一種可實現球面運動軌跡的光源機構的製作方法

2023-05-22 16:42:56 2

專利名稱：一種可實現球面運動軌跡的光源機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械結構領域，具體涉及一種可實現球面運動軌跡的光源機構，特別是實現從各個角度直射的均勻等光照的平行光源的裝置。
背景技術：
在科研實驗中，各種實驗光源的應用十分廣泛；一些設備如太陽輻射計、經緯儀等光信號追蹤設備在空間的運動是繞一根軸線或兩根軸線的轉動，要求設備轉動到空間任意角度都能接收到等光照度的平行光照。設備接收光照的局部裝置的運動軌跡往往是以軸線交點為球心的球面，現有的光源機構一般採用固定安裝，不能對設備進行實時照射，不能夠保證設備在任意角度都能接收到等光照度的平行光。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可實現球面運動軌跡的光源機構，通過二維運動機構實現球面運動軌跡，進而結合光源實現可從各個角度直射的均勻平行光源，同時可精確控制和定位光源的空間位置。為實現上述目的，本發明的光源機構包括二維運動機構及可發出平行光的光源組件；所述二維運動機構包括外框、內框以及光源安裝板；所述外框與內框的軸線位於同一水平面且相互垂直，所述光源安裝板固定在內框的上方；所述內框繞自身軸線轉動，所述外框繞自身軸線轉動，帶動內框同步轉動；所述光源組件包括點光源、光欄以及透鏡，所述點光源放置所述透鏡的焦距範圍內，點光源發出的光線經光欄消雜光後穿過透鏡；所述光源組件位於二維運動機構中的光源安裝板上，使所述光源組件所發出的平行光線經過內框軸線與外框軸線的交點。所述點光源插在燈座上，墊片、聚醯亞胺墊片以及所述燈座通過螺釘連接到光源連接架上，所述光源連接架一端有止口，所述光欄放置在所述光源連接架的止口中，所述光源連接架另一端連接鏡筒的一端，所述鏡筒的另一端通過螺紋與鏡座相連接，所述透鏡通過螺紋壓圈固定在所述鏡座上。所述二維運動機構還包括外框主動端軸系、外框從動端軸系、外框電機-減速器、外框編碼器、內框主動端軸系、內框從動端軸系、內框電機-減速器、內框編碼器；所述外框電機-減速器固定在所述外框主動端軸繫上，所述外框編碼器固定在所述外框從動端軸系上,所述內框通過所述內框主動端軸系和所述內框從動端軸系連接在所述外框上,所述內框電機-減速器固定在所述內框主動端軸繫上，所述內框編碼器固定在內框從動端軸繫上。所述點光源為滷鎢燈或氘燈。所述點光源放置在透鏡的焦點處。
所述外框主動端軸系和所述外框從動端軸系固定在載物臺上，所述載物臺通過螺栓與底部支架連接。所述二維運動機構在右手坐標系中外框轉動軸線為X軸，內框轉動軸線為Y軸，兩軸線交點為原點O。本發明的有益效果為本發明的光源機構通過調整鏡座和鏡筒的相對位置來調整透鏡和點光源的相對位置，使點光源最大程度的接近透鏡的焦點位置，從而得到平行度較好的光束；外框電機-減速器提供動力，帶動外框繞X軸做轉動運動，外框帶動內框轉動，同時帶動光源繞X軸做圓周運動。內框電機-減速器提供動力，帶動內框 繞Y軸做轉動運動，光源同時繞Y軸做圓周運動。光源在X軸，Y軸兩個方向分別做圓周運動，形成球面的運動軌跡，光源在運動軌跡範圍內，發出光線時刻直射球心，而且距離相等，保持光照度一致。本發明二維運動機構不僅可以控制X軸方向和Y軸方向的分別轉動，而且可以控制兩個方向的聯動，因此可以實現光源的靈活定位。在與電機-減速器相對的軸系另一端分別設置內框編碼器和外框編碼器，由於軸與外框和內框是剛性連接，因此編碼器能夠準確測量軸系轉動的角度和位置。通過改變光源在光源安裝板上的位置改變光源球面軌跡的球心點位置,而球心點正是光接收點,光接收點位於二維轉臺X軸或是Y軸上。


圖I為本發明一種可實現球面運動軌跡的光源機構中二維運動機構示意圖；圖2為本發明的光源機構中可發出平行光的光源組件；其中1、底部支架，2、載物臺，3、內框電機-減速器，4、內框主動端軸系，5、外框，6、外框編碼器，7、外框從動端軸系，8、光源組件，9、光源安裝板，10、內框，11、內框從動端軸系，12、內框編碼器，13、外框主動端軸系，14、外框電機-減速器，15、光源連接架，16、鏡筒，17、鏡座，18、螺紋壓圈，19、透鏡，20、光欄，21、點光源，22、燈座，23墊片，24、聚醯亞胺墊片。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進一步描述。實施例一參見附圖1、2，本發明的光源機構包括二維運動機構及可發出平行光的光源組件8，所述二維運動機構包括底部支架I、載物臺2、外框5、外框主動端軸系13、外框從動端軸系7、外框電機-減速器14、外框編碼器6、內框10、內框主動端軸系4、內框從動端軸系11、內框電機-減速器3、內框編碼器12、光源安裝板9 ;所述載物臺2與底部支架I通過螺栓連接，外框主動端軸系13和外框從動端軸系7固定在載物臺2上，外框電機-減速器14固定在外框主動端軸系13上，外框編碼器6固定在外框從動端軸系7上，內框10通過內框主動端軸系4和內框從動端軸系11連接在外框5上，光源安裝板9固定在內框10上端；所述光源組件8包括點光源21、燈座22、墊片23、光欄20、光源連接架15、鏡筒16、鏡座17、透鏡19、螺紋壓圈18 ;所述點光源21插在燈座22上，燈座22、墊片23、墊片23通過螺釘連接到光源連接架15上，光源連接架15—端有止口，光欄20放置在光源連接架15的止口中，光源連接架15另一端連接鏡筒16的一端，鏡筒16的另一端通過螺紋與鏡座17相連接，鏡座17利用螺紋壓圈18固定透鏡19 ;所述光源組件8位於二維運動機構中的光源安裝板9上。
所述點光源21位於透鏡19的焦點處內。所述二維運動機構在右手坐標系中，外框5轉動軸線為X軸，內框10轉動軸線為Y軸，兩軸線交點為原點O。所述點光源21為滷鎢燈或氘燈。實施例二 二維運動機構外框5為630mmX 702mm方框，內框10為650mmX 340mm半框。內框10、外框5尺寸較大，由於載荷較小，為節省製造成本，內框10、外框5使用鋁合金直板拼接而成。機構四個軸系均使用外徑42mm的配對角接觸球軸承，軸材料為40Cr。電機-減速器組件選取42型電機，配套使用行星減速器，實現100倍減速比，提供最大50N. m轉矩。編碼器選取14位絕對式空心軸編碼器，保證轉動測量精度。安裝時，先裝配外框主、從動端軸系
和內框主、從動端軸系,然後將外框主、從動端軸系固定在載物臺2上。將外框與軸系相連的兩根框架杆連接到軸繫上，然後將另外兩根框架杆和內框主、叢動軸分別連接到兩根框架杆上，組成外框和外框轉動軸系。同理安裝內框架。最後安裝電機-減速器、編碼器和光源。光源結構透鏡19選取直徑15_的雙凸熔石英透鏡19,焦距60_。光源選取點光源21。安裝時先將透鏡19放入鏡座17中，用螺紋壓圈18壓緊固定。將鏡座17通過螺紋旋進鏡筒16中，直至擰緊。然後把鏡筒16和光源連接架15連接到一起。最後將點光源21、墊片23和聚醯亞胺墊片23安裝到光源連接架15上。其中墊片23用來調整點光源21中心的位置，聚醯亞胺墊片23起到絕緣隔熱作用。使用時，利用鏡座17和鏡筒16之間的螺紋來調整光源到透鏡19的距離，起到調焦作用，直至產生平行度較好的光束。以上為本發明的具體實施方式
，但絕非對本發明的限制。
權利要求
1.一種可實現球面運動軌跡的光源機構，其特徵在於，包括二維運動機構及可發出平行光的光源組件(8)； 所述二維運動機構包括外框(5 )、內框(10 )以及光源安裝板(9 );所述外框(5 )與內框(10)的軸線位於同一水平面且相互垂直，所述光源安裝板(9)固定在內框(10)的上方；所述內框(10 )繞自身軸線轉動，所述外框(5 )繞自身軸線轉動，帶動內框(10 )同步轉動； 所述光源組件(8)包括點光源、光欄(20)以及透鏡(19)，所述點光源(21)放置所述透鏡(19)的焦距範圍內，點光源(21)發出的光線經光欄(20)消除雜光後穿過透鏡(19)得到平行光線； 所述光源組件(8)位於二維運動機構中的光源安裝板(9)上，使所述光源組件(8)所發出的平行光經過內框軸線與外框軸線的交點。
2.根據權利要求I所述的光源機構，其特徵在於，所述點光源(21)插在燈座(22)上，墊片(23)、聚醯亞胺墊片(24)以及所述燈座(22)通過螺釘連接到光源連接架(15)上，所述光源連接架(15 ) —端有止口，所述光欄(20 )放置在所述光源連接架(15 )的止口中，所述光源連接架(15)另一端連接鏡筒(16)的一端，所述鏡筒(16)的另一端通過螺紋與鏡座(17)相連接，所述透鏡(19 )通過螺紋壓圈(18 )固定在所述鏡座(17 )上。
3.根據權利要求I所述的光源機構，其特徵在於，所述二維運動機構還包括外框主動端軸系(13)、外框從動端軸系(7)、外框電機-減速器(14)、外框編碼器(6)、內框主動端軸系(4)、內框從動端軸系(11)、內框電機-減速器(3)、內框編碼器(12);所述外框電機-減速器(14 )固定在所述外框主動端軸系(13 )上，所述外框編碼器(6 )固定在所述外框從動端軸系(7 )上，所述內框(10 )通過所述內框主動端軸系(4)和所述內框從動端軸系(11)連接在所述外框(5 )上，所述內框電機-減速器(3 )固定在所述內框主動端軸系(4 )上，所述內框編碼器(12)固定在內框從動端軸系(11)上。
4.根據權利要求I所述的光源機構，其特徵在於，所述點光源(21)放置在透鏡(19)的焦點處。
5.根據權利要求I或2所述的光源機構，其特徵在於，所述點光源(21)為滷鎢燈或氘燈。
6.根據權利要求3所述的光源機構，其特徵在於，所述外框主動端軸系(13)和所述外框從動端軸系(7)固定在載物臺(2)上，所述載物臺(2)通過螺栓與底部支架(I)連接。
7.根據權利要求I所述的光源機構，其特徵在於，所述二維運動機構在右手坐標系中外框轉動軸線為X軸，內框轉動軸線為Y軸，兩軸線交點為原點O。
全文摘要
一種可實現球面運動軌跡的光源機構，屬於機械結構領域，特別是實現從各個角度直射的均勻等光照的平行光源的裝置。目的在於提供一種可實現球面運動軌跡的光源機構，通過二維運動機構實現球面運動軌跡，進而結合光源實現可從各個角度直射的均勻平行光源，同時可精確控制和定位光源的空間位置。包括二維運動機構及可發出平行光的光源組件；所述二維運動機構中的內框和外框繞各自軸線轉動，外框同時帶動內框轉動，光源在X軸，Y軸兩個方向分別做圓周運動，形成球面的運動軌跡，光源在運動軌跡範圍內，發出光線時刻直射球心，而且距離相等，保持光照度一致。通過改變光源在光源安裝板上的位置改變光源球面軌跡的球心點位置。
文檔編號F21S2/00GK102878453SQ20121031118
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者王玉鵬, 方偉, 姜明, 王凱, 葉新 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所