CN102878453A

CN102878453A - 一种可实现球面运动轨迹的光源机构

Info

Publication number: CN102878453A
Application number: CN2012103111878A
Authority: CN
Inventors: 王玉鹏; 方伟; 姜明; 王凯; 叶新
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: CN102878453B

Abstract

一种可实现球面运动轨迹的光源机构，属于机械结构领域，特别是实现从各个角度直射的均匀等光照的平行光源的装置。目的在于提供一种可实现球面运动轨迹的光源机构，通过二维运动机构实现球面运动轨迹，进而结合光源实现可从各个角度直射的均匀平行光源，同时可精确控制和定位光源的空间位置。包括二维运动机构及可发出平行光的光源组件；所述二维运动机构中的内框和外框绕各自轴线转动，外框同时带动内框转动，光源在X轴，Y轴两个方向分别做圆周运动，形成球面的运动轨迹，光源在运动轨迹范围内，发出光线时刻直射球心，而且距离相等，保持光照度一致。通过改变光源在光源安装板上的位置改变光源球面轨迹的球心点位置。

Description

一种可实现球面运动轨迹的光源机构

技术领域

本发明涉及机械结构领域，具体涉及一种可实现球面运动轨迹的光源机构，特别是实现从各个角度直射的均匀等光照的平行光源的装置。

背景技术

在科研实验中，各种实验光源的应用十分广泛；一些设备如太阳辐射计、经纬仪等光信号追踪设备在空间的运动是绕一根轴线或两根轴线的转动，要求设备转动到空间任意角度都能接收到等光照度的平行光照。设备接收光照的局部装置的运动轨迹往往是以轴线交点为球心的球面，现有的光源机构一般采用固定安装，不能对设备进行实时照射，不能够保证设备在任意角度都能接收到等光照度的平行光。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现球面运动轨迹的光源机构，通过二维运动机构实现球面运动轨迹，进而结合光源实现可从各个角度直射的均匀平行光源，同时可精确控制和定位光源的空间位置。

为实现上述目的，本发明的光源机构包括二维运动机构及可发出平行光的光源组件；

所述二维运动机构包括外框、内框以及光源安装板；所述外框与内框的轴线位于同一水平面且相互垂直，所述光源安装板固定在内框的上方；所述内框绕自身轴线转动，所述外框绕自身轴线转动，带动内框同步转动；

所述光源组件包括点光源、光栏以及透镜，所述点光源放置所述透镜的焦距范围内，点光源发出的光线经光栏消杂光后穿过透镜；

所述光源组件位于二维运动机构中的光源安装板上，使所述光源组件所发出的平行光线经过内框轴线与外框轴线的交点。

所述点光源插在灯座上，垫片、聚酰亚胺垫片以及所述灯座通过螺钉连接到光源连接架上，所述光源连接架一端有止口，所述光栏放置在所述光源连接架的止口中，所述光源连接架另一端连接镜筒的一端，所述镜筒的另一端通过螺纹与镜座相连接，所述透镜通过螺纹压圈固定在所述镜座上。

所述二维运动机构还包括外框主动端轴系、外框从动端轴系、外框电机-减速器、外框编码器、内框主动端轴系、内框从动端轴系、内框电机-减速器、内框编码器；所述外框电机-减速器固定在所述外框主动端轴系上，所述外框编码器固定在所述外框从动端轴系上，所述内框通过所述内框主动端轴系和所述内框从动端轴系连接在所述外框上，所述内框电机-减速器固定在所述内框主动端轴系上，所述内框编码器固定在内框从动端轴系上。

所述点光源为卤钨灯或氘灯。

所述点光源放置在透镜的焦点处。

所述外框主动端轴系和所述外框从动端轴系固定在载物台上，所述载物台通过螺栓与底部支架连接。

所述二维运动机构在右手坐标系中外框转动轴线为X轴，内框转动轴线为Y轴，两轴线交点为原点O。

本发明的有益效果为：本发明的光源机构通过调整镜座和镜筒的相对位置来调整透镜和点光源的相对位置，使点光源最大程度的接近透镜的焦点位置，从而得到平行度较好的光束；外框电机-减速器提供动力，带动外框绕X轴做转动运动，外框带动内框转动，同时带动光源绕X轴做圆周运动。内框电机-减速器提供动力，带动内框绕Y轴做转动运动，光源同时绕Y轴做圆周运动。光源在X轴，Y轴两个方向分别做圆周运动，形成球面的运动轨迹，光源在运动轨迹范围内，发出光线时刻直射球心，而且距离相等，保持光照度一致。本发明二维运动机构不仅可以控制X轴方向和Y轴方向的分别转动，而且可以控制两个方向的联动，因此可以实现光源的灵活定位。在与电机-减速器相对的轴系另一端分别设置内框编码器和外框编码器，由于轴与外框和内框是刚性连接，因此编码器能够准确测量轴系转动的角度和位置。通过改变光源在光源安装板上的位置改变光源球面轨迹的球心点位置，而球心点正是光接收点，光接收点位于二维转台X轴或是Y轴上。

附图说明

图1为本发明一种可实现球面运动轨迹的光源机构中二维运动机构示意图；

图2为本发明的光源机构中可发出平行光的光源组件；

其中：1、底部支架，2、载物台，3、内框电机-减速器，4、内框主动端轴系，5、外框，6、外框编码器，7、外框从动端轴系，8、光源组件，9、光源安装板，10、内框，11、内框从动端轴系，12、内框编码器，13、外框主动端轴系，14、外框电机-减速器，15、光源连接架，16、镜筒，17、镜座，18、螺纹压圈，19、透镜，20、光栏，21、点光源，22、灯座，23垫片，24、聚酰亚胺垫片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述。

实施例一：

参见附图1、2，本发明的光源机构包括二维运动机构及可发出平行光的光源组件8，所述二维运动机构包括底部支架1、载物台2、外框5、外框主动端轴系13、外框从动端轴系7、外框电机-减速器14、外框编码器6、内框10、内框主动端轴系4、内框从动端轴系11、内框电机-减速器3、内框编码器12、光源安装板9；所述载物台2与底部支架1通过螺栓连接，外框主动端轴系13和外框从动端轴系7固定在载物台2上，外框电机-减速器14固定在外框主动端轴系13上，外框编码器6固定在外框从动端轴系7上，内框10通过内框主动端轴系4和内框从动端轴系11连接在外框5上，光源安装板9固定在内框10上端；所述光源组件8包括点光源21、灯座22、垫片23、光栏20、光源连接架15、镜筒16、镜座17、透镜19、螺纹压圈18；所述点光源21插在灯座22上，灯座22、垫片23、垫片23通过螺钉连接到光源连接架15上，光源连接架15一端有止口，光栏20放置在光源连接架15的止口中，光源连接架15另一端连接镜筒16的一端，镜筒16的另一端通过螺纹与镜座17相连接，镜座17利用螺纹压圈18固定透镜19；所述光源组件8位于二维运动机构中的光源安装板9上。

所述点光源21位于透镜19的焦点处内。

所述二维运动机构在右手坐标系中，外框5转动轴线为X轴，内框10转动轴线为Y轴，两轴线交点为原点O。

所述点光源21为卤钨灯或氘灯。

实施例二：

二维运动机构外框5为630mm×702mm方框，内框10为650mm×340mm半框。内框10、外框5尺寸较大，由于载荷较小，为节省制造成本，内框10、外框5使用铝合金直板拼接而成。机构四个轴系均使用外径42mm的配对角接触球轴承，轴材料为40Cr。电机-减速器组件选取42型电机，配套使用行星减速器，实现100倍减速比，提供最大50N.m转矩。编码器选取14位绝对式空心轴编码器，保证转动测量精度。安装时，先装配外框主、从动端轴系和内框主、从动端轴系，然后将外框主、从动端轴系固定在载物台2上。将外框与轴系相连的两根框架杆连接到轴系上，然后将另外两根框架杆和内框主、丛动轴分别连接到两根框架杆上，组成外框和外框转动轴系。同理安装内框架。最后安装电机-减速器、编码器和光源。

光源结构透镜19选取直径15mm的双凸熔石英透镜19，焦距60mm。光源选取点光源21。安装时先将透镜19放入镜座17中，用螺纹压圈18压紧固定。将镜座17通过螺纹旋进镜筒16中，直至拧紧。然后把镜筒16和光源连接架15连接到一起。最后将点光源21、垫片23和聚酰亚胺垫片23安装到光源连接架15上。其中垫片23用来调整点光源21中心的位置，聚酰亚胺垫片23起到绝缘隔热作用。使用时，利用镜座17和镜筒16之间的螺纹来调整光源到透镜19的距离，起到调焦作用，直至产生平行度较好的光束。

以上为本发明的具体实施方式，但绝非对本发明的限制。

Claims

1.一种可实现球面运动轨迹的光源机构，其特征在于，包括二维运动机构及可发出平行光的光源组件（8）；

所述二维运动机构包括外框（5）、内框（10）以及光源安装板（9）；所述外框（5）与内框（10）的轴线位于同一水平面且相互垂直，所述光源安装板（9）固定在内框（10）的上方；所述内框（10）绕自身轴线转动，所述外框（5）绕自身轴线转动，带动内框（10）同步转动；

所述光源组件（8）包括点光源、光栏（20）以及透镜（19），所述点光源（21）放置所述透镜（19）的焦距范围内，点光源（21）发出的光线经光栏（20）消除杂光后穿过透镜（19）得到平行光线；

所述光源组件（8）位于二维运动机构中的光源安装板（9）上，使所述光源组件（8）所发出的平行光经过内框轴线与外框轴线的交点。

2.根据权利要求1所述的光源机构，其特征在于，所述点光源（21）插在灯座（22）上，垫片（23）、聚酰亚胺垫片（24）以及所述灯座（22）通过螺钉连接到光源连接架（15）上，所述光源连接架（15）一端有止口，所述光栏（20）放置在所述光源连接架（15）的止口中，所述光源连接架（15）另一端连接镜筒（16）的一端，所述镜筒（16）的另一端通过螺纹与镜座（17）相连接，所述透镜（19）通过螺纹压圈（18）固定在所述镜座（17）上。

3.根据权利要求1所述的光源机构，其特征在于，所述二维运动机构还包括外框主动端轴系（13）、外框从动端轴系（7）、外框电机-减速器（14）、外框编码器（6）、内框主动端轴系（4）、内框从动端轴系（11）、内框电机-减速器（3）、内框编码器（12）；所述外框电机-减速器（14）固定在所述外框主动端轴系（13）上，所述外框编码器（6）固定在所述外框从动端轴系（7）上，所述内框（10）通过所述内框主动端轴系（4）和所述内框从动端轴系（11）连接在所述外框（5）上，所述内框电机-减速器（3）固定在所述内框主动端轴系（4）上，所述内框编码器（12）固定在内框从动端轴系（11）上。

4.根据权利要求1所述的光源机构，其特征在于，所述点光源（21）放置在透镜（19）的焦点处。

5.根据权利要求1或2所述的光源机构，其特征在于，所述点光源（21）为卤钨灯或氘灯。

6.根据权利要求3所述的光源机构，其特征在于，所述外框主动端轴系（13）和所述外框从动端轴系（7）固定在载物台（2）上，所述载物台（2）通过螺栓与底部支架（1）连接。

7.根据权利要求1所述的光源机构，其特征在于，所述二维运动机构在右手坐标系中外框转动轴线为X轴，内框转动轴线为Y轴，两轴线交点为原点O。