。
61.具体的，每组传动机构400含有两个角接触轴承408和一个深沟球轴承404，两个角接触轴承408靠轴承压片409和轴承压圈403把所述丝杆405紧固在所述后支撑架407上；一个深沟球轴承404设置于所述丝杆405与所述前支撑架402之间，所述深沟球轴承404只靠轴承压圈403固定其内圈，其外圈能够沿轴向浮动，当温度变化时，防止丝杆405和其他结构件线膨胀系数不同造成卡顿。所述前支撑架402和所述后支撑架407固定在所述镜筒100同一平面上，能有效地提高安装精度。
62.电机410通过所述电机齿轮414带动所述丝杆齿轮413旋转，从而带动所述丝杆405旋转，为活动镜片组提供运动动力。所述丝杆405上连接有传动转接架406，所述传动转接架406与所述活动镜片组件300相连接。所述丝杆405把所述电机410的旋转运动转化成直线运动，并通过所述传动转接架406带动所述活动镜片组件300运动，实现三视场切换装置的变倍和调焦功能。所述丝杆齿轮413又与电位计齿轮412啮合，通过所述电位计411记录所述活动镜片组件300的位置。
63.所述预紧机构500设置于所述活动镜片组件300之间，用于将所述活动镜片组件300预紧，且预紧力可调。
64.具体的，参见图4，所述预紧机构500包括弹簧导杆501、预紧弹簧502和预紧螺母503，所述预紧机构500采用了弹性预紧的方式，在第三五镜框304和第四镜框305内部进行预紧，结构紧凑，几乎不占用额外空间，并且弹性预紧可以消除丝杆405传动的间隙，提高成像质量。
65.所述弹簧导杆501通过螺纹紧固在所述第三五镜框304上，对所述预紧弹簧502起导引作用。所述预紧弹簧502套设在所述弹簧导杆501外部，其一端尾部穿过第三五镜框304胶孔，通过点胶固定在第三五镜框304上。所述预紧螺母503的一端与所述第四镜框305螺纹连接，另一端与所述弹簧导杆501上的预紧弹簧502相接触，所述预紧弹簧502处于压缩状态，通过调整所述预紧螺母503的位置能够调整所述预紧弹簧502压缩的预紧力。
66.所述丝杆405带动所述活动镜片组件300在导轨401上运动完成变倍功能，并通过电位计411判断是否到达指定位置。当活动镜片组件300到达指定位置后，由于预紧机构500的预紧弹簧502处于压缩状态，电机410给定微小力矩保持不变，使两活动镜片组件300之间保持预紧。当目标位置变化或者环境温度变化有调焦需求时，只需要微调第四镜片302位置即可。
67.本发明所述的三视场切换装置采用弹性预紧的方式，可以消除丝杆传动的间隙和回差，该装置的精度高，视场切换顺畅，成像质量好。
68.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。