【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种空间深低温红外相机高精度次镜调焦装置，属于空间遥感器调焦装置领域。
技术介绍
1、深低温红外相机广泛应用于空间天文观测、空间目标监视、小行星监测预警等领域。通过辐射制冷或机械制冷等手段，将光学镜头和探测器制冷到较低温度，降低光机背景热辐射，实现远距离暗弱目标高信噪比探测。深低温红外相机相比常温红外相机，地面低温定焦精度、入轨后低温光学温度场变化更容易引起相机离焦，同时相机在发射过程中会受到冲击、振动、过载等力学环境也可能引起相机离焦，导致成像质量下降，通常空间深低温红外相机会配置低温调焦装置。
2、常温红外相机调焦装置多通过步进电机驱动，多级齿轮减速，采用直线导轨导向，实现次镜、三镜、折转镜、透镜组或焦面等元件一维精密调整，实现调焦功能。对深低温红外相机，常温加工装调，低温工作，从常温到低温，光机结构会出现较大热变形，同时防冷焊设计通常要求齿轮副选用不同材料配对，不同材料之间热膨胀系数存在差异，这些因素容易引起活动机构在低温下间隙变大或变小，间隙变大可能引起机构精度下降，间隙变小可能引起机构摩擦力矩增大甚至卡死。因此低温调焦机构的设计难度相比常温调焦机构困难很多。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了空间深低温红外相机次镜一维调焦问题。
2、本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
3、一种空间深低温红外相机高精度次镜调焦装置，包括主体结构组件、驱动组件、柔性传动组件、导向组件和传感器组件；
4、主体结构组件用于固定驱动组件、柔性传动组件和导向组件，并提供调焦装置对外安装接口；
5、驱动组件包括低温步进电机、滚珠丝杠副，并将低温步进电机输出旋转运动转化为滚珠丝杠副螺母的直线运动；
6、柔性传动组件采用相似三角形原理缩小滚珠丝杠副螺母的输入位移，并通过双层柔板驱动自身的芯轴沿光轴方向运动；
7、导向组件用于保证滚珠丝杠副螺母在直线运动过程中无旋转；
8、传感器组件用于在线测量滚珠丝杠副螺母的位移。
9、本专利技术一实施例中，主体结构组件包括支撑座和外罩，外罩固定到支撑座上。
10、本专利技术一实施例中，驱动组件还包括电机支架，低温步进电机转轴和滚珠丝杠副螺杆通过联轴器连接，步进电机安装在电机支架上，电机支架安装在支撑座上，低温步进电机驱动滚丝丝杠副螺母沿光轴方向运动。
11、本专利技术一实施例中，柔性传动组件还包括驱动柔节、驱动杆、柔节a、柔节b，滚珠丝杠副螺母通过驱动柔节与驱动杆连接，滚珠丝杠副螺母轴向运动带动驱动杆运动，驱动杆通过柔节a、柔节b与柔板，实现滚珠丝杠副螺母输入位移缩小，最后驱动芯轴沿光轴方向运动。
12、本专利技术一实施例中，采用两块柔板和芯轴减小调焦过程中次镜偏心和倾斜。
13、本专利技术一实施例中，导向组件包括导向柔板、导向柔板固定座a和导向柔板固定座b，导向柔板一侧固定到导向柔板固定座a上，另一侧固定到导向柔板固定座b上，导向柔板固定座a固定到滚珠丝杠副螺母上，导向柔板固定座b固定到支撑座上。
14、本专利技术一实施例中，传感器组件包括lvdt主体和lvdt铁芯，lvdt主体固定到驱动组件的电机支架上，lvdt铁芯固定到滚珠丝杠副螺母上，滚珠丝杠副螺母直线运动带动lvdt铁芯在lvdt主体内运动，进行滚珠丝杠副丝杠螺母位移在线测量。
15、一种基于所述高精度次镜调焦装置的次镜装置，包括次镜组件；
16、次镜组件包括次镜、次镜框和次镜支撑座，次镜安装在次镜框上，次镜框安装在次镜支撑座上，次镜支撑座和芯轴连接，芯轴带动次镜组件光轴方向运动。
17、一种基于所述高精度次镜调焦装置的调焦方法，包括：
18、低温步进电机加电后提供转矩，通过滚珠丝杠副输出轴向力；
19、滚珠丝杠副螺母通过驱动柔节对驱动杆一端施加轴向力；
20、在轴向力作用下，驱动杆以柔节a为支点实现一定角度转动；
21、驱动杆转动后，通过柔节b对芯轴施加轴向力，芯轴带动次镜组件沿光轴方向运动；
22、采用lvdt传感器进行滚珠丝杠副螺母位移测量；
23、调焦装置完成调焦运动后，低温步进电机断电，机构自锁。
24、本专利技术一实施例中，利用驱动柔节、柔节a、柔节b的横向卸载能力，及柔板垂直板面刚度远小于其它方向刚度的特性，保证次镜运动过程中无偏心、倾斜。
25、本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
26、(1)本专利技术公开了一种高精度次镜调焦装置，采用低温步进电机和滚珠丝杠副驱动，采用柔性传动结构进行位移缩小，实现次镜一维精密调整功能，该调焦装置能够工作在深低温下。
27、(2)本专利技术公开了一种高精度次镜调焦装置，采用柔性传动结构替代传动齿轮传动结构进行位移缩小，柔性传动结构无间隙、无摩擦，更适合低温工作，同时可靠性高。
28、(3)本专利技术公开了一种高精度次镜调焦装置，柔性传动结构设计时，采用相似三角形原理进行柔性铰链布局设计，实现位移缩小，提高调焦精度。
29、(4)本专利技术公开了一种高精度次镜调焦装置，利用柔性铰链的卸载能力，以及柔板垂直板面刚度远小于其它方向刚度的特性，保证次镜运动过程中无偏心、倾斜，满足调焦过程中次镜位置精度要求。
30、(5)本专利技术公开了一种高精度次镜调焦装置，利用lvdt传感器进行调焦位移在线测量，lvdt传感器精度高，低温工作可靠性高。
31、(6)本专利技术公开了一种高精度次镜调焦装置，利用导向组件保证滚珠丝杠副螺母的直线运动，导向组件在光轴方向刚度较弱，对电机驱动力矩影响小。
32、(7)本专利技术公开了一种高精度次镜调焦装置，为满足调焦装置深低温工作需求，选用低温步进电机，对活动部件进行固体润滑，进行结构材料热变形匹配设计，提高机构低温工作可靠性。
33、(8)本专利技术公开了一种高精度次镜调焦装置，调焦装置刚度高，力学性能好，同时能够实现机构断电自锁，完成调焦后无热耗，不会对低温光学造成干扰，同时断电后无功耗，满足航天低温红外相机次镜调焦机构热设计需求。
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1.一种空间深低温红外相机高精度次镜调焦装置，其特征在于，包括主体结构组件、驱动组件、柔性传动组件、导向组件和传感器组件；
2.根据权利要求1所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，主体结构组件包括支撑座和外罩，外罩固定到支撑座上。
3.根据权利要求1所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，驱动组件还包括电机支架，低温步进电机转轴和滚珠丝杠副螺杆通过联轴器连接，步进电机安装在电机支架上，电机支架安装在支撑座上，低温步进电机驱动滚丝丝杠副螺母沿光轴方向运动。
4.根据权利要求1所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，柔性传动组件还包括驱动柔节、驱动杆、柔节A、柔节B，滚珠丝杠副螺母通过驱动柔节与驱动杆连接，滚珠丝杠副螺母轴向运动带动驱动杆运动，驱动杆通过柔节A、柔节B与柔板，实现滚珠丝杠副螺母输入位移缩小，最后驱动芯轴沿光轴方向运动。
5.根据权利要求4所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，采用两块柔板和芯轴减小调焦过程中次镜偏心和倾斜。
6.根据权利要求1所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，导向组件包括导向柔板、导向柔板固定
7.根据权利要求1所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，传感器组件包括LVDT主体和LVDT铁芯，LVDT主体固定到驱动组件的电机支架上，LVDT铁芯固定到滚珠丝杠副螺母上，滚珠丝杠副螺母直线运动带动LVDT铁芯在LVDT主体内运动，进行滚珠丝杠副丝杠螺母位移在线测量。
8.一种基于权利要求1至7中任一项所述高精度次镜调焦装置的次镜装置，其特征在于，还包括次镜组件；
9.一种基于权利要求4所述高精度次镜调焦装置的调焦方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的调焦方法，其特征在于，利用驱动柔节、柔节A、柔节B的横向卸载能力，及柔板垂直板面刚度远小于其它方向刚度的特性，保证次镜运动过程中无偏心、倾斜。
...【技术特征摘要】
1.一种空间深低温红外相机高精度次镜调焦装置，其特征在于，包括主体结构组件、驱动组件、柔性传动组件、导向组件和传感器组件；
2.根据权利要求1所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，主体结构组件包括支撑座和外罩，外罩固定到支撑座上。
3.根据权利要求1所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，驱动组件还包括电机支架，低温步进电机转轴和滚珠丝杠副螺杆通过联轴器连接，步进电机安装在电机支架上，电机支架安装在支撑座上，低温步进电机驱动滚丝丝杠副螺母沿光轴方向运动。
4.根据权利要求1所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，柔性传动组件还包括驱动柔节、驱动杆、柔节a、柔节b，滚珠丝杠副螺母通过驱动柔节与驱动杆连接，滚珠丝杠副螺母轴向运动带动驱动杆运动，驱动杆通过柔节a、柔节b与柔板，实现滚珠丝杠副螺母输入位移缩小，最后驱动芯轴沿光轴方向运动。
5.根据权利要求4所述的高精度次镜调焦装置，其特征在于，采用两块柔板和芯轴减小调焦过程中次镜偏心和倾斜。
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：童卫明，高幸华，马越，宋俊儒，赵鑫，王彩琴，晋利兵，练敏隆，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：
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