基于双杆机械调节的激光通信光轴校准装置及方法

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1.本发明涉及激光通信校准设备技术领域，具体的说是一种体积小、可靠性高的基于双杆机械调节的激光通信光轴校准装置及方法。


背景技术：

2.激光通信可实现空间点对点高速信息传输，具有体积小、抗电磁干扰等独特优点。由于激光光束发散角在毫弧度量级，收发光轴平行度要求一般在数十微弧度以内，需要定期进行校准。
3.目前点对点激光通信终端的校准装置一般都采用转台去实现俯仰和偏转角度的调节。这种装置精度较高但造价相应较昂贵，通常体积大不适用于狭小空间，且转台安装环境的要求较高，在复杂环境下运输、安装困难，使用的可靠性非常依赖日常维护工作，因此在这方面需要投入很多精力，是一种较为精密的仪器。所以目前的通信终端校准装置都具有很高的使用标准和条件，不具备简易和低成本的特点。在只要求得到大致方向的粗瞄情况下，使用这类转盘进行装置调节会造成不必要的浪费。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种体积小、可靠性高的基于双杆机械调节的激光通信光轴校准装置及方法。
5.本发明通过以下措施达到：
6.一种基于双杆机械调节的激光通信光轴校准装置，其特征在于，设有通信终端、夹块、底板、球形万向轴、两根齿条、蜗轮蜗杆、锥齿轮、压紧螺栓、主动锥齿轮、从动锥齿轮、转盘、两台步进电机、齿轮轴、转轴以及轴承座，其中将转盘与从动锥齿轮固定连接在一起，步进电机安装在转盘上，主动锥齿轮套在转轴上与从动锥齿轮同步转动，齿轮轴通过轴承座定位在距转盘上表面124mm处，压紧螺栓负责确定齿轮轴的水平位置，压紧螺栓与外壁以h7/k6配合；锥齿轮装配在转轴上，距离外壳顶部116mm处用轴承座作支撑；齿条与蜗轮蜗杆以及锥齿轮分别啮合，齿条上用过盈配合方式结合球形万向轴，底板与球形万向轴焊接在一起，通过球形万向轴将底板、齿条相连；夹块用压紧螺栓将通信终端约束在底板上；将装置外壳与转盘固定为一体，并放在底座上。
7.本发明还提出了一种基于双杆机械调节的激光通信光轴校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.步骤1：将通信终端夹紧在校准装置上，利用底板两侧的滑槽内装有夹紧块，将通信终端放置到底板后，调节压紧螺栓，压紧装置两端的夹块达到固定的效果；
9.步骤2：对通信终端进行俯仰调节：利用底板下方装有的固定的球形万向轴，齿条上方有与球形万向轴配合的凹型槽，这样当电机带动转轴上的齿轮旋转，力矩经过齿轮传递到蜗杆最后推动齿条升降，两侧的齿条升降形成高度差时，球形万向轴会在凹槽内转动与水平面成一定的角度，球形万向轴上方连接的底板也会随之倾斜，达到校准光轴俯仰角
的目的；
10.步骤3：对通信终端进行偏转调节：开启步进电动机，转轴上的锥齿轮旋转带动与其啮合的锥齿轮转动，该齿轮固定在转盘上，转盘连同通信装置整体发生平面角度偏移，调节光轴方位角；
11.步骤4：光轴校准完成后，关闭电机电源，齿轮停止运转，整个装置保持静止不会受外界扰动产生光轴位置误差。
12.本发明与现有技术相比，可在10urad以内，同时具有如下优点：
13.(1)体积小；充分利用了机械传动零件小巧轻便的自身特点，节省对终端空间的占用，占装置总体的比重很小，对于装置的安装环境和人员操作要求不高。
14.(2)无需配备专门负责高度与角度锁死的机构；该光轴校准装置通过电机驱动机械传动零件移动或转动来实现光轴的校准，两侧齿条形成高度差提供给安装座上的装置光轴俯仰角度；齿轮带动转盘可以改变光轴的方位角。当断开电机的电源后齿条和齿轮都将停止运动并自动保持锁死状态，无需另外安装锁死装置。
15.(3)结构简单，安装维修方便，制造成本更低，容易实现量产。
附图说明：
16.附图1是本发明的结构示意图。
17.附图2是本发明中夹块的结构示意图。
18.附图3是本发明中涡轮结构示意图。
19.附图4是本发明中锥齿轮的结构示意图。
20.附图5是本发明中齿轮轴结构示意图。
21.附图6是本发明在调整通信终端俯仰角时状态示意图。
22.附图7是本发明在调整通信终端方位角时相关部件状态图。
23.附图标记：1、通信终端；2、夹块,见图2；3、400*300*12(mm)底板；4、r8(mm)球形万向轴；5、80*16*16(mm)齿条*2；6、蜗轮蜗杆,见图3；7、锥齿轮,见图4；8、gb/t5782-2000压紧螺栓m24；9、主动锥齿轮；10、从动锥齿轮；11、r250(mm)转盘；12、两台dm-420a型步进电机；13、齿轮轴，见图5；14、400*r3(mm)转轴；15、轴承座。
具体实施方式：
24.下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的说明。
25.实施例1：
26.如附图1所示，本例提供了一种基于双杆调节的激光通信光轴校准装置，包括通信终端1、夹块2,见图2；400*300*12(mm)底板3；r8(mm)球形万向轴4；80*16*16(mm)齿条*2 5；蜗轮蜗杆6,见图3；7、锥齿轮,见图4；8、gb/t5782-2000压紧螺栓m24；9、主动锥齿轮；10、从动锥齿轮；11、r250(mm)转盘；12、两台dm-420a型步进电机；13、齿轮轴，见图5；14、400*r3(mm)转轴；15、轴承座。其中，将零件11与零件10固定连接在一起，零件12安装在零件11上；零件9套在转轴上与零件10同步转动；零件13通过零件15定位在距零件11上表面124mm处，零件8负责确定它的水平位置，零件8与外壁以h7/k6配合；零件7装配在零件14上，在装置内距离外壳顶部116mm处用零件15作支撑；零件5、6、7分别进行齿轮啮合，零件5上用过盈配合
方式零件4，零件3与零件4焊接在一起，通过零件4将零件3、5相连通；零件2用压紧螺栓将零件1约束在零件3上；最后将装置外壳与零件11固定为一体，放在底座上，安装完成。
27.在使用时，本例中通信终端夹紧装置结构形式如图1所示。底板两侧的滑槽内装有夹紧块，终端放置到底板后，调节压紧螺栓，压紧装置两端的夹块达到固定的效果；
28.通信终端俯仰调节装置结构形式如图1所示。装置底板下方装有固定的球形万向轴，齿条上方有与球形万向轴配合的凹型槽。这样当电机带动转轴上的齿轮旋转，力矩经过齿轮传递到蜗杆最后推动齿条升降，两侧的齿条升降形成高度差时，球形万向轴会在凹槽内转动与水平面成一定的角度，球形万向轴上方连接的底板也会随之倾斜，达到校准光轴俯仰角的目的。
29.通信终端偏转调节装置结构形式如图1所示。开启电机，转轴上的锥齿轮旋转带动与其啮合的锥齿轮转动，该齿轮固定在转盘上，转盘连同通信装置整体发生平面角度偏移，调节光轴方位角。光轴校准完成后，关闭电机电源，齿轮停止运转，整个装置保持静止不会受外界扰动产生光轴位置误差。
30.本例中，光轴校准装置采用两台130byg350d型步进电机12提供扭转力矩，一部分通过转轴经直齿轮13，带动另一根转轴14旋转，转轴上的锥齿轮7将力由蜗轮蜗杆6改变作用方向，径向力变为轴向力推动齿条5升降。另一部分力矩由转轴传递到主动锥齿轮9，与其啮合的从动锥齿轮10固定在转台上11，从动齿轮旋转同时转台连同整个装置水平转动。
31.激光通信光轴校准装置实施方式如下：
32.(1)激光发射器通过夹块固定在底板上方；
33.(2)将右侧螺栓旋进外壳的螺纹孔内，左侧螺栓向外旋出。打开步进电机，此时左侧的两对齿轮副相互啮合，底板左侧由齿轮蜗杆带动齿条进行升降；
34.(3)左侧调整到位后，关闭电机将左右螺栓反向移动后再重启电机，轮到右侧的两对齿轮副工作，齿条升降对底板右侧进行调整，两侧的高度差提供所需要的俯仰角度；
35.(4)开启另一台电机带动转轴旋转，通过平键固定在轴上的锥齿轮同时转动，与其啮合的另一个齿轮安装在转盘上，转盘随之转动调节光轴的偏转角；
36.(5)关闭电机电源，转轴和齿轮停止运转，光轴校准装置锁死，高度与角度保持不变。
37.与现有的光通信光轴校准装置相比，本发明提出的光轴校准装置精度可在10urad以内，同时具有如下优点：1)体积小；充分利用了机械传动零件小巧轻便的自身特点，节省对终端空间的占用，占装置总体的比重很小，对于装置的安装环境和人员操作要求不高。2)无需配备专门负责高度与角度锁死的机构；该光轴校准装置通过电机驱动机械传动零件移动或转动来实现光轴的校准，两侧齿条形成高度差提供给安装座上的装置光轴俯仰角度；齿轮带动转盘可以改变光轴的方位角。当断开电机的电源后齿条和齿轮都将停止运动并自动保持锁死状态，无需另外安装锁死装置。3)结构简单，安装维修方便，制造成本更低，容易实现量产。