一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)，特別涉及一種對航空相機(jī)自動進(jìn)行快速、準(zhǔn)確像移補(bǔ)償?shù)膾呙铏C(jī)構(gòu)，屬于航空光學(xué)遙感器【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明通過采用俯仰限位組件和橫滾限位組件使電機(jī)在失控條件不再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以免造成接線的纏繞或拉斷；且橫滾限位組件中含有彈簧，能夠減小電機(jī)在失控條件下對掃描反射鏡的沖擊，從而減小對相機(jī)的擾動；俯仰限位組件外面包有聚四氟乙烯，以減小沖擊。
【專利說明】一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)，特別涉及一種對航空相機(jī)自動進(jìn)行快速、準(zhǔn)確像移補(bǔ)償?shù)膾呙铏C(jī)構(gòu)，屬于航空光學(xué)遙感器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空技術(shù)的迅速發(fā)展，對光學(xué)遙感器成像質(zhì)量的要求也越來越高，航空相機(jī)的成像質(zhì)量受多方面因素的影響，包括相機(jī)本身的硬件、機(jī)載平臺、環(huán)境條件等，其中由于機(jī)載平臺的運(yùn)動產(chǎn)生的像移是影響成像質(zhì)量的重要因素。因此，要獲得高清晰和高分辨率的航拍圖像必須進(jìn)行像移補(bǔ)償。并且紅外相機(jī)受探測器研制水平限制，像元數(shù)少、像元尺寸大，因此大多需要光機(jī)掃描成像，來滿足幅寬的要求，掃描機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)航空相機(jī)大視場成像。
[0003]目前，傳統(tǒng)的掃描機(jī)構(gòu)多采用減速裝置，使得整個機(jī)構(gòu)的體積和質(zhì)量較大，造成掃描機(jī)構(gòu)的慣性增大，在對掃描機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作控制時會出現(xiàn)時間上較大的滯后和超調(diào)現(xiàn)象，不能實現(xiàn)快速靈活準(zhǔn)確控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)，該掃描機(jī)構(gòu)與相機(jī)主體固定連接；
[0007]該掃描機(jī)構(gòu)包括掃描鏡組件、俯仰軸系組件、U形環(huán)和橫滾軸系組件；掃描鏡組件與俯仰軸系組件通過俯仰軸固定連接；俯仰軸系組件與U形環(huán)的兩端活動連接；橫滾軸系組件與U形環(huán)的中間固定連接；
[0008]掃描鏡組件包括掃描反射鏡和反射鏡框，掃描反射鏡用無應(yīng)力膠固定在反射鏡框中；
[0009]俯仰軸系組件包括俯仰軸、音圈電機(jī)、連接桿、轉(zhuǎn)接板、俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器、俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座、俯仰光纖陀螺和俯仰限位組件；俯仰軸包括俯仰軸A和俯仰軸B ;
[0010]俯仰光纖陀螺固定在反射鏡框上；音圈電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過連接桿固定在俯仰軸A上；音圈電機(jī)的定子通過轉(zhuǎn)接板固定在U形環(huán)的一側(cè)；俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子固定在俯仰軸B上；俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器的定子固定在俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座上；俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座固定在U形環(huán)的另一側(cè)；俯仰限位組件固定在轉(zhuǎn)接板上；
[0011]橫滾軸系組件包括橫滾軸、橫滾軸承、軸承壓蓋、力矩電機(jī)、力矩電機(jī)固定座、橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器、橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座、橫滾光纖陀螺和橫滾限位組件；
[0012]橫滾軸系組件中的橫滾光纖陀螺固定在U形環(huán)中間的內(nèi)側(cè)，橫滾光纖陀螺的敏感軸與橫滾軸同軸；橫滾限位組件位于U形環(huán)的環(huán)上，固定在軸承壓蓋上；除橫滾光纖陀螺和橫滾限位組件，其他部分固定在U形環(huán)中間的外側(cè)；
[0013]力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在橫滾軸上，力矩電機(jī)的定子固定在力矩電機(jī)固定座上；橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器的定子固定在橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座上，橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子固定在橫滾軸上；橫滾軸通過橫滾軸承來支撐，橫滾軸承通過軸承壓蓋進(jìn)行預(yù)緊；
[0014]橫滾光纖陀螺用于測量橫滾軸系組件在慣性空間中的旋轉(zhuǎn)角速度；
[0015]俯仰光纖陀螺用于測量俯仰軸系組件在慣性空間中的旋轉(zhuǎn)角速度。
[0016]工作過程:外圍控制電路發(fā)出指令驅(qū)動力矩電機(jī)往復(fù)擺動，力矩電機(jī)帶動橫滾軸往復(fù)擺動，從而帶動U形環(huán)、掃描反射鏡、橫滾光纖陀螺和橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器繞橫滾軸往復(fù)掃描擺動，利用橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器檢測出的電壓值，經(jīng)A/D數(shù)字轉(zhuǎn)化為橫滾軸旋轉(zhuǎn)的角度值，提供給外圍控制電路，外圍控制電路將從慣性導(dǎo)航器件讀取出的飛機(jī)姿態(tài)角和橫滾軸的角度值耦合，解算給出角度運(yùn)動方程，得到的角度運(yùn)動曲線，產(chǎn)生系統(tǒng)給定的角度運(yùn)動信號；力矩電機(jī)根據(jù)角度運(yùn)動信號往復(fù)擺動，帶動U形環(huán)、掃描反射鏡、橫滾光纖陀螺和橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器繞橫滾軸往復(fù)掃描運(yùn)動；為了使掃描時掃描反射鏡速度平穩(wěn)，采用橫滾光纖陀螺檢測掃描反射鏡相對于慣性空間的速度變化，在外圍控制電路中增加速度反饋回路，速度反饋為內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)；當(dāng)外圍控制電路失控時，用橫滾限位組件使掃描反射鏡繞橫滾軸在±25°范圍內(nèi)運(yùn)動，同時在撞擊時，橫滾限位組件中的彈簧對掃描反射鏡起到減震的作用；
[0017]外圍控制電路發(fā)出指令驅(qū)動音圈電機(jī)往復(fù)擺動，音圈電機(jī)帶動俯仰軸往復(fù)擺動，從而帶動掃描反射鏡、俯仰光纖陀螺和俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器繞俯仰軸往復(fù)掃描運(yùn)動，利用俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器檢測出的電壓值，經(jīng)A/D數(shù)字轉(zhuǎn)化為俯仰軸旋轉(zhuǎn)的角度值，提供給外圍控制電路，外圍控制電路將從慣性導(dǎo)航器件讀取出的飛機(jī)姿態(tài)角和俯仰軸的角度值耦合，解算給出角度運(yùn)動方程，得到的角度運(yùn)動曲線，產(chǎn)生系統(tǒng)給定的角度運(yùn)動信號；音圈電機(jī)根據(jù)角度運(yùn)動信號往復(fù)擺動，帶動掃描反射鏡、俯仰光纖陀螺和俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器繞俯仰軸往復(fù)掃描運(yùn)動；為了使掃描時掃描反射鏡速度平穩(wěn)，米用俯仰光纖陀螺檢測掃描反射鏡相對于慣性空間的速度變化，在外圍控制電路中增加速度反饋回路，速度反饋為內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)；當(dāng)外圍控制電路失控時，用俯仰限位組件使掃描反射鏡繞俯仰軸在±5°范圍內(nèi)運(yùn)動，同時在撞擊時，俯仰限位組件中材料為聚四氟乙烯的限位環(huán)對掃描反射鏡起到減震的作用。
[0018]有益效果
[0019]本發(fā)明通過采用俯仰限位組件和橫滾限位組件使電機(jī)在失控條件不再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以免造成接線的纏繞或拉斷；且橫滾限位組件中含有彈簧，能夠減小電機(jī)在失控條件下對掃描反射鏡的沖擊，從而減小對相機(jī)的擾動；俯仰限位組件外面包有聚四氟乙烯，以減小沖擊;
[0020]本發(fā)明橫滾軸系采用力矩電機(jī)直接驅(qū)動，俯仰軸系采用音圈電機(jī)直接驅(qū)動，提高了控制精度，并且整個機(jī)構(gòu)質(zhì)量較小；橫滾軸采用力矩電機(jī)驅(qū)動，具有輸出轉(zhuǎn)矩大、可低速運(yùn)行、線性度好等優(yōu)點(diǎn)；音圈電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、響應(yīng)快等特點(diǎn)；可以實現(xiàn)快速靈活準(zhǔn)確控制?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]圖1為掃描機(jī)構(gòu)主視圖；
[0022]圖2為俯仰軸系組件剖面圖；
[0023]圖3為U形環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為橫滾軸系組件剖面圖；
[0025]圖5為俯仰限位組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為橫滾限位組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7為橫滾軸的角度和速度運(yùn)動曲線圖；
[0028]圖8為俯仰軸的角度和速度運(yùn)動曲線圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合幅圖和實施例對本方面做進(jìn)一步說明。
[0030]實施例
[0031]—種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)，該掃描機(jī)構(gòu)通過固定座與相機(jī)主體固定連接；
[0032]如圖1所示，該掃描機(jī)構(gòu)包括掃描鏡組件10、俯仰軸系組件20、U形環(huán)30和橫滾軸系組件40 ;掃描鏡組件10與俯仰軸系組件20通過俯仰軸28固定連接；俯仰軸系組件20與U形環(huán)30的兩端活動連接；橫滾軸系組件40與U形環(huán)30的中間固定連接;U形環(huán)30的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示；
[0033]掃描鏡組件10包括掃描反射鏡11和反射鏡框12，掃描反射鏡11用無應(yīng)力膠固定在鏡框12中；
[0034]如圖1和圖2所示，俯仰軸系組件20包括俯仰軸28、音圈電機(jī)21、連接桿211、轉(zhuǎn)接板212、俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器27、俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座271、俯仰光纖陀螺23和俯仰限位組件22 ;俯仰軸28包括俯仰軸A281和俯仰軸B282 ；
[0035]如圖5所示，俯仰限位組件22包括限位環(huán)221和螺釘222 ;限位環(huán)的材料為聚四氟乙烯；通過螺釘將限位環(huán)固定在轉(zhuǎn)接板212上；
[0036]如圖1所示，俯仰光纖陀螺23固定在反射鏡框12上；如圖2所示，音圈電機(jī)21的轉(zhuǎn)子通過連接桿211固定在俯仰軸A281上；音圈電機(jī)21的定子通過轉(zhuǎn)接板212固定在U形環(huán)30的一側(cè)；俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器27的轉(zhuǎn)子固定在俯仰軸B282上；俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器27的定子固定在俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座271上；俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座271固定在U形環(huán)30的另一側(cè)；俯仰限位組件22固定在轉(zhuǎn)接板212上；
[0037]如圖4所示，橫滾軸系組件40包括橫滾軸42、橫滾軸承421、軸承壓蓋422、力矩電機(jī)41、力矩電機(jī)固定座411、橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器43、橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座431、橫滾光纖陀螺44和橫滾限位組件45 ；
[0038]如圖6所示，橫滾限位組件45包括彈簧451、彈簧銷452、限位座453、楔形橡膠墊454和擋板455 ;彈簧451通過彈簧銷452固定在限位座453上；楔形橡膠墊454通過擋板455固定在U形環(huán)30上；當(dāng)U形環(huán)30的旋轉(zhuǎn)角度超出允許范圍時，楔形橡膠墊454撞擊彈簧銷452，通過彈簧451進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，達(dá)到限位的目的；
[0039]如圖6所示，橫滾軸系組件40中的橫滾光纖陀螺44固定在U形環(huán)30中間的內(nèi)側(cè)，橫滾光纖陀螺44的敏感軸與橫滾軸42同軸；橫滾限位組件45位于U形環(huán)30的環(huán)上，橫滾限位組件45固定在軸承壓蓋422上面；除橫滾光纖陀螺44和橫滾限位組件45，其他部分固定在U形環(huán)30中間的外側(cè)；
[0040]力矩電機(jī)41的轉(zhuǎn)子固定在橫滾軸42上，力矩電機(jī)41的定子固定在力矩電機(jī)固定座411上；橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器43的定子固定在橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座431上，橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器43的轉(zhuǎn)子固定在橫滾軸42上；橫滾軸42通過橫滾軸承421來支撐，橫滾軸承421通過軸承壓蓋422進(jìn)行預(yù)緊；
[0041]橫滾光纖陀螺44用于測量橫滾軸系組件40在慣性空間中的旋轉(zhuǎn)角速度；
[0042]俯仰光纖陀螺23用于測量俯仰軸系組件20在慣性空間中的旋轉(zhuǎn)角速度。
[0043]工作過程:外圍控制電路發(fā)出驅(qū)動指令使力矩電機(jī)41往復(fù)擺動，力矩電機(jī)41帶動橫滾軸42往復(fù)擺動，從而帶動U形環(huán)30、掃描反射鏡11、橫滾光纖陀螺44和橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器43繞橫滾軸42往復(fù)掃描運(yùn)動，利用橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器43檢測出的電壓值，經(jīng)A/D數(shù)字轉(zhuǎn)化為橫滾軸42旋轉(zhuǎn)的角度值，提供給外圍控制電路，外圍控制電路將從慣性導(dǎo)航器件讀取出的飛機(jī)姿態(tài)角和橫滾軸的旋轉(zhuǎn)角度值進(jìn)行耦合，得到橫滾軸的角度運(yùn)動曲線，如圖7所示中虛線所示，圖7中實線為橫滾軸的速度運(yùn)動曲線；力矩電機(jī)41根據(jù)角度運(yùn)動信號往復(fù)擺動，帶動U形環(huán)30、掃描反射鏡11、橫滾光纖陀螺44和橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器43繞橫滾軸42往復(fù)掃描運(yùn)動；為了使掃描時掃描反射鏡11速度平穩(wěn)，采用橫滾光纖陀螺44檢測掃描反射鏡11相對于慣性空間的速度變化，在外圍控制電路中增加速度反饋回路，速度反饋為內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)；當(dāng)外圍控制電路失控時，用橫滾限位組件45使掃描反射鏡11繞橫滾軸42在±25°范圍內(nèi)運(yùn)動，同時橫滾限位組件45中的彈簧對掃描反射鏡11起到減震的作用；
[0044]外圍控制電路發(fā)出驅(qū)動指令使音圈電機(jī)21往復(fù)擺動，音圈電機(jī)21帶動俯仰軸28往復(fù)擺動，從而帶動掃描反射鏡11、俯仰光纖陀螺23和俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器27繞俯仰軸28往復(fù)掃描運(yùn)動，利用俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器27檢測出的電壓值，經(jīng)A/D數(shù)字化為俯仰軸28旋轉(zhuǎn)的角度值，提供給外圍控制電路，外圍控制電路將從慣性導(dǎo)航器件讀取出的飛機(jī)姿態(tài)角和俯仰軸的旋轉(zhuǎn)角度值進(jìn)行耦合，解算給出角度運(yùn)動方程，得到俯仰軸的角度運(yùn)動曲線，如圖8所示中虛線所示，圖8中實線為俯仰軸的速度運(yùn)動曲線；音圈電機(jī)21根據(jù)角度運(yùn)動信號往復(fù)擺動，帶動掃描反射鏡11、俯仰光纖陀螺23和俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器27繞俯仰軸28往復(fù)掃描運(yùn)動；為了使掃描時掃描反射鏡11速度平穩(wěn)，采用俯仰光纖陀螺23檢測掃描反射鏡11相對于慣性空間的速度變化，在外圍控制電路中增加速度反饋回路，速度反饋為內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)；當(dāng)外圍控制電路失控時，用俯仰限位組件22使掃描反射鏡11繞俯仰軸28在±5°范圍內(nèi)運(yùn)動，同時俯仰限位組件22中的彈簧對掃描反射鏡11起到減震的作用。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于: 該掃描機(jī)構(gòu)包括掃描鏡組件(10)、俯仰軸系組件(20)、U形環(huán)(30)和橫滾軸系組件(40)；掃描鏡組件(10)與俯仰軸系組件(20)通過俯仰軸(28)固定連接；俯仰軸系組件(20)與U形環(huán)(30)的兩端活動連接；橫滾軸系組件(40)與U形環(huán)(30)的中間固定連接； 掃描鏡組件(10)包括掃描反射鏡(11)和反射鏡框(12),掃描反射鏡(11)用無應(yīng)力膠固定在鏡框(12)中； 俯仰軸系組件(20 )包括俯仰軸(28 )、音圈電機(jī)(21)、連接桿(211)、轉(zhuǎn)接板(212)、俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器(27)、俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座(271)、俯仰光纖陀螺(23)和俯仰限位組件(22);俯仰軸(28)包括俯仰軸A (281)和俯仰軸B (282)； 俯仰光纖陀螺(23)固定在反射鏡框(12)上；音圈電機(jī)(21)的轉(zhuǎn)子通過連接桿(211)固定在俯仰軸A (281)上；音圈電機(jī)(21)的定子通過轉(zhuǎn)接板(212)固定在U形環(huán)(30)的一側(cè)；俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器(27)的轉(zhuǎn)子固定在俯仰軸B (282)上；俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器(27)的定子固定在俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座(271)上；俯仰雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座(271)固定在U形環(huán)(30)的另一側(cè)；俯仰限位組件(22)固定在轉(zhuǎn)接板(212)上； 橫滾軸系組件(40)包括橫滾軸(42)、橫滾軸承(421)、軸承壓蓋(422)、力矩電機(jī)(41)、力矩電機(jī)固定座(411)、橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器(43)、橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座(431)、橫滾光纖陀螺(44)和橫滾限位組件(45)； 橫滾軸系組件(40)中的橫滾光纖陀螺(44)固定在U形環(huán)(30)中間的內(nèi)側(cè)；橫滾限位組件(45)位于U形環(huán)(30)的環(huán)上，橫滾限位組件(45)固定在軸承壓蓋(422)上面；除橫滾光纖陀螺(44)和橫滾限位組件(45),其他部分固定在U形環(huán)(30)中間的外側(cè)；橫滾光纖陀螺(44)的敏感軸與橫滾軸(42)同軸。 力矩電機(jī)(41)的轉(zhuǎn)子固定在橫滾軸(42)上，力矩電機(jī)(41)的定子固定在力矩電機(jī)固定座(411)上；橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器(43)的定子固定在橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器固定座(431)上，橫滾雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器(43)的轉(zhuǎn)子固定在橫滾軸(42)上；橫滾軸(42)通過橫滾軸承(421)來支撐，橫滾軸承(421)通過軸承壓蓋(422)進(jìn)行預(yù)緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于:橫滾光纖陀螺(44)用于測量橫滾軸系組件(40)在慣性空間中的旋轉(zhuǎn)角速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于:俯仰光纖陀螺(23)用于測量俯仰軸系組件(20)在慣性空間中的旋轉(zhuǎn)角速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于:俯仰限位組件(22)包括限位環(huán)和螺釘；限位環(huán)的材料為聚四氟乙烯；通過螺釘將限位環(huán)固定在轉(zhuǎn)接板(212)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于航空相機(jī)的掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于:橫滾限位組件(45)包括彈簧(451)、彈簧銷(452)、限位座(453)、楔形橡膠墊(454)和擋板(455);彈簧(451)通過彈簧銷(452)固定在限位座(453)上；楔形橡膠墊(454)通過擋板(455)固定在U形環(huán)(30)上；當(dāng)U形環(huán)(30)的旋轉(zhuǎn)角度超出允許范圍時，楔形橡膠墊(454)撞擊彈簧銷(452)。
【文檔編號】G01C11/00GK103471566SQ201310372932
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】賈曉梅, 王哲, 林招榮, 姚毅剛, 安超, 董欣 申請人:北京空間機(jī)電研究所