一种用于航空相机高精度无回差齿轮调焦机构及方法

技术领域

本发明涉及航空技术领域，具体涉及一种用于航空相机高精度无回差齿轮调焦机构及方法。

背景技术

航空相机在执行任务过程中，飞行高度始终处于变化状态，受到外界温度等环境干扰，导致成像系统出现虚焦等现象，无法获取清晰像质，为解决这一问题，在光路中需要设计调焦结构，来补偿温度变化引起的虚焦。

以往常规凸轮变焦机构多采用带减速箱电机安装主动齿轮作为驱动单元提供动力，电位计安装从动齿轮作为测角元件闭环控制，由于电机减速箱自身齿轮啮合存在回差以及电位计齿轮啮合也存在回差，导致测角精度不高，重复定位精度更无法满足高精度调焦的需求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种用于航空相机高精度无回差齿轮调焦机构。

一种用于航空相机高精度无回差齿轮调焦机构，包括：调焦执行组件、触碰开关、限位块、主镜筒、滑动导钉、凸轮组件和调焦镜组；

所述调焦镜组连接在主镜筒的内部，调焦镜组上固连有成对的滑动导钉，凸轮组件中的套筒套在主镜筒的外部，成对的滑动导钉与贯穿主镜筒与套筒上的直线滑槽配合连接；凸轮组件中的凸轮固连在套筒上，触碰开关通过转接件连接在主镜筒的侧壁，限位块固连在套筒上且位于触碰开关下方；

调焦执行组件包括拉簧、电机支架、光电编码器、驱动主轴、力矩电机和消间隙齿轮组；力矩电机通过电机支架固连在主镜筒上方，驱动主轴固连在力矩电机的电机内环上，光电编码器上的编码器外环安装在电机支架上，光电编码器上的编码器内环安装在驱动主轴上，消间隙齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，且第一齿轮和第二齿轮都固连在驱动主轴上，第一齿轮和第二齿轮上分别设有第一拉簧安装槽和第二拉簧安装槽，第一拉簧安装槽和第二拉簧安装槽上对应设置有第一拉簧安装孔和第二拉簧安装孔，拉簧的设置在第一拉簧安装槽和第二拉簧安装槽内，且拉簧的两端通过固定件分别与第一拉簧安装孔和第二拉簧安装孔连接。

进一步，所述力矩电机的电机内和电机外环一体化设计。

进一步，所述第一拉簧安装槽和第二拉簧安装槽都设有3个。

进一步，所述电机支架通过螺钉安装在主镜筒上。

进一步，所述力矩电机通过机械止口与电机支架对接。

进一步，所述消间隙齿轮组通过顶丝固定在驱动主轴上。

进一步，所述第一齿轮和第二齿轮通过螺钉固连在一起，第二齿轮的齿轮安装部的径向上设置有齿轮安装孔，齿轮安装孔通过与顶丝的配合将第二齿轮与驱动主轴固连。

进一步，所述第一齿轮、第二齿轮和凸轮的模数为0.5，第一齿轮和第二齿轮的齿数为36，消间隙齿轮组与凸轮的传动比为1：4。

本发明还包括一种基于上述任一项所述的用于航空相机高精度无回差齿轮调焦机构的调焦方法，具体为：图像处理程序向力矩电机的驱动程序发指令，力矩电机驱动控制调焦执行组件中驱动主轴转动，调焦执行组件中消间隙齿轮组与凸轮组件上的凸轮啮合，调焦执行组件转动时带动凸轮转动，导钉沿着主镜筒直线滑槽转动，调焦镜组在主镜筒内滑动实现光学镜片间隔轴向位置的变化，当图像处理程序通过算法判定出图像清晰位置时，不再向力矩电机的驱动程序发指令，电机停止转动，最终实现调焦功能。

本发明技术方案是采用力矩电机作为驱动单元，电机内环转子安装驱动主轴，消间隙齿轮组作为主动齿轮与驱动主轴连接，直接带动凸轮组件上的凸轮转动，进而带动调焦镜片移动，控制精度高，响应速度快，不存在齿轮箱无空回现象，同时主动齿轮采用双齿轮之间安装拉簧方式与凸轮齿轮啮合后消间隙设计，使主动齿轮副啮合也无空回，真正做到了传动过程中无回差，测角元件采用20位光电编码器，测角精度高，编码器内环安装在驱动主轴上与主动齿轮同时转动，做到完全无测角误差，整个设计提高了调焦结构的控制精度以及响应速度，通过高低温试验验证后，适应复杂环境下的调焦需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为图1的侧面剖视图；

图3为图1的正面剖视图；

图4为调焦执行组件的正面剖视图；

图5为调焦执行组件的侧面剖视图；

图6为第一齿轮的结构示意图；

图7为第二齿轮的结构示意图；

图8为第一齿轮啮合示意图；

图9为第二齿轮啮合示意图。

附图标记说明：

1-调焦执行组件；2-触碰开关；3-限位块；

4-主镜筒；5-滑动导钉；6-凸轮组件；

7-调焦镜组；8-拉簧；9-电机支架；

10-光电编码器；10-1-编码器外环；10-2-编码器内环；

11-驱动主轴； 12-力矩电机； 12-1-电机内环；

12-2-电机外环； 13-消间隙齿轮组；13-1-第一齿轮；

13-1-1-第一拉簧安装槽； 13-1-2-第一拉簧安装孔；

13-1-3-拉簧拆卸槽； 13-2-第二齿轮；

13-2-1-第二拉簧安装槽； 13-2-2-第二拉簧安装孔；

13-2-3-齿轮安装部； 13-2-4-齿轮安装孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1至图9，一种用于航空相机高精度无回差齿轮调焦机构，包括：调焦执行组件1、触碰开关2、限位块3、主镜筒4、滑动导钉5、凸轮组件6和调焦镜组7；

所述调焦镜组7连接在主镜筒4的内部，调焦镜组7上固连有成对的滑动导钉5，凸轮组件6中的套筒套在主镜筒4的外部，成对的滑动导钉5与贯穿主镜筒4与套筒上的直线滑槽配合连接；凸轮组件6中的凸轮固连在套筒上，触碰开关2通过转接件连接在主镜筒4的侧壁，限位块3固连在套筒上且位于触碰开关2下方；

调焦执行组件1包括拉簧8、电机支架9、光电编码器10、驱动主轴11、力矩电机12和消间隙齿轮组13；力矩电机12通过电机支架9定位固连在主镜筒4上方，驱动主轴11固连在力矩电机12的电机内环12-1上，光电编码器10上的编码器外环10-1安装在电机支架9上，通过机械接口(机械加工止口配合)配合保证光电编码器10内外环同轴要求，光电编码器10上的编码器内环10-2安装在驱动主轴11上，驱动主轴11相对编码器内环10-2的一侧连接消间隙齿轮组13，光电编码器10作为驱动主轴11转动的测角元件，以消间隙齿轮组13实时位置作为反馈量，此种设计避免了消间隙齿轮组13转动的测角误差，消间隙齿轮组13包括第一齿轮13-1和第二齿轮13-2，且第一齿轮13-1和第二齿轮13-2都固连在驱动主轴11上，第一齿轮13-1和第二齿轮13-2上分别设有第一拉簧安装槽13-1-1和第二拉簧安装槽13-2-1，第一拉簧安装槽13-1-1和第二拉簧安装槽13-2-1上对应设置有第一拉簧安装孔13-1-2和第二拉簧安装孔13-2-2，拉簧8的设置在第一拉簧安装槽13-1-1和第二拉簧安装槽13-2-1内，且拉簧8的两端通过固定件分别与第一拉簧安装孔13-1-2和第二拉簧安装孔13-2-2连接。由于渐开线齿轮在啮合过程中，正反转必然存在回程间隙，为提高调焦精度，避免引入传动间隙误差，因此设计消间隙齿轮组13与凸轮组件6上凸轮啮合，拉簧8在消间隙齿轮组13中作用为使两齿轮稍微错开一定的角度，在拉簧8的拉力的作用下，齿轮在啮合安装时必须克服拉力，轮齿方可进入正常啮合位置.第一齿轮13-1与凸轮组件6中凸轮左侧紧密贴合，第二齿轮13-2在拉簧8的拉力作用下与凸轮组件6中凸轮左侧紧密贴合，在啮合传动中拉力仍有使第一齿轮13-1和第二齿轮13-2恢复错开的趋势，因此降低齿轮传动中啮合间隙的影响。

整个调焦执行组件1与主镜筒4定位安装，机械保证消间隙齿轮组13与凸轮组件6中的凸轮啮合的中心距，触碰开关2作为电限位，提供电保护，避免力矩电机12失控堵转烧毁电机，限位块3作为触发电限位执行结构在±45°内转动。

当航空相机探测目标出现虚焦时，图像出现模糊，此时需要通过微动光学系统中的调焦镜组7的轴向位置来完成使图像清晰的目的，具体过程如下：图像处理程序向力矩电机的驱动程序发指令，电机驱动控制调焦执行组件1中驱动主轴11转动，调焦执行组件1中消间隙齿轮组13与凸轮组件6上的凸轮啮合，调焦执行组件1转动时带动凸轮转动，导钉5沿着主镜筒4直线滑槽转动，调焦镜组7在主镜筒4内滑动实现光学镜片间隔轴向位置的变化，当图像处理程序通过算法判定出图像清晰位置时，不再向电机驱动程序发指令，电机停止转动，最终实现调焦功能。上述程序发送指令及控制对应部件运动都为现有技术，在此不在赘述。

本实施例中，所述力矩电机12的电机内环12-1和电机外环12-2一体化设计。

本实施例中，所述第一拉簧安装槽13-1-1和第二拉簧安装槽13-2-1都设有3个，每个对应的拉簧安装槽内都对应设置有拉簧安装孔。

本实施例中，所述电机支架9通过螺钉安装在主镜筒4上。

本实施例中，所述力矩电机11通过机械止口与电机支架9对接。

本实施例中，所述消间隙齿轮组13通过顶丝固定在驱动主轴11上。

本实施例中，所述第一齿轮13-1和第二齿轮13-2通过螺钉固连在一起，第二齿轮13-2的齿轮安装部13-2-3的径向上设置有齿轮安装孔13-2-4，齿轮安装孔13-2-4通过与顶丝的配合将第二齿轮13-2与驱动主轴11固连，配合处涂抹螺纹防松胶进一步提升装置的稳定性。

本实施例中，所述第一齿轮13-1、第二齿轮13-2和凸轮的模数为0.5，第一齿轮13-1和第二齿轮13-2的齿数为36，消间隙齿轮组13与凸轮的传动比为1：4，实际可根据需求进行调整，增大传动比可以提高调焦最小运动步长，提高调焦精度。

本发明还包括本发明还包括一种基于上述任一项所述的用于航空相机高精度无回差齿轮调焦机构的调焦方法，具体为：图像处理程序向力矩电机12的驱动程序发指令，力矩电机12驱动控制调焦执行组件1中驱动主轴11转动，调焦执行组件1中消间隙齿轮组13与凸轮组件6上的凸轮啮合，调焦执行组件1转动时带动凸轮转动，导钉5沿着主镜筒4直线滑槽转动，调焦镜组7在主镜筒4内滑动实现光学镜片间隔轴向位置的变化，当图像处理程序通过算法判定出图像清晰位置时，不再向力矩电机12的驱动程序发指令，电机停止转动，最终实现调焦功能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。