設有高精密柔性定位系統的濾光輪自動切換機構的製作方法

2023-05-12 11:45:07

本發明涉及一種自動切換機構。涉及到天文光譜儀、元素檢測、環境檢測和生物醫學等技術領域，特別是涉及一種設有高精密柔性定位系統的濾光輪自動切換機構，具體更涉及一種應用於天文望遠鏡光譜儀不同波段濾光片自動切換轉動機構和元素含量檢測裝置的濾光輪切換裝置。

背景技術：

天文望遠鏡光譜儀作為天文望遠鏡終端設備，用於對星光進行處理獲取星光光譜，在天文領域應該極為廣泛。光譜儀是用CCD作為光探測器測量譜線不同波長位置強度的裝置。其構造由一個入射狹縫，一個色散系統，一個成像系統和像差矯正系統組成。以色散元件將星光分離出所需要的波長或波長區域，並在選定的波長上（或掃描某一波段）成像在CCD靶面上，用於後續的數據處理。

對於不同波長的光的監測，常使用不同的濾光片，一般配6個或者更多位置的濾光輪自動切換。同時為了滿足更多需要，在實際使用中在增加或者更換濾光片時，濾光片需要方便拆卸。

另外，為了增加濾光片壽命，在濾光片表面要鍍膜，當濾光片使用過長時間表面膜會氧化，降低效率。這同樣要求濾光片能夠方便拆卸，更換濾光片時方便拆卸。

濾光輪機構通常作為一個整體使用，在設計中需要設計成一個整體。濾光輪機構和光譜儀連接使用定位銷定位，保障濾光輪定位精度。

技術實現要素：

為了解決現有技術中濾光輪自動切換機構容易失效和轉動精度不高的問題，本發明提供一種設有高精密柔性定位系統的濾光輪自動切換機構，由動力系統通過槽輪系統帶動濾光輪工作，其特徵在於，所述動力系統與濾光輪之間的驅動方式是：動力系統通過電機減速器帶動同步帶輪 I與同步帶輪II 旋轉；該同步帶輪 I 與同步帶輪II 之間採用同步帶輪動力傳輸，構成柔性動力傳輸；該同步帶輪II帶動槽輪滾子曲柄旋轉，由槽輪滾子曲柄撥動濾光輪上的槽口使槽輪旋轉，完成濾光輪片的切換。

在優化方案中，該自動切換機構中精確柔性定位系統，該精確柔性定位系統中的定位系統座上固定有柔性壓條；該柔性壓條上端安裝有定位轉子；該定位轉子與濾光輪上的槽口嚙合，現實槽輪旋轉的精確定位。

所述的濾光輪邊緣分別設有兩種槽孔，分別用於槽輪機構運動和濾光輪片精確定位，每一種槽孔均勻分布在濾光輪邊緣。

換言之，本發明包括動力系統，槽輪系統，高精密柔性定位系統；動力系統包括電機減速器、同步帶和帶輪，槽輪系統包括濾光輪和滾子曲柄；高精密柔性定位系統包括定位轉子、定位轉子支撐座、柔性壓條和定位系統座。

動力系統：圖3為動力系統原理結構圖，電機減速器帶動同步帶輪I旋轉，在通過同步帶帶動同步帶輪II旋轉，即帶動槽輪滾子曲柄旋轉，最後通過槽輪運動機構完成濾光輪片切換。

槽輪機構：槽輪滾子曲柄帶動濾光輪間歇地進行轉位，每間歇轉動一次，正好可切換一次濾光輪片。

精確柔性定位通過給定合適的預緊力和濾光輪定位槽和定位轉子精密配合精確定位濾光輪片位置。柔性定位系統中定位轉子直接選用軸承，保證濾光輪旋轉時，定位系統和濾光輪使用滾動摩擦，降低摩擦力，且預緊力大小合適。槽輪機構滾子曲柄7和濾光輪8必須設計要合理，保證濾光輪運動正常同時，不能讓槽輪機構運動卡死情況。

高精密柔性定位系統12、13、14、15通過給定合適的預緊力和濾光輪定位槽和定位轉子精密配合精確定位濾光輪片9位置。柔性定位系統中定位轉子12直接選用軸承，保證濾光輪旋8轉時，定位系統和濾光輪使用滾動摩擦，降低摩擦力，且預緊力大小合適。

本發明的該濾光輪機構結構傳動精度高，動力傳輸系統採用柔性結構，濾光輪拆卸方便快捷，不存在破壞風險。

濾光輪自動切換機構的整體結構通過定位銷和光譜儀連接使用，濾光輪定位精度高。

根據本發明的設計，由於濾光輪在拆卸方便，不存在任何阻礙，使用槽輪機構配合具有一定預緊力的柔性定位環，轉動平穩且定位精度高。

與現有技術相比，本發明的技術效果之一為：超穩精確定位結構。傳統濾光輪切換機構是齒輪傳動結構，齒輪結構存有間隙，在濾光片工作時會受外界載荷作用，而導致不穩，影響儀器工作性能；本發明中精確定位系統不僅可以精確定位濾光片位置，亦可保證濾光輪位置穩定。

本發明的技術效果之二為：柔性動力傳輸系統。本發明中設計柔性動力傳輸系統，減少動力源對濾光輪直接動力接觸，降低濾光輪切換中衝擊力，對濾光片具有一定保護作用。

本發明的技術效果之三為：動力隔離保護結構。本發明設計槽輪機構，在濾光輪切換完成後槽輪機構滾子曲柄自動脫離，有效隔離動力源，對濾光片的安全性和工作狀態有很好保護作用。

附圖說明

圖1示出根據本發明的總體結構圖（主視圖）；

圖2示出根據本發明的總體結構圖（等軸視圖）；

圖3示出根據本發明的柔動力系統結構立體圖；

圖4示出根據本發明的柔性精密定位機構立體圖。

具體實施方式

下面結合附圖給出本發明的實施例，以詳細說明技術方案。

實施例1，設有高精密柔性定位系統的濾光輪自動切換機構，圖1和圖2是本發明的總體結構圖，為整體結構系統方案。濾光輪自動切換機構有三個子系統組成——動力系統、槽輪機構和精確定位系統。

圖3時動力系統原理結構圖，電機減速器3提供動力源，帶動同步帶輪 I 4旋轉，在通過同步帶5帶動同步帶輪II 6 旋轉，即帶動槽輪滾子曲柄旋轉，最後通過槽輪運動機構完成濾光輪片切換。

電機減速系統3和同步帶輪I 4保證同軸，通過矩形鍵傳遞力矩使同步帶輪隨減速機軸同步轉動。同樣，同步帶輪II 6和槽輪滾子曲柄7同軸同步轉動。

槽輪滾子曲柄轉動和電機減速機之間使用同步帶輪動力傳輸，即在動力傳輸中添加柔性動力傳輸，可防止安裝錯誤或故障對整體結構的破壞。

濾光輪片切換過程採用槽輪機構，槽輪滾子曲柄7構造簡單。並能較平穩地，間歇地進行轉位，每間歇轉動一次，正好可切換一次濾光輪片8。同時轉動槽輪滾子曲柄7對濾光輪片8是柔性衝擊，且切換完成後自動脫離濾光輪8，對濾光片具有較好的保護作用。

濾光輪8可以有6-8個槽用於放置濾光片，濾光片和放置槽間隙配合（H11/C11），放入後可通過螺紋壓板進行壓緊。如需取出濾光片，先取出壓板，即可完成，因此，拆卸極為方便。

所述濾光輪與濾光輪支撐座之間採用軸承連接，保證濾光輪運動順暢

由圖1和圖2可以看出，濾光輪8邊緣有兩種槽孔，分別用於槽輪機構運動和濾光輪片定位，每一種槽孔均勻分析在濾光輪8邊緣。

濾光輪8安裝在兩個濾光輪支撐座11中間，連接通過一個高精度轉軸和兩個背靠背安裝軸承實現。該結構保證濾光輪轉動平穩順暢。

圖4是濾光輪片到達位置後精確定位系統結構圖，該部分有如下部件組成：定位轉子12；定位轉子支撐座13；柔性壓條14；定位系統座15。定位轉子直接選用軸承，在濾光輪切換中定位轉子12和濾光輪8之間是轉動摩擦，保證濾光輪8和定位轉子12之間具有較小的摩擦力，在通過定位槽和定位轉子配合，可精確定位濾光輪片的位置。

定位轉子安裝偏向於圖2中後面安裝，降低濾光輪8中槽輪運動槽深度和尺寸不同對濾光輪片定位精度影響。

調節定位系統座15先後位置來調節柔性壓條4壓緊量，進而可以調節定位轉子12和濾光輪8之間的預緊力，保證定位轉子運動平穩同時，有可以達到精確定位作用。

底座1底部安裝多個定位銷孔，有可以精確定位於光譜儀安裝位置接口，有可以精確定位濾光輪支撐座、同步帶輪系統支撐座和定位系統支撐座接口，有效保證了機械安裝精度，同時也方便濾光輪機械結構拆卸和安裝。

改濾光輪切換機構除濾光輪片以外，材料表面全部發黑處理，降低雜散光對光譜儀或者相關檢測設備的性能影響。

本發明不限於上述設施方式，濾光輪片不必是圓形，矩形或者六邊形等也可，數量也不必僅限於8個。因此，凡是在本發明權利要求1技術方案基礎上作簡單變形，都在本發明意圖保護範圍之內。