大型光电设备用700°转动范围限位机构

　　1　引　言

　　地平式两轴跟踪测量系统由垂直旋转轴和水平俯仰轴构成,水平轴安装在垂直轴上,各测量传感器安装在水平轴上,通过水平轴和垂直轴的转动,实现0~180°半球面范围的目标位置跟踪和轨迹测量。以往地平式两轴跟踪测量系统的垂直旋转轴在工作时可连续转动,这样,要求输入输出水平轴上各测量传感器和驱动电机的导线必须经过导电环以实现由静止到旋转的状态变化。导线内加入导电滑环[1]会使导线阻值发生一定范围的随机变化,这对目标位置跟踪和轨迹测量无太大影响,但对近年来逐渐发展起来的弱信号光谱特性[2]和幅值测量影响很大,以至于这类传感器不能经过导电环进行信号传递。为了使导线不因连续旋转而扭断,实现任意方向0~180°的目标轨迹连续跟踪,需要研制两轴转动范围的机械限位机构。

　　2　限位机构的主要性能要求

　　(1)垂直轴上安装的转动部分质量M=4 000 kg;

　　垂直轴上安装的转动部分回转半径R=0.5 m;

　　垂直轴最大转动速度ωmax= 80°/s=1.4 rad/s;

　　(2)垂直轴转动范围±350°;

　　(3)为设备控制需要,主控系统应随时能得到

　　垂直轴当前在(0°,+350°)还是在(-350°,0°)的位置信息;

　　(4)系统能对任意方向进入的目标进行连续跟踪;

　　(5)限位机构实现两方向的机械限位功能。

　　3　机构选择与设计

　　用机械方式限制垂直轴转动范围的方法很多,只要在转动体运动前方增加阻挡块就可以实现。但常规的阻挡块方法[325]无法实现700°的转动范围,其最大的问题在于如何用机构实现在转动过程中第一次通过零点,第二次实现阻挡限位。本文设计了如图1所示700°转动范围的机电式限位机构[6],可以实现上述功能。

　　3.1　机构工作原理

　　限位机构各零部件的安装位置及相互关系如图1所示,移动座固定于垂直轴的转动体上,连带其上安装的接近传感器1、滑动撞块、大弹簧及小弹簧等一起随转动体转动。滑动撞块共两件,对称的安装在移动座圆孔内;大弹簧及小弹簧安装在两滑动撞块之间,当任意一个滑动撞块受力时,大小弹簧同时压缩变形吸收能量,起到缓冲减震作用。接近传感器1共有两只,对称的安装在移动座左右两侧,用于±350°转动范围限位前发出到位信号,控制系统控制垂直轴驱动电机断电制动。固定座连接于垂直轴的静止基座上,固定座上安装了转轴、V形挡块、接近传感器2和挡块定位组件等。V形挡块通过转轴安装到固定座的大V形槽内,可以绕转轴固定角度转动,通过挡块定位组件的定位,V形挡块只能在左高右低或左低右高两种状态停顿,当V形挡块在左高右低状态时(如图示状态),允许移动座顺时针通过V形挡块(通过零点),通过后V形挡块变为左低右高状态,移动座继续顺时针再转350°后V形挡块的右侧高端限制移动座继续转动;这时,移动座如果逆时针转动,可以反向实现上述动作,这样就可以实现±350°转动范围,并在两端实现机械限位。