一种新型调焦机构设计

　　1 引 言

　　空间光学遥感器是人类观测地球、 探索宇宙的重要手段。 随着科技的发展和人类认知水平的提高，空间光学遥感器的应用越来越广泛， 同时要求其性能指标也越来越高; 因此， 对空间光学遥感器的设计、 制造和装调提出了更高的要求。 空间光学遥感器所处的运载、 发射和工作环境非常复杂， 这些因素将直接导致空间光学遥感器的焦面不同程度地偏移， 从而影响其成像的质量， 因而需要对空间光学遥感器变化的像面加以校正。 因此， 设计一套调整像面位置的系统， 即调焦系统是十分必要的。 鉴于空间光学遥感器所处的环境的特殊性， 对调焦机构也相应地提出了以下要求：

　　1. 调焦机构质量尽量轻;

　　2. 调焦机构应该具有足够的刚度和强度 ， 从而确保其在使用周期中结构的变形量尽量小， 像面尽量稳定;

　　3. 调焦机构要求具备自锁功能 ， 防止在试验 、运输和发射阶段焦面位置变化;

　　4. 调焦机构应具有足够的调焦范围 ， 从而满足空间环境变化和外场成像对其的要求;

　　5. 调焦机构应具有足够小的调焦分辨率 ， 确保空间光学遥感器能呈现质量高的图像。

　　基于上述对调焦机构的要求， 本文在充分分析传统调焦机构的不足的基础上， 提出一种新的适合航天使用的调焦机构[1-6]。

　　2 调焦方案的对比

　　在调焦机构设计中， 可以采用的方案非常多。大致可以归类为蜗轮蜗杆机构、 凸轮机构、 丝杠螺母机构等。

　　蜗轮蜗杆机构传动比大， 自锁性能好， 但结构尺寸大， 质量重， 传动效率低， 磨损较严重， 发热量大， 蜗杆轴向力较大; 凸轮机构结构简单、 紧凑，装配工艺成熟， 但凸轮机构是高副机构， 点接触或线接触， 压强较大， 易于磨损， 而且凸轮加工难度比较大， 加工周期比较长， 费用高; 丝杠螺母机构结构简单， 体积小， 质量轻， 加工周期短， 但结构存在空回。

　　3 新的调焦结构及其工作原理

　　基于空间光学遥感器对质量和体积要求严格的现状， 经过对几种调焦机构的对比， 本文提出一种新的调焦机构， 结构示意图如图 1 所示。 这种机构采用正反螺纹的丝杠螺母机构。

　　这种调焦机构主要由带细分的步进电机、 高精度正反螺纹的丝杠、 左右旋螺母、 双连杆、 编码器和反射镜等结构组成。 步进电机输出动力， 通过联轴节传递给丝杠和螺母， 从而完成了圆周运动到水平直线运动的转化; 螺母的水平直线运动， 带动双连杆的角度变化， 经过两侧导轨的导向作用， 最终实现了反射镜沿导轨方向的直线运动， 即实现了调焦的目的。