阅读说明：本技术 一种具有偏心补偿功能的直线运动机构 (Linear motion mechanism with eccentric compensation function ) 是由 娄雪峰 贾清虎 李莉 赵泉 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种具有偏心补偿功能的直线运动机构,包括运动镜组、驱动单元、导向机构和柔性连接环节四个部分。驱动单元与运动镜组的连接位置设置有柔性连接环节,间接驱动运动镜组,以补偿驱动单元相对导向机构运动方向的倾斜,避免结构在运动中出现卡滞；同时,减小驱动单元因偏心对运动镜组产生额外的扭转力,提高运动镜组光轴的动态稳定性。(The invention relates to a linear motion mechanism with an eccentric compensation function, which comprises a motion lens group, a driving unit, a guide mechanism and a flexible connecting link. A flexible connecting link is arranged at the connecting position of the driving unit and the moving lens group, and indirectly drives the moving lens group to compensate the inclination of the driving unit relative to the moving direction of the guide mechanism, so that the structure is prevented from being blocked in movement; meanwhile, the extra torsional force of the driving unit on the moving lens group due to eccentricity is reduced, and the dynamic stability of the optical axis of the moving lens group is improved.)

一种具有偏心补偿功能的直线运动机构

技术领域

本发明属于精密直线传动技术领域，特别是涉及一种具有偏心补偿功能的直线运动机构。

背景技术

在光电系统中，光学镜组的直线运动机构应用广泛，光学镜组的行走直线精度决定了光电设备的成像质量，而光学镜组的行走直线精度主要由它的导向机构和驱动单元决定。因此，设计合理的结构保证驱动单元与导向机构运动方向的精确一致，能使机构运行平顺，并有效减小因驱动单元偏心产生额外的扭转力对运动镜组光轴的影响。

目前，光学镜组的直线运动机构中多采用驱动单元与运动镜组刚性连接的方式，但该方式存在以下几个缺点：

1.由于直线电机驱动杆行走直线度较差，难以与直线导轨运动方向精确一致，偏心过多会导致机构卡滞，且偏心产生的额外扭转力也会影响镜组的光轴；

2.直线电机驱动杆运动中会产生抖动，刚性连接会直接传递到运动镜体，影响镜体的光轴稳定性；

3.由于直线电机驱动杆与镜座材质的不匹配，在外界环境温度变化时，难以避免会影响运动镜组的光轴。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有直线运动机构难以补偿直线电机驱动杆相对精密直线导轨运动方向的偏心，本发明提出了一种具有偏心补偿功能的直线运动机构，在于补偿驱动单元中直线电机驱动杆的运动倾斜，减小直线电机驱动杆的偏心对运动镜组光学性能的影响。

技术方案

一种具有偏心补偿功能的直线运动机构，其特征在于包括运动镜组、驱动单元、导向机构和柔性连接环节；运动镜组刚性固定于导向机构上；所述的运动镜组由多片可见光、红外光学透镜组成；所述的导向机构由一对精密级滚珠直线导轨组成，两者容许的安装高度偏差为7μm，行走精度为3μm；在驱动单元和运动镜组的连接处设置了柔性连接环节，驱动单元通过柔性连接环节驱动运动镜组实现直线移动功能；所述的柔性连接环节包括波形弹簧、限位套筒、限位挡圈和锁紧螺母，限位套筒套装在驱动单元的驱动杆外侧，运动镜组上的连接孔套在限位套筒外侧，在连接孔两侧设置了两个等刚度、等大小的波形弹簧，在限位套筒的一端设有限位挡圈，限位挡圈使用锁紧螺母锁紧。

所述的波形弹簧材质为60Si2MnA，设置3处波峰，截面厚度为0.4mm，波高为0.5mm，预紧状态下的弹簧压缩量为0.15mm。

所述的限位套筒、限位挡圈及锁紧螺母均采用钢制材质。

有益效果

本发明提出的一种具有偏心补偿功能的直线运动机构，包括运动镜组、驱动单元、导向机构和柔性连接环节四个部分。驱动单元与运动镜组的连接位置设置有柔性连接环节，间接驱动运动镜组，以补偿驱动单元相对导向机构运动方向的倾斜，避免结构在运动中出现卡滞；同时，减小驱动单元因偏心对运动镜组产生额外的扭转力，提高运动镜组光轴的动态稳定性。

本发明能够有效地补偿直线步进电机驱动杆的行走偏心，减小驱动单元运动镜组光学性能的影响，且具有环境适应性好、易加工装配等优点。

附图说明

图1是本发明中直线运动机构的示意图；

图2是本发明中柔性连接环节的剖视图；

图3是本发明中波形弹簧的示意图；

图4是本发明中波形弹簧的设计尺寸图。

图中的附图标记表示为：

1-运动镜组；2-驱动单元；3-导向机构；4-柔性连接环节；5-波形弹簧；6-限位套筒；7-限位挡圈；8-锁紧螺母。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种具有偏心补偿功能的直线运动机构，包括运动镜组、驱动单元、导向机构和柔性连接环节，柔性连接环节包括两个波形弹簧，通过波形弹簧的弹性变形补偿驱动单元驱动杆的运动偏心。

运动镜组可以由多片可见光、红外光学透镜组成，透镜间的精度在运动镜组1单元装调到位。

运动镜组刚性固定于导向机构中的两个精密级滚珠直线导轨上，两者容许的安装高度偏差为7μm，行走直线精度为3μm，能保证镜组实现优于10″的直线行走精度。

由于驱动单元中的直线步进电机行走直线度较差，在与运动镜组连接处设置柔性连接环节能有效补偿步进电机驱动杆的偏心。柔性连接环节中设计有限位套筒，限位套筒套装在直线电机驱动杆上，运动镜组套装在限位套筒上，在其两侧设置两个等大小、等刚度的波形弹簧，并用锁紧螺母固定端面。

在运动镜组连接孔、波形弹簧相关尺寸确定的基础上，控制限位套筒的长度即可精确控制两处波形弹簧的压缩量，经过计算及仿真验证，在波形弹簧压缩量为0.15mm，既能保证弹簧预压力大于运动镜组的阻力，且能保证波形弹簧在卡滞中通过自身扭转变形补偿直线电机驱动杆的偏心。

在上述技术方案中，波形弹簧采用60Si2MnA材质，设计3处波峰，波高为0.5mm，截面形状为长方形，通过仿真验证的最佳厚度尺寸为0.4mm。预紧状态下的弹簧压缩量为0.15mm。

在上述技术方案中，限位套筒、限位挡圈及锁紧螺母均采用钢制材质，在外界环境温度变化时，保证镜组光轴的稳定性。

在上述技术方案中，限位套筒6长度尺寸公差可控，以实现波形弹簧预紧力的精确控制。

如图1-4所示，具有偏心补偿功能的直线运动机构包括运动镜组1、驱动单元2、导向机构3和柔性连接环节4；运动镜组1刚性固定于导向机构3上，驱动单元2借助柔性连接环节4驱动运动镜组1实现直线移动功能，其中，柔性连接环节4包括波形弹簧5、限位套筒6、限位挡圈7和锁紧螺母8。

运动镜组通过8个M3螺钉固定于两处直线导轨上，通过直线导轨自身的直线精度及装调保证镜组实现优于10″的直线行走精度。

驱动单元通过驱动杆驱动运动镜组沿直线导轨移动，在二者连接处设置了柔性连接环节。柔性连接环节靠限位套筒定位，限位套筒套装在直线电机驱动杆外侧，运动镜组上的连接孔套在限位套筒外侧，在连接孔两侧设置了两个等刚度、等大小的波形弹簧，限位套筒的长度决定了两处波形弹簧的压缩量，由于两个波形弹簧等刚度，两弹簧压缩量一致。