一种压电驱动的一体式光阑制造技术

本发明专利技术公开了一种压电驱动的一体式光阑，通过压电陶瓷的逆压电效应，施加两相电压使定圈外凸台产生行波，定圈驱动齿与动圈直接接触，通过摩擦效应将驱动齿处的椭圆运动转换为动圈的转动动圈转动，通过改变电压的相位差可以实现动圈的反向运动；动圈、固定壳体底面和滚珠三者构成轴承，避免装配额外的轴承，减小了装置的尺寸；光阑叶片与动圈通过铰接连接，与定圈内圈通过滑槽连接，由动圈的转动控制叶片单周向运动，多个叶片相互交错形成圆形的可变光圈；底盖与定圈和外壳通过螺栓连接，起到施加预压力的作用。本发明专利技术减小了光阑的体积，具有调节精度高、响应快、平稳度高和可靠性强的特点。

An integrated diaphragm driven by piezoelectricity

【技术实现步骤摘要】
一种压电驱动的一体式光阑
本专利技术涉及航空航天领域，尤其涉及一种压电驱动的一体式光阑。
技术介绍
精密摄像机、照相机已被广泛的应用于太空站、航天飞机、宇宙飞船等重要设备中，用于采集图像等各种信息。而由于天气、光照角度、拍摄目标的不同，会使入射光的强度产生很大的变化，严重影响相机对目标信息的采集，例如：分辨率低，清晰度低，对比度低等。光阑作为一种调光系统可以通过改变光圈的大小调节入射光的光照强度，最大限度的提高信息采集的质量。现有技术中，主要存在两种间接驱动方法驱动动圈旋转。首先是以步进电机作为动力源，通过蜗轮蜗杆间接驱动动圈，动圈通过铰接带动光阑叶片移动，实现通光孔的放大、缩小。步进电机尺寸大，全体为金属，使调光系统的整体尺寸和重量增加，结构复杂，并且有电磁干扰，对于一些电磁波敏感器件有很大影响。另一种是以超声电机作为驱动源，中国专利CN102751906B表述了一种螺纹式空心旋转型行波超声电机，该专利技术采用超声电机的工作原理，将定子与动子以内外螺纹连接，随着动子的转动，定子与动子摩擦面之间的压力减小，不利于精密驱动；中国专利CN201721023112表述了一种基于超声电机驱动的可变光阑调光装置，该技术通过超声电机和精密交叉滚柱轴环的配合驱动光阑拨杆调节光圈大小，但其所占空间较大，连接部件较多。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有光阑零件多、结构复杂、尺寸大、重量大的技术问题，本专利技术提供一种压电驱动的一体式光阑，将超声电机与光阑设计为一体结构，具有零件少、结构简单、组装容易、响应迅速、不产生磁场、定位精度高、断电自锁、结构紧凑、尺寸小、重量轻的优点。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种压电驱动的一体式光阑，包含底盖、固定壳体、定圈、动圈、若干预紧螺栓、若干固定螺栓、若干光阑叶片、以及若干滚珠；所述底盖、定圈、动圈均呈圆环状；所述固定壳体为空心圆柱体，其下端开口、且下端的环面上周向均匀设有若干和所述预紧螺栓一一对应的螺栓孔，固定壳体的上端中心设有圆形通孔、形成环状的顶盖；所述定圈的上端面在其外圈处设有第二环形凸起、在其内圈处设有第三环形凸起，所述第二环形凸起上均衡设有若干驱动齿，所述第三环形凸起上沿周向均匀设有若干和所述固定螺栓一一对应的螺纹通孔，且所述第三环形凸起上沿周向均匀设有若干和所述光阑叶片一一对应的导向滑槽；所述底盖的上端面在其内圈处设有第一环形凸起，所述第一环形凸起上设有若干和所述固定螺栓一一对应的内圈通孔，所述底盖在其外圈处设有若干和所述预紧螺栓一一对应的外圈通孔；所述若干固定螺栓穿过底盖上对应的内圈通孔和第三环形凸起上其对应的螺纹通孔螺纹相连，使得定圈的下端面固定在所述底盖的第一环形凸起上；所述动圈设置在定圈和顶盖之间；动圈的上端面和顶盖的下端面上对应设有环形凹槽、形成滚珠滑道；所述若干滚珠设置在所述滚珠滑道中，使得所述动圈和顶盖之间能够自由转动；动圈的下端面和所述定圈第二环形凸起上的各个驱动齿相抵；所述动圈在其内圈处周向均匀设有若干和所述光阑叶片一一对应的铰接孔；所述光阑叶片为环状扇形片结构，其一端的上端面上设有铰接圆柱、另一端的下端面设有滑块圆柱；所述若干光阑叶片设置在动圈和定圈之间、形成通光孔，其中，光阑叶片的铰接圆柱通过和动圈上对应的铰接孔相配合、使得光阑叶片能够相对动圈自由转动，光阑叶片的滑块圆柱和定圈第三环形凸起上对应的导向滑槽相配合、使得光阑叶片能够相对定圈第三环形凸起滑动；所述若干预紧螺栓穿过所述底盖上对应的外圈通孔和所述固定壳体下端环面上对应的螺栓孔螺纹连接，使得固定壳体和底盖将动圈、定圈包含在内，所述若干预紧螺栓用于调节固定壳体下端环面和底盖之间的距离、进而调整动圈和定圈第二环形凸起上的各个驱动齿之间的预压力；所述定圈的下端面上粘贴有环形的压电陶瓷片，所述底盖、压电陶瓷片、定圈、动圈、固定壳体同轴；所述压电陶瓷片采用两相电压激励方式，用于接入外部信号产生振动以驱动动圈转动、进而调整通光孔的孔径大小。作为本专利技术一种压电驱动的一体式光阑进一步的优化方案，所述底盖上均匀设有若干指向其圆心、由外至内逐渐变细的扇形通孔，以减轻底盖重量、且便于扇热。作为本专利技术一种压电驱动的一体式光阑进一步的优化方案，所述压电陶瓷片通过树脂紧密粘贴在定圈的下端面上。作为本专利技术一种压电驱动的一体式光阑进一步的优化方案，所述底盖、定圈、动圈、固定壳体、若干光阑叶片、若干预紧螺栓、若干固定螺栓均采用高分子聚合物材料制作，以减轻一体式光阑的整体质量。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术的光阑结构简单，占用空间小。光阑将超声电机定子与光阑定圈设计为一体，直接驱动动圈带动叶片运动改变遮光孔大小，无需连杆、齿轮和丝杠等传动机构，减小了整体装置的体积和重量。(2)本专利技术的光阑以超声电机原理驱动，由于其特殊的工作原理，光阑的组成部件（压电陶瓷外除）可以使用高分子聚合物等低密度、高弹性材料制作，可以使光阑的整体质量减小一倍以上。(3)本专利技术的光阑采用超声电机工作原理，利用压电陶瓷的逆压电效应，将材料的高频机械共振，通过摩擦耦合传动转换成动子的宏观运动。本专利技术光阑可以达到纳米级别高精度定位，毫秒级别超快速响应，可以提高入射光的调节精度速和速度。(4)本专利技术的光阑可用于各种高精度的摄像系统用，其小尺度，轻质量，响应快，高精度的特点使其更适用于太空站、航天飞机、宇宙飞船等高速运行设备上。附图说明图1（a）、图1（b）、图1（c）分别是本专利技术一种压电驱动的一体式光阑二分之一剖结构示意图、立体结构视图、内部配合示意图；图2（a）、图2（b）分别是本专利技术中定圈下端面、上端面的结构示意图；图3（a）、图3（b）分别是本专利技术中动圈上端面、下端面的结构示意图；图4（a）、图4（b）分别是本专利技术中底盖下端面、上端面的结构示意图；图5是本专利技术中固定壳体的结构示意图；图6是本专利技术中光阑叶片的结构示意图。图中，1-底盖，2-预紧螺栓，3-压电陶瓷，4-定圈，5-光阑叶片，6-动圈，7-滚珠，8-固定壳体，9-通光孔，10-驱动齿，11-导向滑槽，12-螺纹通孔，13-定圈的下端面，14-第二环形凸台，15-第三环形凸台，16-动圈上的环形凹槽，17-底盖的上端面，18-铰接孔，19-外圈通孔，20-内圈通孔，21-固定螺栓，22-第一环形凸台，23-固定壳体上的环形凹槽，24-螺栓孔，25-铰接圆柱，26-滑块圆柱。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。如图1（a）、图1（b）、图1（c）所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电驱动的一体式光阑，其特征在于，包含底盖、固定壳体、定圈、动圈、若干预紧螺栓、若干固定螺栓、若干光阑叶片、以及若干滚珠；/n所述底盖、定圈、动圈均呈圆环状；/n所述固定壳体为空心圆柱体，其下端开口、且下端的环面上周向均匀设有若干和所述预紧螺栓一一对应的螺栓孔，固定壳体的上端中心设有圆形通孔、形成环状的顶盖；/n所述定圈的上端面在其外圈处设有第二环形凸起、在其内圈处设有第三环形凸起，所述第二环形凸起上均衡设有若干驱动齿，所述第三环形凸起上沿周向均匀设有若干和所述固定螺栓一一对应的螺纹通孔，且所述第三环形凸起上沿周向均匀设有若干和所述光阑叶片一一对应的导向滑槽；/n所述底盖的上端面在其内圈处设有第一环形凸起，所述第一环形凸起上设有若干和所述固定螺栓一一对应的内圈通孔，所述底盖在其外圈处设有若干和所述预紧螺栓一一对应的外圈通孔；/n所述若干固定螺栓穿过底盖上对应的内圈通孔和第三环形凸起上其对应的螺纹通孔螺纹相连，使得定圈的下端面固定在所述底盖的第一环形凸起上；/n所述动圈设置在定圈和顶盖之间；动圈的上端面和顶盖的下端面上对应设有环形凹槽、形成滚珠滑道；所述若干滚珠设置在所述滚珠滑道中，使得所述动圈和顶盖之间能够自由转动；动圈的下端面和所述定圈第二环形凸起上的各个驱动齿相抵；/n所述动圈在其内圈处周向均匀设有若干和所述光阑叶片一一对应的铰接孔；/n所述光阑叶片为环状扇形片结构，其一端的上端面上设有铰接圆柱、另一端的下端面设有滑块圆柱；/n所述若干光阑叶片设置在动圈和定圈之间、形成通光孔，其中，光阑叶片的铰接圆柱通过和动圈上对应的铰接孔相配合、使得光阑叶片能够相对动圈自由转动，光阑叶片的滑块圆柱和定圈第三环形凸起上对应的导向滑槽相配合、使得光阑叶片能够相对定圈第三环形凸起滑动；/n所述若干预紧螺栓穿过所述底盖上对应的外圈通孔和所述固定壳体下端环面上对应的螺栓孔螺纹连接，使得固定壳体和底盖将动圈、定圈包含在内，所述若干预紧螺栓用于调节固定壳体下端环面和底盖之间的距离、进而调整动圈和定圈第二环形凸起上的各个驱动齿之间的预压力；/n所述定圈的下端面上粘贴有环形的压电陶瓷片，所述底盖、压电陶瓷片、定圈、动圈、固定壳体同轴；/n所述压电陶瓷片采用两相电压激励方式，用于接入外部信号产生振动以驱动动圈转动、进而调整通光孔的孔径大小。/n...

【技术特征摘要】
1.一种压电驱动的一体式光阑，其特征在于，包含底盖、固定壳体、定圈、动圈、若干预紧螺栓、若干固定螺栓、若干光阑叶片、以及若干滚珠；
所述底盖、定圈、动圈均呈圆环状；
所述固定壳体为空心圆柱体，其下端开口、且下端的环面上周向均匀设有若干和所述预紧螺栓一一对应的螺栓孔，固定壳体的上端中心设有圆形通孔、形成环状的顶盖；
所述定圈的上端面在其外圈处设有第二环形凸起、在其内圈处设有第三环形凸起，所述第二环形凸起上均衡设有若干驱动齿，所述第三环形凸起上沿周向均匀设有若干和所述固定螺栓一一对应的螺纹通孔，且所述第三环形凸起上沿周向均匀设有若干和所述光阑叶片一一对应的导向滑槽；
所述底盖的上端面在其内圈处设有第一环形凸起，所述第一环形凸起上设有若干和所述固定螺栓一一对应的内圈通孔，所述底盖在其外圈处设有若干和所述预紧螺栓一一对应的外圈通孔；
所述若干固定螺栓穿过底盖上对应的内圈通孔和第三环形凸起上其对应的螺纹通孔螺纹相连，使得定圈的下端面固定在所述底盖的第一环形凸起上；
所述动圈设置在定圈和顶盖之间；动圈的上端面和顶盖的下端面上对应设有环形凹槽、形成滚珠滑道；所述若干滚珠设置在所述滚珠滑道中，使得所述动圈和顶盖之间能够自由转动；动圈的下端面和所述定圈第二环形凸起上的各个驱动齿相抵；
所述动圈在其内圈处周向均匀设有若干和所述光阑叶片一一对应的铰接孔；
所述光阑叶片为环状扇形片结构，其一端的上端面上设有铰接圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴大伟，曹腾，李晓牛，米源，何丽媛，刘威，贾博韬，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32